DE102010011853A1

DE102010011853A1 - Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium

Info

Publication number: DE102010011853A1
Application number: DE102010011853A
Authority: DE
Inventors: Jochem Hahn; Uwe Kerat; Christian Schmid
Original assignee: Schmid Silicon Technology GmbH
Current assignee: Schmid Silicon Technology GmbH
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-15
Also published as: EP2544999A1; US20130064751A1; TWI518032B; JP2013521219A; EP2544999B1; TW201144223A; CN103052594A; WO2011110577A1; CN103052594B; CA2792166A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von Silizium, insbesondere von hochreinem Silizium, wobei (1) siliziumhaltigem Pulver, insbesondere Pulver, das beim Drahtsägen eines Siliziumblocks anfällt, bereitgestellt wird, (2) das siliziumhaltige Pulver in einen Gasstrom eingespeist wird, wobei das Gas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um das Siliziumpulver aus dem festen in den flüssigen und/oder gasförmigen Zustand zu überführen, (3) Siliziumdämpfe gegebenenfalls kondensiert und flüssiges Silizium gesammelt wird und (4) gesammeltes flüssiges Silizium abgekühlt wird, vorzugsweise in einer Gussform.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium sowie mit dem Verfahren hergestelltes Silizium.
Als Wafer werden dünne Scheiben oder Trägerplatten bezeichnet, auf denen elektronische, photoelektrische oder mikromechanische Vorrichtungen angeordnet werden. Solche Wafer bestehen meistens aus poly- oder monokristallinem Material, beispielsweise aus polykristallinem Silizium. Zur Herstellung solcher Wafer werden üblicherweise größere Blöcke aus einem entsprechenden Rohmaterial in einzelne Scheiben zerteilt, insbesondere zersägt. Derartige Materialblöcke werden auch als „Ingots” oder als „Bricks” bezeichnet.
Die Zerteilung erfolgt in der Regel mit Drahtsägen, bevorzugt insbesondere mit Mehrfachdrahtsägen, welche einen Block gleichzeitig in viele Wafer zerteilen. Zum Zersägen werden die Blöcke üblicherweise auf einer Trägerplatte angeordnet, die dann in einer Zerteilungs- oder Sägevorrichtung befestigt wird.
Beim Drahtsägen kommt als Werkzeug meist ein dünner Draht mit einem Durchmesser zwischen 80 μm und 200 μm zum Einsatz. Dieser wird in der Regel mit einer Suspension bestehend aus einem Trägermedium und einem darin suspendierten Abrasivmedium (auch als Schneidkorn bezeichnet) benetzt, dem sogenannten „Slurry”. Als Trägermedien eignen sich insbesondere hochviskose Flüssigkeiten wie Glykol oder Öl, die aufgrund ihrer rheologischen Eigenschaften eine schnelle Ablagerung (Sedimentation) des suspendierten Schneidkorns verzögern. Als Abrasivmedien kommen vor allem Hartstoffpartikel aus Diamant, Carbiden und Nitriden (wie Siliziumcarbid und kubisches Bornitrid) zum Einsatz.
Streng genommen hat man es bei Verwendung eines solchen Slurrys nicht mit einem Sägeprozess zu tun. Beim Benetzen des Drahts kommt es nämlich nur zur losen Anhaftung von Abrasivmedium an der Drahtoberfläche. Man spricht deshalb auch oft von einem Trenn-Lapp-Verfahren. Bei einer definierten Bearbeitungsgeschwindigkeit wird der Draht mit den anhaftenden Schneidkornpartikeln durch den Sägespalt des zu zersägenden Blocks gezogen, wobei winzig kleine Materialpartikel aus dem zu zersägenden Block gerissen werden. Die herausgerissenen Materialpartikel vermischen sich dabei mit dem Abrasivmedium (dem Schneidkorn). Die entstehende Mischung aus Materialpartikeln, Schneidkorn und Trägermedium ist üblicherweise nur schwer verwertbar. Dies liegt darin begründet, dass bereits die Auftrennung von Trägermedium und den darin enthaltenen feinen Feststoffpartikeln aufgrund der hohen Viskosität des Trägermediums technisch recht aufwendig ist. Noch wesentlich problematischer ist jedoch eine saubere Auftrennung der enthaltenen Feststoffpartikel in klar definierte Fraktionen aus Schneidkorn und herausgerissenen Materialpartikeln.
Sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht ist dies äußerst unbefriedigend. Bei Drahtsägeprozessen wird ein nicht unerheblicher Teil der zu zersägenden Blöcke zerspant. Diese Blöcke werden selbst in vorgelagerten, sehr energie- und kostenintensiven Prozessen hergestellt. Die beim Drahtsägen auftretenden Materialverluste schlagen sich entsprechend in der Energiegesamt- und Kostenbilanz von Wafer-Herstellungsverfahren äußerst negativ nieder.
Es ist aus diesem Grund wünschenswert, technische Lösungen bereitzustellen, die das Recycling von bei Sägeprozessen anfallenden Abfallschlämmen erlauben, insbesondere das Recycling der darin enthaltenen aus dem zersägten Material stammenden Partikel.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9. Des weiteren ist auch das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 10 von der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Herstellung von Silizium, insbesondere von hochreinem Silizium, also von Silizium, das unmittelbar in der Halbleiterindustrie, beispielsweise zur Herstellung von Solarzellen, weiterverarbeitet werden kann, und umfasst stets zumindest die folgenden Schritte:

(1) Im üblicherweise ersten Schritt wird siliziumhaltiges Pulver bereitgestellt.
(2) In einem weiteren Schritt wird das siliziumhaltige Pulver in einen Gasstrom eingespeist. Wichtig ist dabei, dass das Gas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um das Partikel aus metallischem Silizium aus dem festen in den flüssigen und/oder gasförmigen Zustand zu überführen. Partikel aus metallischem Silizium sollen also aufschmelzen, gegebenenfalls sogar mindestens teilweise oder sogar vollständig verdampfen, sobald sie in Kontakt mit dem Gasstrom getreten sind.
(3) Anschließend wird das sich in flüssigem Zustand befindliche Silizium gesammelt. Sofern der Gasstrom gasförmiges Silizium enthält, wird dieses zuvor mindestens teilweise kondensiert.
(4) Danach wird das gesammelte flüssige Silizium abgekühlt, dies vorzugsweise in einer Gussform, so dass idealerweise unmittelbar wieder ein Ingot oder Brick erzeugt wird.

Auf diese Weise erzeugte Ingots oder Bricks werden bevorzugt ohne weitere Aufarbeitung direkt wieder einem Drahtsägevorgang unterworfen.
Besonders bevorzugt kommen in einem erfindungsgemäßen Verfahren als siliziumhaltige Pulver solche Pulver zum Einsatz, die beim Drahtsägen eines Siliziumblocks anfallen, insbesondere unter Verwendung von Sägen mit gebundenen Schneideartikeln, also solchen Sägen, bei denen die Schneideartikel fest an den Draht gebunden und somit Bestandteil des Drahtes sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich also unmittelbar an einen Drahtsägeprozess anschließen.
Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen herkömmlichen Verfahren kommt es beim Drahtsägen unter Verwendung von Sägen mit gebundenen Schneideartikeln nicht zum Einsatz von Suspensionen aus Trägermedium und abrasiven Partikeln. Das Drahtsägen erfolgt statt dessen bevorzugt trocken oder unter Zugabe von Wasser, das als Kühlmedium dienen kann sowie zum Herausspülen von herausgerissenen Siliziumpartikeln aus dem Sägespalt. Auch die Verwendung anderer Flüssigkeiten als Kühlmedium ist möglich. Das Wasser oder die anderen Flüssigkeiten können diverse Prozessadditive enthalten, beispielsweise Korrosionsinhibitoren, Dispergierhilfen, Biozide oder antistatische Zusätze. Derlei Additive sind dem Fachmann bekannt und müssen deshalb nicht näher erläutert werden.
Geeignete Drahtsägen mit gebundenen Schneidpartikeln sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist z. B. in der DE 699 29 721 eine Drahtsäge beschrieben, die einen Metalldraht und superabrasive Körner umfasst, die durch eine hartgelötete Metallbindung auf dem Draht befestigt sind. Die abrasiven Partikel sind dabei zumindest teilweise in eine metallische Matrix eingebettet. Sie bestehen bevorzugt aus Diamant, kubischem Bornitrid oder aus einer Mischung solcher Partikel.
