通过裂解更高级的氯代多硅烷例如八氯三硅烷以制备六氯二硅烷的方法_2

文档序号:9400606阅读:来源:国知局
本领域技术人员例如根据 SEMI 标准 MF672 和 MF674 或 ASTM F 672-80 进行。
[0027]本发明方法中,特别优选使用氯代多硅烷,简称为PCS,特别是八氯三硅烷或与更高分子量的氯代多硅烷,优选全氯多硅烷混合的八氯三硅烷,其中该氯代多硅烷具有20至99.9999重量%的八氯三硅烷含量,优选91至99.9999999重量%的八氯三硅烷含量,其具有一种、多种或所有下列元素的下列杂质特征。如果存在该杂质特征,该氯代多硅烷在本发明的范围中被称作“痛海富/e多裔费":
a.小于5重量ppm或
5重量ppm至0.0001重量ppt,
优选3重量ppm至0.0001重量ppt的铝,和/或
b.小于10重量ppm或
10重量ppm至0.0001重量ppt,
优选5至0.0001重量ppt, 特别优选3重量ppm至0.0OOl重量ppt的硼,和/或
c.小于2重量ppm,
优选2重量ppm至0.0001重量ppt的钙,和/或
d.小于等于20重量ppm,
优选10重量ppm至0.0001重量ppt,
特别优选0.6重量ppm至0.0001重量ppt的铁,和/或
e.小于等于10重量ppm,
优选5重量ppm至0.0001重量ppt,
特别优选0.5重量ppm至0.0001重量ppt的镍,和/或
f.小于10重量ppm,
优选10重量ppm至0.0001重量ppt,
特别优选5重量ppm至0.0001重量ppt,
非常特别优选3重量ppm至0.0001重量ppt的磷,和/或
g.小于等于2重量ppm,
优选I重量ppm至0.0001重量ppt,
特别优选0.6重量ppm至0.0001重量ppt,
非常特别优选0.1重量ppm至0.0001重量ppt的钛,和/或
h.小于等于3重量ppm,
优选I重量ppm至0.0001重量ppt,
特别优选0.3重量ppm至0.0001重量ppt的锌,和
1.碳,其中以相加到杂质a.至h.的总和中的浓度含有碳。由此获得的值小于100重量ppm。该值优选为100重量ppm至0.001重量ppt,更优选为小于50重量ppm,特别优选为50重量ppm至0.001重量ppt,更特别优选为10重量ppm至0.001重量ppt,更特别优选为小于5重量ppm,非常特别优选为5重量ppm至0.001重量ppt。
[0028]除上述特征外,对实施该方法而言更优选的是所述气体放电为非热等离子体,该气体放电特别优选在臭氧发生器中进行。可以用或不用至少一种惰性气体或载气进行该等离子体中的气体放电。
[0029]还可以有利地使用惰性气体,如氩气或其它常规惰性气体,以辅助氯代多硅烷的蒸发。
[0030]同样优选的是,在本发明方法中使至少一种三聚体的氯代多硅烷,优选八氯三硅烷,或与更高分子量的氯代多硅烷,尤其全氯硅烷和/或氢-和氯-取代的氯代多硅烷混合的三聚体的氯代多硅烷,尤其八氯三硅烷在氯化氢的存在下暴露于气体放电中。在此特别优选的是用优选具有小于100重量ppm至I重量ppb,特别是小于100重量ppb至I重量PPb的具有外来元素或外来分子的杂质的高纯氯化氢气体进行该反应。外来元素或外来分子是不同于氯化氢的所有化学元素、盐和分子。
[0031]进一步优选的是该反应在真空中,特别在低于I bar绝对,优选10 3至1000 mbar绝对,特别优选I至1000 mbarim,更优选I至500 mbarim,优选10至200 mbarim,特别优选10至100 ,更好大约50+/-10 mbar绝对的压力下进行。
[0032]根据本发明方法更特别优选的是,所用的氯代多硅烷是高纯氯代多硅烷,其优选具有98至99.9999重量%的氯代多硅烷含量和特别是小于2重量%,优选小于100重量ppm的杂质含量。在此更优选的是所用的高纯氯代多硅烷是具有80至99.9999重量%的八氯三硅烷含量的八氯三硅烷,尤其是优选具有少于100重量ppm杂质的高纯八氯三硅烷。杂质是不同于氯代多硅烷的所有化学元素、分子或离子。
