KR20120106290A

KR20120106290A - 삼염화실란의 정제 방법

Info

Publication number: KR20120106290A
Application number: KR1020110024316A
Authority: KR
Inventors: 김홍겸; 박수환; 고태호; 전문규; 오원석
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-09-26

Abstract

본 발명은 삼염화실란(TCS, SiHCl₃)의 정제 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카겔 베드가 도입된 증류법을 이용하여 액상의 조(crude)-삼염화실란을 처리함으로써 조-삼염화실란 내에 함유된 붕소 (B, Boron) 및 인 (P, Phosphorous)을 선택적으로 제거하여 반도체용 폴리실리콘(polysilicon) 제조에 필요한 고순도로 삼염화클로로실란을 정제할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

삼염화실란의 정제 방법{METHOD FOR PURIFICATION OF TRICHLOROSILANE}

고순도의 삼염화실란은 태양광 산업 및 반도체 산업에 사용되는 폴리실리콘의 제조 원료나 반도체 산업의 에픽텍셜 공정에 사용된다. 삼염화실란을 이용한 태양전지용 및 반도체용 폴리실리콘의 제조에는 삼염화실란 가스를 수소가스와 함께 반응시켜 환원시키거나 열분해로 실리콘을 석출시키는 방법이 주로 사용된다.

반도체 산업의 엄격한 불순물 제한 때문에 출발물질인 폴리실리콘은 가장 높은 순도를 가져야 한다. 이러한 불순물 중 붕소는 제거하기 아주 까다로운 원소로서, 최초 제조된 금속성 실리콘(Metallurgical Grade Silicon)에 약 수 ~ 수십 ppm(parts-per-million, 백만분의 일)이 통상 함유된다. 이러한 금속성 실리콘으로부터 삼염화실란을 제조하는 경우에는 일반적으로 증류장치를 이용하여 최종 삼염화실란으로부터 붕소를 제거한다. 또한 폴리실리콘은 반도체의 원료로서 사용되기 위해 단결정화 단계를 거치게 되는데, 이 단계에서 폴리실리콘 내에 함유된 메탈불순물이 제거된다. 그러나, 붕소는 높은 분배계수(Distribution Coefficient: 0.8)로 인해 제거되지 않고 단결정실리콘 내에 분포하게 된다.

더 나은 반도체용 폴리실리콘 제조를 위해 클로로실란(Chlorosilane)을 고순도화하려는 많은 시도, 예를 들어, 반복적인 증류 방법, 수분 처리 (Water Treatment), 그리고 여러 가지 흡착제에 의한 정제 방법 등이 있었다.

미국특허 4713230호에서는 기상의 클로로실란이 실리카 베드(Silica Bed)를 통과하며 정제되는데, 여기서 베드의 온도는 클로로실란의 끓는점보다 3℃ 높게 유지되고, 실리카는 0.25 wt% 이상의 -OH기 (Hydroxyl)를 포함하며, 0 ~ 10 wt%의 수분을 포함한다. 그러나 상기 공정은 기상의 클로로실란을 실리카 베드에 적용하는 것으로서 실리카겔과 클로로실란간의 접촉시간이 작아 액상에 비해 효율이 떨어진다. 또한, 실리카 내부 수분을 0 ~ 10 wt%로 유지함으로써 수분과 클로로실란과의 반응으로 실리카가 형성되며, 이로 인해 클로로실란의 손실 및 형성된 실리카에 의한 배관 막힘 현상이 발생하여 유지 관리에 불리하다. 또한 클로로실란을 기화해야 하므로 추가적인 에너지가 필요하다.

