Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
В работе [125] сообщено о глубокой очистке моносилана методом ректификации и экспериментально определены коэффициенты разделения разбавленных растворов CH4, C2H4, C3H8, CH3SiH3, PH3, AsH3, H2S и HCl в моносилане. В [126] приведен анализ работы ректификационной колонны и описаны некоторые особенности, которые необходимо учитывать при очистке моносилана методом низкотемпературной ректификации.
Рациональная схема установки для очистки моносилана ректификацией определяется характером примесей. Как правило, для очистки необходимо использовать две колонны или колонну с кубом в середине, что позволяет проводить очистку от различных примесей (рис. 91). Колонна очистки от вышекипящих примесей выполнена из нержавеющей стали Х18НЮТ и теплоизолирована пенопластом марки ПС-4. Температурный режим колонны, перепады давления и расходы поддерживаются автоматически. Установка включает дефлегматор, куб-накопитель, клапан регулирования орошения, колонну и куб полного испарения (КПИ) с электроподогревателем. КПИ соединен с колонной патрубками для подачи жидкости и выхода паров в ректификационную колонну. Патрубок заканчивается обратным клапаном, препятствующим попаданию паров из КПИ в ректификационную колонну по патрубку подачи жидкости.
Жидкий силан поступает из ректификационной колонны через первый патрубок и обратный клапан в КПИ и, испаряясь, направляется в виде паров через второй патрубок в колонну. КПИ обогревается электронагревателем с блоком питания, а температура образующихся в нем паров моносилана поддерживается автоматически в пределах 173- 353 К с помощью регулятора, сигнал на который подается с термопары.
Отбор примесей осуществляется из нижней части сепаратора КПИ через расходомер под вытяжной зонт на сжигание. После отделения примесей в сепараторе газообразный силан охлаждается в теплообменнике и затем поступает в колонну. Пробы для анализа отбираются
207
Рис. 91. Ректификационная установка очистки моносилана от вышекипящих примесей:
1 — регулятор температуры; 2 — обратный клапан; 3 — дефлегматор; 4 — куб-накопитель; 5 — клапан регулирования орошения; 6 — колонна; 7 — печь разложения; 8 - расходомер; 9 - баллон; 10 - сосуд с жидким азотом;-11 — патрубок для подачи жидкости; 12 - куб полного испарения (КПИ); 13 — электроподогревагель; 14 -холодильник; 15 — патрубок для выхода паров; 16 — сепаратор; П — термопара
в баллон, который предварительно погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом. Одновременно часть моносилана подается в печь, где он разлагается на прутках кремния с образованием поликристалли-ческого кремния.
По содержанию электрически активных примесей в поликристалли-ческом кремнии косвенно судят об эффективности очистки. Соединения, содержащие в своем составе углерод и кислород и попадающие в результате неполной очистки в моносилан, а затем в кремний, на последующих стадиях металлургической обработки (например, при очистке зонной плавкой) служат источником шлака и газовых выделений. Таким образом, характер плавки при металлургической обработке дает дополнительные данные, которые позволяют более полно оценить глубину очистки моносилана.
Регулирование работы колонны осуществляется по перепаду давления (разница давлений паров моносилана в КПИ и дефлегматоре). Если перепад давления становится ниже заданного, то увеличивают орошение из куба-накопителя с помощью автоматического открытия клапана. В результате в другом кубе (КПИ), увеличивается количество паров, попадающих в сепаратор, где устанавливаются определенные условия за счет конструктивных особенностей сепаратора для выделения жидкого продукта (например, капель, аэрозолей и т.п. примесных веществ, спирта, три- и тетраэтоксисилана). Для обеспечения условий, способствующих выделению капель и аэрозолей, поддерживается определенный режим с помощью нагревателя.
После сепаратора пары охлаждают до температуры, близкой к
208
температуре кипения моносилана, затем они поступают в разделяющую часть колонны, заполненную насадкой, изготовленной из нихромовой (или никельмолибденовой) проволоки. Элемент насадки - трехгранная призма, длина ребра которой 4 мм. При увеличении количества паров в колонне возрастает перепад давления. Когда значение перепада устанавливается выше заданного, клапан перекрывается и уменьшается орошение, что в конечном счете приводит к уменьшению перепада давления в колонне.
Дефлегматор ректификационной колонны выполнен в виде криостата, состоящего из медного стержня, верхняя часть которого входит в дьюар с жидким азотом, а нижняя в накопительный куб.
На нижнюю часть стержня напрессованы медные диски с развитой поверхностью для улучшения процесса конденсации (конденсирующие элементы). На верхнюю часть стержня напрессован такой же диск для использования холода испаренного азота, проходящего через щели в медном диске. В дальнейшем испаренный азот подают в стандартный конденсатор из нержавеющей стали Х18Н10Т.
Ректификационная колонна низкотемпературной ректификации моносилана для очистки от нижекипящих примесей (рис. 92) состоит из дефлегматора и теплового моста, охлаждаемого жидким азотом. Теплопередача от жидкого азота к дефлегматору осуществляется через тепловой мост. Испаренный азот подается в межтрубное пространство кожухотрубного конденсатора, выполненного из ,нержавеющей стали, а затем остаточный холод газообразного азота используется для охлаждения куба с жидким моносиланом. Ta часть паров моносилана; которая не успела сконденсироваться в дефлегматоре, поступает в трубное пространство кожухотрубного конденсатора. Часть же паров моносилана в виде фракции, содержащей нижекипящие примеси (нижекипящий компонент - НКК), отбирается с верхней части конденсатиора в виде паров. Другая часть, содержащая выщекипящие примеси (ВКК), отбирается из испарителя.
