乙硅烷的制备方法技术

本发明专利技术一实施方式提供了一种乙硅烷的制备方法，包括如下步骤：提供改良西门子法产生的氯代乙硅烷副产物；将所述副产物进行过滤，得到滤液；将所述滤液通过精馏处理，得到氯代乙硅烷的纯化液；以及，还原所述纯化液中的氯代乙硅烷，制得所述乙硅烷。本发明专利技术一实施方式的制备方法，通过对改良西门子法多晶硅生产过程中的氯代乙硅烷进行回收、精制，制备出满足半导体行业应用的高纯乙硅烷。

Preparation of Ethylsilane

The first embodiment of the invention provides a method for preparing ethylsilane, which includes the following steps: providing by-products of chloroethylsilane produced by improved Siemens method; filtering the by-products to obtain filtrate; distilling the filtrate to obtain purified solution of chloroethylsilane; and reducing the purified solution. The chloroethylsilane in the process is used to prepare the ethylsilane. The preparation method of the embodiment of the present invention is to prepare high purity ethylsilane for semiconductor industry application by recycling and refining the chloroethylsilane in the production process of polycrystalline silicon by the improved Siemens method.

【技术实现步骤摘要】
乙硅烷的制备方法
本专利技术涉及乙硅烷的制备方法，具体为一种可制备满足半导体行业应用的高纯乙硅烷的制备方法。
技术介绍
乙硅烷主要用于太阳能电池、感光转筒、非晶硅膜、外延成长、化学气相沉积等方面。作为沉积源时，沉积层为氧化硅或氮化硅，与硅烷相比，乙硅烷具有沉积速度更快、沉积温度更低的特点，可防止无定型硅中产生球状凸起，能够提高沉积成的均一性，主要使用在20纳米以下高端芯片的制造。在太阳能电池生产中，用乙硅烷比用硅烷在非晶硅片上的沉积速度快得多，且温度可降低200～300℃；在离子注入中，以乙硅烷作离子源后易起辉、束流强，效果明显好于用其他气体作离子源；在半导体工艺中用于外延和扩散工艺，也用于太阳能电池和电子照相用的感光鼓；使用乙硅烷时，可以采用价格较低的玻璃来取代昂贵的石英玻璃作LCD的基材。目前，乙硅烷的制备主要有氯代乙硅烷还原法和硅化镁与氯化铵反应合成两种方法。其中，氯代乙硅烷还原法为氢化铝锂或氢化铝钠等络合金属氢化物还原氯代乙硅烷烷制备出乙硅烷，但该方法中，氯代乙硅烷需要进行单独合成，合成难度大且产率低。而硅化镁与氯化铵反应法为硅化镁与氯化铵进行反应产生乙硅烷，但是过程中产品主要为硅烷，乙硅烷占比仅在3％左右，是作为副产物进行回收的，因此主要通过控制副产物的产率来提高乙硅烷产量，限制了该方法将乙硅烷作为主产品进行生产的可行性。另外，硅化镁与氯化铵反应会产生固体六氨氯化镁，鉴于乙硅烷较高的危险性，该方法的技术难点主要是：1、如何把乙硅烷和硅烷进行分离；2、如何从硅烷反应釜的废渣中分离提纯乙硅烷。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在提供一种乙硅烷的制备方法，包括如下步骤：提供改良西门子法产生的氯代乙硅烷副产物；将所述副产物进行过滤，得到滤液；将所述滤液通过精馏处理，得到氯代乙硅烷的纯化液；以及，还原所述纯化液中的氯代乙硅烷，制得所述乙硅烷。根据本专利技术一实施方式，所述精馏处理包括第一精馏处理和第二精馏处理。根据本专利技术一实施方式，所述第一精馏处理在第一精馏塔中进行，所述第二精馏处理在第二精馏塔中进行。根据本专利技术一实施方式，所述第一精馏塔的塔顶压力为50～120KPa，塔顶温度为90～130℃，塔板理论级数为60～120。根据本专利技术一实施方式，所述第二精馏塔的塔顶压力为40～100KPa，塔顶温度为90～110℃，塔板理论级数为70～90。根据本专利技术一实施方式，通过氢化铝锂、氢化铝钠或二乙基氢化铝与所述氯代乙硅烷的还原反应制得乙硅烷。根据本专利技术一实施方式，所述方法还包括将反应所得的乙硅烷通过第三精馏处理、第四精馏处理及第五精馏处理进行纯化。根据本专利技术一实施方式，所述第三精馏处理在第三精馏塔中进行，所述第四精馏处理在第四精馏塔中进行，所述第五精馏处理在第五精馏塔中进行，所述第三精馏塔通过塔顶与所述第四精馏塔相连通，所述第四精馏塔通过塔底与所述第五精馏塔相连通。根据本专利技术一实施方式，所述第三精馏塔的塔顶温度为-10～10℃，所述第四精馏塔的塔顶温度为-50～-30℃，所述第五精馏塔的塔顶温度为-20～-15℃。根据本专利技术一实施方式，所述方法包括通过分子筛和/或活性炭对反应所得的乙硅烷进行吸附处理。本专利技术一实施方式的制备方法，通过对改良西门子法多晶硅生产过程中的氯代乙硅烷进行回收、精制，制备出满足半导体行业应用的高纯乙硅烷。