미국특허 4112057호에서는 붕소 함유 클로로실란을 수화된 금속 산화물 (Hydrated Metal Oxide) 또는 수화된 실리케이트 (Hydrated Silicate)에 액상으로 통과시킨 후, 클로로실란 끓는점 보다 3~15℃ 높은 온도에서 상압하에 증류하여 붕소를 제거한다. 여기에서 수화된 금속 산화물 또는 실리케이트에는 주기적으로 수분을 추가하여 3~8 wt%의 수분 함량을 유지한다. 그러나 상기 공정 역시 미국특허 4713230호와 마찬가지로 수분에 의한 실리카 형성으로 인해 클로로실란의 손실 및 배관 막힘의 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 반도체용 폴리실리콘 제조에 필요한 고순도로 삼염화클로로실란을 정제함에 있어서 붕소 및 인을 선택적으로 제거하여 삼염화클로로실란내의 잔류량을 최소화하면서도 추가공정에 대한 에너지 사용이 없어 경제적인 장점이 있고, 수분에 의한 삼염화실란의 손실 및 배관 막힘에 대한 가능성도 차단하여 기존 증류법에 의한 한계를 극복한 삼염화실란의 정제 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 조(crude)-삼염화실란을 적어도 두개의 증류컬럼에 순차적으로 통과시켜 정제함에 있어서, 상기 증류컬럼들 사이에 수분 제거 전처리된 실리카겔을 포함하는 베드를 적어도 하나 설치하고, 상기 실리카겔 베드를 삼염화보론이 액상인 조건으로 유지하면서 상기 실리카겔 베드에 액상 삼염화실란 스트림을 통과시키는 것을 특징으로 하는, 삼염화실란의 정제방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 배관 막힘 등의 문제 없이 경제적이고 효율적으로 반도체용 폴리실리콘 제조에 필요한 고순도의 삼염화클로로실란을 얻을 수 있다.

도 1은 폴리실리콘 제조공정 중에 본 발명에 따라 삼염화실란으로부터 붕소 및 인을 제거하는 증류 공정 및 흡착 공정의 일 구체예에 대한 개략도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 반도체급 폴리실리콘 생산에 적합한 삼염화실란 제조를 위해 붕소 및 인을 최소화하는 공정과 관련된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소위 “직접법(Direct Synthesis)”이라 불리우는, 염화수소 가스와 금속실리콘(Metallurgical Grade Silicon)과의 반응 및 추가적으로 사염화규소와 수소 및 금속실리콘의 반응에 의해 제조되는 삼염화실란의 정제방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 기술과 달리 증류법과 흡착법을 동시에 사용하는 한편 흡착 조건을 삼염화보론이 액상인 조건으로 하여 정제효율을 개선하고, 증류 컬럼을 빠져나온 삼염화실란 스트림을 증류 온도를 유지하며 실리카겔 베드에 통과시킴으로써 에너지를 절감하며, 실리카겔의 재사용을 가능하게 하여 원료비를 최소화할 수 있다. 상기 이점은 이하의 구체예를 통해 상세히 기술될 것이다.

본 발명의 삼염화실란 정제방법에서는 적어도 두개의 증류컬럼이 사용되며, 바람직하게는 2~10 개의 증류컬럼이 사용될 수 있다. 각 증류컬럼의 운전압력은 독립적으로 바람직하게는 1~5 kg/cm²이며, 운전온도는 독립적으로 바람직하게는 50~150℃ 범위 내에서 압력에 따라 변하게 된다. 더욱 바람직하게는, 증류탑의 운전압력이 2~3 kg/cm²이고, 운전온도는 70~100℃이다. 증류컬럼의 운전압력이 1 kg/cm²에 못 미치면 삼염화실란 유체를 증류컬럼 밖으로 배출시키는 데에 문제가 있을 수 있고, 5 kg/cm²을 초과하면 삼염화실란을 기상으로 가열하기 위해 높은 온도가 필요하게 되는 문제가 있을 수 있다. 또한 증류컬럼의 운전온도가 50℃ 보다 낮으면 삼염화실란을 기상으로 변화시키기 어려운 문제가 있을 수 있고, 150℃ 보다 높으면 삼염화실란 기상변화에 너무 과량의 에너지를 사용하게 되어 제조 원가가 높아지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 삼염화실란 정제방법에 있어서, 상기 증류컬럼들 사이에는 수분 제거 전처리된 실리카겔을 포함하는 베드가 적어도 하나 설치된다. 실리카겔 베드의 위치는 증류컬럼들 사이의 어디라도 가능하며, 최대한 증류 공정의 후단 쪽에 설치되는 것이 실리카겔 베드의 장기운전 및 유지보수를 위해 바람직하다, 다만, 실리카겔 및 베드 재질에 오염이 있을 수 있으므로 마지막 증류컬럼의 후단은 피하는 것이 좋다.

본 발명의 삼염화실란 정제방법에 사용되는 실리카겔 베드의 개수 및 활용방식에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 1~5개의 실리카겔 베드를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 또한 삼염화실란의 실리카겔 베드 내 체류시간에도 특별한 제한은 없으나, 운전효율 등을 고려하였을 때 0.5~3시간인 것이 바람직하다.

