RU2078034C1 - Method for production of high-purity polycrystalline silicon - Google Patents

Method for production of high-purity polycrystalline silicon Download PDF

Info

Publication number
RU2078034C1
RU2078034C1 RU93003305A RU93003305A RU2078034C1 RU 2078034 C1 RU2078034 C1 RU 2078034C1 RU 93003305 A RU93003305 A RU 93003305A RU 93003305 A RU93003305 A RU 93003305A RU 2078034 C1 RU2078034 C1 RU 2078034C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
sif
hydrogen
sio
polycrystalline silicon
Prior art date
Application number
RU93003305A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93003305A (en
Inventor
В.А. Карелин
Original Assignee
Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" filed Critical Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина"
Priority to RU93003305A priority Critical patent/RU2078034C1/en
Publication of RU93003305A publication Critical patent/RU93003305A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2078034C1 publication Critical patent/RU2078034C1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: silicon production. SUBSTANCE: alkali or alkali-earth metal silicofluoride is thermally decomposed to yield silicon tetrafluoride, which is subjected to absorption purification in organic solution followed by converting silicon tetrafluoride into silicon dioxide and then into silicon monoxide. The latter is reduced with hydrogen at 500-600 C into polycrystalline silicon. EFFECT: increased yield and improved environmental condition.

Description

Изобретение относится к способам физико-химического получения вещества и может быть использовано в народном хозяйстве при производстве поликристаллического кремния высокой чистоты для полупроводниковой техники. The invention relates to methods for physicochemical production of a substance and can be used in the national economy in the production of high-purity polycrystalline silicon for semiconductor technology.

Известны различные способы получения кремния (патенты США N 4529576, заявл. 27.12.82; N 453457, опублик. 16.07.85, кл. C 01 B 33/02 и N 4446120, кл. C 01 B33/02) с использованием в качестве исходного соединения отходов производства фосфатных удобрений, содержащих кремнефтористоводородную кислоту (H2SiF6). Раствор кремнефтористовородной кислоты обрабатывают фторидом щелочного металла, например фторидом натрия, осаждают кремнефторидом натрия (Na2SiF6) по реакции
H2SiF6+2NaF __→ Na2SiF6+2HF
осадок отмывают, высушивают и затем разлагают с выделением газообразного тетрафторида кремния (SiF4) при 650oC по реакции
Na2SiF6 __→ SiF4+2NaF
В реактор для получения кремния одновременно подают в стехиометрическом соотношении расплава металлического натрия и газовую смесь, содержащую 10% охлажденного SiF4 и 90% аргона подогретого до 300 600oC. Процесс проводят по реакции
SiF4+4Na __→ Si+4NaF
По этому способу очистка кремния осуществляется за счет извлечения примесей в расплав фторида натрия.
Various methods for producing silicon are known (US Pat. Nos. 4,529,576, Dec. 27.12.82; N 453457, published. 07.16.85, CL C 01 B 33/02 and N 4446120, CL C 01 B33 / 02) using as the original compound of the waste production of phosphate fertilizers containing hydrofluoric acid (H 2 SiF 6 ). A solution of hydrofluoric acid is treated with alkali metal fluoride, for example sodium fluoride, precipitated with sodium silicofluoride (Na 2 SiF 6 ) by reaction
H 2 SiF 6 + 2NaF __ → Na 2 SiF 6 + 2HF
the precipitate is washed, dried and then decomposed with the release of gaseous silicon tetrafluoride (SiF 4 ) at 650 o C by reaction
Na 2 SiF 6 __ → SiF 4 + 2NaF
A silicon melt of metal sodium and a gas mixture containing 10% chilled SiF 4 and 90% argon heated to 300 600 o C are simultaneously fed to the silicon production reactor in a reactor for the production of silicon. The process is carried out by reaction
SiF 4 + 4Na __ → Si + 4NaF
According to this method, silicon is purified by extraction of impurities in the sodium fluoride melt.

Однако однократная очистка от примесей в расплаве не обеспечивает получение кремния полупроводниковой чистоты. В заявках Японии N 57-11815, заявл. 24.06.80, кл. C 01 B 33/02); N 55-84649, опублик. 21.01.82, кл. C 01 B 33/02 описан способ получения кремния 99,9 чистоты, заключающейся в смешивании порошкообразного кремнефторида натрия (содержащие основного вещества 95) с гранулами металлического алюминия (содержание основного вещества 99,9) и нагреве смеси при 560oC в течении 1 ч в электропечи. Процесс протекает по реакции
3Na2SiF6+4Al __→ 3Si+4AlF3+6NaF
Далее продукты реакции обрабатывают водным 10-ным раствором соляной кислоты, остатки нагревают до 1200oC с целью извлечения AlF3.
However, a single purification from impurities in the melt does not provide silicon semiconductor purity. In the applications of Japan N 57-11815, stated. 06/24/80, class C 01 B 33/02); N 55-84649, published. 01/21/82, cl. C 01 B 33/02 describes a method for producing 99.9 purity silicon, which consists in mixing powdered sodium silicofluoride (containing 95 basic substance) with aluminum metal granules (99.9 basic substance content) and heating the mixture at 560 o C for 1 h in an electric furnace. The process proceeds according to the reaction.
3Na 2 SiF 6 + 4Al __ → 3Si + 4AlF 3 + 6NaF
Next, the reaction products are treated with an aqueous 10% hydrochloric acid solution, the residues are heated to 1200 o C in order to extract AlF 3 .

