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BESCHREI RUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von polykristallinem Halbleitersilizium, insbesondere Verfahren zur Verwertung von
bei der Herstellung von polykristallinern Halbleitersilizium anfallenden Abfallprodukten.
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Das vorgeschlagene Verfahren wird zur Regenerierung und Verwertung
des abfallenden Dampf-Gas-Gemisches geeignet, das aus den nichtumgesetzten Ohlorsilanen,
nichtumgesetztem Wasserstoff und Wasserstoffchlorid besteht, das in einer beliebigen
Produktion der Halbleiter aus der Gasphase vorliet, wie z.B. Züchtung der Epitaxialstrukturen
oder rIer.¢tellmg von räumlichen Einkristallen und Polykristallen für Halbleiter.
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Bekannt sind versoniedene Verfahren zur Regenerierung der nicht umgesetzten
Cnlorsilane und des nicht umgesetzt en Wasserstoffs bei der Herstellung von polykristallinem
Halbleitersilizium.
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Man stellt beispielsweise das polykristalline Halbleitersilizium
durch Reduktion der Chlorsilane sowohl in einer Stufe als auch im Kreisprozeß her,
wo ein mehrmaliger Rücklauf des regenerierbaren Dampf-Gas-Gemisches, das aus den
nichtumgesetzten Chlorsilanen, dem nicht umgesetzten Wasserstoff und Wasserstoffchlorid
besteht, in Apparaten der Wasserstoffreduktion durchgeführt wird. Dabei wird der
größte Teil der im Prozeß der Herstellung von polykristallinem Halbkeftersilizium
nichtumgesetzten Ohlorsilane und des nicht umgesetzten Wasserstoffs dem Rückumlauf
unterwarzen, während ein anderer Teil des oben genannten Dampf--Gas-(}emisohes durch
Wasserstoffstrom mit Abgasen mitgerissen wird oder aus den Blasen der Apparate mit
den entsprechenden schädlichen beimengungen abgezogen wird. Das rückumlaufende Dampf-Gas-Gemiscn
wird systemstisch regeneriert und von schädlichen Beimengungen gereinigt. Die Regenerierung
des Dampf-Gas-Gemisches erfolgt durch Kondensation der Chlorsilane und deren Keinigung
/beispielsweise durch Destillation/. Die Regenerierung des Wasserstoffs wird durch
Ausfrieren des Chlorwasserstoffs durchgeführt.
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Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem polykristallinem
Halbleitersilizium durch Reduktion mit Wasserstoff auf einer Unterlage RU8 ChlorsiLanen
im chlorsilangesohlossenen Kreisprozeß und im wasserstoffhalbgeschlossenen Kreisprozeß
in zwei naohe inandergeschalteten Anlagen. Jede der Anlagen besteht aus Verdampfer
der Chlorsilane, Reaktor, Kondensationssystem und Destillationskolonne. Das bekannte
Verfahren wird wie folgt durch geführt.
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Das gereinigte Triohlorsilan und den gereinigten Wasserstoff vermischt
man im Verdampfer und leitet in den Reaktor der ersten Anlage, in der die Reduktion
der Chlorsilane vor sicn geht.
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Die Reaktionsprodukte, d.h. Tetrachlorsilan, hochmolekulare Chlorsilane
und Chlorwasserstoff sowie den nicht umge setzten Rohstoff wie Tricnlorsilan und
Wasserstoff behandelt man bei einer Temperatur von 800C im Kondensationssystem derselben
Anlage. Dadurch werden zwei Ströme der Produkte gebildet. Den ersten Strom, der
aus flüssigen Chlorsilanen mit einem Anteil am gelösten Chlor-Wasserstoff besteht,
leitet man nach der Behandlung in der Pest illationskoionne zur Reinigung von den
hocnmolekulren Ohlorsilanen zu einer wiederholten Verwertung in den Verdampfer und
den reaktor der zweiten Anlage. Der zweite Strom, der hauptsäcilioh den Wasserstoff
enthält, wird auch zur wiederholten Verwertung in den Xeaktor der zweiten Anlage
zur Reduktion geleitet. Die Abgase des Reaktors der zweiten Anlage, die ein DampS-Gas-Gemison
enthalten, behandelt man ebenso wie in der ersten Anlage in dem Kondensationssystem.
