JP2005008430A - Production method for silicon - Google Patents

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JP2005008430A JP2003170908A JP2003170908A JP2005008430A JP 2005008430 A JP2005008430 A JP 2005008430A JP 2003170908 A JP2003170908 A JP 2003170908A JP 2003170908 A JP2003170908 A JP 2003170908A JP 2005008430 A JP2005008430 A JP 2005008430A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon production method wherein polycrystalline silicon is produced by reacting a raw material gas for silicon deposition containing a chlorosilane and hydrogen at 1,300°C or higher and a fine silicon powder is efficiently removed from an exhaust reaction gas containing the fine silicon powder. <P>SOLUTION: The silicon production method comprises a silicon deposition step for depositing silicon by bringing a raw material gas for silicon deposition containing a chlorosilane and hydrogen into contact with a reactor surface heated to 1,300°C or higher and a fine powder removal step for removing a fine silicon powder from an exhaust reaction gas containing the fine silicon powder generated in the silicon deposition step. At least a part of the exhaust reaction gas from which the fine powder has been removed in the fine powder removal step is used as a part of the raw material gas for silicon deposition. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロロシラン類と水素との反応によって多結晶シリコンを製造する方法に関する。より詳しくは、シリコン析出工程において発生する反応排ガス中に含まれるシリコン微粉を簡便に除去することにより、多結晶シリコンを効率的に製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体または太陽光発電用電池の原料として用いられる多結晶シリコンを製造する方法は種々知られている。たとえば、ベルジャー内部に配置されたシリコン棒の表面を加熱し、これにトリクロロシラン(SiHCl;以下、TCSともいう)、モノシラン(SiH)などのクロロシラン類と、水素等の還元性ガスとを含むシリコン析出用原料ガスを接触させて多結晶シリコンを析出させるシーメンス法と呼ばれる方法などが挙げられる。
【0003】
上記シーメンス法は、高純度なシリコンが得られることを特徴としており、最も一般的な方法として実施されているが、析出がバッチ式であるため、種となるシリコン棒の設置、通電加熱、析出、冷却、取り出し、ベルジャーの洗浄などの極めて煩雑な手順を行なわなければならないという問題点がある。
【0004】
また、従来のシーメンス法などにおいては、安定してシリコンの析出を行うため、通常900〜1250℃、実質的には900〜1150℃の温度で行われている。しかしながら、このような温度範囲においては、シリコンの析出反応に伴って化学的に極めて安定なテトラクロロシラン(SiCl;以下、STCともいう)が多く副生するため、シリコン析出反応の効率が著しく低下する。
【0005】
そのため、工業的にシリコンの析出反応を行う設備においては、シリコン析出反応時に大量に副生するSTCの一部または全部を、近接または遠隔の処理設備に排出せざるを得ないのが現状であった。これに対して、STCの副生量を減らし、STCを排出しない自立型のプロセスとして、クローズドシステムが提案されている(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。しかしながら、これらの方法は、いずれも理想系の上にのみ成り立つ方法であり、工業的に有効な生産量を確保することが困難である。
【0006】
また、副生するSTCの量を低く抑え、かつ、工業的に有利な生産量を確保するために、TCSと水素とを1300℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることは極めて有利であるが、このような高温の反応条件下では、析出表面近傍に形成される高温のガス境膜中でシリコン微粉が生成することが判明した。
【0007】
すなわち、1300℃以上の温度で実施するシリコン析出反応の反応排ガス中にはシリコン微粉が含有されるため、該反応排ガスを処理して、その一部をシリコン析出反応に再循環させる工程を設ける場合には、該排ガス処理系統における配管や機械装置等にシリコン微粉が付着し、配管の閉塞や機械装置等の不良発生の原因となり、操業に支障をきたすという問題が生じる。
【0008】
【特許文献1】
特開昭52−133022号公報
【特許文献2】
特開平10−287413号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを1300℃以上の温度で反応させて多結晶シリコンを製造する方法において、シリコン微粉を含有する反応排ガスからシリコン微粉を効率的に除去することができるシリコンの製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、クロロシラン類と水素とを1300℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることで、副生するSTCの量を低く抑え、かつ、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去を効率的に行い、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして循環し、多結晶シリコンの生産効率を大幅に向上することができるシリコンの製造方法を確立した。
【0011】
すなわち、本発明に係るシリコンの製造方法は、
クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、1300℃以上の温度に加熱した反応容器表面に接触させてシリコンを析出させるシリコン析出工程、および
上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスから該シリコン微粉を除去する微粉除去工程を含み、
上記微粉除去工程において微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、前記シリコン析出用原料ガスの一部として使用することを特徴としている。
【0012】
本発明に係るシリコンの製造方法は、上記微粉除去工程において、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからのシリコン微粉を除去することが好ましい。
【0013】
しかしながら、フィルターに捕捉されたシリコン微粉はフィルターに強固に付着しているため、通常のガスによる逆洗では、フィルターからシリコン微粉を除去することが困難である。また、フィルターを解体してアルカリ洗浄などによりシリコン微粉を除去する方法では、フィルターの腐食や劣化が生じやすくなるだけでなく、シリコン微粉による発火の危険性などもある。
【0014】
