TWI654137B - 利用六氯二矽烷製備八氯三矽烷及較高級多氯矽烷之方法 - Google Patents

利用六氯二矽烷製備八氯三矽烷及較高級多氯矽烷之方法

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Abstract

本發明係關於用於由單體氯矽烷控制製備八氯三矽烷及較高級多氯矽烷如DCTS及DCPS的方法及裝置，其係藉由將氯矽烷曝於非熱電漿以及將未轉化成八氯三矽烷的氯矽烷再循環至電漿中。

Description

利用六氯二矽烷製備八氯三矽烷及較高級多氯矽烷之方法
本發明係關於用以由單體氯矽烷(monomeric chlorosilane)製備八氯三矽烷(octachlorotrisilane)及多氯矽烷(polychlorosilane)的方法與裝置，係藉由將氯矽烷(chlorosilane)曝於非熱電漿(nonthermal plasma)以及將未轉化成八氯三矽烷及較高級多氯矽烷(higher polychlorosilane)的氯矽烷再循環(recycling)至電漿中。
先前技藝揭露了製備多氯矽烷之方法。例如，DE 10 2006 034 061 A1揭示四氯化矽(silicon tetrachloride)與氫之反應以製備聚矽烷(polysilane)。由於在氫存在下反應，所製得之聚矽烷含有氫。為了能使設備保持連續操作，係添加相對於氫為過量之四氯矽烷(tetrachlorosilane)。此外，所揭示的設備具有複雜結構 且僅能製備聚矽烷混合物。提高聚矽烷分子量僅可透過複數個反應器及高頻發電機(high-frequency generator)的串聯連接而達成。通過各串聯連接的電漿反應器(plasma reactor)後，聚矽烷的分子量於通過各電漿反應器之後增加。所揭示之方法受限於可轉化成氣相而無分解(decomposition)之化合物的製備。
EP 1264798 A1揭示多晶矽(polycrystalline silicon)製備中之包含六氯二矽烷的副產物的處理(workup)方法。
US 4,542,002及WO 2009/143823 A2亦揭示由四氯化矽及氫製備多氯矽烷的電漿製程(plasmatic process)。 製備的結果係獲得含氫之多氯矽烷。根據WO 2009/143823 A2，係獲得含氫之高分子量多氯矽烷的混合物。多氯矽烷中存在的四氯化矽在進一步使用之前必需以昂貴且不便的方式藉由於減壓下蒸餾(distillation)而移出。先前技藝的一特別缺點為需要於氣態氫存在下製備多氯矽烷。因此，對材料以及設備防護有著極高的安全需求。
通常，本發明之上下文中縮寫為"OCTS"的八氯三矽烷、以及較高級多氯矽烷，係藉由將氣體混合物導引通過一連串的電漿反應器而製造。每通過一電漿便提高氣體混合物之平均莫耳質量(mean molar mass)。
因此本發明解決的問題係提供較不複雜因而更為經濟可行之用於製備高至超高純度八氯三矽烷的方法，免於使 用氫作為製程氣體。
令人驚訝地，藉由僅使用一電漿反應器(plasma reactor)、一部分的氣體混合物再循環入其中且再次轉化，使複雜程度降低了。
本發明之上下文中，"多氯矽烷(polychlorosilane)"係理解為意指其中該分子具有至少2個矽原子及超過2個氯原子的那些矽烷，而"較高級多氯矽烷(higher polychlorosilane)"係意指其中該分子具有超過3個矽原子及至少3個氯原子的那些矽烷。六氯二矽烷(hexachlorodisilane)，本發明之上下文中縮寫為"HCDS"，及八氯三矽烷，縮寫為"OCTS"，係多氯矽烷的實例。十氯四矽烷(decachlorotetrasilane)，縮寫為"DCTS"，十二氯五矽烷(dodecachloropentasilane)，縮寫為"DCPS"，以及彼等之結構異構物(structural isomer)，係較高級多氯矽烷的實例。
本發明提供製備OCTS及/或較高級多氯矽烷的方法，其特徵在於 a)藉由在電漿反應器(plasma reactor)內且包含SiCl4、HSiCl3、或此等矽烷之混合物的氣體中利用基本頻率(base frequency)fg的交流電壓(AC voltage)藉由激發(excitation)而形成非熱電漿(nonthermal plasma)，以獲致包含六氯二矽烷、八氯三矽烷、較高級多氯矽烷、 及SiCl4和HSiCl3組分的所得混合物，以及b)將該所得混合物抽(pump)離電漿進入冷卻器(具真空容器之冷凝器)且冷卻至不超過0℃的溫度，於冷卻器中冷凝出SiCl4、HSiCl3、六氯二矽烷、八氯三矽烷及/或較高級多氯矽烷組分，以及c)將組分導入蒸發器(evaporator)，於蒸發器中蒸發然後再循環至步驟a之非熱電漿中，且同時d)將步驟b中獲得之未再循環之較高級多氯矽烷以及至少部分的各六氯二矽烷和八氯三矽烷收集於收集容器中，以及於此步驟獲得底部混合物(bottoms mixture)e)係進行蒸餾，其中將六氯二矽烷取出並導入步驟a之非熱電漿，以及f)收集蒸餾後所留之八氯三矽烷和較高級多氯矽烷的混合物。