Основным недостатком данного способа является низкая чистота получающегося кремния. Кремний не пригоден для использования в полупроводниковой технике. The main disadvantage of this method is the low purity of the resulting silicon. Silicon is not suitable for use in semiconductor technology.

По способу, описанному в заявке Япония N 63-74910 "Получение тетрафторида кремния высокой чистоты", кл. C 01 B 33/10 кремнефторид металла, например Na2SiF6, подвергают термообработке при температуре ниже температуры разложения соли при давлении ≅ 20 мм рт. ст. Таким образом, происходит дополнительная очистка тетрафторида кремния от легко летучих примесей.According to the method described in Japanese application N 63-74910 "Obtaining high purity silicon tetrafluoride", cl. C 01 B 33/10 metal silicofluoride, for example Na 2 SiF 6 , is subjected to heat treatment at a temperature below the decomposition temperature of the salt at a pressure of ≅ 20 mm RT. Art. Thus, additional purification of silicon tetrafluoride from volatile impurities occurs.

Этот способ не обеспечивает очистку от труднолетучих примесей. Получение кремния проводят путем восстановления тетрафторида кремния металлическим натрием. This method does not provide cleaning from hardly volatile impurities. The preparation of silicon is carried out by reducing silicon tetrafluoride with sodium metal.

По способу, описанному в заявке Япония N 61-28604 "Способ получения кремния высокой степени чистоты", опублик. 1986, кл. C 01 B 33/10, осуществляют восстановление галогенидов кремния (в основном хлоридов) и галогензамещенных силанов газообразным водородом, предварительно нагретым до температуры более 500oC. Этим способом можно получить кремний высокой степени чистоты при использовании в процессе предварительной очищенных от примесей галогенидов (хлоридов) кремния и галогензамещенных (хлоридзамещенных) силанов.By the method described in Japanese application N 61-28604 "Method for producing high purity silicon", published. 1986, cl. C 01 B 33/10, carry out the reduction of silicon halides (mainly chlorides) and halogen-substituted silanes with gaseous hydrogen preheated to a temperature of more than 500 o C. In this way it is possible to obtain silicon of high purity when using in the process pre-purified from impurities halides (chlorides ) silicon and halogen-substituted (chloride-substituted) silanes.

Получение кремния путем восстановления тетрафторида кремния водородом термодинамически невозможно. Obtaining silicon by reducing silicon tetrafluoride with hydrogen is thermodynamically impossible.

Способ, описанный в заявке ФРГ N 053206766, опублик. 09.01.83, "Способ получения кремния, используемого в солнечных батареях", кл. G 01B 33/02), заключается в восстановлении SiO2 в пламени электрической дуги. Для получения двуокиси кремния кремнефторид натрия (Na2SiF6) подвергают термическому разложению с получением NaF и SiF4, а последний подвергают гидролизу в щелочном растворе. Для снижения содержания бора SiF4 пропускают через раствор диоксида C4H9O2.The method described in the application of Germany N 053206766, published. 01/09/83, "A method of producing silicon used in solar panels", cl. G 01B 33/02), consists in the reduction of SiO 2 in a flame of an electric arc. To obtain silicon dioxide, sodium silicofluoride (Na 2 SiF 6 ) is subjected to thermal decomposition to obtain NaF and SiF 4 , and the latter is hydrolyzed in an alkaline solution. To reduce the boron content, SiF 4 is passed through a solution of C 4 H 9 O 2 dioxide.