상기 실리카겔 베드 내에 포함되는 실리카겔의 SiOH 함량은, Analysis of Silicones, A, L, Smith(Ed), John Wiley and Sons (1974) New York, Page 139 142에 기입된 바와 같이 리튬 알루미늄 디-n-부틸아미드(Lithium Aluminum di-n-butylamide)로 적정하여 확인할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 실리카겔의 바람직한 SiOH 함량은 0.2~1.5 중량%이며, 보다 바람직하게는 0.4~1 중량%이다. 실리카겔의 SiOH 함량이 0.2 중량% 미만이면 삼염화보론 제거 효율이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 1.5 중량%를 초과하면 실리카겔 내에 과량의 물이 함유될 수 있는 문제가 있을 수 있다.

또한, 실리카겔의 입자 크기는 일반적으로 100~3,000 ㎛, 바람직하게는 300~2,400 ㎛의 범위 내에서 다양한 분포를 가질 수 있다. 실리카겔의 입자 크기가 너무 작으면 실리카겔 베드 내에 차압을 형성시킬 수 있고, 반대로 너무 크면 흡착을 위한 표면의 감소로 인해 흡착 효율이 감소하는 문제가 있을 수 있다.

실리카겔 내의 수분 함량은 일반적으로 1~10 중량%로 다양하지만, 이러한 수분은 삼염화보론과 선택적으로 반응하는 것보다는 과량의 삼염화실란과 반응하여 실리카(Silica)를 형성하고, 이러한 실리카의 형성은 삼염화실란의 손실을 의미하는바 이로 인해 정제효율이 낮아질 뿐만 아니라 실리카겔 베드 내에 차압이 형성되어 운전 안정성을 떨어뜨릴 수 있고 심할 경우 배관을 막을 수 있어 장기운전 및 유지 관리에 불리하다. 따라서, 이러한 문제점을 제거하고자, 본 발명의 삼염화실란 정제방법에서는 수분 제거 전처리된 실리카겔이 사용된다. 수분 제거 전처리 방법에는 특별한 제한이 없다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 실리카겔 베드에 실리카겔을 채운 후 뜨거운 질소(N₂), 헬륨, 아르곤 등의 비활성 기체 및 수소를 이용하여 베드온도를 80~150℃, 바람직하게는 100~140℃, 가장 바람직하게는 120℃로, 5~48시간, 바람직하게는 10~20시간, 가장 바람직하게는 18시간 동안 유지하여 내부 수분을 모두 제거한다. (Chromatographia Vol. 24. 1987. Page 324 - 328) 수분 제거 전처리 시간이 상기한 수준 보다 지나치게 길거나 전처리 온도가 상기한 수준 보다 지나치게 높으면 SiOH가 서로 축합되어 실리카겔 내의 SiOH 함량이 줄어들어 흡착 효율이 떨어질 수 있다.

상기한 바와 같이 하여 수분 제거 전처리된 실리카겔 내의 수분 함량은, 바람직하게는 1 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 미만이며, 가장 바람직하게는 0 중량%이다.

본 발명의 삼염화실란 정제방법에서는, 상기 실리카겔 베드를 삼염화보론이 액상인 조건으로 유지하면서 상기 실리카겔 베드에 액상 삼염화실란 스트림을 통과시킨다. 삼염화보론이 액상인 조건은 실리카겔 베드에 적용되는 운전압력 및 온도에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면 1~7 kg/cm²의 운전압력 범위 및 20~80℃의 운전 온도 범위 내에서 삼염화보론이 액상인 압력 및 온도 조건을 선택할 수 있다. 보다 바람직한 운전압력 범위는 3~5 kg/cm², 보다 더 바람직하게는 4~5 kg/cm²이며, 보다 바람직한 운전온도 범위는 20~60℃, 보다 더 바람직하게는 20~40℃이다. 이러한 운전조건에서는 실리카겔 베드 내의 삼염화실란은 액상이며, 제거되는 물질인 삼염화보론도 액상으로 존재하게 된다. 실리카겔 베드의 운전 조건이 삼염화보론을 액상으로 할 수 없게 되면, 즉 실리카겔 베드 내에서 삼염화보론이 기상으로 존재하게 되면, 삼염화실란 내의 불순물인 BCl₃ 및 PCl₃의 실리카겔에 의한 흡착효율이 떨어지고, 결과적으로 삼염화실란 정제 효율이 낮아진다.

