DE69421007T2 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials

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Description

    Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials zur Verwendung in der Gestaltung von Dioden, Transistoren, Feldeffekttransistoren, Thyristoren und ähnliche Halbleiterbauelemente.
  • Ein Kristallwachstumsverfahren in der Gasphase hat weitreichende Anwendung gefunden in der Herstellung von dünnen Filmen aus amorphen Silikonen oder Verbindungshalbleitern in denen die in der Gasphase vorliegenden Ausgangsmaterialien mit niedrigem Molekulargewicht thermisch zersetzt werden oder unter Hochvakuum chemisch reagieren um sich auf einem Substrat abzuscheiden. Dieses Verfahren, erfordert es jedoch die unerschwinglichen Kosten, die bei der Herstellung von großen Halbleiterfilmen anfallen würden, auf ein praktikables Maß zu reduzieren, weil einerseits groß dimensionierte Vakuumanlagen benötigt werden und es sich andererseits eine Beschränkung bezüglich der Abscheiderate eines Films ergibt.
  • In Anbetracht der voranstehenden Nachteile des Standes der Technik, ist es das Bestreben der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials bei einem Maximum an Effizienz und einem Minimum an Kosten zur Verfügung zu stellen.
  • Die JP-A-05 025 281 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines organo-Silicium Polymers, welches zur Bildung von SiC Vorläufern geeignet ist. Das Verfahren umfaßt eine Entsalzungsreaktion von Methylphenyldichlorsilan und n-Butyltrichlorsilan durch die Wirkung von metallischem Natrium. Die JP-A-05 025 282 ist auf ein ähnliches Verfahren gerichtet wie das in der JP-A-05 025 281 beschriebene, mit dem Unterschied daß andere Reaktanten, nämlich Methylphenyldichlorsilan und Phenyltrichlorsilan, in dem Verfahren verwendet werden.
  • Die DE-A-41 10 917 offenbart eine thermische Behandlung zur Herstellung von Siliconcarbid aus einem Polysilan. Das beschriebene Verfahren betrifft die Verwendung von bestimmten Metallen als Katalysator bei Temperaturen über 800ºC.
  • Die EP-A-445 306 offenbart die Reaktion von Halogensilanen mit Alkalimetallen bei 100ºC zur Bereitung einer als organischer Halbleiter verwendbaren Polysilan- Verbindung.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials zur Verfügung gestellt, welches sich auszeichnet durch reagieren von einem oder mehreren Halogensilanen aus der Gruppe bestehend aus: Halogenmonosilanen der Formel
  • worin R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und Silylgruppen nach der Formel:
  • R³ R&sup4; R&sup5; Si (I')
  • worin R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und X, welches Chlor, Brom oder Jod ist, sowie Halogendisilane nach der Formel:
  • worin R&sup6; bis R¹&sup0; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und den Silyl-Gruppen (I') und X Chlor, Brom oder Jod ist und mindestens eines der R&sup6; bis R¹&sup0; X ist, sowie Halogentrisilane nach der Formel:
  • worin R¹¹ bis R¹&sup7; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und den Silyl-Gruppen (I'), wobei X Chlor, Brom, oder Jod ist und mindestens eines der R¹¹ bis R¹&sup7; X ist, mit einem Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall um ein Kondensat zu bilden und dieses Kondensat thermisch bei einer Temperatur von 100 bis 700 Grad Celsius in seine Bestandteile zerlegt wird.
