RU2440293C1 - Способ получения высокочистого трихлорсилана - Google Patents

Способ получения высокочистого трихлорсилана Download PDF

Info

Publication number
RU2440293C1
RU2440293C1 RU2010137399/05A RU2010137399A RU2440293C1 RU 2440293 C1 RU2440293 C1 RU 2440293C1 RU 2010137399/05 A RU2010137399/05 A RU 2010137399/05A RU 2010137399 A RU2010137399 A RU 2010137399A RU 2440293 C1 RU2440293 C1 RU 2440293C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
trichlorosilane
silicon tetrachloride
hydrogen chloride
particle size
Prior art date
Application number
RU2010137399/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Георгий Николаевич Петров (RU)
Георгий Николаевич ПЕТРОВ
Александр Кириллович Прохоров (RU)
Александр Кириллович ПРОХОРОВ
Петр Равильевич Мироевский (RU)
Петр Равильевич Мироевский
Константин Владимирович Максимов (RU)
Константин Владимирович Максимов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "ЭЛЛИНА-НТ"
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 Закрытое акционерное общество "ЭЛЛИНА-НТ" filed Critical Закрытое акционерное общество "ЭЛЛИНА-НТ"
Priority to RU2010137399/05A priority Critical patent/RU2440293C1/ru
Priority to PCT/RU2011/000664 priority patent/WO2012033434A1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2440293C1 publication Critical patent/RU2440293C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10742—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material
    • C01B33/10757—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane
    • C01B33/10763—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane from silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10715—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by reacting chlorine with silicon or a silicon-containing material
    • C01B33/10731—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by reacting chlorine with silicon or a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane
    • C01B33/10736—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by reacting chlorine with silicon or a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane from silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/10773—Halogenated silanes obtained by disproportionation and molecular rearrangement of halogenated silanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии получения высокочистого трихлорсилана, применяемого в качестве источника кремния в технологиях микроэлектроники и наноэлектроники. Способ включает взаимодействие тетрахлорида кремния с техническим кремнием и хлористым водородом с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния, при этом процесс синтеза трихлорсилана ведут в две стадии: на первой стадии в закрытом реакторе технический кремний, имеющий размер 5-10 мм, подвергают высокогомогенному активному наноизмельчению до размера частиц от 1000 до 50 нм в среде высокочистого тетрахлорида кремния при температуре от 260 К до 300 К до образования газообразного дихлорида кремния, в реакторе второй стадии осуществляют взаимодействие дихлорида кремния с хлористым водородом при температуре от 160 К до 300 К с образованием высокочистого трихлорсилана. Предлагаемый способ отличается высокой производительностью, способностью тонко регулировать рабочие процессы, тем самым влиять на количество и качество получаемого продукта, низкими энергетическими затратами рабочих процессов, экологической чистотой рабочих процессов и низкой металлоемкостью технологического оборудования, реализующего новый технологический процесс, обеспечивая заданную чистоту получаемого трихлорсилана.

