DE1014971B

DE1014971B - Verfahren zur Herstellung von Siliciumhexachlorid

Info

Publication number: DE1014971B
Application number: DES36727A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Georg Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-12-11
Filing date: 1953-12-11
Publication date: 1957-09-05

Description

Verfahren zur Herstellung von Siliciumhexachlorid Die Durchführung von Reaktionen, bei denen elementares Silicium als Reaktionspartner bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen über 1000°, eingesetzt werden muß, ist durch die Notwendigkeit der Erhitzung des Sitlicium.s in abgeschlossenen Reaktionsräumen oft schwierig, besonders dann, wenn die geometrische Form des Reaktionsraumes eine Beheizung von außen her erschwert. Beispielsweise stößt die Erhitzung des Siliciums auf Temperaturen über 1200° in Reaktionsgefäßen, deren Wandungen, bedingt durch den Verlauf der Reaktion, kalt bleiben müssen, auf erhebliche Schwierigkeiten. Oft scheidet auch eine Erhitzung durch Hochfrequenz wegen der schlechten Leitfähigkeit des Siliciums aus und zwingt dazu, die Erhitzung direkt durch Widerstands- oder Lichtbogenheizung vorzunehmen. Hierfür benötigt man jedoch Silicium in geeigneter geometrischer Form, z. B. Stabform, die infolge der außerordentlich schwierigen mechanischen Bearbeitbarkeit wegen der Härte und Sprödigkeit des Materials praktisch nur über das Formgießen herzustellen ist. Dieses bedingt jedoch einen hohen apparativen Aufwand.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumhexachlorid aus Siliciumtetrachlorid bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen über 1000°, zwecks Gewinnung reinen Siliciums daraus zur Verwendung in Halbleiteranordnungen, bei dem die geschilderten Schwierigkeiten vermieden werden. Die Erfindung besteht darin, daß das Silicium als poröser Formkörper zur Reaktion gebracht wird. Zur Herstellung des Formkörpers geht man dabei vom pulverförmigen Silicium aus, welches auf geeignete Weise in eine plastisch verformbare Masse übergeführt und gegebenenfalls auf einen geeigneten Heizkörper aufgebracht wird. Die Herstellung der plastischen Masse kann z. B. so durchgeführt werden, daß das pulverförmige Silicium mit einem Bindemittel, vorzugsweise der Lösung oder Suspension einer geeigneten organischen Substanz, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, z. B. mit Kollodium vermischt wird. Der hierbei entstandene Brei läßt sich auf geeignete Träger, beispielsweise Heizkörper, beliebiger Form in beliebiger Dicke auftragen. Nach Trocknen und Verbrennen des Bindemittels an Luft ergeben sich so Siliciumüberzüge bzw. -formkörper, die auch bei großen Auftragsdicken bereits sehr fest zusammenhängend haften. Nach erstmaligem Erhitzen auf höhere Temperatur tritt noch stärkere Verfestigung des Überzuges ein.
Als geeigneter Heizkörper ist besonders Siliciumkarbid in Form von Heizstäben geeignet, bei denen, bedingt durch ihre chemische Zusammensetzung, auch bei sehr hohen Temperaturen eine Reaktionsmöglichkeit auf dem aufgebrachten Silicium nicht vorhanden ist. Grundsätzlich sind sinngemäß auch andere Heizkörper, z. B. Rohre aus geeigneten leitenden oder nichtleitenden Massen, gegebenenfalls mit geeigneter Innenwendelheizung, als Trägerkörper möglich. Unter Umständen kann der Körper auch ganz fortfallen, z. B, kann ein solcher nach Fertigstellung des Formkörpers entfernt werden.
Die so hergestellten Siliciumkörper haben gegenüber solchen aus massivem Material außer den genannten Vorteilen den Vorzug einer für chemische Umsetzungen günstigen großen Oberfläche.
So wird mit Siliciumpulver, das auf die beschriebene Weise auf einen Siliciumkarbidheizstab aufgebracht ist, bei der an sich bekannten Umsetzung mit Siliciumtetrachlorid ein besonders guter Umsatz zu Siliciumhexachlorid erzielt werden.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Siliciumformkörpers nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. 1 bedeutet einen handelsüblichen Siliciumkarbidheizstab, auf dem erfindungsgemäß längs der mittleren Zone geringeren Querschnitts ein mit einem organischen Bindemittel vermengter überzug aus pulverförmigem Silicium 2 angeordnet ist. An die Klemmen 3 und 4 sind Zuführungsdrähte für eine elektrische Spannung gelegt, mittels deren das Pulver zunächst zusammengesintert werden kann; anschließend dient der elektrische Stromdurchgang durch den Heizstab zur Erwärmung des Formkörpers 2 zur Durchführung der Reaktion mit Siliciumtetrachlorid.
Unter Umständen kann ein Träger für den Formkörper ganz in Fortfall kommen, wenn der Formkörper von einem zunächst zur Formung benutzten Träger losgelöst wird. Besonders zweckmäßig ist es, den Formkörper als Hohlkörper, beispielsweise Rohr, auszubilden; gegebenenfalls kann der Formkörper auch Teile der Wandung des Reaktionsgefäßes bilden oder in diesem selbst gehaltert sein. Das Siliciumtetrachlorid kann beispielsweise durch einen rohrförmigen Formkörper hindurchgeleitet oder zwischen konzentrischen Formkörpern hindurchgeleitet werden. Bei der Herstellung des Formkörpers kann unter Umständen auf einen Träger ganz verzichtet werden, wenn er durch ein entsprechendes Bindemittel von vornherein genügenden Halt hat.
Die Heizung des Formkörpers kann auch durch direkte Stromwärme erfolgen oder dadurch, daß der Formkörper aus zwei Teilen besteht, zwischen denen eine Lichtbogenentladung durchgeführt wird. Bei einer rohrförmigen Ausbildung des Formkörpers erfolgt die Heizung zweckmäßig von innen oder aber auch von außen durch eine Heizwendel oder ein flüssiges oder gasförmiges Heizmittel. Durch entsprechende Formgebung des Formkörpers und/oder seines Trägers läßt es sich erreichen, daß der Formkörper an gewissen Stellen, beispielsweise in der Mitte, stärker erhitzt wird, wodurch die Reaktion an einem bestimmten Ort im Reaktionsraum konzentriert wird. Da es für die Reaktion im wesentlichen darauf ankommt, daß die Oberfläche des Formkörpers an den Stellen, an denen sich die Reaktion vollzieht, porös ist, kann unter Umständen der übrige Teil des Formkörpers, beispielsweise sein Inneres, eine andere Beschaffenheit besitzen, beispielsweise kompakt sein.

