JP2009167022A - Apparatus for producing silicon - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン製造装置に関し、特に、反応容器内で原料ガスの流れを制御する整流部材を備えたシリコン製造装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon manufacturing apparatus, and more particularly to a silicon manufacturing apparatus provided with a rectifying member that controls the flow of a raw material gas in a reaction vessel.
近年、いわゆる亜鉛還元法により四塩化珪素を亜鉛で還元して高純度のシリコンを得る製法は、その設備がコンパクトで消費エネルギーが小さく、かつ6−ナイン以上の高純度のシリコンが得られるものであるため、今後急速に需要が拡大するとされる太陽電池用シリコン等の製法として注目されてきている。 In recent years, the production method of obtaining high purity silicon by reducing silicon tetrachloride with zinc by the so-called zinc reduction method is that the equipment is compact and consumes little energy, and high purity silicon of 6-nine or more can be obtained. Therefore, it has been attracting attention as a method for producing silicon for solar cells, for which demand is expected to increase rapidly in the future.
かかる亜鉛還元法を用いたシリコン製造技術においては、所定の温度に保持された反応容器と蒸発槽とを設け、蒸発槽でガス化した亜鉛ガスを、温度制御しつつ、ガス供給管を介して反応炉に供給する構成のものが提案されている(特許文献1から3参照)。
In the silicon production technology using such a zinc reduction method, a reaction vessel and an evaporation tank that are maintained at a predetermined temperature are provided, and the temperature of the zinc gas gasified in the evaporation tank is controlled through a gas supply pipe. The thing of the structure supplied to a reaction furnace is proposed (refer
更に、亜鉛還元法を用いたシリコン製造技術においては、反応生成ガスとの分離効率を改善し、収率を向上させるために、反応炉に別途種結晶を供給して生成シリコンを大きく成長させる構成のものが提案されている(特許文献4及び5参照)。
しかしながら、本発明者の検討によれば、そもそも亜鉛還元法においては、シリコンの原子量28.1に対して、塩化亜鉛の分子量は136.4であり、かつシリコン1原子に対して2分子の塩化亜鉛が生成されるため、つまり、シリコンの収量に対して約10倍の収量の塩化亜鉛が生成されるものであるため、還元反応によるシリコンと生成ガスとの分離回収効率を向上させながら、シリコンの収率をも向上させるという製造技術の確立が重要な課題として挙げられるものであるが、特許文献1から5における亜鉛還元法を用いたシリコン製造技術では、装置構成の複雑化を排しながら、シリコンの収率を向上させるための還元反応の効率を向上し、同時に生成シリコンと生成ガスとの分離回収効率をも向上するという観点において、更なる改善の余地があるものと考えられる。
However, according to the study of the present inventors, in the first place, in the zinc reduction method, the molecular weight of zinc chloride is 136.4 with respect to the atomic weight of silicon of 28.1, and two molecules of chloride per one silicon atom. Since zinc is produced, that is, zinc chloride is produced at a yield of about 10 times the yield of silicon, silicon is improved while improving the separation and recovery efficiency of silicon and product gas by the reduction reaction. Although the establishment of a manufacturing technique for improving the yield of the metal is cited as an important issue, the silicon manufacturing technique using the zinc reduction method in
具体的には、本発明者の更なる検討によれば、特許文献1から3の構成では、より還元反応効率を向上させるには、例えば、ガス化した亜鉛を凝縮することなく蒸発槽から反応炉に供給する構成を採用することが必要になるが、このためには、蒸発槽から反応炉に至る亜鉛ガスの供給係を加熱する加熱ヒータを別途付加することが必要となり、装置構成が複雑化してしまう。
Specifically, according to further studies by the present inventors, in the configurations of
また、特許文献4及び5の構成では、シリコンと生成ガスとの分離効率を向上させながら、シリコンの収率をも向上させることを企図したものではあるが、反応炉に別途種結晶を供給して生成シリコンを成長させる構成のものであるため、装置構成が複雑であるし、自立的に核形成して反応容器の内表面に付着し析出したシリコンを回収することは困難であり、シリコンの回収率の向上にも限界が見られる。
In addition, in the configurations of
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、装置構成の複雑化を排しながら、シリコンの収率を向上させるための還元反応の効率を向上し、同時に生成シリコンと生成ガスとの分離回収効率をも向上することのできるシリコン製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the efficiency of the reduction reaction for improving the yield of silicon while eliminating the complexity of the apparatus configuration, and at the same time, separation of the generated silicon and the generated gas. An object of the present invention is to provide a silicon manufacturing apparatus capable of improving the recovery efficiency.
