(57)【要約】  低次シランからの高次シランの製造方法は、第１反応温度範囲の最高温度よりも２０℃を超える温度より高い温度に暴露することなく低次シラン含有流体を加熱することを含む。加熱低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入し、反応させる。未反応の低次シランを初期の加熱段階に再循環させる。望ましくないシラン副生成物の分解および生成を防ぐために平均滞留時間は短いのが好ましい。低次シランからのより高次の高次シランの製造方法は、第１反応ゾーンからの第１ガス混合物を高次シラン含有流体と混合すること、および第２反応温度範囲内で作動している第２反応ゾーンに混合した流体を導入することを含む。第２反応ゾーンから出る第２ガス混合物を種々の流体に分離する。未反応の低次シランを含有する１つの流体を初期の加熱段階および第１反応ゾーンに再循環させる。もう１つの流体である高次シラン含有流体を第１ガス混合物と混合する。
2008536784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら、流体が第１反応温度範囲内になるように第１低次シラン含有流体を加熱すること；
反応温度範囲内の加熱第１低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること；および
温度を反応温度範囲内に維持して、加熱第１低次シラン含有流体から高次シラン反応生成物を生成させること
を含む、低次シランから高次シランを製造するための方法。
【請求項２】
高次シランがトリシランであり、低次シランがジシランであり、および第１反応温度範囲が約２５０℃から約４５０℃の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高次シランがジシランであり、低次シランがモノシランであり、および第１反応温度範囲が約３５０℃から約５５０℃の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１反応ゾーンにおける温度を反応温度範囲内に維持することをさらに含み、ここで前記加熱が約６秒以下で行われ、第１反応ゾーンが約１５秒から約６０秒の平均滞留時間を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１低次シラン含有流体が、非反応性希釈剤を前記第１低次シラン含有流体の２０容量％未満の量において場合により含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１低次シラン含有流体が、第１反応温度範囲の最高温度よりも約１０℃を超える温度より高い温度に暴露されない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
低次シランの２０％未満が、第１反応ゾーンを通過する１回のパスにおいて高次シランに転化される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
低次シランの３％未満が、第１反応ゾーンを通過する１回のパスにおいて高次シランに転化される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
高次および低次シランを含む第１ガス混合物が、第１反応ゾーンから出て、
第１ガス混合物を、比較的高濃度の高次シランを有する第１高次シラン含有流体および比較的高濃度の低次シランを有する第２低次シラン含有流体に分離すること；および
第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に第２流体を暴露することを避けながら、第２流体が第１反応温度範囲内になるように、第２低次シラン含有流体を加熱すること；および
反応温度範囲内の加熱第２低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第２低次シラン含有流体および第１低次シラン含有流体が、第２低次シラン流体を反応温度範囲内に加熱する前に混合される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
高次シラン含有流体が、高次シラン、低次シラン、および種々のより高次の高次シランを含み、高次シラン含有流体を、より高次の高次シランから分離して、高次シラン含有流体を精製することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
