DE1138746B - Process for purifying silicon tetrachloride - Google Patents

Process for purifying silicon tetrachloride

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DE1138746B
DE1138746B DEJ19804A DEJ0019804A DE1138746B DE 1138746 B DE1138746 B DE 1138746B DE J19804 A DEJ19804 A DE J19804A DE J0019804 A DEJ0019804 A DE J0019804A DE 1138746 B DE1138746 B DE 1138746B
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silicon tetrachloride
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silicon
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boron
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DEJ19804A
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Jack Augustus Radley
Noreen Elizabeth Wenallt Jones
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International Standard Electric Corp
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International Standard Electric Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08Compounds containing halogen

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

Verfahren zur Reinigung von Siliciumtetrachlorid Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Siliciumtetrachlorid, das zur Herstellung von sehr reinem Silicium für elektrische Halbleitervorrichtungen durch thermische Zersetzung von aus dem Siliciumtetrachlorid hergestellten Siliciumwasserstoff bestimmt ist.Process for Purifying Silicon Tetrachloride The invention relates to refer to a process for the purification of silicon tetrachloride, which is used to manufacture of very pure silicon for electrical semiconductor devices by thermal Decomposition of silicon hydrogen produced from silicon tetrachloride is determined is.

Der Siliciumwasserstoff wird beispielsweise durch die bekannte Reaktion von Lithium-Aluminium-Hydrid mit gereinigtem Siliciumtetrachlorid hergestellt. Es kann jedoch auch Calcium-Aluminium-Hydrid, Magnesium-Aluminium-Hydrid oder Aluminium-Hydrid an Stelle des Lithium-Aluminium-Hydrids mit Siliciumtetrachlorid zur Reaktion gebracht werden.The silicon hydride is produced, for example, by the known reaction made of lithium aluminum hydride with purified silicon tetrachloride. It however, calcium-aluminum hydride, magnesium-aluminum hydride or aluminum hydride can also be used instead of lithium aluminum hydride reacted with silicon tetrachloride will.

Da selbst kleinste Mengen von Verunreinigungen, z. B. Arsen, Phosphor und Bor, die Eigenschaften des Siliciums stark beeinträchtigen, muß streng darauf geachtet werden, daß keine Hydride der genannten Elemente in den für die Zersetzung vorgesehenen Siliciumwasserstof£ gelangen.Since even the smallest amounts of impurities, e.g. B. arsenic, phosphorus and boron, which severely affect the properties of silicon, must be strictly followed care must be taken that no hydrides of the elements mentioned are present in the for decomposition provided hydrogen silicon arrive.

So ist es beispielsweise erforderlich, daß das verwendete Siliciumtetrachlorid besonders gereinigt wird. Arsen, Phosphor und Bor können bis zu einem gewissen Grade durch fraktionierte Destillation entfernt werden, aber es können kleine Mengen davon zurückbleiben.For example, it is necessary that the silicon tetrachloride used is specially cleaned. Arsenic, phosphorus and boron can to some extent can be removed by fractional distillation, but small amounts of it can be removed lag behind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Borverbindungen rascher hydrolisiert werden als Siliciumverbindungen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Siliciumtetrachlorid durch partielle Hydrolyse zur Herstellung reinen borfreien Siliciums für elektrische Halbleitervorrichtungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Siliciumtetrachlorid zur Hydrolyse der Borhalogenide eine Wassermenge von etwa 1 Teil Wasser auf 1000 Teile Siliciumtetrachlorid in feiner Verteilung in einem Lösungsmittel für das Siliciumtetrachlorid oder einem inerten Gas zugesetzt wird.The invention is based on the knowledge that boron compounds are faster are hydrolyzed as silicon compounds. The invention relates to a method for the purification of silicon tetrachloride by partial hydrolysis for production pure boron-free silicon for electric semiconductor devices, which thereby is characterized in that the silicon tetrachloride for hydrolysis of the boron halides an amount of water of about 1 part of water to 1000 parts of silicon tetrachloride in fine Distribution in a solvent for the silicon tetrachloride or an inert one Gas is added.

