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JPH0151445B2 - - Google Patents
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JPH0151445B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0151445B2
JPH0151445B2 JP58208432A JP20843283A JPH0151445B2 JP H0151445 B2 JPH0151445 B2 JP H0151445B2 JP 58208432 A JP58208432 A JP 58208432A JP 20843283 A JP20843283 A JP 20843283A JP H0151445 B2 JPH0151445 B2 JP H0151445B2
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JP
Japan
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trichlorosilane
complexing agent
impurities
solution
trichloride
Prior art date
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Application number
JP58208432A
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Japanese (ja)
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JPS5997518A (en
Inventor
Deibitsudo Kurei Uiriamu
Doruu Muua Rojaa
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Publication of JPH0151445B2 publication Critical patent/JPH0151445B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、電子機器用のケイ素を製造するため
の純粋なトリクロロシランの製造に係り、より特
定的には、微量の電子供与性不純物、特にリン及
びその他の第族元素の化合物を除去する新規な
方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the production of pure trichlorosilane for the production of silicon for electronic devices, and more particularly to the production of pure trichlorosilane containing trace amounts of electron-donating impurities, particularly phosphorus and other The present invention relates to a novel method for removing compounds of group elements.

半導体及びトランジスタ等の如き高度に進歩し
た電子工学用途にあつては、超高純度のケイ素が
必要とされる。周知のように、微量の不純物でも
ケイ素含有電子工学部品の性能を大きく損うこと
になる。
For highly advanced electronic applications such as semiconductors and transistors, ultra-high purity silicon is required. As is well known, even trace amounts of impurities can significantly impair the performance of silicon-containing electronic components.

一般に、半導体用元素ケイ素は、ハロゲン化ケ
イ素例えば四塩化ケイ素(SiCl4)、トリクロロシ
ラン(HSiCl3)又はジクロロシラン(H2SiCl2
を、水素、亜鉛、ナトリウム又は金属水素化物で
還元して製造されている。ケイ素はシラン
(SiH4)の熱分解によつても得られるが、シラン
は空気と接触すると爆発的に燃焼するので加工取
扱が困難である。
Generally, elemental silicon for semiconductors is a silicon halide such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ), trichlorosilane (HSiCl 3 ) or dichlorosilane (H 2 SiCl 2 ).
is produced by reducing it with hydrogen, zinc, sodium or metal hydride. Silicon can also be obtained by thermal decomposition of silane (SiH 4 ), but silane is difficult to process because it burns explosively when it comes into contact with air.

高純度ケイ素から除去するのが最も困難な不純
物のうちの1種はリンである。他の不純物例えば
銅、鉄及びマンガン等は通常の手法(例えば帯域
溶融精製、結晶引上げ等)で比較的容易に除去で
きるが、リンはケイ素とよく似た物性を有してい
るため、これらを分離するには試行を繰り返すし
かないのである。更に、リンはクロロシラン等の
出発物質に類似の性質を有する化合物を形成する
ため、これら出発物質の精製濃縮もたはり同様に
困難である。
One of the most difficult impurities to remove from high purity silicon is phosphorus. Other impurities, such as copper, iron, and manganese, can be removed relatively easily by conventional methods (e.g., zone melt refining, crystal pulling, etc.), but phosphorus has physical properties similar to silicon, so these impurities can be removed relatively easily. The only way to separate them is through repeated trials. Furthermore, since phosphorus forms compounds with similar properties to starting materials such as chlorosilanes, purification and concentration of these starting materials is similarly difficult.

ケイ素又はハロゲン化ケイ素化合物からリンの
如き不純物を除去するために現在までに提案され
た方法では、典型的には、固体の水和金属酸化物
錯化剤と接解させて不純物を吸着させるか、又
は、安定な付加化合物を生成し次いで純粋なケイ
素又はハロゲン化ケイ素を沈殿又は蒸留する。こ
のような処理の詳細については、例えば、米国特
許第2971607号(カスウエル)、等3069239号(ウ
インター等)、第3071444号(スウエラー)、第
3188168号(ブラツドレー)及び英国特許第
929696号(ジーメンスーシユツケルトヴエルケ株
式会社)を参照されたい。又、本出願人の米国特
許出願[出願人Docket339−1696(60SI−609/
614)]及び[出願人Docket339−1698(60SI−
708/710/711/716)]には、改良方法が開示さ
れている。然しながら、これらの方法にも、不純
物再生や大量処理の困難性の問題がある。
Methods proposed to date for removing impurities such as phosphorus from silicon or silicon halide compounds typically involve adsorption of the impurities by conjugation with a solid hydrated metal oxide complexing agent. or, forming a stable addition compound and then precipitating or distilling pure silicon or silicon halide. For details of such processing, see, for example, U.S. Pat.
No. 3188168 (Bradley) and British Patent No.
Please refer to No. 929696 (Siemens-Suchkertwerke Ltd.). Also, the applicant's U.S. patent application [Applicant's Docket 339-1696 (60SI-609/
614)] and [Applicant Docket 339-1698 (60SI-
708/710/711/716)] disclose an improved method. However, these methods also have problems such as impurity regeneration and difficulty in large-scale processing.