Die dadurch erhaltenen flüssigen Chlorsilane werden wiederholt in dem Reduktionsreaktor
verwertet, und das Gemisch aus Wasserstoff und Ohlorwasserstoff wird aus dem ProzeX
zum Verbrennen herausgeleitet.
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zur dieses Verfahren ist kennzeicnnend,eine nicht ausreichende Ausnutzung
des antallenden Wasserstoffs, geringes Ausbringen von Silizium aus rohen Chlorsilxnen
wegen Verluste derselben, besonders Verluste an Dichlorsilan,
mitgerissen
durch das zinn Verbrennen kommende Gasgemisch und durch aus der Destillationskolonne
austretende hoch molekulare Chlorsilane CDE - PS 4852).
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Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von polv.-kristallinem
Halbleitersilizium unter Abtrennung des Dampf-Gas-Gemisches, das eine bei einer
niedrigen Temperatur verlaufende Kondensation der Ohlorsilane bei minus 200C und
bei einem erhötem Druck von 20 bis 30 atm vorsieht.
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Die Regenerierung des nach der Reduktion abgeleiteten I)ampf-Gas-Gemisches,
das Chlorsilane, Cnlorwasserstoff, Wssserstoff enthält, verwirklicht man durch Komprimieren
dieses Gemisches in einem Kompressor, durch eine mehrstufiffe Kondensation der Chlorsilane
und Abtrennung derselben durch Destillation. Das nach der Kondensation abgetrennte
Dampf-Gas-Gemisch, das vorzugsweise den Wasserstoff enthält, leitet man über eine
Adsorptionskolonne mit Aktivkohle, in der das Wasserstoffchlorid adsorbiert wird,
während der Wasserstoff die Kolonne Passiert und dann zur wiederholten Verwertung
in den Prozeß der Herstellung des polykristsllinen Halbleitersiliziums kommt.
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Nach der Sättigung der Aktivkohle mit Chlorwasserstoff erhitzt man
die Adsorptionskolonne mit Heißgas auf eine Temperatur von 200 bis 300°C und verwertet
den sich entw kelten Chlorwasserstoff.
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Zu den Nachteilen des Verfahrens gehört eine komplizierte Bauart
des Apparats für diesen Prozeß, ein ungenügender Kondensationsgrad der Ohlorsilane,
die bei dem Niederschlagen auf der aktiven Oberfläche der Kohle ihre Adsorptionsfähigkeit
vermindern und dadurch den Betrieb der Adaorptionskoionne erschweren. Die Verunreinigung
des regenerierbaren Wasserstoffs mit Beimengungen des Adsorptionsmittels ist unvermeidlich,
was es nicht gestattet, den Wasserstoff in den Prozeß der Herstellung des polykri
stallinen Halbleitersiliziums ohne zusätzliche Reinigung zu leiten.
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Bei der Reinigung der Adsorptionsapparate können die nocnmolekularen
Chlorsilane entzündet werden, was häufig durch lokale Explosionen begleitet wird.
Neben dem Oben-
dargelegten führt die Notwendigkeit einer periodischen
Regenerierung des Adsorptionsmittels zu hohen Energie-- und Arbeitsaufwänden (GB-PS
ll4455).
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Bekannt ist aucn ein Verfahren zur Verwertung eines anfsllenden Gae-Dampf-Gemisches,
das die nicht umgesetzten Chlorsilne und den nichtumgesetzten Chlorwasserstoff enthält,
durcn Gefrieren der Chlorsilane bei einer Temperatur von minus 120° C C und Ausfrieren
des Chlorwsserstoffs bei einer Temperatur von minus 150°C bis minus 186°C (DE-PS
1129937).
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Der Nachteil dieses Verfahrens bestent in der Notwendigkeit einer
sorgfältigen Reinigung der Regenerierungs produkte und in einem hohen Energieaufwand
für Erhitzen und lusfrieren sowie in einer komplizierten apparativen Gestaltung
des Prozesses.
