硅基薄膜主要包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、含氮碳化硅、二氧化硅以及含碳氧化硅等等。自1960年以来,这些薄膜材料因其易集成、成本低廉、工艺成熟、衬底选择性广以及性能优良等诸多优势,被广泛应用于集成电路领域。近年来,随着IC产业不断向微型化、智能化发展,人们对薄膜性能的要求也随之越来越高。因此,除了决定薄膜性能的沉积工艺外,前驱体的选择也被看做是一个关键因素,并逐渐进入了人们的视野、开始受到广泛关注。目前用于制备硅基薄膜的前驱体主要分为传统前驱体(SiH4、Si2H6、SiCl4、SiF4、Si2Cl6)与新型前驱体(目前主包括胺基取代硅烷以及烷基取代硅烷)两大类。其中,传统前驱体硅烷的毒性以及卤代物的腐蚀性在一定程度上阻碍着其大规模应用。而现有新型前驱体的结构中或是仍然含有Si-H键,或是含有二甲氨基基团。Si-H键会使得这些化合物变得对空气水分极其敏感,不但不利于储存运输,同时从合成角度讲,此类物质较难合成,且产率不高。而二甲氨基通常是通过气态的二甲胺参与反应制备,因此从原料上就增加了合成难度,提高了最终前驱体的成本。同时气体参与的反应一般对实验装置设备要求较高。最后,国内外现有种类及数量的硅前驱体已经不足以满足庞大的需要。新前驱体的设计合成十分必要,不仅仅是因为现有的前驱体仍然存在着上述不足,同样也因为不同前驱体结构(硅化合物所包含的取代基或者配体)决定其自身物理化学性质,而这些性质恰恰能够使得它们在整个CVD过程有着不同的物理(挥发性、蒸汽压等)与化学(反应或者自身热分解等)行为,从而在一定程度上决定是否能够进行薄膜沉积,甚至影响薄膜性能以满足不同工艺需要。本论文基于上述问题,采取固液法合成了Si2Cl6,并对其进行了衍生化。同时,本文设计合成了基于胍/脒、2-氨基吡啶、β二亚胺三大类配体SiMe3Cl衍生物的合成与表征。对所有的化合物进行热性能(挥发性、热稳定性以及蒸汽压)测试以及CVD沉积实验,证实了这些化合物确实可以用作CVD硅基薄膜前驱体。具体研究内容如下:(一)以一价铜催化SiCl4与硅铁粉反应的固液反应体系合成出了Si2Cl6,装置简单、易操作,产率高达60%,同时合成难度及成本大大降低,从根本上改善了Si2Cl6现有气固合成方法难度大、装置复杂、产率低(10~20%)等问题,目前该方法已经实现产业化。(二)从CVD前驱体的性能要求出发,根据分子结构与性能之间的关系,在国际上率先选取液态伯/仲胺作为配体开展对Si2Cl6的衍生化及CVD成膜研究,研究结果有望从根本上解决现有的由于使用氯硅烷作为前驱体带来的设备腐蚀这一技术难题。本部分工作共设计合成了12个新化合物。(三)选取胍/脒、2-氨基吡啶、β二亚胺三大类配体对SiMe3Cl进行了衍生化,对其进行了表征,确定了中心硅原子的配位方式,解决了本领域中关于其配位数的争议,本部分工作共设计合成了24个新化合物。(四)采用同步热分析法对上述36种化合物进行挥发性、热稳定性以及蒸汽压的测试,并通过每个系列化合物的CVD薄膜沉积实验,切实证明了这些化合物作为硅基薄膜前驱体的能力。从化合物结构与其自身挥发性之间的构效关系研究出发,得到如下规律:1)随着化合物分子量的增加,挥发性降低;2)而对于分子量相差不大或者相同的化合物,具有较大空间立体结构的具有更好的挥发性。这为今后设计合成硅前驱体化合物的发展提供了重要的理论基础。