[发明专利]制备含碳的氢硅烷的方法

说明书

本发明涉及制备含碳的氢硅烷的方法、含碳的氢硅烷本身及其用途。

在文献中，氢硅烷及其混合物被描述为生产硅层的可能的反应物，该硅层尤其用于半导体工业中。在此，氢硅烷理解为基本上仅含有硅原子和氢原子的化合物。氢硅烷可以是气态、液态或者固态的，并且在固体的情况下基本上可溶于例如甲苯或者环己烷的溶剂中或者例如环戊硅烷的液体硅烷中。作为实例，可以提及单硅烷、二硅烷、三硅烷、环戊硅烷和新戊硅烷。具有至少三个或者四个硅原子的氢硅烷可以具有直链、支化或者（任选的双-/多-）环状的具有Si-H-键的结构，并且可以通过各自的通式Si_nH_2n+2（直链或者支化；其中n ≥ 2）、Si_nH_2n（环状；其中n ≥ 3）或者Si_nH_2(n-i)（双环状或者多环状；n ≥ 4；i = {环的数量}-1）描述。

在此，原则上可以通过不同的方法制备硅层。然而，其中的溅射技术具有缺点，即其必须在高真空中实施。气相沉积工艺，例如CVD或者PVD还具有缺点，即其i)在热反应实施的情况中需要使用非常高的温度，或者ii)在以电磁辐射的形式引入所需要的用于分解前体的能量的情况中，需要高的能量密度。在两种情况中，仅用最高的装置消耗，才可以目标明确和均匀地引入用于分解前体所需的能量。因为制备硅层的其它方法也具有缺点，因此优选地通过沉积，由液相形成硅层。

在制备硅层的这种液相方法中，将液体的反应物（任选地用作其它添加剂和/或掺杂剂的溶剂）或者含有（本身液体或者固体的）反应物（和任选的其它的添加剂和/或掺杂剂）的液体溶剂施涂到待涂敷的基材上，并且随后通过热和/或用电磁辐射转化为硅层。例如US 2008/0022897 A1公开了用于制备薄的半导体薄膜的具有掺杂剂的含氢硅烷的涂料组合物。

即使原则上能够使用多种氢硅烷用于制备硅层，已证实，仅较高级的氢硅烷，即具有至少10个硅原子的氢硅烷或者其溶液能够在涂敷常见基材时很好地覆盖其表面，并且能够导致具有少瑕疵的均匀的层。由于此原因，制备较高级的氢硅烷的方法是令人感兴趣的。多种较高级的氢硅烷可以通过较低级的氢硅烷的低聚化来制备。在较低级的氢硅烷的这样的低聚化中，从形式上看来由两个或者更多个较低级的氢硅烷分子，在消去氢和/或较小的氢甲硅烷基残基之后，构成较高分子量的氢硅烷分子。

然而对于半导体应用，特别是对于光电子应用而言，由纯的氢硅烷制备的硅层通常具有还不令人满意的性能。因此希望能够制备具有较大的光学带隙的基于硅的层（其原则上适合于在太阳能电池中吸收在宽的波长范围中的辐射，即为“宽带隙”材料）。还希望制备具有特别小的折射率的基于硅的层，其实现辐射的更好的光学耦合（Einkopplung）。此外希望能够制备具有特别好的光学透射的基于硅的层。

US 5,866,471 A公开了生产薄的半导体层的方法，其中除了氢硅烷的溶液以外，还使用具有烷基化的氢硅烷的溶液。未描述制备烷基化的氢硅烷的通用方法。在实施例中，公开了制备烷基化的氢硅烷的方法，其中使用金属钠。然而这具有缺点，即必须复杂地去除所产生的盐，并且可能产生不利的金属化的硅烷化合物作为副产物。

US 6,020,447 A公开了制备烷基化的氢硅烷的方法，其中使聚硅烷前体与还原剂反应，该还原剂优选为钠、钾、锂和它们的合金。在此，也产生不利的离子的副产物，并且必须复杂地去除该还原剂。

在制备半导材料的方法的范围内，US 5,700,400 A公开了任选的烷基化的单硅烷、二硅烷或者三硅烷的脱氢缩合的中间产物。然而，该缩合在加入催化剂的情况下进行，该催化剂选自元素周期的特定的族的金属或者金属化合物。然而该催化剂具有缺点。特别不利的是，当尤其应生产纯的硅层时，从反应混合物中去除该催化剂是非常复杂的。

与所述的现有技术相反，因此目的是提供避免现有技术的缺点的制备含碳的氢硅烷的方法。本发明的目的特别是提供制备含碳的氢硅烷的方法，其中不必须复杂地去除还原剂或者催化剂，并且其中不产生不利的副产物。

由此提出的目的根据本发明通过制备含碳的氢硅烷的方法来实现，其中使

- 任选的硼掺杂或者磷掺杂的氢硅烷

- 在无催化剂和无还原剂的情况下

- 与至少一种选自以下组的碳源反应：