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Bekannt ist ein Verfanren zur Herstellung von poly kristallinem Halbleitersilizium
durch Ausscheidung desselben aus der Gasphase. Erfindungsgemäß werden die sich im
Ergebnis des genannten Prozesses bildenden Chlorsilane und der nichtumgesetzte Teil
der Ohlorsilane regeneriert und in den Prozeß zurückgeführt. Die regenerierbaren
Chlorsilane werden dabei in den Apparat zur Reduktion von Silizium in solch einem
Verhältnis zu dein eingesetzten Chlorsilan gegeben, daß das Verhältnis zwischen
den Chlorsilanen am Austritt aus dem Apparat zur Reduktion konstant bleibt (DE-PS
12918066).
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Der Nachteil dieses Verfahrens ist eine ungenügend hohe Ausnutzung
des Ausgangsrohstoffes (Wasserstoff + + Chlorsilane) sowie eine verhältnismaBig
niedrige Sterilität des Prozesses.
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Bekannt ist auch ein Verfangen zur Regenerierung eines Dampf-Gas-Gemisches,
das aus Chlorsilanen, Chlorwasserstoff und Wasserstoff besteht, das bei der Herstellung
von polykristallinem Halbleitersilizium durch thermische Zersetzung der Chlorsilane
erhalten wird.
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Den Nachteil dieses Verfahrens bildet ein verhältnismäßig niedriger
Kondensationsgrad des regenerierbaren Dampf-Gas-Gemisches (DE-PS 2918060).
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Darüber hinaus ist bekannt noch e in Verfahren zur
Regenerierung
eines Dampf-Gas-Gemisches, das bei der Herstellung von polykristallinem Halbleitersilizium
entsteht, durch Gefrieren desselben bei einer Temperatur, die dem Schmelzpunkt des
Chlorwasserstoffs gleich ist oder unterhalb des Schmelzpunktes liegt. Die ausgefrorenen
Stoffe, die Chlorsilane und Chlorwasserstoff enthalten, werden zum Verdampfen des
Chlorwasserstoffs erhitzt. Die Chlorsilane werden in den Prozeß der Herstellung
von polykristallinem Halbleitersil izium zurückgeleitet. Dabei kann man die Chlorsilane
vorläufig einer Destillation zur Entfernung der Beimengungen unterwerfen (DE-PS
2918O?a).
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Nachteilig für dieses Verfahren ist eine niedrige Sicherheit der
Gefahrlosigkeit des Verfahrens und ein hoher Arbeits- und BnergisauStand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch ein Verfahren zur
degenerierung der nicht umgesetzten Chlorsilane und des nichtumgesetzten Wasserstoffs
bei der Herstellung von polkristallinem Halbleitersilizium zu entwickeln, das es
ermöglioht, durch Änderung der Technologie des Verfahrens den Ausgangsrohstoff vollständiger
auszunutzen und den Extraktionagrad von Silizium zu erhöhen, den Prozeß zu vereinfachen,
den Kondensationsgrad der Chlorsilane zu erhöhen und die Sterilität des Verfahrens
zu steigern.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Regenerierung
von nicht umgesetzten Chlorsilanen und nichtumgesetztem Wasserstoff bei der Herstellung
von polykristallinem Halbleitersilizium durch Kondensation und Ausfrieren der Chlorsilane
und des Chlorwasserstofis und anschließende Rückführung derselben in den Prozeß
der Herstellung von polykristallinem Halbleitersilizium vorgeschlagen wird, wobei
erfindungsgemäß die Kondensation der Chlorsilane in einem Temperaturbereich von
minus 15 bis minus 900C stufenweise, mit mindestens vier Stufen und bei einer konstanten
Temperatur auf jeder Kondensationsstufe durchgeführt wird daß dann die Regenerierung
des Wasserstoffs durch Ausfrieren der Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs mindestens
in 3 Stufen bei einer Ausfriertemperatur von minus 1206 bis minus 12500 auf der
der
1. Stufe, von minus 150 bis minus 1650C auf der 2.Stufe verwirklicht wird, wobei
das Ausfrieren der oben genannten Stoffe auf der 3.Stufe bei einer Temperatur erfolgt,
die obenhalb des Verdampfpunktes des flüssigen Stickstoffs liegt.
