PROCESO PARA PURIFICACION DE FRAGMENTOS DE POLISILICIO.

Proceso para la purificación de fragmentos de silicio policristalino hasta un contenido de metales inferior a 100 ppb en peso,

caracterizado porque se introducen fragmentos de polisilicio en una solución acuosa de purificación constituida por 0,1 a 60% en peso de HF y 0,1 a 50% en peso de H2O2, y el resto hasta 100% en peso por H2O, se retira esta solución acuosa de purificación y los fragmentos de polisilicio así obtenidos se lavan con agua muy pura y se secan a continuación

Proceso para purificación de fragmentos de polisilicio.

La invención se refiere a un proceso para la purificación de fragmentos de polisilicio.

El silicio policristalino muy pura, designado en lo sucesivo como polisilicio, se produce en gran escala por descomposición térmica de un gas que contiene silicio o una mezcla de gases que contiene silicio en los denominados reactores Siemens. El polisilicio se produce en este caso en forma de varillas. Estas varillas se desmenuzan a continuación con equipos de trituración metálicos, como trituradoras de mandíbulas o de rodillos, martillos o cinceles. Esto conduce a una impurificación superficial de los fragmentos de polisilicio. Estas impurezas, particularmente también cualesquiera impurezas metálicas, deben eliminarse antes de la elaboración ulterior de los fragmentos de polisilicio, dado que las mismas son inaceptables en el material de partida para la producción de componentes electrónicos y pilas solares, para la cual se utilizan por regla general los fragmentos de polisilicio.

US 5.846.921 publica un proceso para la purificación de sustratos semiconductores de silicio caracterizado porque un sustrato semiconductor de silicio se introduce en una solución acuosa de purificación que contiene HF y H₂O₂, esta solución acuosa de purificación se retira y el sustrato semiconductor de silicio así obtenido se lava con agua muy pura y se seca a continuación.

DE 195 29 518 publica un proceso para la purificación de fragmentos de silicio policristalino, en el cual el silicio policristalino se trata sucesivamente con un líquido oxidante (agua regia), con agua y con una sustancia química liquida, que es capaz de disgregar una película de óxido (HF).

La Patente US 6.309.467 B1 describe extensamente la técnica anterior para la purificación de fragmentos de polisilicio y publica un proceso de purificación en tres etapas para polisilicio, que exhibe a continuación un contenido muy bajo de hierro y/o cromo. En este proceso se realiza la purificación sucesivamente en varios pasos de tratamiento químico. Procesos de purificación en varias etapas requieren instalaciones con varios depósitos que son correspondientemente costosos. Lamentablemente, el proceso descrito en US 6.309.467 B1 para la purificación de fragmentos de polisilicio finamente divididos está asociado además con un alto consumo de ácido y pérdidas altas de silicio. Adicionalmente, para la purificación de los fragmentos de polisilicio finamente divididos se requiere una refrigeración costosa.

Objeto de la presente invención ha sido poner a punto un proceso para la purificación de fragmentos de silicio policristalinos con un contenido de metales inferior a 100 ppb en peso, preferiblemente inferior a 10 ppb en peso, que evita los inconvenientes de la técnica anterior.

El objeto se resuelve por un proceso en el cual se introducen fragmentos de polisilicio en una solución acuosa de purificación constituida por 0,1 a 60% en peso de HF, 0,1 a 50% en peso de H₂O₂ y el resto hasta 100% en peso por H₂O, se retira esta solución acuosa de purificación y los fragmentos de polisilicio así obtenidos se lavan con agua muy pura y se secan a continuación.

Los datos de % en peso se refieren a la solución de purificación total.

De modo particularmente preferido, la solución está constituida por 5 a 10% en peso de HF y 1 a 2% en peso de H₂O₂ en H₂O. La solución acuosa que contiene HF/H₂O₂ es particularmente económica por varios motivos: la misma ataca fuertemente las impurezas metálicas, particularmente las partículas de acero, pero no ataca el silicio. Adicionalmente, esta solución de purificación, a diferencia de una mezcla HF/HCl/H₂O₂ o de la mezcla HCl/H₂O₂ de la técnica anterior, no presenta descomposición específica del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Por ello el consumo de H₂O₂ en el proceso se reduce aproximadamente en un 99%. Una post-dosificación de H₂O₂ no es necesaria en el proceso. Adicionalmente, se evita el desprendimiento indeseable de calor, que tiene lugar por la descomposición propia del peróxido de hidrógeno.

Preferiblemente, los fragmentos de polisilicio se añaden durante 5 a 240 min, preferiblemente 20 a 45 min, y de modo particularmente preferible 40 min a la solución acuosa de purificación.

Preferiblemente, los fragmentos de polisilicio contenidos en un recipiente que presenta aberturas se sumergen en el líquido de purificación, afluyendo el líquido de purificación a través de las aberturas del recipiente, y mojando el silicio policristalino, a continuación de lo cual el recipiente se levanta por encima del líquido, de tal modo que el líquido de purificación puede salir a través de las aberturas del recipiente.

Preferiblemente, los fragmentos de polisilicio se sumergen en el líquido de purificación en un recipiente, preferiblemente un cesto, al menos dos veces por medio de un movimiento de subida y bajada. Preferiblemente, estos movimientos de subida y bajada se realizan de tal modo que el recipiente, mientras que está levantado por encima de la solución de purificación, puede vaciarse por completo, con lo cual la solución de purificación se descarga totalmente.

