2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷及其组合物、方法和用图
【专利说明】2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷及其组合物、方法和用途
[0001 ]本发明整体涉及2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷、包含其的化学组合物、制备和纯化2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的方法、由此制备的纯化的2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及使用2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷作为前体来形成含硅材料的方法。
[0002]含硅材料(例如，膜)可用作制造电子或光伏装置的电子电路过程中的半导体、绝缘层或牺牲层。适合这种用途的含硅膜可通过成膜沉积方法由一种或多种含硅前体制备。[0003 ]含硅前体可为硅氮烷、硅氧烷、硅烷或其他含硅分子。硅烷型前体可为(烷基)氨基娃烧、齒代娃烧、有机娃烧或氢化娃烧O氢化娃烧可为单娃烧、二娃烧或高级氢化娃烧O包含I至5个硅原子的挥发性前体(例如，(Si1-Si5)前体)可用于基于气相的材料(例如，膜)形成方法中，其中经由蒸发或气体吹扫从所形成的材料(例如，膜)去除反应副产物。包含80个硅原子的非挥发性前体(例如，Si8Q前体)可用于基于溶液的材料(例如，膜)形成方法中，其中必须经由蒸发或气体吹扫从所形成的材料去除非挥发性前体溶解于其中的溶剂，而不去除非挥发性前体。
[0004]合成含硅前体和膜的一些方法是已知的。例如，Plichta P.的DE2139155 Al特别提及通过在填充有玻璃棉-硅胶-铂(5%)催化剂的柱中进行热解并且对所得产物混合物进行分级分离来合成高级硅烷和高级锗烷的方法。该方法中所用的反应物为三硅烷、正-四硅烷和正-五硅烷。
[0005]授予IkaiK.等人的US 5，700，400特别提及通过对含氢硅烷单体进行脱氢缩合接着热分解来制备半导体材料的方法。含氢硅烷单体可为含氢单硅烷、含氢二硅烷或含氢三硅烷。脱氢缩合在存在催化剂的情况下进行，所述催化剂包含“周期表3B族、4B族和8族”的至少一种金属或金属化合物。
[0006]授予Cannady，J.P.和Zhou，X.并转让给道康宁公司(DowCorning Corporat1n)的US 8,147,789 B2描述了包含至少93% (重量/重量)新戊硅烷的组合物；以及制备新戊硅烷的方法。
[0007]ffieber S.等人的US 2012/0291665 Al特别提及在不存在催化剂的情况下使氢化硅烷低聚的方法。该方法采用在不存在催化剂的情况下在低于235°C的温度下氢化硅烷发生热转化时基本上包含具有最多20个硅原子的至少一种非环状氢化硅烷的组合物。氢化硅烷可为例如新戊硅烷。
[0008]本发明人已发现或认识到与使用商用含硅前体制备用于制造电子或光伏装置的含硅材料(例如，膜)相关的技术问题。由于电子和光伏电路的几何形状变得越来越精细小巧，已发现由商用含硅前体制备的含硅膜对于此类电路而言性能不足。例如，在最新的电子电路中，线性特征部之间的沟的纵横比日益增大。更高的纵横比意味着沟增高并且线条之间的距离或间距缩短。这种更窄的沟或更密集的线条排布改善了电子性能。然而，已发现由商用前体制备的含硅膜所具有的热预算太高而不适用于低温分解方法，和/或所具有的保形性不足以在更精细小巧的电子或光伏电路的制造期间覆盖更精细的沟的内表面。
[0009]此外，本发明人已发现或认识到与合成高级氢化硅烷的现有方法相关的技术问题。尽管已研究数十年，但是高级氢化硅烷的合成仍然很困难。一些高级硅烷已通过金属硅化物的水解或单硅烷或二硅烷的高能(例如，热)处理来制备。但这些方法是非选择性和非生产性的，因为它们不期望地具有低收率并且产生高级硅烷的混合物。由于缺少不同含硅前体的宽广工具箱而且也没有对其进行选择性合成的商业可行方法，这就阻碍了改善的含硅膜的发现。
【发明内容】
[0010]本发明人已发现一种新型含硅前体以及对其进行选择性合成的方法。含硅前体可用于材料形成沉积方法中，以制备在用于制造电子或光伏装置时具有改善性能的含硅-材料。含硅前体一般是硅烷，特别是氢化硅烷，更特别是高级氢化硅烷，还更特别是壬硅烷，甚至更特别是壬硅烷结构异构体，并且还甚至更特别是2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷。本发明的实施例包括:
[0011 ] —种化合物，所述化合物为2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷。
[0012]—种化学组合物，所述化学组合物包含2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及与2，2,4,4-四甲硅烷基五硅烷不同的一种或多种附加成分。
[0013]一种制备2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法，所述方法包括使2，2_ 二甲硅烷基三硅烷与缩合反应催化剂在缩合反应条件下接触，以便合成2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷并且制备包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的产物组合物。
