CN106185949B - 一种乙硅烷的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种乙硅烷的制造方法,其特征在于,以硅化镁与氯化氨为原料进行反应,在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体,反应温度为‑10℃‑‑50℃,反应压力为0.2‑1MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2‑5,所述催化剂为锌的配合物;反应产物经过纯化装置进行提纯,所述纯化装置内设置铜系催化剂。
Description
技术领域
本发明属于气体生产技术领域,具体涉及生产甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)等的方法,尤其适用乙硅烷的制造方法。
背景技术
在微电子产品制造过程,硅用以隔离电子精密组件中各导电层。由于组件,例如芯片,一再追求精密度,规格设计越来越细,从微米级进步到纳米级,所以硅隔离层已经无法用机械方法切割形成,而必须用气相层积法形成,所以硅烷类的使用形成必须之材料。
乙硅烷是一种很有前途的硅膜先体。与甲硅烷相比,它具有沉积速度快、温度要求低、膜均匀度高等优越性,是半导体工业中颇有吸引力的特种气体之一。
传统的硅烷制备方法至少有两种。一种是硅镁法,或称小松法,以硅粉及镁粉为初始材料,先合成硅化镁,Si+2Mg----→Mg2Si。再以硅化镁与氯化氨依用量比例反应,在液氨的环境下,生成硅甲烷气相及六氨氯化镁固相残渣。该方法因产率低、副产品多、设备昂贵导致生产成本过高。其中,用硅化镁与氯化铵在液氨中反应的生成物绝大部份是甲硅烷,少于2%的乙硅烷只能作为副产品回收以获取极为有限的回报。第二种方法是以三氯氢硅提纯法(即俗称UCC法)。此方法之制程,首先以硅粉与氯化氢(俗称盐酸)反应生成三氯氢硅,Si+3HCl--→HSiCl3+H2。再以三氯氢硅与氢气反应,藉由氢气与氯元素结合而形成二氯氢硅及氯化氢,HSiCl3+H2---→H2SiCl2+HCl。依序再以二氯氢硅与氢气反应,藉由氢气与氯元素结合而形成单氯氢硅及氯化氢,H2SiCl2+H2---→H3SiCl+HCl。然后,单氯氢硅再与氢气反应,也就是由氢气与氯元素结合而形成硅甲烷及氯化氢,H3SiCl+H2
---→SiH4+HCl。此方法可以生成硅甲烷。然而,硅乙烷、硅丙烷等的产品则无法由该方法制得。
换言之,无论半导体、液晶显示屏、太阳能电池、节能玻璃等行业,已经渐渐从硅甲烷的使用转向硅乙烷,而且对于环境保护的要求已经是所有人的共识,因此,一种新颖有效满足上述需求的制造方法必须应运而生。
发明内容
为了解决上述问题,本发明通过以下技术方案实现。
一种乙硅烷的制造方法,其特征在于,以硅化镁与氯化氨为原料进行反应,在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体,反应温度为-10℃--50℃,反应压力为0.2-1MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5,所述催化剂为锌的配合物;反应产物经过纯化装置进行提纯,所述纯化装置内设置铜系催化剂。
进一步,所述铜系催化剂是负载型催化剂,催化剂的载体是分子筛。
进一步,所述铜系催化剂含有铜和氯化亚铜。
进一步,所述铜系催化剂含有摩尔比为3~3.5∶1的铜和氯化亚铜。
进一步,所述铜系催化剂是铜镍合金催化剂。
进一步,所述催化剂的载体是钛硅分子筛或二氧化硅分子筛。
进一步,所述分子筛的孔径为0.2-50nm。
进一步,所述分子筛的孔径为0.4-1nm。
本发明的乙硅烷制造方法中,乙硅烷是生产过程的主产品,因而可解决大规模生产乙硅烷的副产品问题,大大提高生产高纯乙硅烷的生产效率,耗能低,降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明。
一种乙硅烷的制造方法,其特征在于,以硅化镁与氯化氨为原料进行反应,在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体,反应温度为-10℃--50℃,反应压力为0.2-1MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5,所述催化剂为锌的配合物;反应产物经过纯化装置进行提纯,所述纯化装置内设置铜系催化剂。所述纯化装置是多个串联的直径为10cm ~ 40cm,高1-3m的不锈钢容器。
实施例1
依照上述方法生产乙硅烷。其中,反应温度为-10℃,反应压力为0.2MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2,所述催化剂为C54H52P4ZnCl2,所述反应在3M3的反应釜内进行。所述纯化装置是2个串联的直径为10cm,高1m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置铜系催化剂。所述铜系催化剂是负载型催化剂,催化剂的载体是孔径为0.2nm的钛硅分子筛。
实施例2
重复实施例1,不同之处在于,反应温度为50℃,反应压力为1MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:5,所述催化剂为C54H45P3ZnX2,所述反应在10M3的反应釜内进行,所述反应釜配置磁力搅拌器。所述纯化装置是2个串联的直径为40cm,高3m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置氯化亚铜催化剂。所述氯化亚铜的载体是孔径为50nm的二氧化硅分子筛。
实施例3
重复实施例1,不同之处在于,反应温度为20℃,反应压力为0.6MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3.5,所述催化剂为C52H48P4ZnCl2,所述反应在6.5M3的反应釜内进行,所述反应釜配置磁力搅拌器。所述纯化装置是4个串联的直径为20cm,高2m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置铜和氯化亚铜催化剂。所述铜和氯化亚铜的摩尔比为3∶1,催化剂载体是孔径为1nm的二氧化硅分子筛。
实施例4