Однако при гидролизе SiF4 в щелочном растворе не происходит очистки SiO2 до полупроводниковой чистоты. Кроме того, при восстановлении SiO2 в пламени электрической дуги происходит загрязнение кремния примесями из-за эрозии электродов. В заявках ФРГ N 3228177 (заявл. 28.07.82, кл. C 01 B 33/02), N P 3228177.3 (опублик, 09.02.84, кл. C 01 B 33/02) для получения металлического кремния в качестве исходного продукта используют чистый SiF4, который переводят в Na2SiF6 растворением в воде и осаждением с помощью NaF по реакциям
3SiF4+2H2O __→ SiO2+2H2SiF6
H2SiF6+NaF __→ Na2SiF6+HF
Перекристаллизацией при 26oC очищают Na2SiF6 от выбора и его соединений, термическим разложением с воздухом получают SiO2
Na2SiF6 __→ SiF4+2NaF
SiF4+O2 __→ SiO2+2F2
Полученный SiO2 восстанавливают чистым углеродом до кремния по реакции
SiO2+2C __→ Si+2CO
Данный способ обладает двумя недостатками:
чистота получающегося кремния определяется чистотой углерода, использующегося для восстановления;
сложность отделения кремния от избытка углерода.
However, the hydrolysis of SiF 4 in an alkaline solution does not purify SiO 2 to semiconductor purity. In addition, during the reduction of SiO 2 in an electric arc flame, silicon is contaminated with impurities due to erosion of the electrodes. In the applications of Germany N 3228177 (declared. 28.07.82, class C 01 B 33/02), NP 3228177.3 (published, 09.02.84, class C 01 B 33/02) to obtain metallic silicon, pure SiF 4 , which is converted to Na 2 SiF 6 by dissolution in water and precipitation with NaF according to the reactions
3SiF 4 + 2H 2 O __ → SiO 2 + 2H 2 SiF 6
H 2 SiF 6 + NaF __ → Na 2 SiF 6 + HF
By recrystallization at 26 ° C, Na 2 SiF 6 is purified from choice and its compounds, and SiO 2 is obtained by thermal decomposition with air
Na 2 SiF 6 __ → SiF 4 + 2NaF
SiF 4 + O 2 __ → SiO 2 + 2F 2
The resulting SiO 2 is reduced with pure carbon to silicon by the reaction
SiO 2 + 2C __ → Si + 2CO
This method has two disadvantages:
the purity of the resulting silicon is determined by the purity of the carbon used for reduction;
the difficulty of separating silicon from excess carbon.

В заявке ЕПВ (EP) N 0087732, опублик. 07.03.83 г. кл. C 01 B 33/01 получают кремний восстановлением SiO2 углеродом. SiO2 получают термическим разложением гексафторсиликата натрия на фторид натрия и тетрафторид кремния, который затем обрабатывают в щелочном (аммиачном) растворе
Na2SiF6 __→ SiF4+2NaF SiF4+4NaOH __→ SiO2+4NaF+2H2O
или
SiF4+4NH4OH __→ SiO2+4NH4F+2H2O SiO2+2C __→ Si+2CO
Этот способ обладает теми же недостатками, что и предыдущий.
In application EPO (EP) N 0087732, published. 03/07/83 c. C 01 B 33/01 obtain silicon by reduction of SiO 2 carbon. SiO 2 is obtained by thermal decomposition of sodium hexafluorosilicate to sodium fluoride and silicon tetrafluoride, which is then treated in an alkaline (ammonia) solution
Na 2 SiF 6 __ → SiF 4 + 2NaF SiF 4 + 4NaOH __ → SiO 2 + 4NaF + 2H 2 O
or
SiF 4 + 4NH 4 OH __ → SiO 2 + 4NH 4 F + 2H 2 O SiO 2 + 2C __ → Si + 2CO
This method has the same disadvantages as the previous one.

Широко распространенным лабораторным способом получения кремния (Некрасов Б. В. Курс общей химии. М. 1952) является восстановление магнием двуокиси кремния
2Mg+SiO2 __→ 2MgO+Si
В случае избытка магния кремний образует силицид магния Mg2Si. Во избежании образования силицида для реакции берут металлический магний и диоксид кремния в количествах, строго отвечающих стехиометрическому уровнению. Чтобы реакция протекала без взрыва, и регулирующей смеси добавляют 25 оксида магния. Для освобождения от MgO и непрореагировавшего SiO2 продукт реакции последовательно обрабатывают соляной и плавиковой кислотами.
A widespread laboratory method for producing silicon (B. Nekrasov. General chemistry course. M. 1952) is the reduction of silicon dioxide by magnesium
2Mg + SiO 2 __ → 2MgO + Si
In the case of excess magnesium, silicon forms magnesium silicide Mg 2 Si. In order to avoid the formation of silicide for the reaction, metallic magnesium and silicon dioxide are taken in quantities that strictly correspond to the stoichiometric level. So that the reaction proceeds without explosion, 25 magnesium oxide is added to the control mixture. To liberate from MgO and unreacted SiO 2, the reaction product is successively treated with hydrochloric and hydrofluoric acids.

Помимо магния, в качестве восстановителя можно применять другие щелочноземельные и щелочные металлы, а вместо двуокиси кремния можно использовать галогениды кремния. In addition to magnesium, other alkaline earth and alkali metals can be used as a reducing agent, and silicon halides can be used instead of silicon dioxide.