高次および低次シランを含む第１ガス混合物が、第１反応ゾーンから出て、第１ガス混合物、および第１ガス混合物より、比較的より高濃度の高次シランを有する第２高次シラン含有流体を第２反応ゾーンに導入して、より高次の高次シランを生成させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１ガス混合物および高次シラン流体が、第２反応ゾーンに導入される前に、一緒に混合される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
低次、高次、およびより高次の高次シランを含む第２ガス混合物が、第２反応ゾーンから出て、
第２ガス混合物を、比較的高濃度の低次シランを有する第３低次シラン含有流体、高次シラン含有流体、および比較的大量の、より高次の高次シランを有する、より高次の高次シラン含有流体に分離すること；
第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に第３流体を暴露することを避けながら、第３流体が第１反応温度範囲内になるように第３低次シラン含有流体を加熱すること；および
反応温度範囲内の加熱第３低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
より高次の高次シランがトリシランであり、高次シランがジシランであり、低次シランがモノシランであり、第１反応温度範囲が約３５０℃から約５５０℃内であり、および第２反応温度が約２５０℃から約４５０℃内である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
より高次の高次シランが式Ｓｉｎ＋２Ｈ２ｎ＋６を有し、高次シランが式Ｓｉｎ＋１Ｈ２ｎ＋４を有し、および低次シランが式ＳｉｎＨ２ｎ＋２を有し、式中ｎが０を超える整数である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第３低次シラン含有流体が、第１反応温度範囲の最高温度よりも約１０℃を超える温度より高い反応温度に暴露されない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
より高次の高次シラン含有流体が、より高次の高次シランおよび種々の不純物を含み、より高次の高次シラン含有流体を不純物から分離して、高次シラン含有流体を精製することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら、流体が第１反応温度範囲内になるように、第１低次シラン含有流体の２０容量％未満の非反応性希釈剤を場合により含む前記第１低次シラン含有流体を加熱すること；
前記反応温度範囲内の加熱第１低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること；および
第１反応ゾーン内の温度を第１反応温度範囲に維持すること
を含み、ここで前記加熱が約６秒以下の時間で行われ、第１反応ゾーンが約１５秒から約６０秒の平均滞留時間を有する、低次シランから高次シランを製造するための方法。
【請求項２０】
第１反応ゾーンの温度を第１反応温度範囲内に維持することをさらに含み、ここで前記加熱が約６秒以下の時間で行われ、第１反応ゾーンが約１５秒から約６０秒の平均滞留時間を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
低次シラン含有流体の圧力が、大気圧よりも高い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
高次および低次シランを含む第１ガス混合物が第１反応ゾーンから出て、
第１ガス混合物を、比較的高濃度の高次シランを有する高次シラン含有流体、および比較的高濃度の低次シランを有する第２低次シラン含有流体に分離すること；
第２流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら第２流体を第１反応温度範囲内になるように第２低次シラン含有流体を加熱すること；および
前記反応温度範囲内の加熱第２低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
高次および低次シランを含む第１ガス混合物が、第１反応ゾーンから出て、