上記の特許及び特許出願を引用して本明細書中
に包含する。
The above patents and patent applications are incorporated herein by reference.

発明の概要 周期律表第族元素が三価の他に五価にもなり
得るという性質を利用して、これらの元素を含む
リン化合物その他の化合物をクロロシラン溶液か
ら除去し得ることが発見された。超純粋クロロシ
ラン溶液中に存在する通常三価の不純物を酸化し
て五価状態にすることにより、通常の蒸留によつ
て、又は好ましくは、不純物を更に錯化剤と結合
し次いで蒸留することによつて、これらの不純物
からクロロシランを容易に分離し得ることが知見
されたのである。例えば、三塩化リン(PCl3
は超純粋トリクロロシラン中に共通に残存する不
純物である。本発明では、トリクロロシランを処
理しリン不純物をオキシ塩化リン(POCl3、沸点
105.3℃)に変換するが、このオキシ塩化リンは
PCl3(沸点75.5℃)よりもトリクロロシラン(沸
点31.8℃)からの蒸留による分離が容易である。
或いは、このPOCl3は本発明に従つて更にある種
の錯化剤と反応させ、熱的安定性がより大な錯体
を形成して次の蒸留を容易にすることもできる。
Summary of the invention It has been discovered that phosphorus compounds and other compounds containing these elements can be removed from a chlorosilane solution by taking advantage of the property that group elements of the periodic table can be pentavalent as well as trivalent. . The normally trivalent impurities present in the ultrapure chlorosilane solution can be oxidized to the pentavalent state, by conventional distillation, or preferably by further combining the impurities with a complexing agent and then distilling. Therefore, it has been found that chlorosilane can be easily separated from these impurities. For example, phosphorus trichloride (PCl 3 )
is a common residual impurity in ultrapure trichlorosilane. In the present invention, trichlorosilane is treated to remove phosphorus impurities from phosphorus oxychloride (POCl 3 , boiling point
105.3℃), but this phosphorus oxychloride is
It is easier to separate by distillation from trichlorosilane (boiling point 31.8°C) than from PCl 3 (boiling point 75.5°C).
Alternatively, this POCl 3 can be further reacted with some complexing agent according to the present invention to form a more thermally stable complex to facilitate subsequent distillation.

このように、本発明の目的は、ジクロロシラ
ン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素又はこれら
の混合物の如きクロロシランの新規な精製方法を
提供することである。
It is thus an object of the present invention to provide a new method for the purification of chlorosilanes such as dichlorosilane, trichlorosilane, silicon tetrachloride or mixtures thereof.

本発明の他の目的は、クロロシラン溶液からリ
ン化合物その他のn−型不純物を除去する方法を
提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for removing phosphorus compounds and other n-type impurities from chlorosilane solutions.

本発明の更に他の目的は、不可逆的で且つ大量
精製系に適用可能な精製法を提供することであ
る。
Yet another object of the present invention is to provide a purification method that is irreversible and applicable to large-scale purification systems.

又、本発明の別の目的は、クロロシラン溶液中
のリンその他のn−型不純物の新規な酸化方法を
提供することである。
Another object of the present invention is to provide a novel method for oxidizing phosphorus and other n-type impurities in chlorosilane solutions.

更に、本発明の他の目的は、五価のリン不純物
をクロロシランから除去するための新規な手段を
提供することである。
Furthermore, another object of the present invention is to provide a new means for removing pentavalent phosphorous impurities from chlorosilanes.

これらの目的及びその他の目的は、本発明によ
つて提供される方法、即ち、周期律表第族元素
の三価化合物を含む不純物で汚染されたクロロシ
ラン溶液の精製方法によつて達成される。本発明
の方法は次の工程を含む。即ち、 (A) 前記不純物を酸化して前記元素が五価状態に
ある化合物を得る工程、及び、その後に行なわ
れる (B) 精製されたクロロシランを蒸留によつて取出
回収する工程、である。
These and other objects are achieved by the method provided by the present invention, ie, the purification of chlorosilane solutions contaminated with impurities containing trivalent compounds of elements of Group Group of the Periodic Table. The method of the present invention includes the following steps. That is, (A) a step of oxidizing the impurities to obtain a compound in which the element is in a pentavalent state, and a subsequent step (B) of extracting and recovering purified chlorosilane by distillation.

本発明の好ましい態様では、第族元素を含む
不純物の酸化手段は、三酸化クロム又は二酸化マ
ンガンから選択される酸化剤と接触させることで
ある。
In a preferred embodiment of the invention, the means for oxidizing the group element-containing impurity is by contacting it with an oxidizing agent selected from chromium trioxide or manganese dioxide.

