DE112008002299T5

DE112008002299T5 - Process for the preparation of trichlorosilane

Info

Publication number: DE112008002299T5
Application number: DE112008002299T
Authority: DE
Inventors: Jon M. Jr. Howe Bill; Carl W. Sturgis Merkh
Original assignee: Dynamic Engineering Inc
Current assignee: Dynamic Engineering Inc
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-07-22
Also published as: WO2009029794A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von hochreinem Trichlorsilan (TCS) unter Verwendung kontaminierter Nebenprodukte eines verbesserten Siemensverfahrens, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Synthetisieren von „rohem” TCS über die Umsetzung von Silicium metallurgischer oder chemischer Qualität mit Chlorwasserstoff, wobei das „rohe” TCS ein hauptsächliches Ausgangsmaterial für ein TCS-Reinigungsverfahren darstellt;
Reinigen des „rohen” TCS, um „schmutziges” TCS mit niedrigsiedenden Verunreinigungen und Dichlorsilan (DCS) und „schmutziges” Siliciumtetrachlorid (STC), enthaltend hochsiedende Verunreinigungen, abzutrennen;
Reinigen von STC aus dem „schmutzigen” STC;
Hydrieren des gereinigten STC, um zusätzliches „rohes” TCS-Material für die TCS-Reinigung zu erzeugen, und
Umsetzen des „schmutzigen” TCS mit gereinigtem STC in Gegenwart eines Katalysators, um TCS zu erzeugen, das als zusätzliches TCS-Ausgangsmaterial zum TCS-Reinigungsverfahren zurückgeführt wird.A process for producing high purity trichlorosilane (TCS) using contaminated by-products of an improved Siemens process, the process comprising the steps of:
Synthesizing "crude" TCS via the reaction of metallurgical or chemical grade silicon with hydrogen chloride, the "crude" TCS being a major feedstock for a TCS purification process;
Cleaning the "crude" TCS to separate "dirty" TCS with low boiling impurities and dichlorosilane (DCS) and "dirty" silicon tetrachloride (STC) containing high boiling impurities;
Cleaning STC from the "dirty"STC;
Hydrogenating the purified STC to produce additional "raw" TCS material for TCS purification, and
Reacting the "dirty" TCS with purified STC in the presence of a catalyst to produce TCS which is recycled as an additional TCS starting material to the TCS purification process.

Description

Querverweis zu in Beziehung stehenden AnmeldungenCross reference to in relationship standing applications

Dies ist eine non-provisional-Anmeldung, basierend auf der US-Provisional Patentanmeldung Ser. Nr. 60/968 703 mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan”, eingereicht am 29. August 2007, die hier durch Bezugnahme einbezogen ist.This is a non-provisional application based on the US Provisional Patent Application Ser. No. 60 / 968,703, entitled "Method for the preparation of trichlorosilane ", filed on 29. August 2007, incorporated herein by reference.

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Not applicable.

Regierungsrechte am PatentGovernment rights to the patent

Not applicable.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan und noch spezieller auf ein Verfahren zur Herstellung hochreinen Trichlorsilans aus Nebenprodukten einer Hauptreaktion unter Verwendung von Silicium metallurgischer oder chemischer Qualität, Nebenprodukten des verbesserten Siemens-Verfahrens oder einer Kombination hiervon.The The present invention relates to methods of preparation of trichlorosilane and more specifically to a method of preparation high purity trichlorosilane from by-products of a major reaction using metallurgical or chemical grade silicon, By-products of the improved Siemens process or a combination hereof.

2. Beschreibung des diesbezüglichen Standes der Technik2. Description of the related State of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung hochreinen Trichlorsilans (abgekürzt als TCS, Formel HSiCl₃) zur Verwendung in verschiedenen Industriezweigen.The present invention relates to the field of producing high purity trichlorosilane (abbreviated as TCS, formula HSiCl ₃ ) for use in various industries.

