[发明专利]三氯硅烷的制备方法和制备装置以及多晶硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及使四氯硅烷与氢反应，转化为三氯硅烷的三氯硅烷的制 备方法和制备装置、以及使用该三氯硅烷的多晶硅的制备方法。

本申请基于2007年5月25日在日本提交的特愿2007-139111号、 2008年5月14日在日本提交的特愿2008-127143号主张优先权，并将 其内容引用到本说明中。

背景技术

高纯度多晶硅例如是以三氯硅烷(SiHCl₃，简称TCS)、四氯硅烷 (SiCl₄，简称STC)和氢作为原料，可通过下式(1)所示的三氯硅烷的氢还 原反应、下式(2)所示的三氯硅烷的热分解反应制备。

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl       ...(1)

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂   ...(2)

作为上述制备方法的原料的三氯硅烷是使氯化氢与金属硅反应，制 备粗制三氯硅烷，将其蒸馏纯化获得。以从多晶硅的生成反应的排气中 蒸馏分离并回收的四氯硅烷作为原料，通过下式(3)所示的氢加成的转化 反应，可生成三氯硅烷。

SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl    ...(3)

制备该三氯硅烷的装置例如已知有专利文献1所述的转化反应装置 (转化炉)。该转化反应装置中，被发热体包围的反应室具有由同心配置 的两个管形成的外室和内室的双室，在该反应室的下部设置热交换器， 经由该热交换器，连接有向反应室供给氢和四氯硅烷的原料气体供给管 路、以及由反应室排出反应生成气体的排出管路，在上述热交换器中， 从反应室排出的反应生成气体传递热，预热供给反应室的供给气体，同 时进行排出的反应生成气体的冷却。

例如专利文献2中提出：将四氯硅烷和氢导入反应室中，在600℃～ 1200℃的温度下进行转化反应，由此获得含有三氯硅烷和氯化氢的反应 生成气体，同时还具备将由反应室导出的上述反应生成气体以例如可在 1秒之内下降至300℃以下的冷却速度进行骤冷的冷却装置。

专利文献1：日本专利第3781439号公报

专利文献2：日本特公昭57-38524号公报

发明内容

专利文献1所述的三氯硅烷的制备装置中，在反应室下部的热交换 器中，通过与供给的原料气体进行热交换来进行反应生成气体的冷却， 但是在冷却反应生成气体的过程中，发生三氯硅烷与氯化氢反应、分解 成四氯化硅(STC)和氢的上述反应式(3)的逆反应。这里，在通过以往的 热交换器进行的冷却中，冷却速度慢，因此无法充分抑制上述逆反应的 发生，出现三氯硅烷的转化率低的问题。

如专利文献2所述，在几乎不发生上述逆反应的在1秒以下极短的 时间骤冷至300℃以下，则可以抑制上述反应式(3)的逆反应，但上述骤 冷时，在冷却过程中，例如已知如以下反应式(4)所示，通过转化反应生 成的气体中所含的SiCl₂(二氯硅烯(ジクロロシリレン))与SiCl₄反应， 副产聚合物。

该SiCl₂(二氯硅烯)如以下反应式(5)所示，是由于三氯硅烷的分解 产生的中间产物，在转化反应中、在高温下生成较多，特别是在超过1200 ℃的温度下显著。

SiCl₂+SiCl₄→Si₂Cl₆   ...(4)

SiHCl₃→SiCl₂+HCl     ...(5)

这样，以往，由于副产聚合物，三氯硅烷的转化率降低，同时副产 的聚合物附着在管路壁上等，堵塞管路，出现无法良好保持管路等的状 态的问题。聚合物如上述Si₂Cl₆(氯乙硅烷)，是含有2个原子以上的硅 的Si₃Cl₈(氯三硅烷)、Si₂H₂Cl₄等高级次氯硅烷类的总称。