JP2003206126A - 高純度・超微粉SiOx粉及びその製造方法 - Google Patents

高純度・超微粉SiOx粉及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】比表面積が10m2 /g以上、Na,Fe,A
l,Clの合計量が10ppm以下の高純度・超微粉S
iOx(x=0.6〜1.8)粉を提供する。 【解決手段】モノシランガスとモノシランガスの酸化性
ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰囲
気下、温度500〜1000℃で反応させることによっ
て、比表面積が10m2 /g以上、Na,Fe,Al,
Clの合計量が10ppm以下である高純度・超微粉S
iOx(x=0.6〜1.8)粉を製造することができ
る。この場合において、非酸化性ガス量は、モノシラン
ガスとモノシランの酸化性ガスの酸化反応に与る酸素量
との合計量よりも多くすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の層間絶縁
膜、ガスバリア膜、光学部品の保護膜等に用いる高純度
・超微粉SiOx粉及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SiOx粉はその高い蒸気圧を利用し、
食品包装用フィルムや光学部品にSiOx膜の蒸着膜を
形成させるための蒸着原料として用いられている。たと
えば、水蒸気、酸素ガスの透過を防止して食品の劣化を
防ぐため、食品包装用フィルムにSiOx膜からなるガ
スバリア膜を形成する原料に用いられている。
【0003】従来、SiOx粉の製造方法としては、シ
リカと金属シリコン及び/又は炭素とを含む混合原料
を、少なくとも8×104 Pa以上の非窒化性雰囲気下
で高温処理してSiO含有ガスを生成させ、それを10
00℃/秒以下の冷却速度で冷却する方法(特開200
1−158613号公報)、SiO2 粉末を不完全燃焼
炎中で加熱してSi蒸気を発生させ、それを亜酸化する
方法(特開平5−213606号公報)等、が知られて
いる。
【0004】このような従来法でSiOx粉の高純度化
を行うには、原料の調製から製品の捕集までの間に不純
物が混入しないようなにしなければならない。しかしな
がら、原料の高純度化には精製等の特殊処理が必要とな
る問題がある。また、原料を加熱してSiO蒸気又はS
i蒸気を発生させるには、1500〜2000℃程度で
の高温操作が必要となり、高純度原料を用いても、炉材
等からNa,Al,Mg,Ca,Fe等の不純物が混入
し、高純度SiOx粉を製造することが困難である。本
発明でいう「高純度」とは、Na,Fe,Al,Clの
合計量が10ppm以下のことである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記状況に
鑑み、高純度・超微粉SiOx粉を提供することを目的
とする。本発明の目的は、モノシランガスを特定条件下
で酸化反応させることによって達成することができる。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、比
表面積が10m2 /g以上、Na,Fe,Al,Clの
合計量が10ppm以下であることを特徴とする高純度
・超微粉SiOx(x=0.6〜1.8)粉である。ま
た、本発明は、モノシランガスとモノシランガスの酸化
性ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰
囲気下、温度500〜1000℃で反応させることを特
徴とする上記の高純度・超微粉SiOx粉の製造方法で
ある。この場合において、非酸化性ガス量は、モノシラ
ンガスとモノシランの酸化性ガスの酸化反応に与る酸素
量との合計量よりも多くすることが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明を説明す