    • Gemäß der Erfindung umfaßt die Bezeichnung Halogenmonosilan nach der Formel (I) vorzugsweise
  • tetrachlorosilane, i-propyltrichlorosilane,
  • t-butyltrichlorosilane, (1-methylpropyi)trichlorosilane,
  • cyclohexyltrichlorosilane,
  • (1,1,2-trimethylpropyl)trichlororosilane,
  • α-phenethyltrichlorosilane, cumenyltrichlorosilane,
  • (trimethylsilyl)trichlorosilane,
  • di-i-propyldichlorosilane, di-t-butyldichlorosilane,
  • di(1-methylpropyl)dichlorosilane,
  • dicyclohexyldichlorosilane, di-α-phenethyldichlorosilane and bis(trimethylsilyl)dichlorosilane, and further includes tetrabromosilane, i-propyltribromosilane,
  • t-butyltribromosilane, (1-methylpropyl)tribromosilane,
  • cyclohexyltribromosilane,
  • (1,1,2-trimethylpropyl)tribromosilane,
  • α-phenethyltribromosilane, cumenyltribromosilane,
  • (trimethylsilyl)tribromosilane,
  • di-i-propyldibromosilane, di-t-butyldibromosilane,
  • di(1-methylpropyl) dibromosilane,
  • dicyclohexyldibromosilane, di-α-phenethyldibromosiiane,
  • bis(trimethylsilyl)dibromosilane, tetraiodosilane,
  • i-propyitriiodosilane, t-butyltriiodosilane,
  • (1-methylpropyl)triiodosilane, cyclohexyltriiodosiiane,
  • (1,1,2-trimethylpropyh)trüodosilane,
  • α-phenethyltrüodosilana, cumenyltriiodosiane,
  • (trimethylsilyl)triiodosilane, di-i-propyldiiodosilane,
  • di-t-butyldiiodosilane, di(1-methylpropyi)diiodosilane,
  • dicyclohezyldiiodosilane, di-α-phenethyidiiodouilane and
  • bis (trimethylsilyl)diiodosilne.
    • Halogendisilane nach der Formel (II) umfassen vorzugsweise
  • hexachlorodisilane, i-propylpentnchlorodisilane,
  • t-butylpentnchiborodisilane,
  • (1-methylpropyl)pentncitlorodisilane,
  • cyclohexylpentachlorodiailane,
  • (1,1,2-trimethylpropyl)pentachlorodisilane,
  • α-phenethylpentachlorodisilane,
  • cumenylpentnchlorodisilane,
  • (trimethylsilyl)pentachlorodisilane,
  • 1,1-di-i-propyltetnchlorodisilatne,
  • 1,1-di-t-butyltetrachlvrodisilane,
  • 1,1-di-(1-methylprvpyl)tetrachlorodisilane,
  • 1,1-dicyclohexyltatrachlvrvdisilane,
  • 1,1-di-α-phenethyltetrachlorodisilane,
  • 1,1-bis(trimethylsilyl)tetrachlorodisilane,
  • 1,2-di-i-propyltetrachlrodisilane,
  • 1,2-di-t-butyltetrachlorodisilane,
  • 1,2-di(1-methylpropyl)tetrachlorodisilane,
  • 1,2-dicylohexyltetrachlorodisilane,
  • 1,2-di-α-phenethyltetrachlorodisilane and
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)tetrachlorodisilane. Diese beinhalten weiterhin 1,1,1-tri-i-propyltrichlorodisilane,
  • 1,1,1-tri-t-butyltrichlorodisilnne,
  • 1,1,1-tri(1-methyipropyl)trichlorodisilane,
  • 1,1-tricyclohezyltrichlorodisilane,
  • 1,1,1-tri-α-phenethyltrichlorodisilane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)trichlorodisilane,
  • 1,1,2-tri-i-propyltrichlorodisilane,
  • 1,1,2-tri-t-batyltrichlorodiiane,
  • 1,1,2-tri(1-methylpropyl)trichlorodißiiage,
  • 1,1,2-tricyclchexyltrichlorodsilane,
  • 1,1,2-(tri-α-phenethyltrichlorodisilane,
  • 1,1,2-tris(trünethylsilyl)trichlorodisilnne,
  • hezabromodisilane, i-propylpentabromod±silnne,
  • t-butylpentabromodisilane,
  • (1-methylpropyl)pentabromodisilane,
  • cyclohezylpentabromodisilane,
  • (1,1,2-trimethylpropyl)pentabromodisilane,
  • α-phenethylpentabrowodisilnne,
