DD210809A3

DD210809A3 - Aufbereitung von bei der herstellung elektronischer halbleiterbauelemente anfallenden abprodukten

Info

Publication number: DD210809A3
Application number: DD81235308A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kloth; Klaus Lehmann; Peter Purps; Dietmar Lippitz; Peter Heidborn
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1981-12-02
Filing date: 1981-12-02
Publication date: 1984-06-20
Also published as: BG43909A1; CS708682A1; RO84411B; RO84411A; SU1308653A1; CS245745B1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Aufbereitung von bei der Fertigung elektronischer Halbleiterbauelemente anfallender giftiger Abprodukte, insbesondere die bei der epitaxialen Abscheidung aus der Gasphase und/oder Laeppen und/oder Saegen von A3-B5-Halbleitermaterialien anfallenden, durch chemische Behandlung zu stabilen deponierfaehigen Feststoffgemischen bzw. angereicherten Sekundaerrohstoffen. Erfindungsgemaess werden die Abprodukte in einem Saeuregemisch geloest oder in Wasser aufgenommen aufoxidiert und im stark basischen Bereich die Phosphor- und Arsenverbindungen ausgefaellt. Durch Rueckfuehrung der ueberstehenden Loesung in den schwach sauren Bereich werden die Galliumverbindungen ausgefaellt. Die bei den Prozessen entstehenden Gase werden mit Wasser und Hypochloritloesung gewaschen, wobei die mit Schadstoffen angereicherten Loesungen beim Loesen bzw. Aufnehmen der Abprodukte eingesetzt werden. Die Arbeitsgaenge Aufnehmen der Abprodukte in Wasser und Oxidation werden unter Schutzgasatmosphaere durchgefuehrt.

Description

Titel der Erfindung

Aufbereitung von bei der Herstellung elektronischer Halbleiterbauelemente anfallenden Abprodukten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von pulverförmigen, kristallinen und amorphen, aggressiven, brennbaren und/oder giftigen Abprodukten und Kom binationen von ihnen, das bei der industriellen Herstel lung elektronischer Halbleiterbauelemente, insbesondere bei der epitaxialen Abscheidung aus der Gasphase und/ oder Läppen und/oder Sägen von A₁₁₁-B -Halbleitermaterialien Anwendung findet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind mechanische Verfahren der Aufbereitung von Abprodukten, die bei der Durchführung von Epitaxieprozessen zur Abscheidung einkristalliner A-j.-p-j.-By-Halbleitermaterialien auftreten, bekannt (Martinetz, Kutzschbauch, Loas, Entgiftung und Deponie von toxischen Produkten und Abprodukten, Akademieverlag Berlin 1979; Büttner, Giftkünde, Leipzig 1971, Gmelin, Chemie Syst, Nr. 16 Phosphor).

Nachteile dieser sind die hohe Umweltbelastung und die Gefährdung der Anlagenteile durch mechanische Zerstörung.

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Desweiteren ist das chemische Entfernen der Abprodukte durch orientiertes Lösen bekannt (Gmelin, Chemie, Syst. Nr» 16 Phosphor).

Die auftretende hohe Explosionsgefahr, der Verschleiß der Anlagenteile und die Vergiftung der Umwelt gestalten das Verfahren nachteilig. _: Eine Deponierung der sauren Lösung ist somit nicht durchführbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die bei der industriellen Herstellung elektronischer Halbleiterbauelemente anfallenden giftigen Abprodukte, insbesondere solche, die bei der epitaxialen Abscheidung aus der Gasphase, beim Läppen und/ oder Sägen von A_III-B_v-Halbleitermaterialien entstehen, in deponierfähige Produkte oder angereicherte Sekundärrohstoffe umzuwandeln, ohne die Umwelt mit gasförmigen, festen oder flüssigen Giften zu belasten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch eine chemische Behandlung die bei der industriellen Fertigung elektronischer Halbleiterbauelemente anfallenden Abprodukte in eine stabile Form zu überführen und Sekundärrohstoffe anzureichern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die anfallenden festen Abprodukte von Läpp- und Sägevorgängen in einer Mischsäure aus Salpetersäure und . Salzsäure gelöst werden und die Lösung mit den Spülwassern der Anlagenteile vereint wird, um die Inhaltsstoffe vollständig zu oxidieren. Durch Zugabe von Alkalien oder Fällungsmitteln werden im stark basischen Bereich die Phosphor- und Arsenverbindungen ausgefällt und abgetrennt.

Die alkalische Lösung wird erfindungsgemäß durch Säurezugabe in den schwach sauren pH-Wertbereich zurückgeführt, wobei die Galliumverbindungen ausfallen und abgetrennt werden.

