DE1082890B - Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumhexachlorid - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumhexachlorid Es ist bekannt, daß Siliciumhexachlorid bei der chemischen Umsetzung zwischen Chlorwasserstoff und Calciumsilicid sowie beim Überleiten von Siliciumtetrachlorid über flüssiges oder festes Silicium gebildet wird. Bei diesen Umsetzungen werden jedoch mehr oder weniger die im Silicium und im Calciumsilicid vorhandenen Verunreinigungen mitehloriert und in das Ausgangsprodukt verschleppt. Die Verunreinigungen stören vor allem dann, wenn das Siliciumhexachlorid als Ausgangsstoff zur Herstellung von Reinstsilicium für die Halbleitertechnik verwendet wird.
• Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumhexachlorid durch Erhitzen eines Siliciumchlorids an einem heißen Körper und Abschrecken der Reaktionsgase gefunden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumchloroform an einem Körper mit einer Temperatur von 200 bis 1000' C, vorzugsweise 400 bis 600' C, erhitzt wird und die Reaktionsgase schnell abgekühlt und kondensiert werden. Die Reaktion dürfte nach folgendem Schema ablaufen: SiH Cl, - SiC1, + H (1) 2 Si Cl, - Si, Cl, (2) Die Umsetzung des Siliciumchlorofonns zu Siliciumhexachlorid läßt sich auch dann vorteilhaft durchführen, wenn das Ausgangsprodukt mit Wasserstoff oder einem inerten Gas, wie Stickstoff, Argon usw., verdünnt wird. Dadurch läßt sich erreichen, daß eventuell nicht umgesetztes Siliciumchloroform mit den zugesetzten Gasen aus dem Reaktionsraum ausgetragen wird und reinstes Siliciumhexachlorid an gekühlten Wänden des Reaktionsbehälters sich abscheidet. Dabei ist es notwendig, die Kühlung so durchzuführen, daß der Taupunkt des Siliciumchloroforms nicht erreicht wird, d. h., die Kühltemperatur muß höher als 30' C liegen. Für viele Zwecke ist aber auch der Bereich von 0 bis 150' C geeignet.
• Die Erhitzung und Umsetzung des Siliciumchlorofonns kann bei Unter- und Überdruck, vorteilhafterweise von etwa 1 mm Quecksilbersäule bis mehrere Atmosphären, erfolgen.
• Die Erhitzung und Umsetzung des Siliciumchloroforms kann an verschiedenen festen Stoffen stattfinden, wie untenstehende Zusammenstellung zeigt:

  Karbide ......... wie Si-Karbid u. a.

  Kohle ........... wie spektralreine Kohle, Elektro-

  denkohle und Graphit

  Gläser .......... wie Quarzglas oder schwer schmelz-

  bare Gerätegläser

  Oxyde .......... wie Aluminiumoxyd, Quarz u. a.

  Keramische Massen wie Silimanit, Porzellan

  Metalle .......... wie Edel- und Halbedelmetalle so-

  wie Metalle der III. bis VIII. Grup-

  pe; auch Metallgemische und Le-

  gierungen sind geeignet

  Silicide .......... wie Molybdän- und Borsilicid u. a.

