• Chemische Reinigung

    Chemische Reinigung des Rohsiliziums, der Trichlorsilan-Prozess

    Das gewonnene Rohsilizium kann in einem weiteren Schritt, den man den Trichlorsilan-Prozess nennt, von vielen Verunreinigungen befreit werden. Dazu bewirkt man bei einer Temperatur von etwa 300°C die Bindung des Siliziums in Trichlorsilan SiHCl3, dessen Siedepunkt bei 32°C liegt. Die Reaktion wird mit der folgenden Reaktionsgleichung beschrieben:

    Si + 3 HCl -> SiHCl3 + H2

    Die größte Zahl der nun mit Chlor verbundenen Verunreinigungen verdampfen erst bei einer höheren Temperatur als das Trichlorsilan, so dass dieses durch Destillation bei etwa 30°C als Gas von dem bisher gewonnen Material getrennt werden kann. Allerdings liegen die Siedepunkte der Chlorbindungen der Dotierstoffe Phosphor, Bor und Kohlenstoff sehr nahe bei dieser Temperatur, so dass diese ebenfalls zu hohen Teilen als Gas austreten. Deren Konzentration kann somit in der Regel nicht unter die erforderliche Grenze gedrückt werden.

    Im Folgenden muss schließlich die Trichlorsilan-Verbindung wieder aufgelöst werden, was nun in der Umkehrung der oben beschriebenen Reaktion geschieht:

    SiHCl3 + H2 -> Si + 3 HCl (läuft bei Temperaturen über 1100°C ab)

    An dünnen Siliziumstäben, sogenannten Silizium-Seelen, die in das Gasgemisch der Ausgangsstoffe Trichlorsilan und Wasserstoff eingebracht und auf die für die Reaktion nötige Temperatur von 1100°C aufgeheizt werden, schlägt sich dann das wieder isolierte Silizium nieder. So nimmt der Durchmesser der Stäbe auf über 150 mm zu.

    Da insbesondere die Dotierstoffe Bor und Phosphor weiterhin in relativ hoher Konzentration zurückbleiben, kann das gewonnene Material noch immer nicht als Grundlage für elektronische Bauteile dienen.