JPH1129315A - ジクロロシラン含量の減少したトリクロロシランの製造方法 - Google Patents

ジクロロシラン含量の減少したトリクロロシランの製造方法

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JPH1129315A
JPH1129315A JP11799798A JP11799798A JPH1129315A JP H1129315 A JPH1129315 A JP H1129315A JP 11799798 A JP11799798 A JP 11799798A JP 11799798 A JP11799798 A JP 11799798A JP H1129315 A JPH1129315 A JP H1129315A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジクロロシランとトリクロロシランを含む混
合物中のジクロロシランを選択的にトリクロロシランに
変換すること。 【解決手段】 ジクロロシランとトリクロロシランを含
有する混合物を活性炭の存在下で塩化水素と0℃以上7
5℃未満の温度で反応せしめて、ジクロロシランを選択
的にトリクロロシランに転化せしめることを特徴とする
ジクロロシラン含量の減少したトリクロロシランの製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジクロロシランと
トリクロロシランの混合物からジクロロシラン含有量の
減少したトリクロロシランの製造法に関する。さらに詳
しくは高純度の多結晶シリコンの製造のために、副生物
であるジクロロシランを効率良く除去してジクロロシラ
ン含量の減少したトリクロロシランを製造する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】高純度多結晶シリコンの製造において最
も一般的な方法は、トリクロロシランを原料とする方法
である。まずトリクロロシランを蒸留により精製し、高
純度の精製トリクロロシラン、その他のクロロシランお
よび廃棄すべき不純物などに分けられる。ここで、クロ
ロシランとはトリクロロシラン,四塩化珪素などのよう
な、シリコン、塩素および/または水素との化合物の総
称である。次いで蒸留で得られた精製トリクロロシラン
を水素と反応させ、熱分解および還元により高純度多結
晶シリコンが製造される。特にロッド状の析出物を製造
する方法はシーメンス法と呼ばれ、広く一般に行われて
いる。
【0003】トリクロロシランを原料として多結晶シリ
コンを析出する方法においては、副生物としてジクロロ
シランが生成され、一般に、該ジクロロシランはトリク
ロロシランから分離される。
【0004】分離したジクロロシランは、廃棄される
か、再利用される。再利用の方法として、例えば特開平
2−97415号公報には、ジクロロシランを、シリコ
ンと塩化水素との反応を行う反応器に供給する方法が提
案されている。また、特開平1−283817号公報で
は、ジクロロシランと四塩化珪素を樹脂上のアミノ化合
物触媒と反応させてトリクロロシランを得る方法が提案
されている。しかしこれらは大掛かりな装置を必要とす
る。
【0005】これらの問題を解決するため、装置を簡素
化したものとして、特開平7−315829号公報で
は、ポリシリコンの製造プロセスにおける種々の反応器
からのベントガスを、パラジウム、白金などの金属触媒
上で塩化水素と30℃〜400℃で反応させて、ベント
ガス中のSi−H結合をSi−Cl結合に転化させる方
法が提案されている。この方法は、設備上簡単であり、
優れた方法である。しかし塩素化の反応活性が高すぎる
ため、ジクロロシランをトリクロロシランに転化すると
同時に、析出に有用であるトリクロロシランまで四塩化
珪素に転化するという欠点があった。これを改良し、ジ
クロロシランあるいは、より沸点の低いシラン類だけを
選択的に塩化水素と反応させる方法の開発が望まれてき
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは塩化水素
とクロロシランとの反応の選択率に関する研究、即ちジ
クロロシランとは反応し、トリクロロシランとは反応し
ない触媒に関する研究を行ってきた。その結果、活性炭
の細孔内では、ある種の条件により選択的な反応が起こ
り易いことを見出した。そして更に研究を重ねた結果、
トリクロロシランとジクロロシランの混合ガスの中か
ら、都合良く、ジクロロシランおよびそれ以下の沸点を
持つシラン類だけを塩素化させる方法を見出し、ここに
提案するに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、ジクロロ
