DE102017009059A1

DE102017009059A1 - System zur Reinigung von Trichlorsilan und Verfahren zum Herstellen von polykristallinem Silicium

Info

Publication number: DE102017009059A1
Application number: DE102017009059.9A
Authority: DE
Inventors: Ryota Kishi; Masahiko Ishida; Shigeyoshi Netsu
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-03-29
Also published as: US20180086645A1; CN107867695A; JP6586405B2; JP2018052765A; US10207932B2

Abstract

Es wird eine Technologie zur Reinigung von Trichlorsilan bereitgestellt, bei der es nicht notwendig ist, bei der Herstellung von hochreinem Trichlorsilan aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Chlorsilanfraktion große Mengen von Chlorsilanen aus dem System auszuscheiden, und bei der auch die Reaktionssteuerung leicht durchgeführt werden kann. In der vorliegenden Erfindung wurde der Schritt des Umwandelns von Kohlenwasserstoffen, die in einer Chlorsilanfraktion enthalten sind, in Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch thermische Zersetzung im Reinigungssystem vorgesehen, um die Kohlenwasserstoffe leicht zu trennen. Dadurch wird die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch thermische Zersetzung und die Trennung im Zyklus der Reinigung von Trichlorsilan durchgeführt, und es ist nicht notwendig, eine große Menge von Chlorsilanen aus dem System auszuscheiden. Infolgedessen wird die Effizienz der Trichlorsilanherstellung erhöht und das Problem der verringerten Ausbeute an polykristallinem Silicium tritt ebenfalls nicht auf.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Technologie zur Reinigung von Trichlorsilan. Beschreibung des Standes der Technik.
Trichlorsilan wird weit verbreitet als Rohmaterial zum Herstellen von hochreinem polykristallinen Silicium von Halbleiterqualität verwendet. Hochreines Trichlorsilan wird beispielsweise durch Reinigen von Roh-Trichlorsilan anhand Schritten wie Destillieren gewonnen, das durch Umsetzen von metallischem Silicium von metallurgischer Qualität mit Tetrachlorsilan, Wasserstoff und Chlorwasserstoffgewonnen wird.
Polykristallines Silicium wird durch Ausfällen von solchem hochreinen Trichlorsilan anhand einer Methode wie dem Siemens-Verfahren gewonnen, bei dieser Fällungsreaktion wird jedoch Tetrachlorsilan als Nebenprodukt erzeugt. Solches Tetrachlorsilan als Nebenprodukt wird zu Trichlorsilan reduziert, das dann gereinigt wird und bei der Fällungsreaktion von polykristallinem Silicium wiederverwendet werden kann.
Die Kosten bei der Herstellung von polykristallinem Silicium müssen gesenkt werden, während auch weitere Qualitätsverbesserung im Zusammenhang mit der hohen Integration von Halbleitervorrichtungen and dergleichen erforderlich ist. Insbesondere wird häufig gefordert, dass die Konzentration von Verunreinigungen (etwa Kohlenstoff, Dotierstoffe und Schwermetalle) im polykristallinen Silicium aufs Äußerste reduziert werden. Daher hat die hochgradige Reinigung von Trichlorsilan eine extrem wichtige Bedeutung bei der Herstellungstechnologie von polykristallinem Silicium.
Die meisten Kohlenstoffverunreinigungen in Trichlorsilan sind Verunreinigungskohlenstoff, der im metallischen Silicium enthalten ist, das bei der oben beschriebenen Herstellung von Roh-Trichlorsilan verwendet wird, und Kohlenwasserstoffe, die als Nebenprodukt aus Kohlenstoff hergestellt werden, der in einem Innenwandmaterial eines Reaktors und dergleichen enthalten ist.
Daher müssen solche Kohlenwasserstoffe entfernt werden, um ein hochreines Trichlorsilan herzustellen. Gewöhnlich wird die Reinigung von Trichlorsilan durch Destillieren durchgeführt. Es ist jedoch schwierig Kohlenwasserstoffe durch Destillieren ausreichend zu entfernen, wenn die Siedepunkte von Kohlenwasserstoffen, die als Verunreinigungen enthalten sind, nahe am Siedepunkt von Trichlorsilan liegen.