以上の目的を達成すべく、本発明は、第1の局面において、反応容器と、前記反応容器に連絡し、珪素化合物ガスを、珪素化合物供給口から前記反応容器内に第1の吐出方向に吐出しながら供給する珪素化合物供給管と、前記反応容器に連絡し、亜鉛ガスを、第1の亜鉛供給口から前記反応容器内に第2の吐出方向に吐出しながら供給する亜鉛供給管と、前記反応容器内に設けられ、前記第1の亜鉛供給口から前記第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、前記珪素化合物供給口から前記第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが前記反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容する整流部材と、前記反応容器において前記整流部材の下流側に設けられ、シリコンを含む反応生成ガスを前記反応容器外に排出する排出管と、を備えるシリコン製造装置である。 In order to achieve the above object, in the first aspect, the present invention communicates with a reaction vessel and the reaction vessel, and allows silicon compound gas to flow into the reaction vessel from the silicon compound supply port in the first discharge direction. A silicon compound supply pipe that is supplied while being discharged, a zinc supply pipe that communicates with the reaction vessel and supplies zinc gas while being discharged from the first zinc supply port into the reaction vessel in the second discharge direction; Silicon provided in the reaction vessel and discharged from the silicon compound supply port in the first discharge direction while deflecting zinc gas discharged from the first zinc supply port in the second discharge direction A rectifying member that allows the compound gas to flow from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel; and a reaction product gas that is provided on the downstream side of the rectification member in the reaction vessel and that contains silicon. A discharge pipe for output, a silicon manufacturing apparatus comprising a.
また本発明は、かかる第1の局面に加えて、前記反応容器は、筒状部材であり、前記整流部材は、前記反応容器の前記筒状部材内に収容されて周壁を有する筒状部材であることを第2の局面とする。 Moreover, in addition to this 1st aspect, this invention is a cylindrical member with which the said reaction container is a cylindrical member, and the said rectification | straightening member is accommodated in the said cylindrical member of the said reaction container, and has a surrounding wall. It is assumed that there is a second aspect.
また本発明は、かかる第2の局面に加えて、前記整流部材を構成する前記筒状部材は、円筒部材であることを第3の局面とする。 Moreover, this invention makes it the 3rd aspect that the said cylindrical member which comprises the said baffle member is a cylindrical member in addition to this 2nd aspect.
また本発明は、かかる第2の局面に加えて、前記整流部材を構成する前記筒状部材は、前記反応容器における上流側から下流側に向かって径が減少する中空円錐台部材であることを第4の局面とする。 Moreover, in addition to this 2nd aspect, this invention is that the said cylindrical member which comprises the said rectification | straightening member is a hollow truncated cone member with a diameter decreasing toward the downstream from the upstream in the said reaction container. The fourth aspect is assumed.
また本発明は、かかる第2から4のいずれかの局面に加えて、前記珪素化合物供給口は、前記整流部材の前記周壁で囲われた前記領域を臨んで配置されることを第5の局面とする。 Further, in addition to any one of the second to fourth aspects, the present invention provides a fifth aspect in which the silicon compound supply port is disposed facing the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member. And
また本発明は、かかる第2から4のいずれかの局面に加えて、前記珪素化合物供給口は、前記整流部材の前記周壁で囲われた前記領域内に配置されることを第6の局面とする。 In addition to any one of the second to fourth aspects of the present invention, the silicon compound supply port is arranged in the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member as a sixth aspect. To do.
また本発明は、かかる第2から6のいずれかの局面に加えて、前記第1の亜鉛供給口は、前記整流部材の前記周壁に対応して配置されることを第7の局面とする。 Moreover, this invention makes it a 7th aspect to arrange | position the said 1st zinc supply port corresponding to the said surrounding wall of the said baffle member in addition to the situation in any one of this 2nd to 6th.
また本発明は、かかる第7の局面に加えて、前記第1の亜鉛供給口は、前記整流部材の前記周壁における上流側部分に対向して配置されることを第8の局面とする。 Further, in addition to the seventh aspect, the present invention has an eighth aspect in which the first zinc supply port is disposed to face an upstream portion of the peripheral wall of the rectifying member.
