生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法，更具體地涉及一種以更有效的方式由四 氯化硅生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三氯甲硅烷（SiHCl3 = TCS)是用作生產(chǎn)高純度多晶硅的原材料的化合物。在1000°C 或更高溫度下，三氯甲硅烷與氫反應(yīng)以沉積高純度多晶硅。該沉積過程主要通過下面的反 應(yīng)表示：
[0003] 4SiHCl3- Si+3SiCl 4+2H2 (I)
[0004] SiHCl3+H2- Si+3HC1 (2)
[0005] 用于沉積多晶硅的三氯甲硅烷一般通過金屬硅與氯化氫反應(yīng)生產(chǎn)。例如，日本專 利No. 3324922公開了一種在流化床反應(yīng)器中在包含鐵和鋁的催化劑存在的情況下通過金 屬硅與氯化氫反應(yīng)生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法，如反應(yīng)3所表示：
[0006] Si+3HC1 - SiHCl3+H2 (3)
[0007] 根據(jù)本方法，由于金屬硅與氯化氫的反應(yīng)形成的氣體冷卻至-l〇°C以下，隨后冷 凝。冷凝物包括三氯甲硅烷和其他氯硅烷。通過蒸餾從冷凝物中分離并收集三氯甲硅烷。 三氯甲硅烷用作生產(chǎn)多晶硅的原材料。通過蒸餾分離的四氯化硅（SiC14:STC)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?甲硅烷（TCS)，如反應(yīng)4所示，也就是說，重復利用四氯化硅生產(chǎn)多晶硅。
[0008] 3SiCl4+2H2+Si 一 4SiHCl3 (4)
[0009] 另一方面，日本專利No. Sho 56-73617提出了生產(chǎn)三氯甲硅烷的另一種方法。根 據(jù)該方法，將具有約100到約300 μ m尺寸的金屬硅顆粒、氯化氫、四氯化硅、氫氣供入帶有 金屬娃顆粒的硫化反應(yīng)床。在反應(yīng)鍋中，金屬娃與氯化氫反應(yīng)形成三氯甲硅烷（反應(yīng)3)，同 時金屬硅、四氯化硅與氫氣相互反應(yīng)形成三氯甲硅烷（反應(yīng)4)，這種流化床法如圖1所示。 隨著反應(yīng)進行，金屬硅顆粒尺寸逐漸減小，需要補充新的金屬硅顆粒。由于監(jiān)控原材料溫度 變化以確定何時補充新的金屬硅顆粒，因此反應(yīng)溫度不是恒定而是波動的，結(jié)果產(chǎn)物的質(zhì) 量隨反應(yīng)時間變得不均勻。
[0010] 在這種情況下，需要一種方法，通過該方法由三氯甲硅烷生產(chǎn)多晶硅期間放出的 氣體中存在的氯硅烷，尤其是四氯化硅能夠更有效地轉(zhuǎn)變?yōu)槿燃坠柰?，從而能夠重復?用生產(chǎn)多晶硅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 技術(shù)問題
[0012] 本發(fā)明旨在提供一種以更有效方式將由三氯甲硅烷生產(chǎn)多晶硅期間放出的氣體 中存在的氯硅烷，特別是四氯化硅，轉(zhuǎn)變?yōu)槿燃坠柰榈姆椒ā?br>[0013] 本發(fā)明也旨在提供一種實施上述三氯甲硅烷生產(chǎn)方法的設(shè)備。
[0014] 技術(shù)方案
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法，包括：將金屬硅顆粒分 散在含有四氯化硅的液態(tài)硅烷類化合物中；以及在氫氣存在的情況下可選擇性地使金屬硅 顆粒與氯化氫反應(yīng)。
[0016] 反應(yīng)優(yōu)選在管式反應(yīng)器中以液相進行。
[0017] 反應(yīng)可以在約300°C到約1000°C溫度下進行。
[0018] 反應(yīng)可以在約50巴到約300巴的壓力下進行。
[0019] 優(yōu)選地，所述金屬硅顆粒的重均直徑為約30微米以下。
[0020] 所述金屬硅顆粒與所述液態(tài)硅烷類化合物的重量比可以為約1:20到約1:200。
[0021 ] 所述液態(tài)硅烷類化合物可以是通過三氯甲硅烷熱分解沉積多晶硅中的副產(chǎn)物。
[0022] 所述氫氣與所述四氯化硅的重量比可以為1:20到1:200。
[0023] 所述氯化氫與所述四氯化硅的重量比可以為1:0到1:10。
[0024] 根據(jù)一個實施例，所述方法還可以包括分離反應(yīng)后產(chǎn)物中殘留的硅顆粒的步驟。
[0025] 根據(jù)一可替代實施例，所述金屬硅顆?？梢栽诜磻?yīng)中用盡，反應(yīng)后產(chǎn)物中未留下 殘余物。
