JPS59207830A - 塩素化ケイ素の製造方法 - Google Patents

塩素化ケイ素の製造方法

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JPS59207830A
JPS59207830A JP8275983A JP8275983A JPS59207830A JP S59207830 A JPS59207830 A JP S59207830A JP 8275983 A JP8275983 A JP 8275983A JP 8275983 A JP8275983 A JP 8275983A JP S59207830 A JPS59207830 A JP S59207830A
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Hiroji Miyagawa
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Masayoshi Ito
正義 伊藤
Kenji Iwata
健二 岩田
Toshiyuki Tsukahara
塚原 俊幸
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般式5ikC,Ihk+2(kは2以」二
の整数って表される高級塩素化ケイ素から、5ip(J
!2ρ刊(ρはρキになる1以上の整数)を製造する方
法に関する。
近年、エレクトロニクス工業の発展に伴い、多結晶シリ
コンあるいはアモルファスシリコン等の半導体用シリコ
ンの需要が急激に増大している。
式(I)で表される塩素化ケイ素 si、、CL4+、(n≧1なるW&fi)   (1
1)(′1、かかる半導体用シリコンの製造原料として
最近!1〜にその重要性を増している。
これら(はそのま丑熱分’WfLでアモルファスシリコ
ン1すとするととも勿論出来るが(ベルギー特許明#l
lI ’;:第8841523号)、さらに還元して、
(」ir )式で表されるボリンランとし、 S r oI(2n+z   (n≧1なる整数)  
(2)これを、熱分)打所して半導体用シリコンを製造
することが普通である。
しかして、ポリシラン、特にジンランS1□H6は、熱
分11j・6、グロー放電分解によシアモルファスシリ
コン膜を形成する場合、モノシランSiH4に比較して
、基盤」−へ形成される膜の堆積速度がはるかに大きく
、かつ、該膜は電気特性に優れている等の利点があり、
太陽電池用または感光ドラム用半・、1i体の原木1q
、として今後大幅な需要増加が期待されている(4’l
開餡56−83929号公報)。
従来、111M素化ケイ素たとえばヘキサクロロジシシ
/自体の製造方法は公知であり、通常、カルシウムシリ
コン、マグネシウムシリコン、アルいはフェロ7937
等金属とシリコンとの合金の粒子を高温で塩素化するか
ぼたはシリコン粒子自体を高温で塩素化することによシ
行われる(米国特許明細省第2602728号、同第2
621111号)。
しかしながら、この場合、目的物である塩素化ケイ素た
とえばヘキサクロロジシランのみを選択的に生産するこ
とは困難であシ、通常へキサクロロジシラン以外にも相
当量の四塩化ケイ素(一般式(II)においてn=1)
、オクタクロロトリシラン(l−1じ(n=3)および
それ以上の高級塩化物(以下n≧3のものを単に高級塩
化物という)がかなシ副生ずることは避けられなかった
。特に、このオクタクロロトリシラン以上の高級塩化物
が大量に副生ずることは、目的物であるヘキサクロロジ
シランの収率を減少せしめるばかりでなく、廃棄処理を
困難にしかつ操作の安全性をそこなうことになるので非
常に大きな問題となっていた(該藁紙塩化物は水の存在
によシ容易に衝撃発火性の白色固体を生じる)。
11(i A’:、高〆々j1(1,2(・化ケイ素に
関し、たとえば次式:晶;ずよ″)な不均化反応が知ら
れている。(ジ六・−ナル オブ インオーガニック 
アンド ニュクレア り−ミストリー(J、 Inor
g、 Nucl、 Chem、)vol 2[λ、 p
409−444 (1!□164))。
l)  4SlzCL、→5lsCL□+’3SiCJ
2a!り  、5Si2Cρ6’516ck・5i(4
,−1−3SiCβ4←5i6CL十4SiCρ、) Ill)  ;’J S l 3 C犯、→5i5Cρ
12 + 2512Cρ6IV)  15Si:+CL
→6Si6CL・5iCL+3SiCL(−+6Si6
CL4+9SiCL) 」ニ記反応は、いずれも、触媒としてN(CH3)3、
(CH3)JN−H(4、(CH3)3N−BCC10
のアミンを使用する低温液相反応である。しだがって、
上記反応を利用すれば、たとえば不要のオクタクロロト
リシラン5IJCρ8 を有用なヘキサクロロジシラン
S+2CLや四塩化ケイ素5iCLに転化せしめ得/J
 i’、iずである。
しかしながら、上記アミン触媒を利用する不均化反応は
転化率が低く、かつ、生成液中から触媒であるアミン化
合物を分配除去しなければならないという欠点がある。
本発明者らは、上記点にかんがみ鋭意検討した結果、意
外にも高級塩素化ケイ素をガス状で、触媒不存在下に高