  • cumenylpentabromodisiane,
  • (trimethylsilyl)pentabromodisilane,
  • 1,1-di-i-propyltetrabroimodisilane,
  • 1,1-di-t-butyltetrabromodisilane,
  • 1,1-di-(1-methylpropyl)tetrnbromodisilane,
  • 1,1-dicyclohezyltetrabromodisilane,
  • 1,1-di-α-phanethyltetrabromodisilane,
  • 1,1-bis(trimethylsilyl)tetrabromodisilane,
  • 1,2-di-i-propyltetrabromodiailane,
  • 1,2-di-t-butyltetrabromodisilane,
  • 1,2-di(1-methylpropyl)tetrabromodisilane,
  • 1,2-dicyclohexyltetrabromodisilane,
  • 1,2-di-α-phenethyltetrabromodisilane,
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)tetrabromodisilane,
  • 1,1,1-tri-i-propyltribroaodisilane,
  • 1,1,1-tri-t-batyltribromodisilane,
  • 1,1,1-tri(1-methylpropyl)tribromodisilane,
  • 1,1,1-tricyclohexyltribromodisilane,
  • 1,1,1-tri-α-phenethyltribromodisilane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)tribromodisilane,
  • 1,1,2-tri-i-propyltribromodisilnne,
  • 1,1,2-tri-t-butyltribromodisilane,
  • 1,1,2-tri(1-methylpropyl)tribromodisilne,
  • 1,1,2-tricyclohnyltribromodisilane,
  • 1,1,2-tri-α-phenethyltribromodisilane,
  • 1,1,2-tris(trimethylsilyl)tribromodisilane,
  • hexaiododiailane, i-propylpentaiododisilane,
  • t-butylpentaivdodisilane,
  • (1-methylpropyl)pentniododisilane,
  • cyclohezylpentniododisilne,
  • (1,1,2-trfemthylpropyl)pentaiododisilane,
  • α-phenethylpentaiododieilane, cumenylpentaiododisilane,
  • (trimethylsilyl)pentaiododisilsne,
  • 1,1-di-i-propyltetxaiododiailane,
  • 1,1-di-t-butyltetraiododisilane,
  • 1,1-di(1-methylpropyl)tetraiododisilane,
  • 1,1-dicyclohezyltetraiododisilane,
  • 1,1-di-α-phenethyltetraiododisilane,
  • 1,1-bis(trimethylsilyl)tetraiododisilane,
  • 1,2-di-i-propyltetraiododisilane,
  • 1,2-di-t-butyltetraiododisilane,
  • 1,2-di(1-methylpropyl)tetraiododisilane,
  • 1,2-dicyclohexyitetraiododisilane,
  • 1,2-di-α-phensthyltetraiododisilane,
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)tetra±ododisilane,
  • 1,1,1-tri-i-propyltrüododisilane,
  • 1,1,1-tri-t-butyltrüododislane,
  • 1,1,1-tri(1-methylpropyl)triiododisilane,
  • 1,1,1-tricyciohexyitrüododisilane,
  • 1,1,1-tri-α-phenethyltriiododiailane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)triiododiailane,
  • 1,1,2-tri-i-propyltrüododisilane,
  • 1,1,2-tri-t-bntyltriiododisilane,
  • 1,1,2-tri(1-methylpropyl)triiodod±ailane,
  • 1,1,2-tricyclohezyitrüododisilane,
  • 1,1,2-trieczephenethyltriiododisilane and
  • 1,1,2-tris(trimethylsilyl)triiododisilane.
    • Halogentrisilane nach der Formel (III) umfassen vorzugsweise
  • octachlorotrisilane,
  • 1-i-propylheptaehlorotrisilane,
  • 1-t-butylheptachlorotrisilane,
  • 1-(1-methylpropyl)heptachlorotrisilane,
  • 1-cyclohexylbeptachlorotrisilans,
  • 1-(1,1,2-trimethylpropyl)heptachlorotrisilane,
  • 1-α-phenethylheptachlorotrisilane,
  • 1-cumenylheptachlorotrisilane,
  • 1-(trimethylailyl)heptachlorotrisilane,
  • 2-i-propylheptachlorotrisilane,
  • 2-t-butylheptachlorotrisilane,
  • 2-(1-methylpropyl)heptachlorotrisilane,
  • 2-cyclohexyTheptachlorotrisilane,
  • 2-(1,1,2-trimethylpropyl)heptachlorotrisilane,
  • 2-α-phenethylheptachlorotrisilane,
  • 2-cumenylheptachlorotrisilane,
  • 2-(trimethylsilyl)heptachlorotrisilane,
