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JPH0135774B2 - - Google Patents
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JPH0135774B2 - - Google Patents

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JPH0135774B2
JPH0135774B2 JP4806182A JP4806182A JPH0135774B2 JP H0135774 B2 JPH0135774 B2 JP H0135774B2 JP 4806182 A JP4806182 A JP 4806182A JP 4806182 A JP4806182 A JP 4806182A JP H0135774 B2 JPH0135774 B2 JP H0135774B2
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chlorosilane
hydrogen
stage
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freezing
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Pyootoroitsuchi Tatarinofu Yurii
Andoreeeuitsuchi Kupuryanofu Iwan
Sutepanoitsuchi Iwanofu Reonarudo
Pyootoroitsuchi Bochikarefu Erurin
Paburoitsuchi Shikotokin Domitorii
Mihairoitsuchi Guraibe Borisu
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GNI PI REDKOMETALL PROMY
KY Z TSVETNYKH METALL
ZAPOROZH TITANO MAGNIEVYJ KOMB
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GNI PI REDKOMETALL PROMY
KY Z TSVETNYKH METALL
ZAPOROZH TITANO MAGNIEVYJ KOMB
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体多結晶シリコンの製造法に関
し、更に詳細には半導体多結晶シリコンの製造プ
ロセスにおいて生成された廃棄物の利用法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing semiconductor polycrystalline silicon, and more particularly to a method for utilizing waste generated in a manufacturing process for semiconductor polycrystalline silicon.

以下に提案された方法は、半導体を気相から製
造する方法、例えばエピタキシヤル構造物の成長
または半導体材料の大きなサイズの単結晶および
多結晶を製造する方法において存在する未反応ク
ロルシラン、水素および塩化水素からなる流出蒸
気/ガス混合物の再生および利用に適用可能であ
る。
The method proposed below eliminates the unreacted chlorosilane, hydrogen and chloride present in methods for producing semiconductors from the gas phase, for example in the growth of epitaxial structures or in the production of large size single and polycrystalline semiconductor materials. Applicable for regeneration and utilization of effluent steam/gas mixtures consisting of hydrogen.

半導体多結晶シリコンの製造プロセスにおける
未反応クロルシランおよび水素を再生する各種の
方法が当該技術分野において既知である。
Various methods are known in the art for regenerating unreacted chlorosilane and hydrogen in semiconductor polycrystalline silicon manufacturing processes.

例えば、未反応クロルシランおよび塩化水素か
らなる再生すべき蒸気/ガス混合物を水素還元装
置中に多段再循環に付す際に、クロルシランを1
段または密閉サイクルのいずれかで還元すること
によつて半導体多結晶シリコンは製造される。こ
の場合、半導体多結晶シリコンの製造プロセスで
未反応のクロルシランおよび水素の大部分を再循
環させ、一方前記蒸気/ガス混合物の別の部分を
水素流によつて廃ガスに同伴させるか、有害混入
物と一緒に装置のスチルから排出する。再循環蒸
気/ガス混合物を有害混入物からの再生および精
製にシステム的に付す。蒸気/ガス混合物の再生
は、クロルシランの凝縮およびそれらの精製(例
えば、蒸留)によつて行われる。水素の再生は、
塩化水素を凍結(freeze)させることによつて実
施される。
For example, when the vapor/gas mixture to be regenerated consisting of unreacted chlorosilane and hydrogen chloride is subjected to multiple recirculation into a hydrogen reduction unit, chlorosilane is
Semiconductor polycrystalline silicon is produced by reduction in either stages or closed cycles. In this case, most of the unreacted chlorosilane and hydrogen are recycled in the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process, while another part of the vapor/gas mixture is entrained in the waste gas by the hydrogen stream or is not contaminated with harmful contaminants. Eject from the still of the device along with other objects. The recycled steam/gas mixture is systematically subjected to regeneration and purification from harmful contaminants. Regeneration of the vapor/gas mixture is carried out by condensing the chlorosilanes and purifying them (eg distillation). Hydrogen regeneration is
It is carried out by freezing hydrogen chloride.

クロルシランを、クロルシラン用に密閉されか
つ水素用に半密閉されたサイクルにおいて直列に
連結した2つの設備において基板上で水素還元す
ることによつて高純度半導体多結晶シリコンを製
造する方法が当該技術分野で既知である。これら
の設備の各々はクロルシランの蒸発器、反応器、
凝縮システム、および蒸留塔からなる。この従来
法は次のように実施される。精製トリクロルシラ
ンおよび水素を蒸発器で混合し、そして第一設備
の反応器に入れ、クロルシランの還元を行う。
A method for producing high-purity semiconducting polycrystalline silicon by hydrogen reduction of chlorosilane on a substrate in two facilities connected in series in a cycle sealed for chlorosilane and semi-closed for hydrogen is in the art. It is known that Each of these facilities includes a chlorosilane evaporator, a reactor,
Consists of a condensation system, and a distillation column. This conventional method is implemented as follows. Purified trichlorosilane and hydrogen are mixed in an evaporator and put into the reactor of the first equipment to carry out the reduction of chlorosilane.