В патенте США N 4208978, кл C 01 B 33/02 описан способ получения поликристаллического кремния полупроводниковой чистоты из кремнефтористых соединений (H2SiF6, SiF4), являющихся побочными продуктами производства фосфорных удобрений, элементарного фосфора или фосфорных кислот. Этот способ разработан двумя американскими фирмами "Allied Chem. Corp." и "Ethyl Corp."
В основе технологии получения поликристаллического кремния полупроводниковой чистоты лежат реакции превращения SiF4 в моносилан SiH4 с последующим разложением моносилана на кремний и водород.
US Pat. No. 4,208,978, class C 01 B 33/02, describes a method for producing polycrystalline silicon of semiconductor purity from silicofluoride compounds (H 2 SiF 6 , SiF 4 ), which are by-products of the production of phosphoric fertilizers, elemental phosphorus or phosphoric acids. This method was developed by two American firms "Allied Chem. Corp." and Ethyl Corp.
The technology for producing polycrystalline silicon of semiconductor purity is based on the reaction of converting SiF 4 into monosilane SiH 4 with the subsequent decomposition of monosilane into silicon and hydrogen.

Известны процессы конверсии SiH4 при помощи гидридов-NaH, NaAlH4 или LiAlH4, описанные в (Белов Е. П. Лебедев Е. Н. Григораш Ю. П. Монсилан в технологии полупроводниковых материалов. М. НИИТЭХИМ, 1989). Гидрид, например NaH, суспендируют в растворителе типа дифенилового эфира, и через раствор барботируют SiF4 или его смесь с азотом в соотношении 1:1. Полная конверсия происходит при 520 531K. Установлено, что SiF4 может реагировать с NaF с образованием Na2SiF6 только после расхода всего гидрида.Known processes of Conversion SiH 4 by hydride-NaH, NaAlH 4 or LiAlH 4 as described in (Belov E. P. N. Lebedev E. Grigorash YP Monsilan in semiconductor technology material. NIITEKHIM M., 1989). A hydride, for example NaH, is suspended in a diphenyl ether type solvent, and SiF 4 or its mixture with nitrogen is bubbled through the solution in a 1: 1 ratio. Complete conversion occurs at 520 531K. It has been established that SiF 4 can react with NaF to form Na 2 SiF 6 only after all hydride is consumed.

Аналогичный процесс фирмы "Ethyl Corp." основан на реакции
SiF4+NaAlH4 __→ SiH4+NaF+AlF3
Растворителем для натрийалюминийгидрида может служить диметиловый эфир или диэтиленгликоль. Реакция протекает при 323 333K.
A similar process for Ethyl Corp. based on reaction
SiF 4 + NaAlH 4 __ → SiH 4 + NaF + AlF 3
The solvent for sodium aluminum hydride can be dimethyl ether or diethylene glycol. The reaction proceeds at 323 333K.

Исследовали также процесс получения моносилана путем взаимодействия тетрафторида кремния с литийалюминийгидридом
SiF4+LiAlH4 __→ SiH4+LiF+AlF3
Установлено, что для проведения этого процесса необходимо брать 20%-ный избыток литийалюминийгидрида по отношению к стехиометрии. Реакция протекает при 323 333>K и давлении 3,9 • 105 Па. Выход моносилана составляет 97
Недостатком данного способа является взрывоопасность используемых в технологии соединений кремния, например SiH4, который при контакте с кислородом воздуха горит, а также органических растворителей дифенилового или диметилового эфиров, используемых в качестве растворителей гидридов для получения моносилана. Недостатком способа является также процесс получения гидридов, например гидрида натрия, путем взаимодействия натрия и водорода в ксилоле высокая пожаровзрывоопасность процессе.
The process of producing monosilane by the interaction of silicon tetrafluoride with lithium aluminum hydride was also investigated.
SiF 4 + LiAlH 4 __ → SiH 4 + LiF + AlF 3
It was found that for this process it is necessary to take a 20% excess of lithium aluminum hydride with respect to stoichiometry. The reaction proceeds at 323 333> K and a pressure of 3.9 • 10 5 Pa. The output of monosilane is 97
The disadvantage of this method is the explosiveness of silicon compounds used in the technology, for example SiH 4 , which burns upon contact with oxygen, as well as organic solvents of diphenyl or dimethyl ethers used as solvents for hydrides to produce monosilane. The disadvantage of this method is the process of producing hydrides, for example sodium hydride, by the interaction of sodium and hydrogen in xylene, a high fire and explosion hazard process.