このような問題に対して、本発明者らは、上記シリコン微粉が、液状のクロロシラン類に対して良好な分散性を示すことを見出した。そして、フィルターに固着したシリコン微粉をクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄することにより、フィルターを解体することなくシリコン微粉をフィルターから除去することができ、かつ、装置および配管を汚染することなく、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして再利用することができることを見出した。
【0015】
すなわち、本発明に係るシリコンの製造方法は、上記シリコン微粉を捕捉したフィルターを、クロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程をさらに含むことが好ましい。
【0016】
また、排ガスライン中に複数のフィルターを並列して設け、濾過圧が上昇したフィルターを排ガスラインから切り離し、フィルターを解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程、および洗浄後のフィルターを再度排ガスラインに接続する工程をさらに含むことが望ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコン製造方法について具体的に説明する。
【0018】
本発明のシリコン製造方法によってシリコンを製造するための装置は、特に制限されないが、たとえば図1に示す装置が挙げられる。すなわち、
(1)下端に開口部2を有する筒状の反応容器1、
(2)上記筒状反応容器1の下端から任意の高さまでの内壁を、シリコンの融点以上の温度に加熱することができる加熱装置3、
(3)上記筒状反応容器1において、1300℃以上に加熱された内壁により囲まれた空間5に、下方に向かって開口するように設けられ、クロロシラン類と水素とを含む原料ガスAを供給する原料ガス供給管4、
(4)上記筒状反応容器1の内壁と原料ガス供給管4の外壁とによって形成される間隙に、シールガスBとして水素ガスを供給するシールガス供給管6、
(5)反応排ガスDが排出される取出配管12、および
(6)析出したシリコンを溶融落下させて回収する回収部9より構成されるシリコン製造装置が挙げられる。
【0019】
上記筒状反応容器1は、シリコンの融点以上に加熱され、その内部はクロロシラン類およびシリコン融液に接触するため、このような温度条件および接触物に対して充分に耐える材質を選択することが好ましい。このような材質としては、たとえば、グラファイトなどの炭素材料、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミなどのセラミックス材料が挙げられ、好ましくは炭素材料である。また、炭素材料の表面に、炭化珪素、熱分解炭素、窒化ホウ素などを被覆したものは、反応容器の耐久性向上およびシリコン製品の純度向上を達成するために特に好ましい。
【0020】
上記加熱装置3は、上記筒状反応容器1の内壁を1300℃以上に加熱することができるものであれば特に制限されないが、エネルギー効率などを考慮すると、高周波コイルにより加熱することが好ましい。
【0021】
上記原料ガス供給管4は、筒状反応容器1の内壁によって囲まれた空間5に、クロロシラン類と水素とを含む原料ガスを直接供給するためのものであり、原料ガス供給管4の材質としては、上記筒状反応容器1と同様の材質のほか、石英ガラス、鉄およびステンレス鋼なども使用することができる。
【0022】
上記シールガス供給管6は、原料ガス供給管4の開口位置より上部に存在する筒状反応容器1の内壁と原料ガス供給管4の外壁とによって形成される間隙に、シールガスBを供給するために設けられる。上記間隙は、シリコンを析出することはできるが溶融することができない低温領域であるため、該間隙にシールガスを満たすことにより、該低温領域に固体シリコンが析出するのを効果的に防止することができる。シールガス供給管6の材質としては、上記原料ガス供給管4と同様の材質を使用することができる。
【0023】
上記装置においては,筒状反応容器1から排出される反応排ガスの回収を効率的に行うために、筒状反応容器1および回収部9を反応排ガスDの取出配管12を設けた密閉容器7により覆うことが好ましい。
【0024】
また、その際、筒状反応容器1の外壁と密閉容器7の内壁とによって形成される間隙には、シールガス供給管11を設けて、窒素、水素、アルゴンなどのシールガスCを供給することが好ましい。
【0025】
本発明のシリコンの製造方法は、シリコン析出工程および微粉除去工程を含み、微粉を除去した反応排ガスの少なくとも一部を、シリコン析出用原料ガスの一部として使用する。
【0026】
本発明におけるシリコン析出工程は、クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、1300℃以上、好ましくは1300〜1700℃の温度、さらに好ましくは1350〜1700℃の温度に加熱した筒状反応容器1の表面に接触させてシリコンを析出させる工程である。
【0027】
反応温度を1300℃以上とすることで、上記シリコン析出工程において副生するSTCの量を効果的に低減させることができる。
【0028】
上記反応に供されるクロロシラン類と水素とのモル比(水素/クロロシラン類)を10以上、好ましくは15〜30に調整することは、上記シリコン析出工程において副生するSTCの量をより効果的に低減することができるために好ましい。また、上記反応の圧力は特に制限されないが、一般的には常圧〜3MPaG、好ましくは常圧〜1MPaGである。
【0029】
本発明においてシリコン析出用原料ガスとして用いられるクロロシラン類としては、公知の各種クロロシラン類が挙げられ、具体的には、モノシラン、ジクロロシラン(以下、DCSともいう)、TCS、STCなどが挙げられる。これらの中では、モノシランまたはTCSが工業的に高純度のものを大量に入手可能であることから好ましい。
【0030】
上記のようにして筒状反応容器1の内壁に析出したシリコンは、該筒状反応容器をシリコンの融点以上に加熱する場合は、筒状反応容器内壁でシリコン融液となり、該内壁を流下し、その開口部2より液滴14として自然落下するため、周期的な昇温操作を行わなくても、筒状反応容器の内部は常に初期状態を保つことができる。
【0031】
また、筒状反応容器1を1300℃以上でシリコンの融点未満の温度に加熱する場合は、シリコンの析出量がある程度に達したら、加熱出力を上昇させるか、あるいはガス供給量を低減して、該筒状容器をシリコンの融点温度以上に上昇させ、析出物の一部または全部を溶融させて析出物を落下回収することにより、連続して析出を行うことができる。
【0032】
上記筒状反応容器1から落下するシリコン融液の液滴または部分溶融した固体シリコンは、下方のシリコン回収部9に落下して固化、回収される。
【0033】
シリコン回収部9に落下したシリコン析出物は、析出反応を一旦停止してから取り出してもよいが、析出反応を継続しながら取り出す方が好ましい。反応を継続しながら回収を行う具体的な方法としては、筒状反応容器1の温度を一旦シリコンの融点未満に調節して、シリコン融液が落下するのを防止し、析出反応容器と回収容器の間に設置したバルブを閉じて回収部9を開放する方法、または回収部9に設置した破砕装置により、回収部9で固化したシリコン析出物に機械的な力を付与してある程度粉砕し、回収部9のさらに下部に位置するシリコン取出口13からシリコンEを間欠的に取り出す方法などが挙げられる。
【0034】
本発明における微粉除去工程は、上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスからシリコン微粉を除去する工程である。
【0035】
反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去方法としては、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからシリコン微粉を除去する方法が挙げられる。
【0036】
本発明における微粉除去工程の設備は特に制限されないが、たとえば図3に示す設備が挙げられる。すなわち、シリコン析出工程において発生した反応排ガスDを、必要に応じて冷却し、ガスフィルター装置16に流通させることで、反応排ガス中のシリコン微粉がフィルター17に捕捉され、シリコン微粉が除去された反応排ガスは、反応排ガス精製設備に供給される。
【0037】
上記フィルター17としては、メタルフィルター、セラミックフィルター、ガラスフィルター、プラスチックフィルターおよびカーボンフィルターなどが挙げられる。フィルター17の目開きは、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の粒径および除去率などを考慮して、0.1〜100μm、好ましくは1〜30μmであることが望ましい。
