RU2173297C2 - Method for production of monosilane from silicon tetrachloride - Google Patents

Method for production of monosilane from silicon tetrachloride Download PDF

Info

Publication number
RU2173297C2
RU2173297C2 RU99104692A RU99104692A RU2173297C2 RU 2173297 C2 RU2173297 C2 RU 2173297C2 RU 99104692 A RU99104692 A RU 99104692A RU 99104692 A RU99104692 A RU 99104692A RU 2173297 C2 RU2173297 C2 RU 2173297C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monosilane
lithium hydride
silicon tetrachloride
silicon
reactor
Prior art date
Application number
RU99104692A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99104692A (en
Inventor
А.А. Камарзин
В.И. Лаврентьев
С.В. Подойницин
С.И. Бычков
В.В. Мухин
Е.П. Муратов
В.В. Рожков
Ю.В. Снопков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority to RU99104692A priority Critical patent/RU2173297C2/en
Publication of RU99104692A publication Critical patent/RU99104692A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2173297C2 publication Critical patent/RU2173297C2/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: inorganic compounds technologies. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to monosilane appropriate for manufacturing especially pure semiconductor silicon. Method is characterized by that silicon tetrachloride is interacted with lithium hydride whose surface is subjected to activation with vibrating conveyer. Silicon tetrachloride gas flow is fed in counter-current mode into moving conveyer charged by lithium hydride and process is carried out at 290-300 C. EFFECT: increased yield of monosilane at lower temperature and reduced reaction time, enabled wasteless technology. 2 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения особо чистого полупроводникового кремния и изделий для микроэлектроники. Поскольку одним из основных источников получения полупроводникового кремния является моносилан, актуальным является разработка нового способа его получения. The invention relates to a technology for producing highly pure semiconductor silicon and products for microelectronics. Since monosilane is one of the main sources of semiconductor silicon, it is important to develop a new method for its preparation.

Известен способ получения моносилана по патенту США N 477868, 1988 г., МКИ C 01 B 33/04 "Получение силана и галогенида металлического алюминия", включающий взаимодействие тетрагалогенида или гидрогалогенида кремния с алюмогидридом лития щелочного металла в присутствии промотора-соли четвертичного аммония. A known method of producing monosilane according to US patent N 477868, 1988, MKI C 01 B 33/04 "Obtaining a silane and a metal aluminum halide", comprising the interaction of tetrahalide or silicon hydrogen halide with an alkali metal lithium aluminum hydride in the presence of a Quaternary ammonium salt promoter.

Известен также способ получения моносилана (A. Taylor, Purification and analytical Methods fov Gaseous and Metallic Impurities in High Purity Silane. J. Crystal Growth. 1988, v. 89, p. 28-38), включающий взаимодействие гидрида кальция с кремнийсодержащим соединением в эвтетическом солевом расплаве хлорида лития и калия при 360oC, очистку моносилана, в качестве кремнийсодержащего соединения используют газообразный тетрафторид кремния в концентрации 50-90 об. % в предварительно очищенном от кислорода азоте. Очистку моносилана проводят адсорбцией на твердом сорбенте - гранулированном фториде натрия в две стадии.There is also known a method of producing monosilane (A. Taylor, Purification and analytical Methods of Gaseous and Metallic Impurities in High Purity Silane. J. Crystal Growth. 1988, v. 89, p. 28-38), comprising the interaction of calcium hydride with a silicon-containing compound in euthetic salt melt of lithium chloride and potassium chloride at 360 o C, purification of monosilane, gaseous silicon tetrafluoride at a concentration of 50-90 vol.% is used as a silicon-containing compound. % in nitrogen pre-purified from oxygen. Purification of monosilane is carried out by adsorption on a solid sorbent - granular sodium fluoride in two stages.

