JPS5997518A - Purification of chlorosilanes - Google Patents

Purification of chlorosilanes

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JPS5997518A
JPS5997518A JP20843283A JP20843283A JPS5997518A JP S5997518 A JPS5997518 A JP S5997518A JP 20843283 A JP20843283 A JP 20843283A JP 20843283 A JP20843283 A JP 20843283A JP S5997518 A JPS5997518 A JP S5997518A
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phosphorus
trichloride
impurity
oxidizing
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ウイリアム・デイビツド・クレイ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発  明  の  背  景 本発明は、電子機器用のケイ素を製造するための純粋な
トリクロロシランの製造に係り、より特定的には、微量
の電子供与性不純物、特にリン及びその他の第■族元素
の化合物を除去する新規な方法に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 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 for the production of silicon for electronic devices, and more particularly to the production of pure trichlorosilane for the production of silicon for electronic devices, and more particularly to the production of pure trichlorosilane for the production of silicon for electronic devices. The present invention relates to a novel method for removing compounds of other Group I elements.

半導体及び1ヘランジスタ等の如き高1哀に進歩した電
子工学用途にあっては、超高純葭のケイ素が必要とされ
る。周知のように、微量の不純物ひもケイ素含有電子工
学部品の性能を大きく損うことになる。
Very advanced electronic applications such as semiconductors and transistors require ultra-high purity silicon. As is well known, trace amounts of impurities can significantly impair the performance of silicon-containing electronic components.

一般に、半導体用元素ケイ素は、ハロゲン化ケイ素例え
ば四塩化ケイ素(SLCf4 ) 、l〜リクロロシラ
ン(1−ISLCR3)又はジクロロシラン(H2SL
C92)を、水素、亜鉛、ナトリウム又は金属水素化物
で17元して製造されCいる。ケイ素はシラン(SL 
Ha )の熱分解によっても得られるが、シランは空気
と接触すると爆発的に燃焼づるので加工取扱が困難であ
る。
In general, elemental silicon for semiconductors is silicon halide such as silicon tetrachloride (SLCf4), 1-lichlorosilane (1-ISLCR3) or dichlorosilane (H2SL
C92) with hydrogen, zinc, sodium or metal hydride. Silicon is silane (SL
Silane can also be obtained by thermal decomposition of Ha ), but silane is difficult to process because it combusts explosively when it comes into contact with air.

昌純麿ケイ素から除去Jるのが最し困焚11な不純物の
うらの1種はリンである。仙の不純物例えば銅、鉄及び
マンガン等は通常の手法(例えは帯域溶融精製、結晶引
上げ等)で比較的容易に除去できるが、リンはケイ素と
よく似た物1りをイjしCいるため、これらを分離する
には試行を繰り返すしかないのである。更に、リンはク
ロロシラン等の出発物質に類似の性質をhJ−る化合物
を形成りるため、これら出発物質の精製濃縮もやはり同
様に困難である。
One of the most difficult impurities to remove from silicon is phosphorus. Although impurities such as copper, iron, and manganese can be removed relatively easily by conventional methods (e.g., zone melting refining, crystal pulling, etc.), phosphorus has a strong resemblance to silicon. Therefore, the only way to separate them is through repeated trials. Furthermore, since phosphorus forms compounds with similar properties to starting materials such as chlorosilanes, the purification and concentration of these starting materials is also difficult.

ケイ素又はハロゲン化ケイ素化合物からリンの如き不純
物を除去りるために現在までに提案された方法Cは、典
型的には、固体の水和金属酸化物錯化剤と接解させて不
純物を吸着させるか、又は、安定な付加化合物を生成し
次いで純粋なケイ素又はハロゲン化ケイ素を沈殿又は蒸
留−りる。このような処理の詳細についCは、例えば、
米国特許第2.971.607渇くカスウェル)、第3
,069.239号(ウィンター等)、第3,071゜
444号(スウエラー)、第3.188.168号(ブ
ラツドレー)及び英国特許第929.696号(ジーメ
ンスーシュツケルトヴエルケ株式会社)を参照されたい
。又、本出願人の米国特許出願[出願人Docket 
339−1696 (608,1−609/614)コ
及び[出M1人Q ocket 339−1698 (
6081−708/710/711/716)]には、
改良方法が開示さit ’U (z)る。
Methods C that have been proposed to date for removing impurities such as phosphorus from silicon or silicon halides typically involve adsorption of impurities by conjugation with a solid hydrated metal oxide complexing agent. or to form a stable adduct and then precipitate or distill pure silicon or silicon halide. Regarding the details of such processing, C, for example,
U.S. Patent No. 2.971.607 Thirsty Caswell), No. 3
, No. 069.239 (Winter et al.), No. 3,071°444 (Sweller), No. 3.188.168 (Brazdley) and British Patent No. 929.696 (Siemens Sückertwerke Ltd.). Please refer. In addition, the applicant's U.S. patent application [Applicant's Docket]
339-1696 (608,1-609/614)
6081-708/710/711/716)],
An improved method is disclosed.

然しながら、これらの方法にも、不純物書生や大量処理
の困難性の問題がある。
However, these methods also have problems such as impurity formation and difficulty in mass processing.

