JPS6077117A - シリコン粒の製造方法 - Google Patents

シリコン粒の製造方法

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JPS6077117A
JPS6077117A JP18412983A JP18412983A JPS6077117A JP S6077117 A JPS6077117 A JP S6077117A JP 18412983 A JP18412983 A JP 18412983A JP 18412983 A JP18412983 A JP 18412983A JP S6077117 A JPS6077117 A JP S6077117A
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JP
Japan
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silicon
gas
fluidized
particles
reactor
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Pending
Application number
JP18412983A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuhiko Shigematsu
重松 達彦
Mayumi Yoshinaga
吉永 真弓
Minoru Ichidate
一伊達 稔
Chisato Yamagata
山県 千里
Ryohei Minami
良平 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 未発り1は、高純度多結晶シリコン粒を流動層方式によ
り製造する方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点コ ゛l′−i’4体用あるいは太陽電池用高純度多結晶シ
リコンを製造するに際して、現在、取扱いおよび精製の
容易性の点からクロロシランまたは(モノ)シランを原
料とし、これを熱分解もしくは水素還元させる方法が用
いられている。
従来から、この反応にはいわゆるシーメンス法またはデ
ュポン法が行なわれているが、純度の点からシーメンス
法が主流となっている。
このシーメンス法は、ペルジャー内に設置したシリコン
細棒を通電加熱し、これとともにクロロシランと水素の
混合ガスを供給して反応させ、前記シリコン細棒表面に
シリコンな;元析出成長させるものである。しかし、こ
の方法は、シリコン細棒表面を反応面とするため、反応
界面積が小さいので生産性が低く、また不純物の防止お
よびペルジャー保護のためにペルジャーを低温度に維持
する関係上、シリコン細棒を介して与えた熱がペルジャ
ーから大量に熱放散してしまい、電力原単位が高い欠点
がある。
これに対して、生産性および電力原単位向上のために、
反応界面積を増加せんとして、シリコン粒を流動化させ
流動層を形成する方法が、2,3の文献や特開昭57−
135708号公報によって公知となっている。
しかし、この流動層反応器による場合、炉壁およびカス
吹込ロヘシリコンが析出し、反応器内が狭溢化したり、
吹込ノズルの閉塞を招く問題点がある。その結果、クリ
ーニングを度々行なわなければならず生産能率か低くな
り、また純度の低下を招く。
そこで、シランまたはクロロシランガスと水素とを分離
吹込みする方法が試みられているが、十分な改善効果が
得られない。また、シリコン析出防止のために、炉壁温
度およびカス吹込【」温度を700’C以下にする方法
もあるが、700℃以下では5iHC13の還元分解反
応が生じ難い。さらに炉壁部のガス中のシラン、クロロ
シラン濃度を低くする方法もあるが、シリコン析出量の
減少を招く。
[発明の目的] 本発明は、経済性等の点から基本的に流動層D、による
シリコン製造を基礎とするものであり、その主たる目的
は、炉壁やガス吹込口へのシリコンの析出がなく安定し
た反応を行なうことができるシリコン粒の製造方法を提
供することにある。
[発明の構成] この目的を達成するための第1発明は、反応器内に装入
したシリコン粒を流動化させ、シランもしくはクロロシ
ランを熱分解または水素還元させてシリコンをシリコン
粒に析出させる流動法において、シランもしくはクロロ
シランガスの導入部とシリコン粒の流動層とのn41に
前記カスにより流動化しない粒子の充填層を構成し、こ
の充填層を通して前記カスを流動層へ送入することを特
徴とするものである。
また第2発明は、反応器内に装入したシリコン粒を流動
化させしシラノもしくはクロロシランを熱分解または水
素還元させてシリコンをシリコン粒に析出させる流動法
において、シランもしくはクロロシランガスの導入部と
シリコン粒の流動層との間に前記ガスにより流動化しな
い粒子の充填層を構成し、このがt初層を通して前記カ
スを流動層へ送入し、この送入に当すシランもしくはク
ロロシランカスと水素もしくは不活性カスとを導入前に
混合することなく分離して導入し、かつ水素もしくは不
活性ガスを導入前に予熱することを特徴とするものであ
る。