シランとトリクロロシランを含有する混合物を触媒とし
ての活性炭の存在下で塩化水素と0℃以上75℃未満の
温度で反応せしめて、ジクロロシランを選択的にトリク
ロロシランに転化せしめることを特徴とするジクロロシ
ラン含量の減少したトリクロロシランの製造方法であ
る。
【0008】本発明に使用する活性炭は、特殊な仕様の
ものである必要はなく、市販品で十分である。活性炭の
細孔径は、水蒸気吸着法によって得られる細孔分布曲線
において、最大ピークを示す細孔半径(R)が8ないし
40オングストロームであることが好ましい。該活性炭
は使用前に150℃以上の温度に加熱し、脱水、乾燥し
ておくことが好ましい。活性炭中に水分が含まれると、
クロロシラン類が加水分解することにより、触媒活性が
劣化する。なお、活性炭の細孔表面上にニッケル、鉄、
白金、パラジウム等の触媒活性のある金属が存在した場
合、塩素化の反応活性が高くなりすぎるため、有用なト
リクロロシランまで塩素化する傾向が大きく、本発明の
目的である選択的な塩素化が実現され難くなる。
【0009】本発明方法は、ジクロロシランを選択的に
塩素化してトリクロロシランにする。塩素化の塩素源に
は、ガス状の塩化水素が使用される。ジクロロシランは
トリクロロシランに比べ、塩素化反応に対する活性がわ
ずかに高いが、これらの混合物からジクロロシランのみ
を選択的に反応させるには、微妙な反応条件のコントロ
ールが必要となる。一方、活性炭上での塩素化反応は温
度に非常に敏感であるため、このことを利用し、活性炭
に通過させるガスの温度を正確にコントロールすること
により、選択的な反応を実現することが可能となる。温
度が高すぎればトリクロロシランまで塩素化され、また
低すぎればジクロロシランの塩素化反応が起こらない。
該混合ガスから、ジクロロシランを選択的に反応させる
ためには、活性炭に通過させるガス温度を、0℃以上7
5℃未満とする。好ましくは、0℃以上50℃未満、更
に好ましくは、0℃以上30℃未満の温度が好ましい。
活性炭上での塩素化反応は温度に非常に敏感であるた
め、温度のコントロールが非常に重要であり、接触時間
のコントロールには、さほど気遣う必要はない。例え
ば、活性炭粒子が5mm程度の破砕物の場合、接触時間
を0.5秒以上、30秒以内にすることにより、ジクロ
ロシランがトリクロロシランに転化され、四塩化珪素の
殆ど発生しない好適な結果を得ることができる。供給す
る塩化水素の量のコントロールにもさほど気遣う必要は
ない。活性炭上でジクロロシランと反応しなかった過剰
の塩化水素は、本発明の上記温度条件においては、トリ
クロロシランとは殆ど反応せず、系外に排出される。ま
た、本発明では、ジクロロシランよりも更に反応性の高
い、モノクロロシラン、モノシランも塩化水素と容易に
反応するので、結局モノクロロシランやモノシランもト
リクロロシランに変換されることになる。さらに、トリ
クロロシランに比べて塩素化反応に対する反応性の高
い、例えばシリルホスフィン等の不純物も選択的に塩素
化されるので、トリクロロシランからの分離が容易とな
る。
【0010】ジクロロシランは発火性の高い危険物であ
り、また、沸点も低いため、トリクロロシランあるいは
四塩化珪素と混合して安全性を高めて使用されることが
多い。本発明方法では、混合ガス中のジクロロシランの
みを選択的にトリクロロシランに転化することができる
ため、このような混合ガスに特に好適に採用できる。ジ
クロロシランを安全に取り扱うには、ジクロロシランの
濃度を、全クロロシラン中、85%以下にすればよい。
その他の成分はトリクロロシランであっても、四塩化珪
素であってもかまわない。多結晶シリコンの製造プラン
トのような、大量のガス及び液体を使用する場合は、更
に安全性を高め、トラブルがあっても災害を起こさない
濃度、例えば、全クロロシラン中、ジクロロシラン50
重量%以下、トリクロロシランおよび四塩化珪素の合計
量を50重量%以上で混合することが好ましい。この濃
度においても、本発明方法は何ら問題なく使用できる。
【0011】また、本発明は、シーメンス法、即ちトリ
クロロシランを原料とする多結晶シリコンを析出する反
応器より排出されるガスにも採用できる。該排ガス中に
は、水素、塩化水素、四塩化珪素、トリクロロシラン、
ジクロロシランを含む低沸点クロロシラン類、モノシラ
ン、および高沸点クロロシラン類が存在する。このうち
高沸点クロロシラン類が大量に活性炭に接触した場合、
本発明の温度条件では高沸点クロロシラン類と塩化水素
との反応速度は小さい。そのため、活性炭の周囲に高沸
点クロロシラン類が付着してジクロロシランとの反応活
