[发明专利]一种低污染高纯度电子级多晶硅提纯方法

说明书

本发明公开了一种低污染高纯度电子级多晶硅提纯方法，包括如下步骤：（1）将制取的粗硅烷通过气体压缩机导入至第一精馏塔内，第一精馏塔塔顶分离出轻组分，其余部分从第一精馏塔塔底馏分出来；（2）导入至4A分子筛吸附柱内，完成吸附后的部分从顶部排出；（3）再导入至第二精馏塔内，第二精馏塔塔底分离出重组分，其余部分从塔顶馏分出来；（4）依次导入至分子筛混合组合填充吸附柱内完成吸附后的部分从顶部排出至分解炉内，高温分解完毕后得到高纯硅烷；（5）将得到的高纯硅烷进行热分解反应，从而得到电子级多晶硅。本发明的优点在于极大的提高所制备的多晶硅的纯度，减少了后续需要设置的精馏塔，降低了生产成本与能耗。

技术领域

本发明涉及电子级多晶硅生产制备技术领域，特别涉及一种低污染高纯度电子级多晶硅提纯方法。

背景技术

多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法，其中硅烷法指最终用硅烷热解制多晶硅的方法。

硅烷，又称单硅烷、硅甲烷、四氢化硅。硅烷是电子工业领域最重要的气体材料之一，是高纯半导体芯片、多晶硅、硅外延膜、氮化硅膜等的主要原料，广泛应用于多晶硅、太阳能电池、液晶显示、光导纤维、有色玻璃制造等行业。作为含硅薄膜和涂层的应用已从传统的微电子产业扩展到钢铁、机械、化工和光学等各个领域。

工业上通常采用适合规模化生产的硅化镁与氯化铵反应法、三氯氢硅还原法、四氟化硅还原法，以及氯硅烷氢化二次歧化反应（UCC）法。不同的生产工艺，所得到的粗硅烷中的杂质组分有所不同，进而所采用的分离与净（纯）化方法也有所不同，不过通常粗硅烷中含有氢气、甲烷等轻组分杂质，氨、水、氯硅烷、硅氧烷、二氧化碳等重组分杂质，以及微量的硅/硅团簇颗粒、金属离子等杂质，因而，在制备硅烷过程中，将粗硅烷提纯脱除杂质业已成为电子级硅烷制备的主要工艺。

硅烷的净化方法有许多，针对粗硅烷中的杂质不同而采用的方法有所不同，主要有液化冷冻法、低温精馏法、吸附法及其它方法，包括金属吸气剂法、水吸收法、膜分离法等。

液化冷冻法主要脱除与硅烷液化温度相差较大的气相杂质，这种方法比较耗能，在低于-118℃的操作条件下，需要大量的冷量将硅烷液化，而少量的不凝气体逸出。而对于接近硅烷冷凝温度的CH₄或CO等气相杂质也很难处理干净。同时，液化冷冻法也不适合含有更易液化的杂质组分诸如NH₃、乙烯等碳二及碳二以上的轻烃类组分的粗硅烷的净化。

低温精馏法是较为普遍应用的硅烷提纯方法，该法是利用一定温度及压力下SiH₄与杂质组分相对挥发度的差异，可采用两个精馏塔工艺，把比硅烷更轻的H₂及CH₄，比硅烷更重的CO₂、O₂或氯硅烷等分离去除掉，但与硅烷沸点相近而导致的相对精馏挥发度分离系数较小的较轻组分CH₄或较重组分CO含量时常超标，很难得到更纯的硅烷产品。

吸附法是利用硅烷与杂质组分的分子动力学直径或在吸附剂中的吸附容量或吸附速率的差异性实现净化分离，比如，采用5A分子筛进行吸附，可以将动力学直径约4.84A的硅烷分子吸附而非吸附相的H₂得以排出，解吸采用加温方法得到高纯的硅烷产品。但是，粗硅烷中还含有CH₄、CO等动力学直径与硅烷相同的杂质组分时，就可能发生共吸附或竞争性吸附现象，导致从吸附相中获取的硅烷产品的纯度受到很大影响。同时，由于硅烷不同的解吸条件下，还有一定的重新被吸附的能力，进而解吸条件很难掌控，因此，吸附法通常应用于粗硅烷中杂质组分相对较少的工况。

硅烷的其它净化方法，最常用的是金属吸气剂，可以将O₂、H₂O、CO2及硼磷等痕量杂质脱除至ppb级。不过，正如H₂/NH₃等金属吸气剂，对进入金属吸气剂的进料气有一定的要求，比如CH₄或H₂等含量有较严格的限制，防止金属吸气剂失活。因此，金属吸气剂一般是用于最后一道纯化而直接进入用气工序。