Diese Wassermenge ist so gering, daß sich keine sichtbaren Spuren von Gel bilden. Danach wird das Siliciumtetrachl'orid einer fraktionierten Destillation unterworfen.This amount of water is so small that there are no visible traces of gel form. The silicon tetrachloride is then subjected to fractional distillation subject.

Es ist zwar bereits bekannt, Siliciumtetrachlorid als Ausgangsmaterial zur Herstellung von sehr reinem Silicium in der Weise zu reinigen, daß dem Siliciumtetrachlorid eine geringe Menge Wasser in möglichst gleichmäßiger Verteilung zugefügt und dadurch das Siliciumtetrachlorid teilweise hydrolisiert wird. Bei der Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid entsteht bekanntlich Kieselsäure, die in gewissem Maße Verunreinigungen zu absorbieren vermag.Although it is already known to use silicon tetrachloride as a starting material for the production of very pure silicon in such a way that the silicon tetrachloride a small amount of water is added in as evenly a distribution as possible and thereby the silicon tetrachloride is partially hydrolyzed. In the hydrolysis of silicon tetrachloride It is known that silica is formed, which to some extent absorb impurities able.

Bei dem bekannten Verfahren wird das Wasser in Form eines kristallwasserhaltigen Salzes oder in Form von wasserdampfgesättigtem Filterpapier oder Zellulosepulver zugesetzt.In the known method, the water is in the form of a water of crystallization Salt or in the form of water vapor-saturated filter paper or cellulose powder added.

Das bekannte Verfahren hat jedoch gegenüber der Erfindung verschiedene Nachteile.However, the known method is different from the invention Disadvantage.

Bei dem Zusatz von sehr geringen Wassermengen ist es wesentlich, daß die Konzentration des Wassers im Siliciumtetrachlorid überall gleich ist, weil bei diskontinuierlicher Verteilung des Wassers an den Stellen höherer Wasserkonzentration das Wasser hauptsächlich zur Hydrolyse des umgebenden Siliciumtetrachlorids verbraucht wird und an anderen Stellen die Wasserkonzentration zu gering ist, um die Borhalogenide vollständig zu hydrohsieren.When adding very small amounts of water, it is essential that the concentration of water in silicon tetrachloride is the same everywhere because at discontinuous distribution of the water at the points of higher water concentration the water is mainly used for hydrolysis of the surrounding silicon tetrachloride and in other places the water concentration is too low to remove the boron halides to hydrate completely.

Eine solche diskontinuierliche Verteilung des Wassers wird aber erzielt, wenn, wie bei dem bekannten Verfahren, das Wasser an gepulverte Substanzen in Form von Kristallwasser gebunden ist oder in Filterpapierstückchen oder Zellulosepulver enthalten ist. Das in verhältnismäßig hoher Konzentration in den einzelnen festen Teilchen enthaltene Wasser hydrolisiert in der Umgebung dieser Teilchen nicht nur die Borhalogenide, sondern auch einen Teil des Siliciumtetrachlorids. Dies ist bei dem bekannten Verfahren erwünscht, da das entstandene Gel die Verunreinigungen aus dem Siliciumtetrachlorid entfernen soll. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist aber die Bildung von Gel unerwünscht, da erkannt wurde, daß dabei ein nicht unbeträchtlicher Teil des mit großem Aufwand vorgereinigten Siliciumtetrachlorids wieder verlorengeht und außerdem das entstandene Gel die Borhalogenide nicht in der gewünschten Weise aus dem Siliciumtetrachlorid entfernt. _ Deswegen wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung das zuzusetzende Wasser in Form eines feuchten Lösungsmittels oder eines feuchten inerten Gases zugesetzt. Im Lösungsmittel ist die geringe Wassermenge ideal gleichmäßig verteilt, und das Lösungsmittel mischt sich vollkommen mit dem Siliciumtetrachlorid. Bei Verwendung eines feuchten Gases ist zwar die gleichmäßige Durchmischung mit dem Siliciumtetrachlorid nicht so einfach, es kann aber der Feuchtigkeitsgehalt des Gases sehr gering bemessen und dafür ein beliebig großes Volumen im Verlauf des Reinigungsverfahrens auf das Siliciumtetrachlorid zur Einwirkung gebracht werden, indem das Gas durch das Siliciumtetrachlorid geleitet oder über seine Oberfläche geblasen wird.Such a discontinuous distribution of the water is achieved if, as in the known method, the water is in the form of powdered substances is bound by water of crystallization or in pieces of filter paper or cellulose powder is included. That in a relatively high concentration in the individual solid Water containing particles not only hydrolyzes in the vicinity of these particles the boron halides, but also part of the silicon tetrachloride. This is at the known method is desirable because the resulting gel removes the impurities to remove the silicon tetrachloride. In the method according to the invention is but the formation of gel undesirable, since it was recognized that this is a not inconsiderable one Part of the silicon tetrachloride that has been pre-cleaned with great effort get lost and, moreover, the resulting gel does not contain the boron halides in the desired manner removed from the silicon tetrachloride. _ That is why the procedure according to Invention the water to be added in the form of a moist solvent or a wet inert gas added. The small amount of water in the solvent is ideal evenly distributed, and the solvent mixes completely with the silicon tetrachloride. When using a moist gas, the even mixing is with Silicon tetrachloride is not so simple, but the moisture content can of the gas dimensioned very small and for it an arbitrarily large volume in the course of the cleaning process on the silicon tetrachloride are brought into action, by passing the gas through the silicon tetrachloride or over its surface is blown.