Insbesondere liegen die Siedepunkte von Kohlenwasserstoffen, die 5 Kohlenstoffatome aufweisen und Kohlenwasserstoffen, die Kohlenstoffatome mit einer Anzahl nahe an 5 aufweisen, extrem nahe am Siedepunkt von Trichlorsilan. Daher ist der Sachverhalt so, dass das Trennen dieser Substanzen durch Destillieren nicht einfach ist. Beispielsweise ist der Siedepunkt von Isopentan (i-C₅H₁₂), ein Kohlenwasserstoff, der ein verzweigtes Alkan mit 5 Kohlenstoffatomen ist, 27,7°C und liegt extrem nahe am Siedepunkt (31,8°C) von Trichlorsilan. Daher ist Isopentan eines der Materialien, die durch Destillieren schwer zu trennen sind.
In Anbetracht solcher Umstände wurden die folgenden Methoden als Technologie zur Reinigung von Trichlorsilan vorgeschlagen.
Die japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer 2009-062212 schlägt eine Methode vor, mit der Isopentan durch Destillieren leicht von Trichlorsilan getrennt werden kann, indem Isopentan durch Fotochlorierung in einem Chlorierungsschritt in ein Material mit hohem Siedepunkt umgewandelt wird.
Ferner beschreibt DE1222481B ein Verfahren, das das Einleiten eines Abgases (Auspuffgases) aus einem ersten Fällungsreaktor in einen zweiten Fällungsreaktor umfasst, um im zweiten Fällungsreaktor polykristallines Silicium mit höherer Reinheit zu erzeugen, und in diesem Verfahren wird hochreiner Wasserstoff neu zum zweiten Fällungsreaktor hinzugefügt, um die Ausbeute zu steigern.
Außerdem offenbart die japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer 2012-056836 ein Verfahren zum Herstellen von polykristallinem Silicium, das das Einspeisen von gereinigtem Kondensat aus einem ersten Fällungsprozess in einem ersten Reaktor in einen zweiten Reaktor und das Verwenden des Kondensats für einen zweiten Fällungsprozess im zweiten Reaktor umfasst. In diesem Verfahren wird Wasserstoff getrennt durch den ersten Reaktor und durch den zweiten Reaktor zirkuliert, und unverbrauchter Wasserstoff wird gereinigt und wiederverwendet.
Alle diese Verfahren haben jedoch einen Nachteil, dass die Ausbeute von polykristallinem Silicium verringert ist, da das Steuern und dergleichen der Reaktion schwierig ist, und außerdem während der Reinigung große Mengen Chlorsilane aus dem System ausgeschieden werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen von Technologie zur Reinigung von Trichlorsilan, bei der es nicht notwendig ist, bei der Herstellung von hochreinem Trichlorsilan aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Chlorsilanfraktion große Mengen von Chlorsilanen aus dem System auszuscheiden, und bei der auch die Reaktionssteuerung leicht durchgeführt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Probleme oben zu lösen, ist das System zur Reinigung von Trichlorsilan gemäß der vorliegenden Erfindung ein System zum Gewinnen hochreinen Trichlorsilans aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Chlorsilanfraktion, das System umfassend: einen thermischen Zersetzungsreaktor zum thermischen Zersetzen der Kohlenwasserstoffe in der Chlorsilanfraktion, um die Kohlenwasserstoffe in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umzuwandeln; und ein Destillationsgerät zum Trennen von Trichlorsilan, das in der Chlorsilanfraktion enthalten ist, die vom thermischen Zersetzungsreaktor von anderen Bestandteilen überführt wird.
Vorzugsweise kann der thermische Zersetzungsreaktor zumindest Isopentan, Methyltrichlorsilan und Methyldichlorsilan in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umwandeln.
Ferner kann der thermische Zersetzungsreaktor vorzugsweise den Druck während der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt im Bereich von 0,01 bis 2 Mpa steuern.
Ferner kann der thermische Zersetzungsreaktor vorzugsweise die Temperatur während der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt im Bereich von 300 bis 1200°C steuern.
Ferner beträgt der Eisengehalt in einem Innenwandmaterial des thermischen Zersetzungsreaktors vorzugsweise 65 Gew.-% oder weniger, besonders bevorzugt 50% Gew.-% oder weniger.
In einer Ausführungsform umfasst das Reinigungssystem eine Gasleitung zum Einleiten von Tetrachlorsilan und Wasserstoff in den thermischen Zersetzungsreaktor.