Die Vorgänge Spülen und Oxidieren werden erfindungsgemäß unter Schutzatmosphäre durchgeführt und die bei den vorgenannten Arbeitsschritten entstehenden giftigen Gase durch Gegenstromwasserwäsche und Leiten durch eine Natriumhypochloritlösung absorbiert.

Die im Abgassystem von Gasphasenepitaxieanlagen anfallenden Abprodukte, Gemische der Komponenten GaAs, GaP, GaAs₁^_x, Ρ_χ, GaCl₃, GaN, As₂O₃, Ρ₂°₅> As, P werden in einer Stickstoffatmosphäre mit Wasser in Verbindung gebracht. Die entstehenden arsin- und phosphinhaltigen Gase werden zusammen mit dem Stickstoff-Trägergas durch ein an sich'bekanntes Abgasreinigungssystem, das eine Wasserspülung im Gegenstromprinzip und eine Gaswäsche mit Natriumhypochloritlösung umfaßt, geleitet. Das so behandelte und in die lufttechnische Anlage geleitete Abgas enthält keine unzulässigen Giftstoffkönzentrationen mehr.

Die mit Wässern aus dem eigenen Kreislaufsystem besprühten Anlagenteile werden mechanisch gereinigt, anschließßend mit reinem Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet. Die beim Spülen anfallende giftige, wässrige Lösung mit großem ScHammanteil wird mit der Lösung der gelösten Säge- und Läpprückstände vereinigt und mit einem Oxidationsmittel, wie H₂O₂, oxidiert, so daß Arsen und Phosphor in ihren Verbindungen in die höchsten Wertigkeitsstufen gebracht werden. Diese Ausgangslösung hat einen pH-Wert von etwa 1 - 3. Unter Zugabe von Ammoniaklösung oder mit einem Fällungsmittel, z. B. Magnesiamixtur, erfolgt im basischen Bereich eine vollständige Ausfällung aller arsen- und phosphorhaltigen Bestandteile.

Die als Fällungsmittel verwendete Magnesiamixtur besteht aus einer wässrigen Lösung von Magnesiumchlorid, Ammoniumchlorid und Ammoniak.

Der anfallende Niederschlag wird durch Dekantieren, Sedimentieren, Filtrieren oder Zentrifugieren abgetrennt. Die anfallende Lösung wird durch Säurezugabe in den schwachsauren Bereich gebracht, wobei ein Ausfällen des Galliums als Hydroxid erfolgt und von der Lösung durch vorgenannte Verfahrensweisen getrennt werden kann.

Da Arsen und Phosphor nach der Oxidation und dem Fällen in hinreichend stabilen Verbindungen vorliegen, kann die Verdichtung des giftigen Feststoffes durch thermische Restwasserverdampfung durchgeführt werden. In getrockneter Form erfolgt eine gefahrlose Deponierung der giftigen Abprodukte. Die nach den Fällungsprozessen noch Arsen-, Phosphor- und Galliumspuren enthaltende Lösung wird jeweils im Kreislaufsystem für die nächste Reinigung von Anlagenteilen eingesetzt. Somit kommen keine giftigen Stoffe mit der Umwelt in Berührung. Der als Galliumhydroxid anfallende Sekundärrohstoff Gallium kann der zuständigen Herstellungsindustrie zur Verfügung gestellt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnung näher erläutert wer-, den:

Die bei der A-j-^-By-Gasphasenepitaxie benutzten und mit gallium-, arsen-, phosphor-, stickstoff-, chlor- und wässerstoffhaltigen, pulverförmigen, amorphen und kristallinen Feststoffgemischen verstopften Anlagenteile werden im Innern einer Reinigungskammer 21 an Spülflansche 37 bis 40 angeschlossen. Durch eine intensive Stickstoffspülung zur Verdrängung der Luft wird die Luft aus der Reinigungskammer 21 entfernt. Mit Pumpe 22 wird durch Öffnen des Ventils 10 und sukzessives Öffnen der Ventile 16 bis 19 Wasser aus dem Kreislauf über den

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Vorratsbehälter 24 oder Frischwasser durch die angeflanschten Anlagenteile gespült. Das dabei entstehende Gas wird bei einem Unterdruck von mindestens 10 mm WS durch ein Abgasreinigungssystem, das aus einer Gegen-Stromwaschanlage 25 mit Wasser und einem mit Natriumhypochlorit-Lösung gefüllten Wäscher 26 besteht, von Arsin und Phosphin befreit und in die lufttechnische Anlage 20 geleitet. Die Giftkontrolle der Abluft wird mittels Arsin- und Phosphin-Prüfröhrchen durchgeführt.