反応生成物、即ちテトラクロルシラン、高分子
クロルシランおよび塩化水素、および未使用原
料、即ちトリクロルシランおよび水素を前記設備
の凝縮系において−80℃で処理する。この結果、
生成物の2つの流れが生ずる。液状クロルシラン
と一部分の溶在塩化水素とからなるこれらの流れ
の第一は、高分子クロルシランから精製するため
に蒸留塔で処理された後に第二設備の蒸発器およ
び反応器に給送されて再使用される。主に水素を
含有する第二流を第二設備の反応器に給送して還
元用に再使用する。第二設備の反応器から流出す
る蒸気/ガス混合物含有のガスをその凝縮系にお
いて第一設備の場合のように処理する。このよう
にして得られた液状クロルシランを還元反応器で
再使用し、そして水素と塩化水素との混合物をプ
ロセスから排出し、燃焼に向ける。
The reaction products, namely tetrachlorosilane, polymeric chlorosilane and hydrogen chloride, and the unused raw materials, namely trichlorosilane and hydrogen, are treated at -80 DEG C. in the condensate system of the facility. As a result,
Two streams of product result. The first of these streams, consisting of liquid chlorosilane and a portion of dissolved hydrogen chloride, is treated in a distillation column for purification from the polymeric chlorosilane and then fed to the evaporator and reactor of the second facility for re-treatment. used. A second stream containing mainly hydrogen is fed to the reactor of the second facility and reused for reduction. The gas containing the vapor/gas mixture leaving the reactor of the second installation is treated in its condensing system as in the first installation. The liquid chlorosilane thus obtained is reused in the reduction reactor and the mixture of hydrogen and hydrogen chloride is discharged from the process and directed to combustion.

前記方法は、流出水素の利用が不十分である
点、燃焼のために流出されるガス混合物流および
蒸留塔から排出される高分子クロルシラン流と一
緒にクロルシラン、特にジクロルシランが損失さ
れるので最初のクロルシランからのシリコンの抽
出が低い点において不利である。シリコンの前記
抽出は第二設備において一度だけ行われる
(GDR特許第48582号明細書)。
The process is characterized by poor utilization of the effluent hydrogen and the initial loss of chlorosilane, especially dichlorosilane, together with the gas mixture stream exiting for combustion and the polymeric chlorosilane stream exiting the distillation column. A disadvantage is that the extraction of silicon from chlorosilane is low. Said extraction of silicon is carried out only once in a second installation (GDR Patent No. 48582).

−20℃、20〜30気圧の昇圧におけるクロルシラ
ンの低温凝縮を包含する流出蒸気/ガス混合物の
分離を伴う半導体多結晶シリコンの製造法が当該
技術分野で既知である。
Processes for the production of semiconducting polycrystalline silicon are known in the art, involving the low temperature condensation of chlorosilane at −20° C. and separation of the effluent vapor/gas mixture at elevated pressures of 20 to 30 atmospheres.

還元後に流出されかつクロルシラン、塩化水素
および水素を含有する蒸気/ガス混合物の再生
は、圧縮機において圧縮し、クロルシランを多段
で凝縮し、蒸留によつて分離することによつて実
施される。凝縮後分離されかつ主として水素を含
有する蒸気/ガス混合物を活性炭を有する吸着塔
に通過させ、そこで塩化水素を吸着し、そして水
素を塔中に通過させ、かつ半導体結晶シリコンの
製造プロセスに再循環させる。活性炭が塩化水素
で飽和となつた後、吸着塔を熱ガスで+200℃〜
+300℃の温度に加熱し、そして放出塩化水素を
利用する。
Regeneration of the vapor/gas mixture discharged after reduction and containing chlorosilane, hydrogen chloride and hydrogen is carried out by compressing it in a compressor, condensing the chlorosilane in multiple stages and separating it by distillation. The vapor/gas mixture separated after condensation and containing mainly hydrogen is passed through an adsorption column with activated carbon, where hydrogen chloride is adsorbed, and the hydrogen is passed through the column and recycled to the process for producing semiconductor crystalline silicon. let After the activated carbon is saturated with hydrogen chloride, the adsorption tower is heated to +200℃ with hot gas.
Heating to a temperature of +300°C and utilizing the released hydrogen chloride.

この方法は、プロセス装置のデザインが複雑で
ある点、クロルシランの凝縮の程度が十分に高く
ない点(クロルシランはカーボンの活性表面上に
沈着してその吸着能を減少させ、そして吸着塔の
運転を著しく煩雑にさせる)において不利であ
る。再生水素は不可避的に吸着物質で汚染され、
それ故この水素は追加の精製を施さずには半導体
多結晶シリコンの製造プロセスには導入できな
い。
This method has the disadvantages that the process equipment design is complicated, the degree of condensation of chlorosilane is not high enough (chlorosilane is deposited on the active surface of carbon and reduces its adsorption capacity, and the operation of the adsorption column is It is disadvantageous in that it makes it extremely complicated. Regenerated hydrogen is inevitably contaminated with adsorbed substances,
Therefore, this hydrogen cannot be introduced into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process without additional purification.