【0038】
また、シリコン析出工程での操作条件の安定化、シリコン製造設備全体での操作業効率を考慮すると、フィルターの洗浄頻度を少なくすることが好ましい。そのため、フィルター17の濾過面積は、フィルター17に通過させる反応排ガス1Nm/Hあたり10cm以上、好ましくは20cm以上、さらに好ましくは30cm以上であることが望ましい。
【0039】
フィルター17に捕捉された微粉をフィルターから除去する方法としては、ガスによる逆洗を行うのが一般的であるが、シリコン微粉はフィルター17に強固に付着しているため、ガスによる逆洗ではシリコン微粉をフィルター17から除去することが困難である。
【0040】
これに対して、シリコン微粉に対する良分散媒であることを見出した液状のクロロシラン類を用いてフィルター17を洗浄することにより、シリコン微粉をフィルター17から容易に除去することができる。また、ガスフィルター装置16に残留したクロロシラン類が蒸発して排ガス処理系統に混入しても、原料ガスと同様のクロロシラン類を用いているため、再循環させるガスや装置類を汚染することがない。
【0041】
すなわち、本発明におけるシリコンの製造方法は、シリコン微粉を捕捉したフィルター17を、液状のクロロシラン類からなるクロロシラン洗浄液Fで洗浄する工程をさらに含むことが望ましい。
【0042】
クロロシラン洗浄液Fによるフィルター17の洗浄方法としては、シリコン微粉を捕捉したフィルター17に、フィルター17の二次側(すなわち、ガスの下流側)からクロロシラン洗浄液Fを供給することが、洗浄効果をさらに高めるために好ましい。また、フィルターの二次側から供給することで、逆洗効果も同時に得られる。
【0043】
クロロシラン洗浄液Fの温度は、洗浄液が液体として維持されるように、操作条件やクロロシラン類の組成などに応じて、適宜調整すればよい。
【0044】
クロロシラン洗浄液Fの供給量は、充分な洗浄を行うために、フィルター17の濾過面積1cmに対して、通常は10cm以上、好ましくは30cm以上である。上記のような量のクロロシラン洗浄液Fを、通常は10〜600秒、好ましくは30〜300秒供給することが、洗浄効率の点から望ましい。
【0045】
クロロシラン洗浄液Fでフィルター17を洗浄した後、フィルター乾燥用ガス、たとえば窒素ガスGによりフィルター17を乾燥させてもよい。また、フィルター17を充分に再生するために、クロロシラン類による洗浄および乾燥用ガスによる乾燥を2回以上繰り返すことが好ましい。
【0046】
上記微粉除去工程において、排ガスライン中に複数のガスフィルター装置を並列して設け、排ガスラインを切り替えることができるようにすることが好ましい。そうすることで、一方のガスフィルター装置の濾過圧が上昇したら、他方のガスフィルター装置に排ガスラインを切り替えて、濾過圧が上昇したガスフィルター装置を排ガスラインから切り離して冷却し、ガスフィルター装置を解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄し、洗浄したフィルター装置を再度排ガスラインに接続することができる。そのため、フィルターの洗浄の際に、シリコンの析出反応を停止する必要がなく、効率的にシリコンを製造することができる。
【0047】
上記クロロシラン洗浄液Fを構成するクロロシラン類としては、原料ガスに用いられるクロロシラン類と同様のものが挙げられるが、沸点が低いものは冷却する必要があるため、DCS、TCSおよびSTCから選ばれることが好ましい。これらは、1種単独でまたは2種以上を混合して用いてもよい。
【0048】
フィルター洗浄後のシリコン微粉を含む洗浄液を、たとえばフィルター装置16の下部に設置されている洗浄液排出口18から連続的または断続的に抜出して、液ガス分離容器19に回収し、必要に応じてシリコン微粉を除去した後、洗浄液を蒸留精製することにより、精製したクロロシラン液を洗浄液として再利用することができる。
【0049】
上記のようにしてシリコン微粉を除去した反応排ガス中には、未反応のクロロシラン類および水素のほかに、副生物として塩化水素およびSTCなどが含まれているが、これらの混合ガスを直接、またはクロロシラン類の一部を除去して、280〜400℃で原料シリコンと接触させることにより、塩化水素と原料シリコンとが選択的に反応してTCSが生成される。このようにして得られるTCS、未反応のクロロシラン類および水素を分離してシリコン析出用原料ガスの一部として使用することができる。
【0050】
上記原料シリコンとしては、シリコンの製造用原料として一般に使用されている公知の冶金級シリコンを使用することができる。
【0051】
上記TCS生成反応に用いられる反応器としては、原料シリコンと反応排ガスとが接触可能な装置を使用することができる。たとえば、原料シリコン粉体をガスにより流動化させながらガスと粉体とを反応させる流動層反応器が、工業的実施において好適である。
【0052】
TCS生成工程において、シリコンと塩化水素との反応が開始する温度は250℃程度であることから、反応温度は250℃以上が好ましく、またTCSの収率を向上させるためには、400℃以下の温度で行われることが好ましい。したがって、工業的に安定して反応を維持するためには、反応温度は280〜350℃で調節されることが好ましい。
【0053】
上記TCS生成工程で得られる反応後のガスをシリコン析出工程に循環する際に、純度を高めるために、水素とクロロシラン類の一部とを分離することが好ましい。水素とクロロシラン類とを分離する方法は、特に制限されないが、工業的にはガスを冷却することによって容易に達成できる。
【0054】
ガスの冷却方法としては、単に冷却された熱交換器に通過させるだけでもよいし、あるいは凝縮され冷却された凝縮物によってガスを冷却する方法でもよい。これらの方法を単独でまたは併用して採用することができる。
【0055】
上記の冷却温度は、クロロシラン類の一部が凝縮される温度であれば特に制限されないが、水素の高純度化を図るためには、通常は10℃以下、より好ましくは−10℃以下、最も好ましくは−30℃以下である。このように、クロロシラン類の一部を除去する操作により、上記原料シリコンに含まれる不純物、たとえば重金属類、リン、ホウ素などの大部分を水素から除去でき、析出するシリコンを高純度化することができる。
【0056】
クロロシラン類の一部が分離された水素を主とするガスは、原料ガスとして充分に高純度であるが、分離条件によってはホウ素化合物を含有している場合がある。したがって、要求されるシリコン製品の純度に応じて、上記ガスからホウ素化合物を除去することが好ましい。
【0057】
ホウ素化合物の除去方法は特に限定されないが、−NR(Rは炭素数1〜10のアルキル基)、−SOH、−COOH、−OHなどの官能基を有する物質と上記ガスとを接触させる方法が好ましい。最も簡便には、それらの官能基を有するイオン交換樹脂を使用することことができる。
【0058】
一方、上記のようにして分離したクロロシラン類を主とするガスには、重金属化合物などの不純物が含まれるため、上記ガスを蒸留精製することによってクロロシラン類の純度を高くすることが好ましい。
【0059】
上記蒸留精製によりクロロシラン類を分離した後の残余成分には、重金属化合物およびSTCなどが含まれている。この残余成分中のSTCを水素により還元してTCSに変換してもよい。なお、このようにしてSTCの大部分を分離回収した残りの成分は、一般に中和廃棄される。
【0060】
上記のようにして回収されたクロロシラン類からホウ素化合物をさらに除去する必要がある場合には、上述した官能基を有する固体または液体の化合物とクロロシラン類とを接触させた後、必要に応じて蒸留精製することにより除去することができる。
【0061】
上記のようにして反応排ガスから水素およびクロロシラン類を分離して循環することにより、シリコン微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、シリコン析出用原料ガスの一部として有効に使用することができる。
【0062】
【発明の効果】
本発明のシリコン製造方法によれば、クロロシラン類と水素とを1300℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることで、副生するSTCの量を低く抑え、かつ、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去を効率的に行い、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして循環して、多結晶シリコンを製造することができる。
