Способ глубокой очистки трихлорсилана от высококипящих соединений

Изобретение может быть использовано в производстве полупроводникового кремния. Трихлорсилан, полученный гидрохлорированием технического кремния, очищают от высококипящих соединений, включая метилдихлорсилан, ректификацией в одной колонне при соотношении концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости, равном 23-30. Изобретение позволяет получать трихлорсилан с содержанием метилдихлорсилана не более 8,4·10-6 масс.% и выходом до 98%. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения хлоридов кремния, а именно к способам получения высокочистого трихлорсилана (ТХС) и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния.

Очистка ТХС от высококипящих примесей (ВКП) занимает особое место во всей схеме ректификационной очистки, так как решает наиболее сложную задачу - очистку от метилдихлорсилана (МДХС), который является основной лимитирующей углеродсодержащей примесью в ТХС, используемом для получения полупроводникового кремния.

Известен способ получения трихлорсилана, включающий гидрохлорирование кремнийсодержащего сырья хлористым водородом, конденсацию продукта реакции и его очистку от примесей ректификацией на трех колоннах с отводом тяжелых фракций в две стадии, причем массовое соотношение отводимых тяжелых фракций на первой и второй стадиях составляет 1:(0,12÷0,83) (патент RU 2214363, МПК С01В 33/107, опубл. 2003.10.20).

Недостатками указанного способа являются низкий выход очищенного трихлорсилана, ограниченное применение и невозможность использования для выделения ТХС полупроводникового качества из реакционных смесей с повышенным содержанием как легколетучих, так и высококипящих примесей.

Согласно разработанной технологии выделение высокочистого ТХС осуществляется ректификацией на пяти колоннах, из которых три предназначены для очистки ТХС от высококипящих соединений. Сначала отделяют ТХС от четыреххлористого кремния (ЧХК) и полисиланхлоридов (ПСХ) при содержании ТХС в кубовой жидкости не более 0,1 мас.%, а затем ТХС очищают от метилдихлорсилана последовательно на двух других колоннах (Кох А.Б. Исследование и разработка технологии очистки трихлорсилана. Канд. диссертация, Москва, 2005).

Недостатками указанного способа являются большое количество технологического оборудования, что приводит к значительным энергозатратам, а также низкий выход очищенного трихлорсилана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является способ выделения высокочистого трихлорсилана из реакционной смеси, полученной гидрохлорированием технического кремния, согласно которому ректификацию осуществляют в двух колоннах, имеющих боковой отбор целевого продукта, при величине доли отбора метилдихлорсилана из куба первой колонны 0,3-0,5, причем в первой колонне боковой отбор расположен ниже тарелки питания, а во второй - выше тарелки питания (патент RU 2341457, МПК С01В 33/107, опубл. 2008.12.20).

К недостаткам указанного способа следует отнести сложность управления работой колонн с боковыми отборами и необходимость оснащения колонн измерительными приборами эффективного и надежного контроля и автоматизации всех технологических параметров процесса ректификации.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание эффективного способа очистки трихлорсилана от примесей углерода и других высококипящих соединений (ЧХК, ПСХ и др.) при одновременном снижении энергозатрат на очистку, сокращение количества технологического оборудования и повышение выхода товарного трихлорсилана без снижения его чистоты.

Указанная задача решается тем, что предложен способ глубокой очистки трихлорсилана, полученного гидрохлорированием технического кремния, от высококипящих соединений, включая метилдихлорсилан, путем ректификации, заключающийся в том, что ректификацию осуществляют в одной колонне при соотношении концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости, равном 23-30. Это позволяет обеспечить необходимый уровень качества трихлорсилана по высококипящим примесям и углероду, а также обеспечить минимальные энергозатраты на очистку и повысить выход товарного продукта.

Если соотношение концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубе колонны меньше 23, то метилтрихлорсилан полностью очищается только от высококипящих соединений и лишь частично (до 1·10-4 мас.%) от метилдихлорсилана (МД), при соотношении больше 30 заметно снижается выход очищенного трихлорсилана.

Кубовая жидксть, выводимая из низа колонны, представляет собой смесь ТХС (до 20 мас.%), МД (до 0,6 мас.%), ЧХК (до 70 мас.%) и ПСХ (до 22 мас.%), которая является не отходом, а ценным сырьем для производства различных кремнийорганических продуктов (метихлорсиланов, фенилхлорсиланов, аэросила и др.).

Примеры осуществления способа

Пример 1

Исходный трихлорсилан, содержащий 91,310 мас.% основного продукта, 0,300 мас.% дихлорсилана, 0,020 мас.% хлорэтила, 0,050 мас.% метилдихлорсилана, 6,430 мас.% четыреххлористого кремния и 1,890 мас.% полисиланхлоридов, подают на ректификационную очистку в насадочную колонну диаметром 32 мм и эффективностью 75 теоретических тарелок. Ректификацию ведут при избыточном давлении вверху колонны 0,10-0,15 МПа, что позволяет для конденсации паров хлорсиланов использовать в качестве хладоагента воду. Куб колонны снабжен электрообогревом, который регулируется автотрасформатором.

Состав кубовой жидкости контролируется методом хроматографии, а качество полученного трихлорсилана, отбираемого в виде дистиллята из колонны, оценивается общепринятыми методами.

Примеры 2-9

Процесс ректификационной очистки трихлорсилана ведут аналогично примеру 1 с изменением соотношения концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости колонны.

