[发明专利]用于制备硅烷的方法和装置

说明书

本发明涉及通过甲硅烷与氢气在等离子体中反应用于制备二聚和/或三聚硅烷的方法和涉及用于进行此方法的设备。

在微电子学中，乙硅烷用于硅层沉积，且这必须满足超高纯度需求。然而，迄今为止仅知的方法使用催化剂。例如，JP 02-184513公开了使用具有有机磷、砷或锑配体的基于铂、铑或钌配合物催化剂的有机金属催化剂用于制备乙硅烷的方法。这些催化剂造成制备的乙硅烷ppb范围的污染和其回收处理被认为日益危急。

WO 2008/098640 A2 公开了用于制备六氯乙硅烷的方法，其在第二方法步骤中可以被催化氢化为乙硅烷。此两步法不适合用于高纯度乙硅烷的便宜制备。

DE 36 39 202公开了用于制备乙硅烷的另一种方法，其具有在乙硅烷制备过程中形成非常大量的元素硅的缺点。在此方法中所述反应器仅仅可以间歇式操作且在非常短的生产时间后就必须以昂贵繁冗的方式进行清洁。进一步的缺点在于首先通过硅沉积和次之由于从反应产物除去氢气的气提效应通过乙硅烷或丙硅烷损失产生的高的收率损失。在经由六氯乙硅烷合成的情况下可以避免这些收率损失，但是所述催化氢化反而导致所述乙硅烷和丙硅烷污染。

本发明的目的在于提供一种方法和设备，其避免了所提及的现有技术的所述缺点和优选地允许连续地以及优选选择性地制备乙硅烷和/或丙硅烷。此外，可以以高至超高纯度分离乙硅烷和/或丙硅烷。另外的目的是提供特别经济可行的工业规模的方法。

这些目的通过根据本发明的方法和根据本发明的设备得以实现。

已经发现，令人惊讶地，在氢气存在下在非热等离子体中在190℃以下的温度和优选地在减压下对在气体混合物中在给定的甲硅烷分压下的含甲硅烷的反应物料流的气相处理选择性地导致形成乙硅烷和/或丙硅烷。

由此，本发明提供了用于制备通式I的二聚和/或三聚硅烷的方法，其中n=0或1，其中

(I)

i) 使包含通式II的甲硅烷和氢气的反应物料流，尤其是在所述气体混合物中具有确定的甲硅烷分压的反应物料流

(II)

ii) 经历气体放电，

优选地在0.05 mbar_绝对-15 000 mbar_绝对的压力下，更优选在减压下，尤其优选所述气体放电地相应于非热等离子体，和

iii) 在所得相中设定确定的氢气分压与选择的条件下为气态的所述硅烷分压的比例，其中

由所得相得到式I的二聚和/或三聚硅烷。

优选地，在步骤iii)中，首先得到式I的二聚和/或三聚硅烷，这些可以以与较高分子量的硅烷的混合物存在。随后，可以在所得相中设定确定的所述氢气分压与选择的条件下为气态的所述硅烷的，尤其是甲硅烷的分压的比例。

根据本发明，所述分压的设定通过氢气可透性膜完成，其优选仅仅对氢气为可透性的和对硅烷基本上是不透性的。或者，在步骤iii)中，当在所得相中同时得到式I的所述二聚和/或三聚硅烷和设定了确定的所述氢气分压与在所选择的条件下为气态的硅烷，尤其是甲硅烷的分压的比例的时候，其同样是尤其优选的。

由此本发明提供了用于制备通式I的二聚和/或三聚硅烷的方法，其中n = 0或1，i) 其中包含通式II的甲硅烷和氢气尤其是在所述气体混合物中具有确定的甲硅烷分压的反应物料流，ii)在0.1 mbar_绝对-1000 mbar_绝对的压力下，优选在1 mbar_绝对-950 mbar_绝对的压力下经历非热等离子体和iii)在所得相中设定确定的氢气分压与在所选择的条件下为气态的硅烷的分压，尤其是与甲硅烷的分压的比例，和得到式I的二聚和/或三聚硅烷，其中在方法步骤iii)中压力相对于方法步骤ii)中的压力升高。

使用的所述反应物是高-至超高纯度的甲硅烷和氢气，其优选地各自相应于下面的杂质分布。所述甲硅烷或氢气中的总杂质为100重量ppm-1重量ppt，尤其是至检出限，优选小于或等于50重量ppm，进一步优选小于或等于25重量ppm。所述总杂质包括不是硅的硼、磷和金属元素杂质。更优选地，在每种情况下独立地，对于所述甲硅烷和氢气来说，总杂质是对于下面所述的元素：

a. 铝，小于或等于15重量ppm-0.0001重量ppt，和/或

b. 硼，小于或等于5-0.0001重量ppt，

优选地，在3重量ppm-0.0001重量ppt范围内，和/或

c. 钙，小于或等于2重量ppm，