JPS63210011A - Production of silane - Google Patents

Production of silane

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JPS63210011A
JPS63210011A JP4369987A JP4369987A JPS63210011A JP S63210011 A JPS63210011 A JP S63210011A JP 4369987 A JP4369987 A JP 4369987A JP 4369987 A JP4369987 A JP 4369987A JP S63210011 A JPS63210011 A JP S63210011A
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reaction
silane
trialkoxysilane
oxide
catalyst
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Shinichi Inaba
伸一 稲葉
Hideki Nagahama
長浜 英樹
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Chisso Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain silane stably in high yield and with high controllability of reaction, by carrying out disproportionation reaction of a specified trialkoxy silane in gaseous phase using an oxide of a metal of the group IV of the periodic table as catalyst. CONSTITUTION:Aimed silane is obtd. by carrying out a disproportional reaction of alkoxysilane (e.g. trimethoxysilane) expressed by the formula (wherein R<1>, R<2>, R<3> are 1-3C alkyl) in gaseous phase at 100-500 deg.C using an oxide of a metal of the group IV of the periodic table as catalyst. Specific examples for the oxide of the metal of the group IV of the periodic table are pref. TiO2, Co3O4, MnO2, etc. By this constitution, the control of the disproportionation reaction of trialkoxysilane is facilitated. Particularly, the reaction can be stopped immediately at emergency by interrupting the feed of trialkoxysilane to a reaction tube.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシランの製造方法に関するものであり、更に詳
しくはトリアルコキシシランを不均化さけてシランを!
1造する改良方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing silane, and more particularly, it relates to a method for producing silane without disproportionation of trialkoxysilane!
This article relates to an improved method for making one.

(従来の技術) シランは太WAii池や電子複写機感光ドラム用のアモ
ルファスシリコン、半導体用多結晶シリコン、及びエピ
タキシャルシリコンの1ビタ1−シャル膜成長などの原
料として有用な物質である。
(Prior Art) Silane is a substance useful as a raw material for 1-bit single film growth of amorphous silicon for photosensitive drums and electronic copying machines, polycrystalline silicon for semiconductors, and epitaxial silicon.

シランの工業的製法としては、従来、■液体アンモニア
中で珪化マグネシウムと塩化アンモニウムとを反応さけ
る方法(例えば、特公昭38−19951号公報)、■
水素化リチウム等の金属水素化物によりクロロシランを
還元する方法(例えば、特公昭39−3660号公報、
特公昭59−1211号公報)、■り0ロシランをα−
オキソアミン基を含む化合物などの触媒の存在下で不均
化する方法(例えば特開昭59−54617号公報)、
或は■トリアルコキシシランをナトリウムエトキシドや
マグネシウムアセチルアセトネート、塩化リチウム、ヘ
キサメヂル燐酸トリアミド等の触媒の存在下液相で不均
化する方法(例えば、特公昭51−20440号公報、
特公昭60−4195号公報)等が知られている。
Conventional industrial methods for producing silane include: (1) a method of avoiding the reaction of magnesium silicide and ammonium chloride in liquid ammonia (for example, Japanese Patent Publication No. 38-19951), (2)
A method of reducing chlorosilane with a metal hydride such as lithium hydride (for example, Japanese Patent Publication No. 39-3660,
(Special Publication No. 59-1211),
A method of disproportionation in the presence of a catalyst such as a compound containing an oxoamine group (for example, JP-A-59-54617),
or (2) a method of disproportionating trialkoxysilane in a liquid phase in the presence of a catalyst such as sodium ethoxide, magnesium acetylacetonate, lithium chloride, or hexamethylphosphoric triamide (for example, Japanese Patent Publication No. 51-20440,
Japanese Patent Publication No. 60-4195) and the like are known.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

これらの従来の製造法の内、第1の方法では珪化マグネ
シウムのような特殊な化合物を用いねばならないことの
他、液体アンモニアを使用するため高圧低湿を維持する
ための設備が必要であり、段線投資に多額の費用を要す
るという欠点がある。
Among these conventional manufacturing methods, the first method requires the use of special compounds such as magnesium silicide, and requires equipment to maintain high pressure and low humidity because it uses liquid ammonia. The disadvantage is that line investment requires a large amount of money.