Ferner kann in einer Ausführungsform die Menge von Wasserstoff ([H₂]), die von der Gasleitung in den thermischen Zersetzungsreaktor einleitet wird, so gesteuert werden, dass das Verhältnis ([H₂]/[STC]) der Menge von Wasserstoff ([H₂]) zur Menge von Tetrachlorsilan ([STC]) im Bereich von 1 bis 6 liegt.
Ferner umfasst in einer Ausführungsform das Reinigungssystem ferner: einen Hydrierreaktor zum Umsetzen von Wasserstoff mit Tetrachlorsilan in Gegenwart von metallischem Silicium, um Roh-Trichlorsilan zu gewinnen; und eine Gasleitung zum Überführen der kohlenwasserstoffhaltigen Chlorsilane, die in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt wurden, an den Hydrierreaktor.
Im Verfahren zur Reinigung von Trichlorsilan gemäß der vorliegenden Erfindung wird Trichlorsilan anhand des oben beschriebenen Systems gereinigt.
Ferner wird im Verfahren zum Herstellen von polykristallinem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung Trichlorsilan, das im oben beschriebenen System gereinigt wurde, als Rohmaterial verwendet.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung wurde der Schritt des Umwandelns von Kohlenwasserstoffen, die in einer Chlorsilanfraktion enthalten sind, in Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch thermische Zersetzung im Reinigungssystem vorgesehen, um die Kohlenwasserstoffe leicht zu trennen. Dadurch wird die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch thermische Zersetzung und die Trennung im Zyklus der Reinigung von Trichlorsilan durchgeführt, und es ist nicht notwendig, eine große Menge von Chlorsilanen aus dem System auszuscheiden. Infolgedessen wird die Effizienz der Trichlorsilanherstellung erhöht und das Problem der verringerten Ausbeute an polykristallinem Silicium tritt ebenfalls nicht auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein System, in dem Roh-Trichlorsilan destilliert und gereinigt wird, um hochreines Trichlorsilan herzustellen, und 1B ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein System, in dem ein im Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium erzeugtes Gas destilliert und gereinigt wird, um hochreines Trichlorsilan zu trennen, und das resultierende hochreine Trichlorsilan wieder in den Schritt des Herstellens von polykristallinem Silicium gespeist wird;
2 ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein System, in dem ein aus dem Schritt des Herstellens von Roh-Trichlorsilan eingespeistes Gas gereinigt wird, und das gereinigte Gas als ein Gas zum Herstellen von polykristallinem Silicium als hochreines Trichlorsilan verwendet wird; und ein aus dem Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium ausgeschiedenes Gas gereinigt wird, und das gereinigte Gas wieder in den Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium gespeist und dort verwendet wird;
3 ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer Ausführungsform, in der der Schritt des Herstellens von Roh-Trichlorsilan mindestens einen Hydrierschritt und einen Chlorierungsschritt umfasst;
4 ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer Ausführungsform, in der eine kohlenwasserstoffhaltige Chlorsilanfraktion, die von der Reinigung von Roh-Trichlorsilan getrennt wurde, zusammen mit Tetrachlorsilan und Wasserstoff in einen thermischen Zersetzungsschritt gespeist wird, und die resultierenden chlorsilanhaltigen thermisch zersetzten Kohlenwasserstoffe im Schritt des Herstellens von Roh-Tetrachlorsilan in einen Hydrierschritt gespeist werden; und
5 ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer Ausführungsform, in der Tetrachlorsilan, das nach einer Fällungsreaktion von polykristallinem Silicium wiedergewonnen wurde, durch einen thermischen Zersetzungsschritt in einen Hydrierschritt gespeist wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird das System zur Reinigung von Trichlorsilan gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Trichlorsilan (TCS), das zum Herstellen von polykristallinem Silicium and dergleichen verwendet wird, wird durch Destillieren und Reinigen von Roh-Trichlorsilan hochgradig gereinigt, das in einer Reaktion begleitet von Chlorierung von metallischem Silicium gewonnen wird, und das resultierende hochreine Trichlorsilan wird in den Schritt des Herstellens von polykristallinem Silicium gespeist. Ferner kann, wenn hochreines Trichlorsilan durch Destillieren und Reinigen eines Gases, das im Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium hergestellt wird, das hochreine Trichlorsilan wieder in den Schritt des Herstellens von polykristallinem Silicium gespeist werden.