性を下げるので、析出反応の排ガス中のジクロロシラン
を塩化水素と反応させる場合には、該排ガスを、あらか
じめ30℃以下に冷却し、四塩化珪素よりも沸点の高い
高沸点クロロシランをほぼ分離した後、活性炭に通過さ
せることにより、トラブルを防止することができる。高
沸点クロロシランは、必要により、別途さらに高い温度
で反応させることができる。以下実施例により本発明を
詳述する。
【0012】
【実施例】
実施例1 ステンレス製の筒型容器に、細孔半径25オングストロ
ーム、平均粒子径3mmの活性炭を充填した。前処理と
して、窒素中、150℃で10時間、脱水処理を行っ
た。ジクロロシラン、トリクロロシランおよび四塩化珪
素を含むクロロシラン混合液を気化し、水素ガスで希釈
した後、塩化水素ガスと共に該活性炭充填容器を通過さ
せた。活性炭充填容器内の滞在時間は、容器が空の状態
で8秒とした。通過させるガスの温度を10℃とした時
の、容器からの出口ガスの組成を、入り口ガスの組成と
共に、表1に示す。反応の選択率は、[ジクロロシラン
との反応に使用された塩化水素]/[消費された塩化水
素]×100(%)で表した。供給した混合ガス中のジ
クロロシランは殆どトリクロロシランに転化し、トリク
ロロシランの四塩化珪素への転化は殆ど見られなかっ
た。
【0013】実施例2および3 実施例1において、通過させるガス温を表1に記載の温
度とする他は実施例1と同様にした。結果を表1に示し
た。
【0014】比較例1 通過させるガスの温度を120℃とした以外は、実施例
1と同じ条件とした。反応活性が高くなり、供給した混
合ガス中の塩化水素は全て消費したが、トリクロロシラ
ンの四塩化珪素への転化が起こった。塩化水素の一部が
トリクロロシランと先に反応したか、あるいは、ジクロ
ロシランの四塩化珪素への転化が進んだと見られる。こ
のため、ジクロロシランとの反応に必要な塩化水素が消
費され、転化されるべきジクロロシランが残った。
【0015】比較例2 実施例1に使用した活性炭を硝酸パラジウムの溶液に浸
し、活性炭の細孔内にパラジウムを担持させ、十分乾燥
させた。この活性炭を使用した以外は、実施例1と同じ
条件とした。結果は、比較例1とほぼ同じであった。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明方法によれば、ジクロロシランと
トリクロロシランとを含む混合物中のジクロロシランを
選択的にトリクロロシランに変換することができ、四塩
化珪素等の高次塩素化物の副生を抑えることができる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジクロロシランとトリクロロシランを含
    有する混合物を触媒としての活性炭の存在下で塩化水素
    と0℃以上75℃未満の温度で反応せしめて、ジクロロ
    シランを選択的にトリクロロシランに転化せしめること
    を特徴とするジクロロシラン含量の減少したトリクロロ
    シランの製造方法。
  2. 【請求項2】 反応温度が0℃以上50℃未満である請
    求項1に記載のトリクロロシランの製造方法。
  3. 【請求項3】 金属触媒が表面に実質的に存在しない活
    性炭を使用する請求項1に記載のトリクロロシランの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 活性炭の、水蒸気吸着法によって得られ
    る細孔分布曲線において最大ピークを示す細孔半径
    (R)が8ないし40オングストロームである請求項1
    に記載のトリクロロシランの製造方法。
  5. 【請求項5】 上記ジクロロシランとトリクロロシラン
    の混合物が全クロロシランに基づいて、ジクロロシラン
    を85重量%以下で含有する請求項1に記載のトリクロ
    ロシランの製造方法。
  6. 【請求項6】 上記ジクロロシランとトリクロロシラン
    の混合物が、全クロロシランに基づいて、ジクロロシラ
    ンを50重量%以下そしてトリクロロシランおよび四塩
    化珪素を合せて50重量%以上で含有する請求項1に記
    載のトリクロロシランの製造方法。
  7. 【請求項7】 トリクロロシランを原料とする多結晶シ
    リコンを析出する反応器より排出されるガスを、あらか
    じめ30℃以下に冷却して四塩化珪素よりも沸点の高い
    クロロシランをほぼ分離した後、上記ジクロロシランと
    トリクロロシランを含有する混合物として活性炭を通過
    させる請求項1に記載のトリクロロシランの製造方法。
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