吸着装置を洗浄に付す場合には、高分子クロル
シランが点火しやすい。このことはしばしば局部
爆発を伴う。前記以外に、吸着剤の周期的再生の
必要性はかなりの動力および労力をかけさせる
(英国特許第1144855号明細書)。
When the adsorption device is subjected to cleaning, polymeric chlorosilane is easily ignited. This is often accompanied by local explosions. In addition to the above, the need for periodic regeneration of the adsorbent requires considerable power and effort (GB 1144855).

クロルシランを−120℃の温度で凍結させ、そ
して塩化水素を−150℃から−186℃の温度で凍結
させることによつて、未反応クロルシランおよび
塩化水素含有の流出蒸気/ガス混合物を利用する
方法も既知である(FRG特許第1129937号明細
書)。
A method also utilizes the effluent vapor/gas mixture containing unreacted chlorosilane and hydrogen chloride by freezing the chlorosilane at a temperature of -120°C and freezing the hydrogen chloride at a temperature of -150°C to -186°C. known (FRG Patent No. 1129937).

この方法は、再生生成物の完全な精製が必要で
ある点、加熱および凍結用の動力が高い点、およ
びプロセス装置が複雑である点において不利であ
る。
This method is disadvantageous in that it requires complete purification of the regenerated product, the power required for heating and freezing is high, and the process equipment is complex.

気相から単離することによつて半導体多結晶シ
リコンを製造する方法が当該技術分野で既知であ
る。この方法によれば、前記プロセスで生ずるク
ロルシランおよびクロルシランの未反応部分は再
生され、そしてプロセスに再循環される。再生ク
ロルシランは、最初のクロルシランに対して装置
出口におけるクロルシランの比率が一定であるべ
きであるような比率でシリコン還元装置に導入さ
れる(FRG特許第12918066号明細書)。
Methods of producing semiconductor polycrystalline silicon by isolation from the gas phase are known in the art. According to this method, chlorosilane and unreacted portions of chlorosilane produced in the process are regenerated and recycled to the process. Regenerated chlorosilane is introduced into the silicon reduction device in such a proportion that the ratio of chlorosilane at the device outlet relative to the initial chlorosilane should be constant (FRG Patent No. 12918066).

この方法は、出発材料(水素およびクロルシラ
ン)の利用が十分に高くない点、およびプロセス
のステリリテイー(sterillity)が比較的低い点に
おいて不利である。
This method has the disadvantage that the utilization of the starting materials (hydrogen and chlorosilane) is not high enough and that the sterillity of the process is relatively low.

クロルシランの熱分解によつて、半導体多結晶
シリコンの製造プロセスにおいて生ずるクロルシ
ラン、塩化水素および水素からなる蒸気/ガス混
合物を再生する方法も既知である。
It is also known to regenerate the vapor/gas mixture consisting of chlorosilane, hydrogen chloride and hydrogen, which occurs in the production process of semiconductor polycrystalline silicon, by pyrolysis of chlorosilane.

この方法は、再生すべき蒸気/ガス混合物の凝
縮の程度が比較的低い点において不利である
(FRG特許第2918060号明細書)。
This method has the disadvantage that the degree of condensation of the steam/gas mixture to be regenerated is relatively low (FRG Patent No. 2918060).

蒸気/ガス混合物を塩化水素の溶融温度に等し
い温度またはそれ以下の温度において凍結させる
ことによつて、半導体多結晶シリコンの製造プロ
セスにおいて生じた蒸気/ガス混合物を再生する
方法も既知である。クロルシランおよび塩化水素
を含有する凍結物質を加熱して塩化水素を蒸発さ
せる。クロルシランを半導体多結晶シリコンの製
造プロセスに再循環させる。混入物を除去するた
めに、前記クロルシランを予め蒸留に付すことが
できる(FRG特許第2918078号明細書)。
It is also known to regenerate the vapor/gas mixture produced in the manufacturing process of semiconductor polycrystalline silicon by freezing the vapor/gas mixture at a temperature equal to or below the melting temperature of hydrogen chloride. The frozen material containing chlorosilane and hydrogen chloride is heated to evaporate the hydrogen chloride. Recirculating chlorosilane into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process. In order to remove contaminants, the chlorosilane can be previously subjected to distillation (FRG Patent No. 2918078).

この方法は、プロセスの安全性が不十分である
点、およびかなりの労力および動力を必要とする
点において不利である。
This method is disadvantageous in that the process is not sufficiently safe and requires considerable effort and power.