사용된 실리카겔에 대해서는, 뜨거운 질소(N₂), 헬륨, 아르곤 등의 비활성 기체 및 수소를 이용하여 베드온도를 80~200℃, 바람직하게는 100~150℃로, 5~48시간, 바람직하게는 10~20시간 동안 처리함으로써, 흡착된 붕소 함량을 낮춘 뒤 재사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 실리카겔 베드는 붕소 제거 처리된 재활용 실리카겔을 또한 포함할 수 있다.

실리카겔에 의한 삼염화실란 스트림 내의 BCl₃ 및 PCl₃의 제거에 대한 메커니즘은 알려진 바가 없으나, 일반적으로 물에 포함된 BCl₃의 제거에는 실리카겔의 SiOH기가 관련되는 것으로 알려져 있다(J. Phys . Chem ., 1971, 75 (21), 3249-3257). 하지만 일반적인 실리카겔의 흡착 메카니즘은 다양하다. 상기 문헌에서와 같이 SiOH기와의 결합에 의한 화학흡착이 있을 수 있고, 분자간 정전기적인 인력에 의한 물리적 결합 및 실리카겔 공극(pore) 내에 분자물질이 갇히는 물리적 흡착이 있을 수 있다. 본 발명의 정제 공정을 직접 실시하여 얻어진 결과에 따르면, 화학적 결합뿐 아니라 물리적 결합 및 공극에 의한 물리적 흡착이 함께 있는 것으로 여겨지며, 이러한 물리적 결합 및 공극에 의한 물리적 흡착을 활용하기 위해서는 삼염화보론이 액상인 것이 유리하다. 따라서 본 발명에서는 삼염화보론이 액상인 조건을 실리카겔 베드의 운전 조건으로 채택한 것이다.

도면을 참고하여 본 발명의 일 구체예에 대해 설명한다.

도 1은 폴리실리콘 제조공정 중에 본 발명에 따라 삼염화실란으로부터 붕소 및 인을 제거하는 증류 공정 및 흡착 공정의 일 구체예에 대한 개략도이며, 도 1의 정제공정에서 증류컬럼의 수는 4개이고, 실리카겔 베드의 수는 1개이며, 그 위치는 두번째 증류컬럼(C2)과 세번째 증류컬럼(C3) 사이로 하였으나, 이에 제한되는 것은 결코 아니다. 앞서도 설명하였듯이, 증류컬럼은 10개까지 사용가능하고, 실리카겔 베드는 예컨대 5개까지 사용할 수 있으며, 또한 가장 마지막 증류컬럼의 후단을 제외한 증류컬럼들 사이의 어느 곳에라도 위치할 수 있다. 예컨대 도 1에 있어서, 복수의 실리카겔 베드가 C1과 C2 사이, C2와 C3 사이, C3와 C4 사이에 위치할 수 있다.

실리카겔의 가동 용량이 한정되어 있으므로, 1차적으로 붕소를 증류컬럼에서 제거한 후 결과 스트림을 실리카겔 베드에 적용하는 것이 장기 연속운전면에서 유리하다. 예를 들어 1,000 ppba의 붕소가 존재하는 삼염화실란 스트림을 실리카겔 베드에 적용할 경우 실리카겔 베드가 총 1,000 시간 동안 운전이 가능하다면, 이를 1차적으로 증류컬럼에 통과시켜 붕소를 제거하여 50 ~ 100 ppba의 붕소가 포함된 삼염화실란 스트림을 얻은 후, 이를 실리카겔 베드에 적용할 경우 실리카겔 베드의 총 운전시간은 10~20배 늘어난 10,000~20,000 시간까지 운전할 수 있어 유리하다.

도 1의 정제공정에서, 예로 들면 증류컬럼 C1~C4의 운전압력은 3 kg/cm²이며, 운전온도는 68~81℃ 범위 내에서 각 증류컬럼 별로 다를 수 있다. C1의 상부로는 일부의 이염화실란 및 삼염화실란과 함께 붕소가 삼염화보론(BCl₃)의 형태로 제거되며, 이는 추후 폐기 또는 재활용된다. C2에서는 하부로 일부의 삼염화실란 및 사염화실란과 함께 인이 삼염화인(PCl₃) 형태로 제거된다. C3과 C4는 C1 및 C2와 유사하나 일부의 클로로실란 및 붕소, 인 성분을 포함하는 결과 스트림을 폐기하지 않고 C1의 전단계인 Crude TCS로 보낸다. 도 1에서 삼염화실란을 포함하는 C2의 상부 스트림은 열교환기에 의해 30~40℃로 유지되면서 상부 펌프를 통해 실리카겔 베드(SG: Silica Gel Bed)를 통과하게 되고, 이 때 실리카겔 베드의 운전압력은 4~5 kg/cm²이고, 운전온도는 20~40℃로 유지되며, 이러한 운전조건에서 실리카겔 베드 내의 삼염화실란은 액상이며, 제거되는 물질인 삼염화보론 또한 액상으로 존재하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~2 및 비교예 1~2