本発明の他の好ましい態様では、第族元素不
純物の酸化手段は、クロロシラン溶液を紫外線
(UV)照射下で酸素と接触させることである。
In another preferred embodiment of the invention, the means for oxidizing Group element impurities is contacting the chlorosilane solution with oxygen under ultraviolet (UV) irradiation.

本発明で意図する他の態様では、不純物を五価
状態に酸化する工程の後に付加的な工程を含む。
この工程では、不純物を遷移金属化合物又はルイ
ス酸と接触させるが、これら遷移金属化合物又は
ルイス酸は錯化剤として作用し熱的に安定な錯体
を生成せしめ、これら錯体はクロロシランの蒸留
の際に残留除去される。
Other embodiments contemplated by the invention include an additional step after the step of oxidizing the impurity to the pentavalent state.
In this step, impurities are brought into contact with transition metal compounds or Lewis acids, which act as complexing agents to form thermally stable complexes, which are then used during the distillation of chlorosilane. Residues are removed.

発明の詳細な説明 本発明方法は、クロロシラン溶液中に不純物と
して存在し得るリンの如き三価の第族元素の化
合物を酸化して、この元素が五価状態にある化合
物を形成する工程を含む。このように処理したク
ロロシランを、分留、又は錯化剤との反応後の純
クロロシランの蒸留等により処理することで、不
純物を容易且つ効率的に除去できる。本発明方法
は、微量のリンその他の通常のn−型不純物、例
えばヒ素、アンチモン、ビスマス等を、クロロシ
ラン特にトリクロロシランから除去するのに特に
有効である。本発明によると、例えばトリクロロ
シラン溶液中のリン含量が0.5ppb以下にまで低減
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method of the invention comprises the step of oxidizing a compound of a trivalent Group element, such as phosphorus, which may be present as an impurity in a chlorosilane solution to form a compound in which the element is in the pentavalent state. . Impurities can be easily and efficiently removed by treating the chlorosilane thus treated by fractional distillation or distillation of pure chlorosilane after reaction with a complexing agent. The process of the invention is particularly effective for removing traces of phosphorus and other common n-type impurities such as arsenic, antimony, bismuth, etc. from chlorosilanes, especially trichlorosilanes. According to the present invention, for example, the phosphorus content in a trichlorosilane solution can be reduced to 0.5 ppb or less.

本発明方法は、リンその他の第族元素をクロ
ロシランから除去するのに有用であり、このクロ
ロシランは次に電子用途用の結晶性ケイ素に還元
される。リン及びその姉妹元素である第族元素
例えばヒ素、アンチモン又はビスマスは、過剰の
自由電子を供与するため、電子機器用ケイ素の製
造に於いて特に重要なものである。これらの元素
がケイ素マトリツクス中に添加されると、過剰の
電子は、ケイ素結晶の(中性の)電気特性を変化
せしめ、又、結晶に半導体特性を与えるためにこ
れに含まれるドーピング剤に干渉する。これらの
過剰電子は負電荷として寄与するために、リン等
の不純物は“n”−型(負)不純物といわれるが、
本明細書中では、この用語はほぼ純粋なクロロシ
ラン中にあると思われる不純物、即ちリン化合
物、第族元素の化合物及びその他の電子に富む
化合物をも意味するものである。
The process of the present invention is useful for removing phosphorus and other Group elements from chlorosilanes that are then reduced to crystalline silicon for electronic applications. Phosphorus and its sister group elements such as arsenic, antimony or bismuth are of particular importance in the production of silicon for electronics because they donate an excess of free electrons. When these elements are added into the silicon matrix, the excess electrons change the (neutral) electrical properties of the silicon crystal and also interfere with the doping agents it contains to give the crystal semiconducting properties. do. Since these excess electrons contribute as negative charges, impurities such as phosphorus are called "n"-type (negative) impurities.
As used herein, the term also refers to impurities that may be present in substantially pure chlorosilane, namely phosphorus compounds, compounds of group elements, and other electron-rich compounds.

本発明により酸化除去される第族元素は、典
型的には、特に高水準(例えば残留n−型不純物
が総量で200ppbより低い)の純度であるクロロ
シラン中に、三塩化物又は三価の塩素水素化物状
態で見い出される。これらの不純物は一般式
AHnCloで表わされ、この式中で、Aはリン、ヒ
素、アンチモン及びビスマスから選択され、m及
びnは0、1、2又は3であり且つm+nは3又
は5である。他の形の第族元素化合物も本発明
方法で除去し得るが、クロロシラン中に残存する
不純物の最も普偏的な形態は上式で示されるもの
である。
The Group elements to be oxidized by the present invention are typically trichloride or trivalent chlorine in chlorosilanes of particularly high purity (e.g. less than 200 ppb total residual n-type impurities). Found in hydride state. These impurities have the general formula
AH n Cl o in which A is selected from phosphorus, arsenic, antimony and bismuth, m and n are 0, 1, 2 or 3 and m+n is 3 or 5. Although other forms of Group element compounds may be removed by the process of the present invention, the most common form of impurity remaining in the chlorosilane is that represented by the above formula.