上記の特許及び特許出願を引用しC本川細円中に包含づ
−る。
The above-mentioned patents and patent applications are cited and included in C Honkawa Hosoen.

発  明  の  IF!   要 周期律表第V族元素が三価の他に三価にもなり得るとい
う性質を利用して、これらの元素を含むリン化合物その
他の化合物をクロロシラン溶液b)ら除去し得ることが
発見された。超純粋クロロシラン溶液中に存在り゛る通
常三価の不純物を酸化して三価状態にり−ることにより
、通常の蒸留(こよって、又は好ましくは、不純物を更
に錯化剤と結合し次いで蒸留することによって、これら
の不純物からクロロシランを容易に分離し得ることが知
見されたのである。例えば、三塩化リン(f)CF2)
は超純粋1〜リクロロシラン中に共通に残存りる不純物
である。本発明では、トリクロロシランを処理しリンネ
細物をオキシ塩化リン(+)○C!3、沸点105.3
℃)に変換するが、このオキシ塩化リン(よP(43(
沸点75.5℃)よりもトリクロ1−1シラン(沸rn
31.8°C)からの蒸留による分離が容易である。或
いは、このp Q CJ 3は本発明に従って史にある
種の錯化剤と反応さけ、熱的安定性がより人なKiJ体
を形成して次の蒸留を容易にりることもぐきる。
Invention IF! It has been discovered that phosphorus compounds and other compounds containing these elements can be removed from chlorosilane solution b) by utilizing the property that Group V elements of the periodic table can be trivalent as well as trivalent. Ta. The normally trivalent impurities present in the ultrapure chlorosilane solution are oxidized to the trivalent state by conventional distillation (or preferably by further combining the impurities with a complexing agent and then It was discovered that chlorosilanes can be easily separated from these impurities by distillation. For example, phosphorus trichloride (f) CF2)
is an impurity that commonly remains in ultrapure 1-lichlorosilane. In the present invention, phosphorus oxychloride (+) ○C! 3. Boiling point 105.3
℃), but this phosphorus oxychloride (yoP(43(
Trichloro-1-1 silane (boiling point 75.5℃)
It is easy to separate by distillation from 31.8°C). Alternatively, this p Q CJ 3 can be reacted with certain complexing agents according to the present invention to form a more thermally stable KiJ form to facilitate subsequent distillation.

このJ:うに、本発明の目的は、ジクロロシラン、1〜
リクロlコシラン、四塩化ケイ素又はこれらの混合物の
如きクロ【」シランの新規な精製方法を提供(ることで
ある。
This J: sea urchin, the object of the present invention is dichlorosilane, 1-
The object of the present invention is to provide a new method for purifying cyclosilanes such as cyclosilanes, silicon tetrachloride, or mixtures thereof.

本ざt明の他のl」的は、クロロシラン溶液からリン化
合物その他のn−型不純物を除去り−る方法を提供づる
ことである。
Another objective of the present invention is to provide a method for removing phosphorus compounds and other n-type impurities from chlorosilane solutions.

本発明の更に他の目的は、不可逆的で且つ大量精製系に
適用可能な精製法を提供゛りることである。
Still 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、クロロシラン溶液中のリンそ
の伯のn−型不純物の新規な酸化方法を提供づ−ること
である。
Another object of the present invention is to provide a new method for oxidizing n-type impurities such as phosphorus in chlorosilane solutions.

史に、本発明の他の1」的は、三価のリンネ細物をり【
」ロシランから除去するための新規な手段を提供するこ
とである。
Historically, another object of the present invention is trivalent linen thin resin [
” to provide a new means for removal from rosilane.

これらの目的及びぞの他の目的は、本発明によって提供
される方法、即ち、周期律表第V族元素の三価化合物を
含む不純物で汚染されたクロロシラン溶液の精製方法に
よって達成される。本発明の方法は次の工程を含む。即
ち、 (A)前記不純物を酸化して前記元素が三価状態にある
化合物を得る工程、及び、その後に行なわれる (B)精製されたクロロシランを蒸留によっC取出回収
する工程、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 Group V elements 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 trivalent state, and a subsequent step (B) of extracting and recovering purified chlorosilane by distillation.

本発明の好ましい態様では、第V族元素を含む不純物の
酸化手段は、三酸化クロム又は二酸化マンガンから選択
される酸化剤と接触さlることである。
In a preferred embodiment of the invention, the means of oxidizing the impurities comprising Group V elements is by contacting them with an oxidizing agent selected from chromium trioxide or manganese dioxide.

本発明の他の好ましい態様では、第V族元素不純物の酸
化手段は、クロロシラン溶液を紫外線(UV)照射下で
酸素と接触さけることぐある。
In another preferred embodiment of the invention, the means for oxidizing Group V elemental impurities is to avoid contacting the chlorosilane solution with oxygen under ultraviolet (UV) irradiation.

本発明で意図する他の態様では、不純物を三価状態に酸
化覆る工程の後に(=J加的’、t ]二稈を含む。
Other embodiments contemplated by the present invention include the step of oxidizing the impurities to the trivalent state (=Jadd', t2).

