專利名稱：以超重力旋轉(zhuǎn)填充床純化硅原料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種純化硅原料的制造方法，特別是一種以超重力旋轉(zhuǎn)填充床純化三氯硅烷或三氯硅烷與四氯化硅的混合物的制造方法。
背景技術(shù)：
電子級多晶硅(Electronic grade polysilicon，EGS)可從除去不純物如硼及磷的三氯硅烷或三氯硅烷與四氯化硅的混合物而獲得。大多數(shù)不純物可用分餾法立即除去。 硼及磷等微量不純物通常以BCl3, PCl3, IH6或PH3的形式存在，但以分餾減少這些污染至可接受的低水平需幾道連續(xù)分餾步驟。主要原因是不純物氣體的氣泡不易自液態(tài)的三氯硅烷及四氯化硅抽走，且不純物氣體可能溶于液體中。其它原因是BCl3的沸點(diǎn)(12.5°C)及 PCl3的沸點(diǎn)(74.2°C)不夠高也不夠低，于溫度高于32°C提取三氯硅烷時可能與三氯硅烷一起跑出來。授予Albrecht等人的美國專利第5，616，245號提出一種超重力分離器以分離固體。其它工藝也建議以超重力分離器除去水中的氧氣或其它氣體。授予Ramshaw等人的美國專利第4，283, 255號提出一種旋轉(zhuǎn)機(jī)臺于兩種液體具高效率質(zhì)傳作用的工藝及設(shè)備， 但并無一種先前技術(shù)利用旋轉(zhuǎn)機(jī)臺除去硅原料的不純物。授予Darnell等人的美國專利第4，374，110及4，409，195號提出一種以少量的氧氣與氣態(tài)的三氯硅烷在170°C或60°C至 300 0C的高溫純化硅原料工藝。故有一種需求，能得到更高純度而無需花費(fèi)時間及投資的多重分餾及高溫反應(yīng)的純化工藝。本發(fā)明即針對此一需求，提出一種能解決以上缺點(diǎn)的純化工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種改進(jìn)純化硅原料的制造方法。本發(fā)明的次一目的在提供一種改進(jìn)純化三氯硅烷的制造方法。本發(fā)明的另一目的在提供一種改進(jìn)純化四氯化硅的制造方法。本發(fā)明的又一目的在提供一種改進(jìn)純化三氯硅烷與四氯化硅混合物的制造方法。本發(fā)明的再一目的在提供一種改進(jìn)在較低溫除去氣態(tài)或液態(tài)不純物包含硼、磷的制造方法。為達(dá)成上述目的及其它目的，本發(fā)明的第一觀點(diǎn)教導(dǎo)一種以二個超重力旋轉(zhuǎn)填充床純化包括三氯硅烷的硅原料的制造方法，將不純物包含硼、磷等的一或多種不純物，以氯化物、氫化物或包含硼、磷等的氯及氫的中間復(fù)合物的形式從硅原料除去，包含下列步驟 (1)將液態(tài)的硅原料通入有海綿狀金屬填充物的第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床，硅原料包括三氯硅烷及四氯化硅，第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床保持在低于硅原料的沸點(diǎn)溫度下，無任何氣體通入第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床，沸點(diǎn)低于硅原料的不純物氫化物蒸汽及其它氯硅烷或硅烷即從液態(tài)硅原料分離，以幫浦抽出供再利用或丟棄，輸出的硅原料再通入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床的硅原料入口 ；( 將液態(tài)的硅原料通入有海綿狀金屬填充物的第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床，此第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床保持在低于硅原料的沸點(diǎn)溫度下，氧氣也從上外圍通入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床，第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床的三氯硅烷入口及氧氣入口的流速可以控制， 使氧氣量與三氯硅烷與氧氣摩爾比約為0. 005至0. 5，以形成不純物的氫氧化硅復(fù)合物，不純物氫化物蒸汽及其它氯硅烷或硅烷即再次從液態(tài)硅原料分離，以幫浦抽出供再利用或丟棄；C3)收集含有具較硅原料沸點(diǎn)高的不純物的氫氧化硅復(fù)合物的液態(tài)硅原料；(4)利用分餾步驟以自硅原料除去包含不純物的氫氧化硅復(fù)合物。


圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的超重力旋轉(zhuǎn)填充床的剖面圖。圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的超重力旋轉(zhuǎn)填充床的俯視圖。符號說明100第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床102 氣體出口105已純化的液態(tài)硅原料107海綿狀金屬填充物109、110 軸封112 腔室200第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床202氣體出口203氧氣入口
204氧氣205已純化的液態(tài)硅原料
206硅原料出口207海綿狀金屬填充物
208分配器209、210 軸封
211轉(zhuǎn)軸212腔室
213轉(zhuǎn)盤
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的以上及其它目的及優(yōu)點(diǎn)參考以下的參照圖示及最佳實(shí)施例的說明而更易完全了解。請參考圖1，圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的超重力旋轉(zhuǎn)填充床的剖面圖。 圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的超重力旋轉(zhuǎn)填充床的俯視圖。第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床 100有腔室112，硅原料入口 101用以輸入液態(tài)硅原料如三氯硅烷、四氯化硅或三氯硅烷與四氯化硅的混合物。硅原料入口 101的流速由一控制器(未圖示)控制。氣體出口 102連于幫浦(未圖示)用以抽出氣態(tài)不純物。氧氣入口 103關(guān)閉。當(dāng)轉(zhuǎn)盤113為在軸封109、 110內(nèi)的轉(zhuǎn)軸111以約1500rpm的轉(zhuǎn)速驅(qū)動時，輸入的液態(tài)硅原料自分配器108進(jìn)入轉(zhuǎn)盤 113而被超重力向外甩，于向外途中，液體被轉(zhuǎn)盤113中的海綿狀金屬填充物107阻擋而形成小滴或薄膜，因此氣態(tài)不純物易與液體分離而經(jīng)由氣體出口 102被抽出。液態(tài)硅原料中無氣泡也無氣體溶于其中，已純化的液態(tài)硅原料105經(jīng)由硅原料出口 106流出。第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床200有腔室212，硅原料入口 201用以輸入來自硅原料出口
101硅原料入口 103氧氣入口 106硅原料出口 108分配器 111轉(zhuǎn)軸 113轉(zhuǎn)盤 201硅原料入口106的液態(tài)硅原料，氧氣入口 203用以輸入氧氣204，安裝于腔室212的上緣，氧氣入口 203 的流速由一控制器(未圖示)控制。氣體出口 202連于幫浦(未圖示)用以抽出氣態(tài)不純物。當(dāng)轉(zhuǎn)盤213為在軸封209、210內(nèi)的轉(zhuǎn)軸211以約1500rpm的轉(zhuǎn)速驅(qū)動時，輸入的液態(tài)硅原料自分配器208進(jìn)入轉(zhuǎn)盤213而被超重力向外甩，于向外途中，液體被轉(zhuǎn)盤213中的海綿狀金屬填充物207阻擋而形成小滴或薄膜，因此氣態(tài)不純物再次與液體分離而經(jīng)由氣體出口 202被抽出，液態(tài)硅原料中無氣泡也無氣體溶于其中。氧氣在海綿狀金屬填充物207 中在較低的溫度下因質(zhì)傳而與三氯硅烷內(nèi)的Si-H鍵反應(yīng)而形成SiOH粒子(species)進(jìn)而與存在于三氯硅烷內(nèi)的不純物復(fù)合，形成不純物的氫氧化硅復(fù)合物。已純化的液態(tài)硅原料 205經(jīng)由硅原料出口 206流出。純化硅原料的工藝如下首先，硅原料例如三氯硅烷冷卻至低于硅原料的沸點(diǎn)的溫度，如三氯硅烷為32°C，然后通入第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床100的硅原料入口 101，控制流速例如每年生產(chǎn)1，250噸三氯硅烷為195g/sec，轉(zhuǎn)盤113的轉(zhuǎn)速約1500rpm，當(dāng)液態(tài)三氯硅烷通過海綿狀金屬填充物107，液體即成為小滴或薄膜而氣態(tài)不純物如PH3，B2H6或SiH4 即從液態(tài)硅原料分離而從氣體出口 102被抽出。于此工藝，未使用氧氣以避免氧氣與PH3， B2H6或SiH4等反應(yīng)；其次，液態(tài)硅原料由硅原料出口 106流出再輸入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床200，氧氣也通入氧氣入口 203，控制三氯硅烷及氧氣的流速使與三氯硅烷與氧氣摩爾比約為0. 