Известен способ производства поликристаллического кремния для полупроводниковой техники из технического кремния (Проект Таш-Кумырского завода полупроводниковых материалов. Разработан Государственным научно-исследовательским и проектным институтом (ГИРЕДМЕТ) и утвержден Минцветметом 31.12.82, протокол N 166). В этом способе кусковой технический кремний в начале дробят, измельчают до пылевидного состояния, затем хлорируют безводным хлористым водородом. Безводный хлористый водород получают путем взаимодействия предварительно тщательно высушенных водорода и хлора, который берут в двухкратном избытке по отношению к водороду. Выход хлористого водорода составляет 35
Из парогазовой фазы различных хлоридов кремния и хлорзамещенных силанов выделяют трихлорсилан, подвергают его ректификационной очистке и затем восстанавливают водородом до элементарного кремния в конденсированной фазе по реакции
SiHCl+H2 __→ Si+3HCl
Описанный способ является наиболее широко распространенным при производстве поликристаллического кремния для полупроводниковой техники. Этот способ, как и предлагаемый, включает получение поликристаллического кремния из его соединений путем восстановления соединения кремния (SiNCl3) водородом, поэтому он принят как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому положительному эффекту в качестве прототипа.
A known method for the production of polycrystalline silicon for semiconductor technology from technical silicon (Project of the Tash-Kumyrsky Semiconductor Materials Plant. Developed by the State Scientific Research and Design Institute (GIREDMET) and approved by the Ministry of Color and Metrology on 31.12.82, protocol No. 166). In this method, lump technical silicon is initially crushed, pulverized, then chlorinated with anhydrous hydrogen chloride. Anhydrous hydrogen chloride is obtained by reacting previously thoroughly dried hydrogen and chlorine, which is taken in a twofold excess with respect to hydrogen. The yield of hydrogen chloride is 35
Trichlorosilane is isolated from the vapor-gas phase of various silicon chlorides and chlorine-substituted silanes, subjected to distillation purification, and then reduced with hydrogen to elemental silicon in the condensed phase by reaction
SiHCl + H 2 __ → Si + 3HCl
The described method is the most widespread in the production of polycrystalline silicon for semiconductor technology. This method, as proposed, involves the preparation of polycrystalline silicon from its compounds by reducing the silicon compound (SiNCl 3 ) with hydrogen, therefore, it is accepted as the closest in technical essence and achieved positive effect as a prototype.

Недостатками способа-прототипа являются низкие технико-экономические показатели и из-за низкой коррозионной стойкости оборудования в хлоридных средах высокая экологическая загрязняемость окружающей среды элементарным хлором, хлористым водородом, кремнехлористая соединениями и гексахлорбутадиеном. The disadvantages of the prototype method are low technical and economic indicators and due to the low corrosion resistance of equipment in chloride environments, high environmental environmental pollution by elemental chlorine, hydrogen chloride, silicon chloride compounds and hexachlorobutadiene.

Цель изобретения повышение прямого выхода поликристаллического кремния и обеспечение экологической чистоты промышленного производства поликристаллического кремния. The purpose of the invention is to increase the direct yield of polycrystalline silicon and to ensure environmental cleanliness of the industrial production of polycrystalline silicon.

Для этого осуществляют восстановление монооксида кремния предварительно очищенным водородом при 500 600oC.To do this, carry out the restoration of silicon monoxide pre-purified hydrogen at 500 600 o C.

Далее способ-прототип и предлагаемый способ рассматриваются на конкретных примерах, начиная с сырьевых соединений, являющихся веществами, производными в промышленных количествах. В способе-прототипе исходные сырьем является технический кремний, а в заявляемом способе кремнефтористые соединения, например кремнефторид натрия, получающиеся в виде отхода при добыче апатитов и их переработке в фосфорную кислоту и минеральные удобрения. Further, the prototype method and the proposed method are considered with specific examples, starting with raw materials, which are substances derived in industrial quantities. In the prototype method, the initial raw material is technical silicon, and in the inventive method, silicofluoride compounds, for example sodium silicofluoride, obtained as waste in the extraction of apatites and their processing into phosphoric acid and mineral fertilizers.

Пример 1 (способ-прототип). Исходное сырье: кусковой технический кремний марок Кр 1, Кр 0 или Кр 00; жидкий хлор, гексахлорбутадиен, сода; газообразный водород. Example 1 (prototype method). Raw materials: lump technical silicon of grades Кр 1, Кр 0 or Кр 00; liquid chlorine, hexachlorobutadiene, soda; hydrogen gas.

