專利名稱：：一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化合物的制備方法，尤其涉及一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法。
背景技術(shù)：
：多晶硅材料是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中最基礎(chǔ)、最主要的功能材料，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能光伏新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多晶硅產(chǎn)品的需求量將繼續(xù)加大。目前，我國(guó)大多數(shù)企業(yè)的多晶硅生產(chǎn)工藝為改良西門子法，其實(shí)是以三氯氫硅為原料還原為多晶硅。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，但也有其不足之處，如能耗高，耗電量為350-500度/kg；還原轉(zhuǎn)換率低，僅為15%左右；純度難以達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，最大的純度為99.999%-99.9999%(術(shù)稱五個(gè)9到六個(gè)9)；同時(shí)污染較大、尾氣中含有大量的四氯化硅無(wú)法循環(huán)，且越積越多，形成了難以解決的環(huán)保問(wèn)題。而以硅烷為原料還原生產(chǎn)多晶硅的方法，則占有明顯的優(yōu)勢(shì)，如能耗較低，耗電量為150度/kg；純度高，可以達(dá)到99.9999999%到99.999999999%(術(shù)稱九個(gè)9到i^一個(gè)9)；污染小，無(wú)環(huán)保問(wèn)題。本發(fā)明就是將生產(chǎn)合成的粗硅烷精制提純成為合格的電子級(jí)高純硅烷氣體為后序還原多晶硅作準(zhǔn)備。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純方法。多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法包括如下步驟1)將多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中合成的粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入電子級(jí)硅烷精制系統(tǒng)脫輕塔，脫輕塔頂?shù)椎牟僮鲏毫?.82.5MPa，頂部溫度為-120-80°C，操作壓差為0.55kPa，在塔頂除去輕組分氮?dú)?、甲烷和氫氣?)粗硅烷經(jīng)脫輕塔頂冷凝到塔底流出進(jìn)入第一脫重塔，第一脫重塔頂?shù)撞僮鲏毫?.82.5MPa，頂部溫度為-70_40°C，操作壓差為515kPa.，在塔底除去重組分乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷，硅烷從第一脫重塔塔頂排出；3)從第一脫重塔塔頂排出的硅烷進(jìn)入三個(gè)串聯(lián)的吸附塔，除去乙烯，每個(gè)吸附塔頂?shù)椎牟僮鲏毫鶠?.62.3MPa，每個(gè)吸附塔操作壓差為125kPa；4)硅烷從吸附塔出來(lái)后進(jìn)入第二脫重塔，第二脫重塔頂?shù)撞僮鲏毫?.62.3MPa，頂部溫度為-7040°C，操作壓差為15kPa.，在第二脫重塔塔底除去乙基甲硅烷，純硅烷氣體從第二脫重塔塔頂排出通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。所述的脫輕塔的頂部溫度優(yōu)選為-120-100°c，脫輕塔的壓力優(yōu)選為2.22.5MPa,脫輕塔的操作壓差優(yōu)選為2.03.OkPa0所述的第一脫重塔的頂部溫度優(yōu)選為-60-50°c，第一脫重塔的壓力優(yōu)選為2.02.2MPa，第一脫重塔的操作壓差優(yōu)選為8.012.OkPa0所述的每個(gè)吸附塔頂?shù)椎牟僮鲏毫?yōu)選為1.82.OMPa，每個(gè)吸附塔的操作壓差優(yōu)選為8.O12.OkPa0所述的第二脫重塔的頂部溫度優(yōu)選為-60°C-50°C，第二脫重塔的壓力優(yōu)選為1.61.8MPa，第二脫重塔的操作壓差優(yōu)選為8.012.OkPa0發(fā)明的方法可使精制提純后硅烷中氮?dú)?、甲烷、氫氣的含量降?.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，最終可將粗硅烷的純度提純至99.9999999%以上，完全滿足電子和半導(dǎo)體行業(yè)的使用要求。圖1是以氟化物和硅源粉末為原料制備的四氟化硅提純方法流程圖；圖2是實(shí)施例1硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖3是實(shí)施例2硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖4是實(shí)施例3硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖5是實(shí)施例4硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖6是實(shí)施例5硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖7是實(shí)施例6硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖8是實(shí)施例7硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜；圖9是實(shí)施例8硅烷樣品經(jīng)氣相色譜儀純度檢測(cè)的圖譜。具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)上述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述和說(shuō)明。實(shí)施例1將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為_120°C，壓力為1.85MPa,操作壓差為0.5kPa的條件下除去氮?dú)?