第１ガス混合物、および第１ガス混合物よりも比較的より高濃度の高次シランを有する高次シラン含有流体を第２反応ゾーンに導入して、より高次の高次シランを生成させること（ここで、低次、高次およびより高次の高次シランを含む第２ガス混合物は、第２反応ゾーンから出る。）；
第２ガス混合物を、比較的高濃度の低次シランを有する第３低次シラン含有流体、高次シラン含有流体、および比較的高濃度のより高次の高次シランを有するより高次の高次シラン含有流体に分離すること；
第３流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら、第３流体が第１反応温度範囲内になるように第３低次シラン含有流体を加熱すること；および
第１反応温度範囲内の加熱第３低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
より高次の高次シランがトリシランであり、高次シランがジシランであり、低次シランがモノシランであり、第１反応温度範囲が約３５０℃から約５５０℃の範囲内であり、および第２反応温度範囲が約２５０℃から約４５０℃の範囲内である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第１温度範囲内のシランを含む第１ガス流体と第１ガス流体よりも比較的より高濃度のジシランを有するジシラン含有流体とを混合してトリシランを含む第２ガス流体を生成させることを含む、１つ以上の低次シランからのトリシランの製造方法であり、ジシラン含有流体が、第１ガス流体よりも低い温度であり、ジシラン含有流体が、第３温度範囲内に第１ガス流体が冷却されるような流速であり、第１温度範囲が約４００℃から約５００℃であり、第３温度範囲が約３０５℃から約３７５℃であるか、または第１温度範囲が約４２５℃から約４７５℃であり、第３温度範囲が約２８０℃から約４００℃である、前記製造方法。
【請求項２６】
第２ガス流体を蒸留することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第２ガス流体が蒸留塔中で蒸留され、ジシラン含有流体が蒸留塔の側留から得られる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
第１ガス流体が、
流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら、流体が第１温度範囲内になるように、シラン含有流体を加熱すること；
第１温度範囲内の加熱シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入すること；および
第１温度範囲内に温度を維持して第１加熱低次シラン含有流体から高次シラン反応生成物を生成させること
を含む方法により製造され、ここでジシランおよびシランを含む第１ガス流体が第１反応ゾーンから出る、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
第２ガス流体を蒸留塔中で蒸留して、ジシラン含有流体を蒸留塔の側留から得ることをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を含む工業用シリコン材料として有用な高次シランを製造するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体装置は社会のほぼ至る所で見られるようになった。それらの装置は、ＭＰ３プレーヤー、腕時計、携帯電話などの携帯機器において見られ得る。それらの装置は、大部分の乗り物において見られ得る。それらの装置は、職場において、コンピュータ、ＰＤＡ、電話システム、エレベーター、および多くの他の製品に見られ得る。それらの装置はまた、家庭においても少し例をあげただけでも電子レンジ、テレビ、ラジオ、冷蔵庫、おもちゃに見られ得る。ますます増加するシリコンチップの存在により、シリコンチップをより低コストで製造するための新規な方法を見いだすことがますます重要となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在のところ、モノシランは、シリコンチップに製造に使用され、一般に、多結晶シリコン、エピタキシャルシリコンまたはアモルファスシリコンの皮膜を有する材料の製造において使用されている。モノシランは大変高い温度で分解する。ジシランおよびトリシランを含む高次シランはモノシランより分解しやすく、皮膜形成中に蒸発による損失が少ないため、高次シランを用いることにより、皮膜形成温度の低下、皮膜形成速度の向上および形成される皮膜収量における増加を達成することが可能である。従って、高次シランを安価および大量に製造する必要性が存在する。