Jedoch werden Kohlenwasserstoffe, die aus Kohlenstoffverunreinigungen als Nebenprodukt entstehen, die in metallischem Silicium enthalten sind, das als Rohmaterial verwendet wird, wie oben beschrieben in das Roh-Trichlorsilan inkorporiert. Ferner werden Kohlenwasserstoffe, die aus Kohlenstoff als Nebenprodukt entstehen, der in Reaktormaterialien und dergleichen enthalten ist, in ein Gas inkorporiert, das im Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium erzeugt wird. Unter solchen Kohlenwasserstoffen weisen Kohlenwasserstoffe mit ca. 5 Kohlenstoffatomen wie Isopentan Siedepunkte auf, die nahe an dem von Trichlorsilan liegen, das das Ziel der Reinigung ist, und die Trennung dieser Kohlenwasserstoffe von Trichlorsilan ist nicht einfach. Insbesondere liegt der Siedepunkt von Isopentan bei 27,7°C, was extrem nahe am Siedepunkt von Trichlorsilan von 31,8°C ist.
Daher werden diese Kohlenwasserstoffe, die in Roh-Trichlorsilan und in einem Gas enthalten sind, das im Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium erzeugt wird, im Prozess der Reinigung von Trichlorsilan nach und nach konzentriert, selbst wenn die Mengen dieser Kohlenwasserstoffe sehr klein sind. Infolgedessen sind die Kohlenwasserstoffe ein Hindernis bei der hochreinen Reinigung von Trichlorsilan.
In der vorliegenden Erfindung werden in den Chlorsilanen enthaltene Kohlenwasserstoffe durch thermische Zersetzung in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt, um den Unterschied zum Siedepunkt von Trichlorsilan zu erhöhen. Dadurch wird die Trennung von Trichlorsilan leicht gemacht. Es werden Alkane und Alkene, die jeweils 1–4 Kohlenstoffatome aufweisen, als thermisches Zersetzungsprodukt aus Kohlenwasserstoffen erhalten, die 5 Kohlenstoffatome aufweisen, und der Siedepunkt dieser thermischen Zersetzungsprodukte ist niedriger als der von Trichlorsilan. Die Verbindung aus diesen thermischen Zersetzungsprodukten mit dem höchsten Siedepunkt ist cis-2-Buten, das 4 Kohlenstoffatome aufweist, und da der Siedepunkt von cis-2-Buten 3,7°C beträgt, ist der Siedepunktunterschied (ungefähr 28°C) zwischen Trichlorsilan and cis-2-Buten vom Gesichtspunkt der Trennung groß genug. Daher zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, in Chlorsilanen enthaltene Kohlenwasserstoffe durch thermische Zersetzung in Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt umzuwandeln, die 4 oder weniger Kohlenstoffatome aufweisen. Dadurch kann der Siedepunktunterschied wie oben beschrieben ungefähr 28°C oder größer sein.
Somit ermöglicht das System zur Reinigung von Trichlorsilan gemäß der vorliegenden Erfindung das Gewinnen von hochreinem Trichlorsilan aus einer Chlorsilanfraktion, die Kohlenwasserstoffe enthält, indem ein thermischer Zersetzungsreaktor zum thermischen Zersetzen von Kohlenwasserstoffen in einer Chlorsilanfraktion, um die Kohlenwasserstoffe in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umzuwandeln, und ein Destillationsgerät zum Trennen von Trichlorsilan, das in der Chlorsilanfraktion enthalten ist, die vom thermischen Zersetzungsreaktor von anderen Bestandteilen überführt wird.
1A ist ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein System, in dem Roh-Trichlorsilan destilliert und gereinigt wird, um hochreines Trichlorsilan zu erzeugen, und 1B ist ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein System, in dem ein im Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium erzeugtes Gas destilliert und gereinigt wird, um hochreines Trichlorsilan zu trennen, und das resultierende hochreine Trichlorsilan wieder in den Schritt des Herstellens von polykristallinem Silicium gespeist wird.
Chlorsilanhaltige Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Isopentan, Methyltrichlorsilan und Methyldichlorsilan) werden in den Schritt der thermischen Zersetzung (thermischen Zersetzungsreaktor) gespeist und die Kohlenwasserstoffe werden im Reaktor thermisch zersetzt, der auf 300°C bis 1200°C erhitzt wird, und in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt. Dann wird die kohlenwasserstoffhaltige Chlorsilanfraktion, die in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt wurden, an den Reinigungsschritt (Destillationsgerät) überführt und Trichlorsilan wird von den anderen Bestandteilen getrennt.
