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，将三氯氢硅原料与氯气和氧气在光源催化下进行反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行精密过滤，将反应产物中的固体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，采用反应精馏工艺，将原料中的低氯含量的甲基氯硅烷通过反应转化为高氯含量的甲基氯硅烷，同时，将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用于集成电路晶圆制造，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及金属杂质，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。金属杂质的存在主要影响晶体硅的电阻率和少子寿命。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，产品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，将三氯氢硅原料与氯气和氧气在光源催化下进行反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行精密过滤，将反应产物中的固体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，氯气的添加摩尔量为三氯氢硅原料中甲基氯硅烷摩尔量的2～50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S1中反应温度为20～60℃，压力为0.1MPa～2.0MPa。进一步地，步骤S1中反应温度为35℃，压力为0.3MPa。进一步地，光源的有效光的波长对应氯气Cl-Cl键的吸收波长。进一步地，光源为低压汞灯、高压汞灯或氙气灯。进一步地，精馏塔的塔顶压力为5KPa～200KPa，温度为33～68℃。进一步地，步骤S1在微通道连续流反应器中进行。进一步地，微通道连续流反应器配置有超声波清洗系统，超声波清洗系统包括直接对微通道连续流反应器的反应模块进行超声波清洗的部分和对三氯氢硅原料进行超声波处理的部分。进一步地，步骤S2中精密过滤的过滤精度为0.003～2微米。应用本专利技术的技术方案，采用反应精馏工艺，将原料中的低氯含量的甲基氯硅烷通过反应转化为高氯含量的甲基氯硅烷，同时，将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。本申请采用反应精馏工艺，将原料中的低氯含量的甲基氯硅烷通过反应转化为高氯含量的甲基氯硅烷，同时，将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，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。再者，原料中含有极少量非常细小的无定型硅等微小固体颗粒和反应过程中可能会生成固体杂质，沉积在微通道内，造成堵塞或换热效果表差，降低反应效率、处理通量和增加物料通过阻力，系统耦合超声波清洗系统，对微反应器通道进行清洗，保证通道洁净。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，将三氯氢硅原料与氯气和氧气在光源催化下进行反应，得到的反应产物；S2，对反应产物进行精密过滤，将反应产物中的固体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S中，甲基氯硅烷(CH3SiCl3，(CH3)2SiHCl，(CH3)3SiCl，CH3SiH2Cl、CH3SiHCl2等)通过与氯气发生氯化反应转化为高氯甲基氯硅烷，过程中Si-H键和C-H键断裂进行氯化，最终形成高氯甲基氯硅烷。当甲基氯硅烷为其他结构形式的甲基氯硅烷时，反应机理相同。以甲基二氯硅烷为例，将甲基二氯硅烷转化为甲基三氯硅烷等高氯含量的甲基氯硅烷，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，反应式如下：CH3SiHCl2+Cl2——CH3SiCl3+HClCH3SiHCl2+Cl2——CH2ClSiCl2+HCl氯化反应在液相反应时需进行光的照射，有效光的波长对应氯气Cl-Cl键的吸收波长，例如低压汞灯、高压汞灯、氙气灯发出的光。氯化反应条件温和，反应温度为20～60℃，优选35℃，压力为0.1MPa～2.0MPa，优选0.3MPa。氯化反应氯气需充足，氯气的添加摩尔量为所述三氯氢硅原料中甲基氯硅烷摩尔量的2～50倍，氯气加入量再增加时，会与三氯氢硅反应生成四氯化硅，增加物料消耗。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，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。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，微通道连续流反应器配置有超声波清洗系统，超声波清洗系统包括直接对微通道连续流反应器的反应模块进行超声波清洗的部分和对三氯氢硅原料进行超声波处理的部分。精密过滤器对可能含有的超细固体杂质进行过滤，防止进入后续精馏系统，优选的，步骤S2中精密过滤的过滤精度为0.003～2微米。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5KPa～200KPa，控制温度在33～6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，将三氯氢硅原料与氯气和氧气在光源催化下进行反应，得到的反应产物；S2，对所述反应产物进行精密过滤，将所述反应产物中的固体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，将三氯氢硅原料与氯气和氧气在光源催化下进行反应，得到的反应产物；S2，对所述反应产物进行精密过滤，将所述反应产物中的固体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，所述氯气的添加摩尔量为所述三氯氢硅原料中甲基氯硅烷摩尔量的2～50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S1中反应温度为20～60℃，压力为0.1MPa～2.0MPa。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中反应温度为35℃，压力为0.3MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘见华，万烨，赵雄，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