【０００４】
高次シランは、熱分解により製造することができる。しかしながら、熱分解に用いられる高温において、モノシランの多くが、無用な副生成物であるケイ素元素に転化される。従って、浪費の少ない高次シランの製造方法の必要性が存在する。
【０００５】
熱分解による高次シランの製造により望ましくない他のシランもまた生成される。シリコンチップ製造は、非常に高純度の供給材料を必要とする。大量の不純物を除去することにより、反応物質および所望の生成物が浪費され、精製には費用がかかる。このことにより、出発物質が浪費され、追加の精製を必要とする。従って、不純物のより少ない製造方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
本発明によれば、ジシラン、トリシラン、および他の高次シランの新規な製造方法が提供される。本発明の１つの態様によれば、モノシランからのジシランの製造、ジシランからのトリシランの製造、およびモノシランからのトリシランの製造を含むがこれらに限定されない、より低次のシランからの高次シランまたはより高次の高次シランの製造方法が提供される。該方法は、流体を第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に暴露することを避けながら、流体が第１反応温度範囲内になるように、第１低次シラン含有流体を加熱することを含む。好ましくは、該流体は、第１反応温度範囲の最高温度よりも約１０℃を超える温度より高い温度に暴露されない。好ましくは、該低次シラン含有流体は、大気圧よりも高い圧力下にあり、水素などの非反応性希釈剤を２０容量％未満含有する。好ましくは、ジシランからのトリシランの製造の場合、第１反応温度範囲は約２５０℃から約４５０℃の範囲内である。好ましくは、モノシランからのジシランの製造の場合、第１反応温度範囲は約３５０℃から約５５０℃内である。
【０００７】
次に、第１反応温度範囲内にある加熱第１低次シラン含有流体を第１反応ゾーンに導入し、そこでこの流体を第１反応温度範囲内に維持して高次シラン反応生成物を生成する。好ましくは、第１反応ゾーンは、約１５秒から約６０秒の平均滞留時間を有する。第１反応ゾーンを通過する１回のパスで、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満、よりさらに好ましくは６％未満、および最も好ましくは３％未満の低次シランが高次シランに転化される。第１反応ゾーンの量は、第１反応温度範囲内に維持された量である。第１反応ゾーンは触媒を含むことができる。第１反応ゾーンで生成された低次シランおよび高次シランを含有する第１ガス混合物は、第１反応ゾーンから出る。
【０００８】
第１の実施形態において、第１ガス混合物を精製して高次シランを製造する。第２の実施形態において、第１ガス混合物を用いて、より高次の高次シランを製造する。第１の実施形態において、第１ガス混合物を、比較的高濃度の高次シランを有する第１高次シラン含有流体、および比較的高濃度の低次シランを有する第２低次シラン含有流体に分離する。好ましくは、高次シラン含有流体を、いずれかのより高次の高次シラン不純物から分離して、該高次シラン含有流体を精製する。
【０００９】
第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に第２流体を暴露することを避けながら第２流体が第１反応温度範囲内になるように、第２低次シラン含有流体を加熱して、第１反応ゾーンに導入する。好ましくは、第２低次シラン含有流体および第１低次シラン含有流体は、それらが第１反応温度範囲内の温度に加熱される前に混合される。
【００１０】
第２の実施形態において、第１ガス混合物、および第１ガス混合物よりも比較的より高濃度の高次シランを有する第２高次シラン含有流体を第２反応ゾーンに導入して、より高次の高次シランを生成させる。第２反応ゾーンに導入する前に、第１ガス混合物および高次シラン流体は、一緒に混合され得る。
【００１１】
第２ガス混合物は第２反応ゾーンから出る。第２ガス混合物は、低次シラン、高次シラン、およびより高次の高次シランを含有する。第２ガス混合物を、比較的高濃度の低次シランを有する第３低次シラン含有流体、高次シラン含有流体、および比較的高濃度のより高次の高次シランを有する、より高次の高次シラン含有流体に分離する。好ましくは、より高次の高次シラン含有流体をさらに分離し、不純物を除く。