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам получения высокочистого трихлорсилана, применяемого в качестве источника кремния в технологиях микроэлектроники и наноэлектроники.
Известны способы получения трихлорсилана гидрохлорированием в реакторе кипящего слоя измельченного технического кремния с использованием хлористого водорода, гидрохлорирование проводят при давлении 3-20 атм (абсолютное давление) и процесс ведут при использовании кремния крупностью 70-1200 мкм при линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора 0,05-0,50 м/с и высоте кипящего слоя 3,5-13,5 м (пат. 011971 ЕАО, С01В 33/027).
Известен также способ получения ТХС (пат. 3968199 США, МКИ С 01 В 33/04; пат.4113845 США, МКИ С 01В 33/04), разработанный американской фирмой "Union Carbide" и основанный на взаимодействии технического кремния с размером частиц 300 мкм с водородом и тетрахлоридом кремния по реакциям
Figure 00000001
Figure 00000002
Процесс ведут в реакторе кипящего слоя в присутствии медного катализатора (до 5% от массы кремния при температуре 500°С и давлении 34-35 кг/см2). Выход ТХС составлял 38%. Недостатками этих способов являются сравнительно высокая температура, повышенное давление, наличие и необходимость регенерации катализатора, значительное количество дихлорсилана.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ получения трихлорсилана по реакции взаимодействия тетрахлорида кремния с техническим кремнием и хлористым водородом (пат. 2038297, РФ, 1995), основанный на реакции
Figure 00000003
Сущность способа состоит в том, что трихлорсилан (ТХС) получают взаимодействием тетрахлорида кремния с техническим кремнием и хлористым водородом при 380-450°С и разделением смеси хлорсиланов на диффузионных мембранах. ТХС содержит не более 6×10-2 об.% тетрахлорида кремния и примесей других материалов менее 1×10-6 мас.%. По реакции (3) в указанном интервале температур выход трихлорсилана составляет 30-40%. Способ не требует повышенных давлений и катализаторов.
Недостатком этого способа является низкая удельная производительность, составляющая порядка 1 г/см3·час.
Для упрощения процесса с точки зрения его безопасности, увеличения срока службы аппаратуры, предотвращения загрязнения трихлорсилана материалом аппаратуры и снижения энергозатрат в предлагаемом способе процесс синтеза трихлорсилана ведут в две стадии. На первой стадии в закрытом реакторе технический кремний подвергают высокогомогенному активному наноизмельчению в среде высокочистого тетрахлорида кремния до образования газообразного дихлорида кремния, в реакторе второй стадии осуществляют взаимодействие дихлорида кремния с хлористым водородом с образованием высокочистого трихлорсилана.
Сущность способа состоит в том, что на первой стадии процесса исходное сырье - технический кремний - подвергают непрерывному процессу измельчения до размера частиц 1000 нм-50 нм в активной зоне реактора первой стадии процесса. Измельчение проводят без ударных нагрузок с созданием в техническом кремнии максимального уровня напряженно-деформированного состояния и высокой активности за счет создания преимущественно близкой к шарообразной форме и «ежикоподобной» поверхностью его частиц.
Одновременно с техническим кремнием в активную зону реактора первой стадии подают высокочистый тетрахлорид кремния с температурой от 260 К до 300 К. В результате образуется высокогомогенная активная смесь. Взаимодействие ингредиентов в активной смеси активной зоны реактора первой стадии приводит к образованию по реакции 4 газообразного дихлорида кремния, который подается на вторую стадию синтеза. В реакторе второй стадии происходит взаимодействие газообразного дихлорида кремния с хлористым водородом при температуре от 160 К до 300 К с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния
Figure 00000004
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с известным показывает, что предлагаемый способ отличается от известного высокой производительностью, способностью тонко регулировать рабочие процессы, тем самым влиять на количество и качество получаемого продукта, низкими энергетическими затратами рабочих процессов, экологической чистотой рабочих процессов и низкой металлоемкостью технологического оборудования, реализующего новый технологический процесс, обеспечивая заданную чистоту получаемого трихлорсилана.
Таким образом, полученный способ позволяет выйти на качественно более высокий уровень получения высокочистого трихлорсилана.
Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ.
Пример 1.
В установку для получения высокогомогенных материалов подают кремний (Si), размер подаваемых частиц кремния составлял 5-10 мм. На калибраторе рабочей зоны установки задавался максимально-минимальный размер частиц 1000 нМ. Т.е в получаемой высокогомогенной смеси размер частиц кремния не будет превышать заданных 1000 нМ. Температура в рабочей зоне задавалась и поддерживалась в интервале 293.15 -303.15 К. Активное измельчение (или измельчение с активацией) Si производилось в среде тетрахлорида кремния, который подавался в рабочую зону установки совместно с кремнием.
Получаемый в результате взаимодействия исходных ингредиентов в рабочей зоне установки газообразный дихлорид кремния подается на вторую стадию синтеза, где происходит взаимодействие газообразного дихлорида кремния с кристаллическим хлористым водородом с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния. Разделение полученной смеси происходило на диффузионных мембранах при температуре 293.15 К. По данным газохроматографического анализа содержание трихлорсилана в полученной массе составила 78%.
Пример 2.
В установку для получения высокогомогенных материалов подают кремний (Si), размер подаваемых частиц кремния составлял 5-10 мм. На калибраторе рабочей зоны установки задавался максимально-минимальный размер частиц 500 нМ. Т.е в получаемой высокогомогенной смеси размер частиц кремния не будет превышать заданных 500 нМ. Температура в рабочей зоне задавалась и поддерживалась в интервале 293.15-303.15 К. Активное измельчение (или измельчение с активацией) Si производилось в среде тетрахлорида кремния, который подавался в рабочую зону установки совместно с кремнием.
Получаемый в результате взаимодействия исходных ингредиентов в рабочей зоне установки газообразный дихлорид кремния подается на вторую стадию синтеза, где происходит взаимодействие газообразного дихлорида кремния с кристаллическим хлористым водородом с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния. Непрореагировавшую смесь возвращали в установку. Разделение полученной смеси происходило на диффузионных мембранах при температуре 293.15 К. По данным газохроматографического анализа содержание трихлорсилана в полученной массе составила 86%.
Пример 3.
В установку для получения высокогомогенных материалов подают кремний (Si), размер подаваемых частиц кремния составлял 5-10 мм. На калибраторе рабочей зоны установки задавался максимально-минимальный размер частиц 100 нМ. Т.е в получаемой высокогомогенной смеси размер частиц кремния не будет превышать заданных 100 нМ. Температура в рабочей зоне задавалась и поддерживалась в интервале 293.15-303.15 К. Активное измельчение Si производилось в среде тетрахлорида кремния, который подавался в рабочую зону установки совместно с кремнием.
Получаемый в результате взаимодействия исходных ингредиентов газообразный дихлорид кремния подается на вторую стадию синтеза, где происходит взаимодействие газообразного дихлорида кремния с хлористым водородом, с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния. Разделение полученной смеси происходило на диффузионных мембранах при температуре 293.15 К. По данным газохроматографического анализа содержание трихлорсилана в полученной массе составила 98%.
В сравнении с известными способами предлагаемый способ позволяет:
1) повысить производительность за счет использования процесса измельчения технического кремния в среде тетрахлорида кремния;
2) значительно упростить процесс получения трихлорсилана с точки зрения безопасности благодаря разделению процесса на две стадии и сокращения объемов рабочих камер;
3) снизить загрязняющее действие материалов аппаратуры за счет проведения процесса при температуре 160-300 К, обеспечить заданную чистоту получаемого трихлорсилана;
4) увеличить срок службы, снизить металлоемкостью технологического оборудования;
5) снизить энергетические затраты.