又、アンモニアを含んだマグネシウム塩の泥状残漬の処
理という問題もある。
There is also the problem of disposing of the muddy residue of magnesium salt containing ammonia.

第2の方法では金属水系化物のような取扱に慎重を要す
る危険な化合物を使用しなければならず、また塩素、塩
化リチウムなど多aの副生成物が発生するため、これを
廃棄物として系外に出さないためには回収再利用の為の
複雑なリサイクルシステムの開発が必要であり、なおま
た第3の方法とも共通の問題点としてクロロシランを出
発BIFIとするため装置のFA食に対する対策を要す
るという欠点がある。
The second method requires the use of dangerous compounds that must be handled carefully, such as aqueous metal compounds, and also generates numerous byproducts such as chlorine and lithium chloride, which can be disposed of as waste. In order to prevent it from going outside, it is necessary to develop a complicated recycling system for collection and reuse.Also, a common problem with the third method is that measures must be taken to prevent FA from eating the equipment since chlorosilane is used as the starting BIFI. There is a drawback that it requires

第4の方法は、トリアルコキシシランがトリク0ロシラ
ンに比較して不均化され易く、適当な触媒の存在下では
室温でも反応が進行し、シランなどの不均化生成物が得
られることを利用して、液相反応により穏和な加熱条件
下で不均化させる方法である。しかしながら、この方法
は理想的な製造法のように見えるが、実はそうではない
。何故ならば、シランのような危険な化合物を工業的規
模で製造する場合に必須である反応制御の容易さの点で
問題点を有しているからである。即ち、液相反応により
トリアルフキジシランを不均化する方法に於ては、反応
を途中で速やかに停止させたい場合に、反応器の加熱を
停止し室温まで冷却したとしても、反応液体系に触媒が
溶解ないし懸濁し又は固体として常に接触状態となって
おり、反応が急速にDつ完全に停止することはないので
あり、緊急停止ができないという重大な欠点を有してい
るのである。
The fourth method is based on the fact that trialkoxysilanes are more easily disproportioned than trichlorosilanes, and that the reaction proceeds even at room temperature in the presence of an appropriate catalyst, yielding disproportionated products such as silanes. This is a method in which disproportionation is carried out under mild heating conditions through a liquid phase reaction. However, although this method appears to be an ideal manufacturing method, it is actually not. This is because there are problems in terms of ease of reaction control, which is essential when producing dangerous compounds such as silane on an industrial scale. In other words, in the method of disproportionating trialfukidisilane by liquid phase reaction, if you want to stop the reaction quickly midway through, even if you stop heating the reactor and cool it to room temperature, the reaction liquid system Since the catalyst is always in contact with the catalyst as a dissolved, suspended or solid state, the reaction does not come to a complete stop quickly and has a serious drawback in that it cannot be stopped in an emergency manner.

本発明は、これらの問題点を解決し、トリアルコキシシ
ランの不均化反応の制御を容易なものとし、シランを選
択的にしかも収率良く製造する方法を提供することを目
的とする。
It is an object of the present invention to solve these problems, to facilitate the control of the disproportionation reaction of trialkoxysilane, and to provide a method for selectively producing silane with good yield.

〔問題点を解決づるための手段〕[Means for solving problems]

本発明名等はアルコ4ニジシランの不均化反応について
詳細に研究を行った結果、アルコキシシランを気体とし
て固定触媒に送通することにより、反応の1111 l
itを容易にし11すること、又固定触媒に適した触媒
効果の大きい触媒として周期表の第4周期に属する金属
の酸化物が良好であることを見出して本発明を完成した
As a result of detailed research on the disproportionation reaction of alkoxysilanes, the present invention is based on the results of detailed research on the disproportionation reaction of alkoxysilanes.
The present invention was completed by discovering that oxides of metals belonging to the fourth period of the periodic table are suitable for use as fixed catalysts and have a high catalytic effect.