此方法令人驚訝地於非熱電漿中以良好產率將單體氯矽烷(monomeric chlorosilane)轉化成高至超高純度OCTS及較高級多氯矽烷如DCTS和DCPS。
根據本發明之方法的一特大優點為所製得之八氯三矽烷及較高級多氯矽烷可直接使用(即，毋須進一步純化)於沈積(deposition)具有太陽能電池矽純度(solar silicon purity)或半導體品質(semiconductor quality)的高純度矽層。根據本發明製備之八氯三矽烷，為了本領域中慣常的檢測極限(detection limit)，較佳沒有氫原子及/或含氫原子之單體氯矽烷(monomeric chlorosilane)及/
或多氯矽烷(polychlorosilane)。八氯三矽烷，當其之氫原子含量低於1×10-3重量%、尤其是低於1×10-4重量%、更佳為低於1×10-6重量%下至檢測極限(其現為1×10-10重量%)時，視為沒有氫。檢測氫原子含量的較佳方法為1H NMR譜法或CHN分析，較佳結合ICP-MS以測定下述元素的總污染輪廓(total contamination profile)。
本方法的另一優點為不需使用任何氫載體氣體或任何另外的催化劑(catalyst)。因此可於該方法中令單體氯矽烷或單體氯矽烷之混合物於非熱電漿中轉化成八氯三矽烷，而無需添加任何另外的含氫化合物，尤其是氫。
本方法之一特別優點係能夠由超高純度四氯矽烷(STCeg)、較佳為含有超高純度三氯矽烷(TCSeg)之混合物中製備產物例如OCTS、DCTS、DCPS為半導體品質(semiconductor quality)。
本方法係詳述如下。
步驟a後所得之混合物包含六氯二矽烷、八氯三矽烷及/或較高級多氯矽烷。其亦可包含HCl。所得混合物係於步驟b冷凝(condense)在冷凝容器(condensate vessel)(冷凝器(condenser))中。冷凝容器係連結至真空泵(vacuum pump)，其協助調整電漿反應器(plasma reactor)中的絕對壓力。
冷凝(condensation)時，HCl氣體係於一階段中分離，且可使用HCl氣體輸送(entrain)微量SiHCl3、SiCl4。所輸送之TCS與STC的量取決於步驟b中實施冷 卻的溫度、以及取決於真空泵(vacuum pump)所產生的絕對壓力。步驟b之後，包含冷凝之SiCl4、HSiCl3、HCDS、OCTS及較高級多氯矽烷組分的冷凝混合物(condensate mixture)係導入(較佳為抽至(pump into))蒸發器(evaporator)。
有利地可為將此等組分以液體形式由冷凝器(condenser)計量供給(meter)入蒸發器。此計量供給操作可產生降膜(falling film)，藉此可實現蒸發(evaporation)。依據為蒸發所設之溫定以及蒸發器中所設之絕對壓力，導入電漿反應器(plasma reactor)的流中之HCDS和OCTS的比例會有變化。
較佳地，最大可能量(maximum possible amount)之SiCl4、HSiCl3及HCDS於該處蒸發並再循環至非熱電漿(nonthermal plasma)中。又較佳地，係於適當操作壓力下使冷凝混合物(condensate mixture)達HCDS之蒸發溫度。此意指，例如，於100℃之溫度，此壓力係至少300mbarabs，以能蒸發全部未轉化之量的TCS與STC以及最大可能量之HCDS。來自蒸發器的蒸汽係再循環至步驟a的非熱電漿中。
蒸發器較佳係執行作為一階段蒸發管(one-stage evaporation tube)，例如作為加熱管(heating tube)、短程蒸發器(short-path evaporator)或薄膜蒸發器(thin-film evaporator)。
根據本發明之方法中，蒸汽的溫度可設於-60℃至 200℃的範圍內，更佳為80℃至120℃。