本発明方法の対象である第族元素の共通の性
質は、これらが全てその最外殻電子軌道に5個の
電子を有していることである。このことは、ハツ
クの化学辞典(Hackh′s Chemical Dictionary、
第版、マクグローヒル刑)中500〜501頁、「周
期鎖“The Periodic Chain”」に記載されてい
る。これら元素の最も普偏的な原子価は+3(三
価)であるが、外殻に5個の電子があるため+5
即ち五価状態をもとり得る。三価の第族元素化
合物を酸化すると、その最外殻軌道にある自由電
子を、受容体である酸素(原子価−2)に供与し
得る。
A common property of the group elements that are the object of the method of the invention is that they all have five electrons in their outermost electron orbitals. This is explained in Hackh's Chemical Dictionary.
It is described in ``The Periodic Chain,'' pages 500-501 of McGraw-Hill, 1st edition. The most common valence of these elements is +3 (trivalent), but since there are 5 electrons in the outer shell, +5
That is, it can take on a pentavalent state. When a trivalent group element compound is oxidized, it can donate free electrons in its outermost orbit to oxygen (valence -2), which is an acceptor.

本発明の第1の工程即ち酸化工程では、不純物
の酸化が進行する条件下で、クロロシラン溶液に
酸化剤を接触させるか又は酸化若しくは空気を導
入する。多くの酸化剤が当業者に公知であり、ク
ロロシラン溶液に相溶性で且つ残留する不純物を
有効に酸化し得る限り本発明での使用に適してい
る。然し、三酸化クロム及び二酸化マンガンが特
に本発明の精製に適しており、従つて酸化剤を使
用する本発明の態様で好ましく使用されることが
知見された。純粋なO2又は他のガスと混合した
即ち空気として気体状で酸素を系に導入する態様
では、好ましくは、酸化を促進するために紫外線
(UV)照射する。UV照射を併用すると、反応速
度が大きくなり、そのため純粋な酸素ガスより安
価な空気を使用しても充分な酸素を供給できるの
である。UV−酸化はクロロシランよりも不純物
に対する選択性が高いため、そのため操作の効率
が向上する。
In the first step of the present invention, that is, the oxidation step, the chlorosilane solution is brought into contact with an oxidizing agent or oxidation or air is introduced under conditions that allow oxidation of impurities to proceed. Many oxidizing agents are known to those skilled in the art and are suitable for use in the present invention as long as they are compatible with the chlorosilane solution and can effectively oxidize residual impurities. However, it has been found that chromium trioxide and manganese dioxide are particularly suitable for the purification of the present invention and are therefore preferably used in embodiments of the invention that use oxidizing agents. In embodiments where oxygen is introduced into the system in gaseous form, ie as air, mixed with pure O 2 or other gases, ultraviolet (UV) radiation is preferably applied to promote oxidation. When used in conjunction with UV irradiation, the reaction rate increases, and therefore sufficient oxygen can be supplied even with air, which is cheaper than pure oxygen gas. UV-oxidation is more selective for impurities than chlorosilanes, thus increasing the efficiency of the operation.

本発明で使用する酸化剤の量は、薬剤のタイ
プ、不純物の濃度、利用する特定の酸化反応の化
学的特性その他に依存するであろう。一般に、過
剰の使用は、物質収支の点からそして必然的にク
ロロシランが一部酸化するため好ましくない。一
方、不純物は完全に酸化することが望ましい。こ
のため、所与の条件下での酸化の過不足の最適な
バランスを実験的に確かめる必要がある。好まし
い薬情即ち三酸化クロム又は二酸化マンガンを使
用する場合、トリクロロシランサンプル中の不純
物の完全酸化には、夫々、約7〜10及び約10〜14
モル当量の酸化剤が必要であることが知見され
た。酸化剤は典型的には直接クロロシランに添加
されて混合される。酸化の程度を知るため、適当
な間隔でサンプルを取り出し周知のクロマトグラ
フイーで分析する。
The amount of oxidizing agent used in the present invention will depend on the type of agent, the concentration of impurities, the chemistry of the particular oxidation reaction utilized, etc. In general, the use of excess is undesirable from a material balance point of view and because of the inevitable partial oxidation of the chlorosilane. On the other hand, it is desirable that impurities be completely oxidized. For this reason, it is necessary to experimentally confirm the optimal balance between excess and deficiency of oxidation under given conditions. For complete oxidation of impurities in a trichlorosilane sample, when using the preferred formulations i.e. chromium trioxide or manganese dioxide, about 7 to 10 and about 10 to 14
It has been found that molar equivalents of oxidizing agent are required. The oxidizing agent is typically added directly to the chlorosilane and mixed. To determine the degree of oxidation, samples are taken at appropriate intervals and analyzed using well-known chromatography.