本発明は一般式[AJ  OR2 [AI:      R10−8i  −ト1R3 ((nu、R、R及びR3は炭素数1〜3のアルギル基
である。以下同じ。) で表されるトリアルコキシシランを気相系で、元素の周
JjJ表の第4周期に属する金属の酸化物を触媒として
、不均化反応させることを特徴とするシランの製造法で
ある。
The present invention provides a trialkoxysilane represented by the general formula [AJOR2[AI: This method of producing silane is characterized by carrying out a disproportionation reaction in a gas phase system using an oxide of a metal belonging to the fourth period of the JjJ table of elements as a catalyst.

本発明に於て用いる原料のトリアルコキシシランは、一
般式[AIで示される如く、同一のアルコキシ基を有す
るものであっても、2種ニス土のアルコキシ基を有する
混合l・リアルコキシシランであっても良く、例えばト
リメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキ
シシラン、[・リイソプロボキシシラン、エトキシジメ
トキシシラン、ジェトキシメトキシシラン、ジメトギシ
プ口ボキジシラン、ジェトキシイソプロポキシシランな
どを挙げることができる。
The trialkoxysilane as a raw material used in the present invention has the general formula [AI], even if it has the same alkoxy group, it is a mixed l-realkoxysilane having two kinds of varnished earth alkoxy groups. Examples include trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, [-liisoproboxysilane, ethoxydimethoxysilane, jetoxymethoxysilane, dimethoxysilane, jetoxyisopropoxysilane, etc. .

本発明に於て用いる触媒は、元素の周期表の第4周期に
屈する金属の酸化物である。該金属酸化物としては、例
えば酸化チタン類、酸化バナジウム類、酸化クロム類、
酸化マンガン類、酸化鉄類、酸化コバルト類、酸化ニッ
ケル類、酸化銅類、酸化亜鉛などを挙げることができ、
これらのうち二酸化チタン、四三酸化コバルト、及び酸
化マンガンが14に好ましい。又これらの触媒は単独で
用いるだけでなく2種以上を混合して用いてもよいし、
通常触媒担体として用いられるアルミナやシリカなどの
無機化合物或は珪藻土等の天然の無機物質やガラス製も
しくは磁製のラシヒリングに付着させるかもしくは混合
した形で用いてもよい。
The catalyst used in the present invention is an oxide of a metal belonging to period 4 of the periodic table of elements. Examples of the metal oxides include titanium oxides, vanadium oxides, chromium oxides,
Examples include manganese oxides, iron oxides, cobalt oxides, nickel oxides, copper oxides, zinc oxide, etc.
Among these, titanium dioxide, tricobalt tetroxide, and manganese oxide are preferred as 14. In addition, these catalysts may be used not only alone, but also in combination of two or more,
It may be used in the form of an inorganic compound such as alumina or silica, or a natural inorganic substance such as diatomaceous earth, or a glass or porcelain Raschig ring, or in a mixed form.

本発明の反応は気相系で行うものであり、触媒を充填し
た反応管を加熱し、該反応管にトリアルコキシシランの
蒸気を送入して不均化反応を行う。
The reaction of the present invention is carried out in a gas phase system, in which a reaction tube filled with a catalyst is heated and trialkoxysilane vapor is introduced into the reaction tube to carry out the disproportionation reaction.

トリアルコニ1ジシランは、気化して、ヘリウム、アル
ゴン、窒素、水素などの気体で希釈し、或は希釈せずに
そのまま反応管にフィードするが、予め予熱器で加熱し
ておくと反応温度を一定に保つのが容易になる。
Trialconi-1 disilane is vaporized and diluted with a gas such as helium, argon, nitrogen, hydrogen, etc., or fed directly into the reaction tube without dilution, but the reaction temperature can be kept constant by heating it in advance with a preheater. Easy to keep.