지름 1 인치, 높이 20 cm의 Stainless Steel 베드에 입도분포 320 ~ 1,900 ㎛, SiOH 함량 0.6 중량%의 실리카겔 55 g을 채우고, 뜨거운 N₂를 이용하여 16 시간 동안 120℃로 수분 제거 전처리를 행한 후, HPLC 펌프를 이용하여 삼염화실란을 투입하였다. 삼염화실란의 실리카겔 베드 통과시간, 통과유속 및 실리카겔 베드 운전압력 및 온도는 표 1에 나타낸 바와 같았다. 실리카겔 베드 운전압력 1기압하에서 삼염화보론은, 운전온도 10℃에서는 액상이었고, 운전온도 30℃에서는 기상이었다. 실리카겔 베드 통과후 삼염화실란은 Dry-ice 열교환기로 차갑게 응축시키고, 결과물은 ICP-MS를 통해서 분석하였다. 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

표 1의 결과에서 보듯이 체류시간은 길수록 좋고, 대기압(1기압) 조건에서 베드 운전온도가 30℃보다 10℃에서 현저히 우수한 결과를 얻었다. 즉, 실리카겔 베드 내에서 삼염화보론이 액상인 경우가 기상인 경우보다 흡착효율이 우수하였음을 알 수 있다.

실시예 3~6 및 비교예 3~9

지름 36cm, 높이 100cm의 Stainless Steel 베드에 320 ~ 1,900 ㎛, SiOH 함량 0.6 중량%의 실리카겔 75 kg을 채우고, 뜨거운 N₂를 이용하여 16 시간 동안 120℃로 수분 제거 전처리를 행한 후, 삼염화실란을 75 kg/hr의 유속으로 투입하였다. 삼염화실란의 실리카겔 베드 통과시간은 1.5시간이었다(비교예 3~6의 경우 실리카겔 베드에 통과시키지 않고 바로 2차 Light Cut 및 2차 Heavy Cut 증류컬럼으로 보내었다). 실리카겔 베드 적용여부, 운전압력 및 운전온도는 표 2에 나타낸 바와 같았다. 실리카겔 베드를 통과한 삼염화실란 스트림을 도 1에서와 같이 2차 Light Cut 및 2차 Heavy Cut 증류컬럼으로 보내어 추가정제하고, 그 결과 정제된 삼염화실란을 사용하여 Siemens Reactor 내에서 폴리실리콘을 제조하였다. 베드 통과전 삼염화실란은 ICP-MS를 통해서 분석하였으며, 폴리실리콘은 FZ-Grower를 이용하여 단결정화시키고, 이를 LTFT-IR을 이용하여 분석하였다. 분석 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2의 실리카겔 베드 운전압력 하에서 삼염화보론은, 운전온도 30℃에서는 액상이었고, 운전온도 75 ℃에서는 기상이었다.

표 2는 표 1의 실험결과를 이용해서 더 큰 상용화 설비에 적용한 결과이다. 베드 압력 4.4 kg/cm²에서 삼염화보론의 끓는점은 69℃이다. 따라서, 실리카겔 베드의 운전온도를 30℃로 하면 액상의 삼염화보론이 실리카겔과 접촉되어 흡착된다. 이러한 조건을 도 1에 나타낸 공정에 적용한 결과 실리카겔 베드를 설치한 경우가 그렇지 않은 경우에 비하여, 폴리실리콘 내 붕소 함량은 약 1/4~1/3 수준으로 감소하고, 인은 약 1/2 수준으로 감소하였다.

한편, 실리카겔 베드 이전의 증류컬럼의 효율을 높여 베드에 투입되는 삼염화실란 스트림 내 붕소 함량을 40 ppbw에서 5~20 ppbw로 낮추어, 불순물 함량이 더욱 낮은 폴리실리콘을 제조할 수 있었다.