Die Verwendung von Drahtsägen mit gebundenen Schneidpartikeln hat den entscheidenden Vorteil, dass der beim Drahtsägen entstehende feste Sägeabfall zum weitaus überwiegenden Anteil aus Siliziumpartikeln besteht. Diese können allenfalls mit Schneidpartikeln oder Schneidpartikelfragmenten verunreinigt sein, die beim Sägen aus dem Draht herausgebrochen sind oder aber mit metallischen Bestandteilen des Drahtes oder Rückständen der oben erwähnten Prozeßadditive. Im Gegensatz zu Mischungen, wie sie bei den eingangs beschriebenen Drahtsägeprozessen unter Verwendung von nichtgebundenen Schneidpartikeln entstehen, eignen sich die anfallenden Siliziumstäube und -pulver entsprechend sehr viel besser zur Wiederaufarbeitung. Das Abtrennen eines hochviskosen Trägermediums entfällt vollständig. Bei Verwendung von Wasser sollte dieses zumindest weitgehend abgetrennt und das anfallende Siliziumpulver getrocknet werden.
Grundsätzlich ist auch die Verwendung von Siliziumpulver denkbar, das beim Drahtsägen unter Verwendung von Suspensionen aus Trägermedium und abrasiven Partikeln anfällt. Allerdings ist die Aufreinigung einer beim Drahtsägen mit einem Slurry entstehenden Mischung aus Materialpartikeln, Schneidkorn und Trägermedium im Vergleich sehr viel aufwendiger.
Die beim Drahtsägen entstehenden Siliziumpartikel weisen oft nur sehr geringe Partikelgrößen auf und sind in Folge ihrer entsprechend großen spezifischen Oberfläche sehr reaktiv. Mit Wasser z. B., das, wie oben erwähnt, als Kühlmedium beim Drahtsägen zum Einsatz kommen kann, können sie unter Bildung von Siliziumdioxid und Wasserstoff reagieren. Bei dem im üblicherweise ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellten siliziumhaltigen Pulver muss es sich entsprechend nicht zwingend um ein Pulver aus rein metallischen Siliziumpartikeln handeln. Das Pulver kann anteilig auch Siliziumpartikel umfassen, die oberflächlich zumindest leicht oxidiert sind, gegebenenfalls auch aus solchen Partikeln bestehen.
Im verwendeten siliziumhaltigen Pulver enthaltene Verunreinigungen werden bevorzugt zumindest weitgehend entfernt, bevor das Pulver in den hocherhitzten Gasstrom eingespeist wird. Eine solche Vorreinigung kann sowohl chemische als auch mechanische Reinigungsschritte umfassen.
Die chemische Reinigung des siliziumhaltigen Pulvers dient vor allem der Entfernung von gegebenenfalls enthaltenen metallischen Verunreinigungen sowie gegebenenfalls zur Entfernung einer oberflächlichen Oxidschicht. Hierzu kann das Siliziumpulver beispielsweise mit Säuren oder Laugen behandelt werden. Geeignet sind neben organischen Säuren z. B. auch Salzsäure, Flusssäure, Salpetersäure oder eine Kombination aus diesen Säuren, insbesondere in verdünnter Form. Eine geeignete Vorgehensweise ist z. B. in der DE 29 33 164 beschrieben. Nach einer solchen Behandlung muss das Silizium in der Regel säurefrei gewaschen und getrocknet werden. Das Trocknen kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines inerten Gases, beispielsweise von Stickstoff, erfolgen. Die Trocknungstemperatur sollte dabei vorzugsweise über 100°C liegen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Trocknung bei einem Unterdruck durchzuführen. Auch dies ist bereits in der DE 29 33 164 beschrieben. Gegebenenfalls aus der chemischen Behandlung stammende Säure- und Wasserrückstände können so im Wesentlichen rückstandslos entfernt werden.
Weiterhin dient die chemische Reinigung gegebenenfalls auch der Entfernung von Rückständen der erwähnten Prozeßadditive. Diese Rückstände können ebenfalls mit den bereits genannten Säuren und Laugen entfernt werden. Daneben oder statt dessen ist auch das Waschen des gesammelten Siliziumpulvers z. B. mit einem organischen Lösungsmittel oder einem sonstigen Reinigungsmittel denkbar.
Schwieriger als die Entfernung metallischer Verunreinigungen ist in der Regel die Abtrennung der erwähnten Schneideartikel oder Schneidpartikelfragmente aus dem Pulver. In der Regel kann dies nur über einen oder mehrere mechanische Reinigungsschritte geschehen.