TCS ist ein wertvolles Zwischenprodukt, verwendet um verschiedene Silane für Elektronik und Kleber zu erzeugen. TCS, insbesondere die hochreine Qualität, wird in der Elektronikindustrie verwendet, einschließlich beispielsweise die Verwendung bei der Herstellung von polykristallinem Silicium von Solar- und Elektronikqualität, was Siliciumtetrachlorid als Nebenprodukt erzeugt.TCS is a valuable intermediate used to make various silanes to produce for electronics and adhesives. TCS, in particular the high-purity quality, is used in the electronics industry including, for example, use in the production of polycrystalline silicon from solar and Electronics quality, what silicon tetrachloride as by-product generated.

Das Verfahren der Herstellung hochreinen TCS ist aus vielen Patenten bekannt, einschließlich beispielsweise der US-Patente Nr. 4 112 057 , 3 540 861 und 3 252 752 .The process of producing high purity TCS is known from many patents, including, for example, U.S. Pat U.S. Patents No. 4,112,057 . 3 540 861 and 3,252,752 ,

Die Verwendung von alkalischen Feststoffen als Hilfsstoffe bei der Reinigung von TCS ist beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 6 843 972 bekannt.The use of alkaline solids as auxiliaries in the purification of TCS is for example from the U.S. Patent No. 6,843,972 known.

Pulverförmige Kupferkatalysatoren wurden in der Industrie für ähnliche Umsetzungen für einige Zeit verwendet. Von der Verwendung pulverförmigen Kupfers oder Mischungen von Kupfermetall, Metallhalogeniden und Bromiden oder Iodiden von Eisen, Aluminium oder Vanadium wird beschrieben, dass es mit Siliciumtetrachlorid, Wasserstoff, und wenn notwendig Chlorwasserstoff reagiert. Siehe beispielsweise Chemical Abstracts CA 101, Nr. 9576d, 1984 und Chemical Abstracts CA 109, Nr. 57621b, 1988 .Powdered copper catalysts have been used in the industry for similar reactions for some time. The use of powdered copper or mixtures of copper metal, metal halides and bromides or iodides of iron, aluminum or vanadium is said to react with silicon tetrachloride, hydrogen, and, if necessary, hydrogen chloride. See for example Chemical Abstracts CA 101, No. 9576d, 1984 and Chemical Abstracts CA 109, No. 57621b, 1988 ,

Es ist dem Fachmann im Stand der Technik bekannt, dass Trichlorsilan in der Regel in einem Fließbett hergestellt wird. Daher ist es nachteilig, ein Fließbett zu verwenden, das Kupferkatalysatoren und/oder Katalysatormischungen, enthaltend Kupfer, einsetzt; da die Selektivität der Gesamtreaktion 3 HCl + Si → HSiCl₃ + H₂ in vielen Schritten stattfindet und andere potentiell unerwünschte Nebenprodukte erzeugt werden. Diese Nebenprodukte können Dichlorsilan (abgekürzt DCS, Formel H₂SiCl₂) und Siliciumtetrachlorid (abgekürzt STC, Formel SiCl₄) enthalten.It is known to those skilled in the art that trichlorosilane is usually produced in a fluidized bed. Therefore, it is disadvantageous to use a fluidized bed employing copper catalysts and / or catalyst mixtures containing copper; since the selectivity of the overall reaction 3 HCl + Si → HSiCl ₃ + H ₂ takes place in many steps and other potentially unwanted by-products are generated. These by-products may include dichlorosilane (abbreviated DCS, formula H ₂ SiCl ₂ ) and silicon tetrachloride (abbreviated STC, formula SiCl ₄ ).

Da das Rohmaterial, das in diesen Umsetzungen verwendet wird, häufig Silicium von metallurgischer oder chemischer Qualität darstellt, sind häufig andere Verunreinigungen vorhanden, wie beispielsweise Kohlenstoff-, Bor- und Phosphor-haltige Verbindungen.There the raw material that is used in these implementations often Represents metallurgical or chemical grade silicon, Often other impurities are present, such as Carbon, boron and phosphorus containing compounds.

Ein Reaktor zur Herstellung von TCS erzeugt zusätzlich zur Herstellung von DCS und STC als Nebenprodukte ebenfalls eine Vielzahl von anderen Verunreinigungen, wie beispielsweise BCl₃, PCl₃, Isopentan, Methyltrichlorsilan und verschiedene andere Kombinationen von Chlor, Sauerstoff, Silan, Methyl, chloriertem Silan und chlorierten Methylgruppen.A reactor for the production of TCS, in addition to the production of DCS and STC as by-products, also produces a variety of other impurities, such as BCl ₃ , PCl ₃ , isopentane, methyltrichlorosilane and various other combinations of chlorine, oxygen, silane, methyl, chlorinated silane and chlorinated methyl groups.

