DE102005011095B4

DE102005011095B4 - Verfahren zur Entsorgung von Siliziumwasserstoff-Überschüssen

Info

Publication number: DE102005011095B4
Application number: DE200510011095
Authority: DE
Inventors: Lars Schaeffer
Original assignee: Schaffer Lars
Current assignee: Schaffer Lars
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: DE102005011095A1

Abstract

Verfahren zur Entsorgung von Siliziumwasserstoff-Überschüssen nach Verwendung von (SiH₄) zur Aufbringung von Filmen aus polykristalinem Silizium auf in einer luftabgeschlossenen Inertatmosphäre befindlichen Substraten, wobei der SiH₄ – Überschuß aus der Inertatmosphäre abgesaugt und der abgespaltene Wasserstoff gezielt abgefackelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Inertatmosphäre abgezogene SiH₄ Überschuß einer luftabgeschlossenen Naßwäsche mit HF im stöchiometrischen Überschuß unterzogen, aus dieser die entstandene Kieselfluorwasserstoffsäure (H₂SIF₆) abgeführt und der aus der Wäsche abgesaugte gasförmige Rest aus Inertgas und H₂ der gezielten Abfackelung zugeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von Siliziumwasserstoff – Überschüssen nach Verwendung von Silan (SiH₄) zur Aufbringung von Filmen aus polykristalinem Silizium auf in einer luftabgeschlossenen Inertatmosphäre befindlichen Substraten, wobei der SiH₄ – Überschuß aus der Inertatmosphäre abgesaugt und der abgespaltene Wasserstoff gezielt abgefackelt wird.
Die Beschichtung von Substraten, bspw. Chips, Si-Zellen od. dgl. mit Si erfolgt mittels einer sogenannten CVD-Behandlung (chemical vapour disposition), wobei die zu beschichtenden Substrate einer N₂/Silan-Atmosphäre ausgesetzt werden, welche Gasmischung zwecks Inertisierung etwa aus 80-90% N₂ und 20-10% Silan besteht.
Bei Silan handelt es sich um eine insbesondere in der Halbleiterindustrie und Photovoltaik verwendete Grundchemikalie, die aber einerseits fast immer im Überschuß zum effektiven Bedarf bspw. für Beschichtungen an zu belegende Substrate herangeführt werden muß, womit aber andererseits wegen der extremen Explosivität von Silan bei Luftkontakt eine besondere Problematik für die Entsorgung des im Überschuß anfallenden Silans gegeben ist.
Um nämlich eine hinlänglich gute Reaktionsdynamik, d.h., einen Silizium-Niederschlag auf dem Substrat in einer entsprechenden Apparatur zu erzielen, muß eine Strömung des Gas-Gemisches längs der zu beschichtenden Substratfläche bewirkt werden.
Dies wird dadurch erreicht, daß man das verfügbare Apparatevolumen mehrfach pro Zeiteinheit mit dem Gasgemisch durch spült, was zwangsläufig einerseits eine ständige Neuzufuhr von Gasgemisch und andererseits eine ständige, entsprechende Abfuhr von niederschlagsbedingt silanreduziertem Gasgemisch verlangt, das einer speziellen Entsorgung unterworfen werden muß, da Silan, wie erwähnt, bei Kontakt mit Luftsauerstoff explosionsartig in SiO₂ und H₂O umgesetzt wird. Das zu entsorgende Gasgemisch wird deshalb einer geordneten Verbrennung mit einem geeigneten Brenner zugeführt, wobei neben Wasser allerdings das SiO₂ als schwer beherrschbarer und lungengängiger Feinststaub anfällt und insoweit ein beträchtliches Problem darstellt, das, soweit bekannt, noch einer geeigneteren Lösung bedarf und dem die einschlägige Industrie noch immer in unzulänglicher Weise ausgesetzt ist, da Feinststäube per se schwierig abzufiltern sind und geeignete Feinstfilter relativ schnell zusetzen und einer häufigen Reinigung bedürfen, wobei erschwerend hinzukommt, daß der gesammelte bzw. abgeschiedene Feinststaub aus SiO₂ ein beträchtliches Volumen in Anspruch nimmt.
