[发明专利]生产三氯甲硅烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产三氯甲硅烷的方法，更具体地涉及一种以更有效的方式由四氯化硅生产三氯甲硅烷的方法。

背景技术

三氯甲硅烷(SiHCl₃:TCS)是用作生产高纯度多晶硅的原材料的化合物。在1000℃或更高温度下，三氯甲硅烷与氢反应以沉积高纯度多晶硅。该沉积过程主要通过下面的反应表示：

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂ (1)

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl (2)

用于沉积多晶硅的三氯甲硅烷一般通过金属硅与氯化氢反应生产。例如，日本专利No.3324922公开了一种在流化床反应器中在包含铁和铝的催化剂存在的情况下通过金属硅与氯化氢反应生产三氯甲硅烷的方法，如反应3所表示：

Si+3HCl→SiHCl₃+H₂ (3)

根据本方法，由于金属硅与氯化氢的反应形成的气体冷却至-10℃以下，随后冷凝。冷凝物包括三氯甲硅烷和其他氯硅烷。通过蒸馏从冷凝物中分离并收集三氯甲硅烷。三氯甲硅烷用作生产多晶硅的原材料。通过蒸馏分离的四氯化硅(SiCl4:STC)转变为三氯甲硅烷(TCS)，如反应4所示，也就是说，重复利用四氯化硅生产多晶硅。

3SiCl₄+2H₂+Si→4SiHCl₃ (4)

另一方面，日本专利No.Sho 56-73617提出了生产三氯甲硅烷的另一种方法。根据该方法，将具有约100到约300μm尺寸的金属硅颗粒、氯化氢、四氯化硅、氢气供入带有金属硅颗粒的硫化反应床。在反应锅中，金属硅与氯化氢反应形成三氯甲硅烷(反应3)，同时金属硅、四氯化硅与氢气相互反应形成三氯甲硅烷(反应4)，这种流化床法如图1所示。随着反应进行，金属硅颗粒尺寸逐渐减小，需要补充新的金属硅颗粒。由于监控原材料温度变化以确定何时补充新的金属硅颗粒，因此反应温度不是恒定而是波动的，结果产物的质量随反应时间变得不均匀。

在这种情况下，需要一种方法，通过该方法由三氯甲硅烷生产多晶硅期间放出的气体中存在的氯硅烷，尤其是四氯化硅能够更有效地转变为三氯甲硅烷，从而能够重复利用生产多晶硅。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种以更有效方式将由三氯甲硅烷生产多晶硅期间放出的气体中存在的氯硅烷，特别是四氯化硅，转变为三氯甲硅烷的方法。

本发明也旨在提供一种实施上述三氯甲硅烷生产方法的设备。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种生产三氯甲硅烷的方法，包括：将金属硅颗粒分散在含有四氯化硅的液态硅烷类化合物中；以及在氢气存在的情况下可选择性地使金属硅颗粒与氯化氢反应。

反应优选在管式反应器中以液相进行。

反应可以在约300℃到约1000℃温度下进行。

反应可以在约50巴到约300巴的压力下进行。

优选地，所述金属硅颗粒的重均直径为约30微米以下。

所述金属硅颗粒与所述液态硅烷类化合物的重量比可以为约1:20到约1:200。

所述液态硅烷类化合物可以是通过三氯甲硅烷热分解沉积多晶硅中的副产物。

所述氢气与所述四氯化硅的重量比可以为1:20到1:200。

所述氯化氢与所述四氯化硅的重量比可以为1:0到1:10。

根据一个实施例，所述方法还可以包括分离反应后产物中残留的硅颗粒的步骤。

根据一可替代实施例，所述金属硅颗粒可以在反应中用尽，反应后产物中未留下残余物。

由所述方法生产的三氯甲硅烷通过热分解可以用于沉积多晶硅。

根据本发明的另一方面，提供一种用于生产三氯甲硅烷的设备，包括：供应硅烷类化合物的装置，包含液态四氯化硅；用于可选择地供应氯化氢的装置；用于混合从各自装置供应的硅烷类化合物与可选择地供应的氯化氢以制备液态混合物的单元；用于将金属硅颗粒供应至液态混合物和将金属硅颗粒分散在液态混合物中的装置；装配有加热装置的管式反应器，将金属硅颗粒在液态混合物中的分散体供应至该管式反应器中；用于将氢气供应至反应器的装置；用于从管式反应器排出的产物中收集三氯甲硅烷的装置。

根据一个实施例，所述金属硅颗粒可以在被供应前分散在所述液态硅烷类化合物中。