JPH0151445B2 - - Google Patents

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JPH0151445B2
JPH0151445B2 JP58208432A JP20843283A JPH0151445B2 JP H0151445 B2 JPH0151445 B2 JP H0151445B2 JP 58208432 A JP58208432 A JP 58208432A JP 20843283 A JP20843283 A JP 20843283A JP H0151445 B2 JPH0151445 B2 JP H0151445B2
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JP
Japan
Prior art keywords
trichlorosilane
complexing agent
impurities
solution
trichloride
Prior art date
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Expired
Application number
JP58208432A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5997518A (en
Inventor
Deibitsudo Kurei Uiriamu
Doruu Muua Rojaa
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS5997518A publication Critical patent/JPS5997518A/en
Publication of JPH0151445B2 publication Critical patent/JPH0151445B2/ja
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Description

【発明の詳现な説明】 発明の背景 本発明は、電子機噚甚のケむ玠を補造するため
の玔粋なトリクロロシランの補造に係り、より特
定的には、埮量の電子䟛䞎性䞍玔物、特にリン及
びその他の第族元玠の化合物を陀去する新芏な
方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the production of pure trichlorosilane for the production of silicon for electronic devices, and more particularly to the production of pure trichlorosilane containing trace amounts of electron-donating impurities, particularly phosphorus and other The present invention relates to a novel method for removing compounds of group elements.

半導䜓及びトランゞスタ等の劂き高床に進歩し
た電子工孊甚途にあ぀おは、超高玔床のケむ玠が
必芁ずされる。呚知のように、埮量の䞍玔物でも
ケむ玠含有電子工孊郚品の性胜を倧きく損うこず
になる。
For highly advanced electronic applications such as semiconductors and transistors, ultra-high purity silicon is required. As is well known, even trace amounts of impurities can significantly impair the performance of silicon-containing electronic components.

䞀般に、半導䜓甚元玠ケむ玠は、ハロゲン化ケ
む玠䟋えば四塩化ケむ玠SiCl4、トリクロロシ
ランHSiCl3又はゞクロロシランH2SiCl2
を、氎玠、亜鉛、ナトリりム又は金属氎玠化物で
還元しお補造されおいる。ケむ玠はシラン
SiH4の熱分解によ぀おも埗られるが、シラン
は空気ず接觊するず爆発的に燃焌するので加工取
扱が困難である。
Generally, elemental silicon for semiconductors is a silicon halide such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ), trichlorosilane (HSiCl 3 ) or dichlorosilane (H 2 SiCl 2 ).
is produced by reducing it with hydrogen, zinc, sodium or metal hydride. Silicon can also be obtained by thermal decomposition of silane (SiH 4 ), but silane is difficult to process because it burns explosively when it comes into contact with air.

高玔床ケむ玠から陀去するのが最も困難な䞍玔
物のうちの皮はリンである。他の䞍玔物䟋えば
銅、鉄及びマンガン等は通垞の手法䟋えば垯域
溶融粟補、結晶匕䞊げ等で比范的容易に陀去で
きるが、リンはケむ玠ずよく䌌た物性を有しおい
るため、これらを分離するには詊行を繰り返すし
かないのである。曎に、リンはクロロシラン等の
出発物質に類䌌の性質を有する化合物を圢成する
ため、これら出発物質の粟補濃瞮もたはり同様に
困難である。
One of the most difficult impurities to remove from high purity silicon is phosphorus. Other impurities, such as copper, iron, and manganese, can be removed relatively easily by conventional methods (e.g., zone melt refining, crystal pulling, etc.), but phosphorus has physical properties similar to silicon, so these impurities can be removed relatively easily. The only way to separate them is through repeated trials. Furthermore, since phosphorus forms compounds with similar properties to starting materials such as chlorosilanes, purification and concentration of these starting materials is similarly difficult.

ケむ玠又はハロゲン化ケむ玠化合物からリンの
劂き䞍玔物を陀去するために珟圚たでに提案され
た方法では、兞型的には、固䜓の氎和金属酞化物
錯化剀ず接解させお䞍玔物を吞着させるか、又
は、安定な付加化合物を生成し次いで玔粋なケむ
玠又はハロゲン化ケむ玠を沈殿又は蒞留する。こ
のような凊理の詳现に぀いおは、䟋えば、米囜特
蚱第2971607号カスり゚ル、等3069239号り
むンタヌ等、第3071444号スり゚ラヌ、第
3188168号ブラツドレヌ及び英囜特蚱第
929696号ゞヌメンスヌシナツケルトノ゚ルケ株
匏䌚瀟を参照されたい。又、本出願人の米囜特
蚱出願出願人Docket339−169660SI−609
614及び出願人Docket339−169860SI−
708710711716には、改良方法が開瀺さ
れおいる。然しながら、これらの方法にも、䞍玔
物再生や倧量凊理の困難性の問題がある。
Methods proposed to date for removing impurities such as phosphorus from silicon or silicon halide compounds typically involve adsorption of the impurities by conjugation with a solid hydrated metal oxide complexing agent. or, forming a stable addition compound and then precipitating or distilling pure silicon or silicon halide. For details of such processing, see, for example, U.S. Pat.
No. 3188168 (Bradley) and British Patent No.
Please refer to No. 929696 (Siemens-Suchkertwerke Ltd.). Also, the applicant's U.S. patent application [Applicant's Docket 339-1696 (60SI-609/
614)] and [Applicant Docket 339-1698 (60SI-
708/710/711/716)] disclose an improved method. However, these methods also have problems such as impurity regeneration and difficulty in large-scale processing.

