[发明专利]使用选自Co、Mo、W、Zn、Cr和Ni的催化剂制造氯硅烷的方法

说明书

本发明涉及一种在流化床反应器内制造氯硅烷的方法，该方法包括使包含氯化氢的反应气体与包含超高纯度硅及催化剂的粒状接触物质反应，其中所述催化剂包含选自Co、Mo和W的至少一种元素，并且其中所述氯硅烷具有通式H_nSiCl_4‑n和/或H_mCl_6‑mSi₂，其中n＝1‑4，且m＝0‑4。

本发明涉及一种在流化床反应器内制造氯硅烷的方法，该方法包括使包含氯化氢的反应气体与包含超高纯度硅及催化剂的粒状接触物质反应，其中所述催化剂包含选自Co、Mo和W的至少一种元素，并且其中所述氯硅烷具有通式H_nSiCl_4-n和/或H_mCl_6-mSi₂，其中n＝1-4，m＝0-4。

作为用于制造芯片或太阳能电池的原材料的多晶硅的制造，通常是通过将其挥发性卤素化合物分解，所述挥发性卤素化合物特别是氯硅烷，例如三氯硅烷(TCS，HSiCl₃)。为了符合制造芯片或太阳能电池的要求，多晶硅必须至少具有高于99.9％的纯度。纯度99％的硅称为超高纯度硅。

可以利用西门子法制造出形状为棒状的这种纯度的多晶硅，其中多晶硅沉积在反应器内的加热的灯丝棒上。所采用的过程气体通常是TCS和氢气的混合气体。或者是，多晶硅颗粒可在流化床反应器内制造。借助气流使硅颗粒在流化床内流化，其中所述气流被加热装置加热到高温。加入含硅反应气体(例如TCS)，在高温的颗粒表面产生热解反应，因而使颗粒的直径增加。

多晶硅作为例如以块铸法制造复晶硅(multicrystalline silicon)的原材料。以块状得到的复晶硅的纯度通常高于多晶硅，并且可用于制造太阳能电池。最终硅块一般切割成矩形晶片。

此外，多晶硅作为例如以区熔法或切克劳斯基法制造单晶硅的原材料。这些提供了圆形的硅单晶(锭)，该圆形的硅单晶(锭)被切割成圆形晶片。

多晶硅在流化床反应器或西门子反应器内的沉积，不仅制造目标产物(硅粒或硅棒)外，也产生作为副产物的硅尘，其纯度通常等于目标产物的纯度。此外，在硅棒、硅块和锭的机械加工(破碎，研磨)中也产生硅尘。

这些超高纯度硅尘(纯度99.9％)目前的作法是被丢弃，或是与纯度通常99.9％的冶金硅(mgSi)一起用于制造氯硅烷。

制造氯硅烷，尤其是制造TCS可以基本上通过基于以下反应式的三种方法可用来进行(参见WO2016/198264A1)：

(1)Si+3HCl--SiHCl₃+H₂+副产物

(2)Si+3SiCl₄+2H₂--4SiHCl₃+副产物

(3)SiCl₄+H₂--SiHCl₃+HCl+副产物

可以产生的副产物包括其他卤代硅烷，例如一氯硅烷(H₃SiCl)、二氯硅烷(H₂SiCl₂)、四氯化硅(STC，SiCl₄)、以及二硅烷及低聚硅烷。诸如烃、有机氯硅烷金属氯化物的杂质也可以是副产物的成分。为了制造出高纯度的TCS，接下来通常蒸馏。

在按照反应(1)的氢氯化反应中，通过添加氯化氢(HCl)在流化床反应器内由mgSi生成氯硅烷。例如US4092446中描述了这种方法。

EP1586537A1还提出一种制造TCS的氢氯化方法，其中在磨碎mgSi时产生的最大粒度为80μm的硅尘被直接送入流化床反应器。