また本発明は、かかる第2から6のいずれかの局面に加えて、前記亜鉛供給管は、更に、前記第1の亜鉛供給口に対して、前記反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、前記第2の亜鉛供給口は、前記珪素化合物供給口よりも上流側に配置されることを第9の局面とする。 Further, according to the present invention, in addition to any one of the second to sixth aspects, the zinc supply pipe is further arranged on the upstream side in the reaction vessel with respect to the first zinc supply port. A ninth aspect is that the second zinc supply port is disposed upstream of the silicon compound supply port.
また本発明は、かかる第2から6のいずれかの局面に加えて、前記整流部材は、前記反応容器における下流側に配置される第1の整流部材と、前記反応容器における上流側に配置される第2の整流部材と、を含み、前記亜鉛供給管は、更に、前記第1の亜鉛供給口に対して、前記反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、前記第1の亜鉛供給口は、前記第1の整流部材の周壁に対応して配置され、前記第2の亜鉛供給口は、前記第2の整流部材の周壁に対応して配置されることを第10の局面とする。 Further, according to the present invention, in addition to any one of the second to sixth aspects, the rectifying member is arranged on the upstream side in the reaction vessel and the first rectifying member arranged on the downstream side in the reaction vessel. And the zinc supply pipe further has a second zinc supply port arranged on the upstream side of the reaction vessel with respect to the first zinc supply port, The first zinc supply port is disposed corresponding to the peripheral wall of the first rectifying member, and the second zinc supply port is disposed corresponding to the peripheral wall of the second rectifying member. The tenth aspect is assumed.
また本発明は、かかる第10の局面に加えて、前記珪素化合物供給口は、前記反応容器における下流側に配置される第1の珪素化合物供給口と、前記反応容器における上流側に配置される第2の珪素化合物口と、を含み、前記第1の珪素化合物供給口は、前記第1の整流部材の前記周壁で囲われた前記領域内に配置され、前記第2の珪素化合物供給口は、前記第2の整流部材の前記周壁で囲われた前記領域内に配置されることを第11の局面とする。 According to the present invention, in addition to the tenth aspect, the silicon compound supply port is disposed on the first silicon compound supply port disposed on the downstream side in the reaction vessel and on the upstream side in the reaction vessel. A second silicon compound port, wherein the first silicon compound supply port is disposed in the region surrounded by the peripheral wall of the first rectifying member, and the second silicon compound supply port is In the eleventh aspect, the second straightening member is disposed in the region surrounded by the peripheral wall.
本発明の第1の局面によれば、反応容器内に設けられ、第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容するような整流部材を設けるという簡便な構成により、珪素化合物ガスの流れに不要な乱れを与えることなく、亜鉛ガスを反応容器内に流すことができ、装置構成の複雑化を排しながら、シリコンの収率を向上させるための還元反応の効率を向上し、同時に生成シリコンと生成ガスとの分離回収効率をも向上することができる。 According to the first aspect of the present invention, the first discharge from the silicon compound supply port is performed while deflecting the zinc gas provided in the reaction vessel and discharged from the first zinc supply port in the second discharge direction. By providing a rectifying member that allows the silicon compound gas discharged in the direction to flow from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel, the flow of the silicon compound gas is not disturbed unnecessarily. Zinc gas can be flowed into the reaction vessel, reducing the complexity of the equipment configuration, improving the efficiency of the reduction reaction to improve the yield of silicon, and simultaneously separating and recovering the generated silicon and the generated gas Efficiency can also be improved.
本発明の第2の局面によれば、整流部材を、反応容器の筒状部材内に収容されて周壁を有する筒状部材とすることにより、より確実に、第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容することができる。 According to the second aspect of the present invention, the rectifying member is a cylindrical member that is accommodated in the cylindrical member of the reaction vessel and has a peripheral wall, so that the second zinc gas can be more reliably supplied from the first zinc supply port. The silicon compound gas discharged in the first discharge direction from the silicon compound supply port is allowed to flow from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel while deflecting the zinc gas discharged in the discharge direction. it can.
本発明の第3の局面によれば、整流部材を、円筒部材とすることにより、簡便な構成でより確実に第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容することができる。 According to the third aspect of the present invention, the rectifying member is a cylindrical member, so that the zinc gas discharged from the first zinc supply port in the second discharge direction can be more reliably deflected with a simple configuration. However, the silicon compound gas discharged from the silicon compound supply port in the first discharge direction can be allowed to flow from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel.
