Brevet FR2640254A1 — publié le 19900615

Procédé de fabrication de trichloromonosilane ". La présente invention concerne un procédé de fabrication de trichloromonosilane HSiC13. Le trichloromonosilane ultra pur est utilisé comme matière première pour la fabrication de transistors au silicium. Le trichloromonosilane est produit en faisant réagir de la poudre de silicium avec de l'acide chlorhydrique (HCl) gazeux dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel le HC1 gazeux est introduit dans le réacteur contenant de la poudre de silicium à une température comprise entre environ 280'C et 300 C. Le trichloromonosilane qui présente un point d'ébullition de 31,8C est séparé par condensation du produit gazeux provenant du lit fluidisé, et se trouve séparé des autres chlorosilanes par distillation. Un paramètre important dans la production de trichloromonosilane est la quantité de HC1 gazeux n'ayant pas réagi. La quantité de HCl gazeux n'ayant pas réagi est un facteur de coût très important pour le procédé et cette quantité doit être aussi faible que possible. Une augmentation de la quantité de HC1 gazeux n'ayant pas réagi donne également une augmentation de la quantité de produit intermédiaire indésirable SiC14 dans le produit gazeux, et réduit par conséquent la quantité de trichloromonosilane produit. Pour la fabrication du trichloromonosilane, on utilise de la poudre de silicium ayant été produite en écrasant et en broyant du silicium coulé en bloc. Du fait du faible taux de refroidissement obtenu dans la coulée du bloc, les éléments d'alliage et les impuretés du silicium coulé en bloc présentent une forte tendance à la ségrégation. Pendant l'écrasement et le broyage du silicium coulé en bloc, on obtient un produit sous forme de poudre non homogène présentant des différences de composition chimique relativement importantes entre les particules individuelles. La qualité et l'homogénéité de la poudre de silicium ont un effet sur le procédé décrit ci-dessus de fabrication du trichloromonosilane, et l'on a maintenant constaté qu'en utilisant de la poudre de silicium qui a été produite par pulvérisation gazeuse de silicium fondu, on obtient un rendement d'utilisation étonnamment élevé du HCl gazeux dans le procédé de fabrication du trichloromonosilane par réaction de poudre de silicium avec le HCl gazeux. Ainsi, la présente invention concerne un procédé de fabrication de trichloromonosilane dans un réacteur à lit fluidisé par réaction de poudre de silicium avec du HCl gazeux à une température comprise entre 280' et 300C, ce procédé étant caractérisé en ce que le silicium chargé dans le réacteur est produit par pulvérisation gazeuse de silicium fondu. La poudre de silicium présente une taille de particules comprise entre i et 1000 pm, et de préférence entre 50 et 800 pm. Grâce au procédé selon la présente invention, le rendement d'utilisation du HCl dans le processus est considérablement augmenté, car la teneur du produit gazeux en HCl n'ayant pas réagi est réduite pour passer de la valeur classique de 5 à 10 % à la valeur actuelle de 2 à 3 %. La réduction de la quantité de HCl n'ayant pas réagi conduit également à une réduction de la quantité de produits intermédiaires obtenus, et par dessus tout du SiCl4. On a ainsi constaté que la quantité de SiC14 produit avait été réduite de 3 à 5 % par le procédé selon la présente invention. Cela augmente encore le rendement de production du trichloromonosilane. EXEMPLE: - Les essais suivants ont été effectués dans un réacteur à lit fluidisé présentant un diamètre intérieur de 40 mm. Dans tous les essais, on utilisait la même quantité de silicium présentant une taille de particules comprise entre 50 et 350 pm. Du HCl gazeux à une pression de 2 bars était chargé dans le bas du réacteur. Le débit de HCl était maintenu constant pendant tous les essais. Après chauffage et déclenchement de la réaction, les conditions de réaction étaient maintenues constantes à 290'C. La teneur en HC1 du gaz produit a été mesurée dans ces conditions. L'essai A a été effectué avec de la poudre de silicium produite de manière classique par écrasement et broyage. L'essai B a été effectué avec de la poudre de silicium produite par pulvérisation à l'azote de silicium fondu. Les compositions chimiques des poudres de silicium étaient les suivantes: -Essai A Essai B % en poids % en poids Fe 0,40 0,35 Ca 0,01 0,05 Al 0,47 0,42 Ti 0,02 0,02 On a constaté que la production de HC1 pour l'essai A était de 92 % tandis que la production de HC1 pour l'essai B était de 98 %. Il apparaît ainsi à l'évidence qu'une forte augmentation de la production de HC1 est obtenue par le procédé selon la présente invention comparativement au procédé classique. REVENDICATIONS 1') Procédé de fabrication de trichloro- monosilane dans un réacteur à lit fluidifié par réaction de poudre de silicium avec du HCl à une température comprise entre 280' et 300-C, procédé caractérisé en ce qu'on utilise de la poudre de silicium ayant été produite par pulvérisation gazeuse de silicium fondu. 2') Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le silicium obtenu par pulvé- risation gazeuse présente une taille de particules comprise entre 1 et 1000 pm, et de préférence entre 50 et 800 Pm.