較佳地，電漿反應器(plasma reactor)中以及步驟c之蒸發器中所設的溫度係可相同。更佳地，電漿反應器(plasma reactor)中以及蒸發器(evaporator)中所設的溫度各係相同的，在300mbarabs下，於80℃至120℃的範圍內。極特佳地為100℃至120℃。相同設定之溫度於此選擇範圍內，於該方法中循環的HCDS之比例出乎意料的高。此非線性行為(non-linear behaviour)示於表1。
基本上，步驟b中所得混合物之組分係以冷凝形式(condensed form)再循環，而於蒸發後獲得之TCS、STC、HCDS及較高級多氯矽烷的蒸汽則以氣體形式(gaseous form)再循環至電漿反應器入口(plasma reactor inlet)。
已發現在本發明之方法中，較佳於步驟c中，SiCl4、HSiCl3及較高級多氯矽烷組分可以液體形式計量供給(meter)。然而，計量供給入之組分，尤其是較高級多氯矽烷，在其通入電漿反應器(plasma reactor)之前必須被蒸發以成為氣體狀態。此使得有利於將彼等計量供給入蒸發器(evaporator)，其可較佳執行作為降膜式蒸發器(falling-film evaporator)單元。
步驟a中，係使用非熱電漿(nonthermal plasma)。非熱電漿係於電漿反應器中產生，於電漿反應器中係引發物質之電漿轉化(plasmatic conversion of matter)，其係基於非恆溫電漿(anisothermal plasma)。此等電漿之特 性為高的電子溫度(electron temperature)Te 104K以及較低的氣體溫度TG 103K。該等化學程序所需之活化能(activation energy)主要係經由電子撞擊(electron impact)實現，此等程序即所謂的"物質之電漿轉化(plasmatic conversion of matter)"。可藉由例如輝光放電(glow discharge)、HF放電(HF discharge)、空心陰極放電(hollow cathode discharge)或電暈放電(corona discharge)來產生典型的非熱電漿。關於非熱電漿以及勻相電漿催化(homogeneous plasma catalysis)的定義可參照相關技術文獻，例如參照"Plasmatechnik：Grundlagen und Anwendungen-Eine Einführung[Plasma Technology：Fundamentals and Applications-An Introduction]；collective of authors,Carl Hanser Verlag,Munich/Vienna；1984,ISBN 3-446-13627-4"。
於本發明之步驟c及e中，六氯二矽烷係再循環至電漿反應(plasma reaction)中。此提升了高或超高純度OCTS以及較高級多氯矽烷的產率(yield)。超高純度氯矽烷(chlorosilane)，尤其是超高純度OCTS，含有總污染量(total contamination)係元素低為少於或等於50ppm(重量)至0.001ppt(重量)，較佳為少於或等於40ppm(重量)至0.001ppt(重量)：A. 鋁為15ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或B. 硼為少於或等於5至0.0001ppt(重量)， 較佳為於3ppm(重量)至0.0001ppt(重量)的範圍，及/或C. 鈣為少於或等於2ppm(重量)，較佳為2ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或D. 鐵為5ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，較佳為0.6ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或E. 鎳為5ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，較佳為0.5ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或F. 磷為5ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，較佳為3ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或G. 