CN101535180B - 三氯硅烷制造装置 - Google Patents
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Abstract
一种三氯硅烷制造装置，具备：反应容器，含有四氯化硅和氢的供给气体供给到该反应容器的内部从而生成含有三氯硅烷和氯化氢的反应生成气体；传热体，填充在该反应容器内，由熔点至少超过1400℃的材料形成，并且具有气体能流通的空隙部；和对该反应容器内的上述传热体进行加热的加热机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种将四氯化硅转换为三氯硅烷的三氯硅烷制造装置。
本申请基于2006年11月21日在日本申请的特愿2006-314896号和2007年10月16日在日本申请的特愿2007-268617号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术
作为用来制造高纯度的硅(Si：硅)的原料使用的三氯硅烷(SiHCl3)可以通过使四氯化硅(SiCl4：四氯化硅)与氢反应进行转换来制造。
即，硅由以下的反应式(1)(2)的三氯硅烷的还原反应和热分解反应来生成。三氯硅烷由以下的反应式(3)的转换反应生成。
SiHCl3+H2→Si+3HCl ...(1)
4SiHCl3→Si+3SiCl4+2H2 ...(2)
SiCl4+H2→SiHCl3+HCl ...(3)
作为制造该三氯硅烷的装置，例如在专利文献1中提出了这样的反应器：被发热体包围的反应室是具有通过同心配置的两个管形成的外室和内室的两层室设计。从下方向该反应室供给氢和四氯化硅的供给气体，并且从反应室的下方排出反应生成气体。在该反应器中，由碳等形成的作为加热器部的发热体借助通电而发热，并通过从外侧对反应室内进行加热来加热管。气体在通过同心圆状地形成在这些管之间的圆筒状的路径期间被加热，从而进行反应。
专利文献1：日本专利第3781439号公报
上述现有的技术存在以下的问题。
转换炉内部的高温区域越大，从四氯化硅向三氯硅烷的转换反应的转换效率越高。但是，在上述现有技术中，由于该高温区域被限定为被来自反应室外侧的发热体的辐射热加热的区域，所以存在转换效率极低的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够高效地加热供给气体以用于反应的三氯硅烷制造装置。
本发明为了解决上述问题而采用以下的构成。即，本发明的三氯硅烷制造装置的特征在于，该三氯硅烷制造装置具备：反应容器，含有四氯化硅和氢的供给气体供给到该反应容器的内部从而生成含有三氯硅烷和氯化氢的反应生成气体；传热体，填充在上述反应容器内，由熔点至少超过1400℃的材料形成，并且具有气体能流通的空隙部；和对上述反应容器内的上述传热体进行加热的加热机构。
在该三氯硅烷制造装置中，具有至少超过1400℃的熔点的传热体填充在反应容器内，并通过来自加热机构的辐射热和热传导被加热。进而，借助传热体的空隙部使得供给气体与传热体的接触面积也增大，从而能够高效地进行加热。另外，由于供给气体经由空隙部遍及大范围，所以能够在整个传热体加热供给气体。此外，使传热体的熔点超过1400℃是由于有时为了进行转换反应而加热至1400℃，是为了在高温下维持固体状态。
另外，本发明的三氯硅烷制造装置的特征在于，上述反应容器具备：将上述供给气体导入上述反应容器内的气体供给口；将上述反应生成气体从上述反应容器导出到外部的气体导出口；和填充有上述传热体的填充部，上述气体供给口配设在上述填充部的一端侧，并且上述气体导出口配设在另一端侧。即，在该三氯硅烷制造装置中，由于气体供给口配设在填充部的一端侧并且气体导出口配设在另一端侧，所以从气体供给口导入的供给气体在填充部内以一定方向从一端侧向另一端侧的气体导出口流动。因此，供给气体和反应生成气体容易流动而不会滞留在填充部内，从而能够高效地进行转换反应。
另外，本发明的三氯硅烷制造装置的特征在于，上述传热体由多个粒块或成形的块体构成。通过这些多个粒块或块体，能够有效地确保传热体内的间隙。
另外，本发明的三氯硅烷制造装置的特征在于，在上述粒块或成形的块体的表面形成有多个凹凸。即，在该三氯硅烷制造装置中，由于采用在表面具有多个凹凸的粒块或成形的块体，所以能够使粒块或成形的块体与供给气体的接触面积更大，能够更高效地进行加热。