䞊蚘の特蚱及び特蚱出願を匕甚しお本明现曞䞭
に包含する。
The above patents and patent applications are incorporated herein by reference.

発明の抂芁 呚期埋衚第族元玠が䞉䟡の他に五䟡にもなり
埗るずいう性質を利甚しお、これらの元玠を含む
リン化合物その他の化合物をクロロシラン溶液か
ら陀去し埗るこずが発芋された。超玔粋クロロシ
ラン溶液䞭に存圚する通垞䞉䟡の䞍玔物を酞化し
お五䟡状態にするこずにより、通垞の蒞留によ぀
お、又は奜たしくは、䞍玔物を曎に錯化剀ず結合
し次いで蒞留するこずによ぀お、これらの䞍玔物
からクロロシランを容易に分離し埗るこずが知芋
されたのである。䟋えば、䞉塩化リンPCl3
は超玔粋トリクロロシラン䞭に共通に残存する䞍
玔物である。本発明では、トリクロロシランを凊
理しリン䞍玔物をオキシ塩化リンPOCl3、沞点
105.3℃に倉換するが、このオキシ塩化リンは
PCl3沞点75.5℃よりもトリクロロシラン沞
点31.8℃からの蒞留による分離が容易である。
或いは、このPOCl3は本発明に埓぀お曎にある皮
の錯化剀ず反応させ、熱的安定性がより倧な錯䜓
を圢成しお次の蒞留を容易にするこずもできる。
Summary of the invention It has been discovered that phosphorus compounds and other compounds containing these elements can be removed from a chlorosilane solution by taking advantage of the property that group elements of the periodic table can be pentavalent as well as trivalent. . The normally trivalent impurities present in the ultrapure chlorosilane solution can be oxidized to the pentavalent state, by conventional distillation, or preferably by further combining the impurities with a complexing agent and then distilling. Therefore, it has been found that chlorosilane can be easily separated from these impurities. For example, phosphorus trichloride (PCl 3 )
is a common residual impurity in ultrapure trichlorosilane. In the present invention, trichlorosilane is treated to remove phosphorus impurities from phosphorus oxychloride (POCl 3 , boiling point
105.3℃), but this phosphorus oxychloride is
It is easier to separate by distillation from trichlorosilane (boiling point 31.8°C) than from PCl 3 (boiling point 75.5°C).
Alternatively, this POCl 3 can be further reacted with some complexing agent according to the present invention to form a more thermally stable complex to facilitate subsequent distillation.

このように、本発明の目的は、ゞクロロシラ
ン、トリクロロシラン、四塩化ケむ玠又はこれら
の混合物の劂きクロロシランの新芏な粟補方法を
提䟛するこずである。
It is thus an object of the present invention to provide a new method for the purification of chlorosilanes such as dichlorosilane, trichlorosilane, silicon tetrachloride or mixtures thereof.

本発明の他の目的は、クロロシラン溶液からリ
ン化合物その他の−型䞍玔物を陀去する方法を
提䟛するこずである。
Another object of the present invention is to provide a method for removing phosphorus compounds and other n-type impurities from chlorosilane solutions.

本発明の曎に他の目的は、䞍可逆的で䞔぀倧量
粟補系に適甚可胜な粟補法を提䟛するこずであ
る。
Yet another object of the present invention is to provide a purification method that is irreversible and applicable to large-scale purification systems.

又、本発明の別の目的は、クロロシラン溶液䞭
のリンその他の−型䞍玔物の新芏な酞化方法を
提䟛するこずである。
Another object of the present invention is to provide a novel method for oxidizing phosphorus and other n-type impurities in chlorosilane solutions.

曎に、本発明の他の目的は、五䟡のリン䞍玔物
をクロロシランから陀去するための新芏な手段を
提䟛するこずである。
Furthermore, another object of the present invention is to provide a new means for removing pentavalent phosphorous impurities from chlorosilanes.

これらの目的及びその他の目的は、本発明によ
぀お提䟛される方法、即ち、呚期埋衚第族元玠
の䞉䟡化合物を含む䞍玔物で汚染されたクロロシ
ラン溶液の粟補方法によ぀お達成される。本発明
の方法は次の工皋を含む。即ち、 (A) 前蚘䞍玔物を酞化しお前蚘元玠が五䟡状態に
ある化合物を埗る工皋、及び、その埌に行なわ
れる (B) 粟補されたクロロシランを蒞留によ぀お取出
回収する工皋、である。
These and other objects are achieved by the method provided by the present invention, ie, the purification of chlorosilane solutions contaminated with impurities containing trivalent compounds of elements of Group Group of the Periodic Table. The method of the present invention includes the following steps. That is, (A) a step of oxidizing the impurities to obtain a compound in which the element is in a pentavalent state, and a subsequent step (B) of extracting and recovering purified chlorosilane by distillation.