本発明の第4の局面によれば、整流部材を、反応容器における上流側から下流側に向かって径が減少する中空円錐台部材とすることにより、整流部材内を通過する珪素化合物ガスの流れを絞って流速を増大しつつ、それに起因して、偏向される亜鉛ガスの流れを上流から下流に向かわせるようなより大きな圧力勾配を生じさせて、よりスムースかつ確実に珪素化合物ガス及び亜鉛ガスを下流側に流して合流させ、珪素化合物ガスと亜鉛ガスとの還元反応をより効率的に生じさせることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the flow of the silicon compound gas passing through the flow straightening member is obtained by making the flow straightening member a hollow truncated cone member whose diameter decreases from the upstream side toward the downstream side in the reaction vessel. As a result, a larger pressure gradient is generated so that the flow of the deflected zinc gas is directed from the upstream to the downstream while increasing the flow velocity, thereby making the silicon compound gas and the zinc gas more smooth and reliable. Can be made to flow downstream to be combined, and a reduction reaction between the silicon compound gas and the zinc gas can be generated more efficiently.
本発明の第5の局面によれば、珪素化合物供給口が、整流部材の周壁で囲われた領域を臨んで配置されることにより、珪素化合物ガスを、確実に整流部材の周壁で囲われた領域を主として通過させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the silicon compound supply port is disposed facing the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member, so that the silicon compound gas is surely surrounded by the peripheral wall of the rectifying member. The area can be passed primarily.
本発明の第6の局面によれば、珪素化合物供給口が、整流部材の周壁で囲われた領域内に配置されることにより、亜鉛ガスの流れからの不要な影響を受けることなく、珪素化合物ガスを、より確実に整流部材の周壁で囲われた領域内を主として通過させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the silicon compound supply port is disposed in the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member, so that the silicon compound is not affected unnecessarily by the flow of zinc gas. The gas can be mainly passed through the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member more reliably.
本発明の第7の局面によれば、第1の亜鉛供給口が、整流部材の周壁に対応して配置されることにより、珪素化合物ガスの流れに不要な影響を与えることなく、確実に亜鉛ガスの流れを偏向することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the first zinc supply port is disposed corresponding to the peripheral wall of the rectifying member, so that the zinc can be reliably produced without unnecessarily affecting the flow of the silicon compound gas. The gas flow can be deflected.
本発明の第8の局面によれば、第1の亜鉛供給口が、整流部材の周壁における上流側部分に対向して配置されることにより、珪素化合物ガスの流れに不要な影響を与えることなく、偏向される亜鉛ガスの流れに周壁の周囲で生じる圧力勾配による圧力を作用させて、より確実に亜鉛ガスを上流側から下流側に流して、珪素化合物ガスの流れと合流させることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the first zinc supply port is disposed to face the upstream portion of the peripheral wall of the rectifying member, so that the flow of the silicon compound gas is not adversely affected. By applying a pressure due to the pressure gradient generated around the peripheral wall to the flow of the zinc gas to be deflected, the zinc gas can flow more reliably from the upstream side to the downstream side to be merged with the flow of the silicon compound gas.
本発明の第9の局面によれば、亜鉛供給管が、更に、第1の亜鉛供給口に対して、反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、かかる第2の亜鉛供給口は、珪素化合物供給口よりも上流側に配置されることにより、第2の亜鉛供給口から吐出される亜鉛ガスの流れによって、珪素化合物ガスの流れに不要な影響を与えることなく、反応容器内に上流から下流にわたる充分な量の亜鉛ガスを迅速に供給することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the zinc supply pipe further has a second zinc supply port arranged on the upstream side in the reaction vessel with respect to the first zinc supply port. By disposing the zinc supply port on the upstream side of the silicon compound supply port, the flow of the zinc compound discharged from the second zinc supply port does not unnecessarily affect the flow of the silicon compound gas. A sufficient amount of zinc gas from upstream to downstream can be rapidly supplied into the reaction vessel.
