Procedimiento para la producción de un polisilicio.

Procedimiento para la producción de un polisilicio, que comprende

a) un proceso de deposición de un silicio policristalino sobre unos filamentos en un reactor de deposición mediante un gas de reacción que contiene un componente que contiene silicio,

el cual comprende triclorosilano, e hidrógeno, siendo por lo menos de 25 % la saturación molar del componente que contiene silicio en lo que se refiere al hidrógeno;

b) la aportación de un gas de salida que sale del proceso de deposición a un dispositivo para el enfriamiento del gas de salida,

i) siendo conducidos los componentes que se condensan por medio del enfriamiento, del gas de salida que contiene a un dispositivo, que hace posible una purificación por destilación del material condensado, y ii) siendo aportados los componentes, que no se condensan al realizar el enfriamiento, a una unidad de adsorción o respectivamente de desorción;

c) obteniéndose una primera corriente de materiales, purificada por adsorción, de aquellos componentes que no se condensan, cuya corriente contiene hidrógeno; y

d) obteniéndose, durante una regeneración de la unidad de adsorción mediante un proceso de desorción y un proceso de barrido con un gas de barrido, una segunda corriente de materiales de aquellos componentes que no se condensan, cuya corriente contiene tetracloruro de silicio y es aportada a un convertidor para la conversión de tetracloruro de silicio en triclorosilano..

Procedimiento para la producción de un polisilicio El invento se refiere a un procedimiento para la producción de un polisilicio.

Un silicio policristalino (denominado abreviadamente: polisilicio) sirve como material de partida en el caso de la producción de un silicio monocristalino mediante un estiramiento en crisoles (procedimiento de Czochralski o CZ) o mediante una fusión por zonas (procedimiento de zona de flotación o FZ) . Este silicio monocristalino es cortado en la forma de discos (obleas) y, después de un gran número de tratamientos mecánicos, químicos y químicomecánicos, es utilizado en la industria de los semiconductores para la producción de unos elementos constructivos electrónicos (conocidos como chips) .

En particular, sin embargo, un silicio policristalino se necesita en medida reforzada para la producción de silicio mono-o multicristalino mediante un procedimiento de estiramiento o de moldeo por colada, sirviendo este silicio mono-o multicristalino para la producción de celdas solares para la industria fotovoltaica.

El silicio policristalino se produce usualmente mediante el proceso de Siemens. En este caso, en un reactor con forma de campana (“reactor de Siemens”) unas delgadas barras filamentosas (“barras/delgadas”) a base de silicio se calientan por paso directo de la corriente eléctrica a su través y se introduce un gas de reacción, que contiene un componente que contiene silicio, e hidrógeno.

También el silicio policristalino se puede producir en forma de un granulado con unos especiales reactores de capa turbulenta (FBR) , siendo introducido un gas de reacción que contiene un componente que contiene silicio, desde abajo a través de unas toberas en un recinto de reacción, de manera tal que resulta una capa turbulenta del granulado ya presente y el componente que contiene silicio reacciona junto a la superficie del granulado para dar silicio.

El componente que contiene silicio del gas de reacción es por regla general monosilano o un halógenosilano con la composición general SiHnX4-n (n = 0, 1, 2, 3; X = CI, Br, I) . De manera preferida, se trata de un clorosilano o de una mezcla de clorosilanos, de manera especialmente preferida de triclorosilano.

Predominantemente se emplea SiH4 o SiHCI3 (triclorosilano, TCS) en mezcla con hidrógeno El triclorosilano se produce de manera preferida por medio de la reacción de un silicio metalúrgico (MGS -acrónimo de metallurgical grade silicon = silicio de calidad metalúrgica) con HCl y en una subsiguiente purificación en una destilación. Tanto en los reactores de Siemens como también en los FBR’s resulta durante la deposición un gas de salida, que sigue conteniendo todavía una considerable cantidad de un gas que contiene silicio. La composición del gas se modifica de un modo correspondiente al proceso utilizado. El tratamiento de este gas de salida merece, por motivos de costos, una atención multiplicada por parte de la industria.

Para el estado de la técnica son conocidos unos métodos, que ejecutan cómo el gas de salida de la deposición de silicio puede ser tratado en principio.