本発明の主目的は、プロセス技術の修正によつ
て最初の材料をより完全に利用させ、シリコンの
抽出度を増大させ、プロセスを単純化させ、クロ
ルシランの凝縮度を増大させ、そしてプロセスの
ステリリテイーを増大させる半導体多結晶シリコ
ンの製造プロセスにおける未反応クロルシランお
よび水素の再生法を提供することにある。
The main objectives of the present invention are to make more complete use of the initial material by modification of the process technology, to increase the degree of extraction of silicon, to simplify the process, to increase the degree of condensation of chlorosilane, and to improve the sterility of the process. An object of the present invention is to provide a method for regenerating unreacted chlorosilane and hydrogen in a manufacturing process of semiconductor polycrystalline silicon that increases the production of semiconductor polycrystalline silicon.

前記目的は、クロルシランおよび塩化水素を凝
縮しかつ凍結し、次いで半導体多結晶シリコンの
製造プロセスに再循環させることによつて半導体
多結晶シリコンの製造プロセスにおける未反応ク
ロルシランおよび水素を再生するにあたり、クロ
ルシランの凝縮を−15℃から−90℃の温度範囲に
おいて多段で実施し(段数は少なくとも4段であ
り、かつ各凝縮段階における温度は一定である)、
次いでクロルシランおよび塩化水素を少なくとも
3段で凍結させることによつて水素の再生を行う
(第一段における凍結温度は−120℃から−125℃
であり、第二段における凍結温度は−150℃から
−165℃であり、そして第三段において前記物質
の凍結プロセスを液体窒素の蒸発温度以上の温度
において実施する)ことを特徴とする半導体多結
晶シリコンの製造プロセスにおける未反応クロル
シランおよび水素の再生法の提供によつて達成さ
れる。
The purpose is to regenerate unreacted chlorosilane and hydrogen in a semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process by condensing and freezing the chlorosilane and hydrogen chloride and then recycling it into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process. The condensation of is carried out in multiple stages in the temperature range from -15 °C to -90 °C (the number of stages is at least 4, and the temperature in each condensation stage is constant),
Hydrogen is then regenerated by freezing chlorosilane and hydrogen chloride in at least three stages (the freezing temperature in the first stage is -120°C to -125°C).
, the freezing temperature in the second stage is from -150°C to -165°C, and the freezing process of the substance is carried out in the third stage at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of liquid nitrogen). This is accomplished by providing a method for regenerating unreacted chlorosilane and hydrogen in a crystalline silicon production process.

製造の安全性を確実にし、動力を減少させ、か
つクロルシランの品質を向上させる目的で、各段
における凝縮はフラクシヨナル(fractional)で
ある。
In order to ensure production safety, reduce power and improve the quality of chlorosilane, the condensation in each stage is fractional.

高品質の水素を得るために、各段におけるクロ
ルシランおよび塩化水素の凍結はフラクシヨナル
である。
In order to obtain high quality hydrogen, freezing of chlorosilane and hydrogen chloride in each stage is fractional.

高品質のシリコンを得るために、第四凝縮段階
前に汚染クロルシランを追加の蒸留に対して有害
混入物から精製させる。
In order to obtain high quality silicon, the contaminated chlorosilane is purified from harmful contaminants by additional distillation before the fourth condensation stage.

最初のクロルシランからのポリシランクロリド
の除去のために、蒸気/ガス混合物を第一段の凝
縮前に冷却することが好都合である。
For the removal of polysilane chloride from the initial chlorosilane, it is advantageous to cool the vapor/gas mixture before the first stage condensation.

本法は、現在使用されている方法とは著しく異
なる。
This method differs significantly from methods currently in use.

本法は、クロルシランの高度の凝縮(44%以
上)、プロセス装置および各段における運転の単
純さ、自動化の容易さ、労働者のより良い保護お
よびプロセスの改善された安全性、動力および労
力の節減、製造の増大されたステリリテイー、お
よび原材料(クロルシランおよび水素)のより完
全な利用によつて特徴づけられる。
The method offers high condensation of chlorosilane (more than 44%), simplicity of process equipment and operation in each stage, ease of automation, better protection of workers and improved safety of the process, power and labor savings. It is characterized by savings, increased sterility of production, and more complete utilization of raw materials (chlorosilane and hydrogen).

クロルシランの高度の凝縮は、蒸気/ガス混合
物の段階的冷却によつて得られ、塩化水素の段階
的凍結はプロセスに再循環される水素の品質を向
上させ、一方クロルシランの段階的凝縮はプロセ
スのそれぞれの段階におけるそれらの品質を向上
させる。これらのすべての因子の組み合わせは、
原材料(クロルシランおよび水素)をより完全に
利用させ、労働者の保護およびプロセスの安全性
を増大させ、プロセスのステリリテイーを増大さ
せ、そして返送物の追加の精製または蒸留操作に
必要とされる労力および動力を減少させる。
A high degree of condensation of chlorosilane is obtained by stepwise cooling of the vapor/gas mixture, stepwise freezing of hydrogen chloride improves the quality of the hydrogen recycled to the process, while stepwise condensation of chlorosilane is obtained by stepwise cooling of the vapor/gas mixture. Improve their quality at each stage. The combination of all these factors is
Provides more complete utilization of raw materials (chlorosilane and hydrogen), increases worker protection and process safety, increases process sterility, and reduces the labor and Reduce power.