この工程では、不純物を遷移金属化合物又はルイス酸と
接触さけるが、これら遷移金属化合物又はルイス酸は錯
化剤として作用し熱的に安定な311体を生成せしめ、
これら錯体はクロロシランの蒸留の際に残留除去される
In this step, impurities are avoided to come into contact with transition metal compounds or Lewis acids, but these transition metal compounds or Lewis acids act as complexing agents and generate thermally stable 311 bodies,
These complexes are residually removed during distillation of the chlorosilane.

本発明方法は、クロロシラン溶液中に不純物としで存在
し得るリンの如き三価の第V族元素の化合物を酸化し−
C1この元素が方何状態にある化合物を形成Jる工程を
含む。このように処理したクロロシランを、分留、又は
錯化剤との反応後の純クロ【」シランの蒸留等により処
理り−ることで、不純物を容易且つ効率的に除去できる
。本発明方法は、微量のリンその他の通常の11−型不
純物、例えばヒ素、アンチモン、ビスマス等を、クロロ
シラン特に1〜リク110シランから除去Jるのに特に
イラ効である。本発明方法によると、例えばトリク[J
 Dシラン溶液中のリン含mが0.5ppb以下にまで
低減できる。
The method of the invention oxidizes compounds of trivalent Group V elements, such as phosphorus, which may be present as impurities in chlorosilane solutions.
C1 includes the step of forming a compound in which this element is in a different 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 present invention is particularly effective in removing trace amounts of phosphorous and other common 11-type impurities such as arsenic, antimony, bismuth, etc. from chlorosilanes, particularly 1-110 silanes. According to the method of the present invention, for example, Toriku [J
D The phosphorus content in the silane solution can be reduced to 0.5 ppb or less.

本発明方法は、リンその他の第VIIA元素をクロロシ
ランから除去するのに有用であり、このクロロシランは
次に電子用途用の結晶性ケイ素に還元される。リン及び
その姉妹元素である第V族元素例えばヒ素、アンチモン
又はビスマスは、過剰の自由電子を供pi、 Mるため
、電子機器用ケイ素の製造に於いて特に重要なものであ
る。これらの元素がケイ素71〜リツクス中に添加され
ると、過剰の電子は、ケイ素結晶のく中性の)電気特性
を変化けしめ、又、結晶に半導体特性を与えるためにこ
れに含まれるドーピング剤に干渉する。これらの過剰電
子は負電荷として寄与するために、リン等の不純物は“
’II”−型(負)不純物といわれるが、水明III出
中では、この用語はほぼ純粋なクロロシラン中にあると
思われる不純物、即らリン化合物、第V族元素の化合物
及びその他の電子に冨む化合物をも意味づるものである
The process of the present invention is useful for removing phosphorus and other Group VIIA elements from chlorosilanes, which are then reduced to crystalline silicon for electronic applications. Phosphorus and its sister Group V 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 to the silicon 71~x, the excess electrons change the electrical properties (neutral) of the silicon crystal and also the doping contained therein to give the crystal semiconducting properties. interfere with the agent. These excess electrons contribute as negative charges, so impurities such as phosphorus
'II'-type (negative) impurities, but in Suimei III, this term is used to refer to impurities that appear to be present in nearly pure chlorosilane, such as phosphorus compounds, compounds of group V elements, and other electronic It also refers to compounds that are rich in .

本発明により酸化除去される第■IJ久元県は、す(型
駒には、特に高水準(例えば残留n−型不純物が総量で
200 ppbより低い)の紳疫であるクロロシラン中
に、三塩化物又は三価の塩素水素化物状態で見い出され
る。これら不純物は一般式A Hmc9nぐ表わされ、
この式中C1Aはリン、ヒ素、アンチモン及びビスマス
から選択され、m及び+1は0.1.2又は3であり且
つm+11は3又は5である。他の形の第V族元素化合
物も本発明方法ぐ除去し得るが、クロロシラン中に残存
りる不純物の最も凹部的な形態は上式で示されるもので
ある。′ 本発明方法の対象である第V族元素の共通の性質は、こ
れらが全てその最外殻電子軌道に5個の電子を有し−C
いることである。このことは、ハックの化学辞典(l−
1ackh −s Chemical Q 1ctio
nary1第1V版、マクlj ロー L: JL/ 
刊) C11500〜501頁、「周期鎮” T t)
e  Periodic Chain” 、1に記載さ
れ−Cいる。これら元糸の最も普遍的な1511子価は
+3〈三価)であるが、外殻に5個の電子があるため+
5即ら11価状態をもとり得る。三価の第V族元素化合
物を酸化づると、その最外殻軌道にある自由?tlf子
を、受容体である酸素(原子価−2)に供与し得る。
The No. IJ Kumoto prefecture to be oxidized and removed according to the present invention is used in mold pieces containing chlorosilane containing particularly high levels (e.g., residual n-type impurities of less than 200 ppb in total). Found in the chloride or trivalent chlorine hydride state. These impurities have the general formula A Hmc9n,
In this formula C1A is selected from phosphorus, arsenic, antimony and bismuth, m and +1 are 0.1.2 or 3 and m+11 is 3 or 5. Although other forms of Group V element compounds may be removed by the method of the present invention, the most concave form of impurity remaining in the chlorosilane is that represented by the above formula. ' A common property of the group V elements that are the targets of the method of the present invention is that they all have five electrons in their outermost electron orbitals and -C
It is that you are. This means that Huck's Chemical Dictionary (l-
1ackh-s Chemical Q 1ctio
nary1 1st V version, Maclj Low L: JL/
(Published) C11500-501 pages, "Periodic Chin" Tt)
e Periodic Chain”, described in 1 and has -C. The most universal 1511 valence of these original threads is +3 (trivalent), but since there are 5 electrons in the outer shell, +
It can also take on 5- or 11-valent states. When a trivalent group V element compound is oxidized, what is the freedom in its outermost orbit? The tlf child can be donated to the acceptor oxygen (valence -2).