ると、本発明は、原料にモノシランガスを用いることに
よって、低温反応が可能となるので、従来法におけるよ
うな炉材等からの不純物混入を極限まで低下させること
ができ、その結果、生成するSiOx粉の高純度化と超
微粉化が可能となるものである。
【0008】本発明において、モノシラン(SiH4
ガスは市販品を用いことができる。モノシランガスは、
塩素を構成成分としていない点でトリクロルシラン等の
シラン系ガスよりも優れている。また、モノシランの酸
化性ガス(以下、単に「酸化性ガス」という。)として
は、酸素ガス、空気の他に、モノシランに対して酸化性
を有する例えばNO2、CO2、H2O等のガスを用いる
ことができる。これらの酸化性ガスには、不純物が極限
まで除去されていることが好ましい。
【0009】モノシランガスと酸化性ガスの反応は、圧
力10〜1000kPaの非酸化性ガス雰囲気下、温度
500〜1000℃で行わせる。圧力が10kPa未満
であると、生成したSiOx膜が反応容器壁面に付着成
長し、排出部を閉塞するので長期操業が容易でなくな
る。また、1000kPaをこえると、反応装置の耐圧
を高めるのに大がかりな設備が必要となるうえ、不純物
が増加する傾向となる。好ましい圧力は、50〜300
kPaである。
【0010】一方、反応場の温度が500℃未満である
とSiO2 が主として生成し、また1000℃をこえる
とSiが生成すると共に、炉材等からの不純物がより多
く混入する恐れが高くなり、いずれの場合も高純度・超
微粉SiOx粉の製造が困難となる。好ましい反応温度
は550〜950℃、特に650〜850℃である。反
応時間(両ガスの反応容器内での滞留時間)は、0.2
〜1秒であることが好ましい。
【0011】本発明において、モノシランガスと酸化性
ガスの反応は、非酸化性ガスの存在下で行われる。これ
によって、生成したSiOx粉の容器壁への付着がより
少なくなる。非酸化ガスとしては、アルゴン、ヘリウム
のような不活性ガスが最適であるが、反応を妨げない範
囲で、H2、N2、NH3、CO等を用いることもでき
る。酸化性ガスとして空気を用いた場合、非酸化性ガス
と酸化性ガスの両方を用いたことになる。非酸化性ガス
の量は、モノシランガス量と酸化性ガスの酸化反応に与
る酸素量との合計量よりも多くすることが好ましく、モ
ル比で2倍以上、特に10倍以上であることが好まし
い。ここで、酸化性ガスの酸化反応に与る酸素量とは、
たとえば空気の場合には、それに含まれる酸素量であ
り、NO2とCO2の場合は、そこから遊離される酸素原
子一個分の酸素量であり、またH2Oの場合は、それを
構成する酸素原子分の酸素量である。
【0012】反応容器としては、石英ガラス等の高純度
材料で製作されたものが使用される。その形状は、底付
きのコップ形状とすることもできるが、管状が好ましく
その向きは縦型設置、横型設置のいずれであっても良
い。反応容器の加熱方式については、抵抗加熱発熱体、
高周波加熱、赤外輻射加熱等の手段を用いることができ
る。
【0013】反応容器内で生成したSiOx粉は、非酸
化性ガス及び副成ガスと共に系外に排出され、バッグフ
ィルター等の粉末回収装置から回収される。
【0014】本発明の製造方法においては、モノシラン
ガスと酸化性ガスの比率をかえることによって、x値の
異なるSiOx粉が製造される。本発明のSiOx粉の
x値が0.6〜1.8以外であると、蒸着速度が低下す
るので蒸着温度をあげる必要があり、望ましくはない。
好ましいx値は0.9〜1.6である。x値は、SiO
x粉中のSiモル量をJIS−R6124(炭化けい素
質研削材の化学分析)に準じて測定し、また酸素モル量
をO/N同時分析装置(例えばLECO社「TC−13
6」)を用いて測定し、それらのモル比から算出するこ
とができる。
【0015】本発明の製造方法によって、比表面積が1
0m2 /g以上、Na,Fe,Al,Clの合計量が1
0ppm以下である高純度・超微粉SiOx(x=0.