[0026] 由所述方法生產(chǎn)的三氯甲硅烷通過熱分解可以用于沉積多晶硅。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于生產(chǎn)三氯甲硅烷的設(shè)備，包括：供應(yīng)硅烷類 化合物的裝置，包含液態(tài)四氯化硅；用于可選擇地供應(yīng)氯化氫的裝置；用于混合從各自裝 置供應(yīng)的硅烷類化合物與可選擇地供應(yīng)的氯化氫以制備液態(tài)混合物的單元；用于將金屬硅 顆粒供應(yīng)至液態(tài)混合物和將金屬硅顆粒分散在液態(tài)混合物中的裝置；裝配有加熱裝置的管 式反應(yīng)器，將金屬硅顆粒在液態(tài)混合物中的分散體供應(yīng)至該管式反應(yīng)器中；用于將氫氣供 應(yīng)至反應(yīng)器的裝置；用于從管式反應(yīng)器排出的產(chǎn)物中收集三氯甲硅烷的裝置。
[0028] 根據(jù)一個實施例，所述金屬硅顆粒可以在被供應(yīng)前分散在所述液態(tài)硅烷類化合物 中。
[0029] 所述設(shè)備還可以包括裝配有攪拌器的原材料儲存罐，該儲存罐中儲存在液態(tài)混合 物中的金屬硅顆粒分散體。
[0030] 根據(jù)一個實施例，在液態(tài)混合物中的金屬硅顆粒分散體以防止所述金屬硅顆粒沉 淀的線速度被供應(yīng)至所述管式反應(yīng)器。
[0031] 有益效果
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，金屬硅顆粒分散在液態(tài)四氯化硅和氯化氫的混合物中并與其反應(yīng)。 該液相反應(yīng)使得反應(yīng)混合物均勻化，確保高接觸效率。因此，能夠獲得高產(chǎn)率的三氯甲硅 烷。另外，使用微管反應(yīng)器取代流化床反應(yīng)器有利于熱控制，有助于改善產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn) 率，同時使副反應(yīng)的發(fā)生最小化。
【附圖說明】
[0033] 圖1為示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的流化床法的示意圖；以及
[0034] 圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0035] 由于本發(fā)明允許多種變型和許多實施方式，因此具體實施例將在附圖中示出并在 書面說明書中詳細描述。然而，這并不是將本發(fā)明限制于具體的實施方式，應(yīng)當明白，未脫 離本發(fā)明精神和技術(shù)范圍的所有變型、等同物及替換都包含在本發(fā)明中。在本發(fā)明的描述 中，當相關(guān)技術(shù)的詳細描述被認為會不必要地使本發(fā)明的實質(zhì)模糊時，省略其描述。
[0036] 本發(fā)明提供一種生產(chǎn)三氯甲硅烷的方法，包括將金屬硅顆粒分散在包含四氯化硅 的液態(tài)硅烷類化合物中，以及在氫氣存在的情況下可選擇性地使金屬硅顆粒與氯化氫反 應(yīng)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的方法，同時進行金屬硅與氯化氫的反應(yīng)（反應(yīng)3)和四氯化硅、金屬 硅與氫氣的反應(yīng)（反應(yīng)4)以形成三氯甲硅烷。在液相中進行總反應(yīng)，可以通過反應(yīng)5表 示：
[0038] 3SiCl4 (I)+HCl (l)+3H2(g)+Si (s) - 4SiHCl3(l)+HCl(I)+H2(I) (5)
[0039] 由于緊接著反應(yīng)后反應(yīng)器的內(nèi)部壓力，反應(yīng)產(chǎn)物以液態(tài)形式存在。
[0040] 下面是各個反應(yīng)物的更詳細討論。
[0041] 四氯化硅
[0042] 在反應(yīng)中使用的四氯化硅沒有特別限制。例如，四氯化硅可以是由三氯甲硅烷生 產(chǎn)多晶硅中的副產(chǎn)物。這確保了四氯化硅的有效利用。
[0043] 金屬硅顆粒
[0044] 通過將金屬硅顆粒的尺寸調(diào)整至35微米以下，四氯化硅與硅顆粒之間的接觸面 積增加，導致反應(yīng)部位的數(shù)量增加。結(jié)果，反應(yīng)速率增加，引起三氯甲硅烷的產(chǎn)率增加。另 外，金屬硅顆粒尺寸變小并由此在預(yù)定反應(yīng)時間流逝之后用盡。
[0045] 本發(fā)明的方法允許液態(tài)四氯化硅中的金屬硅顆粒均勻分散，以防止金屬硅顆粒聚 集和沉淀。使用金屬硅顆粒的優(yōu)點在于增加與四氯化硅的接觸面積。
[0046] 金屬硅是包含金屬形式的硅元素的冶金金屬硅或微粒固體材