1 кг кускового технического кремния марок Кр 1, Кр 0 или Кр 00 дробят в щековой, конусной или шаровой дробилках до пылеобразного состояния. Из жидкого хлора и газообразного водорода при температуре стенки печи 430oC готовят безводный хлористый водород, который 290-350oC хлорируют измельченный кремний. Процесс происходит по реакциям

Figure 00000001

В процессе синтеза протекают и другие реакции с образованием полисиланхлоридов кремния, хлоридов металлов примесей технического кремния и ряда других соединений. Реактор кипящего слоя выводится на ремонт через ≈ 700 ч работы, так как он прогорает. Шлаки периодически выводятся в кюбель и в отвал. Парогазовая смесь, содержащая H2,HCl, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, SiCl4, полисиланхлориды, хлориды металлов, кремниевую пыль направляется на три последовательных циклотронных пылеосодителя, работающие при 180oC, а затем на рукавные фильтры с несколькими слоями алюмомагнезиальной стеклоткани (при 110 150oC).1 kg of lump technical silicon of grades Кр 1, Кр 0 or Кр 00 is crushed in a jaw, cone or ball crusher to a dust-like state. Anhydrous hydrogen chloride is prepared from liquid chlorine and gaseous hydrogen at a furnace wall temperature of 430 ° C, which is ground chlorinated at 290-350 ° C. The process takes place according to the reactions
Figure 00000001

In the synthesis process, other reactions also occur with the formation of silicon polysilane chlorides, metal chlorides, impurities of industrial silicon and a number of other compounds. The fluidized bed reactor is brought out for repair after ≈ 700 hours of operation, since it burns out. Slags are periodically discharged into the cube and dump. A gas-vapor mixture containing H 2 , HCl, SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 4 , polysilane chlorides, metal chlorides, silicon dust is sent to three successive cyclotron dust separators operating at 180 o C, and then to bag filters with several layers of alumomagnesia fiberglass (at 110 150 o C).

Парогазовая смесь из рукавных фильтров проходит последовательную очистку в посадочных колоннах, орошаемых смесью 90 SiCl4 и конденсатом полихлоридов. Далее парогазовая смесь направляется на узел конденсации смеси хлоридов. Несконденсированная парогазовая смесь улавливается гексахлорбутадиеном и нейтрализуется содовым раствором.The vapor-gas mixture from bag filters is sequentially cleaned in planting columns irrigated with 90 SiCl 4 mixture and polychloride condensate. Next, the gas-vapor mixture is sent to the condensation unit of the chloride mixture. The non-condensed vapor-gas mixture is captured by hexachlorobutadiene and neutralized by a soda solution.

Смесь хлорсиланов и хлоридов после предварительного отстоя и разделения проходит глубокую ректификационную очистку. A mixture of chlorosilanes and chlorides, after preliminary sedimentation and separation, undergoes a deep distillation treatment.

Затем проводят водородное восстановление кремния из очищенного трихлорсилана с получением поликристаллического кремния. Then, hydrogen reduction of silicon from purified trichlorosilane is carried out to obtain polycrystalline silicon.

В способе-прототипе выход поликристаллического кремния из технического кремния составляет не более 30 расход жидкого хлора не менее 200 к стехиометрии. In the prototype method, the output of polycrystalline silicon from technical silicon is not more than 30; the consumption of liquid chlorine is not less than 200 to stoichiometry.

Пример 2 (предлагаемый способ). Исходное сырье: технический кремнефторид натрия; высокоочищенный пар; высокоочищенный водород. Example 2 (the proposed method). Raw materials: technical sodium silicofluoride; highly purified steam; highly purified hydrogen.

Для решения задачи изобретения в качестве исходного сырья предлагается использовать кремнефторид натрия, получающийся в виде отходов при добыче апатитов и их переработке в фосфорную кислоту и минеральные удобрения. To solve the problem of the invention, it is proposed to use sodium silicofluoride obtained as waste during the extraction of apatites and their processing into phosphoric acid and mineral fertilizers as a feedstock.

