Способ выделения трихлорсилана и четыреххлористого кремния из смеси хлорсиланов

 

Изобретение относится к способам выделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния из смеси хлорсиланов, может быть использовано в производстве полупроводникового кремния и позволяет повысить чистоту продуктов и их выход. Смесь хлорсиланов подвергают трехстадийной ректификации с подачей в куб колонны второй стадии паров воды при 40-106°С для формирования кислородсодержащих силанов в количестве, обеспечивающем массовое соотношение в кубе второй стадии трихлорсилан:кислородсодержащие силаны, равное (12,2-20):1. Образовавшиеся кислородсодержащие силаны одновременно направляют на отделение полисиланхлоридов и на третью стадию ректификации смеси хлорсиланов при массовом соотношении (98-75):1 соответственно. Кубовый продукт совместно с очищенными от полисиланхлоридов кислородсодержащими силанами направляют на первую стадию двухстадийной ректификации для выделения SICL<SB POS="POST">4</SB> при массовом соотношении (5-16):1 соответственно. При этом на первую стадию ректификации смеси хлорсиланов подают дополнительно дистиллят, выделенный из дефлегматора ректификации при массовом соотношении (10-19):1 соответственно. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

C 01 В 33 107

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . А .:ИЯ 6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4460170/23-26 (22) 08.06.88 (46) 07.10.90. Бюл. Ю 37 (72) А.Л.Данилевский, В,И.Крикавцов, Г.И.Силаков, И.А.Тищенко, Л.Я.Шварцман и Э.С.фалькевич (53) 661.68(088.8) (56) Патент ПНР 1 94331, кл. С 01 В 33/08, 1974. (54) СПОСОБ ВЬЩЕЛЕНИЯ ТРИХЛОРСИЛАНА

И ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО КРЕМНИЯ ИЗ СМЕСИ

ХЛОРСИЛАНОВ

I (57) Изобретение относится к способам выделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния из смеси хлорсиланов, может быть использовано в производстве полупроводникового кремния и позволяет повысить чистоту продуктов и их выход. Смесь хлорсиланов под" вергают трехстадийной ректификации с подачей в куб колонны второй стадии паров воды при 40-106 С для формироИзобретение относится к способам выделения трихлорсилана и четыреххлористого кремния из смеси хлорсиланов и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния.

Цель изобретения — повышение чистоты продуктов, а также повышение производительности процесса .

Пример. Исходную смесь хлорсиланов (82 мас.4 SiHCl, 0,2 мас.Ф полисиланхлориды (ПСХ), остальное

SiC1 ) подвергают ректификации в три стадии. На первой стадии в колонне с

64 ситчатыми тарелками @1200 мм подают исходную смесь в верхнюю часть

„„SU„„1597341 . А1

2 вания кислородсодержащих силанов e . количестве, обеспечивающем массовое соотношение в кубе второй стадии трихлорсилан : кислородсодержащие силаны, равное (12,2-20):1. Образовавшиеся кислородсодержащие силаны одновременно направляют на отделение полисилайхлоридов и на третью стадию ректификации смеси хлорсиланов при массовом соотношении (98-75):1 соответственно. Кубовый продукт совместно с очищенными от полисиланхлоридов кислородсодержащими силанами направляют Hà nepsye стадию двухстадийной ректификации для выделения SiC1 при массовом соотношении (5-16):1 соответственно. При этом на первую стадию ректификации смеси хлорсиланов подают дополнительно дистиллят, выделенный из дефлегматора ректификации при массовом соотношении (1019):1 соответственно. 1 табл. колонны. Туда же подают хлорсиланы 3 содержащие кислородсодержащие силаны, с первой стадии цикла выделения и очистки тетрахлорида кремния при массовом соотношении 10:1 соответственно. .Из куба колонны первой стадии отбирают паровую фазу, конденсируют ее в холодильнике, расположенном на верхней отметке, и из холодильника поток жидких хлорсиланов, содержащих три- Ъ хлорсилан (ТХС), подают на вторую стадию ректификации в куб колонны, На второй стадии используют две параллельно работающие колонны с 64 тарелками, р 600 мм.