【0063】
また、シリコン微粉の付着による配管の閉塞や機械装置等の故障を引き起こすことなく多結晶シリコンを製造することができるため、多結晶シリコンの生産効率を大幅に向上することができる。
【0064】
さらに、本発明のシリコン製造方法によれば、シリコン微粉を捕捉したフィルターを解体することなく、シリコン微粉をフィルターから除去することができるため、設備コストおよび作業コストを低減し、かつ安全性を向上することができる。
【0065】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これら実施例により何ら限定されるものではない。
【0066】
〔実施例1〕
シリコンの析出反応は、図1と同様なシリコン析出装置を用いて行った。筒状反応容器1は、肉厚15mmの等方性カーボン製であって、図2に示したように、内径50mm、長さ300mmの反応ゾーンIを有する。加熱装置3として、周波数8kHzの高周波を発生する高周波コイルを、筒状反応容器1を取り囲むようにして設置した。原料ガス供給管4は、ステンレス製であって、内径4mmの原料ガス吹き出し口15を有する。密閉容器7は、内径が1000mmのステンレス製とした。
【0067】
反応排ガス中に含まれる微粉の除去は、図3に示したような微粉除去設備で行った。ガスフィルター装置16は、内容積20Lの炭素鋼製ガスフィルター装置である。フィルター17として、約600cmの濾過面積および10μmの目開きを有する焼結ステンレス製フィルターを用いた。
【0068】
高周波コイルによって、筒状反応容器1の内表面を1300〜1400℃に加熱しながら、原料ガス供給管4から、シリコン析出用原料ガスAとして水素およびトリクロロシランを、それぞれ28Nm/Hおよび9kg/Hで供給し、シリコン析出反応を行った。反応圧力は50kPaGとした。なお、1時間に1回5分程度、筒状反応容器1の内表面を1450℃以上に上昇させ、析出物を断続的に溶融落下させながら反応を継続した。回収部9にて回収された多結晶シリコンは高純度に維持されていた。
【0069】
析出反応で発生した反応排ガスを水冷式熱交換器によって300℃以下に冷却した後、ガスフィルター装置16に流通させて、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉をフィルター17により捕捉した。
【0070】
析出反応を開始してから24時間後に、ガスフィルター装置16の濾過圧が反応開始前の濾過圧より50kPa増大したため、同様な性能を有する予備のガスフィルター装置にガス流通を切り替えた。
【0071】
濾過圧が増大したガスフィルター装置を室温程度まで冷却した後、フィルター17の二次側から、約90重量%のSTCおよび約10重量%のTCSからなる30℃のクロロシラン洗浄液Fを、供給速度35L/分で1分間供給した。このとき、供給されたクロロシラン洗浄液を、ガスフィルター装置16の下部にある洗浄液排出口18から連続的に排出して、液ガス分離容器19に回収した。
【0072】
次いで、クロロシラン洗浄液Fに代えて窒素ガスGを供給してフィルター17を乾燥させた後、フィルター装置16の濾過圧を測定したところ、ほぼ初期状態に回復していた。
【0073】
液ガス分離容器19に回収されたクロロシラン洗浄液は、茶色い懸濁物を含有していたため、クロロシラン洗浄液処理設備にて蒸留精製したところ、留分のクロロシラン液は無色透明であった。
【0074】
微粉除去後の反応排ガスは、反応排ガス精製設備にて精製し、原料ガスの一部として使用した。なお、微粉除去工程以降の反応排ガス処理系統における配管や装置等にシリコン微粉の付着は見られなかった。
【0075】
〔比較例1〕
実施例1と同様の設備でシリコン析出反応を行った後、濾過圧の上昇したフィルター17の洗浄を、クロロシラン洗浄液Fによる洗浄から、窒素ガスGによる逆洗に変更した。窒素ガスGによる逆洗として、窒素ガスで約1MPaGの昇圧と急激な脱圧の操作を10回行ったが、濾過圧の回復は20%程度であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられるシリコン製造装置の概略図である。
【図2】本発明に用いられるシリコン製造装置における筒状反応器の概略図である。
【図3】本発明における微粉除去設備の概略図である。
【符号の説明】
1 筒状反応容器
2 開口部
3 加熱装置
4 原料ガス供給管
5 空間
7 密閉容器
8 シリコン
9 回収部
12 取出配管
16 ガスフィルター装置
17 フィルター
19 液ガス分離容器
A 原料ガス
D 反応排ガス
F クロロシラン洗浄液
G 窒素ガス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon by reaction of chlorosilanes with hydrogen. More specifically, the present invention relates to a method for efficiently producing polycrystalline silicon by simply removing silicon fine powder contained in a reaction exhaust gas generated in a silicon precipitation step.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various methods for producing polycrystalline silicon used as a raw material for semiconductors or photovoltaic power generation batteries are known. For example, the surface of a silicon rod placed inside a bell jar is heated and mixed with trichlorosilane (SiHCl). 3 Hereinafter referred to as TCS), monosilane (SiH) 4 For example, a Siemens method in which polycrystalline silicon is deposited by contacting a silicon deposition source gas containing a chlorosilane such as hydrogen) and a reducing gas such as hydrogen.
[0003]
The Siemens method is characterized in that high-purity silicon can be obtained, and is the most common method. However, since the deposition is batch-type, the installation of a silicon rod as a seed, current heating, deposition There is a problem that extremely complicated procedures such as cooling, taking out, and cleaning of the bell jar must be performed.
[0004]
Further, in the conventional Siemens method or the like, in order to stably deposit silicon, it is usually performed at a temperature of 900 to 1250 ° C., substantially 900 to 1150 ° C. However, in such a temperature range, tetrachlorosilane (SiCl) which is chemically extremely stable with the silicon precipitation reaction. 4 Hereinafter referred to as STC) as a by-product, the efficiency of the silicon precipitation reaction is significantly reduced.
