一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法

摘要

本发明公开一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法，包括如下步骤：1)将粗硅烷通入脱轻塔，塔的操作压力1.8～2.5MPa，顶部温度-120～-80℃，在塔顶除去氮气、甲烷、氢气；2)粗硅烷从塔底流出进入第一脱重塔，塔的操作压力1.8～2.5MPa，顶部温度-70～-40℃，，在塔底除去乙烷、硼、磷等；3)从塔顶排出的硅烷进入串联的吸附塔，塔的操作压力均为1.6～2.3MPa，除去乙烯；4)硅烷进入第二脱重塔，塔的操作压力1.6～2.3MPa，顶部温度-70～40℃，除去乙基甲硅烷。本发明使精制提纯后硅烷中氮气、甲烷、氢气的含量降到1.5X10-9以下；乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、乙烯、乙基甲硅烷、硼、磷的含量降到3.5X10-9以下，最终可将粗硅烷的纯度提纯至99.9999999％以上，满足电子和半导体行业的使用要求。

权利要求

1.一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将多晶硅生产过程中合成的粗硅烷通过硅烷压缩机进入电子级硅烷精制系统脱轻塔，脱轻塔压力为1.8～2.5MPa，顶部温度为-120～-80℃，操作压差为0.5～5kPa，在塔顶除去轻组分氮气、甲烷和氢气；

2)粗硅烷经脱轻塔顶冷凝到塔底流出进入第一脱重塔，第一脱重塔压力为1.8～

2.5MPa，顶部温度为-70～-40℃，操作压差为5～15kPa，在塔底除去重组分乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷，硅烷从第一脱重塔塔顶排出；

3)从第一脱重塔塔顶排出的硅烷进入三个串联的吸附塔，除去乙烯，每个吸附塔的操作压力均为1.6～2.3MPa，每个吸附塔操作压差为1～25kPa；

4)硅烷从吸附塔出来后进入第二脱重塔，第二脱重塔压力为1.6～2.3MPa，顶部温度为-70～40℃，操作压差为1～5kPa，在第二脱重塔塔底除去乙基甲硅烷，纯硅烷气体从第二脱重塔塔顶排出通过专用管道进入储罐备用。

2.如权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯方法，其特征在于所述的脱轻塔的顶部温度为-120～-100℃，脱轻塔的压力为2.2～2.5MPa，脱轻塔的操作压差为2.0～3.0kPa。

3.如权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯方法，其特征在于所述的第一脱重塔的顶部温度为-60～-50℃，第一脱重塔压力为2.0～2.2MPa，第一脱重塔的操作压差为8.0～12.0kPa。

4.如权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯方法，其特征在于所述的每个吸附塔的操作压力为1.8～2.0MPa，每个吸附塔的操作压差为8.0～

12.0kPa。

5.如权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯方法，其特征在于所述的第二脱重塔的顶部温度为-60℃～-50℃，第二脱重塔压力为1.6～1.8MPa，第二脱重塔的操作压差为8.0～12.0kPa。

说明书

一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化合物的制备方法，尤其涉及一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法。

背景技术

[0002] 多晶硅材料是电子信息产业和太阳能光伏发电产业中最基础、最主要的功能材料，随着电子信息产业和太阳能光伏新能源产业的发展，多晶硅产品的需求量将继续加大。

[0003] 目前，我国大多数企业的多晶硅生产工艺为改良西门子法，其实是以三氯氢硅为原料还原为多晶硅。该方法的优点是工艺成熟，但也有其不足之处，如能耗高，耗电量为350-500度/kg；还原转换率低，仅为15％左右；纯度难以达到较高标准，最大的纯度为99.999％-99.9999％(术称五个9到六个9)；同时污染较大、尾气中含有大量的四氯化硅无法循环，且越积越多，形成了难以解决的环保问题。而以硅烷为原料还原生产多晶硅的方法，则占有明显的优势，如能耗较低，耗电量为150度/kg；纯度高，可以达到99.9999999％到99.999999999％(术称九个9到十一个9)；污染小，无环保问题。本发明就是将生产合成的粗硅烷精制提纯成为合格的电子级高纯硅烷气体为后序还原多晶硅作准备。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯方法。

[0005] 多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法包括如下步骤：

[0006] 1)将多晶硅生产过程中合成的粗硅烷通过硅烷压缩机进入电子级硅烷精制系统脱轻塔，脱轻塔压力为1.8～2.5MPa，顶部温度为-120～-80℃，操作压差为0.5～5kPa，在塔顶除去轻组分氮气、甲烷和氢气；

[0007] 2)粗硅烷经脱轻塔顶冷凝到塔底流出进入第一脱重塔，第一脱重塔压力为1.8～2.5MPa，顶部温度为-70～-40℃，操作压差为5～15kPa，在塔底除去重组分乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷，硅烷从第一脱重塔塔顶排出；