鈦為少於或等於10ppm(重量)，少於或等於2ppm(重量)，較佳為1ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，又較佳為0.6ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，又較佳為0.1ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或H. 鋅為少於或等於3ppm(重量)，較佳為1ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，又較佳為0.3ppm(重量)至0.0001ppt(重量)，及/或I. 碳，其中，碳之目標濃度係於本領域習此技藝者所知的量 測方法情況中慣常的檢測極限(detection limit)。
具前述元素的總污染量(total contamination)較佳藉由ICP-MS測定。總體上，該程序可藉由線上分析(online analysis)連續監測。所需純度可藉由GC、IR、NMR、ICP-MS確認，或者藉由電阻量測(resistance measurement)或GD-MS(於Si沈積之後)。
也有利的是可免使用昂貴、惰性鈍氣。或者，可添加輸送氣體(entraining gas)，較佳為加壓惰性氣體(pressurized inert gas)，諸如氮氣、氬氣、另外的鈍氣(noble gas)或彼等之混合物。氣體可因而包含至少一選自鈍氣及氮氣的另一氣體，較佳為氮氣。
該方法的另一優點為選擇性製備超高純度八氯三矽烷其可具有低含量之超高純度六氯二矽烷、超高純度(ultrahigh-purity)十氯四矽烷(decachlorotetrasilane)及/或十二氯五矽烷(dodecachloropentasilane)且以極佳方式符合半導體業之需求。
本發明用於製造OCTS之方法的選擇性(selectivity)可藉由以下的選擇而更進一步改善。
可將具有重複率(repetition rate)g的至少一電磁脈衝(electromagnetic pulse)注入非熱電漿(nonthermal plasma)，其係於步驟a中藉由基本頻率fg之交流電壓(AC voltage)的激發而形成，所述脈衝具有電壓分量(voltage component)為於上升緣(rising edge)之緣斜率(edge slope)係10V ns-1至1kV ns-1，以及脈寬 (pulsewidth)b為500ns至100μs。
實施本發明之電漿處理(plasma treatment)時的工作壓力(working pressure)為1至10000mbarabs，較佳為100至800mbarabs。較佳使所用之氣體混合物達-40℃至200℃的溫度，更佳為達20至120℃，最佳為達100至120℃。
帕森定律(Paschen’s law)描述電漿放電(plasma discharge)之起動電壓(starting voltage)實質上為乘積(product)p．d、氣體之壓力p、以及電級距離(electrode distance)d的函數。就根據本發明之方法，此乘積係於0.001至300mm．bar的範圍，較佳為0.01至100mm．bar，尤佳為0.05至10mm．bar，特別是0.07至2mm．bar。可利用各種交流電壓(AC voltage)及/或脈衝電壓(pulsed voltage)由1至1000kV來引發放電。電壓大小(magnitude of the voltage)，就本領域習此技藝者所知的方式，不僅取決於放電配置(discharge arrangement)之p．d值，亦取決於製程氣體本身。特別適合者為允許高的緣斜率(edge slope)以及在反應器的整個放電空間(discharge space)內同時形成放電的那些脈衝電壓(pulsed voltage)。
所注入之交流電壓(AC voltage)及/或電磁脈衝(electromagnetic pulse)之隨時間的分布(distribution over time)可為矩形的、梯形的、脈衝式(pulsed)或者以數段個別時間分布(time distribution)組成。所注入之 交流電壓及電磁脈衝可以此等時間分布之形式中的各者來組合。
根據本發明之方法中的交流電壓之基本頻率fg可於1Hz至100GHz的範圍內，較佳為1Hz至100MHz。加諸此基本頻率(base frequency)之電磁脈衝的重複率g可於0.1Hz至50MHz的範圍內選擇，較佳為50kHz至50MHz。此等脈衝的振幅(amplitude)可選自1至15kVpp(kV峰至峰)，較佳為1至10kVpp，更佳為1至8kVpp。