[0005]
For this reason, in equipment that performs silicon deposition reaction on an industrial scale, part or all of the STC produced as a by-product during the silicon deposition reaction must be discharged to a nearby or remote processing facility. It was. On the other hand, a closed system has been proposed as a self-supporting process that reduces the amount of STC by-products and does not discharge STC (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, any of these methods can be realized only on an ideal system, and it is difficult to secure an industrially effective production amount.
[0006]
In order to keep the amount of STC produced as a by-product low and to secure an industrially advantageous production amount, it is extremely advantageous to cause silicon to precipitate by reacting TCS and hydrogen at a temperature of 1300 ° C. or higher. However, under such high temperature reaction conditions, it has been found that silicon fine powder is generated in a high temperature gas boundary film formed in the vicinity of the deposition surface.
[0007]
In other words, since silicon fine powder is contained in the reaction exhaust gas of the silicon deposition reaction carried out at a temperature of 1300 ° C. or higher, a process for treating the reaction exhaust gas and recirculating a part thereof to the silicon deposition reaction is provided. In such an exhaust gas treatment system, silicon fine powder adheres to piping, mechanical devices, etc., which may cause clogging of the piping and occurrence of defects in the mechanical devices, resulting in problems in operation.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 52-133302 A
[Patent Document 2]
JP-A-10-287413
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to efficiently produce silicon fine powder from a reaction exhaust gas containing silicon fine powder in a method for producing polycrystalline silicon by reacting a silicon deposition source gas containing chlorosilanes and hydrogen at a temperature of 1300 ° C. or higher. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing silicon that can be removed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors made silicon react by reacting chlorosilanes with hydrogen at a temperature of 1300 ° C. or higher, thereby suppressing the amount of by-produced STC to be low. In addition, the silicon fine powder contained in the reaction exhaust gas is efficiently removed, and a part of the reaction exhaust gas from which the silicon fine powder is removed is circulated as a raw material gas, so that the production efficiency of polycrystalline silicon can be greatly improved. A manufacturing method of silicon was established.
[0011]
That is, the method for producing silicon according to the present invention is as follows.
A silicon deposition step for depositing silicon by bringing a silicon deposition source gas containing chlorosilanes and hydrogen into contact with the reaction vessel surface heated to a temperature of 1300 ° C. or higher; and
Including a fine powder removing step of removing the silicon fine powder from a reaction exhaust gas containing the silicon fine powder generated in the silicon deposition step,
It is characterized in that at least a part of the reaction exhaust gas from which the fine powder has been removed in the fine powder removing step is used as a part of the silicon deposition raw material gas.
[0012]
In the method for producing silicon according to the present invention, in the fine powder removing step, it is preferable to remove the silicon fine powder from the reaction exhaust gas by passing the reaction exhaust gas containing the silicon fine powder through a filter provided in the exhaust gas line. .
[0013]
However, since the silicon fine powder captured by the filter is firmly attached to the filter, it is difficult to remove the silicon fine powder from the filter by backwashing with a normal gas. Further, the method of disassembling the filter and removing the silicon fine powder by alkali cleaning or the like not only causes the filter to be easily corroded or deteriorated, but also has a risk of ignition by the silicon fine powder.
[0014]
In order to solve such a problem, the present inventors have found that the silicon fine powder exhibits good dispersibility with respect to liquid chlorosilanes. Then, by washing the silicon fine powder fixed to the filter with a cleaning liquid composed of chlorosilanes, the silicon fine powder can be removed from the filter without disassembling the filter, and the silicon fine powder is not contaminated with the apparatus and the piping. It has been found that a part of the reaction exhaust gas from which the gas is removed can be reused as a raw material gas.
[0015]
That is, it is preferable that the method for producing silicon according to the present invention further includes a step of washing the filter capturing the silicon fine powder with a washing liquid composed of chlorosilanes.
[0016]
In addition, a plurality of filters are provided in parallel in the exhaust gas line, the filter with increased filtration pressure is disconnected from the exhaust gas line, the process of cleaning with the cleaning liquid consisting of chlorosilanes without disassembling the filter, and the filter after cleaning again It is desirable to further include a step of connecting to the exhaust gas line.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the silicon manufacturing method according to the present invention will be specifically described.
[0018]
The apparatus for producing silicon by the silicon production method of the present invention is not particularly limited, and for example, the apparatus shown in FIG. That is,
(1) A cylindrical reaction vessel 1 having an opening 2 at the lower end,
(2) A heating device 3 capable of heating the inner wall from the lower end of the cylindrical reaction vessel 1 to an arbitrary height to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon,
(3) Supplying a raw material gas A containing chlorosilanes and hydrogen provided in the cylindrical reaction vessel 1 so as to open downward in a space 5 surrounded by an inner wall heated to 1300 ° C. or higher. Raw material gas supply pipe 4,
(4) a seal gas supply pipe 6 for supplying hydrogen gas as the seal gas B into a gap formed by the inner wall of the cylindrical reaction vessel 1 and the outer wall of the source gas supply pipe 4;
(5) The extraction pipe 12 from which the reaction exhaust gas D is discharged, and
(6) A silicon production apparatus including the recovery unit 9 that melts and drops the deposited silicon is included.
[0019]
Since the cylindrical reaction vessel 1 is heated to a temperature higher than the melting point of silicon and the inside thereof is in contact with chlorosilanes and silicon melt, it is possible to select a material that can sufficiently withstand such temperature conditions and contact objects. preferable. Examples of such a material include carbon materials such as graphite, and ceramic materials such as silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, and aluminum nitride, with carbon materials being preferred. In addition, a carbon material whose surface is coated with silicon carbide, pyrolytic carbon, boron nitride or the like is particularly preferable in order to achieve improved durability of the reaction vessel and improved purity of the silicon product.
[0020]
The heating device 3 is not particularly limited as long as the inner wall of the cylindrical reaction vessel 1 can be heated to 1300 ° C. or higher. However, in view of energy efficiency, the heating device 3 is preferably heated by a high frequency coil.
[0021]
The raw material gas supply pipe 4 is for directly supplying a raw material gas containing chlorosilanes and hydrogen to a space 5 surrounded by the inner wall of the cylindrical reaction vessel 1. In addition to the same material as the cylindrical reaction vessel 1, quartz glass, iron and stainless steel can be used.
[0022]
The seal gas supply pipe 6 supplies the seal gas B to a gap formed by the inner wall of the cylindrical reaction vessel 1 and the outer wall of the source gas supply pipe 4 existing above the opening position of the source gas supply pipe 4. Provided for. Since the gap is a low temperature region where silicon can be precipitated but cannot be melted, filling the gap with a seal gas effectively prevents solid silicon from being precipitated in the low temperature region. Can do. As the material of the seal gas supply pipe 6, the same material as that of the raw material gas supply pipe 4 can be used.