Unos correspondientes procesos en circuito se representan en las Figuras 7 y 8 en la cita de O’-Mara, B. Herring, L. Hunt, Handbook of Semiconductor Silicon Technology [Manual de la tecnología del silicio para semiconductores], ISBN 0-8155-1237-6 en la página 58.

El gas de salida que sale desde el reactor de deposición (Siemens o FBR) es aportado es este caso a un doble dispositivo de condensación, cuyo material condensado es separado, a través de una columna de destilación, en unas porciones de bajo punto de ebullición y otras porciones de alto punto de ebullición, siendo las porciones de bajo punto de ebullición aportadas de nuevo al proceso de deposición.

Las porciones de alto punto de ebullición contienen, en una gran parte, tetracloruro de silicio (STC) , que puede ser transformado en TCS en un dispositivo de conversión (convertidor) .

Las porciones gaseosas del gas de salida que quedan remanentes después del proceso de condensación son aportadas a un proceso de adsorción. Aquí, el hidrógeno es separado de los otros componentes de la corriente gaseosa y es aportado de nuevo al proceso de deposición. Los componentes que quedan remanentes son separados, en una condensación ulterior, en componentes líquidos y gaseosos.

Los componentes que son líquidos después de la condensación son aportados a la destilación y, después de una separación en el proceso de deposición, son utilizados de nuevo. Las porciones gaseosas (caracterizadas con “HCl”

en las Figuras 7 y 8 en la cita de O’Mara) , pueden ser o bien vendidas como cloruro de hidrógeno (HCl) (compárese la Fig. 7 en la cita de O’Mara) o recuperadas en la producción en bruto (compárese la Fig. 8 en la cita de O’Mara) .

La desventaja de los procedimientos mostrados en la cita de O’Mara consiste en que unas sustancias no deseadas, tales como por ejemplo boro y fósforo, se enriquecen en el proceso de deposición y de esta manera influyen negativamente sobre la calidad del silicio depositado.

La “adsorción” ya mencionada con anterioridad es utilizada para purificar el hidrógeno con respecto de los clorosilanos todavía contenidos y eventualmente también con respecto del HCl.

En este caso, un hidrógeno impurificado con clorosilanos y eventualmente también con cloruro de hidrógeno, a una alta presión (presión comprendida entre 5 y 20 bares, de manera preferida entre 9 y 16 bares) y a una baja temperatura (con un típico orden de magnitud T1 = 20 ºC) , es conducido a través de un lecho de carbón activo. En vez de carbón activo se pueden utilizar también unos tamices moleculares, tal como los que se describen en el documento de patente alemana DE 1 106 298 B. Sin embargo, junto al carbón activo, pueden pasar a emplearse también un óxido de silicio y unos aluminosilicatos como agentes adsorbentes, compárese el documento de patente china CN 101279178A.

Las impurezas son adsorbidas por medios físicos y/o químicos en el carbón activo.

El carbón activo, después de la carga, es “descargado” a través de estas sustancias no deseadas mediante una etapa de regeneración. En este caso, la presión es disminuida (con un típico orden de magnitud P2 = 1 bar) y la temperatura es aumentada (con un típico orden de magnitud T2 = 200 ºC) .

A la alta temperatura y a la baja presión, los componentes gaseosos, que con anterioridad habían sido adsorbidos, son desorbidos, es decir desprendidos en un gas de barrido.

Usualmente, el gas de barrido (hidrógeno) es después de ello enfriado juntamente con las impurezas, con el fin de separar los componentes que son líquidos a muy bajas temperaturas con respecto de los componentes gaseosos. Esto es conocido, por ejemplo, a partir del documento de solicitud de patente alemana DE 29 18 060 A1.

Después de ello, el agente adsorbente es enfriado de nuevo y está a disposición de nuevo para la adsorción.

Los componentes gaseosos, que en el estado de la técnica contienen predominantemente HCl, son aportados a la producción en bruto (compárense las Fig. 7 y 8 en la cita de O’Mara) .

