生产三氯甲硅烷的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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°C 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：
[0003] 4SiHCl3- Si+3SiCl 4+2H2 (I)
[0004] SiHCl3+H2- Si+3HC1 (2)
[0005] 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：
[0006] Si+3HC1 - SiHCl3+H2 (3)
[0007] 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-l〇°C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（SiC14: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。
[0008] 3SiCl4+2H2+Si 一 4SiHCl3 (4)
[0009] 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300 μ m尺寸的金属硅颗粒、氯化氢、四氯化硅、氢气供入带有 金属娃颗粒的硫化反应床。在反应锅中，金属娃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。
[0010] 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】
[0011] 技术问题
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 技术方案
[0015] 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。
[0016] 反应优选在管式反应器中以液相进行。
[0017] 反应可以在约300°C到约1000°C温度下进行。
[0018] 反应可以在约50巴到约300巴的压力下进行。
[0019] 优选地，所述金属硅颗粒的重均直径为约30微米以下。
[0020] 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。
[0021 ] 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。
[0022] 所述氢气与所述四氯化硅的重量比可以为1:20到1:200。
[0023] 所述氯化氢与所述四氯化硅的重量比可以为1:0到1:10。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 所述设备还可以包括装配有搅拌器的原材料储存罐，该储存罐中储存在液态混合 物中的金属硅颗粒分散体。
[0030] 根据一个实施例，在液态混合物中的金属硅颗粒分散体以防止所述金属硅颗粒沉 淀的线速度被供应至所述管式反应器。
[0031] 有益效果
[0032] 根据本发明，金属硅颗粒分散在液态四氯化硅和氯化氢的混合物中并与其反应。 该液相反应使得反应混合物均匀化，确保高接触效率。因此，能够获得高产率的三氯甲硅 烷。另外，使用微管反应器取代流化床反应器有利于热控制，有助于改善产品的质量和产 率，同时使副反应的发生最小化。
【附图说明】
[0033] 图1为示出了根据现有技术的流化床法的示意图；以及
[0034] 图2为示出了根据本发明的生产三氯甲硅烷的方法的示意性流程图。
【具体实施方式】
[0035] 由于本发明允许多种变型和许多实施方式，因此具体实施例将在附图中示出并在 书面说明书中详细描述。然而，这并不是将本发明限制于具体的实施方式，应当明白，未脱 离本发明精神和技术范围的所有变型、等同物及替换都包含在本发明中。在本发明的描述 中，当相关技术的详细描述被认为会不必要地使本发明的实质模糊时，省略其描述。
[0036] 本发明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包含四氯化硅 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。
[0037] 根据本发明的方法，同时进行金属硅与氯化氢的反应（反应3)和四氯化硅、金属 硅与氢气的反应（反应4)以形成三氯甲硅烷。在液相中进行总反应，可以通过反应5表 示：
[0038] 3SiCl4 (I)+HCl (l)+3H2(g)+Si (s) - 4SiHCl3(l)+HCl(I)+H2(I) (5)
[0039] 由于紧接着反应后反应器的内部压力，反应产物以液态形式存在。
[0040] 下面是各个反应物的更详细讨论。
[0041] 四氯化硅
[0042] 在反应中使用的四氯化硅没有特别限制。例如，四氯化硅可以是由三氯甲硅烷生 产多晶硅中的副产物。这确保了四氯化硅的有效利用。
[0043] 金属硅颗粒
[0044] 通过将金属硅颗粒的尺寸调整至35微米以下，四氯化硅与硅颗粒之间的接触面 积增加，导致反应部位的数量增加。结果，反应速率增加，引起三氯甲硅烷的产率增加。另 外，金属硅颗粒尺寸变小并由此在预定反应时间流逝之后用尽。
[0045] 本发明的方法允许液态四氯化硅中的金属硅颗粒均匀分散，以防止金属硅颗粒聚 集和沉淀。使用金属硅颗粒的优点在于增加与四氯化硅的接触面积。
[0046] 金属硅是包含金属形式的硅元素的冶金金属硅或微粒固体材