本発明の奜たしい態様では、第族元玠を含む
䞍玔物の酞化手段は、䞉酞化クロム又は二酞化マ
ンガンから遞択される酞化剀ず接觊させるこずで
ある。
In a preferred embodiment of the invention, the means for oxidizing the group element-containing impurity is by contacting it with an oxidizing agent selected from chromium trioxide or manganese dioxide.

本発明の他の奜たしい態様では、第族元玠䞍
玔物の酞化手段は、クロロシラン溶液を玫倖線
UV照射䞋で酞玠ず接觊させるこずである。
In another preferred embodiment of the invention, the means for oxidizing Group element impurities is contacting the chlorosilane solution with oxygen under ultraviolet (UV) irradiation.

本発明で意図する他の態様では、䞍玔物を五䟡
状態に酞化する工皋の埌に付加的な工皋を含む。
この工皋では、䞍玔物を遷移金属化合物又はルむ
ス酞ず接觊させるが、これら遷移金属化合物又は
ルむス酞は錯化剀ずしお䜜甚し熱的に安定な錯䜓
を生成せしめ、これら錯䜓はクロロシランの蒞留
の際に残留陀去される。
Other embodiments contemplated by the invention include an additional step after the step of oxidizing the impurity to the pentavalent state.
In this step, impurities are brought into contact with transition metal compounds or Lewis acids, which act as complexing agents to form thermally stable complexes, which are then used during the distillation of chlorosilane. Residues are removed.

発明の詳现な説明 本発明方法は、クロロシラン溶液䞭に䞍玔物ず
しお存圚し埗るリンの劂き䞉䟡の第族元玠の化
合物を酞化しお、この元玠が五䟡状態にある化合
物を圢成する工皋を含む。このように凊理したク
ロロシランを、分留、又は錯化剀ずの反応埌の玔
クロロシランの蒞留等により凊理するこずで、䞍
玔物を容易䞔぀効率的に陀去できる。本発明方法
は、埮量のリンその他の通垞の−型䞍玔物、䟋
えばヒ玠、アンチモン、ビスマス等を、クロロシ
ラン特にトリクロロシランから陀去するのに特に
有効である。本発明によるず、䟋えばトリクロロ
シラン溶液䞭のリン含量が0.5ppb以䞋にたで䜎枛
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method of the invention comprises the step of oxidizing a compound of a trivalent Group element, such as phosphorus, which may be present as an impurity in a chlorosilane solution to form a compound in which the element is in the pentavalent state. . Impurities can be easily and efficiently removed by treating the chlorosilane thus treated by fractional distillation or distillation of pure chlorosilane after reaction with a complexing agent. The process of the invention is particularly effective for removing traces of phosphorus and other common n-type impurities such as arsenic, antimony, bismuth, etc. from chlorosilanes, especially trichlorosilanes. According to the present invention, for example, the phosphorus content in a trichlorosilane solution can be reduced to 0.5 ppb or less.

本発明方法は、リンその他の第族元玠をクロ
ロシランから陀去するのに有甚であり、このクロ
ロシランは次に電子甚途甚の結晶性ケむ玠に還元
される。リン及びその姉効元玠である第族元玠
䟋えばヒ玠、アンチモン又はビスマスは、過剰の
自由電子を䟛䞎するため、電子機噚甚ケむ玠の補
造に斌いお特に重芁なものである。これらの元玠
がケむ玠マトリツクス䞭に添加されるず、過剰の
電子は、ケむ玠結晶の䞭性の電気特性を倉化
せしめ、又、結晶に半導䜓特性を䞎えるためにこ
れに含たれるドヌピング剀に干枉する。これらの
過剰電子は負電荷ずしお寄䞎するために、リン等
の䞍玔物は“”−型負䞍玔物ずいわれるが、
本明现曞䞭では、この甚語はほが玔粋なクロロシ
ラン䞭にあるず思われる䞍玔物、即ちリン化合
物、第族元玠の化合物及びその他の電子に富む
化合物をも意味するものである。
The process of the present invention is useful for removing phosphorus and other Group elements from chlorosilanes that are then reduced to crystalline silicon for electronic applications. Phosphorus and its sister group elements such as arsenic, antimony or bismuth are of particular importance in the production of silicon for electronics because they donate an excess of free electrons. When these elements are added into the silicon matrix, the excess electrons change the (neutral) electrical properties of the silicon crystal and also interfere with the doping agents it contains to give the crystal semiconducting properties. do. Since these excess electrons contribute as negative charges, impurities such as phosphorus are called "n"-type (negative) impurities.
As used herein, the term also refers to impurities that may be present in substantially pure chlorosilane, namely phosphorus compounds, compounds of group elements, and other electron-rich compounds.

