PL94331B1 - - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15.12.1977 I2 94331 chlorosilany stosowane sa w procesie wytwarzania krzemu przez redukcje wodorem, prowadzona w fazie paro¬ wej. Uzyskany krzem elementarny z tak oczyszczonego chlorosilanu posiada opór wlasciwy powyzej 10000 omów/cm a sumaryczna ilosc zanieczyszczen produktu jest rzedu 1 X 1012 atomów na cm3.Wedlug szwajcarskiego opisu patentowego nr 380092 oczyszczanie trójchlorosilanu z gazów poreakcyjnych prowadzi sie w odstojniku, ochladzajac gazy do temperatury rosy wynoszacej okolo 40°C, nastepnie oddziela sie chlorek glinu i chlorki innych zanieczyszczen, po czym mieszanine trójchlorosilanu i wodoru oziebia sie do temperatury okolo —20°C i oddziela trójchlorosilan, gromadzac go w zbiorniku, a gazy odlotowe zawraca cze¬ sciowo do obiegu.Oczyszczony ta metoda trójchlorosilan zawiera okolo 3*10"5 boru oraz 0,3*10-5 fosforu. Rozwiazanie podane w opisie patentowym USA nr 3216784 polega na chemicznym wiazaniu zanieczyszczen pierwiastków grupy III i V ukladu okresowego, zawartych w chlorosilanach, przez traktowanie ich nadmiarem trójfenylokarbi- nolu, wytracenie osadu nielotnego kompleksu addycyjnego z zanieczyszczeniami i oddzielenie chlorosilanu przez destylacje.Niedogodnoscia procesów bazujacych na chemicznym wydzielaniu kompleksów lub adduktów ze zwiazka¬ mi stanowiacymi zanieczyszczenia, jak borem i fosforem, jest koniecznosc oddzielenia bardzo malych ilosci tych zwiazków, z duzej masy przez rektyfikacje.Rektyfikacja na kolumnach pólkowych w tym przypadku jest utrudniona, ze wzgledu na przerzuty cieczy i porywanie kropel cieczy przez pary, oraz przez wprowadzanie zanieczyszczen pochodzacych z materialów konstrukcyjnych do srodowiska.Przy sladowej ilosci zanieczyszczen, proces rektyfikacji jest nieekonomiczny, z powodu niskiej sprawnosci urzadzen, gdyz wymagane sa kolumny o duzej ilosci pólek i wysokiej zdolnosci rozdzielczej.Celem wynalazku bylo opracowanie tak warunków procesu, aby mozna bylo selektywnie wydzielic trójchlorosilan o wysokiej czystosci, wymaganej dla uzyskania polikrystalicznego krzemu, bezposrednio przez rektyfikacje zanieczyszczonej mieszaniny chlorosilanów.Stwierdzono, ze dotychczasowe trudnosci, zwiazane z oczyszczaniem chlorosilanów od zanieczyszczen to¬ warzyszacych, w metodzie rektyfikacyjnej mozna usunac prowadzac proces w sposób ciagly na kolumnach do¬ stosowanych konstrukcyjnie do wymogów selektywnego rozdzialu sladowych zanieczyszczen, oraz przez wlasci¬ wy dobór tworzyw konstrukcyjnych, uwzgledniajac agresywne dzialanie skladników.Wedlug wynalazku, wydzielanie trójchlorosilanu o wysokim stopniu czystosci, z mieszaniny technicznych chlorosilanów, zanieczyszczonej wyzej wrzacymi chlorowcopochodnymi fosforu i boru, prowadzi sie na drodze rektyfikacji kombinowanej, w której wpierw w kolumnie wyposazonej w pólki o regulowanej temperaturze, przez dyfuzyjna wymiane masy oddziela sie zwiazki fosforu. Po oddzieleniu zwiazków fosforu, mieszanine kieruje sie do drugiej kolumny rektyfikacyjnej, wypelnionej pierscieniami Raschiga, do której doprowadza sie wodór, zwiekszajacy lotnosc zwiazków boru. W kolumnie tej zachodzi kondensacja trójchlorosilanu, kontrolowa¬ na przez regulacje temperatury. Skondensowany trójchlorosilan wprowadza sie do kolumny trzeciej, wyposazo¬ nej w zestaw rur teflonowych. W tej kolumnie zachodzi destylacja filmowa, gdzie w splywajacej'po powierzchni rur teflonowych warstewce filmu, nastepuje dyfuzyjne wzbogacenie par trójchlorosilanu. Nad wyparka tej kolum¬ ny odbiera sie czysty trójchlorosilan, natomiast zwiazki nizej wrzace od trójchlorosilanu odprowadza sie z górnej czesci kolumny i zawraca do drugiej kolumny rektyfikacyjnej.Dla zwiekszenia stezenia sladowych ilosci zwiazków boru i fosforu, pomiedzy poszczególnymi kolumnami, w procesie wedlug wynalazku, stosuje sie nawroty trójchlorosilanu w postaci strumienia górnego lub dolnego tak dobranego, aby strumien zasadniczy stanowil 30—70% przeplywu masowego przez kolumne.Wychodzacy z ostatniej kolumny strumien oczyszczonego trójchlorosilanu miesza sie w odpowiednim sto¬ sunku z wodorem i kieruje do pieca redukcyjnego, w którym zostaje