Da z. B. abrasiv wirkende Hartstoffpartikel aus Diamant und kubischem Bornitrid in der Regel eine deutlich höhere Dichte aufweisen als Silizium, kann eine Abtrennung beispielsweise mittels eines Fliehkraftabscheiders erfolgen. Hierzu kann das in einem Sägeprozess anfallende und gegebenenfalls anschließend chemisch aufgereinigte Siliziumpulver beispielsweise nach Korngrößen fraktioniert werden. Bei Einspeisung der einzelnen Fraktionen in einen Fliehkraftabscheider können die leichteren Siliziumpartikel bei geeigneter Einstellung diesen passieren, während schwerere Hartstoffpartikel abgeschieden werden. Grundsätzlich gilt, dass die Auftrennung kleiner Partikel aufwendiger ist als die großer. Es kann daher bevorzugt sein, nach der erwähnten Fraktionierung das Feingut, also die Fraktionen mit den kleinsten Partikeln, zu verwerfen und nur die Fraktionen mit den gröberen Partikeln in den Fliehkraftabscheider einzuspeisen.
Alternativ oder zusätzlich ist zur mechanischen Aufreinigung des gesammelten Silziumpulvers auch der Einsatz von einem oder mehreren Hydrozyklonen möglich. Bei einem Hydrozyklon handelt es sich bekanntlich um einen Fliehkraftabscheider für Flüssiggemische, insbesondere zur Abtrennung von in Suspensionen enthaltenen Feststoffpartikeln. Vorgehensweisen zur Auftrennung von Stoffgemischen, die auch im Rahmen des vorliegenden Verfahrens zum Einsatz kommen können, sind z. B. in der DE 198 49 870 und in der WO 2008/078349 beschrieben.
Zur Abtrennung von metallischen Verunreinigungen kann übrigens auch ein Magnetabscheider zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein aus einem Drahtsägeprozess resultierendes Gemisch aus Wasser, oberflächlich oxidierten Siliziumpartikeln und Stahlpartikeln aus der Matrix des verwendeten Drahtes über einen Magnetabscheider gefahren werden. Die Siliziumpartikel können diesen unbeeinflusst passieren.
Der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Gasstrom, in den das Siliziumpulver eingespeist wird, wird in der Regel mittels eines Plasmagenerators erhitzt. Bei einem Plasma handelt es sich bekanntlich um ein teilweise ionisiertes Gas, das zu einem nennenswerten Anteil freie Ladungsträger wie Ionen oder Elektronen enthält. Erhalten wird ein Plasma stets durch äußere Energiezufuhr, welche insbesondere durch thermische Anregung, durch Strahlungsanregung oder durch Anregungen durch elektrostatische oder elektromagnetische Felder erfolgen kann. Vorliegend ist insbesondere die letztere Anregungsmethode bevorzugt. Entsprechende Plasmageneratoren sind kommerziell erhältlich und müssen im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht näher erläutert werden.
Bei dem für den Gasstrom verwendeten Gas handelt es sich bevorzugt um Wasserstoff. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann es sich bei dem Gas aber auch um ein Inertgas wie ein Edelgas oder um eine Mischung aus Wasserstoff und einem solchen Inertgas, insbesondere Argon, handeln. In diesem Fall ist das Inertgas in der Gasmischung bevorzugt in einem Anteil zwischen 1% und 50% enthalten.
Die Verwendung eines hocherhitzten wasserstoffhaltigen Gasstroms, insbesondere eines hocherhitzten Wasserstoffplasmas, hat insbesondere dann Vorteile, wenn das verwendete siliziumhaltige Pulver einen Anteil an Siliziumpartikeln umfasst, deren Oberfläche leicht oxidiert ist. Diese Oberfläche kann in der Wasserstoffatmosphäre unter Bildung von Wasser reduziert werden. Das entstehende Wasser kann anschließend problemlos abgeführt werden.