Los componentes líquidos son aportados en el estado de la técnica a una destilación, siendo separados unos componentes de bajo punto de ebullición y unos componentes de más alto punto de ebullición. Los componentes que hierven a bajas temperaturas son aportados al proceso de deposición y los componentes que hierven a más altas temperatura son aportados al proceso de conversión.

Usualmente se utilizan varios agentes adsorbentes, que se encuentran en una fase que en cada caso es la otra, con el fin de garantizar un rendimiento continuo de adsorción.

El número de los agentes adsorbentes que se han de utilizar es determinado por la duración de permanencia en las correspondientes fases de “adsorción”, “calentamiento”, “desorción” y “enfriamiento”.

Cuanto más larga sea la fase de “adsorción” en comparación con las demás fases, tanto menor será la cantidad de agentes adsorbentes que se deben hacer trabajar en paralelo.

Con el fin de reducir los costos de inversión para los adsorbentes, se intenta en la mayor parte de los casos mantener lo más pequeños que sean posibles los períodos de tiempo de las fases de “calentamiento”, “desorción” y “enfriamiento”.

La devolución completa, que se muestra en el estado de la técnica, de los componentes que hierven a más bajas temperaturas desde el proceso de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de un polisilicio, que comprende a) un proceso de deposición de un silicio policristalino sobre unos filamentos en un reactor de deposición mediante un gas de reacción que contiene un componente que contiene silicio, el cual comprende triclorosilano, e hidrógeno, siendo por lo menos de 25 % la saturación molar del componente que contiene silicio en lo que se refiere al hidrógeno; b) la aportación de un gas de salida que sale del proceso de deposición a un dispositivo para el enfriamiento del gas de salida, i) siendo conducidos los componentes que se condensan por medio del enfriamiento, del gas de salida que contiene a un dispositivo, que hace posible una purificación por destilación del material condensado, y ii) siendo aportados los componentes, que no se condensan al realizar el enfriamiento, a una unidad de adsorción o respectivamente de desorción; c) obteniéndose una primera corriente de materiales, purificada por adsorción, de aquellos componentes que no se condensan, cuya corriente contiene hidrógeno; y d) obteniéndose, durante una regeneración de la unidad de adsorción mediante un proceso de desorción y un proceso de barrido con un gas de barrido, una segunda corriente de materiales de aquellos componentes que no se condensan, cuya corriente contiene tetracloruro de silicio y es aportada a un convertidor para la conversión de tetracloruro de silicio en triclorosilano..

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gas de salida es enfriado en b) hasta una temperatura más pequeña o igual que -60 ºC, de manera preferida a una temperatura más pequeña que el punto de rocío del HCl en el caso de un correspondiente contenido de HCl en el gas de salida y una correspondiente presión.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el convertidor comprende un reactor y un tramo de enfriamiento, y la segunda corriente de materiales de la desorción de acuerdo con d) se introduce en el convertidor entre el reactor y el tramo de enfriamiento, y allí se mezcla con una corriente gaseosa de productos de la conversión.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, en el que la segunda corriente de materiales de la desorción de acuerdo con d) es introducida en estado gaseoso directamente en una zona de reacción del convertidor.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 4, en el que en d) la corriente de materiales de la desorción se investiga para determinar la proporción de diclorosilano en la corriente de materiales, realizándose que, en el caso de que la proporción de diclorosilano en la corriente de materiales sea mayor que la proporción de la suma de triclorosilano y tetracloruro de silicio, la corriente de materiales es conducida hasta el dispositivo para el enfriamiento del gas de salida del proceso de deposición de acuerdo con b) y es mezclada con el gas de salida del proceso de deposición.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5, en el que la temperatura es aumentada durante la desorción con una velocidad más pequeña que 0, 9 ºK/min.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6, en el que el hidrógeno procedente de la primera corriente de materiales, purificada de acuerdo con c) por adsorción, se utiliza como gas de reacción en el proceso de deposición de acuerdo con a) .

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 7, en el que el hidrógeno procedente de la primera corriente de materiales, purificada de acuerdo con c) por adsorción, se utiliza como gas de barrido en el proceso de desorción de acuerdo con d) .

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 8, en el que la saturación molar de los componentes que contienen silicio en lo que se refiere al hidrógeno en la etapa a) es de por lo menos un 30 %;