本発明の第10の局面によれば、整流部材が、反応容器における下流側に配置される第1の整流部材と、反応容器における上流側に配置される第2の整流部材と、を含み、亜鉛供給管は、更に、第1の亜鉛供給口に対して、反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、第1の亜鉛供給口は、第1の整流部材の周壁に対応して配置され、第2の亜鉛供給口は、第2の整流部材の周壁に対応して配置されることにより、亜鉛供給口を複数設けて充分な量の亜鉛ガスを供給した場合であっても、確実に亜鉛ガスの流れを偏向することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, the rectifying member includes a first rectifying member disposed on the downstream side in the reaction vessel, and a second rectifying member disposed on the upstream side in the reaction vessel, The zinc supply pipe further has a second zinc supply port disposed upstream of the first zinc supply port in the reaction vessel, and the first zinc supply port is connected to the first rectifying member. When the second zinc supply port is disposed corresponding to the peripheral wall and is disposed corresponding to the peripheral wall of the second rectifying member, a plurality of zinc supply ports are provided to supply a sufficient amount of zinc gas. Even so, the flow of zinc gas can be reliably deflected.
本発明の第11の局面によれば、珪素化合物供給口が、反応容器における下流側に配置される第1の珪素化合物供給口と、反応容器における上流側に配置される第2の珪素化合物口と、を含み、第1の珪素化合物供給口は、第1の整流部材の周壁で囲われた領域内に配置され、第2の珪素化合物供給口は、第2の整流部材の前記周壁で囲われた領域内に配置されることにより、珪素化合物供給口を複数設けて反応容器内に上流から下流にわたる充分な量の珪素化合物ガスを迅速にできると共に、珪素化合物ガスを、確実に整流部材の周壁で囲われた領域を主として通過させることができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the silicon compound supply port has a first silicon compound supply port arranged on the downstream side in the reaction vessel and a second silicon compound supply port arranged on the upstream side in the reaction vessel. The first silicon compound supply port is disposed in a region surrounded by the peripheral wall of the first rectifying member, and the second silicon compound supply port is surrounded by the peripheral wall of the second rectifying member. By disposing in the closed area, a plurality of silicon compound supply ports can be provided to rapidly supply a sufficient amount of silicon compound gas from upstream to downstream into the reaction vessel, and the silicon compound gas can be reliably supplied to the rectifying member. The area surrounded by the peripheral wall can be passed mainly.
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるシリコン製造装置につき詳細に説明する。なお、図中、x軸、y軸及びz軸は、3軸直交座標系をなし、z軸が、その負方向に向いて重力が働く鉛直方向である。また、適宜、z軸の正方向側を下流側と呼び、z軸の負方向側を上流側と呼ぶことがある。 Hereinafter, a silicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the figure, the x-axis, y-axis, and z-axis form a three-axis orthogonal coordinate system, and the z-axis is a vertical direction in which gravity works in the negative direction. In addition, the positive direction side of the z-axis may be referred to as the downstream side, and the negative direction side of the z-axis may be referred to as the upstream side as appropriate.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態におけるシリコン製造装置につき、図1から3を参照して、詳細に説明する。