[0008] 3)从第一脱重塔塔顶排出的硅烷进入三个串联的吸附塔，除去乙烯，每个吸附塔的操作压力均为1.6～2.3MPa，每个吸附塔操作压差为1～25kPa；

[0009] 4)硅烷从吸附塔出来后进入第二脱重塔，第二脱重塔压力为1.6～2.3MPa，顶部温度为-70～40℃，操作压差为1～5kPa，在第二脱重塔塔底除去乙基甲硅烷，纯硅烷气体从第二脱重塔塔顶排出通过专用管道进入储罐备用。

[0010] 所述的脱轻塔的顶部温度为-120～-100℃，脱轻塔的压力为2.2～2.5MPa，脱轻塔的操作压差为2.0～3.0kPa。

[0011] 所述的第一脱重塔的顶部温度为-60～-50℃，第一脱重塔压力为2.0～2.2MPa，第一脱重塔的操作压差为8.0～12.0kPa。

[0012] 所述的每个吸附塔的操作压力为1.8～2.0MPa，每个吸附塔的操作压差为8.0～12.0kPa。

[0013] 所述的第二脱重塔的顶部温度为-60℃～-50℃，第二脱重塔压力为1.6～1.8MPa，第二脱重塔的操作压差为8.0～12.0kPa。

[0014] 发明的方法可使精制提纯后硅烷中氮气、甲烷、氢气的含量降到1.5X10-9以下；乙-9烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、乙烯、乙基甲硅烷、硼、磷的含量降到3.5X10 以下，最终可将粗硅烷的纯度提纯至99.9999999％以上，完全满足电子和半导体行业的使用要求。

附图说明

[0015] 图1是以氟化物和硅源粉末为原料制备的四氟化硅提纯方法流程图；

[0016] 图2是实施例1硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0017] 图3是实施例2硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0018] 图4是实施例3硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0019] 图5是实施例4硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0020] 图6是实施例5硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0021] 图7是实施例6硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0022] 图8是实施例7硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱；

[0023] 图9是实施例8硅烷样品经气相色谱仪纯度检测的图谱。

具体实施方式

[0024] 为能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

[0025] 实施例1

[0026] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-120℃，压力为1.85MPa，操作压差为0.5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为1.8MPa，操作压差为5kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为1.6MP，除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为1.6MPa，操作压差为1kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0027] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图2；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0028]

[0029] 实施例2

[0030] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-80℃，压力为2.5MPa，操作压差为5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-40℃，压力为2.49MPa，操作压差为15kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为2.3MP，除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-40℃，压力为2.3MPa，操作压差为5kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0031] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图3；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0032]

[0033] 实施例3

[0034] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-120℃，压力为2.2MPa，操作压差为2.0kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-60℃，压力为2.0MPa，操作压差为8kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为1.8MP，除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-60℃，压力为1.6MPa，操作压差为8kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0035] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图4；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0036]

[0037] 实施例4

[0038] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-100℃，压力为2.5MPa，操作压差为3.0kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-50℃，压力为2.2MPa，操作压差为12kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为2.0MP，除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-50℃，压力为1.8MPa，操作压差为12kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0039] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图5；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0040]

[0041] 实施例5

[0042] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-120℃，压力为1.85MPa，操作压差为0.5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-40℃，压力为1.8MPa，操作压差为5kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为1.6MP除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-40℃，压力为1.6MPa，操作压差为5kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0043] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图6；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0044]

[0045] 实施例6

[0046] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-80℃，压力为2.5MPa，操作压差为0.5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为2.49MPa，操作压差为5kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为2.3MP除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为2.3MPa，操作压差为5kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0047] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图7；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0048]

[0049] 实施例7

[0050] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-120℃，压力为2.2MPa，操作压差为0.5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-50℃，压力为2.0MPa，操作压差为5kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为1.8MP除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为1.8MPa，操作压差为5kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0051] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图8；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0052]

[0053] 实施例8

[0054] 将粗硅烷通过硅烷压缩机进入脱轻塔，在脱轻塔顶部温度为-100℃，压力为2.5MPa，操作压差为0.5kPa的条件下除去氮气、甲烷、氢气；将脱轻塔底部的液态硅烷通入第一脱重塔，在塔顶部温度为-70℃，压力为2.2MPa，操作压差为5kPa的条件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；将塔顶排出的硅烷气体通过三级吸附塔，吸附塔内装有4A分子筛，吸附塔的操作压力为2.0MP，除去乙烯；提纯后的硅烷气体从吸附塔出来进到第二脱重塔，在塔顶部温度为-50℃，压力为1.8MPa，操作压差为5kPa的条件下除去乙基甲硅烷，纯净的硅烷气体从第二脱重塔塔顶离开通过专用管道进入储罐备用。

[0055] 用取样瓶对储罐中的硅烷气体进行取样化验分析，经气相色谱测试仪检测纯度的图谱见图9；根据计算结果，提纯后硅烷的杂质含量如下：

[0056]

[0057] 以上对本发明提供的一种多晶硅生产过程中的电子级硅烷精制提纯的方法进行了详细介绍，并应用了具体实施个例对本发明的原理及实施方式进行了验证和阐述，以帮助理解本发明的方法和核心思想。必须指出的是，在不脱离本发明原理的前提下，允许工程技术人员对本发明进行修正和补充，但这些修正和补充也落入本发明权利要求的保护范围。