Nach kurzzeitigem Durchleiten der Spülwässer werden die Ventile 16 bis 19 geschlossen, die Zuleitungen zu den Spülflanschen 37 bis 40 entfernt und die Ablagerungen in den angeflanschten Anlagenteilen durch ein Werkzeug, wie Bohrer, und anschließendes Spülen mit Wasser, das über eine flexible Zuleitung durch Öffnen des Ventiles 12 zugeführt wird, ins Innere der Reinigungskammer überführt.

Nach einer weiteren intensiven Stickstoffspülung wird die Reinigungskammer 21 geöffnet und die angeflanschten, jetzt gereinigten Anlagenteile nach Frischwasser- * spülung aus der Reinigungskammer 21 entfernt, an der Luft getrocknet und sind für'einen nächsten Epitaxiervorgang einsatzbereit

Die erhaltene schlammhaltige Reinigungsflüssigkeit wird jetzt mit den in einer Mischsäure aus 3 Teilen Salpetersäure Und 1 Teil Salzsäure gelösten Säge- und Läpprückständen vereinigt mit 1 bis 3 1 Wasserstoffperoxid versetzt

Die aufoxidierte Flüssigkeit wird mit der Pumpe 23 nach öffnen der Ventile 15 und 9 in den ersten Säurebehälter 2 7 übergeführt. Jetzt wird durch Hinzufügen von Ammoniak oder einem Fällungsmittel, wie Magnesiamixtur, ein pH-Wert von 8-10 eingestellt. Die dabei entstehenden Gase werden durch Öffnen des Ventils 7 in die lufttechnische Anlage 20 gesaugt. Nach etwa 5 bis 8 Stunden erfolgt die Grobtrennung.

Nacheinander wird durch Öffnen der Ventile 3; 2; 1 und 6 die geklärte Lösung in den zweiten Säurebehälter 28 dekantiert.

Die abdekantierte Lösung wird unter Hinzugabe von SaIzsäure auf einen pH-Wert von 6 eingestellt, bei dem eine zweite Ausfällung, vorwiegend aus GA(OH)₃ bestehend, erfolgt.

Nach etwa 2 Stunden wird die klare überstehende Lösung durch aufeinanderfolgendes Öffnen der Ventile 10; 6; 5 und 4 in den Vorratsbehälter 24 abgelassen.

Die in den ersten und zweiten Säurebehälter 27 und 28 anfallenden scnlammförmigen Niederschläge werden über die Ventile 14 bzw. 13 in ein Wasserverdampfungsgefäß 29 aus Edelstahl oder emailliertem Stahlblech abgefüllt und unter einem Abzug durch eine Wärmequelle 30 durch Wasserverdampfung eingeengt. Die so entstandenen Abprodukte werden in für eine Deponie geeignete Behälter abgefüllt und gelagert oder aber als Sekundärrohstoff der Industrie zugeführt.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Aufbereitung von bei der Herstellung elektronischer Halbleiterbauelemente anfallender giftiger Abprodukte, insbesondere die bei der epitaxialen Abscheidung aus der Gasphase und/oder beim Läppen und/oder Sägen von A₁₁₁-B -Halbleitermaterialien anfallenden, durch chemische Behandlung zu stabilen deponierfähigen Feststoffgemischen bzw. Sekundärrohstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß die anfallenden festen Abprodukte in einer Mischsäure aus Salpetersäure und Salzsäure gelöst werden, die Lösung mit den Spülwässern der Anlagenteile vereint wird, ein Oxidationsmittel hinzugegeben, die Phosphor- und Arsenverbindungen im stark basischen Bereich durch Hinzufügen von Ammoniak oder einem Fällungsmittel ausgefällt, und rb^citrennt werden, die überstehende Lösung durch Salzsäurezugabe auf einen pH-Wert von 6 gebracht und dabei das Gallium als Hydroxid ausgefällt wird, die bei den vorherigen Arbeitsprozessen entstehenden giftigen Gase durch Gegenstromwasserspülung und Leiten durch eine Natriumhypochlorit-Lösung ausgewaschen werden und die Arbeitsschritte Spülen der Anlagenteile und Oxidation unter Schutzgasatmosphäre erfolgen.
2. Aufbereitung von Abprodukten nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schutzgas Stickstoff eingesetzt wird.
3. Aufbereitung von Abprodukten nach Punkt l, gekennzeichnet dadurch, daß als Oxidationsmittel 30 %ige HpOp-Lösung eingesetzt wird*
4. Aufbereitung von Abprodukten nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fällungsmittel Magnesiamixtur, bestehend aus einer wässrigen Lösung aus
Ammoniak, Magnesiumchlorid und Ammoniumchlorid,

eingesetzt wird.
5. Aufbereitung von Abprodukten nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülwasser für die Anlagenteile das Abwasser nach der Galliumhydroxidfällung benutzt wird.

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