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.