Claims (1)

  1. Способ получения высокочистого трихлорсилана, включающий взаимодействие тетрахлорида кремния с техническим кремнием и хлористым водородом с последующим разделением смеси хлорсиланов и рециркуляцией непрореагировавшего тетрахлорида кремния, отличающийся тем, что процесс синтеза трихлорсилана ведут в две стадии: на первой стадии в закрытом реакторе технический кремний подвергают высокогомогенному активному наноизмельчению до размера частиц от 1000 до 50 нм в среде высокочистого тетрахлорида кремния при температуре от 260 К до 300 К до образования газообразного дихлорида кремния, в реакторе второй стадии осуществляют взаимодействие дихлорида кремния с хлористым водородом при температуре от 160 К до 300 К с образованием высокочистого трихлорсилана.
RU2010137399/05A 2010-09-09 2010-09-09 Способ получения высокочистого трихлорсилана RU2440293C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137399/05A RU2440293C1 (ru) 2010-09-09 2010-09-09 Способ получения высокочистого трихлорсилана
PCT/RU2011/000664 WO2012033434A1 (ru) 2010-09-09 2011-08-31 Способ получения высокочистого трихлорсилана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137399/05A RU2440293C1 (ru) 2010-09-09 2010-09-09 Способ получения высокочистого трихлорсилана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2440293C1 true RU2440293C1 (ru) 2012-01-20

Family

ID=45048179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010137399/05A RU2440293C1 (ru) 2010-09-09 2010-09-09 Способ получения высокочистого трихлорсилана

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2440293C1 (ru)
WO (1) WO2012033434A1 (ru)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE784818A (fr) 1971-06-14 1972-12-13 Westinghouse Electric Corp Etalonnage du profil de deplacement de la position d'un entrainement par moteur
US3968199A (en) 1974-02-25 1976-07-06 Union Carbide Corporation Process for making silane
RU2038297C1 (ru) 1993-04-16 1995-06-27 Институт химии высокочистых веществ РАН Способ получения трихлорсилана
CN101143723B (zh) * 2007-08-08 2010-09-01 徐州东南多晶硅材料研发有限公司 制备三氯氢硅和多晶硅的改进方法和装置
EA011971B1 (ru) 2008-04-18 2009-06-30 Открытое Акционерное Общество «Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Редкометаллической Промышленности "Гиредмет"» Способ получения поликристаллического кремния

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012033434A1 (ru) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7754175B2 (en) Silicon and catalyst material preparation in a process for producing trichlorosilane
US7033561B2 (en) Process for preparation of polycrystalline silicon
JP4532105B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法
JP4612456B2 (ja) トリクロロモノシランの製造方法
KR20100063742A (ko) 트리클로로실란 제조 방법
RU2008130079A (ru) Способ размещения катализатора для эпоксидирования в реакторе, способ для приготовления оксида олефина или химического продукта, получаемого из оксида олефина, и реактор, подходящий для этого способа
CA2769759A1 (en) Process and plant for preparing trichlorosilane
CA2719858A1 (en) Method and system for the production of pure silicon
EP1680357A1 (en) Method for production of trichlorosilane and silicon for use in the production of trichlorosilane
KR101309600B1 (ko) 트리클로로실란 제조방법
US20040028593A1 (en) Method for producing trichlorosilane
US20040022713A1 (en) Method for producing trichlorosilane
CN103159190B (zh) 一种超纯氮化物粉体的制备方法
JP2013542912A (ja) 微粒子状の高純度シリコンからのクロロシランの製造
KR101392944B1 (ko) 사염화실란으로부터 삼염화실란을 제조하는 방법 및 이에 사용되는 트리클 베드 반응기
KR101911129B1 (ko) 고순도 클로로폴리실란의 제조방법
RU2440293C1 (ru) Способ получения высокочистого трихлорсилана
KR102631060B1 (ko) 트리클로로실란 제조용 규소 과립 및 관련 제조 방법
KR101816339B1 (ko) 연속식 관형반응기를 이용한 클로로실란가스 제조방법
JP4788866B2 (ja) フェニルクロロシランの製造方法
TWI682898B (zh) 製造氯矽烷的方法
CN115636416B (zh) 一种四氯化硅的合成方法
US11845667B2 (en) Method for producing chlorosilanes
KR102012914B1 (ko) 트리클로로실란 제조장치 및 제조방법
KR102012910B1 (ko) 트리클로로실란 제조장치 및 제조방법

Legal Events

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

Effective date: 20140910