Способ получения силана для полупроводниковой техники

 

Изобретение относится к способам получения силана (SiH₄) высокой чистоты для полупроводниковой техники. Сущность изобретения: осуществляют взаимодействие силицидов кальция с бромистым аммонием, после чего проводят низкотемпературное разделение продуктов реакции.

Предлагаемое изобретение относится к способам физико-химического получения веществ и может быть использовано в народном хозяйстве при производстве силана (SiH₄) высокой чистоты для полупроводниковой техники.

По предлагаемому способу (Некрасов Б.В. Основы общей химии. М. Химия, 1973, с. 233) силан образуется при взаимодействии Mg₂Si с раствором NH₄Br в жидком аммиаке. Процесс протекает по реакции: Этот способ, как и предлагаемый заявителем, включает получение SiH₄ путем взаимодействия галогенида аммония с силицидом щелочно-земельного металла, поэтому он и принят заявителем, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому положительному эффекту в качестве прототипа.

Недостатками способа-прототипа являются низкие технико-экономические показатели, а именно: количество силана, образующегося по реакции (1), составляет 65% от теоретического, сложность разделения продуктов реакции.

Задачей изобретения является повышение прямого выхода силана (SiH₄). Поставленная задача достигается тем, что для повышения прямого выхода силана осуществляют взаимодействие силицидов кальция (CaSi и CaSi₂) с бромистым аммонием в жидком аммиаке по реакциям: или После чего проводят низкотемпературное разделение продуктов реакции.

Рассмотрим получение силана способом-прототипом и предлагаемым способом на конкретных примерах.

Пример 1 (способ-прототип).

Исходное сырье: силицид магния Mg₂Si, бромистый аммоний, высушенный аммиак.

В жидком аммиаке при температуре от -40 до -70^oC проводят реакцию: Mg₂Si+4NH₄Br___→SiH₄+2MgBr₂+4NH₃ Исходные вещества подают в соотношении: на 1 кг Mg₂Si берут 7 кг NH₄Br (40%-ный избыток) и 5 дм³ жидкого высушенного аммиака.

Газовую смесь продуктов реакции (SiH₄ и NH₃) для полного удаления NH₃ направляют в холодильник, работающий при температуре от -40 до -70^oC.

Бромид магния, выпадающий в осадок, декантируют и направляют на дальнейшую переработку.

В результате выход силана в способе-прототипе составляет не более 65% от стехиометрического, расход бромистого аммония не менее 140% к стехиометрии.

Пример 2 (заявляемый способ).

Исходное сырье:
силицид кальция CaSi или CaSi₂,
бромистый аммоний,
высушенный аммиак.

Синтез силана проводят по реакциям (2) или (3) в жидком аммиаке при температуре от -40 до -70^oC.

На 1 кг CaSi подают 3 кг NH₄Br (10% избыток), на 1 кг CaSi₂ подают 2,2 кг NH₄BR (10% избыток) и 2 дм³ жидкого высушенного аммиака.

Для разделения газовой смеси продуктов реакций (2) и (3) силана, азота и водорода ее подают в холодильник, работающий при температуре от -120^oC до -185^oC. При этом силан переходит в жидкое состояние и отделяется от азота и водорода, находящихся в газообразном состоянии. Затем силан нагревают до 400 440^oC. При этом происходит количественное переведение силанов в моносилан.

Выход силанов по реакциям (2) и (3) составляет 90% Общий выход моносилана из силицидов кальция составляет 87 89%
Полученный моносилан соответствовал по качеству требованиям, приведенным в (Белов Е.П. Лебедев Е.Н. Григораш Ю.П. и др. Моносилан в технологии получения полупроводниковых материалов. М. НИИТЭХим, 1989, с.72).

Формула изобретения

Способ получения силана, включающий взаимодействие бромида аммония с силицидом щелочноземельного металла в жидком аммиаке, отличающийся тем, что в качестве силицида щелочноземельного металла используют силицид кальция и после стадии взаимодействия осуществляют низкотемпературное разделение газообразных продуктов.