DE1935895C - Verfahren zur Herstellung von Silikochloroform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silikochlorofnrm SiHCl₃ aus Siliciumtetrachlorid SiCI₁.

Bii der Darstellung von Silikochloroform aus Ferrosilicium und Chlorwasserstoff fällt Siliciumtetrachlorid in erheblichen Mengen an, das für die Siliconchemie, insbesondere aber für die Herstellung von Halbleiter-Silicium nicht brauchbar ist. Es sind daher Verfahren erwünscht, die eine Konvertierung des unerwünschten Nebenprodukts SiCl₁ zu SiHCl₃ erlauben.

Es ist bekannt, zur Herstellung von SiHCl₃ ein Gemisch von SiCl₄-Dampf und H₂ in Gegenwart von Aluminium oder Zink als HCI-bindendes Medium bei Temperaturen von 300 bis 500^cC umzusetzen. Dabei ist z. B. von Nachteil, daß in der Reaktion gebildetes Aluminiumchlorid schwierig aus den flüchtigen Reaktionsprodukten abtrennbar ist. Eine Weiterverarbeitung des SiHCI₃ zu Halbleiter-Silicium oder zu Spezialkieselsäuren ist daher erst nach Vornahme aufwendiger Reinigungsmaßnahmen möglich.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, welches auf einfache Weise die Gewinnung sehr rrinen Silicochloroforms gestattet. Erfindungsgemäß setzt man zur Herstellung von SiHCl₃ ein Gemisch von SiCI₄ und H_a bsi erhöhter Temperatur und in Anwesenheit eines HCl-bindenden Mediums um, indem man ein Gemisch \on SiCI₄ und H₂ im Verhältnis 1: 1 bis 1: 3, vorzugsweise 1 : 1,5 bis 1 : 2, in Gegenwart von Si oder Si-haltigen Metallen bei Temperaturen von 700 bis 1400⁰C, vorzugsweise 900 bis 100O⁰C, unter gleichzeitiger Umsetzung des Chlorwasserstoffs aus dem Reaktionsgleichgewicht nach

SiCl₄ r H₂-► SiHCl₃ + HCl

umsetzt.

Es wurde nun gefunden, daß die Ausbeute an Silikochloroform von der Menge des zugesetzten Wasserstoffs abhängig ist. Diese Menge variiert in einem Bereich zwischen der nach vorstehender Reaktionsgleichung gegebenen stöchiometrischen Menge und 10O¹Yf, Überschuß. Vorzugsweise wendet man jedoch einen Überschuß um etwa 50% Wasserstoff an.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Reaktion des Gasgemisches in Gegenwart eines reduzierend wirkenden Mediums. Bei Durchführung der Reaktion in einer Schüttung von Silicium oder siliciumhaltigen Metallen wird das Gleichgewicht nach obiger Reaktionsgleichung durch Umsetzung des HCI mit Si auf die rechte Seite verschoben. Besonders glatt verläuft die Konverlierungsaktion bei Verwendung eines Ferrosiliciums mit etwa 90% Si-Gehaltoderauchmit reinem99°/oigem Silicium.

Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Kcaktionstemperatur kann dem Reaktionssystem von außen zugeführt werden. Man kann die Reaktionstemperatur aber auch durch Vorheizen der Reaktionspartner oder zum Teil durch eine gleichzeitig mit der erfindungsgemäßen Konvertierungdurchgeführte ChIoricrungsreaktion aufbringen.

Die nach dem erfindungsgemäQen Verfahren erziel-(en Ausbeuten sind überraschend hoch. Sie liegen etwa bei 20 bis 30%, bezogen auf die Menge des eingesetzten Siliciu Titetrachlorids.

Bei Anwendung allgemein bekannter Trennverfahren

läßt sich ein Kreislaufverfahren aufbauen, wobei das SiHCl₃ aus dem Reaktionsgas entfernt wird und aas Restgas unter Ergänzung der erforderlichen Komponenten (H₂, SiCl₄, Si) dem erfindungsgemäßen Umsetzungsprozeß unterworfen wird.

Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

In einem von außen auf 900⁰C beheizten, mit Raschig-Ringen gefüllten Quarzrohr vor. 15 mm Durchmesser und 300 mm Länge wurde Siliciumtetrachlorid mit Wasserstoff im Verhältnis ? : 3 umgesetzt. Der Umsatz zu SiHCl₃ betrug 3,2%.

Beispiel 2

In einem von außen auf 1200°C beheizten und mit FeSi (89% Si) gefüllten Quarzrohr von 30 mm Durchmesser und 300 mm Länge wurde SiCl₄ mit H₂ (Verhältnis 1: 1,2} umgesetzt. Der Umsatz zu SiHCl₃ betrug 19 bis 20%.

Beispiel 3

In einem wärmeisolierten Reaktor von 300 mm lichten Durchmesser und einer Schüttung von FeSi (90% Si) der Körnung 50 mm und 2000 mm Höhe wurden stündlich 42 Nm³H₂ und 21 Nm³SiCl₄, die auf 1050°C vorgewärmt waren, zur Reaktion gebracht. Der Umsatz zu SiHCl₃ betrug etwa 20%.

Beispiel 4

Dem im Beispiel 3 beschriebenen Reaktionsofen mit Schüttung wurden stündlich zugeführt: 42 Nm³H₂, Nm³SiCI₄, 6 Nm³Cl₂. Dabei wurden SiCl₄ und H₂ auf etwa 850^cC vorgewärmt und das Cl₂ dem vorerhitzten SiCl₄ zugemischt. Dabei stellte sich eine Reaktionstemperatur von etwa 1OCO⁰C ein. Der Umsatz zu SiHCl₃ betrug ebenfalls etwa 20%.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von SiHCl₃ durch Umsetzung eines Gemisches von SiCl₄ und H₄ bei erhöhter Temperatur in Anwesenheit eines HCl-bindenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch von SiC₄ und H₂ im Verhältnis 1:1 bis 1:3, vorzugsweise 1 : 1,5 bis 1 : 2, in Gegenwart von Si oder Si-haltigen Metallen bei Temperaturen von 700 bis 1400⁰C, vorzugsweise 900 bis 1000⁰C, unter gleichzeitiger Umsetzuig des Chlorwasserstoffs aus dem Reaktionsgleichgewicht, umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion des Gasgemisches in Gegenwart eines reduzierend wirkenden Mediums durchgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Reaktionstemperatur durch Vorheizung der Reaktionspartner aufgebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Reaktionstemperatur zum Teil durch eine gleichzeitig mit der Konvertierungsreaktion durchgeführte CHorierungsreaktion aufgebracht wird.