Besonders bevorzugt wird die Temperatur des Gases so gewählt, dass sie unterhalb von 3.000°C, insbesondere unterhalb von 2.750°C, insbesondere unterhalb von 2.500°C, liegt. Besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 1.410°C (der Schmelztemperatur von Silizium) und 3.000°C, insbesondere zwischen 1.410°C und 2.750°C. Innerhalb dieses Bereiches sind Temperaturen zwischen 1.410°C und 2.500°C weiter bevorzugt. Diese Temperaturen sind ausreichend hoch, um in den Gasstrom eingespeiste Siliziumpartikel zumindest zu schmelzen. Hartstoffpartikel wie Partikel aus Bornitrid oder aus Diamant schmelzen hingegen bei diesen Temperaturen nicht. Sofern derartige Partikel nicht bereits in einem früheren Verfahrensschritt abgetrennt wurden, ist dies spätestens nun in Folge der unterschiedlichen Aggregatzustände von Silizium und Hartstoffpartikeln möglich. Während flüssiges Silizium aus dem Gasstrom auskondensiert werden kann, können gegebenenfalls enthaltene feine Feststoffpartikel mit dem Gasstrom ausgetragen werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Gasstrom neben dem siliziumhaltigen Pulver noch eine Siliziumverbindung zugesetzt, die bei Gastemperaturen in den genannten Bereichen thermisch zersetzt wird. Bei einer derartigen Verbindung handelt es sich bevorzugt um eine Siliziumwasserstoffverbindung, besonders bevorzugt um Monosilan (SiH₄). Auch der Einsatz von bei Raumtemperatur flüssigen Silanen ist grundsätzlich denkbar, diese werden ja spätestens beim Einspeisen in den hocherhitzten Gasstrom verdampft.
Die Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung einer Silizium-Wasserstoff-Verbindung ist bereits bekannt, in diesem Zusammenhang wird beispielsweise Bezug genommen auf die DE 33 11 650 und die EP 0181803 . In der Regel stammt die dabei zu zersetzende Siliziumverbindung aus einem mehrstufigen Prozess und führt bei ihrer Zersetzung zu Silizium von einer solch außerordentlich hohen Reinheit, wie sie für viele Anwendungen nicht zwingend erforderlich ist. Durch Zugabe von Siliziumstaub aus einem Sägeprozess, wie es in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein kann, kann das aus der Siliziumverbindung gewonnene Silizium „gestreckt” werden. Das Mischungsverhältnis kann dabei im Grund beliebig eingestellt werden, abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.
Das Zersetzen einer Siliziumverbindung in einem hocherhitzten Gasstrom wurde bereits in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 059 408.3 beschrieben. Insbesondere wurde dort ausgeführt, dass bei der Zersetzung vorteilhafterweise ein Reaktor zum Einsatz kommt, in den der Gasstrom eingeleitet wird.
Auch vorliegend kommt es in bevorzugten Ausführungsformen zum Einsatz eines solchen Reaktors, in den der Gasstrom, in den das siliziumhaltige Pulver und gegebenenfalls die zu zersetzende Siliziumverbindung eingespeist werden, eingeleitet wird. Ein solcher Reaktor kann insbesondere zum bereits erwähnten Sammeln und gegebenenfalls zum Kondensieren des flüssigen und/oder gasförmigen Siliziums dienen. Insbesondere ist er dazu vorgesehen, die im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens entstehende Mischung aus Trägergas, Silizium (flüssig und/oder gasförmig) und gegebenenfalls gasförmigen Zerfallsprodukten aufzutrennen. Nach Einspeisung des siliziumhaltigen Pulvers bzw. gegebenenfalls nach Einspeisen einer Siliziumverbindung in den hocherhitzten Gasstrom umfasst dieser ja nicht mehr nur ein entsprechendes Trägergas sondern eben auch noch weitere Bestandteile.
Der Reaktor umfasst in der Regel einen hitzebeständigen Innenraum. Damit der durch den hocherhitzten Gasstrom nicht zerstört wird, ist er in der Regel mit entsprechenden hochtemperaturbeständigen Materialien ausgekleidet. Geeignet sind beispielsweise Auskleidungen auf Basis von Graphit oder Si₃N₄. Dem Fachmann sind geeignete hochtemperaturbeständige Materialien bekannt. Innerhalb des Reaktor spielt insbesondere die Frage des Übergangs von gegebenfalls gebildeten Siliziumdämpfen in die flüssige Phase eine große Rolle. Dafür ist natürlich die Temperatur der Reaktorinnenwände ein wichtiger Faktor, sie liegt daher in der Regel oberhalb des Schmelzpunkts und unterhalb des Siedepunkts von Silizium. Vorzugsweise wird die Temperatur der Wände auf einem relativ niedrigen Niveau (bevorzugt zwischen 1.420°C und 1.800°C, insbesondere zwischen 1.500°C und 1.600°C) gehalten. Der Reaktor kann dazu geeignete Isolier-, Heiz- und/oder Kühlmittel aufweisen.