  Silicium ......... in einer Reinheit von 95 0/, und

  mehr

  Gemenge ........ aus den angeführten Substanzen

  Die Erhitzung des Siliciumchloroforms geschieht vorteilhafterweise an Bändern, Stangen, Gittern, Rohren, Spiralen oder dünnen Filmen, die aus den obengenannten Materialien bestehen. Durch geeignete Maßnahmen ist dafür zu sorgen, daß das Siliciumchlorofonn mit dem erhitzten Körper in ausreichendem Maße in Berührung kommt.
• Vorteilhafterweise arbeitet man in einer Anordnung, wie sie die Abbildung zeigt. Im Gefäß 1 aus Quarzglas, z. B. einem Quarzrohr mit 100 mm lichtem Durchmesser und 1 m Länge, befindet sich ein 600' C heißer, induktiv geheizter Graphitstab 2 mit einem Durchmesser von etwa 30 mm und einer Länge von 500 mm.
• Von oben strömt über die Zuleitung 3 Siliciumchloroformdampf, gegebenenfalls verdünnt mit Wasserstoff, Stickstoff oder Argon, mit einer Geschwindigkeit von etwa 11 pro Minute in den Reaktionsbehälter 1 ein und streicht an dem erhitzten Graphitstab 2 nach abwärts, um am Kühler 4 kondensierbare Verbindungen, das sind nicht umgesetztes Siliciumchloroforrn, Siliciumhexachlorid und geringe Mengen anderer Homologen, abzugeben. Diese Kondensate fließen schließlich in den Kolben 5 und werden dort gesammelt. Das ursprünglich zugesetzte inerte Gas, entstandener Wasserstoff und gegebenenfalls nicht kondensiertes Siliciumchloroform verlassen die Anlage über die Abgasleitung 6. Die Reaktionsgase können auch im Kreislauf geführt werden. Dabei wird der Wasserstoff vor erneutem Eintritt des Gasgemisches in, den Reaktionsraum ganz oder teilweise entfernt. Nicht umgesetztes Siliciumchloroform kann durch leichtes Erwärmen des Kolbens 5 und gleichzeitiges Zuführen von frischem Inertgas über die Leitungen 8 und 9 erneut in das Quarzrohr 1 eingesetzt werden. Das aus Leitung 6 entweichende Gasgemisch kann ebenfalls zum Austreiben des nicht umgesetzten Siliciumehloroforins aus Kolben 5 benutzt werden. Dazu ist es nötig, ein entsprechendes Umwälzaggregat, z. B. ein Gebläse, zu verwenden. An der durch Kühlvorrichtung 10 gekühlten Innenwand des Behälters 1 wird Siliciumhexachlorid kondensiert, das sich im Kolben 5 sammelt. Das gesammelte und angereicherte Siliciumhexachlorid wird chargenweise oder kontinuierlich abgezogen und schließlich durch Destillation bei Nonnaldruck oder Vakuum in reiner Form gewonnen.
• Die Gewinnung von Siliciumhexachlorid ist außer in der beispielsweise obengenannten Vorrichtung auch in anderen Anordnungen möglich. Die Vorrichtung kann z. B. horizontal liegen, und der heiße Körper kann direkt oder indirekt er-wärmt werden.
• Bei untenstehendenTemperaturen ergeben sich folgende Ausbeuten an Siliciumhexachlorid:

  Ausgangsprodukt Temperatur Silicium-

  hexachlorid

  SiHCI . ............ - ...... 5000 C 6,1%

  SiHCl . ................... 7500 C 12,20/,

  SiHCl . ................... 10000 C 9 11/0

  SiH Cl, + Argon als Ver- 5000 C 5,90/,

  dünnungsmittel ........... 7500 C 12 0/,

  11 1000, C 9,1-/,

  Vergleichsversuche haben ergeben, daß bei Anwendung von Sfliciumtetrachlorid unter gleichen Reaktionsbedingungen keine Bildung von Siliciumhexachlorid nachzuweisen ist, auch dann nicht, wenn Siliciumtetrachlorid und Wasserstoff entsprechend der Zusammensetzung von Siliciumchloroform verwendet wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumhexachlorid durch Erhitzen eines Siliciumchlorids an einem heißen Körper und Abschrecken der Reaktionsgase, dadurch geken=eichnet, daß Siliciumchloroform an einem Körper mit einer Temperatur von 200 bis 1000' C, vorzugsweise 400 bis 600' C, erhitzt wird und die Reaktionsgase schnell abgekühlt und kondensiert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Siliciumchloroformdampf inertes Gas zugesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem anfallenden Kondensat Siliciumhexachlorid durch Destillation bei Normaldruck oder vermindertem Druck gewonnen wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem Druck von 1 mm Quecksübersäule bis mehrere Atmosphären durchgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Bd. 274 (1953), S. 265 bis 270.