(First embodiment)
First, the silicon manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、本実施形態におけるシリコン製造装置の概略一部断面図である。図2は、図1のA−A線による拡大断面図であり、図3は、図1のB−B線による拡大断面図である。 FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a silicon manufacturing apparatus in the present embodiment. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line BB in FIG.
図1に示すように、本実施形態におけるシリコン製造装置1は、その内部で珪素化合物ガスに含有される珪素化合物と亜鉛ガスに含有される亜鉛とが還元反応を生じる反応容器10を備える。反応容器10は、石英ガラス製であり、その内部に整流部材20を収容し、z軸に平行な中心軸Cの回りで周壁をなす本体部10aを有する円筒状の部材である。本体部10aの上流側の端部には、その内部に珪素化合物ガスを供給する珪素化合物供給管30が連絡され、反応容器10の本体部10aの下流側の端部には、還元反応で生成されたシリコン等の生成物を外部に排出する排出管10bが連絡される。また、本体部10aには、その内部に共に亜鉛ガスを供給する第1の亜鉛供給管40及び第2の亜鉛供給管50が、各々連絡されて、反応容器10内に充分な量の亜鉛ガスが迅速に供給される。
As shown in FIG. 1, the
整流部材20は、セラミック製であり、反応容器10の中心軸Cと同軸に配置され、その軸を囲む周壁20aを有する円筒部材である。かかる整流部材20は、支持部材Mにより反応容器10の本体部10aに支持されている。なお、整流部材20の中心軸と反応容器10の中心軸Cとの同軸性は厳密なものではない。つまり、珪素化合物ガスを、周壁20aで囲われた内部領域を経由させて、本体部10aの上流側から下流側に向けて所定の流速で流すことができ、かつ、亜鉛ガスを、周壁20aで偏向させることができる配置であれば、整流部材20の中心軸は、必ずしも反応容器10の中心軸Cと同軸に配置されていなくともよく、例えば、かかる中心軸Cと平行に偏位させて配置してもかまわない。
The rectifying
珪素化合物供給管30は、石英ガラス製であり、反応容器10の本体部10a内で反応容器10の中心軸Cと同軸に延在して、本体部10a内で珪素化合物供給口30aを有する。珪素化合物供給口30aからは、珪素化合物ガスが、中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S1に沿って本体部10a内に吐出される。また、珪素化合物供給管30は、反応容器10の本体部10aの外部で、連結部材32を介して、珪素化合物導入管34に連絡される。珪素化合物導入管34は、図示を省略する珪素化合物ガス源に連絡される。かかる珪素化合物ガス源には、珪素化合物ガスのみならず、珪素化合物供給口30aから吐出される珪素化合物ガスの吐出圧力を高めるため、キャリアガスを供給自在に貯蔵してもよいし、かかるキャリアガスは、別途キャリアガス源を設けて、珪素化合物供給管30内又は珪素化合物導入管34内に導入してもよい。また、珪素化合物は、典型的には、四塩化珪素である。なお、珪素化合物ガスに関する珪素化合物吐出方向S1は、典型的には、中心軸Cに平行な方向であるが、限定的なものではなく、珪素化合物ガスを上流側から下流側に流せるものであれば、中心軸Cに対して交差するような方向であってもよい。
The silicon
第1の亜鉛供給管40及び第2の亜鉛供給管50は、共に石英ガラス製であり、反応容器10の中心軸Cについて軸対称に配置されて、反応容器10の本体部10aにおける周壁に対して、第1の亜鉛供給口40a及び第2の亜鉛供給口50aにおいて、中心軸Cについて軸対称に各々連絡している。第1の亜鉛供給口40aは、珪素化合物供給口30aよりも上流側において、本体部10aにおける周壁に対して配置され、第2の亜鉛供給口50aは、珪素化合物供給口30aよりも下流側において、本体部10aにおける周壁に対して配置される。また、第1の亜鉛供給口40aからは、亜鉛ガスが、中心軸Cに直交する方向である第1の亜鉛供給方向S2に沿って吐出され、第2の亜鉛供給口50aからは、亜鉛ガスが、中心軸Cに直交し、かつ第1の亜鉛吐出方向S2とは反対方向である第2の亜鉛吐出方向S3に沿って吐出される。なお、ここでは、各々1つの亜鉛供給口を有する2つの亜鉛供給管を軸方向位置を異ならせて軸対象に設けているが、充分に亜鉛ガス量が確保できるのもであれば配置や個数は限定的なものではなく、例えば、1つの亜鉛供給管が複数の亜鉛供給口を有していてもよいし、同一の 軸方向位置に適宜の間隔を開けて複数個の亜鉛供給口を配置してもかまわない。また、亜鉛ガスに関する第1の亜鉛供給方向S2及び第2の亜鉛吐出方向S3は、典型的には、珪素化合物ガスに関する珪素化合物吐出方向S1に対して直交する関係にあるが、限定的なものではなく、珪素化合物吐出方向S1に向きながら上流側から下流側に向くような方向であってもよい。
The first
第1の亜鉛供給管40は、第1の亜鉛供給口40aから反応容器10の中心軸Cに平行に延在する延在部40bを有し、延在部40bは、連結部材42を介して、第1の亜鉛導入管44に連絡される。第2の亜鉛供給管50は、第2の亜鉛供給口50aから反応容器10の中心軸Cに平行に延在する延在部50bを有し、延在部50bは、連結部材52を介して、第2の亜鉛導入管54に連絡される。第1の亜鉛導入管44及び第2の亜鉛導入管54は、各々図示を省略する溶融亜鉛源に連絡される。また、第1の亜鉛供給口40a及び第2の亜鉛供給口50aから吐出される亜鉛ガスの吐出圧力を高めるため、別途キャリアガス源を設けて、第1の亜鉛供給管40内及び第2の亜鉛供給管50内に、キャリアガスを各々導入してもよい。
