CN111643916A - 一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高纯六氯乙硅烷的制备领域，尤其是一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺，本发明采用山梨醇代替螯和树脂进行金属杂质的吸附，在提纯过程中加入氮气伴送成为惰性气体保护精馏，通入氮气的作用主要是降低蒸馏温度，加强塔釜内液体的搅拌防止釜内液体局部过热，从而避免六氯乙硅烷受热变质。本发明精馏效率高且工艺成本低。

Description

一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺
本发明涉及一种高纯六氯乙硅烷的制备领域，尤其是一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺。
背景技术
六氯乙硅烷（HCDS）高纯硅基半导体材料是高端芯片设计、晶圆制造、存储器及逻辑芯片设计的关键原材料，是大规模集成电路的“血液”。极大规模集成电路的国产化进程必然要求解决关键原材料及高端原材料的国产化，而高纯HCDS在关键半导体膜结构中均扮演至关重要作用。高纯HCDS在氮化硅、高端氧化硅薄膜材料制备过程关键原材料，被广泛应用于薄膜中间介质层、多晶硅互连线周围层、栅极晶体管间隔层的制备。要求产品纯度达到6N以上。
CN103011173A公开了一种六氯乙硅烷的合成方法，其特征是包括以下工艺步骤：（1）将硅粉与催化剂加入反应釜中，在惰性气体保护下加入四氯化硅，升温至30-200℃反应3-24小时，冷却至室温，得到反应混合物；所述硅粉与四氯化硅的摩尔比为1:100-1000；（2）在惰性气体保护下将步骤（1）得到的反应混合物进行过滤，将滤液蒸馏，收留145-147℃蒸馏成分，即为所述的六氯乙硅烷，该方法主要介绍了一种六氯乙硅烷的合成方法，得到的六氯乙硅烷无法满足半导体生产需求。
CN108017060A公开了一种六氯乙硅烷的纯化方法，其特征在于包括如下步骤：将工业级六氯乙硅烷，通入装有吸附树脂的交换柱中，在温度50-65℃，流速0.2-2BV/h的条件下进行吸附提纯，产物即为纯化后的六氯乙硅烷产品，该方法采用的螯和树脂，主要成分为环辛四烯三羰基铁，羟丁基乙烯基醚，1,1-双(三甲基硅氯)乙烯，8-烯丙氧基-喹啉，3,3-二甲基-1-丁炔基亚铜 ，过硫酸铵，十二烷基苯磺酸等，该树脂成分复杂，所需成本高，工艺控制参数要求严格。
发明内容
传统六氯乙硅烷的提纯方法多为精馏和树脂吸附，精馏效率较低且不易去除六氯乙硅烷中难以去除的金属铝和钛杂质，树脂吸附所采用的螯和树脂难于获得且成本较高。本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）六氯乙硅烷的粗馏：
a、进料：打开粗馏塔顶阀门，向粗馏塔内进料，进料完成后关闭塔釜进料阀门，待塔顶压力降至0.01MPa时关闭阀门；
b、全回流：待塔压微正压，塔釜温度升至145℃以上，塔顶有温度升温，开始进入全回流；
c、低沸采出：全回流4小时后开始低沸采出，采出流量控制在1～2Kg/h，采至塔顶温度升至140℃时关闭低沸采出；
d、产品采出：塔釜温度145～150℃，塔顶压力微正压，塔顶温度140℃开始切换至产品采出，采出量5～40Kg/h，产品采出至塔釜温度160℃且呈快速持续上涨趋势停产品采出，经过粗馏后的六氯乙硅烷纯度可达到98%以上，其中，粗镏塔类型为填料塔，填料为304不锈钢填料；
2）六氯乙硅烷中金属铝、钛的吸附：将步骤1）提纯得到的产品六氯乙硅烷（≥98%）送入蒸发釜中，蒸发釜中六氯乙硅烷：山梨醇质量比为70-50:1，蒸发釜压力控制在0.02-0.1MPa，蒸发罐温度控制在145-155℃，经蒸发罐之后的六氯乙硅烷铝和钛的含量可以达到0.5ppb以下；
3）六氯乙硅烷的精馏：将吸附后的六氯乙硅烷进入精馏塔内，精馏塔为填料塔，填料类型为304不锈钢填料，提纯温度为145-153℃，塔内压力控制在0.013-0.017MPa，在提纯塔内以1L/min的氮气伴送条件下进行精馏提纯，提纯后的六氯乙硅烷纯度可以达到99.99%。
本发明的有益效果为：
六氯乙硅烷中的钛杂质、铝杂质，尤其是氯化铝和氯化钛，被山梨醇中结构单元的C-O的有机化合物键合，从而生成重沸杂质，易于从六氯乙硅烷中分离，本发明采用山梨醇代替螯和树脂进行金属杂质的吸附，山梨醇为食品添加剂，更便于获得且成本更低。在提纯过程中加入氮气伴送成为惰性气体保护精馏，通入氮气的作用主要是降低蒸馏温度，加强塔釜内液体的搅拌防止釜内液体局部过热，从而避免六氯乙硅烷受热变质。本发明精馏效率高且工艺成本低。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
参见图1，六氯乙硅烷原料经过原料罐进入到粗镏塔中进行步骤1—六氯乙硅烷的粗馏操作，粗馏后得到的六氯乙硅烷存放至中间罐A。中间罐A中的六氯乙硅烷送入吸附蒸发罐进行步骤2—六氯乙硅烷中金属铝、钛的吸附操作，吸附后的六氯乙硅烷存放至中间罐B。中间罐B中的六氯乙硅烷进入到提纯塔内进行步骤3—六氯乙硅烷的精馏操作，精馏提纯后即可得到99.99%以上的六氯乙硅烷产品，存放至产品罐中。详细步骤如下：
1）六氯乙硅烷的粗馏：
a、进料：打开粗馏塔顶阀门，向粗馏塔内进料，进料完成后关闭塔釜进料阀门，待塔顶压力降至0.01MPa时关闭阀门。
b、全回流：待塔压微正压，塔釜温度升至145℃以上，塔顶有温度升温，开始进入全回流。
c、低沸采出：全回流4小时后开始低沸采出，采出流量控制在1～2Kg/h，采至塔顶温度升至140℃时关闭低沸采出。
d、产品采出：塔釜温度145～150℃，塔顶压力微正压，塔顶温度140℃开始切换至产品采出，采出量5～40Kg/h，产品采出至塔釜温度160℃且呈快速持续上涨趋势停产品采出。
粗镏塔类型为填料塔，填料为304不锈钢填料。经过粗馏后的六氯乙硅烷纯度可达到98%以上。
2）六氯乙硅烷中金属铝、钛的吸附：将步骤1）提纯得到的产品六氯乙硅烷（≥98%）送入蒸发釜中，蒸发釜中六氯乙硅烷：山梨醇质量为70-50:1，蒸发釜压力控制在0.02-0.1MPa，蒸发罐温度控制在145-155℃，经蒸发罐之后的六氯乙硅烷铝和钛的含量可以达到0.5ppb以下；钛杂质、铝杂质，尤其是氯化铝和氯化钛，被山梨醇中结构单元的C-O的有机化合物键合，从而生成重沸杂质，易于从六氯乙硅烷中分离。
3）六氯乙硅烷的精馏：将吸附后的六氯乙硅烷进入精馏塔内，精馏塔为填料塔，填料类型为304不锈钢填料，提纯温度为145-153℃，塔内压力控制在0.013-0.017MPa，由于六氯乙硅烷在长时间的加热过程中容易发生分解，因此为避免提纯过程中六氯乙硅烷发生分解，在提纯塔内以1L/min的氮气伴送条件下进行精馏提纯，提纯后的六氯乙硅烷纯度可以达到99.99%，在提纯过程中加入氮气伴送成为惰性气体保护精馏，通入氮气的作用主要是降低蒸馏温度，加强塔釜内液体的搅拌防止釜内液体局部过热，从而避免六氯乙硅烷受热变质。本发明精馏效率高且工艺成本低。