6〜1.8)粉が製造される。
【0016】本発明の高純度・超微粉SiOx粉におい
て、Na,Fe,Al,Clの合計量が10ppmをこ
えると、層間絶縁膜や、リチウムイオン電池の負極活物
質等に用いると絶縁不良、腐食の原因となる。好ましく
は5ppm以下である。これらの不純物は、ICP等の
発光分析法によって測定することができる。また、比表
面積が10m2 /g未満であると蒸着開始温度が低くな
る。好ましい比表面積は50m2 /g以上である。
【0017】本発明の高純度・超微粉SiOx粉の用途
は、半導体装置の層間絶縁膜、太陽電池のガスバリア
膜、食品包装用フィルムのガスバリア膜を形成させるた
めの蒸着原料等である。
【0018】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
【0019】実施例1〜13 比較例1〜4 モノシランガス、アルゴンガス、酸素ガス(いずれも、
純度≧99.999質量%)を用意し、それぞれのガス
を質量流量計を通じて石英ガラス製反応容器(内径40
mm×長さ800mm)に導入した。モノシランガス
は、アルゴンガスと混合し、石英ガラス製のモノシラン
ガス導入管4(内径5mm)を通して反応容器1の低温
部に吹き出すようにし供給し、また酸素ガスは石英ガラ
ス製の酸化性ガス導入管3(内径5mm)を通して反応
容器中央部付近の高温部に供給し、反応容器中央部で反
応させるようにした(図1参照)。
【0020】反応容器1は、その外周を巻回させたニク
ロム線ヒーター2に通電を行い、所定の反応温度(表1
参照)に保たれるように加熱されている。温度調整は、
反応容器中央部中心に設置された熱電対で測温し、ニク
ロム線ヒーターの電力を制御して行った。
【0021】反応容器内の圧力は、多くの実験では大気
圧下とほぼ同等の100±10kPaで実施した。反応
容器内の大気圧未満の減圧は、排出側に設けた真空ポン
プで減圧しつつバルブの開度を調節することによって行
い、大気圧をこえる加圧は、反応容器の外側にステンレ
ス製容器をかぶせ2重構造にして行った。この際、ニク
ロム線ヒーターとステンレスの間には繊維質断熱材を埋
め込むと共に、反応容器とステンレス容器の間には、反
応容器内の圧力と同等になるようにアルゴンガスを導入
し、反応容器の内外でのガス圧を均衡させた。
【0022】生成したSiOx粉は、副生ガス、アルゴ
ンガスと共に、排出管5から排出され、途中に設けられ
たバグフィルターで回収された。回収粉末について、S
iOx粉のx値、比表面積、不純物を測定した。それら
の結果を表1に示す。
【0023】反応容器内の圧力を5kPaとした比較例
3では、少量の生成物しか回収できず、大部分が反応容
器の排出部に付着していた。また、回収物の色調も実施
例で得られた薄茶色ないしは茶褐色に対し白いものであ
った。一方、反応容器内の圧力を1200kPaに高め
た比較例4では、比表面積、純度ともに目的とするもの
が得られなかった。
【0024】
【表1】
【0025】表1から、本発明の製造方法によって初め
て本発明の高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.
8)が製造されることが分かる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、比表面積が10m2
g以上、Na,Fe,Al,Clの合計量が10ppm
以下の高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.8)
粉が提供される。本発明の高純度・超微粉SiOx粉
は、半導体の層間絶縁膜、プラスチック液晶パネル、ア
モルファス太陽電池のガスバリア膜、食品包装用フィル
ムのガスバリア膜等を製造する際の蒸着材料や、リチウ
ムイオン電池の負極活物質として用いることができる。
本発明の製造方法によれば、本発明の高純度・超微粉S
iOx粉を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いた反応装置の概略図
【符号の説明】
1 反応容器 2 ニクロム線ヒーター 3 酸化性ガス導入管 4 モノシランガス導入管 5 排出管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積が10m2 /g以上、Na,F
    e,Al,Clの合計量が10ppm以下であることを
    特徴とする高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.
    8)粉。
  2. 【請求項2】 モノシランガスとモノシランガスの酸化
    性ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰
    囲気下、温度500〜1000℃で反応させることを特
    徴とする請求項1記載の高純度・超微粉SiOx粉の製
    造方法。
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