提纯三氯氢硅的方法技术

本发明专利技术公开了一种提纯三氯氢硅的方法。该方法包括以下步骤：S1，将含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行液固分离将催化剂和反应液体产物分离；以及S3，将反应液体产物输入精馏塔脱除杂质、轻组分和重组分后得到三氯氢硅产品。应用本发明专利技术的技术方案反应精馏工艺，将原料中的甲基二氯硅烷通过与四氯化硅进行反歧化反应转化为甲基三氯硅烷，同时，引入微量氧与B、P等转化为高沸点络合物，再通过精馏进行分离，最终得到高纯的三氯氢硅。

【技术实现步骤摘要】
提纯三氯氢硅的方法
本专利技术涉及化工领域，具体而言，涉及一种提纯三氯氢硅的方法。
技术介绍
高纯三氯氢硅是改良西门子法生产电子级多晶硅的原材料，电子级多晶硅进一步的用于集成电路晶圆，另外，在芯片制造工艺中，高纯三氯氢硅也用于外延沉积硅基材料，因此，对三氯氢硅的纯度和杂质有很高的要求。目前，三氯氢硅主要通过金属硅与HCl直接合成，或者在多晶硅还原过程中会产生四氯化硅副产物，使用金属硅与HCl和四氯化硅反应生成三氯氢硅，在反应过程中，从原料端会引入碳、B、P等杂质，必须将上述杂质去除，否则会通过原料进入到电子级多晶硅中。碳的存在对多晶硅中的碳含量影响很大，碳可与氧作用，也可与间隙原子和空位结合，以条纹形态存在于硅晶体中，当碳浓度超过其固溶度时，会有微小的碳沉淀生成，影响器件的击穿电压和漏电流。在拉单晶过程中，如果碳浓度超过其饱和浓度，会有SiC颗粒形成，导致多晶体的形成。B、P等是以施主杂质和受主杂质形态存在与高纯硅中，在制造晶圆时容易诱导晶体产生缺陷，从而影响芯片的品质和成品率。碳在三氯氢硅中主要以甲基氯硅烷和甲基硅烷形式存在，例如甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基硅烷、一甲基硅烷、三甲基硅烷等，其中由于甲基二氯硅烷与三氯氢硅的沸点接近，通过精馏提纯难度较大，原料中碳的含量主要以甲基二氯硅烷形式存在。B、P等施主杂质和受主杂质存在形式多样，通过查询文献可能是BCl3、BmHn、CH3BCl2、(CH3)3BCl2、PCl3、PmHn、(CH3)2PH、POCl3、PCl5等，目前研究多采用精馏和吸附的方法除去，但是因存在形式较大，部分与三氯氢硅沸点接近，另外，系统多选用活性炭、功能树脂和硅胶等进行除杂，但是因选择性差，吸附下限高，最终产品中杂质仍处于较高的水平。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种提纯三氯氢硅的方法，以解决现有技术中三氯氢硅杂质含量较高的技术问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种提纯三氯氢硅的方法。该方法包括以下步骤：S1，将含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行液固分离将催化剂和反应液体产物分离；以及S3，将反应液体产物输入精馏塔脱除杂质、轻组分和重组分后得到三氯氢硅产品。进一步地，四氯化硅的添加摩尔量为甲基二氯硅烷摩尔量的1～10倍，氧气加入摩尔量为三氯氢硅原料中施主和受主杂质摩尔量的2～50倍。进一步地，步骤S2中分离出来的催化剂返回S1重新利用。进一步地，步骤S1中歧化反应的温度为20～200℃，压力为0.1MPa～2.0MPa。进一步地，催化剂为离子交换树脂，粒径＜100微米，优选50微米。进一步地，步骤S2中固液分离的固体分离精度＜50微米，优选为1微米。进一步地，精馏塔的塔顶压力为40KPa～200KPa，温度为42～68℃。进一步地，步骤S1在微通道连续流反应器中进行。进一步地，三氯氢硅原料进入微通道连续流反应器前，与催化剂进行混合。进一步地，步骤S1中歧化反应的压力为1.0MPa。应用本专利技术的技术方案反应精馏工艺，将原料中的甲基二氯硅烷通过与四氯化硅进行反歧化反应转化为甲基三氯硅烷，同时，引入微量氧与B、P等转化为高沸点络合物，再通过精馏进行分离，最终得到高纯的三氯氢硅。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术一实施方式的提纯三氯氢硅的流程示意图；以及图2示出了根据本专利技术一实施方式的提纯三氯氢硅的装置结构示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本申请提出采用反应精馏工艺，将原料中的甲基二氯硅烷通过与四氯化硅进行反歧化反应转化为甲基三氯硅烷，同时，引入微量氧与B、P等转化为高沸点络合物，再通过精馏进行分离，最终得到高纯的三氯氢硅。另外，还可以对反应进行过程强化，保证系统连续运行，提升系统的本质安全，引入连续流微通道反应器。