Результаты опытов приведены в таблице. В последней графе таблицы показано только содержание метилдихлорсилана в трихлорсилане, так как другие высокококипящие примеси отсутствуют, а содержание метилдихлорсилана в очищенном трихлорсилане является главным показателем качества по углеродсодержащим примесям.

Выход очищенного трихлорсилана в опытах 5-7 составляет 95÷98%, а в опытах 8 и 9 - 92÷93%.

Таким образом, из представленной таблицы видно, что предлагаемый способ очистки трихлорсилана от высококипящих соединений, включая метилдихлорсилан, путем ректификации в одной колонне при соотношении концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости, равном 23-30, целевой продукт имеет степень чистоты, требуемой для производства полупроводникового кремния, при высоком выходе

Таблица
Пример Соотношение концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости Содержание в кубовой жидкости, мас.% Содержание метилдихлорсилана в дистиллате (трихлорсилане), мас.%
трихлорсилан метил-дихлорсилан четыреххлористый кремний полисилан-хлориды
1 2 3 4 5 6 7
1 0,19 0,102 0,539 76,720 22,639 5,6·10-3
2 0,86 0,505 0,585 76,442 22,468 1,0·10-3
3 1,75 1,000 0,573 76,071 22,356 5,5·10-4
4 8,52 4,832 0,567 73,112 21,489 1,2·10-4
5 18,28 9,836 0,538 69,266 20,360 4,1·10-5
6 23,05 12,079 0,524 67,586 19,811 1,0·10-5
7 28,55 14,559 0,510 65,638 19,293 8,4·10-6
8 34,54 17,098 0,495 63,687 18,720 6,7·10-6
9 40,52 19.490 0,481 61,851 18,178 5,0·10-6
Примечание: Другие высококипящие примеси (ЧХК и ПСХ) в дистиллате отсутствуют.

Способ глубокой очистки трихлорсилана от высококипящих соединений, включая метилдихлорсилан, методом ректификации трихлорсилана, полученного гидрохлорированием технического кремния, отличающийся тем, что ректификацию осуществляют в одной колонне при соотношении концентраций трихлорсилана и метилдихлорсилана в кубовой жидкости, равном 23-30.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в технологии получения поликристаллического кремния. .

Изобретение относится к установке, реактору и непрерывному способу получения высокочистого тетрахлорида кремния или высокочистого тетрахлорида германия посредством обработки подлежащих очистке тетрахлорида кремния или тетрахлорида германия, которые загрязнены, по меньшей мере, одним водородсодержащим соединением, при помощи холодной плазмы и последующей фракционной перегонки обработанной фазы.

Изобретение относится к области разработки экономически рентабельной технологии конверсии обедненного тетрафторида урана с получением окислов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также с попутным получением ценных фторсодержащих веществ.
Изобретение относится к неорганической химии, к получению фторидов неметаллов, а именно к способам получения тетрафторида кремния. .

Изобретение относится к технологии получения трихлорсилана - исходного сырья для синтеза высокочистого поликристаллического кремния (ПКК), который, в свою очередь, используется для производства солнечных элементов и полупроводников.

Изобретение относится к способу и установке для очистки трихлорсилана и тетрахлорида кремния. .

Изобретение относится к химическим технологиям, а именно к способам получения высокочистых трихлорсилана и тетрахлорсилана, используемых в кремнийорганической химии и применяемых в качестве исходного сырья в производстве полупроводникового кремния.
Изобретение относится к способу получения трихлорсилана (HSiCl3) каталитическим гидродегалогенированием тетрахлорида кремния (SiCl4) в присутствии водорода. .

Изобретение относится к технологии получения высокочистого трихлорсилана, применяемого в качестве источника кремния в технологиях микроэлектроники и наноэлектроники
Изобретение относится к способу производства тетрахлорсилана

Изобретение относится к технологии получения тетрафторида кремния, используемого в производстве чистого поликристаллического кремния, пригодного, например, для изготовления солнечных батарей

Изобретение относится к технологии неорганических соединений

Изобретение относится к способу получения димерных и/или тримерных соединений кремния, в частности галогенсодержащих соединений кремния
Изобретение относится к получению кремнийсодержащих материалов, которые используются в процессах получения полупроводникового кремния

Изобретение относится к области катализа. Описан катализатор дисмутирования содержащих водород и галоген соединений кремния, содержащий в качестве носителя диоксид кремния и/или цеолит и по меньшей мере один линейный, циклический, разветвленный и/или сшитый аминоалкилфункциональный силоксан и/или силанол, который в идеализированной форме соответствует общей формуле (II) (R 2 )[ − O − (R 4 )Si(A)] a R 3 ⋅ (HW) w     (II) в которой A означает аминоалкильный остаток -(CH2)3-N(R1)2 с одинаковыми или разными R1, означающими изобутил, н-бутил, трет-бутил и/или циклогексил, R2 независимо друг от друга означают водород, метил, этил, н-пропил, изопропил и/или Y, R3 и R4 независимо друг от друга означают гидрокси, метокси, этокси, н-пропокси, изопропокси, метил, этил, н-пропил, изопропил и/или -OY, причем Y означает материал носителя, HW означает кислоту, причем W означает галогенид, остаток кремниевой кислоты, сульфат и/или карбоксилат, с a≥1 в случае силанола, a≥2 в случае силоксана и w≥0. Описаны способ получения указанного выше катализатора, его использование в процессе дисмутирования и установка дисмутирования с его использованием. Технический результат - снижение экономических затрат процесса дисмутирования. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 7 пр.

Изобретение относится к технологии получения хлоридов кремния, а именно к способам получения высокочистого трихлорсилана и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния

Наверх