【００１２】
第１反応温度範囲の最高温度よりも約２０℃を超える温度より高い温度に第３流体を暴露することを避けながら、第３流体が第１反応温度範囲内になるように、第３低次シラン含有流体を加熱して、第３流体を第１反応ゾーンに導入する。好ましくは、第３低次シラン含有流体は、第１反応温度範囲の最高温度よりも約１０℃を超える温度より高い反応温度に暴露されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本発明は、１、２、またはそれ以上の反応ゾーンを有することができる。１つの実施形態において、図１に示すように１つの反応ゾーンが存在する。単一反応ゾーン工程は、例えばモノシランからジシラン、ジシランからトリシラン、トリシランからテトラシランなどの、低次シランから高次シランを製造するために最も有用である。第１低次シラン含有流体１２０を、予熱器１００に導入する。予熱器１００は、低次シラン含有流体１２０を第１反応温度範囲内の温度に加熱する。
【００１４】
好ましくは、予熱器１００は、第１低次シラン流体１２０を急速に、より好ましくは２０秒未満以内で、よりさらに好ましくは１０秒未満以内で、よりさらに好ましくは６秒未満以内で、および最も好ましくは１秒未満以内で加熱する。予熱器１００は、第１低次シラン含有流体１００を、高温壁温度に暴露することにより急速に加熱することが可能である。しかしながら、この加熱は、シランの熱分解および望ましくないより高次の高次シランの生成を促進する。従って、低次シラン含有流体に暴露する壁表面は、第１反応温度範囲の最高温度よりも多くて約２５℃高い温度を、好ましくは多くて約２０℃高い温度を、より好ましくは多くて約１５℃高い温度を、および最も好ましくは多くて約１０℃高い温度を有するべきである。
【００１５】
予熱器１００は従来設計のものである。予熱器は、電気抵抗ヒーターを巻きつけた金属パイプからなり、断熱材で覆われている。第１低次シラン含有流体１２０は、パイプ内を流れる。温度検出器を設置してヒーターの電源出力を調節し、低次シラン流体１２０が確実に、過度に高い温度に暴露されないようにすることができる。迅速に加熱するために、このパイプは、好ましくは比較的小さな直径を有する。
【００１６】
予熱器１００が第１低次シラン含有流体１２０を加熱して加熱低次シラン含有流体１２２を生成させ、これを第１反応容器または第１反応ゾーン１０２に導入する。第１反応ゾーン１０２は、加熱低次シラン含有流体１２２の温度が反応温度範囲内に維持されるように設計されている。第１反応温度範囲の下限は、それ以下では高次シランを製造するための反応が評価できるほどに起こらない最低温度である。上限は、低次シラン含有流体１２０および加熱低次シラン含有流体１２２を加熱する最高温度である。好ましくは、低次シランがモノシランであり高次シランがジシランである場合、第１反応範囲温度は、約３５０℃から約５５０℃、より好ましくは約４００℃から約５００℃、さらにより好ましくは約４２５℃から約４７５℃、および最も好ましくは約４４０℃から約４６０℃の範囲内である。好ましくは、低次シランがジシランであり高次シランがトリシランである場合、第１反応範囲温度は、約２５０℃から約４５０℃、より好ましくは約２８０℃から約４００℃、さらにより好ましくは約３０５℃から約３７５℃、および最も好ましくは約３３０℃から約３５０℃の範囲内である。
【００１７】
第１反応ゾーン１０２は、予熱器と同様に、電気抵抗ヒーターおよび断熱材を巻きつけたパイプであり得る。しかしながら、第１反応ゾーン１０２に必要な熱伝達量は予熱器１００よりずっと少ないため、電気抵抗ヒーターはより低い電源出力を有し得、および第１反応ゾーン１０２の直径は、より大きくされ得る。便宜上、第１反応ゾーン１０２および予熱器１００は分離される。しかしながら、実際上、それらは装置の同じ部分の一部であり得る。
【００１８】
好ましくは、第１反応ゾーン１０２の滞留時間は比較的短く、好ましくは約５分未満、より好ましくは約２分未満、および最も好ましくは約１５秒から約６０秒の間である。短い滞留時間により、１パスあたりの転化率は低下する傾向にあるが、高次シランの分解量および望ましくないより高次の高次シランの生成を抑制するので、高次シランの全生産量を高める。好ましくは、１パスあたりの転化率は２０％未満、より好ましくは１０％未満、よりさらに好ましくは６％未満、最も好ましくは３％未満である。
【００１９】
