Способ выделения трихлорсилана и четыреххлористого кремния из смеси хлорсиланов

(Я) 3 С 01 В 33/1 О 1 ф 4. м.ОЯ 3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ТРИХЛОРСИЛАНАИ ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО КРЕМНИЯ ИЗ СМЕСИХЛОРСИЛАНОВ(57) Изобретение относится к способамвыделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния из смеси хлорсиланов,может быть использовано в производстве полупроводникового кремния ипозволяет повысить чистоту продуктови их выход. Смесь хлорсиланов под"вергают трехстадийной ректификациис подачей в куб колонны второй стадиипаров воды при 40-106 С для формироИзобретение относится к способам выделения трихлорсилана и четырех- хлористого кремния из смеси хлорсиланов и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния.Цель изобретения - повышение чистоты продуктов, а также повышение производительности процесса.П р и м е р, Исходную смесь хлорсиланов (82 ма с. 4 Я ЖС 1 з, 0, 2 мас. Ф полисиланхлориды (ПСХ), остальное БС 1) подвергают ректификации в три стадии. На первой стадии в колонне с 64 ситчатыми тарелками Ф 1200 мм подают исходную смесь в верхнюю часть,801597341 . А 1 2вания кислородсодержащих силаное в . количестве, обеспечивающем массовое соотношение в кубе второй стадии трихлорсилан : кислородсодержащие силаны, равное (12,2-20);1. Образовавшиеся кислородсодержащие силаны одновременно направляют на отделение полисилайхлоридов и на третью стадию ректификации смеси хлорсиланов при массовом соотношении (98-75):1 соответственно. Кубовый продукт совместно с очищенными от полисиланхлоридов кислородсодержащими силанами направляют на первую стадию двухстадийной ректификации для выделения 31 С 1 при массовом соотношении (5-16):1 соответственно. При этом на первую стадию ректификации смеси хлорсиланов подают дополнительно дистиллят, выделенный из дефлегматора ректификации при массовом соотношении (10 - 19):1 соответственно, 1 табл. колонны. Туда же подают хлорсиланы,содержащие кислородсодержащие силаны,с первой стадии цикла выделения иочистки тетрахлорида кремния при массовом соотношении 10:1 соответственно..Из куба колонны первой стадии отбирают паровую фазу, конденсируют еев холодильнике, расположенном на верхней отметке, и из холодильника потокжидких хлорсиланов, содержащих трихлорсилан (ТХС), подают на вторуюстадию ректификации в куб колонны,На второй стадии используют две параллельно работающие колонны с 64 тарелками, 1 з 600 мм,1597341 3В кубы колонны потоком инертного газа подают также. пары воды при температуре паровой фазы в зоне контакта хлорсиланов и паров воды 106 С.и та 5 ким образом, формируют кислородсодержащие хлорсиланы.Массовое соотношение трихлорсилан: :кислородсодержащие силаны поддерживают в кубе, равным 20:1.Из куба колонны второй стадии жидкую фазу, содержащую кислородсодержащие хлорсиланы отбирают и подают в количестве 230-600 кг/ч в. колоннуФ 600 мм с 64 тарелками на стадию очистки от полисиланхлорилов.Дистиллят из дефлегматора колонны 2-и стадии ректификации,хлорсиланов, также содержащий кислородсодержащие хлЬрсиланы, подают в нижнюю часть колонны третьей стадии ректификации в количестве, обеспечивающем массовое соотношение кислородсодержащих силанов, направляемых на стадию очистки и на третью стадию ректификации, рав ное 75:1.На третьей стадии в колоннеф 1200 мм с 64 тарелками отбор готового продукта -. трихлорсилана с дефлегматора составляет 1950 кг/ч.Кубовый остаток З.-й стадии ректификации смеси хлорсиланов подают в верхнюю часть колонны 1-й стадии 2- стадийной ректификации вместе с дистиллятом колонны стадии отделения полисиланхлоридов, содержащим кисло- З 5 родсодержащие силаны,при массовом соотношении кубовый остаток:кислород- содержащие силаны, равном 16:1. Колонна 1-й стадии выделения тетрахлорида кремния имеет ф 1200 мм с 64 40 тарелками. Из куба этой колонны продукт подают на стадию обезвреживания, а из дефлегматора на 1-ю стадию очистки трихлорсилана в количестве 80- 130 кг/ч совместно с исходнои смесью45 хлорсилан 08Паровую фазу из куба колонны первой стадии выделения и очистки тетрахлорида кремния (ТК) направляют в ,конденсатор, расположенный на верхней отметке, где пары конденсировались, а конденсат направляют в нижнюю часть второй колонны1200 мм с 64 тарелками для выделения и очист 55 ки тетрахлорида кремния. Кубовый про.