Wie oben beschrieben werden Kohlenwasserstoffe mit Siedepunkten nahe an dem von Trichlorsilan leicht vom Trichlorsilan getrennt, da die Kohlenwasserstoffe in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt werden, indem sie dem thermischen Zersetzungsschritt unterzogen werden, und ein hochreines Trichlorsilan wird leicht gebildet.
Vorzugsweise kann der in der vorliegenden Erfindung verwendete thermische Zersetzungsreaktor zumindest Isopentan, Methyltrichlorsilan und Methyldichlorsilan in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umwandeln. Dies beruht darauf, dass diese Kohlenwasserstoffe Siedepunkte aufweisen, die nahe an dem von Trichlorsilan liegen, das das Ziel der Reinigung ist, und die Trennung von Trichlorsilan von diesen Kohlenwasserstoffen anhand einer gewöhnlichen Methode nicht einfach ist.
Da die oben beschriebene thermische Zersetzung beispielswiese in Druckbereich von 0,01 bis 2 MPa im Temperaturbereich von 300 bis 1200°C durchgeführt wird, kann der thermische Zersetzungsreaktor ferner vorzugsweise den Druck während der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt im Bereich von 0,01 bis 2 Mpa steuern.
2 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein Kreislaufsystem, in dem die in 1A und 1B gezeigten Schritte kombiniert werden; ein Gas, das aus dem Schritt des Herstellens von Roh-Trichlorsilan gespeist wird, wird gereinigt, und das gereinigte Gas wird als ein Gas zum Herstellen von polykristallinem Silicium als hochreines Trichlorsilan verwendet; und ein aus dem Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium ausgeschiedenes Gas wird gereinigt, und das gereinigte Gas wieder in den Schritt des Ausfällens von polykristallinem Silicium gespeist und dort verwendet.
Es ist anzumerken, dass der in 2 gezeigte Schritt des Herstellens von Roh-Trichlorsilan nur einen aus dem Hydrierschritt (Hydrierreaktor) und dem Chlorierungsschritt (Chlorierungsreaktor) umfassen kann, oder beide Schritte umfassen kann, wie in der in 3 dargestellten Ausführungsform. In diesem Fall werden im Hydrierschritt metallisches Silicium, Tetrachlorsilan und Wasserstoff eingespeist; Wasserstoff wird mit Tetrachlorsilan in Gegenwart von metallischem Silicium umgesetzt, um Trichlorsilan zu gewinnen, das Roh-Trichlorsilan enthält; und eine Gasleitung zum Überführen des Roh-Trichlorsilans zum thermischen Zersetzungsreaktor vorgesehen. Ferner werden im Chlorierungsschritt metallisches Silicium and Chlorwasserstoff eingespeist und es wird Trichlorsilan gewonnen, das Roh-Trichlorsilan enthält.
Ferner kann, wie in der in 4 dargestellten Ausführungsform eine Ausführungsform vorliegen, in der eine Gasleitung zum Einleiten von Tetrachlorsilan und Wasserstoff in den thermischen Zersetzungsreaktor; eine kohlenwasserstoffhaltige Chlorsilanfraktion, die durch die Reinigung von Roh-Trichlorsilan getrennt wird, zusammen mit Tetrachlorsilan und Wasserstoff in einen thermischen Zersetzungsschritt gespeist wird; und die resultierenden chlorsilanhaltigen thermisch zersetzten Kohlenwasserstoffe im Schritt des Herstellens von Roh-Trichlorsilan in einen Hydrierschritt gespeist werden. Es ist anzumerken, dass in diesem Fall bevorzugt die Menge von Wasserstoff ([H₂]), die aus der oben beschriebenen Gasleitung in den thermischen Zersetzungsreaktor eingeleitet wird, so gesteuert werden kann, dass das Verhältnis ([H₂]/[STC]) der Menge des Wasserstoffs ([H₂]) zur Menge des Tetrachlorsilans ([STC]) im Bereich von 1 bis 6 liegt.