重复实施例1,不同之处在于,反应压力为0.25MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3,所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2,所述反应在8.4M3的反应釜内进行,所述反应釜配置磁力搅拌器。所述纯化装置是8个串联的直径为15cm,高1.5m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置铜镍合金催化剂,催化剂载体是孔径为0.4nm的二氧化硅分子筛。
实施例5
重复实施例4,不同之处在于,反应压力为0.55MPa,所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C68H56Fe2P4ZnY2的混合物。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存,所述储罐为夹套结构,夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。所述纯化装置是6个串联的直径为15cm,高1.5m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置铜和氯化亚铜催化剂。所述铜和氯化亚铜的摩尔比为3.5∶1,催化剂载体是孔径为0.5nm的钛硅分子筛。
实施例6
重复实施例5,不同之处在于,反应压力为0.4MPa,所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C52H48P4ZnCl2的混合物,所述储罐夹套内的压力为10Pa。所述纯化装置是8个串联的直径为40cm,高2.5m的不锈钢容器。所述纯化装置内设置铜镍合金催化剂,催化剂载体是孔径为10nm的二氧化硅分子筛。
实施例7
重复实施例2,不同之处在于,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3,所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2,所述反应在8.4M3的反应釜内进行,所述反应釜配置磁力搅拌器。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存,所述储罐为夹套结构,夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。所述纯化装置中分子筛的孔径为0.2nm。
实施例8
重复实施例3,不同之处在于,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3,所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2与C52H48P4ZnCl2的混合物,所述反应在8.4M3的反应釜内进行,所述反应釜配置磁力搅拌器。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存,所述储罐为夹套结构,夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。所述储罐夹套内的压力为6Pa。所述纯化装置中催化剂的载体是钛硅分子筛。
实施例9
重复实施例4,不同之处在于,反应温度为20℃,反应压力为0.6MPa,所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C52H48P4ZnCl2的混合物,所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存,所述储罐为夹套结构,夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。所述纯化装置中所述铜系催化剂含有摩尔比为3.3∶1的铜和氯化亚铜。
实施例10
重复实施例5,不同之处在于,反应温度为-10℃,反应压力为0.3MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:4,所述催化剂为C54H52P4ZnCl2,所述反应在8.4M3的反应釜内进行,所述储罐夹套内的压力为2Pa。所述纯化装置中所述铜系催化剂是铜镍合金催化剂。
以上的详细说明用以揭示本发明之技术内容及特征,并辅以实施例说明,使本领域技术人员据此得以实施,然而上述说明并非用于限制本发明之权利范围,举凡简单之置换或等效技术之取代,仍应隶属本发明之范畴。
Claims (8)
1.一种乙硅烷的制造方法,其特征在于,以硅化镁与氯化氨为原料进行反应,在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体,反应温度为-10℃--50℃,反应压力为0.2-1MPa,所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5,所述催化剂为C54H52P4ZnCl2或C52H48P4ZnCl2;反应产物经过纯化装置进行提纯,所述纯化装置内设置铜系催化剂,所述铜系催化剂是氯化亚铜,铜镍合金,或铜和氯化亚铜。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铜系催化剂是负载型催化剂,催化剂的载体是分子筛。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铜系催化剂含有铜和氯化亚铜。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铜系催化剂含有摩尔比为3~3.5∶1的铜和氯化亚铜。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铜系催化剂是铜镍合金催化剂。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述铜系催化剂的载体是钛硅分子筛或二氧化硅分子筛。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述分子筛的孔径为0.2-50nm。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述分子筛的孔径为0.4-1nm。
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