The first
更に、反応容器10の周壁をなす本体部10a、第1の亜鉛供給管40の延在部40b及び第2の亜鉛供給管50の延在部50bの周囲には、それらを取り囲むように、円筒状の加熱装置60が設けられている。加熱装置60は、第1の亜鉛供給管40の延在部40b及び第2の亜鉛供給管50の延在部50bに各々供給されてくる溶融亜鉛又は固体亜鉛を、その沸点(930℃)以上に加熱して亜鉛ガスを生成すると共に、本体部10a内に供給されてくる珪素化合物ガス及び亜鉛ガスを加熱してそれらの間の還元反応を促進する。
Further, the periphery of the
ここで、整流部材20と、珪素化合物供給管30、第1の亜鉛供給管40及び第2の亜鉛供給管50との配置関係につき、並びに吐出された珪素化合物ガス及び亜鉛ガスの流れにつき、詳細に説明する。
Here, the arrangement relationship between the rectifying
整流部材20と珪素化合物供給管30との配置関係においては、図2及び3に詳細に示すように、珪素化合物供給管30の珪素化合物供給口30aが、整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を臨むように、整流部材20の上流側に位置されている。ここにおいて、整流部材20及び珪素化合物供給管30は、反応容器10の中心軸Cと同軸に配置されており、珪素化合物ガスが、珪素化合物供給口30aから中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S1に沿って、反応容器10の本体部10a内に上流側から下流側に向かって所定の吐出圧力で吐出され、本体部10aを流れて排出管10bから排出されるように流れるため、吐出された珪素化合物ガスは、主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して、本体部10aの上流側から下流側に向けて所定の流速分布で流れる。更に、このように吐出されて上流側から下流側に流れる珪素化合物ガスの流れに起因して、本体部10a内においては、上流側から下流側に向けて圧力が低下する圧力勾配が生じ、例えば、周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間の領域やその下流域でも、上流側から下流側に向かって圧力が低下する圧力勾配が生じる。
In the arrangement relationship between the rectifying
整流部材20と第1の亜鉛供給管40との配置関係においては、図2及び3に詳細に示すように、第1の亜鉛供給管40の第1の亜鉛供給口40aが、整流部材20の周壁20aに対向して位置され、更に周壁20aとそれに対向する反応容器10の本体部10aとの間の領域やその下流域における上流側から下流側に向かう圧力勾配をも考慮して、第1の亜鉛供給口40aが、周壁20aに対しては、周壁20aの下流端20bよりも上流端20cに近い位置に配置されている。かかる構成により、亜鉛ガスが、第1の亜鉛供給口40aから反応容器10の中心軸Cに直交する方向である第1の亜鉛吐出方向S2に沿って、反応容器10の本体部10a内に所定の吐出圧力で吐出されるため、吐出された亜鉛ガスは、整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガスの流速分布に実質的に影響を与えることなく、周壁20aで偏向される。具体的には、吐出された亜鉛ガスは、図1に示す断面においては、周壁20aで上流及び下流側に偏向され、図3に示す断面においては、周壁20aを囲うように中心軸Cの回りで右回り及び左回りに偏向される。ここにおいて、亜鉛供給口40aが、周壁20aに対して上流端20cに近い位置に配置されているため、吐出された亜鉛ガスにおいては、周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間の領域やその下流域における上流側から下流側に向かう圧力勾配による圧力を受けて、上流側から下流側に向かう流れが主体となる。そして、このように上流側から下流側に向かう亜鉛ガスは、整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して、上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガスと、主として整流部材20の下流側で合流する。
In the arrangement relationship between the rectifying
整流部材20と第2の亜鉛供給管50との配置関係においては、図2及び3に詳細に示すように、第2の亜鉛供給管50の第2の亜鉛供給口50aが、珪素化合物供給管30に対向して位置されている。ここにおいて、亜鉛ガスが、第2の亜鉛供給口50aから反応容器10の中心軸Cに直交する方向である第2の亜鉛吐出方向S3に沿って、反応容器10の本体部10a内に所定の吐出圧力で吐出される。吐出された亜鉛ガスは、珪素化合物供給口30aから吐出された珪素化合物ガスの上流側から下流側に向かう流れに起因して生じた上流側から下流側に向かって圧力が減少する圧力勾配による圧力を受けて、上流側から下流側に向かう流れとなる。そして、このように上流側から下流側に向かう亜鉛ガスは、珪素化合物供給口30aから吐出される珪素化合物ガスと合流して、主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して下流側に流れ、第1の亜鉛供給口40aから吐出されて主として周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間を流れてきた亜鉛ガスとも合流する。
In the arrangement relationship between the rectifying
