[发明专利]一种反应除杂提纯氯硅烷的工艺

说明书

本发明公开了一种反应除杂提纯氯硅烷的工艺，包括将液相或汽化后的氯硅烷首先通入除杂反应器，经过反应除杂处理，处理后的物料再通入精馏塔去除重组分，得到提纯后的氯硅烷；其中，所述的除杂反应器内填充氧化性无机盐。本发明不仅能够将ppb级别的硼、磷杂质进一步脱除至ppt级别，相对于物理吸附法除杂，其流程更加简单，反应器设备小巧，投资大幅度降低，并且活性物质易得且廉价，更换简易，环境友好，运行成本极低。

技术领域

本发明属于多晶硅制备技术领域，具体涉及一种反应除杂提纯氯硅烷的工艺。

背景技术

目前，全球市场上基本采用改良西门子法和流化床法制造高纯多晶硅产品，改良西门子法占据着85％的市场份额，其经过半个多世纪的发展，在国际上已经是非常成熟的技术。改良西门子法是采用三氯氢硅作为原料在高温环境进行氢还原反应，主要将置于还原炉反应器的多晶硅细棒通电加热到1100℃以上，通入三氯氢硅和高纯氢气，发生还原反应，通过化学气相沉积，生成的新的高纯硅沉积在硅棒上，使硅棒不断长大长粗，一直待到硅棒的直径达到150～200mm，制备得到高纯多晶硅产品。

其反应式为：SiHCl₃+H₂→Si+3HCl (1)

或2(SiHCl₃)→Si+2HCl+SiCl₄ (2)

以上反应除了生成中间化合物三氯氢硅外，还有附加产物如SiCl₄、SiH₂Cl₂和FeCl₃、 BCl₃、PCl₃等杂质，需要进一步精馏提纯。通常情况下，经过粗馏和精馏两道工艺，三氯氢硅中间化合物的杂质含量可以降到10^-7～10^-10数量级。

现有技术中，三氯氢硅的提纯精制技术主要为精馏法。三氯氢硅中的杂质中，硼、磷杂质最难去除，如果要把硼、磷杂质控制到ppm级别，可以比较容易通过精馏实现。如果提高要求，控制到ppb级别，需要五个以上高达数十米的精馏塔串联(比如将三氯氢硅中的硼、磷含量从1ppm降至100ppb，就需60块左右理论塔板)。就三氯氢硅中的硼、磷杂质而言，氯化硼、氯化磷等无氢硼、磷化合物的沸点与三氯氢硅相差较大，比较容易通过精馏的方式分离，而含氢硼、磷化合物，它们的沸点与三氯氢硅几乎相同，并且很容易发生歧化反应，很难通过精馏分离。如果要进一步去除其中的杂质，达到ppt 级别，仅靠精馏除杂，则需要更多的精馏塔串联，投资以及能量的消耗巨大，几乎无法实现。

通过活性炭、分子筛、树脂等物理吸附除硼、磷的方法，可以把硼、磷杂质进一步降低，但是由于吸附剂价格昂贵，设备体积庞大，投资高昂。另外吸附剂的使用寿命相对较短，达到饱和后催化剂更换时，由其多孔结构决定，置换难度大，通常需要几个月的时间才能完成更换，生产效率低。

半导体行业所使用的超高纯三氯氢硅一直被国外垄断，国内生产的三氯氢硅很难达到要求的纯度，并且品质不稳定，很难进入高端半导体行业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氯硅烷尤其是三氯氢硅的除杂工艺，工艺简单，其硼、磷杂质可以控制在ppt水平，且品质稳定，波动小，整体装置投资成本低，能够打破国外超高纯三氯氢硅提纯技术的垄断，满足半导体行业的需求。

本发明还要解决的技术问题是提供一种可供上述工艺使用的专用系统。

为解决上述技术问题，本发明的思路是：将反应除杂与精馏相结合提纯氯硅烷，以硼杂质的去除为例。

首先，液体或者汽化后的氯硅烷进入除杂反应器，反应器内的反应活性物质——氧化性无机盐，把氯硅烷中有还原性的含氢硼化合物氧化成硼醇化合物。这些醇类化合物本身的沸点就大幅增加，并且部分醇类物质还会继续发生氧化或者聚合反应，从而转变成沸点更高的物质；