本発明の第1の工程即ち酸化工程では、不純物の酸化が
進?−1−りる条件下ぐ、クロ1」シラン溶液に酸化剤
を接触させるか又は酸素若しくは空気を導入Jる。多く
の酸化剤が当@老に公知であり、クロロシラン溶液に相
溶性で且つ残u4りる不純物を有効に酸化し得る限り本
発明での使用に適している。然し、三酸化クロム及び二
酸化マンカンが特に本発明の精製に適しており、従つC
酸化剤を使JTJ ”lる本発明の態様で好ましく使用
されることが知見された。純粋な02又は他のカスと混
合した即ち空気とし−(気体状で酸素を系に導入づ−る
態様Cは、好ましくは、酸化をIIるために紫外線(U
V)照射する。UV照射をv1用り−ると、反応速度が
大きくなり、そのため純粋な酸素カスより安価な空気を
使用しても充分な酸素を供給できるのである。UV−酸
化はクロ[]シランよりも不純物に対づる選択性が高い
ため、そのため操作の効率が向上する。
In the first step of the present invention, that is, the oxidation step, oxidation of impurities progresses. -1--Contact the chlorosilane solution with an oxidizing agent or introduce oxygen or air under phosphorus conditions. Many oxidizing agents are known 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, chromium trioxide and mankan dioxide are particularly suitable for the purification of the present invention, and therefore C
It has been found that oxidizing agents are preferably used in embodiments of the invention in which oxygen is introduced into the system in gaseous form (either pure 02 or mixed with other residues, i.e. air). C is preferably exposed to ultraviolet (U) radiation for oxidation II.
V) Irradiate. When UV irradiation is used at v1, the reaction rate increases, and therefore sufficient oxygen can be supplied even if air, which is cheaper than pure oxygen scum, is used. UV-oxidation is more selective for impurities than chloro[]silane, thereby increasing the efficiency of the operation.

本発明e使用する酸化剤の昂は、薬剤のタイプ、不純物
の濃度、利用4る特定の酸化反応の化学的特性その他に
依存りるであろう。一般に、過剰の使用は、物Y′i収
支の点からそし−C必然的にクロ【」シランが一部酸化
づるため好ましくない。一方、不純物【よ完全に酸化り
ることが望ましい。このため、所与の条件下での酸化の
過不足の最適なバランスを実験的に確かめる必要がある
。好ましい薬剤部ら三酸化クロム又は二酸化マンガンを
使用する場合、1ヘリクロ(」シランザンブル中の不純
物の完全酸化には、夫々、約7〜10及び約10〜14
モル当量の酸化剤が必要であることが知見された。酸化
剤は典型的には直接クロロシランに添加されて混合され
る。酸化の稈麿を知る)こめ、適当な間隔で四ノ゛ンブ
ルを取り出し周知のクロマ1へグラフィーで分析りる。
The strength of the 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 employed, etc. In general, excessive use is undesirable from the point of view of the product Y'i balance and because -C inevitably results in partial oxidation of the chlorosilane. On the other hand, it is desirable for impurities to be completely oxidized. For this reason, it is necessary to experimentally confirm the optimal balance between excess and deficiency of oxidation under given conditions. When using chromium trioxide or manganese dioxide from the preferred agents, complete oxidation of impurities in 1 helichloride (1 helichloride) requires about 7 to 10 and about 10 to 14, respectively.
It has been found that molar equivalents of oxidizing agent are required. The oxidizing agent is typically added directly to the chlorosilane and mixed. (Know the culmination of oxidation) Then take out the four novels at appropriate intervals and analyze them using the well-known chroma 1 graph.

第V欣元素化合物をUv照躬と共に空気(又はM素)ど
接触さtIC酸化づ−る場合、必要な空気の腿は、不純
物のm麿、攪拌の程度、UV照剣の程度、その他のいく
つかの要因に依存りる。然しながら、根本的に、u v
 +t+¥躬すると酸化のため系に通り空気の量は減少
できることが知見された。この点については後に詳述づ
る。UV照則は照射を受入れる反応容器に直接しCもよ
いが、勿論UV澱の強度は酸化を促進づるようなもので
なりればならない。
When a V elemental compound is brought into contact with air (or M element) with UV illumination for IC oxidation, the amount of air required depends on the amount of impurities, the degree of stirring, the degree of UV illumination, and other factors. Depends on several factors. However, fundamentally, u v
It has been found that when +t+¥, the amount of air passing through the system due to oxidation can be reduced. This point will be explained in detail later. The UV radiation may be applied directly to the reaction vessel receiving the irradiation, but of course the intensity of the UV sludge must be such as to promote oxidation.