Flüssiges Silizium sollte sich am Reaktorboden sammeln können. Der Boden des Reaktorinnenraums kann konisch ausgebildet sein, mit einem Ablauf am tiefsten Punkt, um das Abführen des flüssigen Siliziums zu erleichtern. Das Abführen des flüssigen Siliziums sollte idealerweise im Chargenbetrieb oder kontinuierlich erfolgen. Der Reaktor weist entsprechend bevorzugt einen dafür geeigneten Ablauf auf. Weiterhin muss natürlich auch das in den Reaktor eingeleitete Gas wieder abgeführt werden. Neben einer Zuleitung für den Gasstrom sollte dafür eine entsprechende Ableitung vorgesehen sein.
Der Gasstrom wird bevorzugt bei relativ hohen Geschwindigkeiten in den Reaktor eingeleitet, um eine gute Verwirbelung innerhalb des Reaktors zu erreichen. Im Reaktor herrscht bevorzugt ein Druck leicht oberhalb Normaldruck, insbesondere zwischen 1013 und 2000 mbar.
Mindestens ein Abschnitt des Reaktorinnenraum ist in bevorzugten Ausführungsformen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Einleitung des Gasstroms kann über einen in den Innenraum mündenden Kanal erfolgen. Die Mündung dieses Kanals ist insbesondere im oberen Bereich des Innenraums angeordnet, bevorzugt am oberen Ende des im Wesentlichen zylindrischen Abschnitts.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gesammelte flüssige Silizium einer Vakuumbehandlung unterzogen, bevor es abgekühlt wird. Dadurch können metallische Verunreinigungen mit einem relativ hohen Dampfdruck, insbesondere solche wie Kupfer, Mangan und Chrom, abgetrennt werden. Bei Verwendung eines Reaktors erfolgt die Vakuumbehandlung bevorzugt unmittelbar nach dem Ablassen des flüssigen Siliziums aus dem Reaktor.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass das gesammelte flüssige Silizium beim Abkühlen einer gerichteten Erstarrung unterworfen wird. Betreffend geeignete Durchführungsvorschriften wird im Hinblick auf diesen Schritt insbesondere auf die DE 10 2006 027 273 und die oben bereits erwähnte DE 29 33 164 verwiesen. In bevorzugten Ausführungsformen kann die in der DE 29 33 164 beschriebene Vorgehensweise angewendet werden, gemäß der das Silizium in einen Schmelztiegel überführt wird und der gesamte Schmelztiegel langsam aus einer Heizzone abgesenkt wird. Im zuletzt erstarrenden Teil des in diesem Schritt hergestellten Siliziumblockes kommt es zu einer Anreicherung von Verunreinigungen. Dieser Teil kann mechanisch abgetrennt und gegebenenfalls dem Ausgangsmaterial wieder zugeschlagen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69929721 [0013]
DE 2933164 [0018, 0018, 0037, 0037]
DE 19849870 [0022]
WO 2008/078349 [0022]
DE 3311650 [0029]
EP 0181803 [0029]
DE 102008059408 [0030]
DE 102006027273 [0037]

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium mit den Schritten • Bereitstellen von siliziumhaltigem Pulver, • Einspeisen des siliziumhaltigen Pulvers in einen Gasstrom, wobei das Gas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um Partikel aus metallischem Silizium aus dem festen in den flüssigen und/oder gasförmigen Zustand zu überführen, • Sammeln und gegebenenfalls Kondensieren des dabei entstehenden flüssigen und/oder gasförmigen Siliziums und • Abkühlen des gesammelten flüssigen und/oder kondensierten Siliziums, vorzugsweise in einer Gussform.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei dem siliziumhaltigen Pulver zumindest teilweise um Pulver handelt, das beim Drahtsägen eines Siliziumblocks anfällt, besonders bevorzugt beim Drahtsägen eines Siliziumblocks ausschließlich mit gebundenen Schneideartikeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das siliziumhaltige Pulver einer chemischen und/oder einer mechanischen Reinigung unterzogen wird, bevor es in den Gasstrom eingespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Gasstrom mittels eines Plasmagenerators erhitzt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gasstrom um einen wasserstoffhaltigen oder einen aus Wasserstoff bestehenden Gasstrom handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom eine Silizium-Verbindung zugesetzt wird, die bei der gewählten Gastemperatur thermisch zersetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom in einen Reaktor eingeleitet wird, in dem das Sammeln und gegebenenfalls Kondensieren des flüssigen und/oder gasförmigen Siliziums erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesammelte flüssige Silizium vor dem Abkühlen einer Vakuumbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesammelte flüssige Silizium beim Abkühlen einer gerichteten Erstarrung unterworfen wird.
Silizium, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.