[發明專利]氫氣的再利用方法

有效

• 申請號: 201080035687.2
• 申請日: 2010-09-13
• 公開（公告）號: CN102471056A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 秋吉彩生;相本忠
• 申請（專利權）人: 株式會社德山
• 主分類號: C01B3/52
• 分類號: C01B3/52;B01D53/14;B01D53/68;C01B33/03
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及在使氫氣與三氯硅烷反應而制造多晶硅的過程中使用的氫氣的再利用方法。

背景技術

一直以來，已知許多種作為半導體或者太陽能發電用晶圓的原料使用的硅的制造方法，其中若干種方法已經在工業上實施。例如其中之一為被稱作西門子法(Siemens?method)的方法，該方法中向通電加熱后的硅芯(filament)供給氫氣和三氯硅烷的混合氣體，通過化學氣相析出法使硅在硅芯上析出而得到多晶硅。由利用西門子法的多晶硅的制造工序排出的廢氣中除了含有氫氣和未反應的三氯硅烷之外，還含有作為反應的副產物的單硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅等硅烷化合物以及氯化氫等。以下，本發明中，將三氯硅烷和該硅烷化合物總稱為硅烷類。

在利用上述西門子法的多晶硅的制造方法中，將廢氣中含有的各氣體成分分離，使其在多晶硅的制造中進行再循環。例如，專利文獻1中公開了一種多晶硅的制造方法，該方法經過以下工序而將廢氣中的氫氣純化，并使該氫氣在多晶硅的制造工序中循環：將由多晶硅的制造工序排出的含有副產氯化氫的廢氣冷卻到-10℃以下，而將硅烷類的一部分冷凝除去的工序；使經由該工序的廢氣通過活性炭層，吸附除去廢氣中的硅烷類的工序；和，使經由吸附除去工序的廢氣通過具有特定的平均孔半徑的活性炭層，而吸附除去氯化氫的工序。

提出了以下方案：對于吸附保持有上述用于吸附除去氯化氫的工序中的氯化氫的活性炭層，對其使用氫氣作為吹掃氣體而使所吸附的氯化氫脫附，接著使含有氫氣和脫附的氯化氫的吹掃廢氣在洗滌塔中與鹽酸等酸性水接觸，使酸性水吸收吹掃廢氣中的氯化氫，之后，從該酸性水中回收氯化氫。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-131491號公報

發明內容

發明要解決的問題

上述專利文獻1中，使吹掃廢氣在洗滌塔中與酸性水接觸后，排出的廢氣是含有氫氣作為主要成分的氣體，但由于含有鹽酸等酸性水所難以吸收的雜質例如甲烷(CH₄)或磷化氫(PH₃)等、進而由洗滌塔伴隨的水分中所含有的微量的氯化氫等雜質，因此認為難以將該廢氣用作其他反應中的氫源，迄今為止經過適當的處理而被廢棄。

另一方面，隨著利用西門子法的多晶硅的制造量增大，由多晶硅制造工序排出的廢氣增加。由于利用活性炭層吸附除去氯化氫的能力有限，因此作為應對該廢氣增加的對策，將多個上述活性炭層并列使用。但是，隨著多個活性炭層的使用，吸附保持有氯化氫的活性炭層的再生處理即使用氫氣作為吹掃氣體的使氯化氫由活性炭層脫附的次數也增加，因此氯化氫脫附時排出的吹掃廢氣的排出量也增加，希望確立該廢氣的有效的再利用方法。另外，脫附了氯化氫的活性炭可再度用于從由多晶硅制造工序排出的廢氣中除去氯化氫，因而作為上述吹掃氣體，可使用也作為廢氣中的成分氣體的氫氣。

本發明是鑒于上述情況而進行的。即，本發明的目的在于提供一種方法，其中，使用氫氣作為吹掃氣體從吸附保持有氯化氫的活性炭層使所吸附的氯化氫脫附時，從含有排出的氯化氫和氫氣的吹掃廢氣中回收氫氣，進行再利用。

用于解決問題的方案

本發明人等鑒于上述課題進行了深入的研究。首先，本發明人等著眼于作為所述吹掃氣體而使用的氫氣為高純度。即，在多晶硅的制造工序中，為了制造半導體級等極高純度的多晶硅，在制造工序中流通的各種氣體需要為高純度。例如，從防止雜質等由用于純化來自多晶硅制造工序中的廢氣的活性炭層混入廢氣中的觀點出發，使氯化氫由活性炭層脫附時使用的吹掃氣體的氫氣也要求具有與多晶硅制造工序中流通的氫氣相同程度的高純度。

因此，在使用氫氣作為吹掃氣體從吸附保持有氯化氫的活性炭層使吸附的氯化氫脫附時，使排出的含有氯化氫和氫氣的吹掃廢氣與氯化氫吸收液接觸，使該吸收液吸收氯化氫，回收除去了氯化氫的吹掃廢氣時，結果判明該回收氣體為含有極高純度的氫氣的氣體。此外，研究了將該回收氣體壓縮從而作為其他制造工序中的氫源的用途，結果發現例如可以作為使四氯化硅與氫氣在火焰上反應的、所謂氣相二氧化硅的制造中的氫源使用，由此完成了本發明。

根據本發明，提供一種吹掃廢氣中的氫氣的再利用方法，其特征在于，其包括以下工序：

(1)氯化氫吸附工序：使由氫氣與三氯硅烷反應而制造多晶硅的工序中排出的廢氣通過活性炭層，從而吸附氯化氫；

(2)氯化氫脫附工序：使作為吹掃氣體的氫氣流通吸附保持有氯化氫的活性炭層，使所吸附的氯化氫脫附；