[發明專利]三氯硅烷的制造裝置和制造方法

有效

• 申請號: 201010136864.8
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101844769B
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 齋木涉;T·阿克巴伊
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔡曉菡;孫秀武

技術領域

本發明涉及將四氯硅烷轉化為三氯硅烷的三氯硅烷的制造裝置及 制造方法。

本申請主張2009年3月11日申請的日本專利申請第2009-057654 號的優先權，在此引用其內容。

背景技術

高純度的多晶硅(Si)是通過使四氯硅烷(SiCl₄)與氫的轉化反應 (式(1))生成作為原料的高純度三氯硅烷(SiHCl₃)，再利用三氯硅 烷的氫還原反應(式(2))和熱分解反應(式(3))制造而成。

SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl??...(1)

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl????...(2)

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂...(3)

作為通過式(1)的反應制造三氯硅烷的裝置，例如已知日本特許 第3781439號公報所記載的轉化反應裝置。該轉化反應裝置是將在反應 室(轉化爐)中生成的反應生成氣體中所含的三氯硅烷回收的裝置，被 發熱體包圍的反應室為由同心配置的2個管所形成的外室和內室所構成 的雙重室。該反應室上通過設于其下部的的熱交換器連接有向反應室供 給氫和四氯硅烷的原料氣體供給管路以及從反應室排出反應生成氣體 的排出管路。在該熱交換器中，在供至反應室的原料氣體和由反應室排 出的反應生成氣體之間進行熱交換，在預熱原料氣體的同時，將反應生 成氣體冷卻。

在日本特公昭57-38524號公報中公開了通過將四氯硅烷和氫導入 反應室中，在600℃～1200℃的溫度下使其發生轉化反應，從而獲得含 有三氯硅烷和氯化氫的反應生成氣體，同時以將從反應室導出的該反應 生成氣體在1秒鐘以內冷卻至300℃以下的冷卻速度進行驟冷的方法。

日本特許第3781439號公報所記載的三氯硅烷的制造裝置中，在反 應室下部的熱交換器中，利用與原料氣體的熱交換，將反應生成氣體冷 卻。當在該反應生成氣體被冷卻的過程中冷卻速度過慢時，則發生式(1) 的逆反應(式(4))，向三氯硅烷轉化的轉化率降低。

與此相對，如日本特公昭57-38524號公報所記載，通過在1秒鐘 以下將反應生成氣體驟冷至300℃以下的溫度范圍，可以抑制式(4)的 反應。但是，當冷卻反應生成氣體的速度過快時，則反應生成氣體所含 的二氯亞甲硅基(SiCl₂)與四氯硅烷反應，生成作為副產物的聚合物(式 (5))，三氯硅烷的轉化率降低，同時會發生聚合物的附著所導致的 配管堵塞等的問題。

SiHCl₃+HCl→SiCl₄+H₂...(4)

SiCl₂+SiCl₄→Si₂Cl₆?...(5)

二氯硅烯在轉化反應中在高溫下(特別是超過1200℃的溫度下)下 大量生成，大量包含在由轉化爐排出的反應生成氣體中。這里所說的聚 合物是六氯二硅烷(Si₂Cl₆)、八氯三硅烷(Si₃Cl₈)、四氯二硅烷(Si₂H₂Cl₄) 等含有2個以上硅原子的高次氯硅烷類的總稱。

如此，當反應生成氣體在極短的時間內被驟冷時，抑制了冷卻中的 三氯硅烷向四氯硅烷的轉化反應(式(4))，三氯硅烷的回收率提高， 但冷卻后的溫度變得過低時，則聚合物的生成量增加(式(5))，會 發生冷卻工序后聚合物堆積在配管等上的問題。另一方面，當冷卻速度 慢時，易于適當地維持冷卻后的溫度、降低聚合物的生成量，但三氯硅 烷分解，三氯硅烷的回收率降低。

因此，有必要將從轉化爐取出的反應生成氣體在三氯硅烷易于分解 的600℃以上的高溫域中控制為適當的冷卻速度的同時進行冷卻。但是， 從轉化爐取出的反應生成氣體為1000℃以上的高溫，難以在適當地控制 600℃以上高溫域的冷卻速度的同時進行驟冷。由于這些問題，以往均 是優先提高三氯硅烷的回收率，以過度的冷卻速度進行冷卻，但產生聚 合物成為問題。

發明內容