Procedimiento para la deposición de un silicio policristalino.

Procedimiento para la producción de un silicio policristalino,

en el que un gas de reacción que contiene hidrógenoy un gas que contiene silicio se introducen en un recinto de reacción, y el gas que contiene silicio se descomponetérmicamente en presencia de silicio calentado, y se deposita sobre el silicio, resultando un gas de salida, y este gasde salida se separa en una primera fracción del gas de salida que comprende triclorosilano y unos clorosilanos quehierven a temperaturas más bajas que el triclorosilano, y en una segunda fracción del gas de salida que comprendeunos componentes que hierven a temperaturas más altas que el triclorosilano, y la primera fracción del gas de salidase aporta al gas de reacción de una deposición de silicio policristalino, y la segunda fracción del gas de salida sesepara en tetraclorosilano y en una fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, que se compone decompuestos que hierven a altas temperaturas y eventualmente de tetraclorosilano, caracterizado porque la fracciónde compuestos que hierven a altas temperaturas se aporta al gas de reacción en un reactor de Siemens y el gas dereacción se calienta a una temperatura de 300-590°C, teniendo las barras de silicio, al realizar la conversión químicade los gases de reacción que contienen compuestos que hierven a altas temperaturas, una temperatura de 900 a1.413°C.

Procedimiento para la deposición de un silicio policristalino

El presente invento se refiere a un procedimiento para la deposición de un silicio policristalino.

Si se produce un silicio policristalino por deposición química en fase gaseosa de silanos clorados, tales como p.ej. triclorosilano o diclorosilano, descomponiendo los gases en presencia de unas superficies incandescentes de silicio, tales como p.ej. barras (en el procedimiento de Siemens) o partículas de granulados (en el procedimiento en capa

turbulenta (fluidizada) ) , entonces en la reacción primaria se deposita silicio sobre las superficies calientes y, como producto secundario, se forma tetraclorosilano. La deposición de un silicio policristalino a partir de triclorosilano se basa en procesos térmicos en equilibrio con clorosilanos. Así, por ejemplo, en el caso de la deposición de triclorosilano, según sean las condiciones de reacción, tienen lugar las reacciones principales:

ó

En los compuestos clorosilanos condensables como un líquido a partir del gas de salida (= "material condensado del gas de salida") de los reactores de deposición de Si, junto a diclorosilano, triclorosilano y tetracloruro de silicio, según sean las condiciones de la deposición, se encuentra de 0, 001 - 3 % en peso de unos clorosilanos que hierven a altas temperaturas, que en lo sucesivo son designados también como compuestos que hierven a altas temperaturas, y que se forman en reacciones secundarias. Los clorosilanos que hierven a altas temperaturas son

unos compuestos que se componen de silicio, cloro, eventualmente hidrógeno, oxígeno y carbono, y que tienen unos puntos de ebullición más altos que el del tetraclorosilano (57°C/a 1.013 hPa) . De manera preferida, se trata de disilanos de la fórmula HnCl6-nSi2 (n = 0 - 6) , oligo (cloro) silanos de la fórmula H2n-mClmSin (n = 2 hasta ∞, de manera preferida 2 hasta 4 y m = 0 hasta 2n) , disiloxanos de la fórmula HnCl6-nSi2O (n = 0 - 4) , siloxanos de la fórmula H3Si-[O-SiR2]n-O-SiH3 (n = 1 hasta 4, de manera preferida 1 ó 2; los R son, independientemente entre sí, H, Cl ó

CH2) y oligosiloxanos cíclicos de la fórmula

así como sus derivados metílicos.. En una composición típica, estos clorosilanos que hierven a altas temperaturas se componen de aproximadamente

50 % en peso de Si2Cl6, de > 34 % en peso de Si2HCl5, de 10 % en peso de Si2H2Cl4 (2 isómeros) , de 5 % en peso de Si2H3Cl3 (2 isómeros) y de < 1 % en peso de componentes clorosilanos que hierven a unas temperaturas todavía más altas.

Para el tratamiento de los gases de salida procedentes de la deposición de un polisilicio se conocen diversos

procedimientos: El documento de patente alemana DE 2918066 describe un procedimiento, en el que todos los clorosilanos que resultan en el material condensado de la deposición de un polisilicio son aportados otra vez al gas de eductos de la deposición. Una grave desventaja de este procedimiento reside en la tan sólo extremadamente pequeña tasa de deposición de silicio, que es provocada por la alta concentración del tetraclorosilano, que se establece en el equilibrio, en el gas de eductos, la cual hace que el proceso de deposición sea antieconómico

45 (compárese la cita de W.C. O'Mara, R.B. Herring, L.P. Hunt, Handbook of Semiconductor Silicon Technology [Manual de la tecnología de silicio para semiconductores], ISBN 0-8155-1237-6, p. 77, 1990) .