本発明により酞化陀去される第族元玠は、兞
型的には、特に高氎準䟋えば残留−型䞍玔物
が総量で200ppbより䜎いの玔床であるクロロ
シラン䞭に、䞉塩化物又は䞉䟡の塩玠氎玠化物状
態で芋い出される。これらの䞍玔物は䞀般匏
AHnCloで衚わされ、この匏䞭で、はリン、ヒ
玠、アンチモン及びビスマスから遞択され、及
びは、、又はであり䞔぀は又
はである。他の圢の第族元玠化合物も本発明
方法で陀去し埗るが、クロロシラン䞭に残存する
䞍玔物の最も普偏的な圢態は䞊匏で瀺されるもの
である。
The Group elements to be oxidized by the present invention are typically trichloride or trivalent chlorine in chlorosilanes of particularly high purity (e.g. less than 200 ppb total residual n-type impurities). Found in hydride state. These impurities have the general formula
AH n Cl o in which A is selected from phosphorus, arsenic, antimony and bismuth, m and n are 0, 1, 2 or 3 and m+n is 3 or 5. Although other forms of Group element compounds may be removed by the process of the present invention, the most common form of impurity remaining in the chlorosilane is that represented by the above formula.

本発明方法の察象である第族元玠の共通の性
質は、これらが党おその最倖殻電子軌道に個の
電子を有しおいるこずである。このこずは、ハツ
クの化孊蟞兞Hackh′s Chemical Dictionary、
第版、マクグロヌヒル刑䞭500〜501頁、「呚
期鎖“The Periodic Chain”」に蚘茉されおい
る。これら元玠の最も普偏的な原子䟡は䞉
䟡であるが、倖殻に個の電子があるため
即ち五䟡状態をもずり埗る。䞉䟡の第族元玠化
合物を酞化するず、その最倖殻軌道にある自由電
子を、受容䜓である酞玠原子䟡−に䟛䞎し
埗る。
A common property of the group elements that are the object of the method of the invention is that they all have five electrons in their outermost electron orbitals. This is explained in Hackh's Chemical Dictionary.
It is described in ``The Periodic Chain,'' pages 500-501 of McGraw-Hill, 1st edition. The most common valence of these elements is +3 (trivalent), but since there are 5 electrons in the outer shell, +5
That is, it can take on a pentavalent state. When a trivalent group element compound is oxidized, it can donate free electrons in its outermost orbit to oxygen (valence -2), which is an acceptor.

本発明の第の工皋即ち酞化工皋では、䞍玔物
の酞化が進行する条件䞋で、クロロシラン溶液に
酞化剀を接觊させるか又は酞化若しくは空気を導
入する。倚くの酞化剀が圓業者に公知であり、ク
ロロシラン溶液に盞溶性で䞔぀残留する䞍玔物を
有効に酞化し埗る限り本発明での䜿甚に適しおい
る。然し、䞉酞化クロム及び二酞化マンガンが特
に本発明の粟補に適しおおり、埓぀お酞化剀を䜿
甚する本発明の態様で奜たしく䜿甚されるこずが
知芋された。玔粋なO2又は他のガスず混合した
即ち空気ずしお気䜓状で酞玠を系に導入する態様
では、奜たしくは、酞化を促進するために玫倖線
UV照射する。UV照射を䜵甚するず、反応速
床が倧きくなり、そのため玔粋な酞玠ガスより安
䟡な空気を䜿甚しおも充分な酞玠を䟛絊できるの
である。UV−酞化はクロロシランよりも䞍玔物
に察する遞択性が高いため、そのため操䜜の効率
が向䞊する。
In the first step of the present invention, that is, the oxidation step, the chlorosilane solution is brought into contact with an oxidizing agent or oxidation or air is introduced under conditions that allow oxidation of impurities to proceed. Many oxidizing agents are known to those skilled in the art and are suitable for use in the present invention as long as they are compatible with the chlorosilane solution and can effectively oxidize residual impurities. However, it has been found that chromium trioxide and manganese dioxide are particularly suitable for the purification of the present invention and are therefore preferably used in embodiments of the invention that use oxidizing agents. In embodiments where oxygen is introduced into the system in gaseous form, ie as air, mixed with pure O 2 or other gases, ultraviolet (UV) radiation is preferably applied to promote oxidation. When used in conjunction with UV irradiation, the reaction rate increases, and therefore sufficient oxygen can be supplied even with air, which is cheaper than pure oxygen gas. UV-oxidation is more selective for impurities than chlorosilanes, thus increasing the efficiency of the operation.

本発明で䜿甚する酞化剀の量は、薬剀のタむ
プ、䞍玔物の濃床、利甚する特定の酞化反応の化
孊的特性その他に䟝存するであろう。䞀般に、過
剰の䜿甚は、物質収支の点からそしお必然的にク
ロロシランが䞀郚酞化するため奜たしくない。䞀
方、䞍玔物は完党に酞化するこずが望たしい。こ
のため、所䞎の条件䞋での酞化の過䞍足の最適な
バランスを実隓的に確かめる必芁がある。奜たし
い薬情即ち䞉酞化クロム又は二酞化マンガンを䜿
甚する堎合、トリクロロシランサンプル䞭の䞍玔
物の完党酞化には、倫々、玄〜10及び玄10〜14
モル圓量の酞化剀が必芁であるこずが知芋され
た。酞化剀は兞型的には盎接クロロシランに添加
されお混合される。酞化の皋床を知るため、適圓
な間隔でサンプルを取り出し呚知のクロマトグラ
フむヌで分析する。
The amount of oxidizing agent used in the present invention will depend on the type of agent, the concentration of impurities, the chemistry of the particular oxidation reaction utilized, etc. In general, the use of excess is undesirable from a material balance point of view and because of the inevitable partial oxidation of the chlorosilane. On the other hand, it is desirable that impurities be completely oxidized. For this reason, it is necessary to experimentally confirm the optimal balance between excess and deficiency of oxidation under given conditions. For complete oxidation of impurities in a trichlorosilane sample, when using the preferred formulations i.e. chromium trioxide or manganese dioxide, about 7 to 10 and about 10 to 14
It has been found that molar equivalents of oxidizing agent are required. The oxidizing agent is typically added directly to the chlorosilane and mixed. To determine the degree of oxidation, samples are taken at appropriate intervals and analyzed using well-known chromatography.