Общими недостатками обоих аналогов является участие в качестве исходных реагентов более чем двух веществ, что заведомо вносит дополнительные загрязнения в целевой продукт, требующие утилизации либо рециклизации, высокая энергозатратность процессов и сложное аппаратурное оформление. В результате получают загрязненный моносилан, требующий дополнительной глубокой очистки, что приводит к удорожанию продукта. The common drawbacks of both analogues are the involvement of more than two substances as starting reagents, which obviously introduces additional pollution into the target product, requiring utilization or recycling, high energy costs of processes, and complicated hardware design. The result is contaminated monosilane, requiring additional deep purification, which leads to a rise in price of the product.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототипом, является способ получения моносилана по патенту N 0105778, EP (Fr), 1984, МКИ C 01 B 33/04 "Способ и устройство для получения чистого силана реакцией хлорсилана с гидридом лития". Способ осуществляется в двух реакторах с мешалками и сепаратором для разделения газовой смеси, выходящей из второго реактора. В первом реакторе взаимодействуют хлорсиланы и гидрид лития в смеси расплавленных солей с образованием моносилана и смеси, содержащей расплавленные соли и непрореагировавший гидрид лития. Во второй реактор подают хлорсилан и смесь, содержащую расплавленные соли и гидрид лития, отобранную из первого реактора и получают газообразную смесь, содержащую моносилан и хлорсиланы, и смесь расплавленных солей, не содержащую гидрид лития. Выходящую из второго реактора газообразную смесь разделяют на моносилан и хлорсиланы, которые можно рециркулировать. The closest in technical essence and the achieved result - the prototype is a method for producing monosilane according to patent N 0105778, EP (Fr), 1984, MKI C 01 B 33/04 "Method and device for producing pure silane by the reaction of chlorosilane with lithium hydride". The method is carried out in two reactors with mixers and a separator for separating the gas mixture leaving the second reactor. In the first reactor, chlorosilanes and lithium hydride are reacted in a mixture of molten salts to form monosilane and a mixture containing molten salts and unreacted lithium hydride. Chlorosilane and a mixture containing molten salts and lithium hydride selected from the first reactor are fed into the second reactor, and a gaseous mixture containing monosilane and chlorosilanes and a mixture of molten salts not containing lithium hydride are obtained. The gaseous mixture leaving the second reactor is separated into monosilane and chlorosilanes, which can be recycled.

Недостатками способа являются: высокая температура проведения процесса, загрязнение готового продукта примесями из расплава солей, необходимость утилизации образующихся хлоридов алюминия и щелочных металлов, сложное аппаратурное оформление. The disadvantages of the method are: high temperature of the process, contamination of the finished product with impurities from a molten salt, the need for disposal of the resulting aluminum and alkali metal chlorides, and complicated hardware design.

Задача изобретения - повышение выхода моносилана при более низкой температуре и сокращенном времени реакции по безотходной технологии взаимодействием тетрахлорида кремния с гидридом лития. The objective of the invention is to increase the yield of monosilane at a lower temperature and reduced reaction time by a waste-free technology by the interaction of silicon tetrachloride with lithium hydride.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения моносилана путем взаимодействия тетрахлорида кремния с гидридом лития, согласно изобретению, поверхность гидрида лития подвергают активации вибрирующим транспортером, при этом газовый поток тетрахлорида кремния подают в противоток движению транспортера с гидридом лития и процесс осуществляют при 290-300oC.The problem is solved due to the fact that in the inventive method for producing monosilane by reacting silicon tetrachloride with lithium hydride, according to the invention, the surface of lithium hydride is subjected to activation by a vibrating conveyor, while the gas stream of silicon tetrachloride is supplied countercurrent to the movement of the conveyor with lithium hydride and the process is carried out at 290 -300 o C.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как применение механохимической активации гидрида лития и использование реагентов без добавления растворителей и катализаторов позволяет снизить температуру, время реакции и дает возможность повышения выхода моносилана по безотходной технологии. The indicated set of features is new and has an inventive step, since the use of mechanochemical activation of lithium hydride and the use of reagents without the addition of solvents and catalysts can reduce the temperature, reaction time, and makes it possible to increase the yield of monosilane using waste-free technology.

Снижение температуры реактора до 280oC увеличивает время реакции до 25-30 мин, при этом выход моносилана не превышает 90%. В остатках присутствуют наряду с тетрахлоридом кремния и монохлорсилан до 1-2%, дихлорсилан до 3-4% и трихлорсилан до 6-7%. Таким образом, снижение температуры процесса ниже 290oC может приводить к загрязнению готового продукта частично замещенными хлорсиланами и требует для полноты протекания процесса увеличения времени реакции.Lowering the temperature of the reactor to 280 o C increases the reaction time to 25-30 minutes, while the yield of monosilane does not exceed 90%. Along with silicon tetrachloride and monochlorosilane up to 1-2%, dichlorosilane up to 3-4% and trichlorosilane up to 6-7% are present in the residues. Thus, a decrease in the temperature of the process below 290 o C can lead to contamination of the finished product with partially substituted chlorosilanes and requires a longer reaction time to complete the process.