第１ガス混合物１２４は、第１反応ゾーン１０２から出る。ガス混合物１２４は、主成分の低次シラン、少量の高次シラン、およびより少量のより高次の高次シランを含有する。ガス混合物１２４はまた、水素およびより低次の低次シランも含有する。ガス混合物１２４は、蒸留塔１０４に導入される。液体窒素を用いて、ガス混合物１２４を濃縮し、比較的高濃度の水素および／またはより低次の低次シランを含有する塔頂流体１３０、比較的高濃度の高次シランを含有する高次シラン含有流体１３２、および予熱器１００に再循環される第２低次シラン含有流体１２６に分離する濃縮器１１２を、蒸留塔１０４は有する。塔頂流体１３０は、系内から出る。高次シラン含有流体１３２を蒸留塔１０４のポット１０８中に集め、それを反応工程が停止した後に蒸留によりさらに精製して、望ましくないより高次の高次シランを除去することができる。
【００２０】
第２の実施形態において、図２に示すように、本工程は２つの反応ゾーンを有する。本工程は、例えばモノシランからトリシラン、ジシランからテトラシランなどのように、低次シランからより高次の高次シランを製造するのに特に良く適している。本工程は予熱器１００ａおよび第１反応ゾーン１０２ａを有する。本工程を用いてモノシランからトリシランを製造する場合、予熱器１００ａ、第１反応ゾーン１０２ａ、低次シラン含有流体１２０ａ、および加熱低次シラン流体１２２ａは、第１の実施形態においてモノシランからジシランを製造するための、予熱器１００、第１反応ゾーン１０２、低次シラン含有流体１２０ａ、および加熱低次シラン流体１２２ａと同じであり得る。第１反応ゾーン１０２ａから出る第１ガス混合物１２４ａは、第２反応ゾーン１１０に導入され、第２高次シラン含有流体１３４と混合される。あるいは、第１ガス混合物１２４ａは、第２反応ゾーン１１０に導入される前に、第２高次シラン含有流体１３４と混合され得る。
【００２１】
好ましくは、第２高次シラン含有流体１３４は、第１ガス混合物１２４ａが、高次シランをより高次の高次シランに転化するのにより適した第２温度範囲内の温度に冷却されるような温度および流速である。より高次の高次シランがトリシランであり、高次シランがジシランである場合、好ましくは、第２反応範囲温度は、約２５０℃から約４５０℃、より好ましくは約２８０℃から約４００℃、さらにより好ましくは約３０５℃から約３７５℃の範囲内、および最も好ましくは約３３０℃から約３５０℃の範囲内である。
【００２２】
より高次の高次シランを生成させるために役立つ温度は、望ましくない、よりさらに高次の高次シランの生成にも貢献するので、第２反応温度範囲内にある時間を最小限にすることが望ましい。実際、第２高次シラン含有流体１３４は、流体１３４および１２４ａを一緒に完全に混合する場合、第１ガス混合物１２４ａが、３５０℃未満の温度、および好ましくは３００℃未満の温度に冷却されるような温度および流速であることが望ましいと考えられる。また、混合は迅速に行われることが好ましい可能性があると考えられる。流体１３４および１２４ａを迅速に混合して、３５０℃未満、および好ましくは３００℃未満の温度にするように反応系を設計することにより、より高次の高次シランを消費する反応の時間がほとんどない。
【００２３】
第２反応ゾーン１１０は、設計において第１反応ゾーン１０２ａと類似し得る。第２ガス混合物１３６は、第２反応ゾーン１１０から出て、蒸留塔１０４ａに導入される。
【００２４】
蒸留塔１０４ａは、４つの生産物を有する。第１の生産物は、主に水素およびより低次の低次シランを含有する塔頂流体１３０ａである。塔頂流体１３０ａは、系内から出る。比較的高濃度のより高次の高次シランを有する、より高次の高次シラン含有流体１３２ａは、もう１つの生産物である。この生産物は、反応ゾーン１０２ａおよび１１０を閉鎖した後に、高次シランおよびよりさらに高次の高次シランなどの不純物を除去するために蒸留するための蒸留塔１０４ａのポット１０８ａに集めることができる。第３の生産物は、比較的高濃度の低次シランを有する第３低次シラン含有流体１４０である。第３低次シラン含有流体１４０は予熱器１００ａに再循環される。第４の生産物は、比較的大量の高次シランを有する第２高次シラン含有流体１３４である。第２高次シラン含有流体１３４は、第２反応ゾーン１１０に導入されるか、または第２反応ゾーン１１０に導入する前に第１ガス混合物１２４ａと混合される。第２高次シラン含有流体１３４は、第２反応ゾーン１１０に導入するか、または第１ガス混合物１２４ａと混合する前にさらに冷却または加熱することができる。
【００２５】
