一种硅烷类产品的制造方法.pdf

一种硅烷类产品的制造方法，包含以下步骤：A、以硅粉和镁粉在催化剂存在下生成硅化镁；B、以硅化镁与氯化氨反应，在液氨及催化剂存在下生成硅烷类气体及六氨氯化镁；C、将六氨氯化镁通过分离反应得到氯化镁和液氨；D、将氯化镁经电解而生成镁粉及氯气；E、将步骤D的氯气与步骤C的液氨反应生成氯化氨，将得到的氯化氨用于步骤B中使用。本发明方法完全在无氯及无卤素的环境下完成，可以完全免除后续使用中对于氯及卤素的风险，而且所有副产品及中间产品均可以回收再使用，以达环境保护之最高要求。

权利要求书
1.  一种硅烷类产品的制造方法，包含以下步骤：
A、以硅粉和镁粉在催化剂存在下生成硅化镁；
Si+2Mg------→Mg2Si
催化剂
B、以硅化镁与氯化氨反应，在液氨及催化剂存在下生成硅烷类气体及六 氨氯化镁，反应式为：
NH3
Mg2Si+NH4Cl----------------→SinHm+MgCl2·6NH3
催化剂
其中m＝2n+2
C、将六氨氯化镁通过分离反应得到氯化镁和液氨；
MgCl2·6NH3----------→MgCl2+6NH3
D、将氯化镁经电解而生成镁粉及氯气；
MgCl2--------→Mg+Cl2
E、将步骤D的氯气与步骤C的液氨反应生成氯化氨，将得到的氯化氨用 于步骤B中使用，
Cl2+H2--------→2HCl
NH3+HCl-------→NH4Cl。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B的催化剂为选自铝 盐、锌盐、铹盐、贵金属盐之一或其多种混合物。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述贵金属盐为铂盐。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤B得到的硅烷类气体降 温到-60℃至-120℃，分离出硅丙烷；再降温到-120℃至-170℃，分离出硅乙 烷：然后再降温到-170℃至-240℃，分离出硅甲烷。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将硅甲烷升温至-170℃以上， 使硅甲烷从液相变成气相，然后再降温，于-180℃至-220℃温度中得到高纯度 硅甲烷；将硅乙烷升温至-120℃以上，使硅乙烷从液相变成气相，然后再降温， 于-130℃至-160℃温度中得到高纯度硅乙烷；将硅丙烷升温至-60℃以上，使 硅丙烷从液相变成气相，然后再降温，于-70℃至-110℃温度中得到高纯度硅 丙烷。

6.  根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将硅甲烷、硅乙烷、硅 丙烷通过分子筛进行纯化。

7.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C得到的液氨用于步骤B 中使用。

8.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D得到的镁粉用于步骤A 中使用。

说明书一种硅烷类产品的制造方法
技术领域
本发明属于硅烷类产品制造技术领域，尤指一种全面制程全回收副产品再使 用之硅烷类产品制造方法。
背景技术
在微电子产品制造过程，硅用以隔离电子精密组件中各导电层。由于组件， 例如芯片，一再追求精密度，规格设计越来越细，从微米级进步到纳米级，所以 硅隔离层已经无法用机械方法切割形成，而必须用气相层积法形成，所以硅烷类 的使用形成必须之材料。
传统的硅甲烷制备方法至少有两种。一种是硅镁法，或称小松法，以硅粉及 镁粉为初始材料，先合成硅化镁，Si+2Mg----→Mg2Si。再以硅化镁与氯化氨依 用量比例反应，在液氨的环境下，生成硅甲烷气相及六氨氯化镁固相残渣，反应 式为：

很明显，此方法可以制得硅甲烷供使用。而且六氨氯化镁为一固相物品，所 以氯元素不会在气相的硅甲烷特气中存在。但是，六氨氯化镁为一种固态废料， 若进行废料处理，对于环保而言，显有不当。再者，此传统制造方法仅能生成硅 甲烷，至于硅乙烷、硅丙烷等相关产品无法生成。
第二种方法是以三氯氢硅提纯法(即俗称UCC法)。此方法之制程，首先以硅 粉与氯化氢(俗称盐酸)反应生成三氯氢硅，Si+3HCl----------→HSiCl3+H2。再 以三氯氢硅与氢气反应，藉由氢气与氯元素结合而形成二氯氢硅及氯化氢， HSiCl3+H2---→H2SiCl2+HCl。依序再以二氯氢硅与氢气反应，藉由氢气与氯元素 结合而形成单氯氢硅及氯化氢，H2SiCl2+H2---→H3SiCl+HCl。然后，单氯氢硅再 与氢气反应，也就是由氢气与氯元素结合而形成硅甲烷及氯化氢， H3SiCl+H2-----→SiH4+HCl。
此方法可以生成硅甲烷。然而，硅乙烷、硅丙烷等的产品则无法由本方法制 得。而且，此方法一直需要有盐酸在其中反应，显然制程的危险性与腐蚀性皆大 幅提高。另，在此方法中，各反应物及生成物均以气相反应产出，所以在分离取 出硅甲烷时，硅甲烷气体中通常较容易存在氯元素。众所周知，在电子组件中， 最怕存在氯元素，即使存在量很微小，对于精密电子组件的腐蚀性仍存在很大的 风险。所以，当高科技电子产品进步到纳米级时，使用具有氯元素风险的材料将 不被允许。尤其是在电子组件中形成硅隔离层时，由于形成时间短，形成隔离薄 膜层更薄，形成温度需降低，薄膜表层的平整度要求更高。这些要求，硅甲烷的 特性已经有所不足而很难被使用，只有硅乙烷甚至硅丙烷才能满足这些高科技电 子产品的持续发展要求。
换言之，无论半导体、存取内存、液晶显示屏、太阳能电池、节能玻璃等 行业，已经渐渐从硅甲烷的使用转向硅乙烷，而且对于环境保护的要求已经是所 有人的共识，因此，一种新颖有效满足上述需求的制造方法必须应运而生。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现.
一种硅烷类产品的制造方法，包含以下步骤：
A、以硅粉和镁粉在催化剂存在下生成硅化镁，

