[發明專利]用于制備氯代硅烷的方法

有效

• 申請號: 201010162050.1
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101863477A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: R·K·阿加瓦爾;J·F·勒曼;C·G·科埃;D·J·泰姆佩爾
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平;徐志明

相關申請的交叉引用

本申請要求2009年4月15日提交的美國臨時申請61/169414號的優先權。

背景技術

本發明描述了用于制備氯化的硅烷或氯代硅烷例如，舉例來說，單氯硅烷或二氯硅烷的方法。具有低氯含量的硅烷是用于生產含有-SiH₃或-SiH₂-部分的功能化硅烷的理想前體。功能化硅烷的性質已經證明是可以通過其取代基的變化高度可調的，且在例如沉積可用于制備微電子器件的二氧化硅或氮化硅薄膜方面找到不斷增長的應用。

雖然單氯硅烷這種氯代硅烷通過三氯硅烷的歧化反應(反應式1、2)作為硅烷工業合成的中間體大規模地產生，但由于硅烷生產的高度集成性質和硅烷相對于單氯硅烷具有更大的商業需要，它很少被分離。

(反應式1)

(反應式2)

盡管單氯硅烷可以通過二氯硅烷的歧化反應或者硅烷與更高級氯代硅烷(例如，SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂)的勻化反應(conproportionation)制備，但已經確認這些反應的平衡常數不利于單氯硅烷，且為了通過這一方法有效地產生單氯硅烷，與硅烷的生產類似，必然要回收大量的副產物。在文獻中已經報道了用于合成單氯硅烷的更直接的途徑，但由于多種因素(包括危險的反應條件、同時形成更高地氯化的硅烷和/或不希望的催化劑性能)，這些途徑不適用于大規模的合成。例如，用氯對硅烷的直接氯化甚至在沒有催化劑的情況下劇烈地進行，并且產生氯代硅烷的混合物。類似地，三氯化鋁催化的HCl與硅烷形成單氯硅烷的反應在連續處理中由于AlCl₃的揮發性且還由于AlCl₃起到歧化反應催化劑的作用(在批處理或連續處理中)而復雜化。與AlCl₃揮發性相關的問題已經通過在共晶熔點或以上使用熔鹽催化劑例如LiAl₂Cl₇而部分地解決。但是，這些鹽是高腐蝕性的且保留了一些AlCl₃的揮發性，這在沒有得到解決的情況下會導致熔點的持續上升。在更高的溫度下進行合成加重熔鹽的腐蝕性，提高了AlCl₃的損失率，并降低了最終產物的選擇性。

發明內容

本發明描述了在一種或多種催化劑的存在下由包含硅烷(SiH₄)和氯化氫(HCl)的反應混合物制備分子式為SiH₃Cl(單氯硅烷)或SiH₂Cl₂(二氯硅烷)的氯代硅烷的方法。在一個實施方式中，提供了一種用于制備包含選自單氯硅烷、二氯硅烷及其組合中的至少一種的最終產物的方法，該方法包括：提供硅烷和氯化氫的反應混合物；和使該反應混合物與催化劑在一定的溫度下接觸一定的時間以提供所述最終產物，其中所述催化劑包含選自分子篩、含AlCl₃的二氧化硅載體、含Al_nCl_(3n+1)，其中n≥1的離子液體(ionic?liquid)及其組合中的至少一種。

附圖簡要說明

圖1提供了實施例1中在含Na-ZSM-5(12.5)的分子篩催化劑的存在下由硅烷與HCl的反應產生的最終產物的FTIR和GC-TCD圖。

具體實施方式