温で加熱処理することによシ、他の所望の塩素化ケイ素
に転化せしめることができることを見出し、本発明を完
成した。
すなわち、本発明は、一般式(I) SikCρ2に+2 (k N’、 2以上の整数)(
I)で表わされる高級塩素化ケイ素を原料とし、これを
単独あるいは希釈剤の存在下に200℃乃至1000℃
で加熱処理し少くともその一部分を一般式(11) SiρCf1u+2(舷■牛になる1以上の整数)(1
1) で表わされる(i)と異る別の塩素化ケイ素に転化せし
めることを特徴とする塩素化ケイ素SiρCρ21+2
の製造方法に存する。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明における原料たる高級塩素化ケイ素は−般式(1
) SlkCρ21(+、(kは2以上の整数)(■)で表
わされるものであり、たとえば、ヘキサクロロジアジン
、オクタクロロトリシラン、デカクロロデトラノラン等
があげられる。
これら(弓、もちろん、いかなる方法で得られたもので
あってもかまわないが、たとえば前記したコ、、’:<
、カルシウムノリコン、マグネシウムシリコン、あるい
はフェロ7リコン等金属トシリコンとの合金の粒子を高
温で塩素化するかまたはシリコン粒子自体を高温で塩素
化することに、+J得られた生成物から、所望の塩素化
ケイ素たとえば、四塩化ケイ素やヘキサクロロジシラン
等を蒸留等の手段で分離したよシ高沸成分の高級塩素化
ケイ素なとが好適に使用できる。まだ、該高級塩素化ケ
イ素は単独でも混合物でもかまわないことはもちろんで
ある。
本発明は」二記のごとき茜級塩素fヒケイ素を原料とし
、これを単独あるいは希釈剤の存在下に2000乃至1
000℃で加熱処理し少くともその一部分を一般式(l
[) 81ρC丘2H−2(fV、はρ主になる1以上の整数
) (11)で表わされる(I)と異る別の塩素化ケイ
素に転化せしめるものである。
加熱処理温度が200℃未満の場合は高級塩素化ケイ素
の転化がほとんど行なわれずまた1000℃を越えた場
合には、高級塩素化ケイ素の分解によって塩素ガスおよ
び金属ケイ素が生成するので好ましくない。
なお、加熱温度は上記範囲であればよシ高温の方が四塩
化ケイ素SiCρ4への転化生成割合が増加し、一方よ
シ低温の方が、高級t5塩素化ケイ素の割合が増加する
ので、高級塩素化ケイ素の製造を目的とする場合には3
00℃乃至700℃であることが好ましい。特にオクタ
クロロトリシランSi3C,esからヘキサクロロジシ
ラン5i2(4eを収率良く製造する場合には、400
℃乃至600℃であることが好ましい。
本発明を実施するだめの転化器の構造は、原料気体の加
熱処理操作が効果的に行えるものであシ、;う4つ、冷
却および/iたは/III々ピ手段を備えており、処j
’lj i品度(反応温度)を所望の範囲に制御できる
ものであれば管J、(敷撹拌層型等いかなる形式のもの
でもか丑わない。
なお、加熱手J、9は特に制限はなく、電熱あるい(f
、Jニジフェニル1ηの熱媒体等が用いられる。たとえ
(:J、%”i: /U11の反応ど5の場合は、これ
を草塔(空管)でその−」i1使用してもよいしα−ア
ルミナビーズ、ジ/ヒリノグ、バールザドルリング等の
充填物を充J、!’5 して熱交?A操作をよシ効果的
にすることも好可しい。
本発明の反応を実施させる態様としては、原料の高v/
、塩素化ケイ素(これらは通常常温で液体あるいは固体
である)を予熱器等であらかじめ転化2’11’1度程
度に予熱し転化器に供給してもよいし、なたは該高級塩
素化ケイ素を液体のまま高温に保持し/こ転化器に供侶
し、該転化器に於て該高級塩素rヒクィ、(百の加熱お
よび転化反応を共に起さしめてもよい。
上、1L2転化反応は発熱反応であるから、特に反応の
開始時にはめる程度の熱を供給して−やる必要がある。
しかして転化器(は自己熱交換型のものとし、原料高級
塩素化ケイ素液体と主液高温ガスとを転化器管壁を通し
て間接的に接触せしめ、熱回収を行ってもよいし、好ま
しくは冷却した希釈剤たる四塩化ケイ素を転化器内に噴
霧したり、もしくは原料高級塩素化ケイ素を四塩化ケイ
素等であらかじめ希釈して転化器に供給してもよい(な
お、この場合、希釈剤は原料高級塩素化ケイ素の流動性
を向上して取シ扱い易くする効果をも有する)。また、
かかる希釈剤としては、その他反応系に対して不活性な
フロン、メチレンクロライド、シリコンオイル等も使用
可能である。
また、反応速度を制御できる範囲におさえて反応熱を的
確にコントロールするため、上記転化反応をヘリウム、
ネオン、アルゴン、キセノン、窒素等の不活性なガスの
雰囲気下に行ってもよい。
なお、転化反応速度は非常に速いので、1秒〜100秒
程度の反応時間(連続流通反応の場合は空塔基準の平均
1m留時間)で転化反応1は完結する。
反応完結後、原料高級塩素化ケイ素と(d異る別の塩素
化ケイ素に転化した生成ガスは所望の塩素化ケイ素孕含
む硬々の塩素化ケイ素からなる組成物(未反応の原料高
級塩素化ケイ素も含まれうる)として転化器より排出さ
れるので、これをlし−C蒸留分離することにより、容
易に所望の塩素化ケイ素を回収することができる。