附图说明图1为本专利技术一实施方式的乙硅烷的制备方法的流程图；图2为本专利技术一实施方式的制备乙硅烷的装置的结构示意图。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。改良西门子法多晶硅生产过程中，在还原工序和氢化工序会产生少量的氯代乙硅烷，氯代乙硅烷为一氯乙硅烷、二氯乙硅烷、三氯乙硅烷、四氯乙硅烷、五氯乙硅烷和六氯乙硅烷的混合物，经过浓缩后上述氯代乙硅烷富集在多晶硅残液中。本专利技术一实施方式通过对多晶硅残液进行处理，将其中的氯代乙硅烷进行回收和精制，得到高纯氯代乙硅烷，并以此为原料通过还原反应制备乙硅烷。本专利技术一实施方式提供了一种乙硅烷的制备方法，包括如下步骤：提供改良西门子法产生的氯代乙硅烷副产物(多晶硅残液)；将副产物进行过滤，得到滤液；将滤液通过精馏处理，得到氯代乙硅烷的纯化液；以及还原纯化液中的氯代乙硅烷，制得乙硅烷。如图1所示，本专利技术一实施方式的乙硅烷的制备方法，可包括过滤、第一精馏处理、第二精馏处理、还原氯代乙硅烷、第三精馏处理、第四精馏处理、第五精馏处理、活性炭吸附、分子筛吸附等步骤。于一实施方式中，对多晶硅残液进行过滤，可去除固体杂质，该固体杂质例如包含颗粒状物质、金属聚合物、含无定形硅和金属的杂质等。于一实施方式中，可通过调整过滤精度控制过滤步骤中固体杂质的去除率，过滤精度优选为0.5～1μm。将过滤精度控制在上述范围内可以最大程度地去除含无定形硅和金属的杂质，过滤精度太小，过滤器容易堵塞从而频繁检修，过滤精度过大则去除率降低。于一实施方式中，可通过第一精馏处理步骤除去滤液中的高沸点杂质，通过第二精馏处理步骤除去滤液中的低沸点杂质。于一实施方式中，高沸点杂质包括多晶硅残液中的甲基氯硅烷、氯代乙硅烷和金属高聚物，低沸点杂质包括低沸物，例如三氯氢硅、四氯化硅等氯硅烷。于一实施方式中，通过络合金属氢化物，例如氢化铝锂、氢化铝钠、二乙基氢化铝还原氯代乙硅烷制备乙硅烷。具体反应式例如可以是：LiAlH4+Si2HmCln-Si2H6+LiCl+AlCl3(m+n＝6)其中，反应过程中伴随产生有副产物硅烷。上述还原反应在溶剂中进行，溶剂可以为乙醚和/或四氢呋喃。由于反应中的金属氢化物和氯代乙硅烷的活性很高，会与水发生剧烈反应，因此溶剂需要进行除水、除氧处理，以保证反应所需的无水无氧环境氛围，处理完成后再加入反应系统。于一实施方式中，通过向反应溶剂中加入金属锂、钠等金属进行除水、除氧。于一实施方式中，还原氯代乙硅烷的步骤可包括：将氢化铝锂、氢化铝钠或二乙基氢化铝等络合金属氢化物溶解于乙醚或四氢呋喃溶剂中，控制温度为-20～20℃，并使用惰性气体进行保护；之后，将络合金属氢化物和溶剂的混合物加入氯代乙硅烷中进行反应。还原反应中，反应物的添加顺序对产物有明显的影响，将络合金属氢化物加入氯代乙硅烷中，产品的乙硅烷含量较高，更有利于乙硅烷的生成；顺序倒置后，硅烷含量增加，乙硅烷含量减少。于一实施方式中，氯代乙硅烷的摩尔用量为络合金属氢化物的2～5倍时，反应转化率最优。于一实施方式中，反应溶剂的摩尔用量为络合金属氢化物的2～8倍。于一实施方式中，保护气体可以为氮气、氩气、氦气，优选氦气。于一实施方式中，将络合金属氢化物和氯代乙硅烷反应所得产物进行第三精馏处理、第四精馏处理、第五精馏处理等提纯步骤，得到满足半导体行业应用的高纯乙硅烷。其中，通过第三精馏处理除去残留的反应溶剂、氯代乙硅烷等；通过第四精馏处理除去硅烷、氢气、氯化氢等沸点低于-50～-30℃的低沸点副产物；通过第五精馏处理除去氯代乙硅烷、硅烷、氯化氢等沸点低于-20～-15℃的低沸点副产物。于一实施方式中，还包括通过分子筛和/或活性炭对精馏纯化后的乙硅烷进行吸附处理，通过精馏联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乙硅烷的制备方法，包括如下步骤：提供改良西门子法产生的氯代乙硅烷副产物；将所述副产物进行过滤，得到滤液；将所述滤液通过精馏处理，得到氯代乙硅烷的纯化液；以及还原所述纯化液中的氯代乙硅烷，制得所述乙硅烷。

【技术特征摘要】
1.一种乙硅烷的制备方法，包括如下步骤：提供改良西门子法产生的氯代乙硅烷副产物；将所述副产物进行过滤，得到滤液；将所述滤液通过精馏处理，得到氯代乙硅烷的纯化液；以及还原所述纯化液中的氯代乙硅烷，制得所述乙硅烷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述精馏处理包括第一精馏处理和第二精馏处理。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一精馏处理在第一精馏塔中进行，所述第二精馏处理在第二精馏塔中进行。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一精馏塔的塔顶压力为50～120KPa，塔顶温度为90～130℃，塔板理论级数为60～120。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二精馏塔的塔顶压力为40～100KPa，塔顶温度为90～110℃，塔板理论级数为70～90。6.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：万烨，刘见华，严大洲，赵雄，郭树虎，赵宇，
申请(专利权)人：洛阳中硅高科技有限公司，中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41