005至0.5，例如每年生產(chǎn)1,250噸三氯硅烷為195g/sec, 0. Olmole的氧氣為 0. 375g/sec。如此，氧氣在海綿狀金屬填充物107中在較低的溫度下因質(zhì)傳而與三氯硅烷內(nèi)的Si-H鍵反應(yīng)而形成SiOH粒子(species)進(jìn)而與存在于三氯硅烷內(nèi)的不純物復(fù)合，形成不純物的氫氧化硅復(fù)合物，此復(fù)合物較三氯硅烷不易揮發(fā)。然后，在后續(xù)的分餾步驟自不易揮發(fā)的不純物如硼及磷氫氧化硅復(fù)合物分離出純化的三氯硅烷。通過以上較佳的具體實(shí)施例的詳述，是希望能更加清楚描述本創(chuàng)作的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反的，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲保護(hù)的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以超重力旋轉(zhuǎn)填充床純化硅原料的制造方法，其特征在于，將不純物包含硼、磷等的一或多種不純物，以氯化物、氫化物或包含硼、磷等的氯及氫的中間復(fù)合物的形式從該硅原料除去，至少包含下列步驟將液態(tài)的該硅原料通入有海綿狀金屬填充的第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床，該第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床保持在低于該硅原料的沸點(diǎn)溫度下，無任何氣體通入該第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床， 沸點(diǎn)低于該硅原料的不純物氫化物及其它氯硅烷或硅烷蒸汽即從該液態(tài)硅原料分離，以幫浦抽出供再利用或丟棄，輸出的該硅原料再通入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床的硅原料入口 ；將液態(tài)的該硅原料通入有海綿狀金屬填充的第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床，該第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床保持在低于該硅原料的沸點(diǎn)溫度下，氧氣也從上外圍通入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床以形成不純物的氫氧化硅復(fù)合物，不純物氫化物及其它氯硅烷或硅烷蒸汽即再次從該液態(tài)硅原料分離，以幫浦抽出供再利用或丟棄；收集含有具較硅原料沸點(diǎn)高的不純物的氫氧化硅復(fù)合物的液態(tài)硅原料；利用分餾步驟以自硅原料除去包含不純物的氫氧化硅復(fù)合物。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，該硅原料包括三氯硅烷及四氯化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，該氧氣量與三氯硅烷與氧氣摩爾比為 0. 005 至 0. 5。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，該第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床該三氯硅烷入口及該氧氣入口的流速可以控制。
全文摘要
本發(fā)明提出以超重力旋轉(zhuǎn)填充床純化硅原料的制造方法。首先，液態(tài)硅原料與不純物蒸汽及其它氯硅烷或硅烷在低于硅原料的沸點(diǎn)溫度下，通過由有海綿狀金屬填充的第一超重力旋轉(zhuǎn)填充床，不純物蒸汽及其它氯硅烷或硅烷即從液態(tài)硅原料分離；其次，液態(tài)硅原料輸入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床，氧氣也通入第二超重力旋轉(zhuǎn)填充床以形成具較高沸點(diǎn)、包含不純物的氫氧化硅復(fù)合物。最后，分餾以自硅原料除去包含不純物的氫氧化硅復(fù)合物。從而達(dá)到更高純度而無需花費(fèi)時間及投資的多重分餾及高溫反應(yīng)的純化工藝。
文檔編號C01B33/107GK102241402SQ20101018051
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者彭麥可, 蘇毅恒, 蘇翔 申請人:彭麥可, 蘇毅恒, 蘇翔