此等脈衝可具有本領域習此技藝者所知的所有形狀，例如正弦(sine)、矩形、三角形、或彼等之組合。尤佳之形狀為矩形或三角形。
根據本發明之OCTS及較高級多氯矽烷的製程之選擇率(selectivity)的進一步提升係可於注入電漿之電磁脈衝(electromagnetic pulse)為再加上至少一另外的具相同重複率(repetition rate)之電磁脈衝時、或者該二或至少二脈衝係於彼此相較之負載比(duty ratio)為1至1000時達成。較佳地，兩脈衝係選為具有矩形，於各情況中具有為10之負載比(duty ratio)以及非常高的緣斜率(edge slope)。緣斜率愈大，產率(yield)愈高。所選擇之此等脈衝的振幅(amplitude)可為1至15kVpp，較佳為1至10kVpp。
選擇率(selectivity)隨重複率(repetition rate)提升。此可為例如10倍該基本頻率fg。
於本發明之方法中，電磁脈衝或脈衝可利用外加電流或電壓的脈衝安定器(pulse ballast)而注入。若脈衝為外加電流的(current-impressed)，可獲得較大的緣斜率(edge slope)。
於根據本發明之方法的另一實施態樣中，脈衝之注入亦可以本領域習此技藝者所知的暫態(transient)非同步(asynchronous)方式來取代週期性(periodic)同步(synchronous)方式。
於根據本發明之方法的另一實施態樣中，反應器可裝配有管狀介電材料(tubular dielectric material)以避免反應室中的非均勻場(nonuniform field)及由此之不受控轉化(uncontrolled conversion)。較佳地，反應器管直徑(reactor tube diameter)對其長度之比率為300mm/700mm(具50個管)。又較佳地，具低電容介電材料(low-capacitance dielectric material)之反應器形成具高電阻、寬頻(broadband)設計之安定器(ballast)的一單元。
於本發明之方法中，在反應器內，可使用由惰性材料(inert material)所製之間隔件相隔而設置與固持之管。這樣的間隔件係用於平衡掉(balance out)管的製造公差(manufacturing tolerance)，且同時使其於反應器中的活動性(mobility)降至最低。
亦可有利的為在本發明之方法中使用低介電常數材料(low-κ material)所製之間隔件。尤佳者係使用本領域習此技藝者所知的特夫綸(Teflon)。
又可有利者為，在方法之步驟b中，設定於真空容器(vacuum vessel)中的壓力為1mbarabs至1000mbarabs。低壓之優點為非熱電漿(nonthermal plasma)形成較少的絲(filament)，使得電漿更加均勻(homogeneous)。電漿愈均勻，製程中所產生的矽固體(silicon solid)愈少。於1至600mbarabs的壓力下，沒有固體或者獲致特低的矽固體含量。
又可有利者為設定步驟b中的溫度為於-60℃至0℃的範圍。較佳地，於方法之步驟b中，來自電漿反應器(plasma reactor)的全部所得混合物係經冷凝(condense)。此氣體混合物應冷卻至其冷凝溫度(condensation temperature)。例如，三氯矽烷(trichlorosilane)(TCS)於300mbarabs之沸點溫度(boiling temperature)為0℃。因此，冷凝容器(condensate vessel)中的溫度係冷卻至0℃或更低。
在本發明之步驟c及e中，六氯二矽烷，於本領域慣常之量測不確定度(measurement uncertainty)內，較佳係完全再循環至電漿反應中，以因而再進一步提高OCTS與較高級多氯矽烷之產率。
本發明也提供用於實施根據本發明之方法的裝置或設備。裝置之一實施態樣係示於圖1之圖解中。冷卻器，以本身為本領域習此技藝者所知的方式，係執行作為具真空容器(vacuum vessel)之冷凝器(condenser)。