根据本专利技术一种典型的实施方式，提供一种提纯三氯氢硅的方法。该方法包括以下步骤：S1，将含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行液固分离将催化剂和反应液体产物分离；以及S3，将反应液体产物输入精馏塔脱除杂质、轻组分和重组分后得到三氯氢硅产品。在步骤S1中，甲基二氯硅烷在催化剂作用下，通过与四氯化硅发生反歧化反应，使得氯离子在四氯化硅和甲基二氯硅烷之间在分配，将甲基二氯硅烷转化为甲基三氯硅烷，沸点由41℃提升至66℃，使得与三氯氢硅32℃的沸点差增大，从而通过精馏塔很容易进行分离，同时，将四氯化硅转化为三氯氢硅，没有引入其它杂质，反应式如下：CH3SiHCl2+SiCl4——CH3SiCl3+SiHCl3优选的，四氯化硅的添加摩尔量为甲基二氯硅烷摩尔量的1～10倍。另外，在反应中通入少量的氧，在氧存在的情况下，施主和受主杂质通过进行化学反应形成Si-O-B键或Si-O-P键，对施主杂质和受主杂质进行转化，再通过后续的精馏进行分离，使用的氧需要进行纯化，氧的添加需过量，优选的，氧气加入摩尔量为三氯氢硅原料中施主和受主杂质摩尔量的2～50倍。根据本专利技术一种典型的实施方式，步骤S2中分离出来的催化剂返回S1重新利用，提高催化剂利用率，节约生产成本。优选的，步骤S1中歧化反应的温度为20～200℃，压力为0.1MPa～2.0MPa，优选1.0MPa。在此反应温度和压力下，有利于歧化反应的充分进行。优选的，步骤S1在微通道连续流反应器中进行。反应物料在微通道内实现高速碰撞混合，瞬间达到均一的反应环境，反应效率高，反应周期短，避免了反应物及产物的分解和其它副产物的发生，从而提高反应效率。优选的，三氯氢硅原料进入微通道连续流反应器前，与催化剂进行混合。催化剂为离子交换树脂，负载胺基，形状球形，保证其有较好的流动性，粒径＜100微米，优选50微米，使得催化剂在微反应器通道内连续流动，不堵塞。根据本专利技术一种典型的实施方式，在反应器后设置液固分离器，将反应产物中的催化剂与反应液体产物进行连续分离，催化剂返回反应器重新使用，分离后的液体物料进入后续精馏塔进行精制。液固分离器内部设置有分离膜，固体分离精度＜50微米，且小于催化剂的最小粒径，优选为1微米，连续流动中进行两相分离，过程为单向过程，无返混现象，避免了间歇分离，保证系统的稳定运行。本领域技术人员可以根据模拟计算和提纯运行经验设定精馏塔的塔径、塔高、塔盘数量及内件和填料等参数，塔内件为板式塔或筛板塔，其中填料为金属或非金属的规整或散堆填料，优选精馏塔为填料塔，更优选填料塔内的填料为散装填料。塔顶压力为40KPa～200KPa，控制温度在42～68℃范围，塔顶采用循环水进行冷却，塔釜采用热水或导热油进行加热。根据本专利技术一种典型的实施方式，如图1所示，含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；采用固液分离器对反应产物进行液固分离，将催化剂和反应液体产物分离；将反应液体产物依次输入脱轻塔和脱重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提纯三氯氢硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；S2，对所述反应产物进行液固分离将所述催化剂和反应液体产物分离；以及S3，将所述反应液体产物输入精馏塔脱除杂质、轻组分和重组分后得到三氯氢硅产品。

【技术特征摘要】
1.一种提纯三氯氢硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料与四氯化硅和氧气在催化剂的催化下进行歧化反应，得到的反应产物；S2，对所述反应产物进行液固分离将所述催化剂和反应液体产物分离；以及S3，将所述反应液体产物输入精馏塔脱除杂质、轻组分和重组分后得到三氯氢硅产品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四氯化硅的添加摩尔量为所述甲基二氯硅烷摩尔量的1～10倍，所述氧气加入摩尔量为所述三氯氢硅原料中施主和受主杂质摩尔量的2～50倍。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中分离出来的所述催化剂返回所述S1重新利用。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中歧化反应的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘见华，赵雄，万烨，严大洲，赵宇，常欣，
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