第族元素化合物をUV照射と共に空気(又は
酸素)と接触させて酸化する場合、必要な空気の
量は、不純物の濃度、撹拌の程度、UV照射の程
度、その他のいくつかの要因に依存する。然しな
がら、根本的に、UV照射すると酸化のため系に
通す空気の量は減少できることが知見された。こ
の点については後に詳述する。UV照射は照射を
受入れる反応容器に直接してもよいが、勿論UV
源の強度は酸化を促進するようなものでなければ
ならない。
When group element compounds are oxidized by contacting them with air (or oxygen) along with UV irradiation, the amount of air required depends on the concentration of impurities, the degree of agitation, the extent of UV irradiation, and several other factors. . Fundamentally, however, it has been found that UV irradiation can reduce the amount of air passing through the system for oxidation. This point will be explained in detail later. UV irradiation may be applied directly to the reaction vessel receiving the irradiation, but of course
The strength of the source must be such as to promote oxidation.

酸化工程が完了すると、不純物を選択的に錯化
して安定な化合物を形成することが有利である。
この安定化合物は純クロロシランのバルク蒸留で
残留するであろう。この目的に適合する錯化剤
は、クロロシランと相溶性でクロロシラン中に存
在する酸化された第族元素と選択的に結合し錯
体を形成するものなら任意でよいが、生成した熱
的に安定な不純物/錯化剤の錯体からクロロシラ
ンを蒸留により分離するのは容易である。これは
錯化剤には、遷移金属ハロゲン化物及びルイス酸
化合物が含まれ、これらはクロロシランマトリツ
クス中に存在する電子に富む第族元素と反応す
る。
Once the oxidation step is complete, it is advantageous to selectively complex impurities to form stable compounds.
This stable compound will remain in bulk distillation of pure chlorosilane. Any complexing agent suitable for this purpose may be used as long as it is compatible with the chlorosilane and selectively binds to the oxidized group elements present in the chlorosilane to form a complex. It is easy to separate the chlorosilane from the impurity/complexing agent complex by distillation. Complexing agents include transition metal halides and Lewis acid compounds, which react with the electron-rich Group elements present in the chlorosilane matrix.

本発明の目的に適することが知見された遷移金
属ハロゲン化物のうち好ましいものは、四塩化ジ
ルコニウム及び四塩化ハフニウムである。リンオ
キシ塩化物の如き化合物がトリクロロシラン中で
四塩化ジルコニウムと1:1錯体を形成するこ
と、及び、この錯化剤がクロロシラン溶液から前
記のような不純物の99.9%以上を除去し得ること
が知見された。この種の他の遷移金属ハロゲン化
物も不必要な実験をすることなくクロロシランと
相溶性であり、且つ残留する通常の第族元素を
効率的に錯化することが知見され、これらも本発
明の目的を充分に達成し得る。
Preferred transition metal halides found to be suitable for the purposes of the present invention are zirconium tetrachloride and hafnium tetrachloride. It has been found that compounds such as phosphorus oxychloride form a 1:1 complex with zirconium tetrachloride in trichlorosilane and that this complexing agent can remove more than 99.9% of such impurities from chlorosilane solutions. It was done. Other transition metal halides of this type have also been found to be compatible with chlorosilanes without unnecessary experimentation and to efficiently complex residual common group elements, and these are also suitable for use in the present invention. The purpose can be fully achieved.

「ルイス酸」は電子対を受け取つて共有結合を
形成する(即ち「電子対受容体」)であり、本発
明の目的を達成するために使用し得る。これはロ
ーリー−ブレンステツドの酸の定義即ち「プロト
ン供与体」の概含を包含する。例えば三フツ化ホ
ウ素(BF3Qは、最外殻電子軌道に6個の電子し
かもつていないので、典型的なルイス酸である。
BF3は自由電子対を受容して8電子軌道を完成さ
せる傾向を有している。広範囲のルイス酸が本発
明の対象である特定の第族元素化合物との結合
に使用できるが、三塩化ホウ素(BCl3)のよう
なルイス酸は除去が困難な不純物である元素をク
ロロシラン系にもち込むことになる。特にホウ素
は電子機器用ケイ素の製造において精製が困難で
あるという問題を提起するため、ホウ素の使用は
通常避けるべきである。このため、本発明の目的
に好適なルイス酸錯化剤は、クロロシランからの
除去がより容易な元素を含むものがよい。最も好
ましいのは酸化第二鉄(FeCl3)と塩化アルミニ
ウム(AlCl3)である。
"Lewis acids" are those that accept a pair of electrons to form a covalent bond (ie, "electron pair acceptors") and may be used to accomplish the objectives of the present invention. This encompasses the Lowry-Brensted definition of acid, i.e., the general meaning of "proton donor." For example, boron trifluoride (BF 3 Q) has only 6 electrons in the outermost electron orbital, so it is a typical Lewis acid.
BF 3 has a tendency to accept free electron pairs to complete the eight-electron orbital. Although a wide variety of Lewis acids can be used to bond with the specific Group element compounds of interest in this invention, Lewis acids such as boron trichloride (BCl 3 ) are difficult to remove impurities in the chlorosilane system. I will bring it in. In particular, the use of boron should generally be avoided as it poses problems of being difficult to purify in the production of silicon for electronics. For this reason, Lewis acid complexing agents suitable for the purpose of the present invention preferably contain elements that are easier to remove from chlorosilane. Most preferred are ferric oxide (FeCl 3 ) and aluminum chloride (AlCl 3 ).

