[发明专利]制备有机金属化合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2007年7月20日提交的美国临时专利申请第60/961,370号和2008年6月30日提交的非临时专利申请第12215828号的优先权。

技术领域

本发明涉及制备有机金属化合物(OMC)的方法。具体来说，本发明涉及制备具有高纯度的有机金属化合物的方法，所述高纯度的有机金属化合物用于化学气相沉积之类的工艺。

背景技术

可以通过以下所示的各种方法在表面，例如非导电性表面(电子材料用途)上沉积金属膜：化学气相沉积(“CVD”)，物理气相沉积(“PVD”)和其它外延技术，例如液相外延法(“LPE”)，分子束外延法(“MBE”)，化学束外延法(“CBE”)和原子层沉积(“ALD”)。化学气相沉积工艺，例如金属有机化学气相沉积(“MOCVD”)通过在常压或减压的压力下，在升高的温度下(即高于室温的温度下)使得有机金属前体化合物分解，从而沉积金属层。可以通过CVD或MOCVD工艺沉积很多种金属。

对于半导体和电子装置应用，有机金属前体化合物的纯度必须非常高，基本不含可检测含量的金属杂质(例如硅和锌)以及其它杂质(包括烃和氧化化合物)。理想情况下，超高纯度表示制得的材料的杂质含量＜0.1重量％，优选＜1ppm，甚至＜1ppb。氧化的杂质通常源自用来制备所述有机金属化合物的溶剂，还源自其它的偶然的水分或氧气来源。当制造用于电子应用的材料的时候，超高的纯度是很重要的，所述电子应用包括第III族和第V族OMC，用于CVD工艺，用来制造用于LED和光电子装置的化合物半导体，或者用于ALD的有机金属前体，用来生长用于高级硅芯片的薄膜。一些杂质的沸点与有机金属前体化合物的沸点类似，因此难以通过常规的蒸馏技术获得高纯度。人们已经进行了很多的努力，力求改进用来制备超高纯度有机金属前体化合物的合成方法。在历史上，人们一直是通过间歇法制备有机金属前体化合物，但是近来如美国专利第6,495,707号以及美国专利公开第2004/0254389号所述，也提出了一些连续法，用来制备有机金属化合物，例如三甲基铟和三甲基镓。

尽管取得了这些进步，但是有机金属化合物仍然很难合成。许多这样的反应是放热反应，要制备大量的、特别是所述高纯度的产品是很困难的。另外，也很难对材料生产的规模进行调整，以适应有机金属化合物浮动的需求，因为人们不希望对有机金属化合物进行储存，这会引入杂质和产生降解产物。

用于纯化的常规方法包括蒸馏、结晶、加合纯化、质量选择超高速离心、以及化学处理与蒸馏组合。尽管这些方法能够一定程度上减少杂质的含量，但是人们仍然需要制备超高纯度的有机金属化合物，以满足目前最现今的电子装置的性能要求。另外，对于用现有方法可以实现的纯度等级，经常存在经济方面的限制。由于杂质和有机金属化合物的物理性质和/或化学性质，可能造成无法接受的产率损失、能量输入或者操作循环时间，由此带来的过高的基建成本或者操作成本会限制可以实现的纯度。

例如，可以使用预期Fenske公式，基于组分的相对挥发性(a)和所需的纯度计算蒸馏操作所需的最小平衡级数。为了除去最成问题的接近沸点的杂质(a＜1.2)，级数或高度等价理论塔板数(HETP)可超过50，100，甚至200，即使使用目前最高级的填充技术(HETP＝0.05-0.20米)，也可能需要柱长度大于10米。这种尺寸的柱子难以规模放大，在用来制备超高纯度材料的时候，会带来操作难题，而且当大规模生产易燃性的有机金属化合物的时候，还会带来安全问题。因此，人们一直需要一种新的制备超高纯度有机金属化合物(用作CVD前体)的方法。

本发明通过利用微通道装置，满足了上述需求。微通道装置能够为工艺条件提供更好的控制，改进的安全性，以及加快从实验室开发到工业化生产从而投向市场的速度。作为微通道装置的一个例子，连续流微型反应器通过极佳的传热和传质能力，可以控制反应条件，通过低的材料总量，最大限度降低了反应失控或灾害性溢出的风险，由此提高了合成产率和纯度。所述微通道装置还可以通过“增加”多个装置对生产规模放大，以满足市场的需求，同时不会造成性能损失，在无需进行常规的工艺规模放大研究的情况下，显著地节约了时间和成本。