Способ получения дихлорсилана
Ссиоз Советскик
Соцналнстнческия республик
% (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 250180 (21) 28 73634/23-26 (я)м. к,.
С 01 В 33/04 с присоединением заявки М—
Гвеуаврственнцй номнтет
СССР не леман нзобретеннй п открмтнй (23) Приоритет—
Опубликоваио 23.09.81. Ьюллетеиь 89 35 (53) УДК 661. 68 (088. 8) Дата опубликовання описания 23 0981
«»-В.Ф. Попенко, Е.A. Ефремов, Л.A. Д огова,.,-"
В.А, Федоров и Э.П. Филиппов г, . 1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИХЛОРСИЛАНА
2з1+5нсŠ— Мнее 51н СС +Н
Изобретение относится к области получения кремнийсодержащих материалов и может быть использовано в производстве хлорсиланов, широко применяющихся в качестве источника кремния в технологии микроэлектроники.
Известен способ получения дихлорсилана, заключающийся в пропускании парообразной смеси S1C14 с Н над металлическим титаном, взятым в качестве катализатора (1) .
Однако выход дихлорсилана мал— не более 30 мас. Ъ.
Кроме того, в результате реакции образуется сложная смесь, состоящая из хлоргидридсиланов, моносилана и исходного тетрахлорсилана, требующая проведения дополнительных процессов ее разделения, а образующий- 2О ся моносилан является взрывоопасным соединением.
С целью увеличения производительности процесса, восстановительнь1е реакции необходимо проводить при температурах, превышающих 300ОC что значительно сказывается на чистоте получаемого продукта.
Наиболее близким к изобретению является способ получения дихлорси- 30 лана путем пропускания хлористого водорода через порошок кремнемедной массы, содержащей около 5% Си. реакция проводится в условиях псевдоожиженного слоя при 250-260 С. В результате реакции образуется преимущественно трихлорсилан (73 мас. Ъ) и в незначительном количестве дихлорсилан (27 мас. е) (2) .
Недостатком известного метода является невысокий выход дихлорсилана
Цель изобретения — увеличение выхода дихлорсилана.
Поставленная цель достигается тем что через кремнемедную массу предварительно пропускают хлор со скоростью 5-15 л/ч при 300-350 С.
Способ осуществляют следующим образом.
Порошкообразную кремнемедную массу, приготовленную сплавлением моносиланового кремния с 5 мас. Ъ меди, загружают в вертикальный кварцевый реактор малого диаметра и большой высоты (d = 30 мм, h =
= 1500 мм). В нижней части реактора находится стальной шарик на конусо865790 образной поверхности, который используется в качестве газораспределителя.
При скорости хлора ниже 5 л/ч и
300 C реакция активации кремнемецной массы протекает слишком замедленно.
При скорости хлора выше 15 л/ч и температуре выше 350 С реакция протекает очень бурно с большой потерей хлора, а также происходит унос потоком газа с поверхности соединений типа SiC1 .
В присутствии меди образуется предпочтительно соединение Б1С1, которое и является непосредственным участником реакции дальнейшего взаимодействия осушенного хлористого водорода с кремнемедной массой.