さらに第3発明は1反応器内に装入したシリコン粒を流
動化させ、シランもしくはクロロシランを熱分解または
水素還元させてシリコンをシリコン粒に析出、させる流
動法において、シランもしくはクロロシランガスの導入
部とシリコン粒の流動層との間に前記ガスにより流動化
しない粒子の充填層を構成し、この充填層を通して前記
ガスを流動層へ送入し、前記流動層内に加熱用シリコン
電極をその下端を前記充填層上から30mm以上離間さ
せて少くとも一部が流動層内にあるよう配設し、反応器
内部にて加熱を行うことを特徴とする。
このように、いずれの発明も、流動層へ、ガスを送入す
る際に、流動層とカス導入部との間に、送入ガスにより
流動化しないたとえばシリコノ粒子からなる粒子の充填
層を設けて、この充Jii X?を通してガスを送入す
るものである。これによって、加熱された流動層粒子か
1〃接ガス導入部に接触することを防止でき、もってガ
ス導入部でのシリコンの析出な防止し、安定した運転を
行うことができる。
[発明の具体例] 以下ざらに本発明を詳説する。
く第1発明に関連して) シリコン粒の流動化には、供給ガスの吹込エネルギーに
よって行うが、このJA合、均一・ながt勧化のために
整流板を介してカス吹込みを行うことが望ましい。この
場合、整流板上10〜20)以下では、その温度かそれ
以にの流動層の温度より低いものであると従来からされ
てきた。しかし、本発明者によって、実際には高温の流
動粒子が流動に伴って整流板に衝突し、整流板を直接的
に加熱し、整流板の吹込口においてシリコンの析出を生
しさせることが見出された。この問題点の解決策として
は、整流板上に粒子の充填層を設け、その」二にシリコ
ンの流動層を構成することが望ましいことが解った。粒
子の充填層は、流動化カスの整流効果を生じ、流動層内
の流動粒−rが直接整流板に接触することを防止し、整
流板を低温化する効果をもたらす。充@層を構成する粒
子としては、不純物の混入防止、あるいは操業上の変化
に伴って万一シリコン析出が生じた場合でも製品として
回収できることのために、シリコン粒子が望ましい。そ
の粒径は、流動層を構成する粒子が0.5〜0.8mm
なので、5〜10m+n程度とするのが好ましい。ガス
の吹込み方法については、クロロシラン、(モノ)シラ
ンと水素、不活性ガスを混合あるいは分離いずれの方法
も採用できる。
(:JS2発明に関連して〉 他方、流動化兼用の原料ガスを反応器内に送入する場合
、シランガスもしくはクロロシランガスと水素ガスもし
くは不活性ガスとを予め混合したものを送入することも
できるが、これらを分離して吹込む法がシリコンの析出
防出からもならびに次の理由からも望ましい。すなわち
、電力原単位の低減のためには、供給するガスを予熱す
ることが有効であるが、シランガスもしくは、クロロシ
ランガスは500〜700’C以J二でシリコンを析出
するので、これらの単独ガスあるいは水素ガスもしくは
不活性ガスとの混合ガスを予熱すると、吹込用配管ある
いは吹込【」にシリコンを析出させてしまう。そこで、
水素ガスもしくは不活性ガスを予熱し、シランカスもし
くはクロロシランガスは予熱17ないあるいは予熱する
としても500℃未満とするとともに、これらを分離吹
込みすることが、シリコンの析出を防止しつつ電力原単
位の低減を図る−1−で有効であるからである。また従
来の流動層力式では予熱は困難とされていたが、上記方
法を採用することにより、ガス導入部およびシリコン充
填層での析出が実際生じないことが明らかとなった。し
かし、水素ガスもし、くは不活性カスを800°C以上
に予熱すると、その送入tc(にもよるが、局部的にシ
リコンの析出か生しるので避けるべきである。
〈第3発明に関連して) ところで従来の流動層は、+iU記4.+7開昭57−
ノ35708 号公報記載のように1反応器外部に加熱
装置を設ける外部加熱式であったが、このために炉壁温
度が炉内温度より50〜100℃程度高く、炉内より炉
壁の方が析出が促進される。そこで、第3発明では、外
部加熱方式に代えて、内部加熱力式とし、炉壁より炉内
温度を高くすることにより、炉壁へのシリコン析出を防
止せんとするものである。
上記のように、第3発明では内部加熱方式を採る。この
場合、不純物の混入防止および炉壁へのシリコン析出の
問題を回避するために、シリコンを用いて加熱するのが
望ましい。そして反応器内の温度制御は高純度製品を得
るに当って重要な要素であるので、その制御性の点で、
シリコン電極を流動層内に設けて、抵抗加熱または誘電
加熱を行う方法が好ましい。
シリコン電極としては、棒状または板状等の適宜のもの
を使用できる。その数および配設態様は、所望の器内の
温度分布に応じて適宜決定される。ただし、電極を炉壁
に近づけた場合、炉壁温度自体は冷却によって低くする
ことはできるけれども、シリコン粒の流動化のためにガ
ス気泡が生じ、輻射電熱により局部加熱が起り、結局炉
壁へのシリコン析出を防止できない、これに対して、炉
壁と電極との距離を30m5+以上敲してやれば、不均
一加熱を防止できる。
一方、炉壁保護のために、炉壁部ヘシラン、クロロシラ
ンの供給を行わないようにすると好適であるが、従来の
外部加熱方式では、炉壁からの伝熱を確保するため良好