Ein Austrittsstrom aus dem Reaktor zur Herstellung von TCS aus Silicium von metallurgischer Qualität und Chlorwasserstoff wird definiert als „rohes” TCS. Dieser Strom enthält zusammen mit TCS ebenfalls DCS, STC, Wasserstoff und eine Vielzahl von Verunreinigungen und wird häufig in mehreren Schritten gereinigt, um „rohes” TCS von „schmutzigem” TCS und STC abzutrennen, die in Entsorgungsströmen verarbeitet werden, während das „rohe” TCS nachfolgend einer weiteren Reinigung unterzogen wird. Dies ergibt häufig nur etwa 30 bis 90% „rohes” TCS (als Prozentwert der Siliciummoleküle, die in den Reaktor eintreten und im „rohen” TCS-Strom verlassen).One Exit stream from the reactor for the production of TCS from silicon of metallurgical quality and hydrogen chloride will defined as "raw" TCS. This stream contains together with TCS also DCS, STC, hydrogen and a variety of Impurities and is often in several steps cleaned to "raw" TCS from "dirty" TCS and STC, which processes into disposal streams while the "raw" TCS will follow is subjected to a further purification. This often results only about 30 to 90% "raw" TCS (as a percentage the silicon molecules entering the reactor and leave in the "raw" TCS stream).

„Schmutziges” TCS ist der Name eines Nebenproduktstroms, enthaltend hauptsächlich TCS und verschiedene andere niedrigsiedende Verbindungen, die vorhanden sein können, einschließlich DCS."Dirty" TCS is the name of a by-product stream containing mainly TCS and various other low-boiling compounds that exist can be, including DCS.

„Schmutziges” STC ist der Name eines Nebenproduktstroms, enthaltend hauptsächlich STC und verschiedene andere hochsiedende Verbindungen."Dirty" STC is the name of a by-product stream containing mainly STC and various other high-boiling compounds.

In vielen Vorrichtungen werden diese „schmutzigen” Nebenproduktströme entweder als Abfall behandelt oder verwendet, um Verbindungen von geringerem Wert als TCS herzustellen.In Many devices become these "dirty" byproduct streams either treated as waste or used to make connections from lower value than TCS produce.

Was im Stand der Technik benötigt wird, ist ein Verfahren zur effizienten Reinigung und erneuten Umwandlung dieser Verbindungen zurück zu Trichlorsilan und zum Erhöhen der Gesamtausbeute des Verfahrens, um Trichlorsilan aus der Umsetzung von metallurgischem Silicium mit Chlorwasserstoff herzustellen.What is required in the prior art, is a method for efficient purification and re-conversion of these compounds back to trichlorosilane and to increase the overall yield of the Trichlorosilane from the implementation of metallurgical Produce silicon with hydrogen chloride.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern Mittel zur Umsetzung eines Teils der Nebenproduktströme, enthaltend STC und DCS, miteinander, um mehr TCS zu erzeugen, nachdem „schmutziges” STC zuerst gereinigt wurde. „Schmutziges” STC wird gereinigt durch, ist aber nicht beschränkt hierauf, den Einsatz von Verfahren zur Destillation und Adsorption, um hochsiedende Reaktionsnebenprodukte zu entfernen, um gereinigtes STC, definiert als „HP”-STC, das als „hochreines” STC bekannt ist, zu erzeugen. Dann simuliert das Verfahren den vorherigen Stand der Technik dadurch, dass das „HP”-STC zum TCS zurückhydriert wird, wobei ebenfalls Chlorwasserstoff erzeugt wird. Das so hergestellte TCS wird wieder in den „rohen” TCS-Strom aus der ursprünglichen Abtrennung eingeführt und weiter gereinigt zu einer Qualität, die für die Elektronik geeignet ist. Der Chlorwasserstoff wird wieder dem Reaktor zugeführt, der Silicium metallurgischer oder chemischer Qualität als Rohmaterial verwendet.exemplary Embodiments of the present invention provide means for converting part of the by-product streams containing STC and DCS together to produce more TCS after "Dirty" STC was cleaned first. "Dirty" STC will purified by, but not limited to, the Use of processes for distillation and adsorption to high-boiling reaction by-products to remove purified STC, defined as "HP" -STC, which is known as a "high purity" STC. Then the method simulates the prior art by that the "HP" -STC is back-hydrogenated to the TCS, wherein also hydrogen chloride is generated. The so produced TCS gets back into the "raw" TCS stream from the initial separation and continued cleaned to a quality suitable for the electronics suitable is. The hydrogen chloride is returned to the reactor, metallurgical or chemical grade silicon Raw material used.