Исходный порошок технического кремнефторида натрия через затвор из порошка подают с помощью шнекового питателя в наклонную вращающуюся печь при температуре стенки печи 550 600oC. Печь перед началом процесса продувают азотом для удаления влажного воздуха, так как образующийся при термическом разложении кремнефтора натрия тетрафторид кремния в присутствии влаги гидролизуется. Образующийся газообразный тетрафторид кремния отводят из печи в ресивер, а второй продукт процесса фторид натрия выгружают из печи в герметичный бункер. Выход кремния в тетрафторид составляет 99,9 99,95
Тетрафторид кремния очищают от примесей путем абсорбции в этилен-гликоль с использованием сорбционной колонны тарельчатого типа. Прямой выход кремния в очищенный тетрафторид составлял 99,90 99,99%
Очищенный до содержания примесей 10-6 10-7 тетрафторид кремния подают в ресивер или закачивают в баллоны. Затем очищенный тетрафторид кремния контактируют с предварительно очищенным от примесей паром с образованием диоксида кремния по реакции
SiF4+2H2O _→ SiO2+4HF
Для полноты протекания процесса пар подают с 5 10-ным избытком по сравнению со стехиометрией. Температура процесса составляет 250 -350oC. Образовавшийся порошок диоксида кремния отделяют от безводного фтористого водорода и 5 10%-ного избытка пара (относительно стехиометрии) на металлокерамическом фильтре при температуре 150 -200oC. Содержание примесей в полученном диоксиде кремния не превышает 10-6-10-7% Выход диоксида кремния составляет 99,7 99,9
Затем проводят восстановление отделенного от газовой фазы диоксида кремния предварительно очищенным водородом в плазменной струе с получением моноокиси кремния (SiO) при термическом разложении SiO2 при 1 атм в интервале температур 4400 4800oC. Быстрая закалка продуктов разложения SiO2 с температуры 4800oC до температуры ниже начала диспропорционирования твердой моноокиси кремния (≈400oC) позволит ее получить. Содержание примесей в получающемся монооксиде кремния не превышает 10-6 10-7%
Для получения высокочистого порошка поликристаллического кремния осуществляют восстановление моноокиси кремния предварительно очищенным и осушенным водородом. Содержание примесей в водороде не более 10-7% Процесс протекает по реакции
SiO+H2 __→ Si+H2O
Процесс осуществляют в герметичном сосуде, в который помещают порошок моноокиси кремния, откачивают воздух и заполняют сосуд водородом. Водород подают с 5 10-ным избытком относительно стехиометрии. Затем сосуд нагревают до температуры 550oC. Процесс проводят в течение 30 минут. После окончания процесса реакционный сосуд охлаждают до 120oC, образовавшийся пар и 5 10-ный избыток водорода откачивают из реакционного сосуда. Содержание примесей в получающемся поликристаллическом кремнии не превышало 10-6 10-7 Выход поликристалличеаского кремния составил 99,5 99,9% Общий выход кремния из кремнефторида натрия составил 99,4 99,5
Ожидаемый эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в получении дешевого поликристаллическокого кремния для полупроводниковой техники при использовании неограниченного источника дешевого сырья (не более 300 руб. /т), получающегося в виде отхода при добыче апатитов и их переработке в фосфорную кислоту и минеральные удобрения. Заявляемый способ позволяет осуществлять безотходную, экологически чистую технологию промышленного производства поликристаллического кремния для полупроводниковой техники.
The initial powder of technical sodium silicofluoride through a shutter of powder is fed using an auger feeder into an inclined rotary kiln at a furnace wall temperature of 550 600 o C. Before the start of the process, the furnace is purged with nitrogen to remove moist air, since silicon tetrafluoride formed during thermal decomposition of silicon silicofluoride in the presence of moisture is hydrolyzed. The resulting gaseous silicon tetrafluoride is discharged from the furnace to the receiver, and the second product of the process is discharged from the furnace into a sealed hopper. The yield of silicon in tetrafluoride is 99.9 99.95
Silicon tetrafluoride is purified from impurities by absorption into ethylene glycol using a plate-type sorption column. The direct yield of silicon to purified tetrafluoride was 99.90 99.99%
Purified to a content of impurities 10 -6 10 -7 silicon tetrafluoride is fed into the receiver or pumped into cylinders. Then, purified silicon tetrafluoride is contacted with steam preliminarily purified from impurities to form silicon dioxide by reaction
SiF 4 + 2H 2 O _ → SiO 2 + 4HF
For completeness of the process, steam is supplied with a 5-10-fold excess compared with stoichiometry. The temperature of the process is 250 -350 o C. The resulting silicon dioxide powder is separated from anhydrous hydrogen fluoride and 5 10% excess steam (relative to stoichiometry) on a sintered metal filter at a temperature of 150 -200 o C. The impurity content in the obtained silicon dioxide does not exceed 10 -6 -10 -7 % Silicon dioxide yield is 99.7 99.9
Then, the silicon dioxide separated from the gas phase is restored by pre-purified hydrogen in a plasma jet to obtain silicon monoxide (SiO) by thermal decomposition of SiO 2 at 1 atm in the temperature range 4400 4800 o C. Quick quenching of the decomposition products of SiO 2 from a temperature of 4800 o C to temperatures below the beginning of the disproportionation of solid silicon monoxide (≈400 o C) will allow it to be obtained. The impurity content in the resulting silicon monoxide does not exceed 10 -6 10 -7 %
To obtain a high-purity polycrystalline silicon powder, silicon monoxide is reduced by previously purified and dried hydrogen. The content of impurities in hydrogen is not more than 10 -7 %. The process proceeds by reaction
SiO + H 2 __ → Si + H 2 O
The process is carried out in an airtight vessel in which silicon monoxide powder is placed, air is pumped out and the vessel is filled with hydrogen. Hydrogen is supplied with a 5-10th excess relative to stoichiometry. Then the vessel is heated to a temperature of 550 o C. the Process is carried out for 30 minutes. After the end of the process, the reaction vessel is cooled to 120 o C, the resulting vapor and 5 10-nd excess hydrogen is pumped out of the reaction vessel. The impurity content in the resulting polycrystalline silicon did not exceed 10 -6 10 -7 The output of polycrystalline silicon was 99.5 99.9%. The total silicon yield from sodium silicofluoride was 99.4 99.5
The expected effect of the use of the present invention is to obtain cheap polycrystalline silicon for semiconductor technology using an unlimited source of cheap raw materials (not more than 300 rubles / t) obtained in the form of waste from the extraction of apatites and their processing into phosphoric acid and mineral fertilizers. The inventive method allows for waste-free, environmentally friendly technology for the industrial production of polycrystalline silicon for semiconductor technology.