  • 1,1-di-i-propylhexachlorotrisilane,
  • 1,1-di-t-butylhezachlorotrisilane,
  • 1,1-di-(1-methylpropyl)hexachlorotrisilage,
  • 1,1-dicyclohezylhexachlorotrisilane,
  • 1,1-di-α-phenethylhexachlorotrisilane,
  • 1,1-bis(trimetytsilyl)hexachlorotrisilane,
  • 1,2-di-i-propylhenchlorvtrisiane,
  • 1,2-di-t-butylhenchlorotrisilane,
  • 1,2-di-(1-methylpropyl)hexachlorotrisilane,
  • 1,2-dicyclohexylhexachlorotriailane,
  • 1,2-di-α-phenethylhexachlorotrieilane,
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)hexachlorotrisilane,
  • 1,3-di-i-propylhexachlorotrisilane,
  • 1,3-di-t-butylhexachlorotrisilane,
  • 1,3-di(1-methypropyl)hexachlorotrisilane,
  • 1,3-dicyclohezylhexachlorotrisilane,
  • 1,3-di-α-phsnethylhexachlorotrisilane,
  • 1,3-bis(trimethylsilyl)hexachlorotrisilane,
  • 1,1,1-tri-i-propylpentachlorotrisilane,
  • 1,1,1-tri-t-butylpentachlorotrieilane,
  • 1,1,1-tri-(1-methylpropyl)pentachlorotrisilane,
  • 1,1,1-tricyclohexylpentnchlorotrisilane,
  • 1,1,1-tri-α-phenethylpentachlorotrisilane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)pentachlorotrisilane,
  • 1,1,2-tri-i-gropylpentnchlorotrisilans,
  • 1,1,2-tri-t-butylpentachlorotrisilane,
  • 1,1,2-tri-(1-methylpropyl)pentnchlorotrisilane,
  • 1,1,2-tricyclohexylpentachlorotrisilane,
  • 1,1,2-tri-α-pheaethylpentachlorotrisilane,
  • 1,1,2-tris(trimethylsilyl)pentachlorotrisilane,
  • 1,2,3-tri-i-propylpentachlorotrisilane,
  • 1,2,3-tri-t-butyipentachlorotrisilane,
  • 1,2,3-tri(1-athylpropyl)pentachlorotrisilane,
  • 1,2,3-tricychnylpentnchlorotrisilane,
  • 1,2,3-tri-α-phenethylpentachlorotrisilane and
  • 1,2,3-tris(tisethylsilyl)petachlorotrisilane.
    • Beispiele von anderen Halogentrisilanen welche geeignet sind für den Zweck der Erfindung umfassen
  • octabromotrisilane,
  • 1-i-propylheptabromotrisilane,
  • 1-t-butylheptabromotrisilane,
  • 1-(1-methylpropyl)heptabromotrislane,
  • 1-cyclohexylheptabromotrisilane,
  • 1-(1,1,2-trimethylpropyl)heptabromotrisilane,
  • 1-α-phenethylheptabromotrisilane,
  • 1-cumenylheptabromotrisilane,
  • 1-(trimethylsilyl)heptabromotrisilane,
  • 2-i-propylheptabromotrisilane,
  • 2-t-butylheptabromotrisilane,
  • 2-(1-methylpropyl)heptabromotrilane,
  • 2-cyelohexylhsptabramotrisilane,
  • 2-(1,1,2-trimethylpropyl)heptabromotrisilane,
  • 2-α-phenethylheptabromotrisilane,
  • 2-cumenyiheptabromotrisilane,
  • 2-(trimethylsilyl)heptabromotrisilane,
  • 1,1-di-i-propylhexabromotrisilane,
  • 1,1-di-t-hutylhexabrvmotrisilane,
  • 1,1-di(1-methylpropyl)hezabromotrisilane,
  • 1,1-di-t-butyihexabromotrisilane,
  • 1,1-di-α-phenethylhexabromotrisilane,
  • 1,1-bis(trimethylsilyl)hexsbromotrisilane,
  • 1,2-di-i-propylhexabromotrisilane,
  • 1,2-di-t-butylhexabromotrsilane,
  • 1,2-di(1-methylpropyl)hexabromotrisilane,
  • 1,2-dicyclohexylbromotrisilane,
  • 1,2-di-α-phenethylhexabromotrisilane,
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)hexabromotrisilane,
  • 1,3-di-i-propylhexnbrvmotrisilane,
  • 1,3-di-i-propylhexabromotrisilane,
  • 1,3-di-(1-methylpropyl)hexabromotrisilane,
  • 1,3-dtcyclohexylhexabromctrisilane,
  • 1,3-di-α-phenethylhexabromotrisilane,
  • 1,3-bis(trimethyleilyl)hexabromotrisilane,