Bei dem bekannten Verfahren kann auch keine beliebig große Menge der Trägersubstanz für das Wasser verwendet werden, da es sich um feste Stoffe handelt. Außerdem lassen sich feste Trägersubstanzen nicht ohne weiteres in der erforderlichen Reinheit herstellen, so daß die Gefahr einer Verunreinigung durch die Trägersubstanz besteht. Auch müssen bei dem bekannten Verfahren die festen Substanzen in einem zusätzlichen Verfahrensschritt von dem gereinigten Siliciumtetrachlorid getrennt werden. Dies ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht erforderlich. Das verwendete Lösungsmittel wird bei den weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung von Silicium sowieso benötigt, und das Trägergas entweicht aus dem Siliciumtetrachlorid. Außerdem lassen sich Gase und Flüssigkeiten wesentlich einfacher und besser reinigen als feste Substanzen.In the known method, no arbitrarily large amount of Carrier substance can be used for the water, since it is a solid matter. In addition, solid carrier substances cannot readily be used in the required form Establish purity so that there is a risk of contamination by the carrier substance consists. In the known method, the solid substances must also be in one additional process step separated from the purified silicon tetrachloride will. This is not necessary in the method according to the invention. That used Solvent is used in the further process steps for the production of silicon needed anyway, and the carrier gas escapes from the silicon tetrachloride. aside from that gases and liquids can be cleaned much easier and better than solid substances.

Die äußerst geringeMenge des zugesetztenWassers, beispielsweise ein Teil Wasser auf einige 1000 Teile Siliciumtetrachlorid, reicht vollkommen aus, um das im Siliciumtetrachlorid enthaltene Borhalogenid vollkommen zu hydrolisieren.The extremely small amount of added water, for example a Part of water to a few 1000 parts of silicon tetrachloride is completely sufficient to to completely hydrolyze the boron halide contained in silicon tetrachloride.

Man kann z. B. dem Siliciumtetrachlorid ein feuchtes Lösungsmittel, z. B. Diäthyläther oder Tetrahydrofuran, zusetzen. Das Bortrichlorid, das als Verunreinigung im Siliciumtetrachlorid enthalten ist, wird schneller hydrolisiert als das Siliciumtetrachlorid. Es entsteht ein nichtflüchtigesHydrolyseprodukt, nämlich Borsäure. Nach Erhitzen mit dem feuchten Lösungsmittel am Rückflußkühler und der fraktionierten Destillation wird ein Siliciumtetrachlorid, erhalten, das frei von allen Borspuren ist. Die fraktionierte Destillation zur Reinigung des Siliciumtetrachlorids ist zwar immer erforderlich, jedoch können nur dann alle Spuren von Bortrichlorid entfernt werden, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wird.You can z. B. the silicon tetrachloride a moist solvent, z. B. diethyl ether or tetrahydrofuran add. The boron trichloride that acts as an impurity contained in silicon tetrachloride is hydrolyzed faster than silicon tetrachloride. A non-volatile hydrolysis product is formed, namely boric acid. After heating with the moist solvent on the reflux condenser and fractional distillation a silicon tetrachloride is obtained which is free from all traces of boron. The fractional Distillation to purify the silicon tetrachloride is always necessary, however, all traces of boron trichloride can only be removed if the process is applied according to the invention.