酸化工程が完了リ−ると、不純物を選択的に錯化して安
定な化合物を形成することが有利である。
Once the oxidation step is complete, it is advantageous to selectively complex the impurities to form stable compounds.

この安定化合物は純タロロシランのバルク蒸留で残留す
るであろう。この目的に適合づる錯化剤は、クロロシラ
ンと相溶性でクロロシラン中に存在する酸化された第V
族元素と選択的に結合し錯体を形成するものなら任意で
よいが、生成した熱的に安定な不純物/錯化剤の錯体か
らクロロシランを蒸留により分離りるのは容易である。
This stable compound will remain in the bulk distillation of pure talolosilane. Complexing agents suitable for this purpose include the oxidized group V which is compatible with the chlorosilane and present in the chlorosilane.
Any material may be used as long as it selectively binds to group elements to form a complex, but it is easy to separate chlorosilane from the thermally stable impurity/complexing agent complex formed by distillation.

これは8H化剤には、遷移金属ハロゲン化物及びルイス
酸化合物が含まれ、これらはクロロシラシン1ヘリツク
ス中に存在する電子に富む第V族元素と反応りる。
This is because 8H-forming agents include transition metal halides and Lewis acid compounds, which react with the electron-rich Group V elements present in the chlorosilacin 1 helix.

本発明の目的に適することか知見された遷移金属ハロゲ
ン化物のうち好ましいものは、四塩化ジルコニウム及び
四塩化ハフニウムCある。リンAギシ塩化物の如き化合
物が1−リフ[][Jシラン中で四]2□1化ジル」ニ
ウムと1 : 11fi体を形成すること、及び、この
111化剤がり[J Oシラン溶液から前記のような不
純物の99.9%以上を除去し得ることか知見され)C
oこの種の他の遷移金属ハロゲン化物も不必要な実験を
することなくり[」目シランと相溶性Cあり、14つ残
留Jる通常の第V族元素を効率的に111化覆ることが
知見され、これらも本発明の目的を充分に達成し1i)
る。
Preferred transition metal halides found to be suitable for the purposes of this invention are zirconium tetrachloride and hafnium C tetrachloride. Compounds such as phosphorus A dichloride form a 1:11fi form with tetra]2□zylmonide in 1-rif[][J silane, and this 111 compound forms a 1:11fi compound with [JO silane solution]. It has been found that 99.9% or more of the above impurities can be removed from) C.
o Other transition metal halides of this type can also be used without unnecessary experimentation, as they are compatible with silanes and can efficiently convert common Group V elements with 14 residues to 111. These also satisfactorily achieve the purpose of the present invention 1i)
Ru.

「ルイス酸」は電子対を受は取って共有結合を形成りる
(即ち[−電子対受容体」〉であり、本発明の目的を達
成Jるために使用し得る。これはU−り−−ブレンステ
ッドの酸の定義部ら1−プロ1ヘン供与体」の概念を包
含Jる。例えば三塩化ホウ素(13F3>は、最外殻電
子軌道に6個の電子しかもっC゛いないので、ll!型
的なルイス酸である。
"Lewis acids" accept and accept electron pairs to form covalent bonds (i.e., "-electron pair acceptors") and can be used to achieve the objectives of the present invention. --The Brønsted acid definition includes the concept of 1-pro-1 hydrogen donor.For example, boron trichloride (13F3) has only 6 electrons in the outermost electron orbital, so , ll! type Lewis acid.

B F 3は自由電子対を受容して8電子軌j口を完成
さける傾向を有している。広範囲のルイス酸が本発明の
対象である特定の第V族元素化合物との結合に使用でき
るが、三塩化ホウ素(8Cj3)のようなルイス酸は除
去が困難な不純物である元素をり【」ロシラン系にしら
込むことになる。特にホウ素【よ電子機器用クイ素の製
造に於い’CVi製が困難であるという問題を提起1−
るため、ホウ素の使用は通常避りるl\ぎである。この
ため、本発明の目的に好適なルイス酸錯化剤は、り[1
[Jシランからの除去がより容易な元素を含むものがよ
い。最も好ましいのは酸化第二鉄(FeCf3)と塩化
アルミニウム(#(J3)である。
B F 3 has a tendency to accept free electron pairs and avoid completing the 8-electron orbital opening. Although a wide range of Lewis acids can be used to bond with the particular Group V element compounds that are the subject of this invention, Lewis acids such as boron trichloride (8Cj3) can be used to bind elemental compounds that are difficult to remove. I will be focusing on the Rosilan series. In particular, the problem of the difficulty in manufacturing boron (CVi) for electronic devices has been raised.
The use of boron is usually avoided because of its potential. For this reason, Lewis acid complexing agents suitable for the purposes of the present invention are
[It is preferable to include elements that are easier to remove from J silane. The most preferred are ferric oxide (FeCf3) and aluminum chloride (#(J3)).

