Способ получения дихлорсилана Советский патент 1981 года по МПК C01B33/04 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИХЛОРСИЛАНА

1

Изобретение относится к области получения кремнийсоДержащих материалов и может быть использовано в производстве хлорсиланов, широко применяющихся в качестве источника кремния в технологии микроэлектроники.

Известен способ получения дихлорсилана, заключающийся в пропускании парообразной смеси SiCl с Н. над металлическим титаном, взятым в качестве катализатора 1.

Однако выход дихлорснлана мал не более 30 мае. %.

Кроме того, в результате реакции образуется сложная смесь, состоящая из хлоргидридсиланов, моносилана и исходного тетрахлорсилана, требукяцая проведения дополнительных процессов ее разделения, а образующийся моносилан является взрьшоопасным соединением.

С целью увеличения производительности процесса, восстановительные реакции необходимо проводить при температурах, превышающих , что значительно сказывается на чистоте получаемого продукта.

Наиболее близким к изобретению является способ получения дихлорсилана путем пропускания хлористого водорода через порошок кремнемедной массы, содержащей около 5% Си. Реакция проводится в условиях псевдоожиженного слоя при 250-260 С. В ре-зультате реакции

siHte teiH,.,

10

образуется преимущественно трихлорсилан (73 мае. %) и в незначительном количестве дихлорсилан (27 мас.%)2.

Недостатком известного метода является невысокий выход дихлорсиланЭ

15

Цель изобретения - увеличение выхода дихлорсилана.

Поставленная цель достигается тем что через кремнемедную массу предварительно пропусксцот хлор со скоро20стью 5-15 л/ч при 300-350 0.

Способ осуществляют следующим образом.

Порсаикообразную кремнемедную массу, приготовленную сплавлением мо25носиланового кремния с 5 мае. % меди, загружают в вертикальный кварцевый реактор малого диаметра и большой высоты (d 30 мм, h 1500 мм). В нижней части реактора

30 находится стальной шарик на конусобразной поверхности, который испольуется в качестве газораспределителя/

При скорости хлора ниже 5 л/ч и реакция активации кремнемедной ассы протекает слишком замедленно.

При скорости хлора выше 15 л/ч температуре выше 350°С реакция ротекает очень бурно с большой поерей хлора, а также происходит унос. отоком газа с поверхности соединеий типа 51С1ц.

В присутствии меди образуется предпочтительно соединение SiCl/ которое и является непосредственным участником реакции дальнейшего взаимодействия осушенного хлористого водорода с кремнемедной массой. В результате р еакции

4SACe 6HCt °ёи°°° SiH CE - SiHCe 5iCe4+5iH5CC,

где SiCl - активированная хлором кремнемедная масса, образуется смесь хлорсиланов, содержащая значительное количество дихлорсилана.

Псевдоожижение активированного хлором кремнемедного порошка осуществляют пульсирующей подачей (с частотой 2-3 имп./с)предварительно осушенного хлористого водорода со скоростью 15-30 л/ч при 250-300 0. Применение пульсирующей подачи реакционного газа ведет к увеличению степени превращения газообразного реагента и, соответственно, производительности процесса. Через кремнемедную массу предварительно пропускают хлор со скоростью 5-15 л/ч при 300-350°С.

Полученный конденсат представляет собой смесь хлорсиланов.

Конденсат отбирают в емкость, охлажденную до , а дихлорсилан отдувают из этой емкости в другую, которую охлаждают до -75 С.

Выбранные температуры сборников объясняются различиями в давлении паров Нсщ собираемыми жидкостями.

Пример. В кварцевый реактор (d 30 мм, h 1500 мм) загружают порошкообразную кремнемедную массу (Si + 5 мае. % Си; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода и воды. Затем в течение 30 мин проводят активизацию кремнемедной массы хлором, который пропускает со скоростью 15 л/ч при 300°С.

После осуществления аквитации кремнемедной массы хлором температуру в реакторе понижают, подачу хлора прекращают и в реактор отдельными импульсами (2-3 имп./с) подают осушенный хлористый водород. Получаемый конденсат отбирают в емкость, охлажценную до , а дихлорсилан

отдувают из этой емкости в другую емкость, охлажденную до .

В результате получают 33,3 мас.% дихлорсилана.

Пример2. В кварцевый реактор загружают порошкообразную кремнемедную массу (Si + 5 мае. % Си; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществля)ют пульсирующей подачей аргона, предварительно осущенного и очищенного

от кислорода. Затем в течение 30 мин проводят активацию кремнемедной массы хлором, который пропускают со скоростью 5 л/ч при .

После осуществления активации

5 кремнемедиой массы хлором температуру в реакторе понижают, подачу хлора прекращают и в реактор отдельными импульсами (2-3 имп./с) подают осушенный хлористый водород. Получае0 .мый конденсат отбирают в емкость,

охлажденную до , а дихлорсилан отдувают из этой емкости в другую, охлалсденную до -75С.

В результате получают 39,20 мас.%

5 дихлорсилана.

ПримерЗ. В кварцевый реактор загружают порошкообразную кремнемедную массу (Si + 5 мас.% Си; размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода и воды. Затем в течение 30 мин проводят активацию кремнемедной массы хлором, который пропускают со скоростью 5 л/ч

при 350 С.

После осуществления активации температуру в реакторе понижают, подачу хлора прекращают и в реактор

отдельньвет импульсами (2-3 имп./с) подают осушенный хлористый водород. Полученный конденсат отбирают в емкость, охлажденную до -10 С, а дихлорсилан отдуваиот из этой емкости

в другую, охлажденную до - 75с.

В результате получают 36,6 мас.% дихлорсилана.

Пример4. В кварцевый реактор загружают порошкообразную кремнемедную массу (Si + 5 мас.% Си;

размер частиц 40-70 мкм). Псевдоожижение кремнемедной массы осуществляют пульсирующей подачей аргона, предварительно очищенного от кислорода

и воды. Затем в течение 30 мин

проводят активацию кремнемедной массы хлором, который п)опускают со скоростью 15 л/ч при З50с.

В результате получают 35,2 мас.% дихлорсилана.

Пример5. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 325°С, получают дихлорсилан в количестве 38 мае. %.

П р и м е р 6. При тех же условиях, но при скорости хлора 5 л/ч и

получают дихлорсйлан в количестве 37 мас.%.

Пример. При тех же условиях, но при скорости хлора 15 л/ч и получают дихлорсйлан в количестве 35 мас.%.

Примере. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 300°с получают дихлорсйлан в количестве 35,2 мае. %.

П р и м е р 9. При тех же условиях, но при скорости хлора 10 л/ч и 350 С получают дихлорсйлан в количестве 36 мае. %.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сра;внению с известным увеличение выхода дихлорсилана и повышение степени его чистоты за счет проведения предварительной активации порошка кремнемедной. массы хлором и получение параллельно с дихлорсиланом в качестве побочного продукта трихлорсилана особой чистоты, который также может быть использован в качестве источника кремния в микроэлектронике.

Кроме того, предлагемый способ позволяет осуществить автоматизацию процесса получения лихлорсиланё1.

Формула изобретения

Способ получения дихлорсилана путем пропускания хлористого водорода через кремиемедную массу при повышенной температуре, отличаюций0с я тем, что, с целью увеличения выхода дихлорсилана, через,кремнемёдную массу предварительно пропускают хлор со с;,оростью 5-15 л/ч при 300350С.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

№ 5, т. 43, с. М44-1148.