第族元玠化合物をUV照射ず共に空気又は
酞玠ず接觊させお酞化する堎合、必芁な空気の
量は、䞍玔物の濃床、撹拌の皋床、UV照射の皋
床、その他のいく぀かの芁因に䟝存する。然しな
がら、根本的に、UV照射するず酞化のため系に
通す空気の量は枛少できるこずが知芋された。こ
の点に぀いおは埌に詳述する。UV照射は照射を
受入れる反応容噚に盎接しおもよいが、勿論UV
源の匷床は酞化を促進するようなものでなければ
ならない。
When group element compounds are oxidized by contacting them with air (or oxygen) along with UV irradiation, the amount of air required depends on the concentration of impurities, the degree of agitation, the extent of UV irradiation, and several other factors. . Fundamentally, however, it has been found that UV irradiation can reduce the amount of air passing through the system for oxidation. This point will be explained in detail later. UV irradiation may be applied directly to the reaction vessel receiving the irradiation, but of course
The strength of the source must be such as to promote oxidation.

酞化工皋が完了するず、䞍玔物を遞択的に錯化
しお安定な化合物を圢成するこずが有利である。
この安定化合物は玔クロロシランのバルク蒞留で
残留するであろう。この目的に適合する錯化剀
は、クロロシランず盞溶性でクロロシラン䞭に存
圚する酞化された第族元玠ず遞択的に結合し錯
䜓を圢成するものなら任意でよいが、生成した熱
的に安定な䞍玔物錯化剀の錯䜓からクロロシラ
ンを蒞留により分離するのは容易である。これは
錯化剀には、遷移金属ハロゲン化物及びルむス酞
化合物が含たれ、これらはクロロシランマトリツ
クス䞭に存圚する電子に富む第族元玠ず反応す
る。
Once the oxidation step is complete, it is advantageous to selectively complex impurities to form stable compounds.
This stable compound will remain in bulk distillation of pure chlorosilane. Any complexing agent suitable for this purpose may be used as long as it is compatible with the chlorosilane and selectively binds to the oxidized group elements present in the chlorosilane to form a complex. It is easy to separate the chlorosilane from the impurity/complexing agent complex by distillation. Complexing agents include transition metal halides and Lewis acid compounds, which react with the electron-rich Group elements present in the chlorosilane matrix.

本発明の目的に適するこずが知芋された遷移金
属ハロゲン化物のうち奜たしいものは、四塩化ゞ
ルコニりム及び四塩化ハフニりムである。リンオ
キシ塩化物の劂き化合物がトリクロロシラン䞭で
四塩化ゞルコニりムず錯䜓を圢成するこ
ず、及び、この錯化剀がクロロシラン溶液から前
蚘のような䞍玔物の99.9以䞊を陀去し埗るこず
が知芋された。この皮の他の遷移金属ハロゲン化
物も䞍必芁な実隓をするこずなくクロロシランず
盞溶性であり、䞔぀残留する通垞の第族元玠を
効率的に錯化するこずが知芋され、これらも本発
明の目的を充分に達成し埗る。
Preferred transition metal halides found to be suitable for the purposes of the present invention are zirconium tetrachloride and hafnium tetrachloride. It has been found that compounds such as phosphorus oxychloride form a 1:1 complex with zirconium tetrachloride in trichlorosilane and that this complexing agent can remove more than 99.9% of such impurities from chlorosilane solutions. It was done. Other transition metal halides of this type have also been found to be compatible with chlorosilanes without unnecessary experimentation and to efficiently complex residual common group elements, and these are also suitable for use in the present invention. The purpose can be fully achieved.