木兄1叫によれば、高級塩素化ケイ素を原料として、公
知の方法を使用する場合よりはるかに容易にかつ収率良
く四塩化ケイ素および/または所望の高級塩素化ケイ素
等の塩素化ケイ素を製造することが可能である。また、
転化生成物の一部であるより高級塩素化ケイ素は互に重
合不活性化し、取り扱いの安全な物質(たとえば後記実
施例では釜残成分)とな)容易に廃棄することができる
。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例−] 転化器として100mmφ* 980 mm fl の
石英ガラス管に平均粒径5mmのα−アルミナビ・−ズ
を充填したものを使用しこれを予め500℃に設定した
。原料の高級塩素化ケイ素5t3CL!、s 2.7 
kgを希釈剤たるSiCで、+ 6.3 kgに希釈し
たものを定量ポンプによ’) 0.15 kg/min
 の速さで転化器に供給しアルゴンガス雰囲気下で60
分間転化反応を行った。
なお、空塔基準の平均滞留時間は8秒であった。
生成ガスを約O℃に冷却し、生成凝縮液9.0 kgを
捕集した。
次にこの生成凝縮液を常圧下で単蒸留してSiC,L6
.4 kg f得、更にひきつづいて減圧下(125m
mRg )  で単蒸留することによりSL Cl62
.1kg。
5i3C42s 0.2 kg 、 514CLo0.
2 kgを含む釜残O]kgを得た。
すなわち、原料513Cυ8の71%(Si原子基準)
が812Cρ8 に転化回収されたことになる。
比較例−1 転化器として攪拌機を備えた200 m℃の丸底フラス
コを便用し、これに原料高級塩素化ケイ素313 Cl
824gを装入した。
次に転化器を液体窒素バスで一196℃に冷却した後系
内をシ″3.空にし、その中にjIiUH媒として微量
のトリノチルアミン約1mf!&カス状で圧入した。
転化器を常41,1丑で昇温し、3時間放置後に転化器
内容物を減圧下(叔mmHg)て然留した。留出ガス領
約O℃に冷却し、S! 2 Cf1a ] 1.5 g
を含む生成劾:a1□液を捕集した。
lた釜残として]25gの白色結晶物を得た。
侍られた5i2Cj26の仕込S+3Cj2gに対する
収率は4/I%(Si原子基準)でめった。
実施例−2 実施例−】において、転化温度を400℃で行なった以
外は、実施例−1と同様の実験を行なった。
結果を第1表に示す。
実施例−3 実施例−1において、仕込み原料としてSi3Cl81
!月(gと5is(4,2以上の高級塩素化ケイ素混合
物0.7kg (Siとしテ108g1−希釈剤たルS
 t C1140,63kg [希釈した混合液を用い
た以外は、実施例−1と同451の実験を行なった。
AF)!i朱ケ第1表に示す。
実施例−4 実施例−3において、反応温度を400℃とした以外は
、実施例−3と同様の実験を行なった。
結果を第1表に示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (])一般式(1) SikCυzl(−1−2(kは2以上の整数)(■)
    で表わされる高級塩素化ケイ素を原料とし、これを単独
    あるいは希釈剤の存在下に200℃乃至1000℃で加
    熱処理し少くともその一部分を一般式(II) Sii+C1hIl+z (丑は犯≠になる1以上の整
    数)(損 で表わされる(I)と異る別の塩素化ケイ素に転化ぜし
    めることを特徴とする塩素化ケイ素5ipCρ2p+2
      の製造方法。 (2)塩素化ケイ素5iuCjhρ七がSiCρ4であ
    る特許請求の範囲第1項記載の方法。 (3)塩素化ケイ素SiυCLhl+zがSiCムを含
    有する塩素化ケイ素組成物として得られる特許請求の範
    囲第2−項記載の方法。 (4)塩素化ケイ素5ipCJ22旦十、が5i2Cρ
    6である特許請求の範囲第1項記載の方法。 (5)塩素化ケイ素Si立Cj22ρ+2が5i2Cρ
    6 を含有する塩素化ケイ素組成物として得られる特許
    請求の範囲第4項記載の方法。 (6)原料高級塩素化ケイ素Sik C立2に+2が8
    13C氾8である特許請求の範囲第1項ないし第5項の
    いずれかに記載の方法。 (7)原料高級塩素化ケイ素5ikCρ2に+2がSi
    3C,12sを含有する高級塩素化ケイ素組成物である
    特許請求の範囲第6項記載の方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4841083A (en) * 1987-06-03 1989-06-20 Mitsui Toatsu Chemicals, Incorporated Ladder polysilanes
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JP2014500225A (ja) * 2010-12-14 2014-01-09 エボニック デグサ ゲーエムベーハー 高級ハロゲン化シランおよび高級ヒドリドシランの製造法

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