汚染されたクロロシラン溶液に添加する錯化剤
の量は、この化合物と既に酸化された不純物とが
充分に反応するような量である。反応時間及び不
純物の完全除去という意味では、汚染物質の濃度
に対し例えば2〜50倍過剰のモル量であると最良
の結果が得られる。然しながら、溶液中に存在す
る不純物と有効に結合する量であればよいことは
理解されよう。
The amount of complexing agent added to the contaminated chlorosilane solution is such that sufficient reaction occurs between this compound and the already oxidized impurities. In terms of reaction time and complete removal of impurities, best results are obtained with a molar excess of, for example, 2 to 50 times relative to the concentration of contaminants. However, it will be understood that the amount may be sufficient as long as it effectively binds to impurities present in the solution.

錯化剤を溶液に混合した後、酸化不純物と錯化
剤化合物との反応を促進するため、混合物を加熱
してもよい。あまり高温即ち150℃を超えると形
成した錯体も多少分解するであろうし、あまり低
温では全不純物を効率的に除去するには不充分で
あろう。このような理由で、反応温度は0℃〜約
125℃が好ましい。然し、反応生成物がクロロシ
ランと同一留分で蒸留されず従つて精製過程で混
入しない限りに於いて、上記範囲以上の高温も使
用し得る。約100℃以下の温度で最良の結果が得
られた。クロロシランの早期蒸留が起きるのを防
ぐために、反応容器内を加圧してもよい。所与の
条件下で最適の反応温度及び圧力を決めるには簡
単な実験をすればよい。
After the complexing agent is mixed into the solution, the mixture may be heated to promote the reaction between the oxidized impurities and the complexing agent compound. Too high a temperature, i.e. above 150°C, will cause some decomposition of the complex formed, and too low a temperature may not be sufficient to efficiently remove all impurities. For this reason, the reaction temperature ranges from 0°C to approx.
125°C is preferred. However, elevated temperatures above the above range may be used as long as the reaction products are not distilled in the same fraction as the chlorosilane and are therefore not contaminated during the purification process. Best results were obtained at temperatures below about 100°C. Pressurization may be applied within the reaction vessel to prevent premature distillation of the chlorosilane from occurring. Simple experimentation can be used to determine the optimum reaction temperature and pressure under given conditions.

既に記載したように、実質的に全ての不純物が
結合して熱的に安定な錯体を形成するまで反応を
続行する。勿論、反応時間は使用する物質、温
度、圧力等によつて変化するであろう。簡単な実
験によつて所与の精製に必要な最適の反応時間が
決定できるであろう。
As previously described, the reaction is continued until substantially all of the impurities have combined to form a thermally stable complex. Of course, reaction times will vary depending on the materials used, temperature, pressure, etc. Simple experimentation will determine the optimal reaction time required for a given purification.

本発明の精製方法に於ける最終工程は、純粋な
クロロシランを反応溶液から蒸留することであ
る。クロロシランに対して不純物の揮発性が低く
なつているため、この最終蒸留工程が可能にな
る。
The final step in the purification method of the present invention is to distill pure chlorosilane from the reaction solution. This final distillation step is possible because of the reduced volatility of the impurities relative to the chlorosilane.

蒸留は大気圧で行なつてもよいし、又は、液体
の温度が不純物や本発明方法の前の工程で形成さ
れた不純物錯体の分解温度を越えない範囲で加圧
下で行なつてもよい。溶液の温度は約200℃より
低く抑えるのが好ましい。
Distillation may be carried out at atmospheric pressure or under pressure, provided that the temperature of the liquid does not exceed the decomposition temperature of the impurities or impurity complexes formed in the previous steps of the process. Preferably, the temperature of the solution is kept below about 200°C.

当業者が本発明の実施を容易にするのを助ける
べく、説明のために以下に実施例を掲げるが、本
発明はこれに限定されるものではない。
To assist those skilled in the art in practicing the invention, the following examples are provided for illustrative purposes, but the invention is not limited thereto.