プロセス装置および運転の単純さ、労働者保護
の改善および労力の節減は、含まれるプロセスの
機械化および部分的自動化、および多数の標準装
置のプロセスサイクルへの取り付けのため、一体
化された特殊な装置および化学工学機械の使用に
よつて得られる。
Simplicity of process equipment and operation, improved worker protection and labor savings are due to the mechanization and partial automation of the processes involved, as well as the installation of a large number of standard equipment into the process cycle, integrated special equipment and obtained by the use of chemical engineering machines.

動力供給源の主要な節減は、冷却の再生によつ
てなされる。例えば、第三段の凝縮からの冷却蒸
気/ガス混合物を第二段の凝縮において蒸気/ガ
ス混合物を冷却するのに使用し、そして第二段の
凝縮からの冷却蒸気/ガス混合物を第一段の凝縮
において蒸気/ガス混合物を冷却するのに使用す
る。
The major power supply savings are made through cooling regeneration. For example, the cooled vapor/gas mixture from the third stage of condensation is used to cool the vapor/gas mixture in the second stage of condensation, and the cooled vapor/gas mixture from the second stage of condensation is used to cool the vapor/gas mixture in the second stage of condensation. used to cool vapor/gas mixtures in condensation.

技術的プロセスは制御するのが容易である。装
置のデザインは、すべてのユニツトの信頼性のあ
る操作を確実にし、高沸点クロルシランおよび低
沸点クロルシランのほとんど完全な凝縮を可能と
させ、或る段階の凝縮後のクロルシランを給送さ
せて追加の精製を施さずに再使用できるようにさ
せる。
Technical processes are easy to control. The design of the equipment ensures reliable operation of all units, allows almost complete condensation of high-boiling and low-boiling chlorosilanes, and allows the chlorosilanes after a certain stage of condensation to be fed to provide additional Enables reuse without refining.

本法の重要な利点は、プロセスの適当な改善
後、気相からの半導体の製造時に存在する蒸気/
ガス混合物の再生および利用のための多方面の応
用の可能性である。
An important advantage of this method is that, after appropriate process improvements, the vapor/
A wide range of application possibilities for the regeneration and utilization of gas mixtures.

クロルシランおよび水素を再生する本発明の方
法の応用は、多結晶シリコンの工業的製造法の完
全な機械化および自動化に対する広い展望を開
く。
The application of the inventive method for regenerating chlorosilane and hydrogen opens wide prospects for complete mechanization and automation of the industrial production process of polycrystalline silicon.

前記利点は、本法を最新の工学的要件を満たす
革新的な技術として特徴づけさせる。
The above advantages characterize the method as an innovative technology that meets modern engineering requirements.

本法の使用は、前記従来法の不利益を解消させ
る。
Use of the present method eliminates the disadvantages of the conventional method.

本発明を次のように実施する。 The invention is carried out as follows.

出発材料、即ちクロルシランおよび水素(モル
比5〜10:1)を還元装置に供給する。この装置
内において、1000〜1200℃の温度に加熱された表
面上で(例えばシリコン製基板上で)シリコンの
冷却が生ずる。シリコンを非常に冷却しかつ重金
属の混入物を除去するために、仕込まれたクロル
シランを予め蒸留または精製に付す。還元装置か
ら流出しかつクロルシラン5〜15容量%、塩化水
素1〜5容量%および水素80〜85容量%含有の蒸
気/ガス混合物を第一段の凝縮の予冷に付し、流
出蒸気/ガス混合物と第二段の凝縮から来る液状
クロルシランとの接触の結果、有害混入物(例え
ば、Cu、Fe、Al)の一部分は気相から液相に移
る。換言すれば、蒸気/ガス混合物の部分精製が
生ずる。液状クロルシランは冷却塩化水素も捕促
する。
The starting materials, namely chlorosilane and hydrogen (molar ratio 5-10:1), are fed to the reduction apparatus. In this device cooling of the silicon takes place on a heated surface (for example on a silicon substrate) to a temperature of 1000-1200°C. The charged chlorosilane is previously subjected to distillation or purification in order to greatly cool the silicon and remove heavy metal contaminants. The vapor/gas mixture effluent from the reduction unit and containing 5-15% by volume of chlorosilane, 1-5% by volume of hydrogen chloride and 80-85% by volume of hydrogen is subjected to a first stage of condensation precooling, and the effluent vapor/gas mixture is As a result of contact with the liquid chlorosilane coming from the second stage condensation, a portion of the harmful contaminants (eg Cu, Fe, Al) are transferred from the gas phase to the liquid phase. In other words, a partial purification of the steam/gas mixture takes place. Liquid chlorosilane also scavenges chilled hydrogen chloride.

更に、冷却高分子クロルシラン(ポリシランク
ロリド)を有効に捕促した液状クロルシラン流を
第一段の凝縮の装置から連続的に排出して利用す
る。
Furthermore, the liquid chlorosilane stream in which the cooled polymeric chlorosilane (polysilane chloride) has been effectively captured is continuously discharged from the first stage condensation device and utilized.

