[發明專利]生產三氯硅烷的方法和設備以及生產多晶硅的方法

在審

• 申請號: 201710337482.3
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN108862283A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 孫蔚晨;陳宗艷;雷曉青;顧小焱
• 申請（專利權）人: 國藥集團化學試劑有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;C01B33/03
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 李帥

本發明屬于硅材料生產技術領域，涉及生產三氯硅烷的方法和設備以及生產多晶硅的方法。具體而言，用于生產三氯硅烷的方法包括下列步驟：1)包含四氯硅烷的物質與氫進行氫化反應，得到包含三氯硅烷和超氫化氯硅烷的氯硅烷餾分；2)分餾步驟1)中得到的氯硅烷餾分，得到三氯硅烷和含有超氫化氯硅烷的混合餾分；3)將步驟2)中得到的含有超氫化氯硅烷的混合餾分循環至步驟1)。用于執行該方法的設備包括氫化反應容器(1)和分餾塔(2)。本發明中的方法和設備能夠使以往被廢棄的低沸點副產物在生產工藝中被循環和回收，不僅提高了原料的利用率以及三氯硅烷的產量，而且提高了多晶硅的品質，適于大規模推廣使用。

技術領域

本發明屬于硅材料生產技術領域，涉及用于生產三氯硅烷的方法，用于執行上述方法的設備，以及利用由上述方法生產的三氯硅烷來生產多晶硅的方法。

背景技術

在半導體級高純多晶硅的制造工藝中，采用高純氫還原高純三氯硅烷并將生成的多晶硅沉積在高純硅芯上的西門子法已被廣泛使用，上述方法主要包括如式(1)所示的三氯硅烷的氫化反應以及如式(2)所示的三氯硅烷的熱分解反應。

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl (1)

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂ (2)

WO 02/100776 A1公開了一種用于制備多晶硅的方法，其包括下列步驟：(A)三氯硅烷(SiHCl₃，TCS)與氫反應，進而形成硅和一種流出物混合物，該流出物混合物包含四氯硅烷(SiCl₄，STC)和如通式H_nCl_6-nSi_n(n為0～6中的任一整數)所示的乙硅烷；(B)將所述流出物混合物和氫共進料至溫度在600℃至1200℃的范圍內的反應器，進而產生四氯硅烷的氫化以及乙硅烷至甲硅烷的轉化。該方法具有下列優勢：1)四氯硅烷的氫化反應與乙硅烷的熱分解反應能夠在同一個反應容器中進行；2)四氯硅烷通過如式(3)所示的氫化反應轉換為三氯硅烷后能夠再循環使用，用于生產多晶硅。

SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl (3)

除了三氯硅烷以外，上述四氯硅烷的氫化反應產生的副產物還包括以二氯硅烷(SiH₂Cl₂，DCS)為代表的超氫化氯硅烷。該超氫化氯硅烷也是在如上所述的四氯硅烷至三氯硅烷的轉化步驟中產生的一種副產物。當被淀積的多晶硅與未反應的三氯硅烷一起被供給至CVD反應器時，包含在排除氣體中的超氫化氯硅烷能夠被循環并且被有效地回收。然而，當超氫化氯硅烷的量超出供給三氯硅烷的固定量時，通過沉積反應得到的多晶硅的品質就會降低。然而，該超氫化氯硅烷又是一種潛在的、可回收的硅來源，若不加以妥善利用，則會造成資源的浪費以及成本的提高。

發明內容

為了循環利用在四氯硅烷的氫化步驟反應中產生的超氫化氯硅烷，進而提高三氯硅烷的生產效率以及作為下游產品的多晶硅的品質，本發明旨在提供用于生產三氯硅烷的方法，用于執行上述方法的設備，以及利用由上述方法生產的三氯硅烷來生產多晶硅的方法。

具體而言，本發明采用如下技術方案：

一種用于生產三氯硅烷的方法，其包括下列步驟：

1)氫化步驟：包含四氯硅烷的物質與氫進行氫化反應，得到包含三氯硅烷和超氫化氯硅烷的氯硅烷餾分；

2)分離步驟：分餾步驟1)中得到的氯硅烷餾分，得到三氯硅烷和含有超氫化氯硅烷的混合餾分；

3)循環步驟：將步驟2)中得到的含有超氫化氯硅烷的混合餾分循環至步驟1)。