[發明專利]一種反應除雜提純氯硅烷的工藝

在審

• 申請號: 201710615260.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN109292780A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 呂磊;馬軍;周舟;郄麗曼
• 申請（專利權）人: 江蘇中能硅業科技發展有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

本發明公開了一種反應除雜提純氯硅烷的工藝，包括將液相或汽化后的氯硅烷首先通入除雜反應器，經過反應除雜處理，處理后的物料再通入精餾塔去除重組分，得到提純后的氯硅烷；其中，所述的除雜反應器內填充氧化性無機鹽。本發明不僅能夠將ppb級別的硼、磷雜質進一步脫除至ppt級別，相對于物理吸附法除雜，其流程更加簡單，反應器設備小巧，投資大幅度降低，并且活性物質易得且廉價，更換簡易，環境友好，運行成本極低。

技術領域

本發明屬于多晶硅制備技術領域，具體涉及一種反應除雜提純氯硅烷的工藝。

背景技術

目前，全球市場上基本采用改良西門子法和流化床法制造高純多晶硅產品，改良西門子法占據著85％的市場份額，其經過半個多世紀的發展，在國際上已經是非常成熟的技術。改良西門子法是采用三氯氫硅作為原料在高溫環境進行氫還原反應，主要將置于還原爐反應器的多晶硅細棒通電加熱到1100℃以上，通入三氯氫硅和高純氫氣，發生還原反應，通過化學氣相沉積，生成的新的高純硅沉積在硅棒上，使硅棒不斷長大長粗，一直待到硅棒的直徑達到150～200mm，制備得到高純多晶硅產品。

其反應式為：SiHCl₃+H₂→Si+3HCl (1)

或2(SiHCl₃)→Si+2HCl+SiCl₄ (2)

以上反應除了生成中間化合物三氯氫硅外，還有附加產物如SiCl₄、SiH₂Cl₂和FeCl₃、 BCl₃、PCl₃等雜質，需要進一步精餾提純。通常情況下，經過粗餾和精餾兩道工藝，三氯氫硅中間化合物的雜質含量可以降到10^-7～10^-10數量級。

現有技術中，三氯氫硅的提純精制技術主要為精餾法。三氯氫硅中的雜質中，硼、磷雜質最難去除，如果要把硼、磷雜質控制到ppm級別，可以比較容易通過精餾實現。如果提高要求，控制到ppb級別，需要五個以上高達數十米的精餾塔串聯(比如將三氯氫硅中的硼、磷含量從1ppm降至100ppb，就需60塊左右理論塔板)。就三氯氫硅中的硼、磷雜質而言，氯化硼、氯化磷等無氫硼、磷化合物的沸點與三氯氫硅相差較大，比較容易通過精餾的方式分離，而含氫硼、磷化合物，它們的沸點與三氯氫硅幾乎相同，并且很容易發生歧化反應，很難通過精餾分離。如果要進一步去除其中的雜質，達到ppt 級別，僅靠精餾除雜，則需要更多的精餾塔串聯，投資以及能量的消耗巨大，幾乎無法實現。

通過活性炭、分子篩、樹脂等物理吸附除硼、磷的方法，可以把硼、磷雜質進一步降低，但是由于吸附劑價格昂貴，設備體積龐大，投資高昂。另外吸附劑的使用壽命相對較短，達到飽和后催化劑更換時，由其多孔結構決定，置換難度大，通常需要幾個月的時間才能完成更換，生產效率低。

半導體行業所使用的超高純三氯氫硅一直被國外壟斷，國內生產的三氯氫硅很難達到要求的純度，并且品質不穩定，很難進入高端半導體行業。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種氯硅烷尤其是三氯氫硅的除雜工藝，工藝簡單，其硼、磷雜質可以控制在ppt水平，且品質穩定，波動小，整體裝置投資成本低，能夠打破國外超高純三氯氫硅提純技術的壟斷，滿足半導體行業的需求。

本發明還要解決的技術問題是提供一種可供上述工藝使用的專用系統。

為解決上述技術問題，本發明的思路是：將反應除雜與精餾相結合提純氯硅烷，以硼雜質的去除為例。

首先，液體或者汽化后的氯硅烷進入除雜反應器，反應器內的反應活性物質——氧化性無機鹽，把氯硅烷中有還原性的含氫硼化合物氧化成硼醇化合物。這些醇類化合物本身的沸點就大幅增加，并且部分醇類物質還會繼續發生氧化或者聚合反應，從而轉變成沸點更高的物質；