[0033]本发明的主题还是,该方法中所用的氯代多硅烷来自四氯硅烷与氢气在非热等离子体中的反应或四氯硅烷与甲基三氯硅烷的反应,并与乙硅烷和单硅烷化合物蒸馏分离。该氯代多硅烷优选是在非热等离子体中来自四氯硅烷与氢气的反应或来自四氯硅烷与甲基三氯硅烷的反应的反应产物尤其在与乙硅烷和单硅烷化合物蒸馏分离之后的蒸馏塔底产物。优选地,将根据WO 2008/098640的公开所产生的副产物OCTS在根据该处公开的方法的第一提纯步骤中通过真空蒸馏分批地分离,此后将所得的包含八氯三硅烷和/或更高分子量氯代多硅烷的氯代多硅烷在真空中转移到气相中并与氯化氢流混合,使获得的包含氯代多硅烷(PCS)和氯化氢气体的整个气流暴露于气体放电,尤其非热等离子体中。
[0034]本发明方法因此可以优选地包括以下步骤:
1)在非热等离子体中使四氯硅烷与氢气反应,
2)蒸馏分离乙硅烷和单硅烷化合物并获得氯代多硅烷作为塔底产物,
3)在非热等离子体中在氯化氢的存在下使多硅烷反应并获得六氯二硅烷,特别分离出六氯二娃烧,和任选地,
4)蒸馏分离易挥发性化合物,如三氯硅烷或通常的单硅烷化合物,蒸馏分离六氯二硅烷,和任选在塔底产物中获得更高沸点的氯代多硅烷,优选将其重新输送至氯化氢存在下的反应或裂解。
[0035]如果需要,可以将特别为通式1、II和/或III的未反应的氯代多硅烷重新输送至气体放电,优选非热等离子体。为了使氯代多硅烷,特别是八氯三硅烷完全反应成六氯二硅烷,可以使用具有I至⑴,优选具有I至100个循环的循环方法,优选为I至5个循环的低数目,更优选进行仅一个循环。或者,也可以将该方法中未反应的氯代多硅烷返回并与新鲜输入的氯代多硅烷输送至非热等离子体中的反应。
[0036]通过在非热等离子体中的反应获得的六氯二硅烷除三氯硅烷外在所得相中为纯态,可以尤其通过蒸馏后处理以高纯态将其从该所得相中获得。可由此例如以最高纯度将六氯二硅烷与其余反应产物和任选的氯代多硅烷反应物分离,参见图3。在29Si NMR谱中除六氯二硅烷的信号(S =7.4 土 0.1 ppm,DMS0)外无法检测到其它化合物。其它金属和/或金属化合物对六氯二硅烷的污染度至少对于各种金属或金属化合物而言在重量PPm范围至重量PPt范围内,优选分别在如下文所示的重量ppb范围内,特别优选的是其它金属和/或金属化合物的最大污染分别为100重量ppb至I重量ppt,优选分别为50重量ppb至100重量ppt。由于所含的外来金属杂质令人惊讶地络合到更高级的氯代多硅烷中而进一步实现这一点。
[0037]在等离子体反应器中产生非热等离子体并实现物质转化,该物质转化在本发明的范围中被称作“攀/尊子体给游”。根据本发明使用的等离子体是非等温(anisotherm)的。这些等离子体以高的电子温度I;彡14 K和相对低的气体温度Tti ( 13 K为特征。这些化学过程所需的活化能主要经电子碰撞提供。典型非热等离子体可以例如由辉光放电、HF放电、空心阴极放电或电晕放电产生。进行本发明的等离子体处理时的工作压力为I至1000mbar绝对,优选为I至800 mbar绝对,特别优选为100至500 mbar绝对,特别是20至100 mbar绝_,特别优选为大约50 mbar,fi5!i,其中待处理的相,特别是包含氯代多硅烷和氯化氢的气相优选地设定到_40°C至400 °C的温度。
[0038]关于非热等离子体和均相等离子体催化的定义,参考相关技术文献,例如 “Plasmatechnik: Grundlagen und Anwendungen - Eine EinfUhrung,,;Autorenkollektiv,Carl Hanser Verlag, Milnchen/ffien ;1984, ISBN 3-446-13627-4。
[0039]比能量输入特别优选在0.1至10 Ws/cm2之间。在此更优选的是经由相位精确的瞬时功率测量以至少250 kHz的带宽的进行比能量输入,其中在具有50 cm2放电面积的同轴反应器中进行瞬时功率测量的确定。同轴反应器优选是管式反应器,特别是旋转对称的管式反应器。
[0040]优选进行用于形成非热等离子体的能量输入,以使形成的等离子体形成用于使多硅烷与氯化氢反应的尽可能均匀的条件,在此特别优选的是在该放电为辉光放电并覆盖整个电极面积的电压下运行该非热等离子体。
[0041]如上所述,在非热等离子体中的反应的方法步骤后接着回收六氯二硅烷的方法步骤,优选分离纯至高纯的六氯二硅烷。在通过气体放电
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