Die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen reduzieren drastisch die Kilogramm an Abfall, die pro Kilogramm TCS erzeugt werden. Somit reduzieren die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen die Gesamtanforderung zur Verwendung von Chlor, und es wird auf Massebasis berechnet, dass die Menge an Chlor, die in den Abfallströmen aus dem Verfahren austritt, weniger als etwa 25% derjenigen der Abfallströme herkömmlicher Verfahren aus dem Stand der Technik beträgt.The reduce various exemplary embodiments drastically the kilograms of waste generated per kilogram of TCS become. Thus, the various exemplary embodiments reduce the overall requirement for using chlorine, and it will open Mass basis calculates that the amount of chlorine in the waste streams out of the process, less than about 25% of the Waste streams of conventional processes from the state the technique is.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann im Stand der Technik bei Durchsicht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen offensichtlich.Other Features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art the art upon review of the following detailed description, Claims and drawings obviously.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die oben erwähnten und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Art und Weise diese zu erreichen, wird mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich und die Erfindung wird besser verstanden, wobei:The mentioned above and other features and advantages of this Invention and the way to achieve this is with reference to the following description of the embodiments the invention in conjunction with the accompanying drawings obviously and the invention will be better understood, wherein:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, bekannt als das „verbesserte Siemensverfahren”, darstellt, das zur Herstellung von Trichlorsilan verwendet wird. Die Verfahrensmodifikationen der vorliegenden Erfindung können im „verbesserten Siemensverfahren”, das in 1 gezeigt ist, verwendet werden. 1 FIG. 4 is a flow chart of a process known as the "improved Siemens process" used to make trichlorosilane. The process modifications of the present invention may be described in the "improved Siemens process", which is incorporated herein by reference 1 is shown used.

2 ist ein Flussdiagramm, das die Modifikation gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Trichlorsilan mit höherer Effizienz der Nettoausbeute, angewandt auf das in 1 gezeigte Verfahren, zeigt. 2 FIG. 10 is a flow chart illustrating the modification according to the present invention for producing trichlorosilane with higher efficiency of net yield, applied to the in 1 shown method shows.

Bevor die Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung der Bau- und Anordnungsdetails der Komponenten, die in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt oder in den Zeichnungen veranschaulicht sind, beschränkt ist. Die Erfindung ermöglicht andere Ausführungsformen und kann auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder durchgeführt werden. Auch versteht sich, dass die Ausdrucksweise und Wortwahl, die hier verwendet wird, nur zum Zwecke der Beschreibung verwendet wird und nicht als beschränkend angesehen werden sollte. Die Verwendung von „enthaltend”, „umfassend” und Variationen hiervon bedeutet, dass die nachfolgend aufgelisteten Punkte und Äquivalente hiervon, genauso wie zusätzliche Punkte und Äquivalente hiervon umfasst sind.Before the embodiments of the invention explained in detail It should be understood that the invention is not limited to the application the construction and arrangement details of the components described in the following Description illustrated or illustrated in the drawings are, is limited. The invention allows other embodiments and can be done in different ways put into practice or carried out. Also It is understood that the idiom and wording used here is used only for the purpose of description and not as should be considered restrictive. The use of "containing", "comprising" and Variations of this mean that the following listed Points and equivalents thereof, as well as additional ones Points and equivalents thereof are included.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beginnt mit „schmutzigem” TCS, das als Nebenprodukt von einer Anzahl existierender Reinigungsverfahren, wie beispielsweise einem Destillationssystem, erzeugt wird. Beispielsweise ist das in 1 gezeigte „verbesserte Siemensverfahren” ein derartiges Verfahren, für das die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Jedoch wird erwartet, dass andere Verfahren ebenfalls von dem Einsatz der Modifikationen gemäß der vorliegenden Erfindung profitieren können.The process of the present invention begins with "dirty" TCS produced as a by-product from a number of existing purification processes, such as a distillation system. For example, this is in 1 "Improved Siemens process" showed such a process for which the present invention can be used. However, other methods are also expected to benefit from the use of the modifications according to the present invention.