Preferiblemente, este movimiento de subida y bajada se realiza 5 veces por minuto durante hasta 240 minutos, preferiblemente hasta 40 minutos.

En principio, la purificación puede tener lugar también sin movimiento del recipiente en los pasos de purificación individuales. Además del movimiento de subida y bajada, puede realizarse también alternativamente un movimiento de lanzadera con 1 a 10 movimientos por minuto en un ángulo de 5 a 89 grados o un movimiento giratorio con 1 a 10 revoluciones por minuto. Preferiblemente, el movimiento de lanzadera tiene lugar con 1 movimiento por minuto y en un ángulo de 45 grados. El movimiento giratorio se realiza preferiblemente a razón de 1 revolución por minuto.

A continuación se retira la solución de purificación y los fragmentos de polisilicio se lavan con agua muy pura, preferiblemente agua totalmente desmineralizada con una resistencia eléctrica específica de 15-18 MOhm durante 1 a 240 minutos. Preferiblemente, los fragmentos de polisilicio se lavan durante 15 a 35 minutos, de modo particularmente preferible 20 minutos.

Los pasos de purificación y lavado se realizan preferiblemente a la presión normal y la temperatura ambiente (25ºC), realizándose el proceso de purificación preferiblemente a 5ºC hasta 80ºC y de modo particularmente preferible a 20ºC hasta 25ºC.

A continuación, los fragmentos de polisilicio se secan. El secado se realiza preferiblemente durante un periodo de tiempo de 0,5 a 3 h a una temperatura de 50 a 100ºC.

El secado de los fragmentos de polisilicio puede realizarse en principio en una instalación de secado convencional. En el caso de un secado en un armario secador a 80ºC se requieren 24 horas. En otros procesos de secado, este tiempo puede reducirse a menos de 2 horas. Tales procesos son, por ejemplo, el secado en una instalación de secado en tambor o el secado en un sistema con paso forzado a través o el secado en capas hasta un espesor de lecho máximo de 5 cm.

El proceso correspondiente a la invención es de hecho apropiado en principio para la purificación de fragmentos de polisilicio convencionales así como para la purificación de granulado de polisilicio, siendo apropiado sin embargo también para la purificación de fragmentos de polisilicio finamente divididos, dado que el silicio no es atacado por la solución de purificación. Con ello se evita la pérdida de silicio que se intensifica debido a la superficie de silicio creciente del polvo finamente dividido, que tiene lugar con otras soluciones de purificación. Adicionalmente, se evita una refrigeración adicional, que era necesaria en el caso de la disolución del silicio. El proceso correspondiente a la invención es apropiado por tanto preferiblemente para la purificación de fragmentos de polisilicio con un diámetro máximo de partícula de aprox. 50 mm, de modo particularmente preferible un diámetro de partícula máximo de aprox. 25 mm, y de modo particularmente preferible un diámetro de partícula máximo de 10 µm a 10 mm.

El recipiente en el que se realiza el proceso correspondiente a la invención, puede estar constituido por cualquier plástico económico, como p.ej. polipropileno,...

1. Proceso para la purificación de fragmentos de silicio policristalino hasta un contenido de metales inferior a 100 ppb en peso, caracterizado porque se introducen fragmentos de polisilicio en una solución acuosa de purificación constituida por 0,1 a 60% en peso de HF y 0,1 a 50% en peso de H₂O₂, y el resto hasta 100% en peso por H₂O, se retira esta solución acuosa de purificación y los fragmentos de polisilicio así obtenidos se lavan con agua muy pura y se secan a continuación.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio se introducen durante 5 a 240 min, preferiblemente 20 a 45 min, y de modo particularmente preferible 40 min en la solución acuosa de purificación.

3. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio contenidos en un recipiente que presenta aberturas, se sumergen en el líquido de purificación, fluyendo el líquido de purificación en el recipiente a través de las aberturas, y mojando el silicio policristalino, a continuación de lo cual se levanta el recipiente por encima del líquido de tal modo que el líquido de purificación puede salir a través de las aberturas del recipiente.

4. Proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio se sumergen al menos dos veces en el líquido de purificación dentro del recipiente, que preferiblemente es un cesto, por medio de un movimiento de subida y bajada.

5. Proceso según la reivindicación 4, caracterizado porque los movimientos de subida y bajada se realizan de tal manera que el recipiente, mientras se eleva por encima de la solución de purificación, puede vaciarse completamente, con lo cual la solución de purificación sale por completo del mismo.

6. Proceso según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el movimiento de subida y bajada se realiza 5 veces por minuto durante hasta 240 minutos, preferiblemente hasta 40 minutos.

7. Proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio realizan en el recipiente un movimiento de lanzadera con 1 a 10 movimientos por minuto con un ángulo de 5 a 89 grados o un movimiento giratorio con 1 a 10 revoluciones por minuto, donde el movimiento de lanzadera tiene lugar preferiblemente con 1 movimiento por minuto y en un ángulo de 45 grados y el movimiento giratorio se realiza preferiblemente a 1 revolución por minuto.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio se lavan con agua totalmente desmineralizada que tiene una resistencia eléctrica específica de 15-18 MOhm durante 1 a 240 min.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el mismo se realiza a la presión normal y la temperatura ambiente (25ºC).

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los fragmentos de polisilicio tienen un diámetro de partícula máximo de aproximadamente 50 mm, de modo particularmente preferible un diámetro máximo de partícula de aproximadamente 25 mm, y de modo particularmente preferible un diámetro de partícula máximo de 10 µm a 10 mm.