Осуществление процесса при 310oC через 10-15 мин приводит к выходу моносилана 89%, одновременно содержащего до 10 ppm HCl. Кроме того, на стенках реактора и на хлориде лития обнаруживается черный налет металлического кремния, который образуется по реакции
SiH4 ---> Si + 2H2
Выделяющийся водород может вступать в реакцию с еще не успевшим прореагировать тетрахлоридом кремния с образованием хлористого водорода
SiCl4 + H2 ---> SiHCl3 + HCl
SiHCl3 + H2 ---> Si + 3HCl
Таким образом, осуществление реакции при температуре 310oC и выше приводит к частичному термолизу образующегося моносилана и возможному загрязнению целевого продукта хлористым водородом и другими хлорсодержащими соединениями.
The implementation of the process at 310 o C after 10-15 minutes leads to the release of monosilane 89%, simultaneously containing up to 10 ppm HCl. In addition, black plaque of metallic silicon is detected on the walls of the reactor and on lithium chloride, which is formed by the reaction
SiH 4 ---> Si + 2H 2
Hydrogen evolved can react with silicon tetrachloride, which has not yet had time to react, to form hydrogen chloride
SiCl 4 + H 2 ---> SiHCl 3 + HCl
SiHCl 3 + H 2 ---> Si + 3HCl
Thus, the reaction at a temperature of 310 o C and higher leads to a partial thermolysis of the resulting monosilane and the possible contamination of the target product with hydrogen chloride and other chlorine-containing compounds.

Применение механохимической активации гидрида лития и использование реагентов без добавления растворителей и катализаторов позволяет снизить температуру, время реакции и дает возможность повышения выхода моносилана по безотходной технологии. The use of mechanochemical activation of lithium hydride and the use of reagents without the addition of solvents and catalysts can reduce the temperature, reaction time, and makes it possible to increase the yield of monosilane by non-waste technology.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Пример 1. Example 1

Во вращающийся реактор барабанного типа из нержавеющей стали и снабженный шарами тоже из нержавеющей стали помещают гидрид лития из расчета, что давление пара, выделяющегося в ходе реакции моносилана, составит по стехиометрии не много больше атмосферного (во избежание взрывоопасных ситуаций). В реакторе создают вакуум до 10-2 мм рт.ст. с одновременным прогревом до 310oC. После этого снижают температуру до 300oC и впрыскивают эквимолярное количество тетрахлорида, кремния. Через 15 минут охлаждают реактор и отбирают образовавшийся моносилан в сборник вымораживанием. При этом получают моносилан (выход 97%), содержащий менее 0,1% водорода, не прореагировавший тетрахлорид кремния и хлорид лития. Посторонние примеси в продукте, содержащие соединения углерода, бора, фосфора, серы, мышьяка и других элементов в пределах до 1 ppm не обнаружены.Lithium hydride is placed in a rotating drum-type reactor made of stainless steel and equipped with stainless steel balls, so that the pressure of the vapor generated during the monosilane reaction will not be much more atmospheric (according to stoichiometry) (to avoid explosive situations). A vacuum of up to 10 -2 mm Hg is created in the reactor. with simultaneous heating to 310 o C. After that, reduce the temperature to 300 o C and inject an equimolar amount of tetrachloride, silicon. After 15 minutes, the reactor was cooled and the resulting monosilane was taken to the collection by freezing. In this case, monosilane (yield 97%) containing less than 0.1% hydrogen, unreacted silicon tetrachloride and lithium chloride is obtained. Extraneous impurities in the product containing compounds of carbon, boron, phosphorus, sulfur, arsenic and other elements up to 1 ppm were not detected.

Образующийся моносилан является высокочистым продуктом, пригодным для получения "солнечного" кремния. The resulting monosilane is a highly pure product suitable for the production of “solar” silicon.

Выделяющийся хлорид лития поступает на конверсию в гидрид лития, который вновь запускается в цикл. The liberated lithium chloride is converted to lithium hydride, which is re-launched into the cycle.