另外，本发明的三氯硅烷制造装置的特征在于，上述传热体是多结晶硅、碳化硅、和由碳化硅涂敷了表面的炭中的任一种。即，在该三氯硅烷制造装置中，由于传热体采用多结晶硅、碳化硅(SiC)、和由碳化硅涂敷了表面的炭中的任一种，所以不易产生杂质，并且导热性高，从而能够获得高的加热效率。
根据本发明起到以下效果。
即，根据本发明的三氯硅烷制造装置，由熔点至少超过1400℃的材料形成并且具有气体能流通的空隙部的传热体填充在反应容器内并被加热。并且传热体与供给气体的接触面积也更大，能够进行高效的加热。因此，通过高的加热效率能够获得高效的转换反应，能够提高向三氯硅烷转换的转换率。
附图说明
图1是表示本发明的三氯硅烷制造装置的第1实施方式的简略剖视图。
图2是表示在本发明的三氯硅烷制造装置的第2实施方式中，块体堆叠的状态的要部的放大立体图。
图3A是在第2实施方式中堆叠的状态的块体的俯视图。
图3B是从第2实施方式中堆叠状态的块体的半径内侧观察到的侧视图。
标号说明
1反应容器
1a气体供给口
1b气体导出口
2粒块(传热体)
2a空隙部
3加热机构
3a加热器部
3b电极部
4填充部
5分隔板
5a气体流入孔
22块体(传热体)
22a主体部
22b凸状部
22c空隙部
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的三氯硅烷制造装置的实施方式。首先参照图1说明第1实施方式。
如图1所示，本实施方式的三氯硅烷制造装置具备：反应容器1，含有四氯化硅和氢的供给气体供给到该反应容器的内部从而生成含有三氯硅烷和氯化氢的反应生成气体；作为传热体的多个粒块2，填充在反应容器1内，通过辐射热和热传导被加热并且具有至少超过1400℃的熔点；和加热机构3，配设在反应容器1的周围并利用辐射热和热传导对上述反应容器1内的粒块2进行加热。
上述反应容器1具备将供给气体导入到内部的气体供给口1a、将反应生成气体导出到外部的气体导出口1b、和填充有多个粒块2的填充部4。另外，气体供给口1a配设在填充部4的下方(一端侧)，并且气体导出口1b配设在上方(另一端侧)。
上述粒块2是高纯度的多结晶硅、碳化硅、和由碳化硅涂敷了表面的炭中的任一种。特别采用在表面形成有多个凹凸的粒块。
此外，粒块2的大小和填充量根据流通的供给气体的流量和填充部4的大小(填充容量)等适当地设定。另外，通过填充多个该粒块2，使得在填充部4内能在各粒块2之间气体流通的空隙部2a形成复杂的填装状态。
上述填充部4形成在从反应容器1的底部隔开一定空间设置的分隔板5上方。在该分隔板5和反应容器1的底部之间的空间中设置有气体供给口1a，以导入供给气体。另外，在分隔板5上形成有小于粒块2的外径的多个气体流入孔5a。供给气体从这些气体流入孔5a流入到填充部4。上述气体供给口1a与供给气体的供给源(省略图示)连接。
即，从气体流入孔5a流入的供给气体朝上方在填充部4内的粒块2之间的空隙部2a中流通。这时，由于供给气体与粒块2的表面接触同时被加热，所以进行反应并成为反应生成气体。该反应生成气体最终从上方的气体导出口1b导出到外部。
上述加热机构3具备以包围反应容器1的方式配设在反应容器1周围的作为发热体的加热器部3a、和连接在上述加热器部3a的下部并用来使电流流到加热器部3a的电极部3b。该电极部3b与未图示的电源连接。另外，加热机构3以使反应容器1内的粒块2成为800℃～1400℃范围内的温度的方式进行加热控制。此外，如果将粒块2的温度设定为1200℃以上，则向三氯硅烷的转换率提高。另外，也可以对供给气体导入乙硅烷类，将硅烷类取出。
这样，在本实施方式中，具有超过1400℃的熔点的多个粒块2填充在反应容器1内，并通过加热机构3的辐射热和热传导被加热。并且通过形成在粒块2彼此之间的空隙部2a使得间隙较多，供给气体与粒块2的接触面积也增大，所以能够高效地进行加热。另外，由于供给气体经由粒块2之间的空隙部2a遍及大范围，所以能够在整个填充部4加热供给气体。
另外，由于采用在表面具有多个凹凸的粒块2，所以能够使粒块2与供给气体的接触面积更大，能够更高效地进行加热。