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Zur Sicherstellung der Gefahrlosigkeit der Produktion, Herabsetzung
der Energieaufwände und Verbesserung der Qualität der Chlorsilane verwirklicht man
deren Kondensation fraktionsweise auf jeder Stufe.
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Zur Gewinnung des Wasserstoffs hoher Reinheit führt nan das Ausfrieren
aer Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs fraktionsweise auf jeder Stufe durch.
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Zur Herstellung von Silizium höherer Qualität destilliert man zusätzlich
die verunreinigten Chlorsilane vor der 4. Kondensationsstufe zur Reinigung von den
schädlichen Beimengungen ab.
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Zweckmäßigerweise wird das Dampf-Gas-Gemiscii zur Entfernung von
Polysilanchloriden aus den eingesetzten Chlorsilanen vor der 1. Kondensationsstufe
vorläufig abgekühlt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich wesentlich von
den gegenwärtig in der Weltpraxis verwendbaren erfahren.
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Dieses Verfahren zeichnet sich durch einen hohen Kondensationsgrad
der Chlorsilane (über 44%), eine einfache apparative Gestaltung und Bedienung des
Prozesse auf jeder Stufe AUS, es läßt sich ohne weiteres automatisieren, darüber
hinaus zeichnet sich das Verfaaren durch Verbesserung des Arbeitsschutzes und Gefahrlosigkeit
des Prozesses, Herabsetzung der Energie- und Arbeitsaufwände, Verbesserung der Sterilität
der Herstellung sowie durch eine vollständiger Ausnutzung des Ausgangsrohstoffs
(Chlorsilane + + Wasserstoff) aus.
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Ein hoher Grad der Kondensation der Chiorsilane wird diuron eine
stufenweise Abkühlung des dampf-Gas-Gemisches erreicht, aber das stufenweise Ausfrieren
des Cnlorwasserstoffs ermögliont es, den Reinheitsgrad des in den Prozeß zurückgeleiteten
Wasserstoffs zu erhöhen, während die stufenweise Kondensation der Chlorsilane deren
Qualität auf
jeder einzelnen Stufe des Prozesses verbessert. Diese
iadnahmen insgesamt gestatten es, den Ausgangsrohstoff (Chiorsilane + Wasserstoff)
vollständiger aussunutzen, den Ärbeitsschatz und die Gefahrlosigkeit zu verbessern,
die Sterilität des Prozesses zu steigern sowie die Arbeits-- und Energieaufwände,
die für eine zusätzliche Reinigung oder Destillation der Rücklaufprodukte notwendig
sind, herabzusetzen.
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Die Einfachheit der apParativen Gestaltung, der Bedienung des Prozesses,
die Verbesserung des Arbeitsschutzes und die Herabsetzung der Arbeitsaufwände erreicht
man durch Anwendung der Sinheits- und Sonderanlagen bzw. Maschinen für die chemische
Technologie, durch Mechanisierung und teilweise Automatisierung der Prozesse und
Verwendung im Kreisprozeß einer großen Anzahl der Ausrüstungen eines und desselben
Typs.
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Die hauptsächliohe Einsparung an wird durch Regenerierung der Kälte
zustandegebracht. Das abgekühlte Dampf--Cx'as-Cx'enisch von der 3. Kondensationsstufe
wird beispielsweise für die Abkühlung des Dampf-Gas-Gemiscnes auf der 2.
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Kondensationsstufe verwendet, während das abgekühlte Dampf-Gas-Gemisch
von der 2.Kondensationsstufe zur Abkühlung des Daiupf-Gas-Gemisches der 1. Kondensationsstufe
dient. Der technologische Prozeß ist leicht zu steuern. Die Bauart der Apparate
macht es möglich, eine zuverlässige Arbeit aller Baugruppen zu bewirken, eine fast
vollständige Kondensation sowohl hochsiedender als auch niedersiedender Chlorsilane
vorzunehmen, Chlorsilane ohne zusätzliche ßeinigung nacn mehreren Stufen der Kondensation
derselben zu einer wiederholten Verwertung zu leiten.