、甲烷、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-70°C，壓力為1.8MPa，操作壓差為5kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為1.6MP，除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為_70°C，壓力為1.6MPa，操作壓差為IkPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖2；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下桂烷氣體雜質(zhì)含量檢測(cè)數(shù)據(jù)雜質(zhì)名稱I含量I單位丨備注<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實(shí)施例2將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-80°C，壓力為2.5MPa，操作壓差為5kPa的條件下除去氮?dú)?、甲烷、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為_40°C，壓力為2.49MPa，操作壓差為15kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為2.3MP，除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為-40°C，壓力為2.3MPa,操作壓差為5kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖3；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下娃烷氣體雜質(zhì)含量檢測(cè)數(shù)據(jù)雜質(zhì)名稱I含量I單位I備注<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例3將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-120°c，壓力為2.2MPa，操作壓差為2.OkPa的條件下除去氮?dú)?、甲烷、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-60°C，壓力為2.OMPa，操作壓差為SkPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為1.8MP，除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為-60°C，壓力為1.6MPa,操作壓差為SkPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖4；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-100°C，壓力為2.5MPa，操作壓差為3.OkPa的條件下除去氮?dú)狻⒓淄?、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-50°C，壓力為2.2MPa，操作壓差為12kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為2.0ΜΡ,除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為-50°C，壓力為1.8MPa，操作壓差為12kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖5；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例5將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-120°C，壓力為1.85MPa,操作壓差為0.5kPa的條件下除去氮?dú)?、甲烷、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-40°C，壓力為1.8MPa，操作壓差為5kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為1.6MP除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為_40°C，壓力為1.6MPa，操作壓差為5kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖6；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例6將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-80°C，壓力為2.5MPa，操作壓差為0.5kPa的條件下除去氮?dú)狻⒓淄?、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-70°C，壓力為2.49MPa，操作壓差為5kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子篩，吸附塔的操作壓力為2.3MP除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為_70°C，壓力為2.3MPa，操作壓差為5kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖7；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例7將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為_120°C，壓力為2.2MPa，操作壓差為0.5kPa的條件下除去氮?dú)?、甲烷、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-50°C，壓力為2.OMPa，操作壓差為5kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子蹄，吸附塔的操作壓力為1.8MP除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為-70°C，壓力為1.8MPa,操作壓差為5kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖8；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下桂烷氣體雜質(zhì)含量檢測(cè)數(shù)據(jù)雜質(zhì)名稱I含量I單位I備注<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例8將粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入脫輕塔，在脫輕塔頂部溫度為-100°C，壓力為2.5MPa，操作壓差為0.5kPa的條件下除去氮?dú)狻⒓淄?