1597341

В кубы колонны потоком инертного газа подают также. пары воды при температуре паровой фазы в зоне контакта хлорсиланов и паров воды 106 С.и та5 кии образом, формируют кислородсодержащие хлорсиланы.

Массовое соотношение трихлорсилан:

:кислородсодержащие силаны поддерживают в кубе, равным 20:1.

Из куба колонны второй стадии жидкую фазу, содержащую кислородсодержащие хлорсиланы отбирают и подают в количестве 230-600 кг/ч в. колонну

Ф 600 мм с 64 тарелками на стадию очистки от полисиланхлорилов.

Дистиллят из дефлегматора колонны

2-и стадии ректификации .хлорсиланов, также содержащий кислородсодержащие хлорсиланы, подают в нижнюю часть колонны третьей стадии ректификации в количестве, обеспечивающем массовое соотношение кислородсодержащих сила:нов, направляемых на стадию очистки и на третью стадию ректификации, рав- 5 ное 75:1.

На, третьей стадии в колонне ф 1200 мм с 64 тарелками отбор го:тового продукта -. трихлорсилана с дефлегматора составляет 1950 кг/ч.

Кубовый остаток З.-й стадии ректификации смеси хлорсиланов подают в верхнюю часть колонны 1-й стадии 2стадийной ректификации вместе с дистиллятом колонны стадии отделения полисиланхлоридов, содержащим кислородсодержащие силаны,при массовом соотношении кубовый остаток:кислородсодержащие силаны, равном 16:1. Колонна 1-й стадии выделения тетрахлорида кремния имеет @1200 мм- с 64 40 тарелками. Из куба этой колонны продукт подают на стадию обезвреживания, а из дефлегматора на 1-ю стадию очистки трихлорсилана в количестве 80130 кг/ч совместно с исходной смесью хлорсиланов.

Паровую фазу из куба колонны первой стадии выделения и очистки тетрахлорида кремния (ТК) направляют в .конденсатор, расположенный на верхней отметке, где пары конденсировались, а конденсат направляют в нижнюю часть второй колонны ф 1200 мм с 64 тарелками для выделения и очист„55 ки тетрахлорида кремния. Кубовый про.дукт этой колонны подают на стадию обезвреживания полисиланхлоридов, а из дефлегматора отбирают чистый тетрахлорид кремния.

Полученный целевой продукт - трихлорсилан содержит не более 0,1 мас.Ф других хлорсиланов и не более 2 «

«10- мас.4 бора. Максимальное количество полученного трихлорсилана

1970 кг/ч. Тетрахлорид кремния, получаемый в результате двухстадийного выделения и очистки содержит не более

0,01 мас.4 других хлорсиланов (трихлорсилана и полисиланхлоридов в сумме).

Результаты остальных опытов и известные данные представлены в таблицее

Для оценки качества получаемого

ТХС по содержанию фосфора определяют долю поликристаллов с сопротивлением более 500 Ом см по донорам, выращенным из определенного количества трихлорсилана. !

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход продуктов и его чистоту по В, Al u P.

Формула изобретения

Способ выделения трихлорсилана и четыреххлористого кремния из смеси хлорсиланов, включающий трехстадийную ректификацию этой смеси, контактирование водородсодержащего реагента с кубовым остатком второй стадии, содержащим трихлорсилан, выделение трихлорсилана из дефлегматора колонны третьей стадии, выделение четыреххлористого кремния из кубового остатка, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты продуктов и производительности процесса, выделение тетрахлорида кремния осуществляют двухстадийной ректификацией кубового остатка третьей стадии ректификации смеси хлорсиланов, а в качестве водородсодержащего реагента используют пары воды, контактирование осуществляют при 40-106 С до образования кислородсодержащих силанов

B количестве, обеспечивающем в кубе массовое соотношение трихлосилан:

:кислородсодержащие силаны, равное (10-20):1, затем образовавшиеся кис- . лородсодержащие силаны направляют одновременно на отделение полисиланхлоридов и на третью стадию ректифи- . кации смеси хлорсиланов при массовом