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Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die xöglichkeit,
dieses zur Regenerierung und Verwertung des Dampf-Gas-Gemisches, das bei einer beliebigen
Herstellung der Halbleiter aus der Gasphase vorliegt, nach der entsprechenden Vervollkommnung
des Prozesses weit zu verwenden.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regenerierung
der Chlorsilane und des Wasserstoffs erörtet große kögliohkX iten zu einer vollständigeren
dechaniaierung
und Automatisierung des Arbeitsprozesses der Herstellung von polikristallinnem Halbleitersilizium.
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Die aufgezählten Vorteile gestatten es, das erz in dungsgemäße Verfanren
als moderne Technologie zu charakterisieren, die den gegenwärtigen tecnniscnen Anforderungen
entsprioht.
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Die Anwendung des erfindungsgeiiiäßen Verfahrens ermöglicht es, die
Nachteile der oben genannten tecnnischen Lösungen zu vermeiden.
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Die vorgeschlagene Erfindung wird wie folgt durchgeführt.
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Ausgangsrohstoffe, Chlorsilane und Wasserstoff, genommen in einem
Molverhältnis von 5:1 bis 10:1, werden in einen Reduktionsapparat eingebracht, in
dem auf einer auf eine Temperatur von 1000 bis 1200°C erhitzten Oberfläche (beispielsweise
auf einer Unterlage aus Silizium) das Abkühlen des Siliziums vor sich geht. Zur
besseren Abkühlung von Silizium und zur Entfernung der Beimengungen von Schwermetallen
werden die eingebrachten Chlorsilane vorher abdestilliert oder gereinigt. Das aus
dem Reduktionsapparat austretende Dampf-Gas-Gemisch, das 5 bis 15 Vol.
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Chlorsilane, 1 bis 5 Vol.SS Chlorwasserstoff, oO bis 85 Vol.% Wasserstoff
enthält, leitet man der 1. Stufe der Kondensation zur Vorkühlung bei einer Temperatur
von 0 bis minus 2O0G, wo es im BrgebniR der Kontaktierung des anfallenden Dampf-Gas-Gemisches
mit flüssigen Chlorsilanen, die von der 2.Stufe der Kondensation gelangen, zum Übergang
eines Anteils der schädlichen Beimengungen (beispielsweise Cu, Fe, Al) aus der Gasphase
in die flüssige Phase kommt, d.h. es kommt zu einer teilweisen reinigung des Dampf--Gas-Gemisches.
Flüssige Chlorsilane fangen auch den abgekühlten Chlorwasserstoff auf.
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Der Strom der flüssigen Chlorsilane, die abgekühlte hochmolekulare
Chlorsilaue (Polysilanchloride) gut auffangen, wird aus dem Apparat der 1. Kondensationsstufe
zur Verwertung kontinuierlich herausgeführt.
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In einen Apparat zur Vorkühlung der 1. Kondensationsstufe führt man
reinen Wasserstoff zum Auffüllen der Ver-
luste desselben im Prozeß
und zu seiner zusätzlichen Reinigung ein.
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Dann wird deis Dampf-Gas-Gemisch, das Chlorllan, Chlorwasserstoff
und Wasserstoff enthält, der 2.Kondensationsstufe zugeführt, wo die Kondensation
der hochsiedenden Chlorsilane (vorzugsweise SiCl4 und Polysilan chloridrückstände)
bei einer Temperatur von minus 30 bis minus 45°C vor sich geht. Die kondensierten
Chlorsilane werden zasaLhmen mit den Beimengungen aus dem geschlossenen System zwecks
Verwendung in einer anderen Technologie abgeleitet. Danach leitet man das Dampf-Gas-Gemisch
in einen Kondensator der 3, Kondensationsstufe, in dem die Kondensation der besonders
wertvollen Chiorsilane (SiHC;13 und teilweise SiH2C12) bei einer Temperatur von
minus 65 bis minus O0C durchgeführt wird.