Nach der Destillation können noch Spuren des Lösungsmittels im Siliciumtetrachlorid enthalten sein, was von der Wirksamkeit der Fraktionierung abhängt. Sie spielen aber bei der nachfolgenden Reaktion des Siliciumtetrachlorids zur Herstellung von Siliciumwasserstoff keine Rolle, da das gleiche Lösungsmittel bei dieser Reaktion verwendet werden kann und normalerweise auch verwendet wird.After the distillation, traces of the solvent can still be found in the silicon tetrachloride be included, which depends on the efficiency of the fractionation. You play but in the subsequent reaction of the silicon tetrachloride to produce Silicon does not matter as it is the same solvent in this reaction can and normally is used.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch so ausgeführt werden, daß feuchter Stickstoff oder ein inertes Gas durch Siliciumtetrachlorid hindurch oder über seine Oberfläche geblasen und das Siliciumtetrachlorid dabei gerührt wird.The method according to the invention can also be carried out so that moist nitrogen or an inert gas through silicon tetrachloride or blown over its surface while stirring the silicon tetrachloride.

Auf diese Weise kann man einer Lösung von Siliciumtetrachlorid eine entsprechende Wassermenge hinzufügen.In this way you can a solution of silicon tetrachloride add the appropriate amount of water.

Nach dem Wasserzusatz und der fraktionierten Destillation wird das gereinigte Siliciumtetrachlorid mit einem geeigneten Hydrid zur Reaktion gebracht, so daß reiner Siliciumwasserstof erhalten wird. Dieser wird dann zur Gewinnung reinen Siliciums thermisch zersetzt.After adding water and fractional distillation, the purified silicon tetrachloride reacted with a suitable hydride, so that pure silicon hydride is obtained. This is then pure for extraction Thermally decomposed silicon.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Reinigung von Siliciumtetrachlorid durch partielle Hydrolyse zur Herstellung reinen, borfreien Siliciums für elektrische Halbleitervorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Siliciumtetrachlorid eine Wassermenge von etwa 1 Teil Wasser auf einige 1000 Teile Siliciumtetrachlorid in feiner Verteilung in einem Lösungsmittel für das Siliciumtetrachlorid oder einem inerten Gas zugesetzt wird. PATENT CLAIMS: 1. Process for purifying silicon tetrachloride by partial hydrolysis to produce pure, boron-free silicon for electrical Semiconductor devices, characterized in that silicon tetrachloride contains a Amount of water from about 1 part of water to a few 1000 parts of silicon tetrachloride in finely divided in a solvent for the silicon tetrachloride or a inert gas is added. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumtetrachlorid in einem feuchten Lösungsmittel, wie Diäthyläther oder Tetrahydrofuran, gelöst wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that that the silicon tetrachloride in a moist solvent such as diethyl ether or Tetrahydrofuran, is dissolved. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feuchter Stickstoff oder ein anderes wasserdampfhaltiges inertes Gas entweder durch das Siliciumtetrachlorid oder eine Lösung desselben oder über dessen Oberfläche geblasen und die Flüssigkeit dabei gerührt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1125 207.3. The method according to claim 1, characterized in that that either moist nitrogen or another inert gas containing water vapor through the silicon tetrachloride or a solution thereof or over its surface blown and the liquid is stirred. Considered publications: French patent specification No. 1125 207.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282196A (en) * 1979-10-12 1981-08-04 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of preparing optical fibers of silica
DE3139803A1 (en) * 1980-12-24 1982-07-22 Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf Process for the purification of chlorosilanes

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FR1125207A (en) * 1954-05-18 1956-10-26 Siemens Ag Process for preparing very pure substances, preferably for use as semiconductors, device for its production and products conforming to those obtained

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