  • 1,1,1-tri-i-propylpentabromotrisilane,
  • 1,1,1-tri-t-butylpentabromotrisilane,
  • 1,1,1-tri(1-methylpropyl)pentabromotrisilane,
  • 1,1,1-tricyclohexylpentabromotrisilage,
  • 1,1,1-tri-α-phenethylpentabromotrisilane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)pentabromotriailane,
  • 1,1,2-tri-i-propylpentabrcmotrisilane,
  • 1,1,2-tri-t-butylpentabromotrisilane,
  • 1,1,2-tri(1-methylpropyl)pentabromotrisilane,
  • 1,1,2-tricyclohexylpentabrcmctrisilane,
  • 1,1,2-tri-α-phenethylpentabromotrisilane,
  • 1,1,2-tris(trimethylsilyl)pentabromotrisilane,
  • 1,2,3-tri-i-propylpentabromotrisilane,
  • 1,2,3-tri-t-butylpentabroanotrisilane,
  • 1,2,3-tri(1-methylpropyl)pentabromotriailane,
  • 1,2,3-tricyciohnylpentabromotrisilane,
  • 1,2,3-tri-α-phenethylpentabromotrisilane,
  • 1,2,3-tris(trimethylsilyl)pentabromotrisilane,
  • octaiodotrisilane, 1-i-propylheptaiodotriuilane,
  • 1-t-butylheptaiodotrisilane,
  • 1-(i-methylpropyl)heptaiodotrisilane,
  • 1-cyclohaylheptaiodotrisilane,
  • 1-(1,1,2-trimethylpropyl)heptaiodotrieilan,
  • 1-α-phenethylheptaiodotrisilane,
  • 1-cumenylheptaiodotrisilane,
  • 1-(trimethylailyl)heptaiodotrisilane,
  • 2-i-propylheptaiodotrisilnne,
  • 2-t-butylheptaiodotrisilane,
  • 2-(1-methylpropyl)hegtaiodotrisilane,
  • 2-cyclohexylheptaiodotrisilane,
  • 2-(1,1,2-trimethylpropyl)heptniodotrisilane,
  • 2-α-phenethylheptaiodotrisilane,
  • 2-cumenylheptaiodotrisilane,
  • 2-(trimethylsilyl)heptaiodotrisilans,
  • 1,1-di-i-ptopylhexaiodotrisilnne,
  • 1,1-di-t-butylhexaiodotr±silane,
  • 1,1-di(1-methylpropyl)hexaiodotrisilazie,
  • 1,1-dicyclahexylhexaiodotrisilan,
  • 1,1-di-α-phenethylhexaiodotrisilane,
  • 1,1-bis(trimethylsilyl)hexaiodotrisilane,
  • 1,2-di-i-phenethylhexaiodotrisilane,
  • 1,2-di-t-bntylhexaiodotrisilane,
  • 1,2-di(1-methylpropyl)hexaiodotrisilane,
  • 1,2-dicyclohezylhexaiodctrisilane,
  • 1,2-di-α-phenethylhexaiodotrisilane,
  • 1,2-bis(trimethylsilyl)hexaiodotrisilane,
  • 1,3-di-i-propylhexaiodotrisilnne,
  • 1,3-di-t-butylhexaiodotrisilane,
  • 1,3-di(1-methylpropyl)hezaiodotrisilane,
  • 1,3-dicyclohexylhezniodotrisilane,
  • 1,3-di-α-phensthylhexaiodotrisilane,
  • 1,3-bis(trimethylsilyl)hexaiodotrsilane,
  • 1,1,1-tri-i-prnpylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,1-tri-t-butylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,1-tri(1-methylpropyl)pentaiodotrisilane,
  • 1,1,1-tricyclohexylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,1-tri-α-phenethylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,1-tris(trimethylsilyl)pentaiodotrisilane,
  • 1,1,2-tri-i-prcpylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,2-tri-t-butylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,2-tri(1-methylpropyl)penttiodotrisilane,
  • 1,1,2-tricyclohexylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,2-tri-α-phenethylpentaiodotrisilane,
  • 1,1,2-tris(timethylsilyl)pentniodotrisilane,
  • 1,2,3-tri-i-propylpentaiodotrisilane,
  • 1,2,3-tri-t-butylpentaiodotrisilane,
  • 1,2,3-tri(1-methylpropyl)pentaiodotniailane,
  • 1,2,3-tricyclohexylpentaiodotrisilane,
  • 1,2,3-tri-α-phenethylpentaiodotrisilane and
  • 1,2,3-tris(trimethylsilyl)pentaiodotrisilane.
