[发明专利]通过高沸点的氯硅烷或含氯硅烷的混合物制备氯硅烷的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种制备通式H_4-nSiCl_n的氯硅烷的方法，其中n＝1、2、3和/或4，通过使硅床中的硅与Cl₂或HCl和至少一种含硅的化合物进行反应来制备。

现有技术

氯硅烷在制备多种物质时扮演重要角色。氯硅烷用于制备热解(pyrogene)硅酸、有机硅烷和硅酸酯。其也是制备高纯硅的起始物，而高纯硅在半导体工业中是制备集成电路所需的或者在光伏工业中是制备太阳能电池所需的。

由于该组物质意义重大，因此要求可以经济地产生该化合物。氯硅烷可以由Si通过与HCl或氯反应而获得。

已经在氯硅烷生产过程中以及在使用氯硅烷作为反应物的过程中，与硅氧烷一起形成高级氯硅烷。在本发明意义上，高级氯硅烷和硅氧烷是指含氯或不含氯的硅氧烷，含氯或不含氯的硅烷，具有一个以上Si原子，其中各个Si原子相互连接并形成支化或未支化的链、环、和/或其混合物。

DE 10 2006 009 953 A1公开了一种通过将由氯硅烷和氢气沉积多晶硅时产生的废气进行冷凝来制备热解硅酸的方法。接下来在蒸馏塔中从所述冷凝物中分离出高沸点馏分，并气化。其含有一部分氯硅烷蒸气，该氯硅烷蒸气与氢气和空气或氧气在火焰中反应成热解硅酸。

DE102006009954Al是本发明最接近的现有技术。该出版物公开了通过冶金硅和氯化氢在温度为290℃至400℃下反应来制备三氯硅烷，通过将高沸点化合物送入涡流层(Wirbelschicht)反应器中。在制备多晶硅或三氯硅烷时作为废气的组分形成了高沸物。涡流层反应器通过将高沸物经饱和器返回涡流层反应器中而使其能够被再利用。在饱和器中，所述高沸物与一部分氯化氢流合在一起。该混合物然后引入HCl和计量加入的金属硅的主流中。该工艺组成部分的多样性使得能够有效制备氯硅烷。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种通过Si与Cl₂或HCl和不含氯或含氯的高级硅烷和/或硅氧烷进行反应来产生氯硅烷、SiCl₄、HSiCl₃、H₂SiCl₂和H₃SiCl的可选方法，该方法易于实现并且具有类似的或更好的产率。

令人惊讶地表明，通过含氯或不含氯的高级硅烷和/或硅氧烷与硅床里的Si在反应器中与Cl₂或HCl一起进行反应，可以制得仅有一个硅原子的氯化的硅化合物。

本发明的主题还在于一种制备通式H_4-nSiCl_n的氯硅烷的方法，其中n＝1、2、3和/或4，其特征在于，在至少一个含硅的反应器中，硅床中的硅与Cl₂或HCl和至少一种含硅的化合物进行反应。

本发明方法的优点在于，由于硅和HCl或氯之间进行强放热反应，所以很高的温度被利用于裂解反应。

由于该反应释放的热量这么高，以至于必须持续冷却该反应器以消散该热能。因此所要保护的方法另一优点在于，在反应器中存在的高温允许高沸物容易以液态喷入或流入。因此不需要DE102006009954Al中所提出的饱和期。同时本发明方法的优点还在于，可以改变流入的或喷入的高沸物相对于不含氯和/或含氯的聚硅烷和/或相对于不含氯的和/或含氯的聚硅氧烷的组成，而没有降低按照本发明方法获得的氯硅烷的产率。本发明中，术语“聚(Poly)”表示带有2至20个硅原子的化合物。

此外，与高级硅烷的气化有关的热消耗有助于反应的控制。这是本发明方法的另一优点。在工艺技术上的优点还在于，与涡流层反应器相反，本发明方法中使用的反应器可以用硅床中的硅块来代替用硅粉末例如用研磨的硅来操作。

本发明方法另一优势是其对硅杂质的较好耐受度。至少96％的Si含量就足够了，而不是使用涡流层反应器所要求的98％。

具体实施方式

以下详细解释本发明。

在本发明方法中优选使用固定床反应器、流化床反应器和/或搅拌床反应器。

另外有利的还可以是，硅床中的Si与Cl₂或HCl，和至少一种以混合物G形式的含硅化合物进行反应，