En el denominado procedimiento de Siemens utilizado comercialmente para la producción de un silicio policristalino en forma de barras mediante una deposición de triclorosilano, es por lo tanto usual aportar a partir del gas de salida 50 solamente unos clorosilanos que tienen un punto de ebullición más bajo que el punto de ebullición del triclorosilano, en común con el triclorosilano que no ha reaccionado, otra vez al reactor de deposición de Siemens para la producción de un silicio policristalino. El tetraclorosilano resultante se elimina en este caso por destilación desde la

corriente del gas de salida, y o bien se convierte en triclorosilano (Motorola, documento de patente de los EE.UU. US 3.933.985) o se utiliza como material de partida para otros productos químicos, tales como p.ej. un ácido silícico pirógeno o silicato de tetraetilo (compárese la obra Handbook of Semiconductor Silicon Technology, ISBN 0-81551237-6, página 72, 1990) . Los compuestos que hierven a altas temperaturas, asimismo resultantes o bien son evacuados (véase p.ej. el documento US 4.252.780) o se transforman en monómeros. Esto se realiza o bien por conversión química en común con tetraclorosilano e hidrógeno o por craqueo con HCl (Osaka Titanium, documento de patente japonesa JP Hei 1-188414; Tokuyama, documento JP H09-263405; Union Carbide, documento US 4.340.574; Hemlock, documento de solicitud de patente internacional WO 02/100776 A1) .

Además, se conoce el recurso de aislar un hexaclorodisilano (H2Si2Cl6) muy puro a partir de los gases de salida procedentes de la deposición de un silicio policristalino (documento WO 2002012122) . El aislamiento de esta fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas como producto de partida para usos especiales en epitaxia

o para la producción de polímeros de silicio es, no obstante, muy costosa.

Todos los procedimientos de este tipo para el tratamiento de compuestos que hierven a altas temperaturas están vinculados con pérdidas de rendimiento, en particular de cloro y silicio, con una carga para el medio ambiente mediante productos de hidrólisis, o con instalaciones y procesos costosas/os. Además, en el caso de los descritos procedimientos de reciclamiento para dar monómeros, se pierde la pureza para semiconductores de los compuestos, que se presenta en el material condensado. Ésta se tiene que restablecer por medio de costosas etapas de purificación, de manera preferida por destilación, antes de que los productos se puedan emplear otra vez en el procedimiento de deposición.

Una posibilidad para el aprovechamiento rentable de los compuestos que hierven a altas temperaturas se describe en el documento DE 102006009953. Éstos se utilizan para la preparación de un ácido silícico pirógeno. En este caso, la desventaja reside en que junto a la producción de un polisilicio también se tiene que llevar a cabo la producción de un ácido silícico pirógeno, lo que significa un acoplamiento no siempre deseable de estos diferentes productos.

Es una misión del invento poner a disposición un procedimiento barato, que haga posible el reciclamiento de compuestos que hierven a altas temperaturas, procedentes de la deposición de un silicio policristalino.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante un procedimiento, en el que se produce un silicio policristalino introduciendo un gas de reacción que contiene hidrógeno y un gas que contiene silicio en un recinto de reacción, y descomponiendo térmicamente el gas que contiene silicio en presencia de silicio calentado, y depositándolo sobre el silicio, resultando un gas de salida, y separando este gas de salida en una primera fracción de gases de salida, que comprende triclorosilano y unos clorosilanos que hierven a temperaturas más bajas que el triclorosilano, y en una segunda fracción de gases de salida, que comprende unos componentes que hierven a temperaturas más altas que el triclorosilano, y aportando la primera fracción del gas de salida al gas de reacción de una deposición de silicio policristalino, y separando la segunda fracción del gas de salida en tetraclorosilano y en una fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, que se compone de compuestos que hierven a altas temperaturas y eventualmente de tetraclorosilano, caracterizado porque la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas se aporta al gas de reacción de una deposición de silicio y el gas de reacción se calienta a una temperatura, que asegura que la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas se presente en estado gaseoso al entrar en el recinto de reacción del reactor de deposición.