실시예 7 및 비교예 10

상기 실시예 3과 동일하게 운전하되, 실시예 7은 상기와 같이 수분 제거 전처리된 실리카겔을 사용하여 12시간 동안 연속운전하였으며, 비교예 10은 수분 제거 전처리를 행하지 않은 수분 함량 2 중량%의 실리카겔을 사용하여 같은 시간 동안 연속운전하였다. 연속 운전후 실리카겔 베드 배출라인을 수거하여 관찰한 결과, 실시예 7은 실리카 스케일이 발견되지 않았으나, 비교예 10은 실리카 스케일이 과량 발견되었다.

실시예 8

상기 실시예 3과 동일한 운전조건으로 800시간을 운전(삼염화실란 내 붕소 함량: 50 ppbw)한 후, 실리카겔 샘플을 수거하여 분석하였다. 사용후 실리카겔 베드를 뜨거운 N₂(120 ℃)로 10시간 동안 재처리하였고, 그 후 실리카겔 샘플을 수거하여 분석하였다. 신규 실리카겔, 사용후 실리카겔 및 재처리후 실리카겔 내의 B 함량을 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

사용후 실리카겔 샘플 수거를 위하여 베드 압력을 4.4 kg/cm²에서 1기압으로 해제하자 공기 중으로 무색, 무취의 증기가 방출되었다. 이는 기화된 삼염화보론으로 파악된다. 또한 사용후 실리카겔 샘플을 120℃의 질소로 10 시간 퍼지(Purge)한 결과, 사용후 실리카겔 샘플 내의 붕소 중 23중량%가 제거되었다. 이러한 재처리후 실리카겔 내 붕소 함량은, 재처리된 실리카겔을 본 발명에 재사용할 수 있는 수준이다.

Crude TCS: 본 발명에 의해 정제될 조-삼염화실란 스트림
Pure TCS: 본 발명에 의해 정제된 삼염화실란 스트림
C1: 1차 붕소 제거용 1차 Light Cut 증류컬럼
C2: 1차 인 제거용 1차 Heavy Cut 증류컬럼
C3: 2차 붕소 제거용 2차 Light Cut 증류컬럼
C4: 2차 인 제거용 2차 Heavy Cut 증류컬럼
SG: 실리카겔이 내부에 충진된 베드
Waste or Recycle: C1, C2에서 붕소, 인 제거를 위해 함께 손실된 삼염화실란이 폐기 또는 별도의 처리로 재활용됨을 나타냄.
Siemens Reactor: 폴리실리콘 제조 반응기

Claims

조(crude)-삼염화실란을 적어도 두개의 증류컬럼에 순차적으로 통과시켜 정제함에 있어서, 상기 증류컬럼들 사이에 수분 제거 전처리된 실리카겔을 포함하는 베드를 적어도 하나 설치하고, 상기 실리카겔 베드를 삼염화보론이 액상인 조건으로 유지하면서 상기 실리카겔 베드에 액상 삼염화실란 스트림을 통과시키는 것을 특징으로 하는, 삼염화실란의 정제방법.
제1항에 있어서, 상기 증류컬럼의 개수는 2~10개이며, 각 증류컬럼의 운전압력은 독립적으로 1~5 kg/cm²이고, 운전온도는 독립적으로 50~150℃인 것을 특징으로 하는 삼염화실란의 정제방법.
제1항에 있어서, 상기 실리카겔의 수분 제거 전처리는 실리카겔 베드에 실리카겔을 채운 후 뜨거운 비활성 기체를 이용하여 베드온도를 80~150℃로 5~48시간 동안 유지하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 삼염화실란의 정제방법.
제1항에 있어서, 상기 삼염화보론이 액상인 실리카겔 베드 운전조건이 1~7 kg/cm²의 압력 및 20~80℃의 온도 조건인 것을 특징으로 하는 삼염화실란의 정제방법.
제1항에 있어서, 상기 실리카겔 베드가 붕소 제거 처리된 재활용 실리카겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼염화실란의 정제방법.
제5항에 있어서, 상기 재활용 실리카겔의 붕소 제거 처리는, 재활용될 실리카겔을 포함하는 베드를 뜨거운 비활성 기체를 이용하여 베드온도 80~200℃로 5~48시간 동안 유지하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 삼염화실란의 정제방법.