其內產生非熱電漿(nonthermal plasma)的電漿反應 器(plasma reactor)係具有專用冷卻器(具真空容器(vacuum vessel)之冷凝器(condenser))、蒸發器(evaporator)及蒸餾管柱(distillation column)。蒸發器(evaporator)係連結至收集容器(collecting vessel)(貯槽(sump))。根據本發明之方法的步驟d中所獲得且於收集容器(collecting vessel)中收集之底部混合物(bottoms mixture)係於蒸餾管柱中進行蒸餾。電漿反應器(plasma reactor)的入口係連結至SiCl4與HSiCl3組分以及一部分較高級多氯矽烷的再循環線路(recycle line)，以及與從蒸餾管柱取出之六氯二矽烷的再循環線路。
圖1：OCTS及較高級多氯矽烷的製備流程圖
根據本發明之方法係於後文中藉實施例闡釋之。
實施例：電漿反應器(plasma reactor)及蒸發器(evaporator)中的溫度對再循環之HCDS、OCTS以及較高級多氯矽烷的量的影響
於15-管之電漿反應器(15-tube plasma reactor)中使用由SiCl4及HSiCl3組成的氣體以利用WEDECO EFFIZON®產生器(SWO-GSO系列之臭氧產生器(ozone generator))、具基本頻率fg 927Hz之交流電壓(以Agilent DSO1022A數位示波器及PMK PHV4002-3高壓探頭量測)而藉由激發形成非熱電漿(nonthermal plasma)。獲得六氯二矽烷、八氯三矽烷、較高級多氯矽烷以及最初使用之矽烷的混合物。此混合物係由電漿抽至冷卻器且冷卻至0℃的溫度，於冷卻器中冷凝SiCl4、SiHCl3、六氯二矽烷、八氯三矽烷以及較高級多氯矽烷。一部分混合物係經由蒸發器(evaporator)再循環至非熱電漿中。其餘部分的未再循環之(non-recycled)較高級多氯矽烷以及一部分六氯二矽烷與八氯三矽烷係收集於收集容器(collecting vessel)中。如此獲得之底部混合物(bottoms mixture)係進行蒸餾，取出六氯二矽烷且將其再循環(recycling)至非熱電漿中。蒸餾後所餘之混合物含有八氯三矽烷及較高級多氯矽烷且係收集於收集容器中。
真空容器(vacuum vessel)中的壓力為300mbarabs。
本發明之上下文中，單位為"g/m2h"之數字意指每小時、製造非熱電漿之電極的每平方公尺表面積所產生之矽烷質量。
表1顯示於進行根據本發明之方法期間測量之具有二(Si=2)、三(Si=3)、四(Si=4)及五(Si=5)個矽原子之矽烷的質量，為蒸發器(evaporator)中所設之溫度(℃)的函數。秤量該量並以氣相層析儀(gas chromatography)調和(reconcile)比例。另記錄具有超 過二個矽原子之矽烷的質量的總和(ΣSi>2)。
實施例a：以高產率製備HCDS及OCTS
於蒸發器(evaporator)中以及於電漿反應器(plasma reactor)中，溫度係設為80℃。
以下為於循環流(circulation stream)中所察之矽烷濃度：
具Si=2之矽烷：低於0.5重量%，具Si=3者：低於0.1重量%。
Si=2：190g/m2h
Si=3：97g/m2h
Si=4：43g/m2h
Si=5：13g/m2h
實施例b. 以高產率製備OCTS及DCTS
如同實施例a，除了係將於蒸發器(evaporator)中以及於電漿反應器(plasma reactor)中的溫度設為120℃。 以下為於循環流(circulation stream)中所察之矽烷濃度：具Si=2之矽烷：約6重量%，具Si=3者：約1重量%。
Si=2：95g/m2h
Si=3：91g/m2h
Si=4：95g/m2h
Si=5：44g/m2h
於不同溫度之比較中發現，在溫度(於電漿反應器及蒸發器中同樣設60至120℃)增加的情況中，所產之具有超過二個矽原子之矽烷的質量(ΣSi>2)由112提高至226g/m2h，而同時HCDS的質量則由182降至54g/m2h。
亦發現，於約100℃至140℃之溫度範圍，在HCDS的循環流(由所產生及再循環之HCDS所形成)中，循環之HCDS的質量百分比係提高至6重量%-與60℃至100℃的溫度範圍(其之此比例係低於0.5重量%)相比。
此外，觀察到影響於電漿中之滯留時間(residence time)、電漿之均勻性(homogeneity)以及蒸發器中所需溫度的壓力的變化。不欲為特定理論所束縛，本案發明人認為：
(1)氣體中的速度分布(velocity distribution)以及電漿反應器中的滯留時間(residence time)係隨壓力變化。愈高的壓力造成愈高的電漿區中之滯留時間。此提升 了較高級多氯矽烷的產量(production)或選擇率(selectivity)。