B、以硅化镁与氯化氨反应，在液氨及催化剂存在下生成硅烷类气体及六 氨氯化镁，反应式为：

其中m＝2n+2
C、将六氨氯化镁通过分离反应得到氯化镁和液氨；
MgCl2·6NH3----------→MgCl2+6NH3
D、将氯化镁经电解而生成镁粉及氯气；
MgCl2--------→Mg+Cl2
E、将步骤D的氯气与步骤C的液氨反应生成氯化氨，将得到的氯化氨用 于步骤B中使用，
Cl2+H2------→2HCl
NH3+HCl-------→NH4Cl。
进一步，所述步骤B的催化剂为选自铝盐、锌盐、铹盐、贵金属盐之一或其 多种混合物。
进一步，所述贵金属盐为铂盐。
进一步，将步骤B得到的硅烷类气体降温到-60℃至-120℃，分离出硅丙烷； 再降温到-120℃至-170℃，分离出硅乙烷：然后再降温到-170℃至-240℃， 分离出硅甲烷。
进一步，将硅甲烷升温至-170℃以上，使硅甲烷从液相变成气相，然后再 降温，于-180℃至-220℃温度中得到高纯度硅甲烷；将硅乙烷升温至-120℃ 以上，使硅乙烷从液相变成气相，然后再降温，于-130℃至-160℃温度中得到 高纯度硅乙烷；将硅丙烷升温至-60℃以上，使硅丙烷从液相变成气相，然后再 降温，于-70℃至-110℃温度中得到高纯度硅丙烷。
进一步，将硅甲烷、硅乙烷、硅丙烷通过分子筛进行纯化。
进一步，步骤C得到的氨用于步骤B中使用。
进一步，步骤D得到的镁粉用于步骤A中使用
本发明方法所有副产品及中间产品均可以回收再使用，以达环境保护之最高 要求。
本发明方法不仅可以生成硅甲烷，亦可以生成硅乙烷和硅丙烷产品。
本发明方法完全在无氯及无卤素的环境下完成，可以完全免除后续使用中对 于氯及卤素的风险。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明
一种硅烷类产品的制造方法，包含下列步骤：
A、首先以硅粉及镁粉在催化剂的环境下生成硅化镁，

B、以硅化镁与氯化氨反应，在液氨及催化剂的环境下，生成硅烷类及六氨 氯化镁，反应式为：

其中m＝2n+2
C、六氨氯化镁为一固相产品，再经加以分离反应而得到氯化镁及液氨，液 氨可以再投入上述制程B及以下制程E中使用：
MgCl2·6NH3----------→MgCl2+6NH3
D、氯化镁并再经电解而生成镁粉及氯气，镁粉为固相，可以投入上述制程 中的A中使用：