Claims (1)

Способ получения высокочистого поликристаллического кремния, включающий очистку и восстановление неорганического соединения кремния водородом, отличающийся тем, что осуществляют восстановление моноокиси кремния при 500 - 600oС.A method of obtaining high-purity polycrystalline silicon, including the purification and recovery of an inorganic compound of silicon with hydrogen, characterized in that the recovery of silicon monoxide at 500 - 600 o C.
RU93003305A 1993-01-19 1993-01-19 Method for production of high-purity polycrystalline silicon RU2078034C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93003305A RU2078034C1 (en) 1993-01-19 1993-01-19 Method for production of high-purity polycrystalline silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93003305A RU2078034C1 (en) 1993-01-19 1993-01-19 Method for production of high-purity polycrystalline silicon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93003305A RU93003305A (en) 1995-12-20
RU2078034C1 true RU2078034C1 (en) 1997-04-27

Family

ID=20135973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93003305A RU2078034C1 (en) 1993-01-19 1993-01-19 Method for production of high-purity polycrystalline silicon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2078034C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504514C2 (en) * 2011-12-22 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method of isolation of carbon nanoparticles
RU2641819C2 (en) * 2016-02-11 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "Химический завод фторсолей" Method of disposing production waste containing fluorosilicates
CN113387359A (en) * 2021-06-16 2021-09-14 何良雨 Method and system for preparing polycrystalline silicon by crystalline silicon dioxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сахаров Б.А. и др. Металлургия и технология п/п материалов. - М.: Металлургия, 1972, с.301 и 302. Патент США N 4208978, кл. C 01B 33/02, 1983. Авторское свидетельство СССР N 145224, кл. C 01B 33/035, 1962. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504514C2 (en) * 2011-12-22 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method of isolation of carbon nanoparticles
RU2641819C2 (en) * 2016-02-11 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "Химический завод фторсолей" Method of disposing production waste containing fluorosilicates
CN113387359A (en) * 2021-06-16 2021-09-14 何良雨 Method and system for preparing polycrystalline silicon by crystalline silicon dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5621957B2 (en) Method and apparatus for producing trichlorosilane
US6887448B2 (en) Method for production of high purity silicon
US20100008841A1 (en) Method for the Manufacture of Silicon Tetrachloride
US20100158782A1 (en) Magnesiothermic Methods Of Producing High-Purity Silicon
CN102781836B (en) Produce the method for aluminum trifluoride
JPS6259051B2 (en)
NO159650B (en) PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF CRYSTALLY SILICONE AND THE USE OF IT FOR THE PRODUCTION OF SOLAR CELLS.
CN103896215A (en) Fluorite-sulfuric acid method for preparing hydrogen fluoride
CN101795964B (en) Method for producing polycrystalline silicon
AU4661593A (en) Method for producing tetrafluorosilane and aluminum fluoride by hydrofluoric acid digestion of silica/alumina matrix
Okutani Utilization of silica in rice hulls as raw materials for silicon semiconductors
RU2078034C1 (en) Method for production of high-purity polycrystalline silicon
WO2009005412A2 (en) Method for producing polycrystalline silicon
JP2010505721A (en) Method and apparatus for producing high-purity silicon using a plurality of precursors
JP5658763B2 (en) Method for producing silicon tetrafluoride
JP2012519651A (en) Continuous production method of tetrafluorosilane using various fluorination raw materials, amorphous silica and sulfuric acid
US20110305621A1 (en) Method Of Continuously Producing Tetrafluorosilane By Using Various Fluorinated Materials, Amorphous Silica And Sulfuric Acid
US20130270102A1 (en) Method for producing fluorinated polysilanes
RU2356834C2 (en) Method of obtaining polycrystalline silicon in form of spherical granules
SU1754659A1 (en) Method of processing zirconium concentrate
JP2009084129A (en) Method for producing high purity silicon
UA73847C2 (en) A method for preparing silicon tetrafluoride, a method for isolation of the silicon tetrafluoride from oxygen and highly volatile admixtures, a method for preparing silicon powder from the silicon tetrafluoride
CN103384640B (en) For the preparation of the method and system of silane
US5211921A (en) Process of making niobium oxide
CN112299422B (en) Method for preparing fumed silica and silicon tetrachloride by using fluosilicate