Kontaminierte Nebenprodukte aus der „TCS-Reinigungs”-Stufe umfassen sowohl „schmutziges” TCS als auch „schmutziges” STC. Wie in 2 gezeigt, wird in einer „Nebenproduktchlorierungs”-Stufe das „schmutzige” TCS, enthaltend Dichlorsilan (abgekürzt DCS, Formel H₂SiCl₂), mit gereinigtern STC, bekannt als „HP”-STC, umgesetzt, um TCS zu erzeugen. Das neue TCS-Produkt, das erzeugt wird, wird zur TCS-Reinigungsstufe zurückgeführt. Die Auswahl eines Reaktors für die erfindungsgemäße Umsetzung wird nicht als kritisch angesehen. Ein typisches Beispiel ist die Einführung des „schmutzigen” TCS, enthaltend DCS, im unteren Teil oder oberen Teil eines gerührten Tanks, gefüllt mit STC und Katalysator.Contaminated "TCS cleaning" by-products include both "dirty" TCS and "dirty" STC. As in 2 In a "by-product chlorination" step, the "dirty" TCS containing dichlorosilane (abbreviated DCS, formula H ₂ SiCl ₂ ) is reacted with purified STC, known as "HP" -STC, to produce TCS. The new TCS product that is generated is returned to the TCS purification stage. The selection of a reactor for the reaction according to the invention is not considered critical. A typical example is the introduction of the "dirty" TCS containing DCS at the bottom or top of a stirred tank filled with STC and catalyst.

Die Reaktion kann bei Temperaturen zwischen etwa 4 bis etwa 70°C, abhängig von der Temperaturstabilität des verwendeten Katalysators ablaufen.The Reaction can take place at temperatures between about 4 to about 70 ° C, depending on the temperature stability of the used Catalyst run off.

Das Molverhältnis der Siliciumtetrachloridmoleküle im Ausgangsmaterial zu den Dichlorsilanmolekülen in der Umsetzung gemäß der Erfindung kann beispielsweise etwa 1:4 bis etwa 5:1 betragen. Ein Molverhältnis von etwa 2:1 bis etwa 5:1 ist bevorzugt.The Molar ratio of silicon tetrachloride molecules in the starting material to the dichlorosilane molecules in the Implementation according to the invention may, for example from about 1: 4 to about 5: 1. A molar ratio of about 2: 1 to about 5: 1 is preferred.

In einer Stufe, in 2 als „STC-Reinigung” bezeichnet, wird das Siliciumtetrachlorid, das vom „schmutzigen” TCS in der TCS-Reinigungsstufe getrennt wird, das als „schmutziges” STC bekannt ist, von höhersiedenden Verunreinigungen durch ein geeignetes Abtrennungsverfahren, wie beispielsweise Destillation, getrennt. Das erhaltene gereinigte STC wird dann gemäß den bekannten Schritten des „verbesserten Siemensverfahrens”, wie beispielsweise STC-Hydrierung, zu TCS umgewandelt. Ein Teil dieses gereinigten STC, ebenfalls bezeichnet als „HP”-STC, wird in der Chlorierungsumsetzung mit DCS ebenfalls zur Umwandlung zu TCS verwendet.In one step, in 2 termed "STC purification", the silicon tetrachloride separated from the "dirty" TCS in the TCS purification step, known as "dirty" STC, is separated from higher boiling impurities by a suitable separation process, such as distillation. The resulting purified STC is then converted to TCS according to the known steps of the "improved Siemens process", such as STC hydrogenation. Part of this purified STC, also referred to as "HP" -STC, is also used in the chlorination reaction with DCS for conversion to TCS.