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Die kondensierten Chlorsilane fließen über eine Rohrleitung in die
Blase einer Destillationskolonne ab, und nach der Reinigung; werden sie in den Prozeß
zurückgeleitet.
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Von der 3. ondensationsstufe wird das zurückgebliebene Dampf-Gas-Gemisch
der 4. Kondensationsstufe zugeführt, wo Chlorsilane bei einer Temperatur von minus
80 bis minus 90°G vollständig kondensiert werden und die ausgeschiedenen Ohlorsilane
ohne Reinigung in den Prozeß der Herstellung des polykristallinen tlalbleitersiliziums
geleitet werden.
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Dann leitet man das zurückgebliebene Dampf-Gas-Gemisoh, das Spuren
von Chlorsilan, Chlorwasserstoff und Wasserstoff enthält, zur ersten Stufe des Ausfrierens
von Spuren der Chlorsilane und zum Auffangen eines Anteils des Chlorwasserstoffs
bei einer Temperatur von minus 115 bis minus 1250C. Die gefrorenen Onlorsilane und
der Chlorwasserstoff werden nach dem Erhitzen auf eine Tewperatur von minus 30 bis
minus 4000 mit dem gasförmigen Stickstoff abgeblasen und zur Verwertung geleitet.
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Die nichtkondensierten Gase, die ein Gemisch aus Wasserstoff und
Chlorwasserstoff enthalten, führt man der 2. Stufe des Ausfrierens zu, wo der Chlorwasserstoff
bei einer Temperatur von minus 155 bis minus 16500 aus-
gefroren
wird. Der gefrorene C;hlorwasserstoff wird nach dem Erwärmen auf minus 50 bis minus
600 mit gasförmigem Stickstoff abgeblasen und dann verwertet.
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Weiterhin leitet mm den Wasserstoff zur letzten Stufe des Aufrierens.
Der regenerierte Wasserstoff wird mittels Verdichters über die Rohrleitung in den
Prozeß der Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums zurückgele itet.
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Beispiel 1.
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Zur Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums bringt man
in einen Reaktor feingereinigte Chlorsilane und Wasserstoff, genommen bei einem
Molverhältnis von 10:1 ein. Im Ergebnis der Reaktion bei einer Temperatur von 1000
bin 12000C wird auf Siliziumstäben das Silizium niedergeschlagen.
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Das aus dem Reaktionsapparat austretende Dampf-Gas--Gemison, das
3,5 Vol.% Chlorwasserstoff, Vol.% Chlorsilan und 88,5 Vol.% Wasserstoff enthält,
leitet man in einer Menge von 330 nm3 /St durch eine Schicht der flüssigen Chlorsilane
zur ersten Stufe der Kondensation,wo eine Temperatur von minus 10°C gehalten wird.
Auf der 1.Stufe der Kondensation kommt es zur Kondensation der hochsiedenden Chlorsilane,
der Polysilanchloride, die aus dem Apparat mit dem Tetrachlorsilan in einer Menge
von 6 Gew.%o, bezogen auf die Gesamtmenge der Chlorsilane, kontinuierlich abgeleitet
werden.
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Dann wird das Dampf-Gas-Gemiscn dem 2.Kondensationsapparat zugeführt,
wo bei einer Temperatur von minus 35 bis minus 45°C das Tetrachlorsilan (90 Gew.%
SiCl4, 10 Gew.% SiHCl3) bevorzugt kondensiert wird. Tetrachlorsilan, verunreinigt
durch Chloride mehrerer schädlichen Beimengungen (Cu, Au, Ag, Al, Ba, Be, Ga, Cd,
Co, Fe, K, Na, Li, Mg, Mn, Ni, Pt,Rb,Sr,Te>Ti,U,Zn,Zr), wird in einer Menge von
10 Gew.S bezogen auf die Gesamtmenge der Chlorsilane, kontinuierlich aus dem Prozeß
herausgeleitet. Danach werden die regenerierten Chlorailane aus dem Prozeß kontinuierlich
herausgeführt und für eine andere Prodution geleitet.