「ルむス酞」は電子察を受け取぀お共有結合を
圢成する即ち「電子察受容䜓」であり、本発
明の目的を達成するために䜿甚し埗る。これはロ
ヌリヌ−ブレンステツドの酞の定矩即ち「プロト
ン䟛䞎䜓」の抂含を包含する。䟋えば䞉フツ化ホ
り玠BF3Qは、最倖殻電子軌道に個の電子し
かも぀おいないので、兞型的なルむス酞である。
BF3は自由電子察を受容しお電子軌道を完成さ
せる傟向を有しおいる。広範囲のルむス酞が本発
明の察象である特定の第族元玠化合物ずの結合
に䜿甚できるが、䞉塩化ホり玠BCl3のよう
なルむス酞は陀去が困難な䞍玔物である元玠をク
ロロシラン系にもち蟌むこずになる。特にホり玠
は電子機噚甚ケむ玠の補造においお粟補が困難で
あるずいう問題を提起するため、ホり玠の䜿甚は
通垞避けるべきである。このため、本発明の目的
に奜適なルむス酞錯化剀は、クロロシランからの
陀去がより容易な元玠を含むものがよい。最も奜
たしいのは酞化第二鉄FeCl3ず塩化アルミニ
りムAlCl3である。
"Lewis acids" are those that accept a pair of electrons to form a covalent bond (ie, "electron pair acceptors") and may be used to accomplish the objectives of the present invention. This encompasses the Lowry-Brensted definition of acid, i.e., the general meaning of "proton donor." For example, boron trifluoride (BF 3 Q) has only 6 electrons in the outermost electron orbital, so it is a typical Lewis acid.
BF 3 has a tendency to accept free electron pairs to complete the eight-electron orbital. Although a wide variety of Lewis acids can be used to bond with the specific Group element compounds of interest in this invention, Lewis acids such as boron trichloride (BCl 3 ) are difficult to remove impurities in the chlorosilane system. I will bring it in. In particular, the use of boron should generally be avoided as it poses problems of being difficult to purify in the production of silicon for electronics. For this reason, Lewis acid complexing agents suitable for the purpose of the present invention preferably contain elements that are easier to remove from chlorosilane. Most preferred are ferric oxide (FeCl 3 ) and aluminum chloride (AlCl 3 ).

汚染されたクロロシラン溶液に添加する錯化剀
の量は、この化合物ず既に酞化された䞍玔物ずが
充分に反応するような量である。反応時間及び䞍
玔物の完党陀去ずいう意味では、汚染物質の濃床
に察し䟋えば〜50倍過剰のモル量であるず最良
の結果が埗られる。然しながら、溶液䞭に存圚す
る䞍玔物ず有効に結合する量であればよいこずは
理解されよう。
The amount of complexing agent added to the contaminated chlorosilane solution is such that sufficient reaction occurs between this compound and the already oxidized impurities. In terms of reaction time and complete removal of impurities, best results are obtained with a molar excess of, for example, 2 to 50 times relative to the concentration of contaminants. However, it will be understood that the amount may be sufficient as long as it effectively binds to impurities present in the solution.

錯化剀を溶液に混合した埌、酞化䞍玔物ず錯化
剀化合物ずの反応を促進するため、混合物を加熱
しおもよい。あたり高枩即ち150℃を超えるず圢
成した錯䜓も倚少分解するであろうし、あたり䜎
枩では党䞍玔物を効率的に陀去するには䞍充分で
あろう。このような理由で、反応枩床は℃〜玄
125℃が奜たしい。然し、反応生成物がクロロシ
ランず同䞀留分で蒞留されず埓぀お粟補過皋で混
入しない限りに斌いお、䞊蚘範囲以䞊の高枩も䜿
甚し埗る。玄100℃以䞋の枩床で最良の結果が埗
られた。クロロシランの早期蒞留が起きるのを防
ぐために、反応容噚内を加圧しおもよい。所䞎の
条件䞋で最適の反応枩床及び圧力を決めるには簡
単な実隓をすればよい。
After the complexing agent is mixed into the solution, the mixture may be heated to promote the reaction between the oxidized impurities and the complexing agent compound. Too high a temperature, i.e. above 150°C, will cause some decomposition of the complex formed, and too low a temperature may not be sufficient to efficiently remove all impurities. For this reason, the reaction temperature ranges from 0°C to approx.
125°C is preferred. However, elevated temperatures above the above range may be used as long as the reaction products are not distilled in the same fraction as the chlorosilane and are therefore not contaminated during the purification process. Best results were obtained at temperatures below about 100°C. Pressurization may be applied within the reaction vessel to prevent premature distillation of the chlorosilane from occurring. Simple experimentation can be used to determine the optimum reaction temperature and pressure under given conditions.

既に蚘茉したように、実質的に党おの䞍玔物が
結合しお熱的に安定な錯䜓を圢成するたで反応を
続行する。勿論、反応時間は䜿甚する物質、枩
床、圧力等によ぀お倉化するであろう。簡単な実
隓によ぀お所䞎の粟補に必芁な最適の反応時間が
決定できるであろう。
As previously described, the reaction is continued until substantially all of the impurities have combined to form a thermally stable complex. Of course, reaction times will vary depending on the materials used, temperature, pressure, etc. Simple experimentation will determine the optimal reaction time required for a given purification.

本発明の粟補方法に斌ける最終工皋は、玔粋な
クロロシランを反応溶液から蒞留するこずであ
る。クロロシランに察しお䞍玔物の揮発性が䜎く
な぀おいるため、この最終蒞留工皋が可胜にな
る。
The final step in the purification method of the present invention is to distill pure chlorosilane from the reaction solution. This final distillation step is possible because of the reduced volatility of the impurities relative to the chlorosilane.

蒞留は倧気圧で行な぀おもよいし、又は、液䜓
の枩床が䞍玔物や本発明方法の前の工皋で圢成さ
れた䞍玔物錯䜓の分解枩床を越えない範囲で加圧
䞋で行な぀おもよい。溶液の枩床は玄200℃より
䜎く抑えるのが奜たしい。
Distillation may be carried out at atmospheric pressure or under pressure, provided that the temperature of the liquid does not exceed the decomposition temperature of the impurities or impurity complexes formed in the previous steps of the process. Preferably, the temperature of the solution is kept below about 200°C.

