[发明专利]支化硅氧烷及其合成方法

说明书

发明领域

本发明涉及支化硅氧烷及支化硅氧烷的合成方法，所述支化硅氧烷包括但不限于官能化支化硅氧烷。这类化合物具有许多用途，包括在半导体工业中包括平坦化层、可图案化绝缘体等的多个应用。

发明背景

具有低粘度、低蒸气压和高硅含量的液体支化硅氧烷用于半导体工业例如微处理器、闪存、视觉显示装置和光学器件（发光二极管）等的制造。例如，Michael Lin等报导了用于纳米压印光刻法的命名为Si-14的可UV固化液体支化硅氧烷[1,2]。他们得出的结论是，用甲基丙烯酸酯作为可UV交联基团进行官能化的Si-14显示出作为拓扑结构上的平坦化层、可图案化的材料和蚀刻阻挡层的有希望的性能。这是因为其性能（15cP的低粘度，在25℃下0.8托的低蒸气压，5.0%的低UV收缩率，和具有33%的高硅含量）。然而如图2中所示Si-14的合成路线需要许多步骤。该反应收率低（<20%）而且合成花费数天（>12天），因此该路线不可修改为按比例缩放而成为商业产品。

需要的是在短时间内提供高收率且产生有用化合物的较简单的合成法。

发明概述

本发明预期到支化硅氧烷（官能化和非官能化）以及制备这类化合物的方法。在一个实施方案中，所预期的合成方法包括使由(a)所示的式表示的具有硅-氢键的硅氧烷（其中n表示1-20的整数）与由(b)所示的式表示的不对称线性硅氧烷（其中X表示任意卤素，并且其中m表示1-10，更优选2-10，和更常见地2-3的整数）反应以产生由式(c)表示的支化硅氧烷。这可以使用不对称线性硅氧烷作为反应物，按图1中所示的一步反应中来合成。该路线与分步路线相比提供了缩短的合成途径、高的收率和降低70%的原料成本。该合成的成本显著较低并且可易于缩放。可按图3中所示对支化硅氧烷(c)进一步处理以连接另外的化学部分或官能团。

在另一个实施方案中，所预期的合成方法包括使由(e)所示的式表示的硅氧烷（其中x和y独立地表示1-10的整数）与由(b)所示的式表示的不对称线性硅氧烷（其中X表示任意卤素，m表示1-10，更常见地2-3的整数）反应以产生由式(f)表示的支化硅氧烷（参见图4）。可对支化硅氧烷(f)进一步处理以连接上例如图3中所示那种的化学部分或官能团，其中X表示任意但不限于选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基(vinyls)和环氧化物的部分。

在一个实施方案中，本发明预期到合成支化硅氧烷的方法，该方法包括使i)由式(a)表示的具有硅-氢键的硅氧烷，其中n表示1-20的整数与ii)式(b)的不对称线性硅氧烷，其中X表示任意卤素，m表示2或3的整数，反应，所述反应在使得产生支化硅氧烷和副产物的条件下进行。本发明并不意欲受作为反应物的硅氧烷的性质限制。在一个实施方案中，所述不对称线性硅氧烷由环状化合物制备。在一个实施方案中，所述环状化合物是六甲基环三硅氧烷。在一个实施方案中，所述由式(a)表示的包含硅-氢键的硅氧烷是3H,5H-八甲基四硅氧烷。在一个实施方案中，将所述3H,5H-八甲基四硅氧烷，在与所述不对称线性硅氧烷反应之前，在水存在下与催化剂接触。在一个实施方案中，将所述催化剂在使所述3H,5H-八甲基四硅氧烷与所述不对称线性硅氧烷反应之前除去。本发明并不意欲限于特定的催化剂，然而，钯催化剂为优选的催化剂。本发明并不意欲限于特定卤素。然而，所述不对称线性硅氧烷的优选卤素为氯。在一个实施方案中，本发明预期到将支化硅氧烷产物纯化为不含（或基本上不含）反应物和副产物。在一个实施方案中，本发明预期到以下进一步步骤：通过蒸馏来纯化支化硅氧烷，以便除去合成反应的所述副产物（或至少大部分副产物，优选至少90%的所述副产物）以及提供纯化的支化硅氧烷。在一个实施方案中，本发明预期到将所述纯化的支化硅氧烷官能化的进一步步骤。在一个实施方案中，所述官能化包括连接化学部分；在优选实施方案中，化学部分是可光致交联的部分，所述部分选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基(vinyls)和环氧化物。在一个实施方案中，所述官能化包括硅氢加成。本发明还预期到作为此处所描述物质组合物的化合物，包括但不限于根据上述方法制备的化合物。例如，本发明预期到具有图10中所示结构的Si-12，以及官能化Si-12(图6)，例如环氧-Si-12(图5)。

所述化合物具有各种用途。一种优选的应用是作为用于光刻法的新型平坦化材料，在该情形中官能化支化硅氧烷，例如环氧-改性的支化硅氧烷（环氧-Si-12）特别有用。在一个实施方案中，本发明预期到在图案化基材上包含官能化支化硅氧烷的旋涂配制剂。在一个实施方案中，本发明预期到包含根据本发明方法制备的官能化支化硅氧烷的平坦化层。