な流動状態を確保するため、多量の不活性ガス、水素ガ
スを流す必要がある。これに対して本発明の内部加熱方
式ではそのような支障がなくシラン等の供給が不要とな
り炉壁保護の点で効果的である。また、炉壁に近い電極
の壁側のシリコン析出成長を防止することは、電極への
シリコンの析出に伴なう、電極と炉壁間隔の減少により
炉壁の温度向」二あるいは炉壁へのシリコンの析出防止
のために望ましいけれどもこのことは、内部加熱方式の
下に、炉壁部へンラン、クロロシランを供給しない方法
によれば、容易に達成できる。
また、内部加熱用電極を設ける場合、その電極をシリコ
ン粒子充填層に近づけると、電極から与えられる熱が流
動層粒子を介して熱伝動し、充填層粒子あるいはガス吹
込口にシリコンの析出を生じるので、電極はシリコン粒
子充填層上から3’l)a■以上離すのが好ましい。
(製造装置について〉 次いで、第1図および第2図によって1本発明法を実施
するに好適な製造装置について−説明する。
lは円形整向の反応器で、その内下部には整流板2が設
けられている。また中央部には、シラン、クロロシラン
ガス導入管3がたとえば5木、整流板2に臨んで配設さ
れ、この4人1fj 3を介して吹込まれるシラン、ク
ロロシランガスは、導入管3部分以外に水素、不活性ガ
ス導入管4を介して挿入される水素、不活性ガスと分離
して吹込まれるように構成されている。整流板2上には
5〜10mmφのシリコン粒子からなる充4i Mt 
5がたとえば50+++e厚で充填され、その上部ニ0
.5〜0.8mmΦのシリコン粒子からなり、供給ガス
により流動化される流動層6が構成\れる。さらに、反
応器1に取付けられた電極保持具7に支持されて加熱用
の板状のシリコン電8+8゜8・・・・が・ シラン、
クロロシランガス導入管3の開口を挾むような位置に整
向に配設され、その下端は充填層5上から30層1以上
離間している。各シリコン′IrL極8には図示しない
電源が接続され、たとえば抵抗加熱が図られるようにな
っている。
また1反応器lの周囲にはその外壁面と若干の間隙を保
ち、かつほぼ流動M6の高さ範囲に保熱炉または誘電加
熱炉9が設けられ。
これと反応器I外壁面とのr1fI隙には、下部がら空
冷ノズル10を介して冷却用空気が吹き上げられるよう
になっており、これによって反応器lの壁部温度を反応
器1の中央部より低くかつ所望の温度に維持される構成
とされている。 11はガス排出口である。
かかる製造装置の運転自体は従来と同様であるので説明
を省略する。
[実施例] 次に実施例を示す。
〈実施例1〉 第1図に示す設備を用い第1表に示す設4i11、操業
条件で20時間製造を行った。
その結果約75kgの多結晶シリコンを得た。
反応器l及びシリコン粒充填層6でのシリコンの析出は
なく、何等従来から問題となる炉壁、ガス導入部へのシ
リコン析出は生じなかった。
〈実施例2〉 第1図と同様の設備を使用、第2表の設備、操業条件で
10時間製造を行った。
その結果約30kgの多結晶シリコンを得た。
反応器l及びシリコン粒充填層6でのシリコンの析出は
見られなかった。
第1表 :32表 [発明の効果] 以上の通り、本発明は、ガス導入部と流動層との間に充
@層を設けるものであるので、ガス導入部におけるシリ
コンの析出を確実に防止でき、安定した運転に寄与する
ところか大である。
また、第2発明によれば、前記効果に加えて、分離吹込
みによるガス導入部でのシリコン析出防止効果と、水素
もしくは不活性ガス予熱による電力原単位の低減効果が
もたらされる。
さらに第3発明は、第1発明の効果に加えて、従来の反
応器外部からの加熱力法に代えて、流動層内に加熱用シ
リコン電極を設けて内部加熱方法としたから、反応器の
炉壁へのシリコンの析出を確実に防止できる等の利点を
もたらす。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る製造装置の一例を示す概略縦断面
図、第2図はそのA−A線矢視概略横断面図である。 1 、、、、反応器 2 、、、、整流板5 、 、 
、、充屓層 6 、、、、流動層8 、、、、加熱用シ
リコン電極 特許出願人 住友金属工業株式会社 第11 h°52図 第1頁の続き 央技術研児欣円 1丁目3番地 住友金属工業株式会社中手続補正書 昭和59年2月23日 昭和58年 4、lf詐願 第184+2!3号2、発
明の名称 シリコン粒の製造方法 3、補正をする者 4、代理人 〒136 住所 東京都江東区亀戸1丁目42番14号ハピーハイ
ツニュー亀戸505号 B、 補正により増加する発明の数 7、 補正の対象 明細書の発明の名称の欄8、補正の
内容 手続補正書 昭和59年2月23日 、−− 官若杉和夫殿 旨、 \ り表示 昭和58年 特許願 第184129号2、発明の名称 シリコン粒の製造方法 3、補正をする者 4、代理人 〒136 住1 6、補正により増加する発明の数 7、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄8、補正
1 別 紙 「(1)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、
シランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元さ
せてシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において
、シランもしくはクロロシラン、ガスの導入部とシリコ
ン粒の流動層との開に前記ガスにより流動化しない粒子
の充填層を構成し、この充填層を通して前記ガスを流動
層へ送入することを特徴とするシリコン粒の製造方法。 (2)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
てシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において、
シランもしくはクロロシランガスの導入部とシリコン粒
の流動層との間に前記ガスにより流動化しない粒子の充
Jj11層を構成し、この流動層を通して前記ガスを流
動層へ送入し、この送入に当りシランもしくはクロロシ
ランガスと水素もしくは不活性ガスとを導入前に混合す
ることなく分離して導入し、かつ水素もしくは不活性ガ
スを導入前に予熱することを特徴とするシリコン粒の製
造方法。 (3)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
てシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において、
シランもしくはクロロシランガスの導入部とシリコン粒
の流動層との間に前記ガスにより流動化しない粒子の充
填層を構成し、この充ft層を通して前記ガスを流動層
へ送入し、前記流動層内に加熱用シリコン電極をその下
端を前記充填層上から3hm以上離間させて少くなくと
も一部が流動層内にあるよう配設し、反応器内部にて加
熱を行うことを特徴とするシリコン粒の製造方法。」

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
    ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
    てシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において、
    シランもしくはクロロシランガスの導入部とシリコン粒
    の流動層との間に前記ガスにより流動化しない粒子の充
    @層を構成し、この充填層を通して前記ガスを流動層へ
    送入することを特徴とするシリコン粒の製造方法。
  2. (2)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
    ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
    てシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において、
    シランもしくはクロロシランガスの導入部とシリコン粒
    の流動層との間に前記ガスにより流動化しない粒子の充
    填層を構成し、この流動層を通して前記ガスを流動層へ
    送入し、この送入に当りシランもしくはクロロシランカ
    スと水素もしくは不活性ガスとを導入前に混合すること
    なく分離して導入し、かつ水素もしくは不活性ガスを導
    入前に予熱することを特徴とするシリコン粒の製造法。
  3. (3)反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
    ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
    てシリコンをシリコン粒に析出させる流動法において、
    シランもしくはクロロシランガスの導入部とシリコン粒
    の流動層との間に前記ガスにより流動化しない粒子の充
    填層を構成し、この充填層を通して前記ガスを流動層へ
    送入し、前記流動層内に加熱用シリコン電極をその下端
    を前記充填層上から30鵬票以上離間させて少くなくと
    も一部が流動層内にあるよう配設し1反応器内部にて加
    熱を行うことを特徴とするシリコン粒の製造法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871524A (en) * 1987-09-03 1989-10-03 Ethyl Corporation Hydrogen purification process
US8003546B2 (en) 2008-12-16 2011-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of growing silicon and method of manufacturing solar cell using the same
CN102320603A (zh) * 2011-08-26 2012-01-18 江苏双良锅炉有限公司 多晶硅硅烷分解炉之导热油硅芯夹套式小钟罩

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