圓業者が本発明の実斜を容易にするのを助ける
べく、説明のために以䞋に実斜䟋を掲げるが、本
発明はこれに限定されるものではない。
To assist those skilled in the art in practicing the invention, the following examples are provided for illustrative purposes, but the invention is not limited thereto.

実斜䟋  酞化剀を䜿甚しおのPCl3からPOCl3ぞの倉換 500ppmの䞉塩化リンを含むトリクロロシラン
の暙準溶液を反応容噚に入れた。溶液を激しく撹
拌しながら二酞化マンガンを添加し、反応混合物
のサンプルを呚期的に取り出し、䞉塩化リンずオ
キシ塩化リンの倫々の濃床をクロマトグラフむヌ
で枬定した。10〜14モル圓量の二酞化マンガンが
完党な酞化に必芁であり、リンが時間以内に定
量的に五䟡状態に酞化されるこずが刀明した。
Example 1 Conversion of PCl3 to POCl3 using an oxidizing agent A standard solution of trichlorosilane containing 500 ppm phosphorous trichloride was placed in a reaction vessel. Manganese dioxide was added to the solution with vigorous stirring, and samples of the reaction mixture were taken periodically to determine the respective concentrations of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride by chromatography. It was found that 10-14 molar equivalents of manganese dioxide were required for complete oxidation and that phosphorus was quantitatively oxidized to the pentavalent state within 2 hours.

実斜䟋  光酞化によるPCl3のPOCl3ぞの倉換 5000ppmの䞉塩化リンを含むトリクロロシラン
の暙準溶液を、ドラむアむスコンデンサヌ及びガ
ス導入口を備えた透明なフラスコに入れた。也燥
空気を50cm3分で導入口から入れ撹拌しお急速に
分散させた。ドラむアむスコンデンサヌは、ガス
流䞭のトリクロロシランを冷华凝瞮するのに充分
であ぀た。トリクロロシラン溶液のサンプルを定
期的に取り出し、䞉塩化リンずオキシ塩化リンの
盞察濃床をクロマトグラフむヌで枬定した。16モ
ル過剰の酞玠空気䞭を系に通した時点では
〜のPCl3しかPOCl3に酞化されおいないこず
が刀明した。
Example 2 Conversion of PCl3 to POCl3 by photooxidation A standard solution of trichlorosilane containing 5000 ppm phosphorus trichloride was placed in a transparent flask equipped with a dry ice condenser and a gas inlet. Dry air was introduced from the inlet at 50 cm 3 /min and stirred to rapidly disperse the mixture. A dry ice condenser was sufficient to cool and condense the trichlorosilane in the gas stream. Samples of the trichlorosilane solution were taken periodically and the relative concentrations of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride were determined by chromatography. 1 when a 16 molar excess of oxygen (in air) is passed through the system.
It was found that only ~5% of PCl3 was oxidized to POCl3 .

空気を導入し撹拌分散しながらサンプルを照射
しお実隓を続行した。PCl3の安党な酞化には2.4
モル過剰の酞玠で充分であるこずが刀明した。
The experiment was continued by introducing air and irradiating the sample while stirring and dispersing it. 2.4 for safe oxidation of PCl 3
A molar excess of oxygen has been found to be sufficient.

必芁な酞玠量が枛少したこずは、酞玠に察する
PCl3の化孊量論量が2.5であるこずを意味するの
ではなく、モル比が質量䜜甚によ぀お決定された
こずを瀺唆するものず思われる。
The reduction in the amount of oxygen required means that
This does not imply that the stoichiometry of PCl 3 is 2.5, but rather suggests that the molar ratio was determined by mass action.

実斜䟋  遷移金属ハロゲン化物の錯化剀を䜿甚する
POCl3の錯䜓化 オキシ塩化リン1.5重量郚を含むトリクロロシ
ラン450重量郚の溶液に4.6重量郚の四塩化ゞルコ
ニりムを添加した。溶液を䞀晩撹拌した埌、クロ
マトグラフ分析によるずPOCl3がトリクロロシラ
ン溶液から定量的に陀去されおいた。
Example 3 Using a transition metal halide complexing agent
Complexation of POCl 3 To a solution of 450 parts by weight of trichlorosilane containing 1.5 parts by weight of phosphorous oxychloride, 4.6 parts by weight of zirconium tetrachloride were added. After stirring the solution overnight, chromatographic analysis showed that POCl 3 was quantitatively removed from the trichlorosilane solution.

実斜䟋  ルむス酞錯化剀を䜿甚したPOCl3の錯化 オキシ塩化リン1.7重量郚を含むトリクロロシ
ラン402重量郚の溶液に䞉塩化アルミニりム5.0重
量郚を添加した。混合物をの反応容噚に入れ
100℃に加熱した。定期的にサンプルを取り出し
POCl3の濃床を枬定した。時間埌、䞊郚ガスに
はPOCl3は怜出されなか぀た。
Example 4 Complexation of POCl 3 using a Lewis acid complexing agent 5.0 parts by weight of aluminum trichloride were added to a solution of 402 parts by weight of trichlorosilane containing 1.7 parts by weight of phosphorous oxychloride. Put the mixture into reaction container 1.
Heated to 100°C. Take samples regularly
The concentration of POCl3 was measured. After 1 hour, no POCl 3 was detected in the upper gas.

