[發明專利]用于制備氯代多硅烷的方法和裝置

有效

• 申請號: 201480023110.8
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN105121516B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: J.E.朗;H.勞萊德;E.米;I.穆薩萊姆
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限公司
• 主分類號: C08G77/60
• 分類號: C08G77/60;C01B33/107
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 邵長準;石克虎

本發明涉及通過對氯代硅烷施以熱等離子體而由單體氯代硅烷制備氯代多硅烷的方法和裝置。

本發明涉及通過對單體氯代硅烷施以熱等離子體而由氯代硅烷制備氯代多硅烷的方法和裝置。

現有技術公開了許多制備氯代多硅烷的方法。例如，DE 10 2006 034 061公開了四氯化硅與氫的反應以制備多硅烷。由于在氫存在下反應，制成的多硅烷含氫。為了能使該裝置保持連續運行，相對于氫過量添加四氯硅烷。此外，所公開的裝置具有復雜結構并且只能制備多硅烷混合物。只有通過多個反應器和高頻發生器的串聯才能實現多硅烷的提高的分子量。在經過各串聯的等離子體反應器后，各等離子體反應器后的多硅烷的分子量提高。所公開的方法局限于制備可轉化成氣相而不分解的化合物。

EP 1 264 798 A1公開了多晶硅制備中的包含六氯二硅烷的副產物的后處理方法。

US 4,542,002和WO 2009/143823 A2也公開了由四氯化硅和氫制備氯代多硅烷的等離子體化學法。由于該制備，獲得含氫的氯代多硅烷。根據WO 2009/143823 A2，獲得含氫的高分子量氯代多硅烷的混合物。在進一步使用前必須以昂貴和不便的方式通過在減壓下蒸餾除去氯代多硅烷中存在的四氯化硅。現有技術中的一個特定缺點是需要在氣態氫存在下制備氯代多硅烷。因此，對材料和該裝置的安全性提出非常高的安全措施要求。

本發明針對的問題在于提供具有高收率和特別高的工藝產物純度的經濟可行的制備氯代多硅烷，尤其是全氯多硅烷的方法。針對的另一問題在于能夠不用氫制備氯代多硅烷。同樣還能制備氯代多硅烷而不要求它們在制備過程中必須無分解地轉化成氣相。另一要求是直接制備基本不含單體氯代硅烷的氯代多硅烷。針對的另一問題在于提供用于制備氯代多硅烷的價廉、構造簡單并容易運行的裝置。特定的焦點在于將有助于氯代多硅烷污染的內表面減至最少。此外，該裝置應該幾乎不需要垂直空間。更特別地，還應可制備高純高分子量氯代多硅烷，在進一步加工，例如用于硅沉積之前完全不需要進一步提純。針對的另一問題在于提供制備高純高分子量氯代多硅烷的方法，和提供所述氯代多硅烷而完全不需要將這些氯代多硅烷在提純之前預先無分解地轉化成氣相或蒸餾。

通過根據權利要求1的方法、可根據權利要求15獲得的氯代多硅烷和通過根據權利要求12的裝置解決所述問題。

已經發現，令人驚訝地，氯代硅烷——包含單體氯代硅烷，任選與氯代多硅烷混合——在熱等離子體，即在熱平衡下的等離子體中可以以良好收率轉化成氯代多硅烷，根據本發明轉化成全氯多硅烷，尤其轉化成包含六氯二硅烷、八氯三硅烷、十氯四硅烷、十二氯五硅烷的混合物和/或包含至少兩種所述化合物的混合物。優選的是包含具有2至8個硅原子的全氯多硅烷的全氯多硅烷混合物。還特別優選制備具有至少3個硅原子，尤其具有3至8個硅原子的更高分子量氯代多硅烷。就此而言特別令人驚訝的是，可在熱等離子體中在基本不存在氫氣的情況下由單體氯代硅烷，優選由四氯硅烷，也由四氯硅烷、三氯硅烷和/或二氯硅烷制備氯代多硅烷。尤其通過包含布置在兩個塔之間的氣體放電反應器的本發明的裝置實現本發明的方法的特定經濟優點。

本發明的裝置包含等離子體反應器，即氣體放電反應器以及兩個專用的反應性蒸餾塔。優選地，塔之一和氣體放電反應器具有專用的再循環線路以使未轉化的單體氯代硅烷再經過氣體放電反應器，這示意性顯示在圖3中。根據本發明制備的氯代多硅烷，尤其是全氯多硅烷優選不含氫。

在本發明中，當其氫原子含量低于1x10^-0重量%，尤其低于1x10^-4重量%，更優選低于1x10^-6重量%直至檢出限（這目前為1x10^-10重量%）時，氯代多硅烷被視為不含氫。

本發明還提供具有低于1x10^-0重量%，優選低于1x10^-4重量%直至上述檢出限的氫原子含量的氯代多硅烷。測定氫原子含量的優選方法是¹H NMR波譜法。

本發明的氯代多硅烷包含通式II的全氯多硅烷的同系物