反応温度は100〜500℃がよく、150〜350℃
の範囲がより好ましい。温度100℃未満ではトリアル
コキシシランの転化率が低くな、り過ぎるし、500℃
を越えると生成したシランが分解し易くなる。
The reaction temperature is preferably 100-500℃, 150-350℃
The range is more preferable. If the temperature is lower than 100℃, the conversion rate of trialkoxysilane will be too low, and if the temperature is lower than 500℃, the conversion rate of trialkoxysilane will be too low.
If the amount exceeds 100%, the generated silane will be easily decomposed.

反応式は R20R2 R3oR3 (但し、RはR、R2、もしくはR3の何れかである炭
素数1〜3のアルキルLtである)である。
The reaction formula is R20R2 R3oR3 (wherein R is an alkyl Lt having 1 to 3 carbon atoms, which is R, R2, or R3).

〔作 用〕[For production]

本発明では周期表の第4周期に属する金属の酸化物を触
媒として選定したので、トリアルコキシシランを気体で
固定触媒層に送通する不均化反応遂行を可能にし、これ
によってトリアルコキシシランの送入量を制御すること
により、反応を容易に制御し得る。即ち極端な場合、送
入を停止することにより、反応を緊急停止させることが
可能となった。触媒の効果の大きいことと相まって、ジ
アルコー1゛ジシラン、モノアルコキシシランを生成し
ないという良好な選択性があるので、生成物の精製を容
易にしている。
In the present invention, since an oxide of a metal belonging to the fourth period of the periodic table is selected as a catalyst, it is possible to carry out a disproportionation reaction in which trialkoxysilane is passed through the fixed catalyst layer as a gas, thereby making it possible to carry out the disproportionation reaction of trialkoxysilane as a gas. By controlling the amount of feed, the reaction can be easily controlled. That is, in extreme cases, it has become possible to emergency stop the reaction by stopping the supply. Combined with the high effectiveness of the catalyst, there is good selectivity in that no dialkoxysilane or monoalkoxysilane is produced, which facilitates the purification of the product.

〔実施例〕〔Example〕

実施例によって、本発明を更に具体的に説明するが、本
発明は以下の実施例に限定されるものではない。
The present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

実施例1 四三酸化コバルト0.5gをガラス製反応管に充填し、
電気炉で250℃に加熱した。気化さ眩たトリメトキシ
シラン(流ff12.4d/gin )とヘリウム(流
岱20+li!/l1lin)との混合物を予熱器で2
50℃に加熱した後反応管に供給して不均化反応を行な
い、反応管から出てぎた気体の反応混合物を30分毎に
ガスクロマトグラフィーで分析した。未反応のトリメト
キシシラン、シラン、テトラメトキシシランの組成比は
反応中はぼ一定の値を示した。ジメトキシシランとモノ
メトキシシランは反応中に検出することができなかった
Example 1 0.5 g of tricobalt tetroxide was filled into a glass reaction tube,
It was heated to 250°C in an electric furnace. A mixture of vaporized trimethoxysilane (flow rate ff 12.4 d/gin) and helium (flow rate ff 12.4 d/gin) and helium (flow ff 20 + li!/l lin) was heated in a preheater for 2
After heating to 50° C., the mixture was supplied to a reaction tube to carry out a disproportionation reaction, and the gaseous reaction mixture coming out of the reaction tube was analyzed by gas chromatography every 30 minutes. The composition ratio of unreacted trimethoxysilane, silane, and tetramethoxysilane remained almost constant during the reaction. Dimethoxysilane and monomethoxysilane could not be detected during the reaction.

反応を開始してから3時間後の分析結果は、トリメトキ
シシランの転化率=58%、供給したトリメトキシシラ
ンに対するシランの収率:58%(転化トリメトキシシ
ランに対するシランの収率:100%)、供給したトリ
メトキシシランに対するテトラメトキシシランの収率:
58%(転化トリメトキシシランに対するテトラメトキ
シシランの収率:100%)であり、Afll生物は検
出できなかった。
The analysis results 3 hours after starting the reaction showed that the conversion rate of trimethoxysilane = 58%, the yield of silane with respect to the supplied trimethoxysilane: 58% (the yield of silane with respect to the converted trimethoxysilane: 100%) ), yield of tetramethoxysilane based on supplied trimethoxysilane:
58% (yield of tetramethoxysilane relative to converted trimethoxysilane: 100%) and no Afll organisms could be detected.