[0023]
In the above apparatus, in order to efficiently collect the reaction exhaust gas discharged from the cylindrical reaction container 1, the tubular reaction container 1 and the recovery unit 9 are separated by a sealed container 7 provided with an extraction pipe 12 for the reaction exhaust gas D. It is preferable to cover.
[0024]
At that time, a seal gas supply pipe 11 is provided in a gap formed by the outer wall of the cylindrical reaction vessel 1 and the inner wall of the sealed vessel 7 to supply a seal gas C such as nitrogen, hydrogen, argon or the like. Is preferred.
[0025]
The method for producing silicon of the present invention includes a silicon precipitation step and a fine powder removal step, and uses at least a part of the reaction exhaust gas from which the fine powder has been removed as a part of the raw material gas for silicon precipitation.
[0026]
The silicon deposition step in the present invention is a cylindrical reaction in which a silicon deposition source gas containing chlorosilanes and hydrogen is heated to a temperature of 1300 ° C. or higher, preferably 1300 to 1700 ° C., more preferably 1350 to 1700 ° C. This is a step of bringing silicon into contact with the surface of the container 1.
[0027]
By setting the reaction temperature to 1300 ° C. or higher, the amount of STC by-produced in the silicon deposition step can be effectively reduced.
[0028]
Adjusting the molar ratio of chlorosilanes and hydrogen (hydrogen / chlorosilanes) to be used for the reaction to 10 or more, preferably 15 to 30 makes the amount of STC by-produced in the silicon deposition step more effective. It is preferable because it can be reduced. The pressure of the reaction is not particularly limited, but is generally normal pressure to 3 MPaG, preferably normal pressure to 1 MPaG.
[0029]
Examples of the chlorosilanes used as the silicon deposition source gas in the present invention include various known chlorosilanes. Specific examples include monosilane, dichlorosilane (hereinafter also referred to as DCS), TCS, and STC. Among these, monosilane or TCS is preferable because industrially high-purity products can be obtained in large quantities.
[0030]
The silicon deposited on the inner wall of the cylindrical reaction vessel 1 as described above becomes a silicon melt at the inner wall of the cylindrical reaction vessel when the cylindrical reaction vessel is heated to a temperature higher than the melting point of silicon, and flows down the inner wall. Since the liquid drops naturally as droplets 14 from the opening 2, the inside of the cylindrical reaction vessel can always be kept in an initial state without performing a periodic temperature raising operation.
[0031]
When the cylindrical reaction vessel 1 is heated to a temperature of 1300 ° C. or higher and lower than the melting point of silicon, when the silicon deposition amount reaches a certain level, the heating output is increased or the gas supply amount is reduced, Precipitation can be performed continuously by raising the cylindrical container to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon, melting part or all of the precipitate, and dropping and collecting the precipitate.
[0032]
The silicon melt droplets or partially melted solid silicon falling from the cylindrical reaction vessel 1 are dropped into the lower silicon recovery unit 9 to be solidified and recovered.
[0033]
The silicon deposits that have fallen on the silicon recovery unit 9 may be taken out after the precipitation reaction is stopped, but it is preferable to take out the precipitate while continuing the precipitation reaction. As a specific method for carrying out the recovery while continuing the reaction, the temperature of the cylindrical reaction vessel 1 is once adjusted below the melting point of silicon to prevent the silicon melt from falling, and the precipitation reaction vessel and the recovery vessel The method of closing the valve installed between the two and opening the collection unit 9 or the crushing device installed in the collection unit 9 gives mechanical force to the silicon precipitate solidified in the collection unit 9 and pulverizes to some extent, For example, a method of intermittently removing silicon E from a silicon outlet 13 located further below the recovery unit 9 may be used.
[0034]
The fine powder removing step in the present invention is a step of removing silicon fine powder from the reaction exhaust gas containing the silicon fine powder generated in the silicon deposition step.
[0035]
Examples of a method for removing silicon fine powder contained in the reaction exhaust gas include a method of removing the silicon fine powder from the reaction exhaust gas by passing the reaction exhaust gas containing the silicon fine powder through a filter provided in the exhaust gas line.
[0036]
Although the equipment of the fine powder removal process in the present invention is not particularly limited, for example, the equipment shown in FIG. That is, the reaction exhaust gas D generated in the silicon deposition step is cooled as necessary and distributed to the gas filter device 16 so that the silicon fine powder in the reaction exhaust gas is captured by the filter 17 and the silicon fine powder is removed. The exhaust gas is supplied to a reaction exhaust gas purification facility.
[0037]
Examples of the filter 17 include a metal filter, a ceramic filter, a glass filter, a plastic filter, and a carbon filter. The opening of the filter 17 is 0.1 to 100 μm, preferably 1 to 30 μm in consideration of the particle size and removal rate of silicon fine powder contained in the reaction exhaust gas.
[0038]
Further, considering the stabilization of the operating conditions in the silicon deposition process and the operating efficiency of the entire silicon production facility, it is preferable to reduce the frequency of cleaning the filter. Therefore, the filtration area of the filter 17 is a reaction exhaust gas of 1 Nm that passes through the filter 17. 3 / 10cm per H 2 Above, preferably 20cm 2 Or more, more preferably 30 cm 2 The above is desirable.
[0039]
As a method for removing fine powder captured by the filter 17 from the filter, it is common to perform backwashing with gas. However, since silicon fine powder adheres firmly to the filter 17, silicon is not suitable for backwashing with gas. It is difficult to remove fine powder from the filter 17.
[0040]
On the other hand, the silicon fine powder can be easily removed from the filter 17 by washing the filter 17 with a liquid chlorosilane that has been found to be a good dispersion medium for the silicon fine powder. Further, even if the chlorosilanes remaining in the gas filter device 16 are evaporated and mixed into the exhaust gas treatment system, since the same chlorosilanes as the raw material gas are used, the recirculated gas and devices are not contaminated. .
[0041]
That is, it is desirable that the method for producing silicon in the present invention further includes a step of cleaning the filter 17 capturing silicon fine powder with a chlorosilane cleaning solution F made of liquid chlorosilanes.
[0042]
As a method of cleaning the filter 17 with the chlorosilane cleaning liquid F, supplying the chlorosilane cleaning liquid F from the secondary side of the filter 17 (that is, the gas downstream side) to the filter 17 that has captured silicon fine powder further enhances the cleaning effect. Therefore, it is preferable. Further, by supplying from the secondary side of the filter, a backwash effect can be obtained at the same time.