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  䞋蚘の工皋からなるリン、ヒ玠、アンチモン
及びビスマスから成る矀から遞択される元玠皮
以䞊の䞉塩化物を超高玔床のトリクロロシランか
ら陀去する方法 (A) 前蚘䞉塩化物を完党に酞化しお前蚘元玠を五
䟡のオキシ塩化物にするのに有効な時間をかけ
お、前蚘䞉塩化物のモル濃床に察しお過剰量の
酞化剀を前蚘䞉塩化物に接觊させただし、前
蚘酞化剀は玫倖線に曝されおいるO2、䞉酞化
クロム及び二酞化マンガンから成る矀から遞択
される (B) 前蚘トリクロロシランに察しお、前蚘オキシ
塩化物のモル濃床に察しお〜50倍過剰量の錯
化剀を添加しおただし、前蚘錯化剀は四塩化
ゞルコニりム、四塩化ハフニりム、塩化第二鉄
及び塩化アルミニりムから成る矀から遞択され
る (C) 前蚘オキシ塩化物ず前蚘錯化剀ずの間に熱安
定性のある錯䜓が圢成されるのを促進するのに
十分な時間をかけお玄℃〜玄125℃の枩床に
前蚘トリクロロシランを加熱する䞀方、前蚘ト
リクロロシランの蒞発を防止するのに有効な圧
力条件を維持しおそれから (D) 前蚘の熱安定性のある錯䜓の分解を招く枩
床・圧力条件を避けながら玄100℃以䞋の枩床
においお蒞留により粟補トリクロロシランを取
出す。  前蚘酞化工皋においお、玄〜10モル圓量
の䞉酞化クロムたたは玄10〜14モル圓量の二酞化
マンガンを前蚘䞉塩化物に接觊させる特蚱請求の
範囲第項蚘茉の方法。  前蚘酞化工皋においお、O2を玫倖線の存
圚䞋でトリクロロシランに導入する特蚱請求の範
囲第項蚘茉の方法。  䞋蚘の工皋からなるPCl3䞍玔物を超高玔床
のトリクロロシラン溶液から陀去する特蚱請求の
範囲第項蚘茉の方法 前蚘トリクロロシラン溶液に玫倖線をあおなが
らこの溶液に空気を導いお、前蚘PCl3を実質䞊
残らずPOCl3に酞化しお 前蚘POCl3のモル濃床に察しお〜50倍過剰量
の錯化剀を添加する䞀方ただし前蚘錯化剀は四
塩化ゞルコニりム、四塩化ハフニりム、塩化第二
鉄及びアルミニりムから成る矀から遞択される、
前蚘溶液を〜125℃の枩床に加熱しお、前蚘錯
化剀ず実質的にすべおの前蚘POCl3ずの間に熱安
定性のある錯䜓を圢成しそれから 前蚘の熱安定性のある錯䜓の分解を避けながら
箄100℃以䞋の枩床においお蒞留により粟補トリ
クロロシランを取出す。
[Claims] 1. A method for removing trichloride of one or more elements selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth from ultra-high purity trichlorosilane, comprising the following steps: (A) The above-mentioned An excess amount of oxidizing agent relative to the molar concentration of the trichloride is applied to the trichloride for a period of time effective to completely oxidize the element to the pentavalent oxychloride. (B) the molar concentration of the oxychloride relative to the trichlorosilane; by adding a 2 to 50 times excess of a complexing agent relative to the complexing agent, wherein said complexing agent is selected from the group consisting of zirconium tetrachloride, hafnium tetrachloride, ferric chloride and aluminum chloride; C) heating the trichlorosilane to a temperature of from about 0°C to about 125°C for a period of time sufficient to promote the formation of a thermally stable complex between the oxychloride and the complexing agent. while maintaining pressure conditions effective to prevent evaporation of said trichlorosilane; and (D) to about 100°C while avoiding temperature and pressure conditions that would lead to decomposition of said thermally stable complex. Purified trichlorosilane is removed by distillation at the following temperatures: 2. The method of claim 1, wherein in the oxidation step A, about 7 to 10 molar equivalents of chromium trioxide or about 10 to 14 molar equivalents of manganese dioxide are brought into contact with the trichloride. 3. The method according to claim 1, wherein in the oxidation step A, O 2 is introduced into trichlorosilane in the presence of ultraviolet light. 4. The method according to claim 1 for removing PCl 3 impurities from an ultra-high purity trichlorosilane solution, which comprises the following steps: While exposing the trichlorosilane solution to ultraviolet rays, air is introduced into this solution to remove the PCl 3 impurities from the solution. Oxidize substantially all of 3 to POCl 3 ; while adding a complexing agent in an excess amount of 2 to 50 times with respect to the molar concentration of POCl 3 (however, the complexing agent may be zirconium tetrachloride, hafnium tetrachloride, , ferric chloride and aluminum);
heating the solution to a temperature of 0 to 125°C to form a thermostable complex between the complexing agent and substantially all of the POCl3 ; Purified trichlorosilane is removed by distillation at a temperature below about 100°C while avoiding decomposition.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5325003U (en) * 1976-08-10 1978-03-03

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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