実施例 1 酸化剤を使用してのPCl3からPOCl3への変換 500ppmの三塩化リンを含むトリクロロシラン
の標準溶液を反応容器に入れた。溶液を激しく撹
拌しながら二酸化マンガンを添加し、反応混合物
のサンプルを周期的に取り出し、三塩化リンとオ
キシ塩化リンの夫々の濃度をクロマトグラフイー
で測定した。10〜14モル当量の二酸化マンガンが
完全な酸化に必要であり、リンが2時間以内に定
量的に五価状態に酸化されることが判明した。
Example 1 Conversion of PCl3 to POCl3 using an oxidizing agent A standard solution of trichlorosilane containing 500 ppm phosphorous trichloride was placed in a reaction vessel. Manganese dioxide was added to the solution with vigorous stirring, and samples of the reaction mixture were taken periodically to determine the respective concentrations of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride by chromatography. It was found that 10-14 molar equivalents of manganese dioxide were required for complete oxidation and that phosphorus was quantitatively oxidized to the pentavalent state within 2 hours.

実施例 2 光酸化によるPCl3のPOCl3への変換 5000ppmの三塩化リンを含むトリクロロシラン
の標準溶液を、ドライアイスコンデンサー及びガ
ス導入口を備えた透明なフラスコに入れた。乾燥
空気を50cm3/分で導入口から入れ撹拌して急速に
分散させた。ドライアイスコンデンサーは、ガス
流中のトリクロロシランを冷却凝縮するのに充分
であつた。トリクロロシラン溶液のサンプルを定
期的に取り出し、三塩化リンとオキシ塩化リンの
相対濃度をクロマトグラフイーで測定した。16モ
ル過剰の酸素(空気中)を系に通した時点では1
〜5%のPCl3しかPOCl3に酸化されていないこと
が判明した。
Example 2 Conversion of PCl3 to POCl3 by photooxidation A standard solution of trichlorosilane containing 5000 ppm phosphorus trichloride was placed in a transparent flask equipped with a dry ice condenser and a gas inlet. Dry air was introduced from the inlet at 50 cm 3 /min and stirred to rapidly disperse the mixture. A dry ice condenser was sufficient to cool and condense the trichlorosilane in the gas stream. Samples of the trichlorosilane solution were taken periodically and the relative concentrations of phosphorus trichloride and phosphorus oxychloride were determined by chromatography. 1 when a 16 molar excess of oxygen (in air) is passed through the system.
It was found that only ~5% of PCl3 was oxidized to POCl3 .

空気を導入し撹拌分散しながらサンプルを照射
して実験を続行した。PCl3の安全な酸化には2.4
モル過剰の酸素で充分であることが判明した。
The experiment was continued by introducing air and irradiating the sample while stirring and dispersing it. 2.4 for safe oxidation of PCl 3
A molar excess of oxygen has been found to be sufficient.

必要な酸素量が減少したことは、酸素に対する
PCl3の化学量論量が2.5であることを意味するの
ではなく、モル比が質量作用によつて決定された
ことを示唆するものと思われる。
The reduction in the amount of oxygen required means that
This does not imply that the stoichiometry of PCl 3 is 2.5, but rather suggests that the molar ratio was determined by mass action.

実施例 3 遷移金属ハロゲン化物の錯化剤を使用する
POCl3の錯体化 オキシ塩化リン1.5重量部を含むトリクロロシ
ラン450重量部の溶液に4.6重量部の四塩化ジルコ
ニウムを添加した。溶液を一晩撹拌した後、クロ
マトグラフ分析によるとPOCl3がトリクロロシラ
ン溶液から定量的に除去されていた。
Example 3 Using a transition metal halide complexing agent
Complexation of POCl 3 To a solution of 450 parts by weight of trichlorosilane containing 1.5 parts by weight of phosphorous oxychloride, 4.6 parts by weight of zirconium tetrachloride were added. After stirring the solution overnight, chromatographic analysis showed that POCl 3 was quantitatively removed from the trichlorosilane solution.