Die Abtrennung von TCS-Reaktornebenprodukten in der TCS-Reinigungsstufe kann ein Rückflußverhältnis von 1 bis 200 für die Abtrennung durch Destillation des „schmutzigen” TCS von „rohem” TCS umfassen. Die Reinigung von „rohem” TCS kann Druck- und Temperaturwechseladsorption umfassen. Die Abtrennung von STC-Hydrierungsreaktorprodukten kann die Destillation von TCS aus STC vor dem Mischen mit ungereinigten TCS-Strömen umfassen. „Schmutziges” TCS, enthaltend DCS, kann mit „HP”-STC, Chlor und/oder Chlorwasserstoff in einem Flüssigphasenreaktor umgesetzt werden. Bevorzugt wird „schmutziges” TCS, enthaltend DCS, unter Verwendung von ausschließlich reinem STC, bekannt als „HP”-STC, in einem Flüssig- und/oder Dampfphasenreaktor in Gegenwart eines geeigneten Katalysators umgesetzt, um TCS als zusätzliches Ausgangsmaterial für das TCS-Reinigungsverfahren zu erzeugen.The Separation of TCS reactor by-products in the TCS purification step can have a reflux ratio of 1 to 200 for separation by distillation of the "dirty" TCS from "raw" TCS. The cleaning of "raw" TCS may include pressure and temperature swing adsorption. The separation of STC hydrogenation reactor products, the distillation of TCS from STC before mixing with unpurified TCS streams. "Dirty" TCS, containing DCS, can be labeled with "HP" -STC, chlorine and / or Hydrogen chloride reacted in a liquid phase reactor become. Preference is given to "dirty" TCS containing DCS, using only pure STC, known as "HP" STC, in a liquid and / or vapor phase reactor in the presence of a suitable catalyst to TCS as additional To produce starting material for the TCS cleaning process.

Das hochreine Trichlorsilan, das durch die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann beispielsweise für die Herstellung von Silan eingesetzt werden und/oder direkt für die Herstellung von Polysiliciumkristallen in Solar- oder Elektronikqualität. Daher betrifft die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Silan und/oder Polysiliciumkristallen auf der Basis des hochreinen Trichlorsilans, erhalten gemäß den obigen beispielhaften Ausführungsformen.The high purity trichlorosilane, which is exemplified by the various Embodiments of the present invention made can, for example, for the production of silane used and / or directly for the production of polysilicon crystals in solar or electronic quality. Therefore, the invention relates also a process for the preparation of silane and / or polysilicon crystals based on the high purity trichlorosilane obtained according to the above exemplary embodiments.

