[發明專利]三氯硅烷的制備方法和三氯硅烷的制備裝置

在審

• 申請號: 201310417262.3
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN103553055A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 水島一樹;漆原誠
• 申請（專利權）人: 三菱麻鐵里亞爾株式會社
• 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: 孔青;孟慧嵐

本申請是原案申請日為2007年10月26日、原案申請號為200780024481.8?(國際申請號為PCT/JP2007/070941)、發明名稱為“三氯硅烷的制備方法和三氯硅烷的制備裝置”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及將四氯硅烷轉換成三氯硅烷的三氯硅烷的制備方法和三氯硅烷的制備裝置。

本申請根據2006年11月7日在日本申請的特愿2006-302056號和2007年10月22日在日本申請的特愿2007-273545號主張優先權，將其內容援引到本申請中。

背景技術

高純度多晶硅例如可以以三氯硅烷(SiHCl₃：簡稱為TCS)、四氯硅烷(SiCl₄：簡稱為STC)和氫作為原料，通過下式(1)所示的三氯硅烷的氫還原反應、下式(2)所示的三氯硅烷的熱分解反應來制備。

由多晶硅的上述生成反應排出的氣體中，含有未反應的四氯硅烷、三氯硅烷和氫，同時還含有副生的氯化氫和二氯硅烷等低沸點氯硅烷類、四氯乙硅烷或六氯乙硅烷等微量的高沸點氯硅烷類。這些氯硅烷類可以根據沸點進行階段性蒸餾分離，可以根據需要進行再利用。

例如，可以以由上述生成反應的排氣中蒸餾分離而回收的四氯硅烷為原料，通過下式(3)所示的氫加成的轉換反應生成三氯硅烷。回收該三氯硅烷，可以將其作為上述多晶硅的制備原料進行再利用。

作為制備該三氯硅烷的裝置，例如已知專利文獻1中記載的轉換反應裝置(轉化爐)。該轉換反應裝置是包裹發熱體的反應室具有由同心配置的兩個管形成的外室和內室雙重室，在該反應室的下部設置熱交換器，經由該熱交換器連接原料氣體供給管路和排出管路，所述原料氣體供給管路向反應室中供給氫和四氯硅烷，所述排出管路由反應室中排出反應生成氣體；在上述熱交換器中，將來自反應室排出的反應生成氣體的熱傳遞給供給反應室的供給氣體，進行預熱，同時排出的反應生成氣體得以冷卻。

專利文獻1：日本專利第3781439號公報。

發明內容

發明所要解決的課題

在上述現有的三氯硅烷制備裝置中，在反應室下部的熱交換器中，通過與供給氣體進行熱交換而將反應生成氣體冷卻，但在反應生成氣體的冷卻過程中，發生三氯硅烷分解成四氯化硅和氫的逆反應。因此，為了盡量不發生逆反應而提高反應生成氣體的冷卻速度，設法在直至明顯不發生逆反應的溫度下短時間內驟冷。但是，上述現有的冷卻方法由于冷卻速度慢，因此無法避免逆反應的發生，出現生成三氯硅烷的轉換率變低的不良情形。當在更高的溫度下發生轉換反應時上述問題增大，特別是在超過1200℃的溫度下上述問題顯著。

雖然還可以在直至逆反應明顯不發生的溫度下在1秒以內的極短時間內驟冷，但這種情況下，在冷卻過程中副生聚合物，因此存在轉換率變低的問題，而且副生的聚合物附著于管路的壁上等出現堵塞管路、無法維持管路等的良好的健全性的不良情形。需要說明的是，該聚合物為含有2個原子以上的硅的Si₂Cl₆、Si₃Cl₈、Si₂H₂Cl₄等高價氯硅烷類。

本發明為解決現有三氯硅烷制備方法中的上述問題而設，目的在于提供通過向轉換反應生成的混合氣體中導入特定的冷卻氣體，邊控制化學反應邊驟冷生成的混合氣體，可提高轉換效率的三氯硅烷的制備方法和三氯硅烷制備裝置。

解決課題的方法

本發明涉及通過具有以下[1]~[6]所示的構成來解決上述課題的三氯硅烷的制備方法。

[1]?三氯硅烷的制備方法，該制備方法具有以下步驟：將四氯硅烷和氫導入到反應室內，使之在800℃以上的溫度下進行反應，生成包含三氯硅烷和氯化氫的混合氣體的步驟；以及由上述反應室導出上述混合氣體時，向該混合氣體中導入以氫、四氯硅烷或氯化氫中的至少一種為主體的冷卻氣體來冷卻該混合氣體的步驟。

[2]?上述[1]的三氯硅烷的制備方法，其中導入到混合氣體中的冷卻氣體的溫度為-60℃~650℃。

[3]?上述[1]或[2]的三氯硅烷的制備方法，其中混合氣體生成步驟的反應溫度為1200℃以上。

[4]?上述[1]~[3]中任一項的三氯硅烷的制備方法，其中導入以氫或四氯硅烷為主體的冷卻氣體，將上述混合氣體冷卻至650℃以下。