第一段の凝縮の予冷装置にプロセスにおける損
失を補いかつ追加の精製のために純水素を導入す
る。
Pure hydrogen is introduced into the first stage condensing precooler to compensate for losses in the process and for additional purification.

更に、クロルシラン、塩化水素および水素を含
有する蒸気/ガス混合物を第二段の凝縮に付し、
そこに−30℃から−45℃の温度において高沸点ク
ロルシラン(主としてSiCl4およびポリシランク
ロリドの残留物)の凝縮が生ずる。混入物と一緒
に凝縮クロルシランを密閉系から排出して別の技
術プロセスで使用する。更に、蒸気/ガス混合物
を第三段の凝縮の冷却器に入れ、そこで−65℃か
ら−70℃の温度において最も価値のあるクロルシ
ラン(SiHCI3および一部分のSiH2Cl2)の凝縮が
生ずる。
further subjecting the vapor/gas mixture containing chlorosilane, hydrogen chloride and hydrogen to a second stage of condensation;
There, at temperatures of -30 DEG C. to -45 DEG C., condensation of high-boiling chlorosilanes (mainly residues of SiCl 4 and polysilane chloride) takes place. The condensed chlorosilane together with the contaminants is discharged from the closed system and used in another technological process. Furthermore, the vapor/gas mixture is passed into a third stage condensation cooler, where condensation of the most valuable chlorosilanes (SiHCI 3 and a portion of SiH 2 Cl 2 ) takes place at temperatures of -65°C to -70°C.

凝縮クロルシランはパイプラインに沿つて蒸留
塔のスチルに走行し、そして精製後プロセスに再
循環される。
The condensed chlorosilane travels along a pipeline to the distillation column still and is recycled to the process after purification.

第三段の凝縮から残りの蒸気/ガス混合物を第
四段の凝縮に付し、そこでクロルシランの完全な
凝縮が−80℃から−90℃の温度において生じ、そ
して単離されたクロルシランを精製段階を経ずに
半導体多結晶シリコンの製造プロセスに導入す
る。
The remaining vapor/gas mixture from the third stage condensation is subjected to a fourth stage condensation, where complete condensation of the chlorosilane occurs at a temperature of -80°C to -90°C, and the isolated chlorosilane is subjected to a purification stage. It can be introduced into the manufacturing process of semiconductor polycrystalline silicon without going through the process.

次いで、痕跡量のクロルシラン、塩化水素およ
び水素を含有する残りの蒸気/ガス混合物を第一
段の凍結に付して−115℃から−125℃の温度にお
いて痕跡量のクロルシランを凍結し、かつ一部分
の塩化水素を捕捉する。凍結クロルシランおよび
塩化水素を−30℃から−40℃の温度に加温した
後、ガス状窒素ではき出させ、そして利用に向け
る。
The remaining vapor/gas mixture containing traces of chlorosilane, hydrogen chloride and hydrogen is then subjected to a first stage freezing at a temperature of -115°C to -125°C to freeze traces of chlorosilane and partially of hydrogen chloride. After warming the frozen chlorosilane and hydrogen chloride to a temperature of -30°C to -40°C, they are flushed out with gaseous nitrogen and ready for utilization.

水素と塩化水素との混合物を含有する非凝縮ガ
スを第二段の凍結に付し、そこに−155℃から−
165℃の温度において塩化水素の凍結が生ずる。
凍結塩化水素を−50℃または−60℃にまで加温し
た後、ガス状窒素ではき出させ、そして利用に向
ける。
The non-condensable gas containing a mixture of hydrogen and hydrogen chloride is subjected to a second freezing stage where it is heated from -155°C to -
Freezing of hydrogen chloride occurs at a temperature of 165°C.
After warming the frozen hydrogen chloride to -50°C or -60°C, it is evacuated with gaseous nitrogen and made available for use.

更に、水素を最終段階の凍結に付す。再生水素
を圧縮機によつてパイプラインに沿つて半導体多
結晶シリコンの製造プロセスに再循環させる。
Furthermore, the hydrogen is subjected to a final stage of freezing. The regenerated hydrogen is recycled by a compressor along the pipeline to the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process.

例 1 半導体多結晶シリコンを製造するために、10:
1のモル比の高精製クロルシランおよび水素を反
応器に供給する。1000〜1200℃の温度における反
応の結果、シリコンはシリコンロツド上に析出さ
れる。
Example 1 To manufacture semiconductor polycrystalline silicon, 10:
Highly purified chlorosilane and hydrogen in a molar ratio of 1 are fed to the reactor. As a result of the reaction at temperatures of 1000-1200°C, silicon is deposited on silicon rods.