E、氯气再与液氨合成反应生成氯化氨，氯化氨得以投入上述制程中的B使 用，其中液氨来自于上述制程中的C，换言之，制程C生成之氨可以供制程B及 E使用：
Cl2+H2-------→2HCl
NH3+HCl------→NH4CL
从上述反应式中可以看出骤B中生成硅烷类的产品，由于硅甲烷、硅乙烷、 硅丙烷等气体，虽然都是气体，但是分子量各有不同，致使液化/气化所需温度 不同。运用其物理特性不同，经过分离可以分别得到硅甲烷、硅乙烷、硅丙烷等 产品，以让各不同烷类产品独立存在方得以应不同使用需求。
本发明之所以在制造反应后可以得到烷类产品，而不仅是硅甲烷而已，主要 是在反应中应用了催化剂，催化剂主要为金属盐，例如，铝盐、锌盐、铹盐、贵 金属盐等。贵金属盐可以为铂盐等。催化剂可以选自上述各种金属盐之一种或多 种混合使用。
上述硅烷类产品为一混合气体。将硅烷类混合气体分离出硅甲烷、硅乙烷、 硅丙烷等的方法，可以先将硅烷类混合气体降温至液相，再逐步升温，依序收集 气相之硅甲烷、硅乙烷、硅丙烷等，而达到分离出单一硅烷类产品的目的。相同 的，可以从气相的硅烷类混合气体予以降温，依序使硅丙烷、硅乙烷、硅甲烷液 化而达到分离出单一硅烷类产品的目的。
为使硅甲烷、硅乙烷及硅丙烷高精密度纯化，可将硅甲烷、硅乙烷、硅丙烷 再一次以温度差予以纯化。硅甲烷、硅乙烷及硅丙烷之纯化也可以运用分子筛予 以纯化。当然，为取得更高精密度纯化的目的，温度差、分子筛不仅可以单独使 用，亦可以二者组合使用。至于其他等效之纯化方法都可以加以运用。
实施例1
依照上述方法进行步骤A、B、C、D、E。其中，步骤B使用的催化剂为锌盐 和铹盐个混合物；步骤C的分离是通过降温依序分离出硅丙烷、硅乙烷、硅甲烷。 首先将硅烷类混合气体降温至-120℃，分离出硅丙烷；再降温至-170℃，分离 出硅乙烷：然后再降温至-240℃，分离出硅甲烷。因此，硅甲烷、硅乙烷及硅 丙烷均以液相呈现。
各种硅烷类产品产出后，需经精度纯化作业，以符合高科技电子产品的高精 密纯度，在分离作业中，再一次将硅甲烷升温至-170℃以上，使硅甲烷从液相 变成气相，然后再降温，于-220℃之温度中取得硅甲烷，因此，非属本温度之 不纯将被移除，使纯度提升。相同的，将硅乙烷升温至-120℃以上，使硅乙烷 从液相变成气相，然后再降温，于-160℃之温度中取得硅乙烷，因此，非属本 温度之不纯将被移除，使纯度提升。同理，将硅丙烷升温至-60℃以上，使硅丙 烷从液相变成气相，然后再降温，于-110℃之温度中取得硅丙烷，因此，非属 本温度之不纯将被移除，使纯度提升。
实施例2
重复实施例1，不同之处在于，步骤B使用的催化剂为锌盐；步骤C中硅烷 类混合气体降温至-60℃，分离出硅丙烷；再降温到-120℃，分离出硅乙烷：然 后再降温到-170℃，分离出硅甲烷。纯化作业中，硅甲烷再降温至-180℃，硅 乙烷再降温至-130℃，硅丙烷再降温至-70℃。
实施例3
重复实施例1，不同之处在于，步骤B使用的催化剂为铂盐；步骤C中硅烷 类混合气体降温至-90℃，分离出硅丙烷；再降温到-145℃，分离出硅乙烷：然 后再降温到-205℃，分离出硅甲烷。纯化作业中，硅甲烷再降温至-200℃，硅 乙烷再降温至-145℃，硅丙烷再降温至-90℃。
实施例4
重复实施例1，不同之处在于，步骤B使用的催化剂为铝盐；步骤C中硅烷 类混合气体降温至-100℃，分离出硅丙烷；再降温到-130℃，分离出硅乙烷： 然后再降温到-215℃，分离出硅甲烷。纯化作业中，硅甲烷再降温至-190℃， 硅乙烷再降温至-150℃，硅丙烷再降温至-100℃.
实施例5
重复实施例3，不同之处在于，步骤B使用的催化剂为铝盐、锌盐和铹盐； 步骤C中硅烷类混合气体降温至-70℃，分离出硅丙烷；再降温到-150℃，分离 出硅乙烷：然后再降温到-220℃，分离出硅甲烷。纯化作业中，硅甲烷再降温 至-210℃，硅乙烷再降温至-150℃，硅丙烷再降温至-80℃。
实施例6
重复实施例1，不同之处在于，步骤B使用的催化剂为铝盐、铂盐、锌盐和 铹盐；步骤C中硅烷类混合气体降温至-90℃，分离出硅丙烷；再降温到-145℃， 分离出硅乙烷：然后再降温到-205℃，分离出硅甲烷。纯化作业中，硅甲烷再 降温至-200℃，硅乙烷再降温至-135℃，硅丙烷再降温至-90℃。
由于本发明已将单一硅烷产品分离出来，所以高精密度纯化作业比混合种类 气体精度纯化作业容易，亦简化了后续的制造方法，而经过高精度纯化后，可以 得到纯度高达99.999％，甚至99.9999％以上的产品，从而满足高科技电子产品 在制造时对于硅烷类原料之需求。
以上的详细说明用以揭示本发明之技术内容及特征，并辅以实施例说明，使 本领域技术人员据此得以实施，然而上述说明并非用于限制本发明之权利范围， 举凡简单之置换或等效技术之取代，仍应隶属本发明之范畴。