Пример 2. Example 2

Непрерывный процесс получения моносилана осуществляют в реакторе, снабженном вибрирующим транспортером с частотой 50 - 100 Гц. Тетрахлорид кремния подается в противоток движению транспортера с гидридом лития. Время взаимодействия 15 минут. Выход моносилана составляет 97%. Способ осуществляется в режиме замкнутого цикла. The continuous process for producing monosilane is carried out in a reactor equipped with a vibrating conveyor with a frequency of 50 - 100 Hz. Silicon tetrachloride is supplied countercurrent to the movement of the conveyor with lithium hydride. The interaction time is 15 minutes. The yield of monosilane is 97%. The method is carried out in closed loop mode.

Claims (1)

Способ получения моносилана путем взаимодействия тетрахлорида кремния с гидридом лития, отличающийся тем, что поверхность гидрида лития подвергают активации вибрирующим транспортером, при этом газовый поток тетрахлорида кремния подают в противоток движению транспортера с гидридом лития и процесс осуществляют при 290-300oC.A method of producing monosilane by reacting silicon tetrachloride with lithium hydride, characterized in that the surface of lithium hydride is subjected to activation by a vibrating conveyor, while the gas stream of silicon tetrachloride is supplied countercurrent to the movement of the conveyor with lithium hydride and the process is carried out at 290-300 o C.
RU99104692A 1999-03-10 1999-03-10 Method for production of monosilane from silicon tetrachloride RU2173297C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99104692A RU2173297C2 (en) 1999-03-10 1999-03-10 Method for production of monosilane from silicon tetrachloride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99104692A RU2173297C2 (en) 1999-03-10 1999-03-10 Method for production of monosilane from silicon tetrachloride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99104692A RU99104692A (en) 2000-12-27
RU2173297C2 true RU2173297C2 (en) 2001-09-10

Family

ID=48235537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99104692A RU2173297C2 (en) 1999-03-10 1999-03-10 Method for production of monosilane from silicon tetrachloride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2173297C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014054889A1 (en) 2012-10-02 2014-04-10 오씨아이 주식회사 Method for preparing monosilane using trialkoxysilane

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АВВАКУМОВ Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - Новосибирск, Наука, СО 1986, с.6, 7, 55-56. КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: ГОСХИМИЗДАТ, 1961, с.763, 784-786, 795. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014054889A1 (en) 2012-10-02 2014-04-10 오씨아이 주식회사 Method for preparing monosilane using trialkoxysilane
US9278864B2 (en) 2012-10-02 2016-03-08 Oci Company Ltd. Method for preparing monosilane using trialkoxysilane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2368568C2 (en) Method of obtaining silicon
US7790132B2 (en) Method for producing trichlorosilane and method for producing polycrystalline silicon
TWI496741B (en) Production method of trichlorosilane
JP5956461B2 (en) Production of polycrystalline silicon in a substantially closed loop process with disproportionation operations.
JP4714196B2 (en) Method for producing trichlorosilane and method for producing polycrystalline silicon
US9266742B2 (en) Method for producing trichlorosilane
US4117094A (en) Process for silicon and trichlorosilane production
US7691356B2 (en) Method for producing trichlorosilane
KR101948332B1 (en) Production of polycrystalline silicon in substantially closed-loop processes and systems
US8974761B2 (en) Methods for producing silane
RU2173297C2 (en) Method for production of monosilane from silicon tetrachloride
US20150151977A1 (en) Systems for producing silane
WO2011024257A1 (en) Purification of chlorosilane using amine compound
JPH01226712A (en) Production of dichlorosilane
JPS63303807A (en) Production of hydrohalogenated silane
US8029756B1 (en) Closed-loop silicon production
RU2519460C1 (en) Production of silicon with the use of aluminium subchloride
KR100822333B1 (en) Method for producing silicon tetrafluoride
US20220356064A1 (en) Method for obtaining hexachlorodisilane by reacting at least one partially hydrogenated chlorodisilane on a solid unfunctionalized adsorber
CN117658150A (en) Purification method of trichlorosilane
US20130243683A1 (en) Method for the production of high-purity silicon
SU865790A1 (en) Method of producing dichlorosilane
JPS63195107A (en) Production of silane
JPH0339005B2 (en)
JPH0829927B2 (en) Silane gas manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080311