Außerdem kann, wie in der in 5 dargestellten Ausführungsform, eine Ausführungsform vorliegen, in der Tetrachlorsilan, das nach einer Fällungsreaktion von polykristallinem Silicium wiedergewonnen wurde, durch einen thermischen Zersetzungsschritt in einen Hydrierschritt gespeist wird. Es ist anzumerken, dass auch in diesem Fall bevorzugt die Menge von Wasserstoff ([H₂]), die aus der oben beschriebenen Gasleitung in den thermischen Zersetzungsreaktor eingeleitet wird, so gesteuert werden kann, dass das Verhältnis ([H₂]/[STC]) der Menge des Wasserstoffs ([H₂]) zur Menge des Tetrachlorsilans ([STC]) im Bereich von 1 bis 6 liegt.
Beispiele
Nachstehend werden in Beispielen und Vergleichsbeispielen bestimmte Beispiele des Umwandelns von Isopentan in einem Testgas in Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch thermische Zersetzung mittels des Systems der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei das Testgas durch Hinzufügen von Isopentan als ein Kohlenwasserstoff zu einem gemischten Gas aus Tetrachlorsilan und Wasserstoff mit einer vorgegebenen Konzentration gewonnen wird.
(Beispiel 1)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter Temperaturbedingungen für thermische Zersetzung von 450 bis 650°C durch ein Quarzrohr geleitet und die Isopentankonzentration im ausgeschiedenen Gas wurde anhand Gaschromatographie (FID-GC) unter Verwendung eines Flammenionisationsdetektors gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.
(Beispiel 2)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter Temperaturbedingungen für thermische Zersetzung von 450 bis 650°C durch ein Quarzrohr geleitet, dessen Innenwand mit reinem Nickel bedeckt war, und die Isopentankonzentration im ausgeschiedenen Gas wurde anhand FID-GC gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.
(Beispiel 3)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter Temperaturbedingungen für thermische Zersetzung von 450 bis 650°C durch ein Quarzrohr geleitet, dessen Innenwand mit SUS316 bedeckt war, und die Isopentankonzentration im ausgeschiedenen Gas wurde anhand FID-GC gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.
(Beispiel 4)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter Temperaturbedingungen für thermische Zersetzung von 450 bis 650°C durch ein Quarzrohr geleitet, dessen Innenwand mit reinem Eisen bedeckt war, und die Isopentankonzentration im ausgeschiedenen Gas wurde anhand FID-GC gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter einer Temperatur für thermische Zersetzung von Raumtemperatur durch ein Quarzrohr geleitet, und die Isopentankonzentration im ausgeschiedenen Gas wurde anhand FID-GC gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Testgas (Tetrachlorsilan:Wasserstoff = 1:6), zu dem Isopentan mit einer Konzentration von 5 ppm hinzugefügt wurde, wurde unter einer Temperatur für thermische Zersetzung von Raumtemperatur durch ein Quarzrohr geleitet, dessen Innenwand mit SUS316 bedeckt war, und die Isopentankonzentration im abgeschiedenen Gas wurde anhand FID-GC gemessen, um den Prozentsatz der Zersetzung von Isopentan zu ermitteln.

Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 2 wurden in Tabelle 1 zusammengefasst. [Tabelle 1]

	Material der Reaktorinnenwand	Prozent Zersetzung von i-C₅H₁₂ bei jeder Temperatur (%)
	Material der Reaktorinnenwand	Raumtemperatur	450°C	530°C	600°C	650°C
Beispiel 1	Quarz	-	68	82	85	91
Beispiel 2	Nickel	-	66	80	84	90
Beispiel 3	SUS316	-	47	68	72	90
Beispiel 4	Eisen	-	43	59	73	91
Vergleichsbeispiel 1	Quarz	0	-	-	-	-
Vergleichsbeispiel 2	SUS316	0	-	-	-	-

Gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen kann bestätigt werden, dass die thermische Zersetzung von Isopentan in Chlorsilanen mit dem Anstieg der Temperatur beschleunigt wird. Ferner kann bestätigt werden, dass die thermische Zersetzung mit der Abnahme des Eisengehalts im Material der Innenwandoberfläche des Reaktors leicht beschleunigt wird. Da der Eisengehalt in SUS316 ungefähr 65 Gew.-% oder weniger beträgt, zeigen die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse zumindest, dass die Verbesserungswirkung des Zersetzungsprozentsatzes von i-C₅H₁₂ beobachtet wird, wenn der Eisengehalt im Innenwandmaterial des thermischen Zersetzungsreaktors 65 Gew.-% oder weniger beträgt. Beispiele für solche Materialien umfassen Incoloy (R) 800 H, dessen Eisengehalt ungefähr 45 Gew.-% beträgt. Als die betreffenden Erfinder einen Versuch in einem thermischen Zersetzungsreaktor unter Verwendung von Incoloy (R) 800 H als Innenwandmaterial durchführten, wurde eine Verbesserung des Zersetzungsprozentsatzes bei 650°C im Vergleich zu den Ergebnissen in einem thermischen Zersetzungsreaktor beobachtet, in dem reines Eisen oder SUS316 als das Innenwandmaterial verwendet wurde. Infolgedessen ist es in der praktischen Anwendung denkbar, dass ein Innenwandmaterial, das einen Eisengehalt von 65% oder darunter aufweist, bevorzugt verwendet wird, und besonders bevorzugt ein Innenraummaterial mit einem Eisengehalt von 50 Gew.-% oder weniger verwendet wird.
