[发明专利]用于制备氯代硅烷的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月15日提交的美国临时申请61/169414号的优先权。

背景技术

本发明描述了用于制备氯化的硅烷或氯代硅烷例如，举例来说，单氯硅烷或二氯硅烷的方法。具有低氯含量的硅烷是用于生产含有-SiH₃或-SiH₂-部分的功能化硅烷的理想前体。功能化硅烷的性质已经证明是可以通过其取代基的变化高度可调的，且在例如沉积可用于制备微电子器件的二氧化硅或氮化硅薄膜方面找到不断增长的应用。

虽然单氯硅烷这种氯代硅烷通过三氯硅烷的歧化反应(反应式1、2)作为硅烷工业合成的中间体大规模地产生，但由于硅烷生产的高度集成性质和硅烷相对于单氯硅烷具有更大的商业需要，它很少被分离。

(反应式1)

(反应式2)

尽管单氯硅烷可以通过二氯硅烷的歧化反应或者硅烷与更高级氯代硅烷(例如，SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂)的匀化反应(conproportionation)制备，但已经确认这些反应的平衡常数不利于单氯硅烷，且为了通过这一方法有效地产生单氯硅烷，与硅烷的生产类似，必然要回收大量的副产物。在文献中已经报道了用于合成单氯硅烷的更直接的途径，但由于多种因素(包括危险的反应条件、同时形成更高地氯化的硅烷和/或不希望的催化剂性能)，这些途径不适用于大规模的合成。例如，用氯对硅烷的直接氯化甚至在没有催化剂的情况下剧烈地进行，并且产生氯代硅烷的混合物。类似地，三氯化铝催化的HCl与硅烷形成单氯硅烷的反应在连续处理中由于AlCl₃的挥发性且还由于AlCl₃起到歧化反应催化剂的作用(在批处理或连续处理中)而复杂化。与AlCl₃挥发性相关的问题已经通过在共晶熔点或以上使用熔盐催化剂例如LiAl₂Cl₇而部分地解决。但是，这些盐是高腐蚀性的且保留了一些AlCl₃的挥发性，这在没有得到解决的情况下会导致熔点的持续上升。在更高的温度下进行合成加重熔盐的腐蚀性，提高了AlCl₃的损失率，并降低了最终产物的选择性。

发明内容

本发明描述了在一种或多种催化剂的存在下由包含硅烷(SiH₄)和氯化氢(HCl)的反应混合物制备分子式为SiH₃Cl(单氯硅烷)或SiH₂Cl₂(二氯硅烷)的氯代硅烷的方法。在一个实施方式中，提供了一种用于制备包含选自单氯硅烷、二氯硅烷及其组合中的至少一种的最终产物的方法，该方法包括：提供硅烷和氯化氢的反应混合物；和使该反应混合物与催化剂在一定的温度下接触一定的时间以提供所述最终产物，其中所述催化剂包含选自分子筛、含AlCl₃的二氧化硅载体、含Al_nCl_(3n+1)，其中n≥1的离子液体(ionic liquid)及其组合中的至少一种。

附图简要说明

图1提供了实施例1中在含Na-ZSM-5(12.5)的分子筛催化剂的存在下由硅烷与HCl的反应产生的最终产物的FTIR和GC-TCD图。

具体实施方式