一种制备氯代硅烷的方法技术

本发明专利技术提供一种制备氯代硅烷的方法，向等离子体反应器内注入硅烷气体和氯化氢气体，两者体积比为1:1

【技术实现步骤摘要】
一种制备氯代硅烷的方法


[0001]本专利技术涉及氯代硅烷制备领域，尤其涉及一种制备氯代硅烷的方法。

技术介绍

[0002]氯代硅烷作为半导体工业重要的外延沉积硅源，在沉积制备微电子器件上的二氧化硅以及氮化硅薄膜上有着显著的应用。随着半导体工业的快速发展，氯代硅烷尤其是低氯代硅烷需求和应用不断增长。
[0003]氯代硅烷的制备方法有以下几种：一、氯代硅烷歧化法在催化剂条件下，三氯硅烷和二氯硅烷在催化剂的条件下分别可以歧化生成其他氯代硅烷，其中催化剂种类对反应产率及选择性有较大影响，胺、酰胺类催化剂对催化生成二氯硅烷有较高的收率。选择歧化反应制备氯代硅烷，本身需要将氯代硅烷作为原料，同时该反应为可逆反应，并不利于单氯硅烷的产生，方法上有一定的局限。
[0004]反应式：2SiHCl3SiH2Cl2+SiCl4反应式：2SiH2Cl2 SiHCl3+SiH3Cl二、硅烷催化合成法在选用沸石分子筛、含AlCl3的二氧化硅载体等做催化剂的条件下，在一定温度条件下由硅烷和氯化氢气体合成氯代硅烷。
[0005]反应式：SiH4+HClSiH3Cl+H2反应式：SiH4+2HClSiH2Cl2+2H2值得注意的是，在合适的温度条件下，由于产物分解形成颗粒堵塞分子筛孔道，催化剂存在老化的趋势，且老化后通过高温活化难以恢复催化活性，催化剂需要较为频繁的更换，工业化问题较为显著。
[0006]三、合成法以铜硅粉、氯化氢和氯气作为原料，在250
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300℃条件下合成氯硅烷。其中三氯硅烷的选择性较高，可以通过先通氯气形成SiCl*而提高二氯硅烷的选择性，值得注意的是该方法不适合制备一氯硅烷。
[0007]反应式：2Si+5HCl=SiHCl3+SiH2Cl2+H2四、回收法在多晶硅合成过程中，有大约1%左右的二氯硅烷，以及部分未反应的三氯硅烷，可以通过冷凝精馏回收，该制备方法更多的依赖于产品的回收。
[0008]其中现有技术专利CN101863477B 公开了一种用于制备氯代硅烷的方法，其通过使包含硅烷和氯化氢的反应混合物与催化剂在足以产生所述最终产物的温度下接触足够长的时间而提供包括所述一种或多种氯代硅烷的最终产物。但是该专利需要使用催化剂，催化剂老化效果会下降，且需要频繁更换，并且需要制备SIH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4，该专利无法制备SiHCl3、SiCl4，因此解决这一问题就显得十分必要了。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种使用等离子体放电的条件下由硅烷气体和氯化氢气体制备含SIH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4的方法。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种制备氯代硅烷的方法：向等离子体反应器内注入硅烷气体和氯化氢气体，两者体积比为1:1
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1:4，在反应压力为0.1
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6kpa、反应温度为60
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350℃、反应停留时间在0.1
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30s的条件下进行反应最终得到SIH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4；等离子体反应器的等离子体发生器功率为0.01
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5W/cm3，等离子体发生器功率0.5
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150MHZ。
[0011]进一步改进在于：所述硅烷气体和氯化氢气体体积比为1:1
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1:2。
[0012]进一步改进在于：所述反应压力为0.1
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3kpa。
[0013]进一步改进在于：所述反应温度为80
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100℃。
[0014]进一步改进在于：所述反应停留时间为1
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25s。
[0015]进一步改进在于：所述等离子体反应器内部为反应腔体，反应腔体设置有等离子体发生器进行放电；等离子体反应器外围包裹加热包，维持反应温度条件；等离子反应器的反应腔体为石英管反应器。
[0016]进一步改进在于：所述等离子体发生器功率为0.05
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0.6W/cm3；等离子体发生器工作频率为0.5
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50MHZ。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术氯代硅烷的合成方法不需要催化剂的参与，避免了由于催化剂的老化带来的制备效果的下降以及频繁的更换催化剂。本专利技术相比与合成法制备，选择等离子体放电制备氯代硅烷对单氯硅烷的选择性更高。硅烷气体和氯化氢气体体积比为1:1
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1:4，反应压力为0.1
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6kpa、反应温度为60
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350℃、反应停留时间为0.1
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30s，这样的条件下能更好的制备出SIH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4。
具体实施方式
[0018]为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。
[0019]实施例1选择气体体积比为1:2的硅烷气体和氯化氢提注入到等离子体反应器的反应腔体内混合，调整反应压力为0.1kpa，反应环境温度为80℃，调整反应停留时间为1.5s，控制离子体发生器反应功率为0.05W/cm3，反应器频率为0.5MHZ。
[0020]通过GC检测分析稳定后的产物气体中的含量为：SiH3Cl体积含量为13.5%，SiH2Cl2体积含量为3.1%，SiHCl3体积含量为1.3%，SiCl4体积含量0.3%。
[0021]实施例2选择气体体积比为1:2的硅烷气体和氯化氢提注入到等离子体反应器的反应腔体内混合，调整反应压力为0.1kpa，反应环境温度为150℃，调整反应停留时间为3s,控制离子体发生器反应功率为0.05W/cm3，反应器频率为0.5MHZ。
[0022]通过GC检测分析稳定后的产物气体中的含量为：SiH3Cl体积含量为16.3%，SiH2Cl2体积含量为4.2%，SiHCl3体积含量为2.5%，SiCl4体积含量0.6%，提高反应温度以及停留时间有助于硅烷整体转化率的提高。
[0023]实施例3选择气体体积比为1:2的硅烷气体和氯化氢提注入到等离子体反应器的反应腔体内混合，调整反应压力为0.1kpa，反应环境温度为150℃，调整反应停留时间为5s，控制离子体发生器反应功率为0.05W/cm3，反应器频率为0.5MHZ。
[0024]通过GC检测分析稳定后的产物气体中的含量为：SiH3Cl体积含量为8.2%，SiH2Cl2体积含量为5.4%，SiHCl3体积含量为3.3%，SiCl4体积含量1.2%。可以发现提高氯化氢比例可提高多氯硅烷的选择性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备氯代硅烷的方法，其特征在于：向等离子体反应器内注入硅烷气体和氯化氢气体，两者体积比为1:1
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1:4，在反应压力为0.1
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6kpa、反应温度为60
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350℃、反应停留时间在0.1
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30s的条件下进行反应最终得到SIH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4；等离子体反应器的等离子体发生器功率为0.01
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5W/cm3，等离子体发生器功率0.5
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150MHZ。2.如权利要求1所述一种制备氯代硅烷的方法，其特征在于：所述硅烷气体和氯化氢气体体积比为1:1
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1:2。3.如权利要求1所述一种制备氯代硅烷的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐强，张俊杰，李强强，俞冬雷，
申请(专利权)人：全椒亚格泰电子新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：