Claims (1)

1.一种制备高纯度六氯乙硅烷的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）六氯乙硅烷的粗馏：
a、进料：打开粗馏塔顶阀门，向粗馏塔内进料，进料完成后关闭塔釜进料阀门，待塔顶压力降至0.01MPa时关闭阀门；
b、全回流：待塔压微正压，塔釜温度升至145℃以上，塔顶有温度升温，开始进入全回流；
c、低沸采出：全回流4小时后开始低沸采出，采出流量控制在1～2Kg/h，采至塔顶温度升至140℃时关闭低沸采出；
d、产品采出：塔釜温度145～150℃，塔顶压力微正压，塔顶温度140℃开始切换至产品采出，采出量5～40Kg/h，产品采出至塔釜温度160℃且呈快速持续上涨趋势停产品采出，经过粗馏后的六氯乙硅烷纯度可达到98%以上，其中，粗镏塔类型为填料塔，填料为304不锈钢填料；
2）六氯乙硅烷中金属铝、钛的吸附：将步骤1）提纯得到的产品六氯乙硅烷（≥98%）送入蒸发釜中，蒸发釜中六氯乙硅烷：山梨醇质量比为70-50:1，蒸发釜压力控制在0.02-0.1MPa，蒸发罐温度控制在145-155℃，经蒸发罐之后的六氯乙硅烷铝和钛的含量可以达到0.5ppb以下；
3）六氯乙硅烷的精馏：将吸附后的六氯乙硅烷进入精馏塔内，精馏塔为填料塔，填料类型为304不锈钢填料，提纯温度为145-153℃，塔内压力控制在0.013-0.017MPa，在提纯塔内以1L/min的氮气伴送条件下进行精馏提纯，提纯后的六氯乙硅烷纯度可以达到99.99%。
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