還元装置から流出しかつ塩化水素3.5容量%、
クロルシラン8容量%および水素88.5容量%を含
有する蒸気/ガス混合物を330Nm3/時の速度で
液状クロルシランの層中に通過させて第一段の凝
縮を行う。第一段においては、−15℃の温度を維
持する。第一段の凝縮において高沸点クロルシラ
ン、即ちポリシランクロリドの凝縮が生ずる。こ
れらはクロルシランの全量の6重量%の量でテト
ラクロルシランと一緒に装置から連続的に排出さ
れる。
Flowing from the reduction device and hydrogen chloride 3.5% by volume,
A first stage condensation is carried out by passing a vapor/gas mixture containing 8% by volume of chlorosilane and 88.5% by volume of hydrogen into a bed of liquid chlorosilane at a rate of 330 Nm 3 /h. In the first stage, a temperature of -15°C is maintained. In the first stage of condensation, high-boiling chlorosilane, ie polysilane chloride, condenses. These are continuously discharged from the device together with the tetrachlorosilane in an amount of 6% by weight of the total amount of chlorosilane.

更に、蒸気/ガス混合物を凝縮の第二装置に給
送する。そこに−35℃から−45℃の温度において
テトラクロルシランの支配的な凝縮(SiCl490重
量%、SiHCl310重量%)が生ずる。多数の有害
混入物(Cu、Au、Ag、Al、Ba、Be、Ga、Cd、
Co、Fe、K、Na、Li、Mg、Mn、Ni、Pt、Rt、
Rb、Sr、Te、Ti、U、Zn、Zr)の塩化物で汚
染されたテトラクロルシランをクロルシランの全
量の10重量%の量で連続的に排出する。次いで、
再生クロルシランを連続的にプロセスから排出
し、そして別の製造プロセスに向ける。
Furthermore, the vapor/gas mixture is fed to a second device for condensation. There, a predominant condensation of tetrachlorosilane (90% by weight SiCl 4 , 10% by weight SiHCl 3 ) occurs at temperatures of -35° C. to -45° C. Numerous harmful contaminants (Cu, Au, Ag, Al, Ba, Be, Ga, Cd,
Co, Fe, K, Na, Li, Mg, Mn, Ni, Pt, Rt,
Tetrachlorosilane contaminated with chlorides of Rb, Sr, Te, Ti, U, Zn, Zr) is continuously discharged in an amount of 10% by weight of the total amount of chlorosilane. Then,
Regenerated chlorosilane is continuously discharged from the process and directed to another manufacturing process.

次いで、蒸気/ガス混合物を凝縮の第三装置に
入れ、そこで−60℃から−70℃の温度においてク
ロルシランの主要部分(塩化物の全量の50重量
%)を凝縮させる(SiCl475重量%、SiHCl324重
量%、SiH2Cl21重量%)。次いで、凝縮クロルシ
ランを蒸留する。そこで、低沸点混入物、塩化水
素および一部分のクロルシラン(15重量%)を塔
の頂部でプロセスから排出し、そして精製クロル
シランを半導体多結晶シリコンの製造プロセスに
再循環させる。
The vapor/gas mixture is then passed into a third condensing device, where the main part of the chlorosilane (50% by weight of the total amount of chlorides) is condensed (75% by weight of SiCl4 , SiHCl3 24% by weight, SiH2Cl2 1 % by weight). The condensed chlorosilane is then distilled. The low boiling contaminants, hydrogen chloride and a portion of chlorosilane (15% by weight) are then discharged from the process at the top of the column and the purified chlorosilane is recycled to the semiconductor polycrystalline silicon production process.

残りの蒸気/ガス混合物を第四段の冷却器に入
れ、そこで−80℃から−90℃の温度においてクロ
ルシランの最も完全な単離(クロルシランの全量
の30重量%)が生ずる(SiCl445重量%、
SiHCl352重量%、SiH2Cl23重量%)。そして、単
離クロルシランを精製段階を経ずに半導体多結晶
シリコンの製造プロセスに入れる。
The remaining vapor/gas mixture enters the fourth stage cooler, where the most complete isolation of chlorosilane (30% by weight of the total amount of chlorosilane) occurs at a temperature of -80 °C to -90 °C (SiCl 4 45% by weight) %,
SiHCl3 52% by weight, SiH2Cl2 3 % by weight). The isolated chlorosilane is then introduced into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process without going through a purification step.

その後、蒸気/ガス混合物を熱交換器に移送
し、そこで−115℃から−125℃の温度において溶
存した塩化水素に或る量と一緒にクロルシランの
完全な凍結が生ずる。
The vapor/gas mixture is then transferred to a heat exchanger where complete freezing of the chlorosilane occurs together with some amount of dissolved hydrogen chloride at a temperature of -115°C to -125°C.