Hochreines Trichlorsilan wird unter Verwendung des oben beschriebenen Systems hergestellt und polykristallines Silicium wird unter Verwendung des hochreinen Trichlorsilans als Rohmaterial hergestellt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt Technologie zur Reinigung von Trichlorsilan bereit, bei der es nicht notwendig ist, bei der Herstellung von hochreinem Trichlorsilan aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Chlorsilanfraktion große Mengen von Chlorsilanen aus dem System auszuscheiden, und bei der auch die Reaktionssteuerung leicht durchgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-062212 [0009]
DE 1222481 B [0010]
JP 2012-056836 [0011]

Claims

System zur Reinigung von Trichlorsilan, um hochreines Trichlorsilan aus einer Chlorsilanfraktion zu gewinnen, die Kohlenwasserstoffe umfasst, das System umfassend: einen thermischen Zersetzungsreaktor zum thermischen Zersetzen der Kohlenwasserstoffe in der Chlorsilanfraktion, um die Kohlenwasserstoffe in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umzuwandeln; und ein Destillationsgerät zum Trennen von Trichlorsilan, das in der Chlorsilanfraktion enthalten ist, die vom thermischen Zersetzungsreaktor von anderen Bestandteilen überführt wird.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach Anspruch 1, wobei der thermische Zersetzungsreaktor zumindest Isopentan, Methyltrichlorsilan und Methyldichlorsilan in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umwandeln kann.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach Anspruch 1 oder 2, wobei der thermische Zersetzungsreaktor den Druck während der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt im Bereich von 0,01 bis 2 Mpa steuern kann.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der thermische Zersetzungsreaktor die Temperatur während der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Materialien mit niedrigem Siedepunkt im Bereich von 300 bis 1200°C steuern kann.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Eisengehalt in einem Innenwandmaterial des thermischen Zersetzungsreaktors 65 Gew.-% oder weniger beträgt.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach Anspruch 5, wobei der Eisengehalt im Innenwandmaterial des thermischen Zersetzungsreaktors 50 Gew.-% oder weniger beträgt.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Reinigungssystem eine Gasleitung zum Einleiten von Tetrachlorsilan und Wasserstoff in den thermischen Zersetzungsreaktor umfasst.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach Anspruch 7, wobei die Menge von Wasserstoff ([H₂]), die von der Gasleitung in den thermischen Zersetzungsreaktor einleitet wird, so gesteuert werden kann, dass das Verhältnis ([H₂]/[STC]) der Menge von Wasserstoff ([H₂]) zur Menge von Tetrachlorsilan ([STC]) im Bereich von 1 bis 6 liegt.
System zur Reinigung von Trichlorsilan nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Reinigungssystem ferner umfasst. einen Hydrierreaktor zum Umsetzen von Wasserstoff mit Tetrachlorsilan in Gegenwart von metallischem Silicium, um Roh-Trichlorsilan zu gewinnen; und eine Gasleitung zum überführen der Chlorsilane, die Kohlenwasserstoffe umfassen, die in Materialien mit niedrigem Siedepunkt umgewandelt wurden, an den Hydrierreaktor.
Verfahren zur Reinigung von Trichlorsilan unter Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zum Herstellen von polykristallinem Silicium unter Verwendung von Trichlorsilan, das im System nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Rohmaterial gereinigt wurde.