[发明专利]一种高纯二碘硅烷的制备方法

说明书

本发明提出一种高纯二碘硅烷的制备方法，涉及无机化合物制备领域。上述高纯二碘硅烷的制备方法包括以下步骤：在惰性气体保护下，以溶剂醚类作为溶剂，将四氢铝锂和苯基二氯硅烷反应，制得苯硅烷混合物；将苯硅烷混合物加热，蒸出苯硅烷，并将苯硅烷收集；控制反应温度为‑80~30℃，搅拌条件下，在粉末状的碘单质中逐滴滴加收集的苯硅烷，同时加入含氧有机化合物作为催化剂，反应后制得二碘硅烷混合物；升高二碘硅烷混合物的温度蒸馏粗二碘硅烷。本发明提出的高纯二碘硅烷的制备方法，初始原料采用无毒性的材料苯基二氯硅烷，该材料与传统的初始原料剧毒化学品苯基三氯硅烷相比，极大的提高了工艺的安全性。

技术领域

本发明涉及无机化合物制备领域，且特别涉及一种高纯二碘硅烷的制备方法。

背景技术

二碘硅烷（DIS）作为化学气相沉积的硅源，等离子增强下能够产生更活泼的硅自由基，在保持高沉积速率的前提下，反应腔具有温度更低、压力操作更可控的特点。目前，随着半导体器件（特别是芯片）的超微型化趋势，突破摩尔定律的限制，往往需要改进传统半导体的基材结构，而DIS作为硅前驱体，可以适应性地在众多基材上气相沉积，如GaAs、BN、晶体硅、多晶硅、非晶硅、外延碎片式硅层、SiO2、SiC、SiOC、SiN、SiCN、有机硅玻璃(OSG)、有机氟硅玻璃（OFSG）、氟硅玻璃（FSG）、金属层（Cu、Al等）、有机高分子聚合物基底等。二碘硅烷以其独特的优势，广阔的市场前景受到广泛关注。

目前较为成熟的二碘硅烷合成方法主要是苯硅烷与碘单质在-20℃下反应，生成二碘硅烷和苯，具体反应式如下：

Ph-SiH₃ + I₂→Ph-H + SiH₂I₂（1）

但是购买苯硅烷具有以下几个问题：1、苯硅烷价格昂贵，且目前主要依靠进口，国内几乎无生产厂商。2、苯硅烷很危险，遇水爆炸，极易吸湿，不易存放，易变质；3、苯硅烷会产生硅烷，抑制二碘硅烷的产生。因此，二碘硅烷的制备需要先对原料苯硅烷进行合成，目前对于苯硅烷的合成方法主要有利用四氢铝锂还原苯基三氯硅烷制得，反应方程式如下：

Ph-SiCl₃+LiAlH₄→4Ph-SiH₃+3LiCl+3AlCl₃（2）

通过实践发现，方程式（2）中，苯基三氯硅烷为剧毒化学品，产物苯硅烷与水、潮湿空气反应，放出易自燃气体，操作困难，且反应动力学慢，容易生成Ph-SiCl₂H、Ph-SiClH₂等杂质，以上两步反应无氮气氛围保护极易发生危险，且以上反应均为实验室级，未实现大规模的二碘硅烷的系统生产。如何高效、安全获得二碘硅烷，同时实现其纯化的技术未见报道。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提出一种高纯二碘硅烷的制备方法，其创造性的采用苯基二氯硅烷和四氢铝锂制备苯硅烷，进而制备二碘硅烷，不仅改善了传统采用剧毒化学品苯基三氯硅烷制备苯硅烷工艺的不安全性，同时苯基二氯硅烷反应动力学高，产生副产物少，提高了反应转化率。本发明的制备方法具有高效、高安全性、高纯度和易于规模化生产的特点。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种高纯二碘硅烷的制备方法，其包括以下步骤：

S1步骤：将工艺所涉及的容器及管线洗净烘干，并用惰性气体吹扫；在惰性气体保护下，以溶剂醚类作为溶剂，在搅拌的条件下控制反应温度为0~25℃，并向溶剂醚类中加入四氢铝锂，随后滴加苯基二氯硅烷，至苯基二氯硅烷滴加完后，搅拌2~4 h，制得苯硅烷混合物；

S2步骤：将苯硅烷混合物加热，在30~100℃之间，蒸出溶剂醚类，继续升高温度，在120~180℃之间，蒸出苯硅烷，并将苯硅烷收集；