дукт этой колонны подают на стадию обезвреживания полисиланхлоридов, а из дефлегматора отбирают чистый тетрахлорид кремния,Полученный целевой продукт - трихлорсилан содержит не более 0,1 масА других хлорсиланов и не более 210- мас.4 бора. Максимальное количество полученного трихлорсилана 1970 кг/ч. Тетрахлорид кремния, получаемый в результате двухстадийного выделения и очистки содержит не более 0,01 мас.Ф других хлорсиланов (трихлорсилана и полисиланхлоридов в сумме).Результаты остальных опытов и известные данные представлены в таблицееДля оценки качества получаемого ТХС по содержанию фосфора определяют долю поликристаллов с сопротивлением более 500 Ом см по донорам, выращенным из определенного количества трихлорсилана.Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход продуктов и его чистоту по В, А 1 и Р. Формула изобретения Способ выделения трихлорсилана и четыреххлористого кремния из смеси хлорсиланов, включающий трехстадийную ректификацию этой смеси, контактирование водородсодержащего реагента с кубовым остатком второй стадии, содержащим трихлорсилан, выделение трихлорсилана из дефлегматора колонны третьей стадии, выделение четырех- хлористого кремния из кубового остатка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения чистоты продуктов и производительности процесса, выделение тетрахлорида кремния осуществляют двухстадийной ректификацией кубового остатка третьей стадии ректификации смеси хлорсиланов, а в качестве водородсодержащего реагента используют пары воды, контактирование осуществляют при 40-106"С до об" разования кислородсодержащих силанов .1в количестве, обеспечивающем в кубе массовое соотношение трихлосилан; :кислородсодержащие силаны, равное (10-20):1, затем образовавшиеся кис- . лородсодержащие силаны направляют одновременно на отделение полисиланхлоридов и на третью стадию ректифи- . кации смеси хлорсиланов при массовом5597341 бсоотношении (98-75):1 соответственно, содержащие силаны, равное (5-И):1, после, отделения полисиланхлоридов причем на первую стадию ректификации кислородсодержащие силаны направляют хлорсиланов подают дополнительно дисна первую стадию двухстадийной ректи тиллят, выделенный из дефлегматора фикации в количестве, обеспечивающем колонны первой стадии двухстадийной массовое соотношение кубовый остаток ректификации при массовом соотношетретьей стадии ректификации:кислород- сии (10-39):1 соответственно. Содержание борав трихлорси"лане,мас.Ф Содержание А 1в тетрахлориде,мас.Ф МассоТемпеОпыт ратураконтактирования, Со 6 30 ф" 110 Е 1 10 ф10 2 10 в 1 10 1 10 7"6 О-1 10"5101104 104 в 10-т410 14:1 34;1 10 3 18;1 16;1 16:1 1 2 3 5 6 7 79:1 79:1 77:1 75: 1 82;1 76; 80:1 37:15:1 14:1 10;1 11 1 11:1 14: 1 110 6 105 3 10 210 ф 230,0-7 Ф 4 4 10 файф 3 10 ф 510 6 1 О 1 10 110 1101 10-ф 6 О ф 1 10 82;1 79:1 98;1 98;1 85:1 80;1 74:1 75:1 81 50 52 48 63 50 54 56 20:1 21: 18:1 12,2;11 О:1 36:1 38:1 16:1 10:1 10:1 30;1 12: 1 12;1 11:1 13:1 16:1 вестный О т 5 О21;1 8 910 11 12 13 15 ИзМассовое отношениеисходной смеси хлорсиланови дистиллятана 1-йстадиивыделения трихлорсилана 38 8:1 48 1 О:1 40 1 О:1 50 15:1 71 14:1 102 12:1 108 10:114:1 14. 1 14:1 16:119:1 20:1 16;1 38:1 вое отношениекубового остатка3 "йстадииректификациикислородсодержащих силанов Массовое отношение трихлор силана и кис- лородсодержа щих си" Ланов В кубе Массо"вое отношениекислородсо"держащих силанов,подаваемых наочисткуи наректификацию.Опыт Примечание ПСХ втетраХЛОРИде,мас.Ф Кол-вополучаемогоТК,кг/ч Кол"во ПОЛУЧд емого ТХС, кг/ч Забивка колонны 18,0 794 шит ефХуже, чем в известном способе,ф Не допускается по ТУ 48-4-180-77 (содержание В = 2-3 10мас.3).ФФ Составитель И.ВеденееваРедактор С.Патрушева . Техред М,Ходанич Корректор А.Обручар Заказ 3030 Тираж 410 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5