[0043]
The temperature of the chlorosilane cleaning liquid F may be appropriately adjusted according to operating conditions, the composition of chlorosilanes, and the like so that the cleaning liquid is maintained as a liquid.
[0044]
The supply amount of the chlorosilane cleaning liquid F is 1 cm for the filtration area of the filter 17 in order to perform sufficient cleaning. 2 In contrast, usually 10cm 3 Above, preferably 30cm 3 That's it. It is desirable from the viewpoint of cleaning efficiency that the amount of the chlorosilane cleaning solution F as described above is usually supplied for 10 to 600 seconds, preferably 30 to 300 seconds.
[0045]
After cleaning the filter 17 with the chlorosilane cleaning solution F, the filter 17 may be dried with a filter drying gas, for example, nitrogen gas G. Further, in order to sufficiently regenerate the filter 17, it is preferable to repeat washing with chlorosilanes and drying with a drying gas at least twice.
[0046]
In the fine powder removing step, it is preferable to provide a plurality of gas filter devices in parallel in the exhaust gas line so that the exhaust gas line can be switched. By doing so, when the filtration pressure of one gas filter device increases, the exhaust gas line is switched to the other gas filter device, the gas filter device with the increased filtration pressure is separated from the exhaust gas line and cooled, and the gas filter device is Washing with a cleaning liquid composed of chlorosilanes without disassembling, the cleaned filter device can be connected to the exhaust gas line again. Therefore, it is not necessary to stop the silicon precipitation reaction when cleaning the filter, and silicon can be produced efficiently.
[0047]
Examples of the chlorosilanes constituting the chlorosilane cleaning liquid F include those similar to the chlorosilanes used in the raw material gas, but those having a low boiling point need to be cooled, and therefore may be selected from DCS, TCS, and STC. preferable. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
[0048]
The cleaning liquid containing the fine silicon powder after the filter cleaning is continuously or intermittently withdrawn from the cleaning liquid discharge port 18 installed at the lower part of the filter device 16 and collected in the liquid gas separation container 19, and silicon is used as necessary. After removing the fine powder, the purified chlorosilane solution can be reused as the washed solution by distillation purification of the washed solution.
[0049]
The reaction exhaust gas from which the silicon fine powder has been removed as described above contains hydrogen chloride and STC as by-products in addition to unreacted chlorosilanes and hydrogen. By removing a part of the chlorosilanes and bringing them into contact with the raw material silicon at 280 to 400 ° C., hydrogen chloride and the raw material silicon selectively react to generate TCS. Thus obtained TCS, unreacted chlorosilanes and hydrogen can be separated and used as part of the silicon deposition source gas.
[0050]
As said raw material silicon, the well-known metallurgical grade silicon generally used as a raw material for manufacture of silicon can be used.
[0051]
As the reactor used for the TCS generation reaction, an apparatus capable of contacting the raw material silicon and the reaction exhaust gas can be used. For example, a fluidized bed reactor that reacts gas and powder while fluidizing the raw silicon powder with gas is suitable for industrial implementation.
[0052]
In the TCS generation step, the temperature at which the reaction between silicon and hydrogen chloride starts is about 250 ° C., so the reaction temperature is preferably 250 ° C. or higher, and in order to improve the yield of TCS, it is 400 ° C. or lower. It is preferably performed at temperature. Therefore, in order to maintain the reaction stably industrially, the reaction temperature is preferably adjusted at 280 to 350 ° C.
[0053]
When the gas after reaction obtained in the TCS production step is circulated to the silicon deposition step, it is preferable to separate hydrogen and a part of chlorosilanes in order to increase purity. The method for separating hydrogen and chlorosilanes is not particularly limited, but can be easily achieved industrially by cooling the gas.
[0054]
As a method for cooling the gas, the gas may be simply passed through a cooled heat exchanger, or the gas may be cooled by a condensed and cooled condensate. These methods can be employed alone or in combination.
[0055]
The cooling temperature is not particularly limited as long as a part of the chlorosilanes is condensed. However, in order to achieve high purity of hydrogen, it is usually 10 ° C. or lower, more preferably −10 ° C. or lower, most preferably Preferably it is -30 degrees C or less. Thus, by removing a part of the chlorosilanes, most of impurities such as heavy metals, phosphorus, boron, etc. contained in the raw material silicon can be removed from hydrogen, and the deposited silicon can be highly purified. it can.
[0056]
A gas mainly composed of hydrogen from which a part of chlorosilanes has been separated is sufficiently high in purity as a raw material gas, but may contain a boron compound depending on the separation conditions. Therefore, it is preferable to remove the boron compound from the gas according to the required purity of the silicon product.
[0057]
The method for removing the boron compound is not particularly limited, but —NR 2 (R is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), -SO 3 A method of bringing a substance having a functional group such as H, —COOH, and —OH into contact with the gas is preferable. Most simply, ion exchange resins having these functional groups can be used.
[0058]
On the other hand, since the gas mainly containing chlorosilanes separated as described above contains impurities such as heavy metal compounds, it is preferable to increase the purity of the chlorosilanes by purifying the gas by distillation.
[0059]
The residual components after separation of chlorosilanes by the distillation purification include heavy metal compounds and STC. The STC in this residual component may be reduced with hydrogen and converted to TCS. The remaining components obtained by separating and recovering most of the STC in this way are generally neutralized and discarded.
[0060]
When it is necessary to further remove the boron compound from the chlorosilanes recovered as described above, the solid or liquid compound having the functional group described above is brought into contact with the chlorosilanes and then distilled as necessary. It can be removed by purification.
[0061]
By separating and circulating hydrogen and chlorosilanes from the reaction exhaust gas as described above, it is possible to effectively use at least part of the reaction exhaust gas from which silicon fine powder has been removed as part of the silicon deposition raw material gas. it can.
[0062]
【The invention's effect】
According to the silicon production method of the present invention, by reacting chlorosilanes and hydrogen at a temperature of 1300 ° C. or higher to precipitate silicon, the amount of by-produced STC is kept low and contained in the reaction exhaust gas. Polycrystalline silicon can be produced by efficiently removing silicon fine powder and circulating a part of the reaction exhaust gas from which the silicon fine powder has been removed as a raw material gas.
[0063]
In addition, since polycrystalline silicon can be produced without causing piping clogging due to adhesion of silicon fine powder or failure of mechanical devices, production efficiency of polycrystalline silicon can be greatly improved.
[0064]
Furthermore, according to the silicon production method of the present invention, the silicon fine powder can be removed from the filter without disassembling the filter that has captured the silicon fine powder, thereby reducing the equipment cost and work cost and improving the safety. can do.