一般に、両方の実施形態に関して、低次シラン含有流体１２０および１２０ａの圧力ならびに第１ガス混合物１２４および１２４ａの圧力は、反応物質がガス状である限りいずれかの圧力であり得る。好ましくは、圧力は大気圧を超えた圧力である。圧力を、大気圧を超えて上げることにより、より小さい装置が可能となり、それによりいずれかの蒸留および濃縮を容易に行うことができるようになる。
【００２６】
好ましくは、反応ゾーン１０２、１０２ａ、および１０４、ならびに予熱器１００および１００ａは、栓流で作動するように設計される。より好ましくは、予熱器１００および１００ａは激しい乱流中で作動するように設計され、高い熱伝達率を提供する。このような高い熱伝達率は、反応ゾーン１０２、１０２ａおよび１０４に必要ではない。反応ゾーンおよび予熱器の流速およびパイプ径は、それに応じたサイズに作る必要がある。さらに、邪魔板および分配板を用いて、不均一な流速分布およびチャネリングを防ぐことができる。偏在によりホットスポットができ、それによりシランの分解が起こる。
【００２７】
水素は、分解の副生成物であるため、シランの分解を抑制すると考えられる。しかしながら、一般に、両方の実施形態に関して、低次シラン含有流体１２０および１２０ａにおける水素などの非反応性希釈剤の濃度は、２０容量％未満、約１０％未満であり得、約９５％未満、および約９９％未満でさえあり得る。このことにより、より小さい装置が可能となり、分離の効率が高まる。特に、希釈剤濃度を低減することにより、濃縮器１１２および１１２ａのサイズが大幅に縮小される。第１反応ゾーン１０２および１０２ａにおける短い滞留時間および低次シラン含有流体１２０および１２０ａの穏やかな加熱のために、低濃度の希釈剤であってもシリカおよび水素へのシランの過剰な分解を起こさない。一方、濃縮器サイズがそれほど重要でない場合、２０％を上回る希釈剤濃度を用いることが望ましい可能性がある。
【００２８】
本発明に従えば、ジシラン、トリシランおよび高次シランは、モノシランなどの低次シランから安価および大量に製造できる。プロセス流体を過度に高い温度に暴露しないで予熱器を使用し、滞留時間を最小限にすることにより、望ましくないシラン不純物の生成ならびに反応物質および生成物のケイ素元素への分解を最小限にする。２つの反応容器ゾーン工程において、第１ガス混合物１２４ａと第３高次シラン含有流体１３４とを混合することにより、熱ガス混合物が急冷され、高温における滞留時間の調節が達成され、浪費および不純物が最小限になる。
【実施例１】
【００２９】
３０ｐｓｉａのジシランのおおよそ１６ｋｇ／ｈｒを予熱器に供給し、予熱器中で３５０℃に加熱した。予熱器は、長さおおよそ３０フィート、直径３／８インチの３１６ステンレススチール管製であった。第１反応容器の容量は約５０Ｌであり、長さ対直径比は、およそ５：１であった。反応容器を３５０℃に維持した。副生成物のシランおよびいずれかの水素を塔頂流体として除去した。反応容器からの排出ガスは、モノシラン４．１％、ジシラン９３．５％、トリシラン２．１７％、およびテトラシラン０．１５％を含んでいた。高次シランまたは水素は全く検出されなかった。
【実施例２】
【００３０】
８Ｌ反応容器を用いた以外は実施例１と同じ条件であった。反応容器からの排出ガスは２．１２４％モノシラン、９６．６７％ジシラン、１．１３８％トリシラン、および０．０７％テトラシランを含んでいた。高次シランまたは水素は全く検出されなかった。
【実施例３】
【００３１】
実施例２と同じ装置を用いた。モノシランの２．５ｋｇ／ｈｒを４６０℃に加熱した。シランを塔頂では除去しなかった。反応容器からの排出ガスは、９８．３３％モノシラン、１．４１４％ジシラン、０．２３６％トリシラン、および０．０１９％テトラシランを含んでいた。高次シランまたは水素は全く検出されなかった。
【実施例４】
【００３２】
モノシランの３．４ｋｇ／ｈｒを４４０℃に加熱した以外は、実施例３と同じ条件であった。反応容器からの排出ガスは、９９．６３％モノシラン、０．３４１％ジシラン、および０．０２７％トリシランを含んでいた。高次シランまたは水素は、全く検出されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ジシランおよび高次シランを製造するための工程系統図である。
【図２】トリシランおよび高次シランを製造するための工程系統図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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