特别是，由于粒块2采用多结晶硅、碳化硅、和由碳化硅涂敷了表面的炭中的任一种，所以不易产生杂质。并且导热性高，从而能够获得高的加热效率。此外，在粒块2是由碳化硅涂敷了表面的炭的情况下，由碳化硅的涂敷膜来保护炭，所以能够防止炭与供给气体和反应生成气体中的氢、以及氯硅烷和氯化氢反应生成甲烷、甲基氯硅烷和碳化硅等而成为杂质。
进而，由于气体供给口1a配设在填充部4的下方并且气体导出口1b配设在上方，所以从气体供给口1a导入的供给气体在填充部4内以一定方向从下方侧向上方的气体导出口1b流动。因此，供给气体和反应生成气体容易流动而不会滞留在填充部4内。其结果为能够高效地进行转换反应。此外在图中，气体的流动方向用箭头表示。
接下来参照图2、图3A和图3B说明本发明的三氯硅烷制造装置的第2实施方式。此外，在以下的实施方式的说明中，对与在上述实施方式中说明了的构成要素相同的构成要素使用同一标号并省略其说明。
第2实施方式与第1实施方式的不同点在于，在第1实施方式中作为传热体在填充部4中填充的是多个粒块2，与此相对，在第2实施方式中，如图2所示，将成形的块体22作为传热体，该块体22并列填充在填充部4中。即，在第2实施方式的三氯硅烷制造装置中，如图2、图3A所示，成形为大致圆弧状的多个块体22在填充部4内以直径不同的多个圆环状的形状并列并且堆叠设置。
上述块体22由大致圆弧状的主体部22a和从上述主体部22a的内侧突出的凸状部22b构成。该块体22在有底圆筒状的填充部4内排列为相互接触状态的多个圆环状。另外在其上方进而进行堆叠。这样，各块体22的凸状部22b之间成为使气体流通的空隙部22c。在该情况下，各块体22设定为，在圆环状地并列并且堆叠多个时，如图3B所示，上下的块体22沿圆周方向彼此错开配置，使得凸状部22b上下不一致。即，通过上下的凸状部22b错开配置，使得上下的空隙部22c蛇行着连续。供给气体和反应生成气体经由该蛇行连续的空隙部22c流通。
因此，在第2实施方式中，由于在填充部4中以彼此之间形成多个间隙的方式并列填充有成形的块体22，所以与第1实施方式相同，容易实现高温化并且供给气体与块体22的接触面积也增大。因此能够高效地进行加热。另外，由于供给气体经由块体22之间的空隙部22c遍及大范围，所以能够在整个填充部4加热供给气体。
此外，本发明的技术范围并不限于上述各实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述各实施方式中从填充部4的下方导入供给气体并且从上方导出反应生成气体。但是也可以从其它方向进行气体的导入和导出。例如也可以从填充部的横向的一方导入供给气体，从横向的另一方导出反应生成气体。
另外，在上述各实施方式中通过多个粒块或多个块体分别构成传热体，但是也可以通过能填充在反应容器的填充部中的一个成形块体来构成传热体。例如也可以通过柱状部和板状部的组合结构等，将从表面直到内部形成空隙部的成形块体作为传热体。
根据本发明，能够提供能够高效地加热供给气体以供反应的三氯硅烷制造装置，因此在工业上极其有用。
Claims (5)
1.一种三氯硅烷制造装置，其特征在于，包括：
反应容器，含有四氯化硅和氢的供给气体供给到该反应容器的内部从而生成含有三氯硅烷和氯化氢的反应生成气体；
传热体，填充在上述反应容器内，由熔点至少超过1400℃的材料形成，并且具有气体能流通的空隙部；和
对上述反应容器内的上述传热体进行加热的加热机构，
上述传热体是多结晶硅、碳化硅、和由碳化硅涂敷了表面的炭中的任一种，
上述加热机构具备以包围反应容器的方式配设在反应容器周围的作为发热体的加热器部、和连接在上述加热器部的下部的电极部。
2.根据权利要求1所述的三氯硅烷制造装置，其特征在于，上述反应容器具备：
将上述供给气体导入上述反应容器内的气体供给口；
将上述反应生成气体从上述反应容器导出到外部的气体导出口；
和填充有上述传热体的填充部，
上述气体供给口配设在上述填充部的一端侧，并且上述气体导出口配设在另一端侧。
3.根据权利要求1所述的三氯硅烷制造装置，其特征在于，上述传热体由多个粒块或成形的块体构成。
4.根据权利要求3所述的三氯硅烷制造装置，其特征在于，在上述粒块或成形的块体的表面形成有多个凹凸。
5.根据权利要求1所述的三氯硅烷制造装置，其特征在于，上述传热体的温度设定为1200℃以上且到1400℃为止。
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