5 15973" б соотношении (98-75):1 соответственно, содержащие силаны, равное .(5-ill):1, после, отделения полисиланхлоридов причем на первую стадию ректификации кислородсодержащие силаны направляют хлорсиланов подают дополнительно дисна первую стадию двухстадийной ректи- g тиллят, выделенный из дефлегматора фикации в количестве, обеспечивающем колонны первой стадии двухстадийной массовое соотношение кубовый остаток ректификации при массовом соотношетретьей стадии ректификации:кислород- сии (10-39):1 соответственно.

Содержаwe бора в трихлорсилане, мас.Ф

Содержание Al в тетрахлориде, мас.Ф

МассоТемпеОпыт ратура контактирования, С о

6 10 "

1 ° 10

1 ЕО

l 10

2 10-в

1 10 .10«7»»

6 !О-

1 ° 10 "

5 10

1 10

4 10

4 10 т

4 !О

14:1

14:1

14.: 1

10:1

28:1

16:1

16:1

2

4

6

79:1

79:1

77:1

75:1

82:1

76! 1

80:1

17:1

5:1

14:1

10:3

11 1

11:1

14: 1

l ° 10

6.!О

3 10

2 ° 10

2 30

10 74»

4 30< "»

" "° 10

5 10

6 10

1 10

1 10

1 10

1 10

6. 10-"

1 30+

82:1

79:1

98;1

98:l

85:1

80:1

74:1

75:1

81

52

48

63

54

20:1

21: 3

18:1

12,2:1

10-. 1

36! 1

38:1

16; l

10:1

10:1

30:1

12:1

12:1 . 11:1

13:1

16:1 вестный

1 10 5.10

21;1

9

11

12 !

14

ИзМассовое отношение исходной сме си хлор силанов и дистиллята на 1-й стадии выделения трихлорсилана

З8 8:1

48 10:1

40 10:1

50 15:1

71 14:1

102 12:1

108 10: 1

14:1

14. 1

14:1

16:1

19:1

20:1

16:1

l8:1 вое отношение кубового остатка

3 и стадии ректификации кисло родсодержащих силанов

Массовое отношение трихлор силана и кислородсодержа щих силанов В кубе

Массовое отношение кисло родсо" держащих силанов, подаваемых на очистку и на ректификацию

1597341

Продолжение таблицы.Опыт

ПСХ в тетрахлориде, мас.3

Приме-" чание

Кол-во получаемого

ТК, кг/ч

Кол-во получа» емого

ТХС, кг/ч

Забивка колонны

18,0

794

1,14 Хуже, чем в известном способе.

° " Не допускается по ТУ 48-4-180-77 (содержание В = 2-3 10 мас.3).

Составитель И.Веденеева

Редактор С.Патрушева . Техред N.Õoäàíè÷

Корректор A.0ÜÐÓ÷àð

Заказ 3030 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2 . 3

5

6 . 7

9

11

12

13

14

Известный

0,0)

0,04

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

О, 01

0,01

0,01

0,01

0,02 "

0,01

0,01

Потери трихлорсилана,З

От ис» .

ХОДНОГО

КОЛИ» чества

1,4

0,6

0,6

0,3

0,3

0,59

2,4

0,32

0,39

0 74

О 92

0,94

1,33"»""

1,14 .

0,92

Потери тетрахлорида, от исХОДНОГО

КОЛИ чества

0,9 720 180

0,83 803 212

0,9 800 )20

0,51 1920 477

0,52 1800 450

0,77 1080 270

1,33 790» 195

0,5»950 481

0,78 1410 350

0,88 1505 378

О,jl 1336, 332

0,72 1602 400

0,72 778" 196

0,91 1164 276

0,88 1468 З91

Доля кристаллов

С СО» против лением

flO ДО норам. более

500 Омк хсм, 4

180,0

19,4

64

71

91

84

17,7+

96

19,2

36

84

89

)6 3Ф

19,8

49,8