実施例2〜9 実施例1と同一の気相反応装置を用いほぼ同じ反応条件
下で、触媒の種類を替えて不均化反応を行わせ、シラン
を製造した。結果を第1表に示す。
Examples 2 to 9 Silane was produced by carrying out a disproportionation reaction using the same gas phase reactor as in Example 1 under substantially the same reaction conditions, but with different types of catalysts. The results are shown in Table 1.

この場合も、トリアルコキシシランの転化率が低い場合
であっても、ジアルコキシシラン、モノアルコキシシラ
ンの生成は認められなかった。
In this case as well, even when the conversion rate of trialkoxysilane was low, no formation of dialkoxysilane or monoalkoxysilane was observed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によって、トリアルコキシシランの不均化反応の
制御が容易になり、特に緊急時にはトリアルコキシシラ
ンの反応管への送入を停止することによって、直ちに反
応を停止さUることができる。又触媒の選択性が良く、
シランとアトラアルコーヤシシランとを選択的に%mす
ることができ、不均化反応の中間生成物であるジアルコ
キシシラン及びモノアルコキシシランは生成しないので
、生成物の単ll1lt精II操作が簡単になり、従っ
て収率し良好である。
According to the present invention, the disproportionation reaction of trialkoxysilane can be easily controlled, and in particular, in an emergency, the reaction can be stopped immediately by stopping the supply of trialkoxysilane to the reaction tube. In addition, the selectivity of the catalyst is good,
Since silane and atraalcohol silane can be selectively separated and dialkoxysilane and monoalkoxysilane, which are intermediate products of the disproportionation reaction, are not produced, single lll lt purification of the product is easy. Therefore, the yield is good.

危険な化合物であるシランを安全なll制御の下に、テ
トラアルコキシシフン以外の副生物を生成せずに反応を
行わセ得るので実用的効果の大きい発明である。
This invention has great practical effects because the reaction of silane, which is a dangerous compound, can be carried out under safe control without producing any by-products other than tetraalkoxysilane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一般式[A] [A]:▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、R^1、R^2及びR^3は炭素数1〜3のア
ルキル基である) で表されるトリアルコキシシランを気相系で、元素の周
期表の第4周期に属する金属の酸化物を触媒として、不
均化反応させることを特徴とするシランの製造法。 2、周期表の第4周期に属する金属の酸化物が二酸化チ
タン、四三酸化コバルトもしくは酸化マンガンであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のシランの
製造法。 3、気相不均化反応を温度100〜500℃において行
う特許請求の範囲第1項または第2項に記載のシランの
製造法。 4、気相不均化反応を温度150〜350℃において行
う特許請求の範囲第1項または第2項に記載のシランの
製造法。 5、トリアルコキシシランがトリメトキシシランである
特許請求の範囲第1項乃至第4項の何れかに記載のシラ
ンの製造法。
[Claims] 1. General formula [A] [A]: ▲ Numerical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (However, R^1, R^2 and R^3 are alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. A method for producing silane, which comprises subjecting a trialkoxysilane represented by 2. The method for producing silane according to claim 1, wherein the oxide of a metal belonging to the fourth period of the periodic table is titanium dioxide, tricobalt tetroxide, or manganese oxide. 3. The method for producing silane according to claim 1 or 2, wherein the gas phase disproportionation reaction is carried out at a temperature of 100 to 500°C. 4. The method for producing silane according to claim 1 or 2, wherein the gas phase disproportionation reaction is carried out at a temperature of 150 to 350°C. 5. The method for producing silane according to any one of claims 1 to 4, wherein the trialkoxysilane is trimethoxysilane.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011065359A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 昭和電工株式会社 Method for producing monosilane and tetraalkoxysilane

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US9233987B2 (en) 2009-11-25 2016-01-12 Showa Denko K.K. Method for producing monosilane and tetraalkoxysilane

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