В результате Реакции
% 250-300
S Ce4+ÌÈ,СЕ, где SiC1 — активированная хлором кремнемедная масса, образуется смесь хлорсиланов, содержащая значительное количество дихлорсилана. Псевдоожижение активированного хлором кремнемедного порошка осуществляют пульсирующей подачей (c частотой 2-3 имп./с)предварительно осушенного хлористого водорода со скоростью 15-30 л/ч при 250-300 С. Применение пульсирующей подачи реакционного газа ведет к увеличению степени превращения газообразного реагента и, соответственно, производительности процесса. Через кРемнемедную массу предварительно пропускают хлор со скоростью 5-15 л/ч при 300-350 С. Полученный конденсат представляет собой смесь хлорсиланов. Конденсат отбирают в емкость, охлажденную до -10 С, а дихлорсилан отдувают из этой емкости в другую, о ,которую охлаждают до -75 С. Выбранные температуры сборников обьясняются различиями в давлении паров над собираемыми жидкостями. Пример 1. В кварцевый реактор (d = 30 мм, h = 1500 мм) загружают порошкообраэную кремнемедную иассу (Si + 5 мас. % Си; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода и воды. Затем в течение 30 мин проводят активизацию кремнемедной массы хлором, который пропускает со скоростью 15 л/ч при 300 С. После осуществления аквитации кремнемедной массы хлором температуру в реакторе понижают., подачу хлора прекращают и в реактор отдельными импульсами (2-3 имп./c) подают осушенный хлористый водород. Получаеинй конденсат отбирают в емкость, охлажденную до -10 С, а дихлорсилан отдувают из этой емкости в другую емкость, охлажпенную до -75ОC. В результате получают 33,3 мас.% дихлорсилана. Пример 2. В кварцевый реактор загружают порошкообраэную кремнемедную массу (Si + 5 мас. % Си; размер частиц 40-70 мкм) . Псевдоожижение кремнемедной массы осуществля)ют пульсирующей подачей аргона, предварительно осущенного и очищенного от кислорода. Затем в течение 30 мин проводят активацию кремнемедной массы хлОром, который пропускают со скоростью 5 л/ч при 300 С. После осуществления активации 15 кремнемедной массы хлором температуру в реакторе понижают, подачу хлора прекращают и в реактор отдельными импульсами (2-3 имп./c) подают осушенный хлористый водород. ПолучаеЩ мый конденсат отбирают в емкость, охлажденную до -10 С, а дихлорсилан о отдувают из этой емкости в другую, охлажденную до -75ОС. B результате получают 39,20 мас.% 25 дихлорсилана Пример 3. В кварцевый реактор загружают порошкообраэную кремнемедную массу (Si + 5 мас.% Cu; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода и воды. Затем в течение 30 мин проводят активацию кремнемедной массы хлором, который пропускают со скоростью 5 л/ч при 350 С. После осуществления активации температуру в реакторе понижают, подачу хлора прекращают и в реактор отдельными импульсами (2-3 имп./с) подают осушенный хлористый водород. Полученный конденсат отбирают в емкость, охлажденную до -10 С, а дио хлорсилан отдувают из этой емкости в другую, охлажденную до — 75 С. В результате получают 36,6 мас.% дихлорсилана. П P и м е р 4. В кварцевый реактор загружают порошкообразную кремнемедную массу (Si + 5 мас.% Си; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода и воды. Затем в течение 30 мин проводят активацию кремнемедной массы хлором, который пропускают со скоростью 15 л/ч при 350 С. B результате получают 35,2 мас.% дихлорсилана. Пример 5. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 325 С, получают дихлорсилан в кто личестве 38 мас. %. Пример 6. При тех же условиях, но при скорости хлора 5 л/ч и 865790 Формула изобретения Составитель В. Попенко Техред З,фанта Корректор С. Щомак Редактор Г. Кацалап Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7973/33 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 325О С получают дихлорсилан в количестве 37 мас. 4. II р и м е р 7. При тех же условиях, но при скорости хлора 15 л/ч и 325ОС полуЧают дихлорсилан в количестве 35 мас.В. П риме р 8. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 300ОC получают дихлорсилан в количестве 35,2 мас. В. Пример 9. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 350 С получают дихлорсилан в колиО честве 36 мас. %. Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известным увеличение выхода дихлорсилана и повыаение степени его чистоты эа счет проведения предварительной активации порошка кремнемедной.массы хлором и получение параллельно с дихлорсиланом в качестве побочного продукта трихлорсилана особой чистоты, который также может быть использован в качестве источника кремния в микроэлектронике. Кроме того, предлагемый способпоэволяет осуществить автоматизацию процесса получения дихлорсилана. Способ получения дихлорсилана путем пропускания хлористого водорода через кремнемедную массу при повиаенной температуре, о т л и ч а ю щ.и йс я тем, что, с целью увеличения выхода дихлорсилана, через,кремнембдную массу предварительно пропускают хлор со с .оростью 5-15 л/ч при 300350 С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии 9 75-17035, ;Щ кл. 16 С 941, 18.06.75. 2. Белый A ° Ï. и др. Механизм реакции кремния с хлористым водородом. Журнал физической химии, 1969, Р 5, т. 43, с. 144-1148.