Bevorzugt werden die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen hier in ein allgemeines Verfahren zur Herstellung von Polysiliciumkristallen von Solar- oder Elektronikqualität integriert.Prefers These are the various exemplary embodiments here in a general process for producing polysilicon crystals integrated with solar or electronic quality.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ein allgemeines Mehrstufenverfahren zur Herstellung von Polysiliciumkristallen integriert werden, wie spezifiziert beispielsweise in „Economics of Polysilicon Process, Osaka Titanium Co., DOE/JPL 1012122 (1985), 57–58” und umfaßt die Schritte: Herstellen von TCS, Disproportionieren von TCS, um Silan zu erhalten; Reinigen des Silans, um hochreines Silan zu ergeben und thermisches Zersetzen von Silan in einem Fließbettreaktor und Abscheiden von hyperreinem Silicium auf den Siliciumpartikeln, die das Fließbett bilden.In a preferred embodiment, an exemplary embodiment of the present invention may be incorporated into a general multistage process for producing polysilicon crystals, as specified, for example, in US Pat "Economics of Polysilicon Process, Osaka Titanium Co., DOE / JPL 1012122 (1985), 57-58" and comprising the steps of: preparing TCS, disproportionating TCS to obtain silane; Purifying the silane to yield high purity silane; and thermally decomposing silane in a fluidized bed reactor and depositing hyper-pure silicon on the silicon particles that form the fluidized bed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ein Verfahren zur Herstellung von Silan und/oder Polysiliciumkristallen in Solar- oder Elektronikqualität integriert werden und die Schritte umfassen: Synthetisieren und Isolieren von TCS über Destillation von „rohem” TCS und Recyclen von „schmutzigem” TCS und Siliciumtetrachlorid; zusätzliches Reinigen des „rohen” TCS durch Reinigungstechniken, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Destillation und/oder Adsorption; zusätzliches Reinigen von Siliciumtetrachlorid, um hochsiedende Verunreinigungen durch Reinigungstechniken zu entfernen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Destillation und/oder Adsorption; Hydrieren von gereinigtem STC, um zusätzliches TCS-Material für das TCS-Reinigungsverfahren zu erzeugen; Chlorieren von DCS-Nebenprodukt durch Umsetzen mit gereinigtem STC, um zusätzliches TCS-Material für das TCS-Reinigungsverfahren zur erzeugen; Disproportionieren von hochreinem TCS zu Silan oder Polysiliciumkristallen unter Verwendung einer Abscheidungstechnik, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einen Siemensreaktor.In In another preferred embodiment, an exemplary Embodiment of the present invention in a method for the production of silane and / or polysilicon crystals in solar or electronic quality can be integrated and the steps include: synthesizing and isolating TCS via distillation from "raw" TCS and recycling "dirty" TCS and silicon tetrachloride; additional cleaning of the "raw" TCS by purification techniques, including, but not limited to on, distillation and / or adsorption; additional cleaning of silicon tetrachloride to high-boiling impurities by To remove cleaning techniques, including, but not limited to, distillation and / or adsorption; Hydrogenation of purified STC to additional TCS material for the TCS cleaning process to produce; chlorinate from DCS by-product by reaction with purified STC to additional TCS material for the TCS cleaning process to produce; disproportionate from high purity TCS to silane or polysilicon crystals using a deposition technique, including, but not limited to on, a Siemens reactor.

Variationen und Modifikationen des Vorangehenden gehören zum Umfang der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die hier offenbarte und definierte Erfindung sich auf sämtliche alternativen Kombinationen von zwei oder mehr der einzelnen Merkmale, die im Text und/oder den Zeichnungen erwähnt oder hieraus offensichtlich sind, erstreckt. Sämtliche dieser verschiedenen Kombinationen bilden verschiedene alternative Aspekte der vorliegenden Erfindung. Die hier beschriebenen Ausführungsformen erläutern die beste Art und Weise, die bekannt ist, um die Erfindung in die Praxis umzusetzen, und ermöglicht anderen Fachleuten aus dem Stand der Technik, die Erfindung zu verwenden. Die Ansprüche sind dahingehend auszulegen, dass sie alternative Ausführungsformen in dem Ausmaß, den der Stand der Technik zuläßt, umfassen.Variations and modifications of the foregoing are within the scope of the present invention. It should be understood that the invention disclosed and defined herein extends to all alternative combinations of two or more of the individual features mentioned or apparent in the text and / or the drawings. All of these different combinations make up various alternative aspects of the present the invention. The embodiments described herein illustrate the best mode known to practice the invention, and enable others skilled in the art to use the invention. The claims are to be construed to include alternative embodiments to the extent permitted by the prior art.