  • Die oben beispielhaft dargestellten Halogensilan-Verbindungen werden in Reaktion gebracht mit einem Alkalimetall und/oder einem Erdalkalimetall, gewöhnlich in einer Inert-Lösung. Diese Reaktion ist als Wurtz-Kondensationsreaktion bekannt.
  • Der in der Erfindung benutzte Begriff Inert-Lösung umfaßt eine Hydrocarbon-Lösung, beispielsweise Toluen, Xylen, Heptan, Dekan und Dodekan, und eine Ether-Lösung beispielsweise Diethyl-Ether, Isopropyl-Ether, Methylbutyl-Ether, Dimethoxy-Ethan, Tetrahydrofuran und Dioxan. Diese Lösungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  • Die Lösung ist gewöhnlich verwendet in einem Volumenanteil von 1-100, vorzugsweise 5-50, pro Volumen der Halogensilan-Verbindung.
  • Beispiele der Alkalimetalle mit denen das Halogensilan reagiert, umfassen Lithium, Kalium, Natrium, und Beispiele der Erdalkalimetalle umfassen Magnesium und Calzium. Diese Metalle können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Die Menge dieser verwendeten Metalle ist gewöhnlich 1-100 Mol, vorzugsweise 1-50 Mol pro Mol der Halogensilan-Verbindung.
  • Die Reaktion wird vermittelt indem Tropfen der Halogen-Verbindung in die Inert- Lösung eingeführt werden, in welcher das Metall fein verteilt ist, oder durch Einführung von Tropfen der mit Metall durchsetzten Lösung in die Inert-Lösung in der das Halogensilan gelöst ist. Die Reaktion ist vorzugsweise in einer Argon- oder Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt, mit oder ohne Ultraschall-Bestrahlung. Die Reaktionstemperatur ist gewöhnlich im Bereich von 0º bis 250ºC, vorzugsweise 25º- 210ºC. Der Reaktionsdruck ist vorzugsweise im Bereich zwischen Atmosphärendruck bis 200 kg/cm², vorzugsweise Atmosphärendruck bis 1.00 kg/cm². Die Reaktionszeit ist gewöhnlich 5 Minuten bis 24 Stunden, vorzugsweise 30 Minuten bis 24 Stunden, abhängig von der Reaktionstemperatur und der Art des verwendeten Reaktions-Metalls. Die Wurtz-Kondensationsreaktion kann durchgeführt werden in Anwesenheit von Crown-Ether, beispielsweise 12-Crown-4, 15-Crown-5, 18-Crown-6, Dibenzo-12- Crown-4, Dibenzo-15-Crown-5 und Dibenzo-18-Crown-6, oder Diamine wie zum Beispiel Tetramethylethylendiamin. Diese Additive können in einer Menge von gewöhnlich 0,01-100 Mol, vorzugsweise 0,01-50 Mol pro Mol des Halogensilans verwendet werden.
  • Zur Vervollständigung der Reaktion wird dem Reaktionssystem ein Alkohol zugefügt, beispielsweise Methanol und Ethanol um nicht reagiertes Metall unwirksam zu machen, gefolgt von Auswaschen mit Wasser um NaCl und andere Nebenprodukte zu entfernen. Hiernach ist die Reaktionslösung in Methanol, Ethanol, IPA, Ethylacetat, Pentan oder Hexan eingefügt, wodurch es dem resultierenden Kondensat ermöglicht ist sich abzuscheiden. Das Kondensat kann anderweitig raffiniert werden durch Kontakt mit Florisil (Markenname). Diese Prozesse können auch kombiniert werden.