Was die Behandlung von Silan betrifft, so ist es nach der EP 0819464 A1 bekannt, SiH₄ in Gegenwart von Sauerstoff mit Fluorwasserstoff zu Kieselfluorwasserstoffsäure (H₂SiF₆) umzusetzen, abgesehen davon, daß es bspw. unter Verweis auf die DE 10049012 A1 ganz allgemein bekannt ist, SiH₄ durch alkalische Hydrolyse unter Bildung von Kieselsäure und Wasserstoff zu zersetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren zur Entsorgung von beim praktizierten CVD-Verfahren anfallenden Siliziumwasserstoff-Überschüssen zu schaffen, mit denen bei gleicher Ausgangsbasis, d.h., Anwendung der vorerwähnten CVD-Behandlung, der Anfall von gesundheitsschädlichem und schwierig abscheid- bzw. auffangbaren SiO₂ vermieden wird.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der aus der Inertatmosphäre abgezogene Überschuß einer luftabgeschlossenen Gaswäsche mit wässriger HF im stöchiometrischen Überschuß un terzogen, aus dieser die entstandene Kieselfluorwasserstoffsäure (H₂SiF₆) abgeführt und der aus der Wäsche abgesaugte gasförmige Rest aus Inertgas und H₂ der gezielten Abfackelung zugeleitet wird.
Bei der Gaswäsche zerfällt in der wässrigen Phase das SiH4+6HF in H₂SiF₆ + 4H₂. Die gezielte Verbrennung ist deshalb notwendig, weil wegen des hohen Wasserstoffanteiles beim Ausstoß des Prozessgases in die Umgebung mit dem Luftsauerstoff ein leicht entzündliches Knallgasgemisch entsteht.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist die gemäß Aufgabe gestellte Forderung erfüllt, d.h., die Bildung von schwierig zu behandelnden und in großer Menge zu entsorgenden SiO₂- Feinststaub ist umgangen, wobei die stattdessen anfallende Kieselfluorwasserstoffsäure als Flüssigkeit wesentlich einfacher als Feinststaub abzuführen und aufzubewahren ist, abgesehen davon, daß H₂SiF₆ quasi eine Edelchemikalie bzw. einen anderweitig brauchbaren Wertstoff darstellt.
In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird ein Teil der in der HF-Wäsche entstandenen H₂SiF₆ in die Flußsäurezufuhr zur HF-Wäsche zurückgeführt. Durch eine solche Kreislaufführung wird die H₂SiF₆ in der Vorlage angereichert und entsprechend dem Zugang abgezogen. Gleichzeitig muß entsprechend obigem Reaktionsmechanismus ständig frische HF zugeführt werden. Sowohl die Löslichkeit von N₂ als auch H₂ ist in der Flüssigkeit praktisch Null, so daß praktisch 100% dieses Gasgemisches aus der Gaswäsche abgezogen werden.
Mit Rücksicht auf eine rationelle Fertigung, d.h., eine kontinuierliche Prozesspassage der zu beschichtenden Substrate ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, daß dafür der Inertatmosphäre aus Silan und N₂ vor und hinter dieser eine in Bezug auf die Umgebungsatmosphäre unter leichtem Überdruck gehaltene, silanfreie Inertatmosphäre aufrechterhalten wird.
Was die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft, so besteht diese nach wie vor aus einem luftdicht abschließbaren Behälter mit Anschlüssen für die Inertgas- und Silanzufuhr und mit einer mit Vakuumpumpe bestückten, zu einem Brenner führenden Absaugleitung, was im einzelnen noch näher erläutert wird. Erforderlich ist dabei aber noch, daß in der Absaugleitung in Abströmrichtung vor der Vakuumpumpe ein luftabgeschlossener Naßwäscher mit Zufuhrleitung für die Flußsäure und mit einer Abfuhrleitung für die Kieselfluorwasserstoffsäure angeordnet ist.
Mit Rücksicht auf die vorerwähnte und bevorzugte Kreislaufführung stellt sich die diesbezügliche Einrichtung dann derart dar, daß an der mit einer Pumpe bestückten Abfuhrleitung für die Kieselfluorwasserstoffsäure in Abströmrichtung hinter der Pumpe ein an die Zufuhrleitung der Flußsäure angeschlossener Leitungsstrang abgezweigt ist.