(2)另一方面，電漿係於較高壓力下形成更多的絲(filament)。此導致形成更多矽固體(silicon solid)。
(3)於較高壓力下，需於蒸發器(evaporator)中設定較高溫度，以循環所產生之HCDS量，這可能導致熱應力(thermal stress)以及較高級多氯矽烷的分解(breakdown)。

Claims (11)

  1. 一種製備八氯三矽烷(octachlorotrisilane)及/或較高級多氯矽烷(higher polychlorosilane)的方法，其特徵在於a)藉由在電漿反應器(plasma reactor)內且包含SiCl4、HSiCl3、或此等矽烷之混合物的氣體中利用基本頻率(base frequency)fg的交流電壓(AC voltage)藉由激發(excitation)而形成非熱電漿(nonthermal plasma)，以獲致包含六氯二矽烷、八氯三矽烷、較高級多氯矽烷、還有SiCl4和HSiCl3的所得混合物，以及b)將該所得混合物抽離電漿進入冷卻器(具真空容器之冷凝器)且冷卻至不超過0℃的溫度，於冷卻器中冷凝出SiCl4、HSiCl3、六氯二矽烷、八氯三矽烷及/或較高級多氯矽烷組分，以及c)將組分導入蒸發器(evaporator)，於蒸發器中蒸發然後再循環至步驟a之非熱電漿中，且同時d)將步驟b中獲得之未再循環之較高級多氯矽烷以及至少部分的各六氯二矽烷和八氯三矽烷收集於收集容器中，以及於此步驟獲得底部混合物e)係進行蒸餾，其中將六氯二矽烷取出並導入步驟a之非熱電漿，以及f)收集蒸餾後所留之八氯三矽烷和較高級多氯矽烷的混合物。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，氣體中之 溫度係設於-60℃至200℃的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，於電漿反應器中以及於步驟c之蒸發器中所設的溫度係相同。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，於步驟a中，具有重複率(repetition rate)g的至少一電磁脈衝(electromagnetic pulse)係注入電漿具有電壓分量(voltage component)為於上升緣(rising edge)之緣斜率(edge slope)係10V ns-1至1kV ns-1，且具有脈寬(pulsewidth)b為500ns至100μs。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，交流電壓之基本頻率fg為1Hz至100MHz，重複率g為0.1Hz至50MHz，以及振幅(amplitude)為1至15kVpp。
  6. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，注入電漿之電磁脈衝係再加上至少一具相同重複率之另外的電磁脈衝，以及，二或至少二脈衝係於彼此相較之負載比(duty ratio)為1至1000。
  7. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，至少一電磁脈衝利用具外加電流或電壓的脈衝安定器(pulse ballast)而注入。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中， 步驟b之真空容器(vacuum vessel)中的壓力係設為於1至10 000mbarabs之範圍中的至少一值。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，於步驟b中所設溫度於-60℃至0℃之範圍。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該氣體包括至少一選自鈍氣及氮氣的另一氣體。
  11. 一種用於實施根據申請專利範圍第1至10項中任一項之方法的裝置，其特徵在於其具有其內產生非熱電漿的電漿反應器、冷卻器(具真空容器之冷凝器)、蒸發器、收集容器(貯槽)以及蒸餾管柱(distillation column)，其中，電漿反應器的入口係連結至SiCl4與HSiCl3組分以及一部分較高級多氯矽烷的再循環線路(recycle line)，以及與從蒸餾管柱取出之六氯二矽烷的再循環線路。
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