  • Das Kondensat kann hinsichtlich seiner Struktur mittels Infrarot oder Ultraviolett Absorptionsspektren, kernmagnetischer Resonanz (beispielsweise ¹HNMR, ¹³CNMR und ²&sup9;SiNMR) und Gel-Permeations-Chromatography bestimmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Kondensat enthält gewöhnlich sich wiederholende Einheiten nach der Formel
  • worin R¹&sup8;, R¹&sup9; und R²&sup0; identisch oder verschieden sind, und jeweils beinhalten C&sub3;-C&sub1;&sub2; sekundäre und tertiäre Alkyl- und Cycloaklylgruppen, C&sub8;-C&sub1;&sub2; primäre, sekundäre und tertiäre Aralkylgruppen, die Silylgruppen (Formel I'), und welches Chlor, Brom oder Jod ist. Die Verhältnisse von m, n und o können variieren gemäß der Art des Ausgangsmonomers, der verwendeten Rohstoffe und der relativen Menge von zwei oder mehr verschiedenen Halogensilanen, welche verwendet werden können. Der Wert n/m ist gewöhnlich 0-1.000, vorzugsweise 0-100, und der Wert o/n ist gewöhnlich 0- 1.000, vorzugsweise 0-100.
  • Das Polysilan hat einen Polymerisationsgrad von gewöhnlich 6-2.000 und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von gewöhnlich 100-10.000.000, vorzugsweise 500-1.000.000 und ein Anzahl-gewichtetes Molekulargewicht (Mn) von gewöhnlich 100-1.000.000, vorzugsweise 300-500.000.
  • Das kondensierte Produkt ist einer thermischen Zersetzung unterzogen, bei welcher es in einem geeigneten Lösungsmittel, wie zum Beispiel Toluen und Tetrahydrofuran aufgelöst wird und auf einer Platte aus Quarz oder rostfreiem Stahl, oder einem Silicium-Wafer abgeschieden wird.
  • Alternativ kann das Kondensat thermisch zersetzt werden, nachdem es in einer faserigen Form oder einer Pelletform verarbeitet wurde. Die thermische Zersetzung erfolgt in Anwesenheit eines Inert-Gases, wie zum Beispiel Argon und Stickstoff, oder unter Vakuum von 10&supmin;&sup5;-10&sup4; Pa, vorzugsweise 10&supmin;³-10³ Pa bei einer Temperatur von 100ºC - 700ºC, vorzugsweise 200ºC - 700ºC. Sie kann weiterhin durchgeführt werden in der Anwesenheit eines reduzierenden Gases, beispielsweise Wasserstoff oder eine Mischung hiervon mit Inertgas, wobei das reduzierende Gas in einer Menge von 0,1- 100%, vorzugsweise 1-50% relativ zum Inertgas verwendet wird. Die thermische Zersetzungsreaktion kann weiterhin durchgeführt werden in der Anwesenheit einer Dampfatmosphäre, beispielsweise von Jod, Ferrichlorid, Antimonpentafluorid, Antimonpentachlorid, Arsenpentafluorid, Phosphortrichlorid, Bortribromid und Aluminiumtrichlorid, die Menge des Zusatzes hiervon ist im Bereich von 1 Vol. ppt -10 Vol. %, vorzugsweise 1 Vol. ppb - 1 Vol. %.
  • Das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Halbleitermaterial reicht im Farbton von gelb bis dunkelbraun, bis zu glänzendem silber und hat im Falle eines Films eine Dicke von gewöhnlich 0,01 um - 500 um, vorzugsweise 0,1 um - 50 um, und weist eine optische Bandlücke (E&sub0;) von gewöhnlich 0,1-4,0 eV auf, vorzugsweise 0,5-2,0 eV.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Ein 100 ml Vier-Hals-Kolben ausgestattet mit Rührwerk, Rücklaufkondensator und Trichter wurde mit metallischem Natrium (1,4 g, 40 mmol) und unhydriertem Toluen (20 mmol) bestückt und unter Rühren aufgeheizt. Als der Rückfluß begann, wurde eine Toluenlösung (10 ml) von 1-Methylpropyl-Pentachlordisilan (3,0 g, 10 mmol) unter ständigem Rühren tröpfchenweise hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wurde sofort violett und daraufhin wurde der Rückfluß unter Rühren für eine Stunde beibehalten, gefolgt durch Abkühlen auf Raumtemperatur und Zugabe von Methanol. Der Reaktionsmischung wurde hiernach Ether (60 ml) zugefügt, und sodann mit Wasser ausgewaschen und getrocknet. Das resultierende Kondensat wurde durch Ausfällung in Toluen-Methanol raffiniert bis ein gelbliches Pulver als Kondensat-Produkt (0,29 g, Ausbeute 26%) erhalten wurde.