塩化水素1重量%、SiCl425重量%、SiHCl370
重量%およびSiH2Cl25重量%を含有するクロル
シランの全量の3重量%の凍結クロルシランおよ
び塩化水素を−30℃から−40℃の温度に加温した
後にガス状窒素ではき出させ、そして利用に向け
る。水素97.5容量%および塩化水素2.5容量%を
含有する非凝縮ガスを300Nm3/時の速度で第二
段の凍結装置に入れ、そこで−155℃から−165℃
の温度において塩化水素を凍結させた(0.001容
量%)。更に、水素を−195.6℃よりも高い温度に
おける最終段階の凍結に付し、そこで水素内の塩
化水素含有量を0.00005〜0.0001容量%に低下さ
せ、そして有害物質の混入含量を1×10-4〜1×
10-5容量%に低下させた。
Hydrogen chloride 1% by weight, SiCl 4 25% by weight, SiHCl 3 70
Frozen chlorosilane and hydrogen chloride of 3% by weight of the total amount of chlorosilane containing 5% by weight and 5% by weight of SiH 2 Cl 2 are blown off with gaseous nitrogen after warming to a temperature of −30° C. to −40° C., and towards use. The non-condensable gas containing 97.5% by volume hydrogen and 2.5% by volume hydrogen chloride is fed at a rate of 300Nm 3 /h into the second stage freezing device where it is heated from −155°C to −165°C.
Hydrogen chloride was frozen at a temperature of (0.001% by volume). Furthermore, the hydrogen is subjected to a final stage of freezing at temperatures higher than -195.6°C, where the hydrogen chloride content in the hydrogen is reduced to 0.00005-0.0001% by volume and the contaminant content of harmful substances is reduced to 1×10 -4 ~1×
It was reduced to 10 -5 % by volume.

再生水素を圧縮機によつてパイプラインに沿つ
て半導体多結晶シリコンの製造プロセスに再循環
させる。
The regenerated hydrogen is recycled by a compressor along the pipeline to the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process.

高品質半導体多結晶シリコンの収率は、全量の
70%よりも高い。高品質多結晶シリコンの電気物
理的パラメーターは次の通りである。
The yield of high quality semiconductor polycrystalline silicon is
Higher than 70%. The electrophysical parameters of high quality polycrystalline silicon are as follows.

(a) ドナーに対する抵抗 300オームcm (b) アクセプターに対する抵抗 3000オームcm 例 2 例1と同一の条件下で半導体多結晶シリコンを
製造するが、凝縮の第三装置からのクロルシラン
の主要部分を精製段階(蒸留の形態)に付さず
に、半導体多結晶シリコンの製造プロセスに直接
再循環させる。
(a) Resistance to the donor 300 ohm cm (b) Resistance to the acceptor 3000 ohm cm Example 2 Semiconducting polycrystalline silicon is produced under the same conditions as in example 1, but the main part of the chlorosilane from the third device of condensation is purified. It is directly recycled into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process without being subjected to any stage (in the form of distillation).

この場合、高品質半導体多結晶シリコンの収率
は2.5〜3倍だけ低い。
In this case, the yield of high quality semiconductor polycrystalline silicon is 2.5-3 times lower.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 クロルシランおよび塩化水素を凝縮しかつ凍
結し、次いで半導体多結晶シリコンの製造プロセ
スに再循環させることによつて半導体多結晶シリ
コンの製造プロセスにおける未反応クロルシラン
および水素を再生するにあたり、クロルシランの
凝縮を−15℃から−90℃の温度範囲において多段
で実施し(段数は少なくとも4段であり、かつ各
凝縮段階における温度は一定である)、次いでク
ロルシランおよび塩化水素を少なくとも3段で凍
結させることによつて水素の再生を行う(第一段
における凍結温度は−120℃から−125℃であり、
第二段における凍結温度は−150℃から−165℃で
あり、そして第三段において前記物質の凍結プロ
セスを液体窒素の蒸発温度以上の温度において実
施する)ことを特徴とする半導体多結晶シリコン
の製造プロセスにおける未反応クロルシランおよ
び水素の再生法。 2 各段におけるクロルシランの凝縮がフラクシ
ヨナルであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の方法。 3 各段におけるクロルシランおよび塩化水素の
凍結がフラクシヨナルであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の方法。 4 第三段の凝縮からの凝縮クロルシランを蒸留
に向けることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の方法。 5 第一段の凝縮前に蒸気/ガス混合物を予め冷
却することを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の方法。
[Claims] 1. Regenerating unreacted chlorosilane and hydrogen in a semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process by condensing and freezing the chlorosilane and hydrogen chloride, and then recycling them into the semiconductor polycrystalline silicon manufacturing process. For this, the condensation of chlorosilane is carried out in multiple stages in the temperature range from -15°C to -90°C (the number of stages is at least 4, and the temperature in each condensation stage is constant), and then chlorosilane and hydrogen chloride are Hydrogen is regenerated by freezing in the first stage (the freezing temperature in the first stage is -120°C to -125°C,
The freezing temperature in the second stage is from -150°C to -165°C, and in the third stage the freezing process of the material is carried out at a temperature above the evaporation temperature of liquid nitrogen. A method for regenerating unreacted chlorosilane and hydrogen in the manufacturing process. 2. The method according to claim 1, wherein the condensation of chlorosilane in each stage is fractional. 3. The method according to claim 1, wherein freezing of chlorosilane and hydrogen chloride in each stage is fractional. 4. Process according to claim 1, characterized in that the condensed chlorosilane from the third stage condensation is directed to distillation. 5. Process according to claim 1, characterized in that the vapor/gas mixture is precooled before the first stage of condensation.
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