on zredukowany do krzemu polikrystalicz¬ nego o wysokiej czystosci.Schemat procesu technologicznego prowadzonego wedlug wynalazku, przedstawiony jest na zalaczonym rysunku, na którym pokazano kierunki strumieni technologicznych. W procesie tym strumien technicznych chlo¬ rosilanów wprowadza sie do kuba 1 kolumny pierwszej, wyposazonego w ogrzewane pólki, zaopatrzone w regula¬ tory temperatury. Czesc 2 kolumny stanowi Segment rurowy, wypelniony pierscieniami teflonowymi, który zakonczony jest deflegmatorem.Kolumna druga wypelniona jest pierscieniami Raschiga 3 i dzieli sie na czesc dolna i górna.Strumien chlorosilanów z kolumny pierwszej doprowadzony jest ponizej górnej czesci wypelnienia, zas strumien wodoru ponizej dolnej czesci wypelnienia do kolumny drugiej. Kolumna trzecia ma konstrukcje kolum¬ ny filmowej ociekowej, a we wnetrzu jej znajduje sie szereg elementów stanowiacych baterie rur teflonowych 4. *¦*94331 3 W tej kolumnie zachodzi dyfuzyjne odparowywanie zwiazków lotnych i wzbogacanie w pewnych fragmen¬ tach kolumny stezen zanieczyszczen skladowych, które w sladowych ilosciach przeszly z kolumny drugiej, glównie zwiazków fluoru i boru. Czysty trójchlorosilan z procesu wydzielania miesza sie w aparacie 5 z wodorem w stosunku potrzebnym w procesie redukcji SiHCl3 do Si.W metodzie wedlug wynalazku, wprowadza sie do kuba 1 kolumny pierwszej, techniczne chlorosilany oraz wywary z kolumn drugiej i trzeciej wzbogacone w SiCl4 i PC13. Ze szczytu tej kolumny, zaopatrzonej w defleg- mator pracujacy w temperaturze powyzej 20°C, odbiera sie SiHCl3, który kieruje sie do dalszego oczyszczania od sladowych zanieczyszczen BC13 na kolumne druga. Do kolumny drugiej wprowadza sie takze zawracany ze szczytu kolumny trzeciej strumien zawierajacy slady BC13 w SiHCl3.Kolumna druga równiez zakonczona jest deflegmatorem pracujacym w temperaturze powyzej 20°C.Z górnej czesci kolumny drugiej wyprowadza sie ciekly strumien SiHCl3, w którym zawartosc BC13 wynosi okolo 0,05% wagowych. Ponizej dolnej czesci wypelnienia kolumny drugiej wprowadza sie strumien wodoru, który ma za zadanie zwiekszenie lotnosci BC13.Strumien S1HCI3 odbierany jest znad kuba kolumny drugiej ijcierowany do kolumny trzeciej, ociekowej, w której zachodzi ostateczne oczyszczanie od sladów PC13 i sladów wyzej wrzacych chlorosilanów. Odbierany z kolumny trzeciej czysty SiHCl3, zawiera ponizej 10"7% BC13 i 10"9% PCI 3 i kierowany jest do procesu re¬ dukcji. Pozwala on na uzyskanie polikrysztalu krzemu o opornosci powyzej 200 omów na cm i odpowiada wymogom stawianym materialom stosowanym do wytwarzania elementów pólprzewodnikowych.W wywarze z kolumny trzeciej znajduje sie do 0,01% wagowych PC13. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wydzielania trójchlorosilanu o wysokiej czystosci z mieszaniny chlorosilanów zanieczyszczonej chlorkami pierwiastków grupy III i V ukladu okresowego pierwiastków, zwlaszcza trójchlorkami fosforu i boru, na drodze rektyfikacji, znamienny tym, ze mieszanine techniczna chlorosilanów wprowadza sie do pier¬ wszej kolumny rektyfikacyjnej wypelnionej pierscieniami teflonowymi, w której przez dyfuzyjna wymiane masy, prowadzona na pólkach z oddzielna regulacja temperatury, w kubie kolumny rektyfikacyjnej, wydzielaja sie zanieczyszczenia wyzej wrzace, a uchodzacy góra trójchlorosilan o temperaturze powyzej 20°C, kieruje sie do drugiej kolumny rektyfikacyjnej i kontaktuje z wodorem, który unosi lotne zwiazki boru, zas trójchlorosilan poddaje sie kondensacji kontrolowanej za pomoca temperatury, po czym kieruje sie go do kolumny rektyfikacyj¬ nej ociekowej, we wnetrzu której wbudowane sa odpowiednio rozmieszczone segmenty ukladów rurek teflono- wych, na których oddziela sie sladowe ilosci zwiazków fluoru i boru ze szczytu i dna kolumny, a znad wyparki kolumny odbiera sie trójchlorosilan zawierajacy ponizej 10"7% wagowych BC13 i 10"9% wagowych PC13, przy czym pomiedzy poszczególnymi kolumnami stosuje sie nawroty trójchlorosilanu w postaci strumienia górnego lub dolnego, a proces rektyfikacji prowadzi sie w sposób ciagly.94 331 ZantociifSZtienin wy/e/ uriace Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl PL