汚染されたり目[」シラン溶液に添加する錯化剤の01
は、この化合物と既に酸化されIC不純物とが充分に反
応1−るような量である。反応時間及び不純物の完全除
去という意味では、汚染物質の濃度に対し例えば2〜5
0(8過剰のモル量であると最良の結果が(4+’られ
る。然しなから、溶液中に存在する不純物と6効に結合
りる量ぐあればよいことは理解されよう。
01 of the complexing agent added to the silane solution to prevent contamination
is an amount such that this compound reacts sufficiently with already oxidized IC impurities. In terms of reaction time and complete removal of impurities, for example, 2 to 5
The best results are obtained with a molar excess of 0(8). However, it will be appreciated that any amount that effectively binds to the impurities present in the solution is sufficient.

111化剤を溶液に混合した後、n原生不純物と錯化剤
化合物との反応を促進づるため、ii■合物を++U熱
してもよい。あまり高温即ち150℃を超えると形成し
た錯体も多少分解づるであろうし、あまり低温では全不
純物を効率的に除去づるには不充分であろう。このよう
な理由で、反応温度はO℃〜約125℃か好ましい。然
し、反応生成物がクロロシランと同一留分ぐ蒸留されず
従って精製過程で混入しない限りに於いで、上記範囲以
−トの高温も使用し?!する。約100℃以下の温度で
最良の結果が1!1られた。りl」ロシランの早期蒸留
が起きるのを防ぐために、反応容器内を加圧してもよい
After mixing the 111 agent into the solution, the ii) compound may be heated to ++ U to promote the reaction between the n-progeny impurity and the complexing agent compound. If the temperature is too high, i.e. above 150 DEG C., the complexes formed will decompose to some extent, and if the temperature is too low, it will not be sufficient to efficiently remove all impurities. For this reason, the reaction temperature is preferably from 0°C to about 125°C. However, as long as the reaction product is not distilled in the same fraction as the chlorosilane and is therefore not contaminated during the purification process, higher temperatures above the above range may also be used. ! do. The best results were obtained by a ratio of 1:1 at temperatures below about 100°C. Pressurization may be applied within the reaction vessel to prevent premature distillation of the rosilane.

所!うの条件下で最適の反応温度及び圧力を決めるには
簡単な実験を1れはよい。
Place! A simple experiment can be used to determine the optimum reaction temperature and pressure under these conditions.

既に記載したように、実質的に全ての不純物が結合して
熱的に安定な錯体を形成りるまで反応を続行する。勿論
、反応時間は使用−づる物質、濡匪、圧力等によって変
化Jるであろう。簡単な実験によつC所与の精製に必要
な最適の反応時間が決定Cきる′C−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, wetness, pressure, etc. Simple experimentation will determine the optimal reaction time required for a given purification.

本発明の711製ノj払に於【ノる最終工程は、純粋な
り[−10シシンを反応溶液から蒸留Jることである。
The final step in the 711 process of the present invention is to distill pure -10 cycine from the reaction solution.

クロ]」シランに対しC不純物の揮発性が低くなっCい
るため、この最終蒸留工程が可能になる。
This final distillation step is possible due to the lower volatility of the C impurity relative to the silane.

蒸留は大気圧で行なってもよいし、又は、液体の温度が
不純物や本発明方払の前の工程で形成された不純物♀1
)体の分解温度を越えない範囲で加圧下で行なつ“(も
よい。溶液の温度は約200℃より低く抑えるのが好ま
しい。
The distillation may be carried out at atmospheric pressure or the temperature of the liquid may be lower than the temperature of the liquid to remove impurities or impurities formed in previous steps.
) The temperature of the solution is preferably kept below about 200°C.

当業者が本発明の実施を容易にり−るのを助けるべく、
説明のために以下に実施例を掲げるが、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,
Examples are given below for illustrative purposes, but the present invention is not limited thereto.

500 ppmの三塩化リンを含むトリクロロシランの
標準溶液を反応容器に入れた。溶液を激しく攪拌しなが
ら二酸化マンカンを添加し、反応混合物のサンプルを周
期的に取り出し、三塩化リンとオキシ塩化リンの夫々の
濃度をり[17I〜グラフイーで測定した。10〜14
モル当ωの二酸化マンカンが完全な酸化に必要Cあり、
リンが2時間以内に定量的に方何状態に酸化されること
が判明しIC。
A standard solution of trichlorosilane containing 500 ppm phosphorous trichloride was placed in the reaction vessel. Mancan dioxide was added while stirring the solution vigorously, samples of the reaction mixture were taken periodically, and the respective concentrations of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride were determined by graphie. 10-14
The molar equivalent of ω of mankan dioxide is required for complete oxidation,
It was found that phosphorus was quantitatively oxidized to the intermediate state within 2 hours.

実施例 2 光酸化によるl) Cj 3のP OC93への変換5
000 ppmの三塩化リンを含む1〜リクロロシラン
の標準溶液を、ドライアイスコンデンザー及びガス尋人
口を備えた透明なフンス〕に入れた。
Example 2 l) Conversion of Cj3 to POC93 by photooxidation5
A standard solution of 1-lichlorosilane containing 1,000 ppm of phosphorus trichloride was placed in a clear container equipped with a dry ice condenser and gas vent.

