DE3207065A1 - Verfahren zur regenerierung von nichtumgesetzten chlorsilanen und nichtumgesetztem wasserstoff bei der herstellung von polykristallinem halbleitersilizium - Google Patents

Verfahren zur regenerierung von nichtumgesetzten chlorsilanen und nichtumgesetztem wasserstoff bei der herstellung von polykristallinem halbleitersilizium

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DE3207065A1 DE19823207065 DE3207065A DE3207065A1 DE 3207065 A1 DE3207065 A1 DE 3207065A1 DE 19823207065 DE19823207065 DE 19823207065 DE 3207065 A DE3207065 A DE 3207065A DE 3207065 A1 DE3207065 A1 DE 3207065A1
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Description

  • BESCHREI RUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Halbleitersilizium, insbesondere Verfahren zur Verwertung von bei der Herstellung von polykristallinern Halbleitersilizium anfallenden Abfallprodukten.
  • 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.
  • Bekannt sind versoniedene Verfahren zur Regenerierung der nicht umgesetzten Cnlorsilane und des nicht umgesetzt en Wasserstoffs bei der Herstellung von polykristallinem Halbleitersilizium.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • 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).
  • Der Nachteil dieses Verfahrens ist eine ungenügend hohe Ausnutzung des Ausgangsrohstoffes (Wasserstoff + + Chlorsilane) sowie eine verhältnismaBig niedrige Sterilität des Prozesses.
  • 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.
  • Den Nachteil dieses Verfahrens bildet ein verhältnismäßig niedriger Kondensationsgrad des regenerierbaren Dampf-Gas-Gemisches (DE-PS 2918060).
  • 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).
  • Nachteilig für dieses Verfahren ist eine niedrige Sicherheit der Gefahrlosigkeit des Verfahrens und ein hoher Arbeits- und BnergisauStand.
  • 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.
  • 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.
  • Zur Sicherstellung der Gefahrlosigkeit der Produktion, Herabsetzung der Energieaufwände und Verbesserung der Qualität der Chlorsilane verwirklicht man deren Kondensation fraktionsweise auf jeder Stufe.
  • Zur Gewinnung des Wasserstoffs hoher Reinheit führt nan das Ausfrieren aer Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs fraktionsweise auf jeder Stufe durch.
  • Zur Herstellung von Silizium höherer Qualität destilliert man zusätzlich die verunreinigten Chlorsilane vor der 4. Kondensationsstufe zur Reinigung von den schädlichen Beimengungen ab.
  • Zweckmäßigerweise wird das Dampf-Gas-Gemiscii zur Entfernung von Polysilanchloriden aus den eingesetzten Chlorsilanen vor der 1. Kondensationsstufe vorläufig abgekühlt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich wesentlich von den gegenwärtig in der Weltpraxis verwendbaren erfahren.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die aufgezählten Vorteile gestatten es, das erz in dungsgemäße Verfanren als moderne Technologie zu charakterisieren, die den gegenwärtigen tecnniscnen Anforderungen entsprioht.
  • Die Anwendung des erfindungsgeiiiäßen Verfahrens ermöglicht es, die Nachteile der oben genannten tecnnischen Lösungen zu vermeiden.
  • Die vorgeschlagene Erfindung wird wie folgt durchgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • Der Strom der flüssigen Chlorsilane, die abgekühlte hochmolekulare Chlorsilaue (Polysilanchloride) gut auffangen, wird aus dem Apparat der 1. Kondensationsstufe zur Verwertung kontinuierlich herausgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • Die kondensierten Chlorsilane fließen über eine Rohrleitung in die Blase einer Destillationskolonne ab, und nach der Reinigung; werden sie in den Prozeß zurückgeleitet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der regenerierte Wasserstoff wird mittels Kompressors über die Rohrleitung in den Prozeß der Herstellung des polykristallinen Halbleitersiliziums zurückgeführt.
  • Die Ausbeute an polykristallinem Halble itersilizium hoher Qualität beträgt mehr als 90%, bezogen auf die Gesamt menge.
  • Die elektrophysikalischen Kennwerte des polykristallinen Siliziums hoher Qualität sind wie folgt: a/ Donatorwiderstand 300 Ohm.cm b/ Akzeptorwiderstand 30000hm.cm Beispiel 2.
  • 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.
  • Die Ausbeute an polykristallinem iialbleitersilizium noher Qualität wird um das 2,5 bis flache vermindert.

Claims (5)

  1. VERFAHREN ZUR REGENERIERUNG VON NICHTUMGESETZTEN CHLORSILANEN UND NICHTUMGESETZTEM WASSERSTOFF BEI DER HERSTELLUNG VON POLYKRISTALLINEM HALBLEITER-SILIZIUM PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Regenerierung von nichtumgesetzten Cnlorsilanen und nichtumgesetztem Wasserstoff bei der derstellung von polykristallinem Halbleitersilizium durch Kondensation und Ausfrieren der Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs und anschließende Rückführung derselben in den Prozeß der Herstellung von polykristallinem Halbleitersil izium, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, d die Kondensation der Chlorsilane in einem Temperaturbereicn von minus 15 bis minus 900C stufenweise, mit mindestens vier Stufen und bei einer konstanten Temperatur auf jeder Kondensationsstufe durchgeführt wird7 daß dann die Regenerierung des Wasserstoffs durch Ausfrieren der Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs mindestens in 3 Stufen bei einer Ausfreiertemperatur von minus 120 bis minus 125°C auf der 1. Stufe, von minus 150 bis minus 16500 auf der 2. Stufe verwirklicht wird, wobei das Ausfrieren der oben genannten Stoffe auf der 3. Stufe bei einer Temperatur erfolgt, die oberhalb des Verdampfungspunktes des flüssigen Stickstof liegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Kondensation der Cn1orsilane fralçtionsweise auf jeder Stufe durchgeführt wird..
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Ausfrieren der Chlorsilane und des Chlorwasserstoffs fraktionsweise auf jeder Stufe durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t, daß die kondensierten Cnlorsilane von der 3. Kondensationsstufe zur Destillation geleitet werden.
  5. 5. Verfanren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Dampf-Gas-Gemisch vor der 1. Kondensationsstufe vorgekiihlt wird.
DE19823207065 1982-02-26 1982-02-26 Verfahren zur Regenerierung von nichtumgesetzten Chlorsilanen und nichtumgesetztem Wasserstoff bei der Herstellung von polykristallinem Halbleitersilizium Expired DE3207065C2 (de)

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