Chemie der Silane
5. Die Hydrodechlorierung von SiCl4 in Gegenwart von Silicium
Die Konvertierung von SiCl4 in HSiCl3 in Gegenwart von Silicium (Gl. 7) entspricht formal der Rückreaktion der Siliciumabscheidung nach Gl. 4. Diese Reaktion kann als Kombination aus Hydrochlorierung von Silicium (Gl. 3) und Hydrodechlorierung von Siliciumtetrachlorid (Gl. 6) aufgefasst werden. Technisch findet die Reaktion im Wirbelschichtreaktor bei Temperaturen zwischen 500 °C und 600 °C statt, die kontinuierlich mit Siliciumkörnern und Katalysatormetallen beschickt wird.
Bestimmend für den Reaktionsverlauf sind die an der Oberfläche der Siliciumkörner ablaufenden Reaktionen zwischen Metall, Silicium und Reaktionsgasphase, so wie in der Hydrochlorierung von Silicium [10-12]. Wird für die Hydrodechlorierung in Gegenwart von Silicium ein Eisenkatalysator eingesetzt, findet die Reaktion nur an den eisenhaltigen Stellen, die ungleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind, und nicht am metallfreien Silicium statt [12]. Ein besonderes Charakteristikum für Eisen ist die Ausbildung von Ätzgruben (pits), an deren Boden stets Eisen nachweisbar ist [3, 4, 6], was durch die Entstehung lokaler Eisensilicidinseln und deren besonderes Reaktionsverhalten erklärbar ist [7]. Wird anstelle von Eisen Kupfer verwendet, verteilt dieses sich so stark über die Siliciumoberfläche, dass isolierte Ätzgruben nicht mehr nachweisbar sind. Als Folge dessen findet eine nahezu gleichmäßige Reaktion an der gesamten Siliciumoberfläche statt [12].
Da die Reaktion unter Abnahme des Reaktionsvolumens verläuft, wird die Reaktion meist unter einem Druck bis zu 30 bar geführt. Bei 30 bar und Verwendung eines Kupferkatalysators können bei 600 °C praktische Trichlorsilanausbeuten von ca. 28 % erreicht werden (Abb. 6). Der maximale thermodynamisch berechnete Umsatz wird erst bei unwirtschaftlich langen Verweilzeiten erreicht. Ebenso wie die Hydrochlorierung erfordert die Hydrodechlorierung eine Induktionsperiode, die durch die Verwendung des Kupferkatalysators und darüber hinaus durch Zugabe von Chlorwasserstoff auf ca. ein bis zwei Stunden begrenzt werden kann [12].