Während diese Erfindung anhand von mindestens einer Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung im Sinn und Umfang dieser Offenbarung weiter modifiziert werden. Diese Anmeldung soll daher jegliche Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Weiterhin soll diese Anmeldung derartige Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die im Rahmen der bekannten oder herkömmlichen Praxis im Stand der Technik liegen, auf die sich diese Erfindung bezieht, und die mit den Grenzen der beigefügten Ansprüche vereinbar sind.While this invention based on at least one embodiment has been described, the present invention in the spirit and scope of this Revelation further modified. This application is therefore intended any variations, uses or adaptations of the invention using their general principles. Farther should this application such deviations from the present Covering the disclosure, in the context of the known or conventional Practice in the prior art, to which this invention relates, and with the limits of the appended claims are compatible.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Verfahren zur Herstellung hochreinen Trichlorsilans (TCS) unter Verwendung von kontaminierten Nebenprodukten von primären Reaktionsprodukten Chlorwasserstoff, Silicium metallurgischer oder chemischer Qualität und/oder Nebenprodukten des verbesserten Siemensverfahrens, einschließlich „schmutzigem” TCS, enthaltend niedrigsiedende Verunreinigungen, wie Dichlorsilan (DCS), und „schmutzigem” STC, enthaltend hochsiedende Verunreinigungen. Das „schmutzige” STC wird zuerst gereinigt und ein Teil wird mit „schmutzigem” TCS, enthaltend DCS, umgesetzt, um zusätzliches TCS-Ausgangsmaterial für das TCS-Reinigungsverfahren bereitzustellen. Ein weiterer Teil des gereinigtn STC wird hydriert und in TCS zurück umgewandelt, um weiteren Nachschub für das TCS-Reinigungsverfahren zu liefern. Die gesamte Nettoausbeute an hergestelltem hochreinem TCS wird gegenüber der gängigen Praxis erhöht.method for producing high purity trichlorosilane (TCS) using contaminated by-products of primary reaction products Hydrogen chloride, silicon of metallurgical or chemical quality and / or by-products of the improved Siemens process, including "dirty" TCS, containing low-boiling impurities, such as dichlorosilane (DCS), and "dirty" STC containing high boiling Impurities. The "dirty" STC becomes first cleaned and a part is treated with "dirty" TCS, containing DCS, reacted to additional TCS starting material for the TCS cleaning process. Another Part of the purified STC is hydrogenated and returned to TCS converted to further replenishment for the TCS cleaning process to deliver. The total net yield of manufactured high purity TCS is increased over current practice.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4112057 [0005]
- US 3540861 [0005]
US 3252752 [0005]
- US 6843972 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Chemical Abstracts CA 101, No. 9576d, 1984 [0007]
Chemical Abstracts CA 109, No. 57621b, 1988 [0007]
"Economics of Polysilicon Process, Osaka Titanium Co., DOE / JPL 1012122 (1985), 57-58" [0031]

Claims

Process for the preparation of high purity trichlorosilane (TCS) using contaminated by-products of an improved Siemens method, the method comprising the steps of: synthesize from "raw" TCS on the implementation of Metallurgical or chemical grade silicon with hydrogen chloride, the "raw" TCS being a major one Starting material for a TCS cleaning process; Clean of the "raw" TCS to "dirty" TCS with low boiling impurities and dichlorosilane (DCS) and "dirty" silicon tetrachloride (STC), containing high-boiling impurities, separate; Clean from STC from the "dirty" STC; Hydrogenate of the purified STC for additional "raw" TCS material for the TCS cleaning, and Implementing the "dirty" TCS with purified STC in the presence of a catalyst to produce TCS, as an additional TCS starting material for the TCS cleaning process is returned.

The method of claim 1, wherein the high purity TCS for or with a chemical vapor deposition process is used to polysilicon crystals of semiconductor or solar quality to generate other silanes to produce adhesives, to produce electronic specialty material components or a combination hereof.

The method of claim 1, wherein the high purity TCS is used to produce high purity silane (SiH ₄ ) that can be used to produce silanes, adhesives, and electronics, for example, by chemical vapor deposition of semiconductor grade or solar grade polysilicon crystals.

The method of claim 1, wherein the steps of Purification by one or more methods: distillation or adsorption, can be achieved.

The method of claim 1, wherein the hydrogenation is a Reflux ratio of 1: 200 for separation by Distillation of "dirty" TCS from "raw" TCS includes.

The method of claim 1, wherein the cleaning of "raw" TCS Includes pressure and temperature swing adsorption.

The process of claim 1, wherein the hydrogenation is the Distillation of TCS from STC before mixing with other impure ones TCS streams includes.

The method of claim 1, wherein the "dirty" TCS, containing DCS, with purified STC in a liquid and / or Vapor phase reactor reacted in the presence of a suitable catalyst becomes.

The method of claim 8, wherein the method of Temperatures of about 4 to about 70 ° C takes place.

The method of claim 8, wherein in the reaction of the "dirty" TCS with purified STC Molar ratio of STC molecules to DCS molecules from about 1: 4 to about 5: 1.

The method of claim 8, wherein in the reaction of the "dirty" TCS with purified STC Molar ratio of STC molecules to DCS molecules from about 2: 1 to about 5: 1.

The method of claim 1, wherein the TCS is used is going to be polycrystalline silicon of solar or electronic Semiconductor quality produce.