[發明專利]一種吸附脫除甲基氯硅烷雜質制備高純三氯氫硅的裝置和方法

在審

• 申請號: 201811311004.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109205627A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 王紅星;陳錦溢;華超;劉洋
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種吸附脫除甲基氯硅烷雜質制備高純三氯氫硅的裝置和方法。并根據不同甲基氯硅烷單體的分子大小差異，制備具有定向吸附功能的吸附劑。將預處理吸附劑和定向吸附劑分別裝三臺吸附柱。以多級精餾提純后的三氯氫硅為原料，通過設計的多級吸附裝置進行定向吸附，經吸附后的三氯氫硅中的碳雜質含量大大降低，能夠滿足電子級多晶硅的生產。同時由于吸附柱裝填有能夠對甲基氯硅烷進行定向吸附的吸附劑，在吸附過程中可對二甲基一氯硅烷和一甲基二氯硅烷進行選擇性吸附，使其得到有效的分離，脫附后，能夠各自作為有機硅產品直接回收利用，減少后處理工藝、節約能耗，提高了經濟效益。

技術領域

本發明屬于高純三氯氫硅制備技術領域，涉及到一種吸附除甲基氯硅烷雜質的工藝，特別涉及一種針對三氯氫硅中甲基氯硅烷化合物的吸附裝置和方法。其中三氯氫硅來源于現有的多級精餾除雜裝置后的物料。

背景技術

多晶硅作為制造半導體器件的原材料，在硅晶體中的碳雜質會加速氧沉淀的形成從而在半導體器件的制造工藝中誘發晶體錯位、層錯等二次缺陷。一旦多晶硅中的碳含量過高，后續的加工過程中將無法再次去除，從而嚴重影響半導體器件的電學性能。因此，對于半導體等級的多晶硅，如何有效的去除碳雜質是一個很大的問題。

目前，多晶硅的生產主要采用改良西門子法，該方法的三氯氫硅合成工序是以冶金級硅粉、氯化氫和四氯化硅為原材料，在合成爐或氫化爐內催化劑的作用下發生反應，生成三氯氫硅。在此過程中，硅粉內夾雜的碳雜質也會與氯硅烷發生反應，生產甲基氯硅烷類含碳雜質混入到三氯氫硅物料中。此過程是多晶硅生產工藝中碳雜質的最主要來源。

三氯氫硅提純技術都是采用多級精餾分離工藝，是利用不同物質之間的沸點差異而進行分離的一種辦法，因而對于沸點差較小的物質就難以徹底分離。由于部分甲基氯硅烷雜質的沸點(例如：二甲基氯硅烷和甲基二氯硅烷的沸點分別為34.7℃和41.9℃)與三氯氫硅(32℃)比較接近，為了降低這部分甲基氯硅烷雜質的含量，需要采用具有非常高理論板數的精餾塔，并在操作過程中大幅度增加回流比。這就需要增加裝置的固定投資和操作成本，導致整個多晶硅生產成本的提高。即便是采用了以上所述的裝置和操作方式，以甲基二氯硅烷為準的甲基氯硅烷類還會在精制的三氯氫硅物料中殘留，以質量比率計甚至達到1ppmw數量級。導致了多晶硅產品中碳雜質含量維持在約500ppba的范圍，無法達到半導體多晶硅的品質要求。因此，面臨著如何能夠高效的去除三氯氫硅中的甲基氯硅烷雜質，特別是甲基二氯硅烷，使其能夠滿足半導體多晶硅的生產。

為了進一步降低三氯氫硅的碳含量，實現電子級多晶硅的制備，本發明提出一種吸附除甲基氯硅烷雜質制備高純三氯氫硅的裝置和方法。而且，每種甲基氯硅烷都是有很高利用價值的有機硅單體，期望能夠直接作為產品被回收利用。

為實現上述目的，本發明根據不同甲基氯硅烷的物性進行定向合成、篩選合適的吸附劑，并設計不低于三級吸附的裝置，在去除三氯氫硅中甲基氯硅烷雜質的同時，能夠將不同的甲基氯硅烷進行有效的分離，脫附后可直接作為單一產品進行回收利用。

發明內容

本發明提供了一種吸附除甲基氯硅烷雜質制備高純三氯氫硅的裝置和方法，以多級精餾提純后的三氯氫硅產品為原料，經過裝填有特定吸附劑的組合吸附裝置以制備高純三氯氫硅，解決了三氯氫硅物料中甲基氯硅烷類含碳雜質的去除問題。具體的裝置和方法如下：

將除甲基氯硅烷的吸附裝置與精餾裝置進行耦合。利用多級精餾工藝去除三氯氫硅粗品中含有的沸點高、且容易分離的一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷。精餾得到的三氯氫硅產品中殘留的甲基氯硅烷類含碳雜質主要是沸點比較接近的二甲基一氯硅烷和一甲基二氯硅烷。此物料作為原料進入吸附裝置。