Sorprendentemente, se puso de manifiesto que los componentes que hierven a altas temperaturas reaccionan eficientemente en unos reactores de deposición y no se suman a las concentraciones en el gas de salida de compuestos que hierven a altas temperaturas, que son típicas para los respectivos reactores de deposición y para sus procesos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de un silicio policristalino, en el que un gas de reacción que contiene hidrógeno y un gas que contiene silicio se introducen en un recinto de reacción, y el gas que contiene silicio se descompone térmicamente en presencia de silicio calentado, y se deposita sobre el silicio, resultando un gas de salida, y este gas de salida se separa en una primera fracción del gas de salida que comprende triclorosilano y unos clorosilanos que hierven a temperaturas más bajas que el triclorosilano, y en una segunda fracción del gas de salida que comprende unos componentes que hierven a temperaturas más altas que el triclorosilano, y la primera fracción del gas de salida se aporta al gas de reacción de una deposición de silicio policristalino, y la segunda fracción del gas de salida se separa en tetraclorosilano y en una fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, que se compone de compuestos que hierven a altas temperaturas y eventualmente de tetraclorosilano, caracterizado porque la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas se aporta al gas de reacción en un reactor de Siemens y el gas de reacción se calienta a una temperatura d.

30. 590°C, teniendo las barras de silicio, al realizar la conversión química de los gases de reacción que contienen compuestos que hierven a altas temperaturas, una temperatura de 900 a 1.413°C.

2. Procedimiento para la producción de un silicio policristalino, en el que un gas de reacción que contiene hidrógeno y un gas que contiene silicio se introducen en un recinto de reacción, y el gas que contiene silicio se descompone térmicamente en presencia de silicio calentado y se deposita sobre el silicio, resultando un gas de salida, y este gas de salida se separa en una primera fracción del gas de salida que comprende triclorosilano y unos clorosilanos que hierven a temperaturas más bajas que el triclorosilano, y en una segunda fracción del gas de salida que comprende unos componentes que hierven a temperaturas más altas que el triclorosilano, y la primera fracción del gas de salida se aporta al gas de reacción de una deposición de silicio policristalino, y la segunda fracción de gases de salida se separa en tetraclorosilano y en una fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, que se compone de compuestos que hierven a altas temperaturas y eventualmente de tetraclorosilano, caracterizado porque la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas se aporta al gas de reacción en un reactor de lecho fluidizado y el gas de reacción se calienta a una temperatura d.

30. 590°C, teniendo las partículas del granulado, al realizar la conversión química de los gases de reacción que contienen compuestos que hierven a altas temperaturas, una temperatura de 800 a 1.400°C.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas se calienta a una temperatura d.

30. 590°C a una presión de 1 a 8 bares absolutos ya antes de su aportación al gas de reacción.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el material condensado de los compuestos que hierven a altas temperaturas de una deposición con una alta producción resultante de compuestos que hierven a altas temperaturas, es decir típicamente de > 0, 3 % en peso, en el material condensado de gases de salida de la deposición, se aporta al gas de reacción de una deposición con una proporción más baja de compuestos que hierven a altas temperaturas, es decir típicamente de < 0, 3 % en peso, de manera preferida de < 0, 1 % en peso en el material condensado de la deposición.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3 ó 4, caracterizado porque las barras de silicio, al realizar la conversión química de los gases de reacción que contienen compuestos que hierven a altas temperaturas, tienen una temperatura de 1.100 a 1.413°C.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2, 3 ó 4, caracterizado porque en el reactor de lecho fluidizado que se utiliza para el aprovechamiento de los compuestos que hierven a altas temperaturas, al realizar la conversión química de los gases de reacción que contienen compuestos que hierven a altas temperaturas, las partículas del granulado tienen una temperatura de 950 a 1.050°C.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado porque se reúnen entre sí los gases de reacción de varias instalaciones de deposición, y la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, procedente del gas de salida, se aporta al gas de reacción de uno o varios reactores de Siemens, o de uno o varios reactores de lecho fluidizado.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado porque la fracción de compuestos que hierven a altas temperaturas, procedente del gas de salida de un reactor de Siemens se aporta al gas de reacción de una deposición de polisilicio en capa turbulenta, que se basa en triclorosilano.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizado porque al gas de reacción se le pueden añadir compuestos que hierven a altas temperaturas, procedentes de los gases de salida, en hasta 5 % en peso.