、氫氣；將脫輕塔底部的液態(tài)硅烷通入第一脫重塔，在塔頂部溫度為-70°C，壓力為2.2MPa，操作壓差為5kPa的條件下在塔底除去乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷；將塔頂排出的硅烷氣體通過(guò)三級(jí)吸附塔，吸附塔內(nèi)裝有4A分子蹄，吸附塔的操作壓力為2.0ΜΡ,除去乙烯；提純后的硅烷氣體從吸附塔出來(lái)進(jìn)到第二脫重塔，在塔頂部溫度為-50°C，壓力為1.8MPa,操作壓差為5kPa的條件下除去乙基甲硅烷，純凈的硅烷氣體從第二脫重塔塔頂離開通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。用取樣瓶對(duì)儲(chǔ)罐中的硅烷氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)氣相色譜測(cè)試儀檢測(cè)純度的圖譜見圖9；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提純后硅烷的雜質(zhì)含量如下硅烷氣體雜質(zhì)含量檢測(cè)數(shù)據(jù)雜質(zhì)名稱I含量I單位I備注<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上對(duì)本發(fā)明提供的一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并應(yīng)用了具體實(shí)施個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了驗(yàn)證和闡述，以幫助理解本發(fā)明的方法和核心思想。必須指出的是，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，允許工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修正和補(bǔ)充，但這些修正和補(bǔ)充也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法，其特征在于包括如下步驟1)將多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中合成的粗硅烷通過(guò)硅烷壓縮機(jī)進(jìn)入電子級(jí)硅烷精制系統(tǒng)脫輕塔，脫輕塔頂?shù)椎牟僮鲏毫?.8～2.5MPa，頂部溫度為-120～-80℃，操作壓差為0.5～5kPa，在塔頂除去輕組分氮?dú)?、甲烷和氫氣?)粗硅烷經(jīng)脫輕塔頂冷凝到塔底流出進(jìn)入第一脫重塔，第一脫重塔頂?shù)撞僮鲏毫?.8～2.5MPa，頂部溫度為-70～-40℃，操作壓差為5～15kPa.，在塔底除去重組分乙烷、乙基硅烷、二乙基硅烷、硼、磷，硅烷從第一脫重塔塔頂排出；3)從第一脫重塔塔頂排出的硅烷進(jìn)入三個(gè)串聯(lián)的吸附塔，除去乙烯，每個(gè)吸附塔頂?shù)椎牟僮鲏毫鶠?.6～2.3MPa，每個(gè)吸附塔操作壓差為1～25kPa；4)硅烷從吸附塔出來(lái)后進(jìn)入第二脫重塔，第二脫重塔頂?shù)撞僮鲏毫?.6～2.3MPa，頂部溫度為-70～40℃，操作壓差為1～5kPa.，在第二脫重塔塔底除去乙基甲硅烷，純硅烷氣體從第二脫重塔塔頂排出通過(guò)專用管道進(jìn)入儲(chǔ)罐備用。2.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純方法，其特征在于所述的脫輕塔的頂部溫度為-120-100°C，脫輕塔的壓力為2.22.5MPa,脫輕塔的操作壓差為2.03.OkPa03.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純方法，其特征在于所述的第一脫重塔的頂部溫度為-60_50°C，第一脫重塔的壓力為2.02.2MPa，第一脫重塔的操作壓差為8.012.OkPa04.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純方法，其特征在于所述的每個(gè)吸附塔頂?shù)椎牟僮鲏毫?.82.OMPa，每個(gè)吸附塔的操作壓差為8.012.OkPa05.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純方法，其特征在于所述的第二脫重塔的頂部溫度為_60°C_50°C，第二脫重塔的壓力為1.61.8MPa，第二脫重塔的操作壓差為8.012.OkPa0全文摘要本發(fā)明公開一種多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的電子級(jí)硅烷精制提純的方法，包括如下步驟1)將粗硅烷通入脫輕塔，塔的操作壓力1.8～2.5MPa，頂部溫度-120～-80℃，在塔頂除去氮?dú)狻⒓淄?、氫氣?)粗硅烷從塔底流出進(jìn)入第一脫重塔，塔的操作壓力1.8～2.5MPa，頂部溫度-70～-40℃，在塔底除去乙烷、硼、磷等；3)從塔頂排出的硅烷進(jìn)入串聯(lián)的吸附塔，塔的操作壓力均為1.6～2.3MPa，除去乙烯；4)硅烷進(jìn)入第二脫重塔，塔的操作壓力1.6～2.3MPa，頂部溫度-70～40℃，除去乙基甲硅烷。本發(fā)明使精制提純后硅烷中氮?dú)?、甲烷、氫氣的含量降?.5×10-9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3.5×10-9以下，最終可將粗硅烷的純度提純至99.9999999％以上，滿足電子和半導(dǎo)體行業(yè)的使用要求。文檔編號(hào)C01B33/04GK101817527SQ20101014847公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年4月16日優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日發(fā)明者吳希湖,楊建松,栗廣奉,耿金春,陳德偉申請(qǐng)人:浙江中寧硅業(yè)有限公司