  • Eine Toluenlösung des Kondensats wurde angewandt durch Abscheiden auf einer Quarzglasplatte und anschließendem Aufheizen bei 700ºC für eine Stunde unter Argonatmosphäre, um einen dunkelbraunen Film (0,1 um dick) zu erhalten. Der Film wies eine Leitfähigkeit von 10&supmin;&sup6; s/cm und eine optische Bandlücke (E&sub0;) von 1,7 eV auf.
    • Beispiel 2
  • Der Prozedur von Beispiel 1 wurde gefolgt, außer daß eine Mischung von Cyclohexyltrichlorsilan (2,2 g, 100 mmol) und Tetrachlorsilicium (0,85 g, 5,0 mmol) verwendet wurde. Es wurde ein gelbliches Pulver-Kondensat (1,19 g, Ausbeute 19%) erhalten.
  • Eine Toluenlösung des Kondensats wurde angewandt durch Abscheiden auf einer Quarzglasplatte und anschließend für eine Stunde aufgeheizt auf 700ºC unter Argonatmosphäre um einen dunkelbraunen Film (0,2 um dick) zu erhalten. Der Film wies eine Leitfähigkeit von 10&supmin;&sup4; s/cm und eine optische Bandlücke (E&sub0;) von 1,5 eV auf
    • Beispiel 3
  • Der Prozedur von Beispiel 1 wurde gefolgt, außer daß eine Mischung von 1,3-Di-n- Hexylhexa-Chlortrisilan (0,8 g, 1,70 mmol), Kalium-Natrium Legierung (0,84 g, 13,6 mmol) und 18-Crown-6 (26 mg, 0,1 mmol) verwendet wurde. Es wurde ein gelbliches Pulverkondensat (99 mg, Ausbeute 23%) erhalten.
  • Eine Toluenlösung des Kondensats wurde über eine Quarzglasplatte abgeschieden und dann auf 600ºC für drei Stunden unter Argonatmosphäre aufgeheizt, um einen dunkelbraunen Film zu ergeben.
  • Der Film wies eine Leitfähigkeit von 10&supmin;&sup6; s/cm und eine optische Bandlücke (E&sub0;) von 1,8 eV auf.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Halogensilane der Gruppe bestehend aus:
Halogenmonosilanen der Formel
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und Silylgruppen nach der Formel:
R³ R&sup4; R&sup5; Si (I')
worin R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 10
Kohlenstoffatomen und X, welches Chlor, Brom, oder Jod ist, sowie Halogendisilane nach der Formel:
worin R&sup6; bis R¹&sup0; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und den Silyl-Gruppen (I') und X Chlor, Brom, oder Jod ist und mindestens eines der R&sup6; bis R¹&sup0; · ist, sowie Halogentrisilane nach der Formel:
worin R¹¹ bis R¹&sup7; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus X, sekundären Alkyl, tertiären Alkyl und Cycloalkyl-Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, primären, sekundären und tertiären Aralkylgruppen mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und den Silyl-Gruppen (I') und X Chlor, Brom, oder Jod ist und mindestens eines der R¹¹ bis R¹&sup7; X ist, mit einem Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall reagieren, um ein Kondensat zu bilden und dieses Kondensat thermisch bei einer Temperatur von 100 bis 700 Grad Celsius in seine Bestandteile zerlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial eine optische Bandlücke (E&sub0;) im Bereich von 0,1 bis 2,0 eV aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche besteht aus Lithium, Natrium, Kalium und das Erdalkalimetall ausgewählt ist aus der Gruppe von Kalcium und Magnesium, und das Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall in einer Menge von 1-100 Mol pro Mol des Halogensilans verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einer Inert-Lösung ausgeführt wird, welche ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Toluene, Xylene, Heptane, Dekan, Dodekan, Diethyl-Ether, Methylbutyl-Ether, Dimethoxy-Ethan, Tetrahydrofuran, und Dioxan und die Inert-Lösung in einer Menge von 1-100 Mol pro Mol des Halogensilans verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogensilan mit dem Alkalimetall und/oder dem Erdalkalimetall reagiert, bei einer Temperatur von 0 bis 250 Grad Celsius für eine Zeitspanne von 5 Minuten bis 24 Stunden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat thermisch zersetzt wird, in einer Inertgas-Atmosphäre oder unter Vakuum von 10&supmin;&sup5;- 10&sup4; Pa.
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