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Das Dampf-Gas-Gemisch leitet man dann zur 3. Kondensationsstufe,
wo bei einer Temperatur von minus 65 bis
minus 70 0C der größte
Anteil der Chlorsilane (75 Gew.% SiCl4, 24 Gew.% SiHCl3, 1 Gew.% SiH2Cl2), der 50
Gew.%, bezogen auf die Gesamtmeve der Chloride, betragt, kondensiert wird. Die kondensierbaren
Chlorsilane werden dann zur Destillation geführt, wo aus dem oberen Teil der Kolonne
niedersiedende Beimengungen, Chlorwasserstoff und teilweise Chlorsilane (höchstens
15 Gew.% aus dem Prozeß herausgeleitet werden; die gereinigten Chlorsilane werden
in den Prozeß der Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums geführt.
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Das zurückgebliebene Dampf-Gas-Gemisch kout in den Konsensator der
4. Stufe, wo bei einer Temperatur von minus 80 bis minus 900 C die vollständigste
Ausscheidung der Chlorsilane (45 Gew.% SiC14, 52 Gew.% SiHCl3, 3 Geu.% Sih2Cl2),
deren Menge 30 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der Chlorsilane, beträgt, statthat,
und die ausgeschiedenen Chlorsilane werden ohne Reinigung in den Prozeß der Herstellung
von polykristallinem Halbleitersilizium geleitet.
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Man leitet das Dampf-Gas-Gemisch in einen Wärrneaustauscher,wo bei
einer Temperatur von minus 115 bis minus 125°C Chlorsilane mit einer in diesen gelösten
gewissen Menge des Chlorwasserstoffs vollständig ausgefroren werden.
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Die gefrorenen Chlorsilane in einer Menge von 3 Gew.%, bezogen auf
die Gesamtmenge der Oülorsilane, die Chlorsilane 1 Gew.% Chlorwassertoff,25 Gew.%
SiCl4, 70 Gew.
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SiHC13 und 5 Gew. SiH2Cl2 und Chlorwasserstoff enthalten, werden nach
dem Erwärmen auf eine Temperatur von minus 30 bis minus 40°C mit gasförmigem Stickstoff
zur Verwertung abgeblasen. Die nichtkondensierten Gase in einer Menge von 300 nm3/St,
die 97,5 Vol.% Wasserstoff und 2,5 Vol.% Chlorwasserstoff enthalten, leitet man
in einen Ausfrierapparat der 2. Stufe, wo bei einer Temperatur von minus 155 bis
minus 165°C der Chlorwasserstoff bis zu 0,001 Vol.% ausgefroren wird. Dann leitet
man den Wasserstoff zur letzten Ausfrierstufe bei einer oberhalb minus 195, 60C
liegenden Temperatur, dabei wird der Gehalt
des Wasserstoffs an
Chlorwaeserstoff auf 0,00005 bis 0,0001 Vol. und der Gehalt an schädlichen Beimengungen
auf 1.10 4 bis 1.10 5 Vol. gebracht.
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Der regenerierte Wasserstoff wird mittels Kompressors über die Rohrleitung
in den Prozeß der Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums zurückgeführt.
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Die Ausbeute an polykristallinem Halble itersilizium hoher Qualität
beträgt mehr als 90%, bezogen auf die Gesamt menge.
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Die elektrophysikalischen Kennwerte des polykristallinen Siliziums
hoher Qualität sind wie folgt: a/ Donatorwiderstand 300 Ohm.cm b/ Akzeptorwiderstand
30000hm.cm Beispiel 2.
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Man verfährt analog dem Beispiel 1, nur daß der Hauptanteil der Chlorsilane
aus dem 2. kondensationsapparat keiner Reinigung (in Form von Destillation) unterworfen
wird und sofort in den Prozeß der Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums
geleitet wird.
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Die Ausbeute an polykristallinem iialbleitersilizium noher Qualität
wird um das 2,5 bis flache vermindert.