Der vorerwähnte kontinuierlich Prozessdurchlauf der Substrate findet apparativ seine Entsprechung darin, daß dem Behälter für die CVD-Behandlung eine Zu- und eine Abfuhrschleusenkammer zugeordnet sind, wobei jede Kammer mit einem Inertgasanschluß zur Überdruckzufuhr eines Inertgases versehen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu dessen Durchführung erforderlichen Einrichtungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen und stark schematisierten Darstellung eines Ausführungsbeispieles kurz erläutert, das bereits an der bevorzugten Ausführungsform einer Kreislaufführung des hinter dem Naßwäscher anfallenden H₂SiF₆ orientiert ist.
Die Einrichtung besteht unter Verweis auf die einzige Darstellung demgemäß aus einem luftdicht abschließbaren Behälter 1 mit Anschlüssen 2, 3 für die Inertgas- und Silanzufuhr und aus einer mit Vakuumpumpe 4 bestückten, zu einem Brenner 5 führenden Absaugleitung 6.
In dieser Absaugleitung 6 ist in Abströmrichtung vor der Vakuumpumpe 4 ein ebenfalls luftabgeschlossener Naßwäscher 7 mit Zufuhrleitung 8 für die Flußsäure HF angeordent, wobei vom Naßwäscher 7 eine Abfuhrleitung 9 für die Kieselfluorwasserstoffsäure (H₂SIF₆) abgeht. Zur Anreicherung der entsprechend bemessenen HF-Zufuhr ist an der mit einer Pumpe 10 bestückten vom Naßwäscher 7 abgehenden Abfuhrleitung 9 in Abströmrichtung hinter der Pumpe 10 ein an die Zufuhrleitung 8 angeschlossener Leitungsstrang 11 abgezweigt.
Gestrichelt mit angedeutet sind die beiden dem Behälter 1 vor- und nachgeschalteten Schleusenkammern 12, 12' mit ihren Inertgasanschlüssen 13, mit denen die beiden Kammern unter leichtem Überdruckgehalten werden, damit beim Ein- und Auslauf der Substrate in den Behälter 1 keine Luft eintreten kann.
Nicht besonders dargestellt sind entsprechend einstellbare Ventile in den Leitungssträngen, wobei in der Darstellung an diesen Leitungssträngen auch die Betriebsmittelkomponenten als Formeln mit angegeben sind, so daß allein schon daraus ersichtlich wird, was wo zugeführt, was wo abgeführt und was wo weitergeleitet wird.
Statt des dargestellten Brenners 5 in Form eines Gebläsebrenners, mit dem das von der Vakuumpumpe 4 aus dem Naßwäscher 7 zugeführte N₂/H₂-Gasgemisch bzw. der Wasserstoff abgefackelt bzw. geordnet verbrannt wird, kann natürlich auch ein anderer geeigneter Brenner zur Verwendung kommen, bspw. in Form eines Katalysators aus Platingaze, mit Hilfe dessen die Verbrennung von H₂ bereits bei Raumtemperatur stattfindet.

Claims

Verfahren zur Entsorgung von Siliziumwasserstoff-Überschüssen nach Verwendung von (SiH₄) zur Aufbringung von Filmen aus polykristalinem Silizium auf in einer luftabgeschlossenen Inertatmosphäre befindlichen Substraten, wobei der SiH₄ – Überschuß aus der Inertatmosphäre abgesaugt und der abgespaltene Wasserstoff gezielt abgefackelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Inertatmosphäre abgezogene SiH₄ Überschuß einer luftabgeschlossenen Naßwäsche mit HF im stöchiometrischen Überschuß unterzogen, aus dieser die entstandene Kieselfluorwasserstoffsäure (H₂SIF₆) abgeführt und der aus der Wäsche abgesaugte gasförmige Rest aus Inertgas und H₂ der gezielten Abfackelung zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in der Naßwäsche entstandenen H₂SIF₆ in die Flußsäurezufuhr zur HF-Wäsche zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine kontinuierliche Substratpassage der Inertatmosphäre aus Silan und N₂ vor und hinter dieser eine in Bezug auf die Umgebungsatmosphäre unter leichtem Überdruck gehaltene, silanfreie Inertatmosphäre aufrechterhalten wird.