[0014]一种纯化2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法，在纯化之前所述2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷处于包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷、单硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷的混合物中，所述方法包括将单硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷与2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷分离而得到剩余部分，所述剩余部分包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷，但不含分离的单硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷，其中2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷在剩余部分中的浓度大于2,2,4,4-四甲硅烷基五硅烷在混合物中的浓度。
[0015]—种在第一基材的表面上形成与所述表面接触的含硅材料或者在设置在第二基材上的晶种层上形成与所述晶种层接触的含硅材料的方法，所述方法包括使不含晶种层的第一基材的暴露表面或者使设置在第二基材的表面上的晶种层，接触包含2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的前体组合物的蒸气，其中所述接触包括材料沉积方法并且在第一基材的暴露表面上形成与所述暴露表面接触的含硅材料或者在设置在第二基材的表面上的晶种层上形成与所述晶种层接触的含硅材料。
[0016]除了别的用途以外，所述2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷、化学组合物和产物组合物可独立地用作含硅沉积前体以便形成含硅材料，包括晶体硅和其他含硅材料。制备2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法可用于选择性地合成2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷，而不会制得或制得相对少量的其他壬硅烷结构异构体。所述方法的选择性使得在纯化之前产物组合物不含任何其他壬硅烷结构异构体，或者具有最多总计>0至9面积％(GC)的除2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷之外的壬硅烷结构异构体。所述纯化方法可用于制备2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的纯化形式(剩余部分)、或者经纯化且蒸馏的形式(馏出液)。所述形成方法可用于形成含硅材料。含硅材料可用于制造电子和光伏装置或电路，包括电子和光伏装置所用或之中的更精细小巧的电路。本发明可具有附加用途，包括与电子和光伏应用无关的那些用途。
【具体实施方式】
[0017]以引用的方式将
【发明内容】
和说明书摘要并入本文。本发明包括但不限于上文概述的实施例、用途和优点。这些实施例包括2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷、包含其的化学组合物、制备和纯化2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的方法、由此制备的纯化的2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及使用2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷作为形成含硅材料的前体来形成含硅材料的方法。所形成的含硅材料可为含硅膜，并且形成方法可为形成含硅材料的方法。本发明包括更多实施例，这些实施例将在下文描述。
[0018]本发明具有技术优点和非技术优点。可以方便地示出与形成作为含硅膜的含硅材料相关的一些优点，但本发明和优点不限于形成此类膜。例如，在其中方法要求前体具有挥发性的含硅材料沉积方法中以及在其中方法要求前体具有非挥发性的含硅材料沉积方法中，2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷可用作含硅前体。另外，制备2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法是选择性合成，因为所述方法产生很少(如果有的话)其他壬硅烷结构异构体，或者所述方法产生很少(如果有的话)其他壬硅烷结构异构体以及很少(如果有的话)除壬硅烷之外的其他高级硅烷。在此类实施例中，所述制备方法可以被看作在形式上将2，2_二甲硅烷基二娃烧_1_基与2-甲娃烧基二娃烧-2-基偶联而得到2，2，4，4-四甲娃烧基五娃烧，其中所述方法可避免形成2，2-二甲硅烷基三硅烷的低聚物。我们认为，与单硅烷、二硅烷或2，2-二甲硅烷基三硅烷相比，2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷可提供含硅膜，所述含硅膜具有的热预算允许2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷用于低温沉积方法，例如为实现晶体硅的材料(例如，膜)的气相沉积而在400°C下进行的方法，但如果需要，该沉积方法也可使用更高的温度。低温沉积方法采用比基准膜沉积中所用的温度更低的温度。例如，二硅烷是用于在600°C下沉积多晶硅的膜的基准前体，因此低温沉积方法采用小于600°C的温度，例如，200°至<600°C，或者300°至<600°C，或者200°至<500°C。作为另外一种选择或除此之外，可使用2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷作为含硅前体来制备的含硅膜，预期其具有足够的保形性而能在制造较小的电子或光伏电路期间覆盖较精细的沟的内表面。本发明的某些方面可独立地解决另外的问题和/或具有其他优点。
[0019]缩写:面积％(GC)是通过气相色谱法确定的面积百分比;ALD是原子层沉积;ALCVD是原子层化学气相沉积;APCVD是常压化学气相沉积;CVD是化学气相沉积;CCVD是燃烧化学气相沉积；°C是摄氏度;DSC是差不扫描量热法;Ex.是实例;GC_MS是气相色谱-质谱联用;g是克;HMBC是H-Si异核多键相关;HSQC是H-Si异核单量子相干;HWCVD是热丝化学气相沉积；HPCVD是混合物理化学气相沉积；IUPAC是国际纯粹与应用化学联合会;kPa是千帕;LP