[发明专利]三氯硅烷的纯化系统和多晶硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及三氯硅烷的纯化技术。

背景技术

三氯硅烷作为半导体级的高纯度多晶硅的制造用原料得到广泛使用。高纯度三氯硅烷例如通过将使冶金级的金属硅与四氯硅烷以及氢气或氯化氢反应得到的粗制三氯硅烷经过蒸馏等工序进行纯化而得到。

利用西门子法等方法使这样的高纯度三氯硅烷析出而得到多晶硅，但该析出反应中，会产生四氯硅烷作为副产物。这种作为副产物的四氯硅烷经还原而形成三氯硅烷，可以将其纯化后再次用于多晶硅的析出反应。

多晶硅的制造中，要求低成本化，但另一方面，伴随着半导体器件的高集成化等，还要求进一步的高品质化。具体而言，存在要求使多晶硅中的杂质(碳、掺杂物、重金属等)的浓度降低至极限的趋势。因此，三氯硅烷的高纯度化在多晶硅的制造技术中具有极其重要的意义。

三氯硅烷中的碳杂质的大部分是由上述粗制三氯硅烷制造中使用的金属硅中含有的杂质碳、反应炉等的内壁材料中含有的碳副生成的烃类。

因此，为了制造高纯度三氯硅烷，需要将这样的烃类除去。一般而言，三氯硅烷的纯化通过蒸馏来进行，但在作为杂质含有的烃类的沸点接近三氯硅烷的沸点的情况下，难以通过蒸馏充分地除去烃类。

特别是碳原子数为5的烃类和碳原子数接近5的烃类的沸点与三氯硅烷的沸点极为接近，因此，实际情况是，通过蒸馏进行分离并不容易。例如，作为碳原子数为5的支链烷烃且为烃类的异戊烷(i-C₅H₁₂)的沸点为27.7℃，与三氯硅烷的沸点(31.8℃)极为接近，是难以通过蒸馏进行分离的物质之一。

鉴于这样的情况，作为三氯硅烷的纯化技术，提出了如下所述的方法。

在专利文献1(日本特开2009-062212号公报)中提出了在氯化工序中利用光氯化将异戊烷高沸化而使其容易从三氯硅烷中蒸馏分离的方法。

另外，在专利文献2(DE1222481B公报)中记载了将来自第一析出反应器的废气(排气)导入至第二析出反应器中，在该第二析出反应器中制造更高纯度的多晶硅的方法，该方法中，为了提高收率，在上述第二析出反应器中新添加高纯度的氢气。

另外，在专利文献3(日本特开2012-056836号公报)中公开了将来自第一反应器中的第一析出工艺的纯化后的凝结液供给至第二反应器，在该第二反应器中的第二析出工艺时进行使用的多晶硅的制造法。在该方法中，在第一反应器和第二反应器中分别进行氢气循环，未消耗的氢气纯化后被再次使用。

但是，这些方法均存在如下的缺点：反应的控制等较为困难，而且在纯化时大量的氯硅烷被排出至体系外，因此多晶硅的收率降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-062212号公报

专利文献2：DE1222481B公报

专利文献3：日本特开2012-056836号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种三氯硅烷的纯化技术，在由含有烃类的氯硅烷馏分纯化出高纯度三氯硅烷时，无需将大量的氯硅烷排出至体系外，并且也能够容易地进行反应控制。

用于解决问题的方法

为了解决上述问题，本发明的三氯硅烷的纯化系统是用于由含有烃类的氯硅烷馏分得到高纯度三氯硅烷的系统，其特征在于，具备：将所述氯硅烷馏分中的烃类热解而进行低沸点化的热解反应器、和将从所述热解反应器输送来的所述氯硅烷馏分中含有的三氯硅烷与其他成分分离的蒸馏器。

优选上述热解反应器至少能够进行异戊烷、甲基三氯硅烷、甲基二氯硅烷的低沸点化。

另外，优选上述热解反应器能够将上述低沸点化时的压力控制为0.01～2MPa的范围。

另外，优选上述热解反应器能够将上述低沸点化时的温度控制为300～1200℃的范围。

另外，优选上述热解反应器的内壁材质中的铁的含量为65重量％以下，进一步优选为50重量％以下。

在某一方式中，具备向上述热解反应器内导入四氯硅烷和氢气的气体管线。

另外，在某一方式中，能够将从上述气体管线导入至上述热解反应器内的氢气的量([H₂])以与四氯硅烷的量([STC])之比([H₂]/[STC])为1～6的范围的方式进行控制。