乾燥空気を50cTI13/分で導入口から入れ攪拌し
く急速に分散さUだ。ドライアイスコンデン→J−は、
ガス流中の1へりクロロシランを冷却凝縮するのに充分
であった。1−リクロ「」シラン溶液の4ノンプルを定
期的に取り出し、三塩化リンとオキシ塩化リンの相対温
度をクロマトグラフィーぐ測定しlζ。16モル過剰の
酸素(空気中)を系に通した時点では1〜5%のPCf
3LかP OCR3に酸化されていないことが判明した
Dry air was introduced from the inlet at 50cTI13/min and rapidly dispersed with stirring. Dry ice condensate → J- is
This was sufficient to cool and condense one helichlorosilane in the gas stream. A sample of the 1-licrosilane solution was periodically taken out and the relative temperatures of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride were measured by chromatography. 1-5% PCf when 16 molar excess of oxygen (in air) is passed through the system.
It was found that 3L was not oxidized to POCR3.

空気を導入し攪拌分散しながら一リンプルを照則して実
験を続行した。P C93の完全な酸化には2゜4モル
過剰の酸素で充分であることが判明した。
While introducing air and stirring and dispersing it, the experiment was continued by checking one rimple. A 2.4 molar excess of oxygen was found to be sufficient for complete oxidation of PC93.

必要な酸素量が減少したことは、酸素に対する1) (
J 3の化学量論最が2.5であることを意味するので
はなく、モル比が質徂作用によって決定されたことを示
唆するものと思われる。
The decrease in the amount of oxygen required means that 1) (
This does not imply that the stoichiometric maximum of J 3 is 2.5, but rather suggests that the molar ratio was determined by a mass effect.

実施例 3 オキシ塩化リン1.5車量部を含むトリクロロシラン4
50重M部の溶液に4.6重Φ部の四塩化ジルコニウム
を添加した。溶液を一晩攪拌した後、クロア1−グラフ
分析によるとP OC13がトリクロロシラン溶液から
定量的に除去されていた。
Example 3 Trichlorosilane 4 containing 1.5 parts by volume of phosphorous oxychloride
To 50 parts by weight of the solution, 4.6 parts by weight of zirconium tetrachloride was added. After stirring the solution overnight, POC13 was quantitatively removed from the trichlorosilane solution by Croix 1-graph analysis.