実施例 4 ルイス酸錯化剤を使用したPOCl3の錯化 オキシ塩化リン1.7重量部を含むトリクロロシ
ラン402重量部の溶液に三塩化アルミニウム5.0重
量部を添加した。混合物を1の反応容器に入れ
100℃に加熱した。定期的にサンプルを取り出し
POCl3の濃度を測定した。1時間後、上部ガスに
はPOCl3は検出されなかつた。
Example 4 Complexation of POCl 3 using a Lewis acid complexing agent 5.0 parts by weight of aluminum trichloride were added to a solution of 402 parts by weight of trichlorosilane containing 1.7 parts by weight of phosphorous oxychloride. Put the mixture into reaction container 1.
Heated to 100°C. Take samples regularly
The concentration of POCl3 was measured. After 1 hour, no POCl 3 was detected in the upper gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記の工程からなるリン、ヒ素、アンチモン
及びビスマスから成る群から選択される元素1種
以上の三塩化物を超高純度のトリクロロシランか
ら除去する方法: (A) 前記三塩化物を完全に酸化して前記元素を五
価のオキシ塩化物にするのに有効な時間をかけ
て、前記三塩化物のモル濃度に対して過剰量の
酸化剤を前記三塩化物に接触させ(ただし、前
記酸化剤は紫外線に曝されているO2、三酸化
クロム及び二酸化マンガンから成る群から選択
される); (B) 前記トリクロロシランに対して、前記オキシ
塩化物のモル濃度に対して2〜50倍過剰量の錯
化剤を添加して(ただし、前記錯化剤は四塩化
ジルコニウム、四塩化ハフニウム、塩化第二鉄
及び塩化アルミニウムから成る群から選択され
る); (C) 前記オキシ塩化物と前記錯化剤との間に熱安
定性のある錯体が形成されるのを促進するのに
十分な時間をかけて約0℃〜約125℃の温度に
前記トリクロロシランを加熱する一方、前記ト
リクロロシランの蒸発を防止するのに有効な圧
力条件を維持して;それから (D) 前記の熱安定性のある錯体の分解を招く温
度・圧力条件を避けながら約100℃以下の温度
において蒸留により精製トリクロロシランを取
出す。 2 前記酸化工程Aにおいて、約7〜10モル当量
の三酸化クロムまたは約10〜14モル当量の二酸化
マンガンを前記三塩化物に接触させる特許請求の
範囲第1項記載の方法。 3 前記酸化工程Aにおいて、O2を紫外線の存
在下でトリクロロシランに導入する特許請求の範
囲第1項記載の方法。 4 下記の工程からなるPCl3不純物を超高純度
のトリクロロシラン溶液から除去する特許請求の
範囲第1項記載の方法: 前記トリクロロシラン溶液に紫外線をあてなが
らこの溶液に空気を導いて、前記PCl3を実質上
残らずPOCl3に酸化して; 前記POCl3のモル濃度に対して2〜50倍過剰量
の錯化剤を添加する一方(ただし前記錯化剤は四
塩化ジルコニウム、四塩化ハフニウム、塩化第二
鉄及びアルミニウムから成る群から選択される)、
前記溶液を0〜125℃の温度に加熱して、前記錯
化剤と実質的にすべての前記POCl3との間に熱安
定性のある錯体を形成し;それから 前記の熱安定性のある錯体の分解を避けながら
約100℃以下の温度において蒸留により精製トリ
クロロシランを取出す。
[Claims] 1. A method for removing trichloride of one or more elements selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth from ultra-high purity trichlorosilane, comprising the following steps: (A) The above-mentioned An excess amount of oxidizing agent relative to the molar concentration of the trichloride is applied to the trichloride for a period of time effective to completely oxidize the element to the pentavalent oxychloride. (B) the molar concentration of the oxychloride relative to the trichlorosilane; by adding a 2 to 50 times excess of a complexing agent relative to the complexing agent, wherein said complexing agent is selected from the group consisting of zirconium tetrachloride, hafnium tetrachloride, ferric chloride and aluminum chloride; C) heating the trichlorosilane to a temperature of from about 0°C to about 125°C for a period of time sufficient to promote the formation of a thermally stable complex between the oxychloride and the complexing agent. while maintaining pressure conditions effective to prevent evaporation of said trichlorosilane; and (D) to about 100°C while avoiding temperature and pressure conditions that would lead to decomposition of said thermally stable complex. Purified trichlorosilane is removed by distillation at the following temperatures: 2. The method of claim 1, wherein in the oxidation step A, about 7 to 10 molar equivalents of chromium trioxide or about 10 to 14 molar equivalents of manganese dioxide are brought into contact with the trichloride. 3. The method according to claim 1, wherein in the oxidation step A, O 2 is introduced into trichlorosilane in the presence of ultraviolet light. 4. The method according to claim 1 for removing PCl 3 impurities from an ultra-high purity trichlorosilane solution, which comprises the following steps: While exposing the trichlorosilane solution to ultraviolet rays, air is introduced into this solution to remove the PCl 3 impurities from the solution. Oxidize substantially all of 3 to POCl 3 ; while adding a complexing agent in an excess amount of 2 to 50 times with respect to the molar concentration of POCl 3 (however, the complexing agent may be zirconium tetrachloride, hafnium tetrachloride, , ferric chloride and aluminum);
heating the solution to a temperature of 0 to 125°C to form a thermostable complex between the complexing agent and substantially all of the POCl3 ; Purified trichlorosilane is removed by distillation at a temperature below about 100°C while avoiding decomposition.
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