[0065]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited at all by these Examples.
[0066]
[Example 1]
The silicon precipitation reaction was performed using a silicon deposition apparatus similar to that shown in FIG. The cylindrical reaction vessel 1 is made of isotropic carbon having a wall thickness of 15 mm, and has a reaction zone I having an inner diameter of 50 mm and a length of 300 mm, as shown in FIG. A high frequency coil that generates a high frequency of 8 kHz was installed as the heating device 3 so as to surround the cylindrical reaction vessel 1. The source gas supply pipe 4 is made of stainless steel and has a source gas outlet 15 having an inner diameter of 4 mm. The sealed container 7 was made of stainless steel having an inner diameter of 1000 mm.
[0067]
The fine powder contained in the reaction exhaust gas was removed using a fine powder removing facility as shown in FIG. The gas filter device 16 is a carbon steel gas filter device having an internal volume of 20 L. As a filter 17, about 600cm 2 A sintered stainless steel filter having a filtration area of 10 μm and an opening of 10 μm was used.
[0068]
While heating the inner surface of the cylindrical reaction vessel 1 to 1300 to 1400 ° C. with a high-frequency coil, hydrogen and trichlorosilane were supplied from the source gas supply pipe 4 as a silicon deposition source gas A to 28 Nm, respectively. 3 / H and 9 kg / H were supplied to perform silicon precipitation reaction. The reaction pressure was 50 kPaG. The reaction was continued while the inner surface of the cylindrical reaction vessel 1 was raised to 1450 ° C. or higher once per hour for about 5 minutes, and the precipitate was intermittently melted and dropped. The polycrystalline silicon recovered by the recovery unit 9 was maintained at a high purity.
[0069]
The reaction exhaust gas generated in the precipitation reaction was cooled to 300 ° C. or lower by a water-cooled heat exchanger and then passed through the gas filter device 16, and silicon fine powder contained in the reaction exhaust gas was captured by the filter 17.
[0070]
24 hours after the start of the precipitation reaction, the filtration pressure of the gas filter device 16 increased by 50 kPa from the filtration pressure before the start of the reaction, so the gas flow was switched to a spare gas filter device having similar performance.
[0071]
After cooling the gas filter apparatus with increased filtration pressure to about room temperature, a chlorosilane cleaning solution F of 30 ° C. composed of about 90 wt% STC and about 10 wt% TCS is supplied from the secondary side of the filter 17 at a feed rate of 35 L. For 1 minute. At this time, the supplied chlorosilane cleaning liquid was continuously discharged from the cleaning liquid discharge port 18 at the lower part of the gas filter device 16 and collected in the liquid gas separation container 19.
[0072]
Subsequently, after supplying the nitrogen gas G instead of the chlorosilane cleaning solution F to dry the filter 17, the filtration pressure of the filter device 16 was measured, and it was almost restored to the initial state.
[0073]
Since the chlorosilane cleaning liquid recovered in the liquid gas separation container 19 contained a brown suspension, the chlorosilane liquid of the fraction was colorless and transparent when purified by distillation using a chlorosilane cleaning liquid processing facility.
[0074]
The reaction exhaust gas after the fine powder was removed was purified by a reaction exhaust gas purification facility and used as part of the raw material gas. In addition, adhesion of silicon fine powder was not seen in piping, an apparatus, etc. in the reaction exhaust gas processing system after the fine powder removing step.
[0075]
[Comparative Example 1]
After performing the silicon precipitation reaction using the same equipment as in Example 1, the cleaning of the filter 17 with an increased filtration pressure was changed from cleaning with the chlorosilane cleaning solution F to back cleaning with nitrogen gas G. As backwashing with nitrogen gas G, a pressure increase of about 1 MPaG and a rapid depressurization operation were performed 10 times with nitrogen gas, but the recovery of the filtration pressure was about 20%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a silicon manufacturing apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a cylindrical reactor in the silicon production apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a fine powder removing facility according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 cylindrical reaction vessel
2 opening
3 Heating device
4 Raw material gas supply pipe
5 space
7 Sealed container
8 Silicon
9 Collection Department
12 Extraction piping
16 Gas filter device
17 Filter
19 Liquid gas separation container
A Source gas
D Reaction exhaust gas
F Chlorosilane cleaning solution
G Nitrogen gas

Claims (5)

クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、1300℃以上の温度に加熱した反応容器表面に接触させてシリコンを析出させるシリコン析出工程、および
上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスから該シリコン微粉を除去する微粉除去工程を含み、
上記微粉除去工程において微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、前記シリコン析出用原料ガスの一部として使用することを特徴とするシリコンの製造方法。
A silicon deposition step of depositing silicon by bringing a silicon deposition source gas containing chlorosilanes and hydrogen into contact with the reaction vessel surface heated to a temperature of 1300 ° C. or higher, and a reaction including silicon fine powder generated in the silicon deposition step Including a fine powder removal step of removing the silicon fine powder from the exhaust gas,
A method for producing silicon, wherein at least part of the reaction exhaust gas from which fine powder has been removed in the fine powder removing step is used as part of the raw material gas for silicon deposition.
上記微粉除去工程において、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからシリコン微粉を除去する請求項1に記載のシリコンの製造方法。The method for producing silicon according to claim 1, wherein in the fine powder removing step, the silicon fine powder is removed from the reaction exhaust gas by passing the reaction exhaust gas containing the silicon fine powder through a filter provided in the exhaust gas line. 上記シリコン微粉を捕捉したフィルターを、クロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程をさらに含む請求項2に記載のシリコンの製造方法。The method for producing silicon according to claim 2, further comprising a step of cleaning the filter capturing the silicon fine powder with a cleaning liquid composed of chlorosilanes. 排ガスライン中に複数のフィルターを並列して設け、濾過圧が上昇したフィルターを排ガスラインから切り離し、フィルターを解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程、および洗浄後のフィルターを再度排ガスラインに接続する工程をさらに含む請求項2に記載のシリコンの製造方法。A plurality of filters are installed in parallel in the exhaust gas line, the filter with increased filtration pressure is disconnected from the exhaust gas line, and the filter is cleaned with a cleaning solution consisting of chlorosilanes without disassembling the filter. The method for producing silicon according to claim 2, further comprising a step of connecting to the substrate. 上記洗浄液を構成するクロロシラン類が、テトラクロロシラン、トリクロロシランおよびジクロロシランからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項3または4に記載のシリコンの製造方法。The method for producing silicon according to claim 3 or 4, wherein the chlorosilane constituting the cleaning liquid is at least one selected from the group consisting of tetrachlorosilane, trichlorosilane, and dichlorosilane.
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