オキシ塩化リン1.7重量部を含むトリクロロシラン4
02重量部の溶液に三塩化アルミニウム5.0重量部を
添加した。混合物を11の反応容器に入れ100℃に加
熱した。定111J的にサンプルを取り出しPQ CR
3の濃度を測定した。1旧間後、上部ガスにはP OC
13は検出されなかった。
Trichlorosilane 4 containing 1.7 parts by weight of phosphorus oxychloride
5.0 parts by weight of aluminum trichloride was added to the 02 parts by weight solution. The mixture was placed in 11 reaction vessels and heated to 100°C. Take out the sample regularly and PQ CR
The concentration of No. 3 was measured. After one period, the upper gas is filled with POC.
13 was not detected.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)周期t1!表第V族元素の三価化合物を不純物と
しC含石刀るクロロシラン溶液の精製り法であって、 (△)前記不純物を酸化し−C前記元素の三価化合物ど
し、その後、 (B)蒸留しCr+製クロロシランを回収する工程を含
むりl」1」シランの精製方法。 (2)前記元素が、リン、ヒ素、アンチ七ン及びビスマ
スから成る11¥から選択されたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。 (ご3)前記不純物が、主として、式A I−1m c
p。 く式中、Aはリン、ヒ素、アンチモン及びビスマスから
成るfiYから選択されたものであり、Ill及び1)
は0.1.2又は3であり、lっ、m十n=3Cある)
で小されるものであることを特徴とする特許請求の範囲
第2項に記載の方法。 (4)前記不純物が主として三塩化物ぐあることを特徴
とする特許請求の範囲第3項に記載の方法。 (5)前記酸化工程(A>が、三酸化クロム及び二酸化
マンガンから成る群から選択される醇化剤を前記不純物
に接触させることであることを特徴とする特許請求の範
囲第4項に記載の方法。 ((5)前記酸化工程(A’ )が、紫外線の存在下で
り目ロシラン溶液中に酸素を導入り−ることであること
を特徴とする特許請求の範囲第4項に記載のIj法。 < 7 > I稈(A)の後に、酸化生成物を111化
剤と接触さける追加の工程を含むことを特徴とする特ム
′1請求の範囲第4項に記載の方法。 (8〉前記錯化剤が遷移金属ハロゲン化物であることを
特徴とする特許請求の範囲第7〕J1に記載の方法。 (9)前記遷移金属ハロゲン化物が四塩化ジル」ニウム
及び四塩化ハフニウムから成る群から選択されることを
特徴とする特許請求の範囲第8項に記載の方法。 (10) +iiJ記釦化剤錯化イス酸であることを特
徴とする特許請求の範囲第7項に記載の方法。 〈11)前記ルイス酸が塩化第二鉄及び塩化アルミニウ
ムから成る群から選択されることを特徴とりる’Igj
訝請求の範囲第10項に記載の方法。 (12)リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスから成る
群から選択される元素の1種以上の三塩化物を1〜リク
ロUシランから除去Jる方法であっC1(A)前記三塩
化物を酸化して前記元素の五価状態の化合物を得る工程
と、その後の、 (B ) 精’Hトリクロ1」シランを蒸留によっ−C
取出J]]程と、を含む方法。 (13)前記酸化工程(A>が、三酸化クロム及び二酸
化マンガンから成る群から選択される酸化剤を前記三塩
化物と接触させることからなることを特徴とする特許請
求の範囲第12項に記載の方法。 (14)前記酸化工程(A>が、紫外線の存在下でトリ
ク1」ロシラン中に酸素を導入することからなることを
特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の方法。 (15)工程(A>の後に、酸化生成物を錯化剤と接触
させる追加の工程を含むことを特徴とする特許請求の範
囲第12項に記載の方法。 (16)前記錯化剤が遷移金属ハロゲン化物であること
を特徴とする特許請求の範囲第15項に記載の方法。 (17)前記遷移金属ハロゲン化物が、四塩化ジルコニ
ウム及び四塩化ハフニウムから選択されることを特徴と
する特許請求の範囲第16項に記載の方法。 (18)前記錯化剤がルイス酸であることを特徴とする
特許請求の範囲第15項に記載の方法。 (19)前記ルイス酸が塩化第二鉄及び塩化アルミニウ
ムから選択されることを特徴とする特許請求の範囲第1
8項に記載の方法。 (20)リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスがら成る
群から選択される元素1種以上の三塩化物を1〜リクロ
ロシランから除去り−る方法であって、(A)前記三塩
化物を酸化して五価のオキシ塩化物にりる工程C′あり
、 (i)三酸化クロム及び二酸化マンガンから選択される
酸化剤を前記三塩化物に接触させること、及び、 (ii > M外線の存在下でトリクロロシラン中に酸
素を導入すること、 かう選択される工程、 (B )主として四塩化ジルコニウム、四塩化ノ\フニ
ウム、塩化第二鉄及び塩化アルミニウム7JXら成る(
iYから選択される錯化剤を添加する工程、並びにその
後の、 (C)蒸留により精製トリクロロシランを取出す工程、
からなる方法。
[Claims] (1) Period t1! A method for purifying a chlorosilane solution containing C as an impurity with a trivalent compound of a group V element in the table, comprising: (△) oxidizing the impurity and converting the impurity into a trivalent compound of the element; A method for purifying silane, comprising the step of distilling and recovering Cr+ chlorosilane. (2) The method according to claim 1, wherein the element is selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antiseptane, and bismuth. (3) The impurity is mainly of the formula A I-1m c
p. where A is selected from fiY consisting of phosphorus, arsenic, antimony and bismuth, Ill and 1)
is 0.1.2 or 3, and l, m + n = 3C)
The method according to claim 2, characterized in that the method is reduced by: (4) The method according to claim 3, characterized in that the impurity is mainly trichloride. (5) The oxidation step (A>) is characterized in that the impurity is brought into contact with a softening agent selected from the group consisting of chromium trioxide and manganese dioxide. (5) The oxidation step (A') is characterized in that the oxidation step (A') is a step of introducing oxygen into the rosilane solution in the presence of ultraviolet light. Ij method. <7> The method according to claim 4, characterized in that after the I culm (A), it includes an additional step of avoiding contact of the oxidation product with a 111-oxidizing agent. ( 8> The method according to claim 7] J1, wherein the complexing agent is a transition metal halide. (9) The transition metal halide is selected from zyl'nium tetrachloride and hafnium tetrachloride. The method according to claim 8, characterized in that the method is selected from the group consisting of: (10) +iiJ. The method according to <11) 'Igj, wherein the Lewis acid is selected from the group consisting of ferric chloride and aluminum chloride.
The method according to claim 10. (12) A method for removing one or more trichlorides of an element selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth from 1 to 2 silane, wherein C1(A) oxidizes the trichloride. (B) obtaining a compound of the element in a pentavalent state by distilling the purified 'H trichlor 1' silane into -C
A method comprising: (13) Claim 12, characterized in that said oxidizing step (A>) consists of contacting said trichloride with an oxidizing agent selected from the group consisting of chromium trioxide and manganese dioxide. 14. A method according to claim 12, characterized in that the oxidation step (A>) consists of introducing oxygen into the Tric-1''rosilane in the presence of ultraviolet light. (15) The method according to claim 12, characterized in that after step (A>) the method comprises an additional step of contacting the oxidation product with a complexing agent. (16) The complexing agent is The method according to claim 15, characterized in that the transition metal halide is selected from zirconium tetrachloride and hafnium tetrachloride. The method according to claim 16. (18) The method according to claim 15, characterized in that the complexing agent is a Lewis acid. (19) The method according to claim 15, wherein the Lewis acid is chloride chloride. Claim 1, characterized in that it is selected from iron and aluminum chloride.
The method described in Section 8. (20) A method for removing trichloride of one or more elements selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth from 1 to 1-lichlorosilane, the method comprising: (A) oxidizing the trichloride; (i) contacting said trichloride with an oxidizing agent selected from chromium trioxide and manganese dioxide; and (ii) in the presence of a >M external line. Introducing oxygen into trichlorosilane in such a selected step, (B) consisting primarily of zirconium tetrachloride, nophnium tetrachloride, ferric chloride and aluminum chloride 7JX (
a step of adding a complexing agent selected from iY, and a subsequent step of (C) removing purified trichlorosilane by distillation;
A method consisting of
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