Claims

PATENTANSPRüCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Siliciumhexachlorid aus Silicium und Siliciumtetrachlorid bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen über 1000° als Ausgangsmaterial zur Gewinnung reimen Siliciums für Halbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium als poröser Formkörper zur Reaktion gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus einer Paste, gegebenenfalls durch Pressen, hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einem vorzugsweise organischen Bindemittel gemischt ist, das verdampfbar oder verbrennbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper ganz oder teilweise gesintert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper nur an der Oberfläche porös, jedoch im Innern kompakt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper auf einem Träger, vorzugsweise demjenigen Träger angeordnet ist, durch den er auch bei der Herstellung geformt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper den Träger ganz oder teilweise umhüllt. B.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als Hohlkörper, beispielsweise Rohr ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper ein Teil der Wandung des Reaktionsgefäßes bildet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper unmittelbar am Reaktionsgefäß gehaltert ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper während der Reaktion geheizt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mittels seines Trägers geheizt wird, der von einem Heizstrom durchflossen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus zwei Teilen besteht, zwischen denen eine Lichtbogengasentladung brennt.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper indirekt durch Strahlung oder Konvektion, beispielsweise mittels einer Heizwendel oder eines flüssigen oder gasförmigen Mediums geheizt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper und/oder sein Träger eine derartige Querschnittsverteilung aufweist, daß er bei Heizung arl gewissen Stellen, beispielsweise in der Mitte, eine höhere Temperatur annimmt als an den übrigen Stellen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 490 952, 599 421; Zeitschrift f. anorg. Chemie, Bd.232 (1937), S.242.