CH371098A - Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan - Google Patents

Description

  Verfahren zum Herstellen von     Trichlorsilan       Bei der Herstellung von Halbleitergleichrichtern  beispielsweise wird     Silizium    von grösster Reinheit  benötigt. Ein bekanntes Verfahren zur Darstellung  von solchem Silizium umfasst die drei Schritte:  a) Herstellung von     Trichlorsilan        (Silicochloro-          form,        SiHCl3)    durch Umsetzung von Silizium mit       Salzsäuregas        (HCl),     b) Reinigung des     Trichlorsilans,     c) Thermische Zersetzung des gereinigten     Trich-          losilans    zur Gewinnung reinsten Siliziums.  



  Die Erfindung bezieht sich auf das unter a)  genannte Verfahren zum Herstellen von     Trichlorsilan.     Nach dem bekannten Verfahren wird kristallines  Silizium bei einer Temperatur von etwa 300" C von       HCl-Gas    überströmt. Neben der erwünschten Reak  tion  
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    Si <SEP> + <SEP> 3HC1 <SEP> <U>--T</U> <SEP> SiHC13 <SEP> + <SEP> H2       welche zur Bildung des     Trichlorsilans        führt,    laufen  dabei noch andere Reaktionen ab, darunter vor  wiegend die Reaktion  
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    Si <SEP> + <SEP> 4HC1 <SEP> > <SEP> SiC14 <SEP> + <SEP> 2H2       wodurch     Tetrachlorsilan    erzeugt wird.

   Dadurch wird  die Ausbeute, das heisst das Verhältnis der Menge  des gebildeten     Trichlorsilans    zur ursprünglich ein  gesetzten Menge Silizium, in nachteiliger Weise her  abgesetzt. Beim bekannten Verfahren läuft ausser  dem die Bildung des     Trichlorsilans        verhältnismässig     langsam ab; eine typische Produktionsrate von labor  mässigen Apparaturen liegt bei einigen Gramm pro  Stunde. Eine Erhöhung der Temperatur führt nicht  zu einer Verbesserung der     Trichlorsilan-Ausbeute,     weil dabei der Anteil der störenden     Tetrachlorsilun-          Reaktion    weit rascher ansteigt. Durch eine Tempera  turerhöhung wird also auch die Ausbeute noch wei  ter verschlechtert.

      Wichtig ist beim bekannten Verfahren, dass das  Reaktionsgefäss peinlich von Sauerstoff und dessen  Verbindung, insbesondere auch von Wasser (Luft  feuchtigkeit!) freigehalten wird. Wegen der ausser  ordentlich grossen Stabilität der     Si-O-Bindung    ist  nämlich das     Trichlorsilan    sehr reaktionsfähig gegen  über Sauerstoff. Bei     Gegenwart    von (freiem oder ge  bundenem) Sauerstoff im Reaktionsgefäss bildet sich  daher auf dem     Silizium        allmählich    eine dichte Oxyd  haut und die Reaktion des     .Siliziums    mit dem     HCl-          Gas    kommt nach einiger Zeit zum     Stillstand.     



  Die Erfindung besteht nun darin, dass     metallisches     Kupfer als Katalysator verwendet     wird.    Das Kupfer  braucht dabei mit dem     Silizium    nicht in Berührung  zu stehen. Durch diese Massnahme wird schon bei  einer Temperatur von 300  C, wie sie für das oben  beschriebene bekannte Verfahren typisch ist, eine  Erhöhung der Ausbeute um etwa den Faktor 1,5  bei     gleichzeitiger    Verminderung des     HCl-Verbrau-          ches    erzielt.

   Mit der erfindungsgemässen Massnahme  lassen sich jedoch höhere Temperaturen anwenden,  weil selbst unter solchen Bedingungen die     Bildung     des     Trichlorsilans    bevorzugt erfolgt, diejenige der  störenden Verbindungen (z. B.     Tetrachlorsilan)    da  gegen beeinträchtigt     wird.    Dadurch erhöht sich neben  der Ausbeute auch die Produktionsrate; sie ist bei  spielsweise bei einer Temperatur von 400  C um       mindestens    den Faktor 4 grösser als bei 300  C. Ein  zusätzlicher vorteilhafter Effekt bei Anwendung der  erfindungsgemässen Massnahme ist darin zu sehen,  dass kleinere Sauerstoff- oder Wassermengen im Reak  tionsgefäss nicht mehr störend in Erscheinung treten.

    Dadurch wird der Aufwand für die     Reinigung    des  Reaktionsgefässes und der Reaktionsprodukte vor  Beginn der     Trichlorsilan-Produktion    wesentlich ver  mindert.      Die Verwendung von Kupfer als Katalysator ist  bei der     Herstellung    von     Organosiliziumhalogeniden,     z. B. von     Dimenthyl-dichlorsilan,    an sich     bekannt.     Dabei muss das Kupfer zuerst in besonderem Arbeits  gang mit dem Silizium zu     Kupfersilizid    verbunden  werden. Bei der erfindungsgemässen Anwendung von  Kupfer als Katalysator bei der Herstellung von       Trichlorsilan    wird dagegen     metallisches    Kupfer ver  wendet.

   Hierdurch wird die Darstellung ,von höchst  reinem     Trichlorsilan    ermöglicht.  



  Ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur       Durchführung    des Verfahrens wird an Hand der  Figur beschrieben, welche einen Längsschnitt durch  das -Reaktionsgefäss zeigt.  



  Das Reaktionsgefäss     wird    durch das Rohr 1 ge  bildet, welches beispielsweise aus temperaturfestem  Glas oder Quarz besteht. Es ist von der     Heizeinrich-          tung    2 umgeben, die beispielsweise stromdurchflos  sene     Heizwicklungen    enthalten kann, und die zur  Erwärmung der Reaktionszone auf eine Temperatur  von z. B. 300-500  C, vorzugsweise 400  C, dient.  Das     Silizium    befindet sich, z. B. in der Form etwa  erbsengrosser Kristalle 3, in einem Schiffchen 4 aus  Glas oder Quarz. Der Strom von gasförmigem     HCl     folgt dem     Pfeil    5.

   Entsprechend der     Erfindung    ist  im Reaktionsgefäss die aus Kupferdraht bestehende       schraubenförmige    Wicklung 6 untergebracht, welche  der Innenwand des     Reaktionsgefässes        anliegt    und  welche stets, das heisst insbesondere auch bei Aus  wechslung des Schiffchens 4, im Rohr 1 verbleiben  kann.    Man kann auch ein     rohrförmiges,    der Innenwand  des Reaktionsgefässes anliegendes     Netz    aus     dünnen     Kupferdrähten verwenden. Gemäss einem anderen  Ausführungsbeispiel kann ein aus metallischem Kup  fer gefertigtes Schiffchen verwendet werden.

   Auch  hierbei erübrigt es sich, jeder     Charge    von Silizium  eine besondere Kupferbeilage beizufügen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan durch Umsetzung von Silizium mit Salzsäuregas, dadurch gekennzeichnet, dass metallisches Kupfer als Kataly sator verwendet wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass eine der Innenwand des Reaktions gefässes anliegende Wicklung aus Kupferdraht ver wendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein der Innenwand des Reaktions gefässes anliegendes Netz aus Kupferdrähten verwen det wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein aus Kupfer bestehender Be hälter für das Silizium verwendet wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Tem peratur von angenähert 400 C durchgeführt wird.