よって、このように順次合流した珪素化合物ガス及び亜鉛ガスは、整流部材20の下流側で拡散的に混合し、還元反応を起こしてシリコン粒子の集合体であるシリコン粉及び塩化亜鉛を生成しながら、更に下流側の反応容器10の排出管10bに向かって流れていき、生成されたシリコン粉及び塩化亜鉛は、反応容器10の本体部10a内の圧力による排出圧力を受けて、排出管10bから本体部10a外に排出される。なお、排出管10bから排出されたシリコン粉及び塩化亜鉛は、図示を省略する分離回収装置により、各々分離され、シリコンが選択的に回収されることになる。
Therefore, the silicon compound gas and the zinc gas that are sequentially joined in this way are mixed diffusively downstream of the rectifying
次に、以上の構成の本実施形態におけるシリコン製造装置を用いたシリコン製造方法につき、詳細に説明する。なお、かかる製造方法における一連の工程は、いずれも図示は省略するが、コントローラが必要な検出器から得られる検出値やデータベース等を参照しながら、所定のプログラムに沿って制御するものである。もちろん、必要に応じて、手動の工程が混在してもかまわない。 Next, a silicon manufacturing method using the silicon manufacturing apparatus in the present embodiment having the above configuration will be described in detail. The series of steps in the manufacturing method are not shown in the figure, but are controlled in accordance with a predetermined program while referring to detection values, databases, and the like obtained from detectors that require a controller. Of course, manual processes may be mixed if necessary.
まず、加熱装置60により、反応容器10、第1の亜鉛供給管40の延在部40b及び第2の亜鉛供給管50の延在部50bを加熱しながら、第1の亜鉛供給管40及び第2の亜鉛供給管50に溶融亜鉛又は固体亜鉛を供給し、延在部40b及び延在部50bにおいて溶融亜鉛を沸点以上に加熱してガス化して、亜鉛ガスを生成する。生成された亜鉛ガスは、第1の亜鉛供給口40aから反応容器10の中心軸Cに直交する方向である第1の亜鉛吐出方向S2に沿って、及び第2の亜鉛供給口50aから反応容器10の中心軸Cに直交する方向である第2の亜鉛吐出方向S3に沿って、反応容器10の本体部10a内に所定の吐出圧力で吐出される。
First, the
同時に、珪素化合物ガスは、珪素化合物供給口30aから中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S1に沿って、反応容器10の本体部10a内に上流側から下流側に向かって所定の吐出圧力で吐出される。このように吐出された珪素化合物ガスは、主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して、本体部10aの上流側から下流側に向けて所定の流速分布で流れ、本体部10a内においては、上流側から下流側に向けて圧力が低下する圧力勾配を生じさせると共に、周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間の領域やその下流域にも、上流側から下流側に向かって圧力が低下する圧力勾配を生じさせる。
At the same time, the silicon compound gas has a predetermined discharge pressure from the upstream side to the downstream side in the
ここで、上流側の第2の亜鉛供給口50aから反応容器10の本体部10a内に吐出された亜鉛ガスは、本体部10aの上流側から下流側に向けて生じた圧力勾配によって、上流側から下流側に向かう流れとなる。そして、このように上流側から下流側に向かう亜鉛ガスは、珪素化合物供給口30aから吐出される珪素化合物ガスと合流して、主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して下流側に流れる。
Here, the zinc gas discharged into the
更に、下流側の第1の亜鉛供給口40aから反応容器10の本体部10a内に吐出された亜鉛ガスは、整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガスの流速分布に実質的に影響を与えることなく、周壁20aをz軸回りに回り込みながら、周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間等における上流側から下流側に向かう圧力勾配による圧力を受けて、上流側から下流側に向かう流れを主体として、周壁20aで偏向される。
Furthermore, the zinc gas discharged into the
このように主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガス、主として周壁20aとそれに対向する本体部10aとの間を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガス、及び主として整流部材20の周壁20aで囲われた内部領域を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガスは、主として整流部材20の下流側で合流し、拡散的に混合しながら、還元反応を起こしてシリコン粒子の集合体であるシリコン粉及び塩化亜鉛を生成しながら、更に下流側の反応容器10の排出管10bに向かって流れていく。
Thus, the silicon compound gas that flows at a predetermined flow rate from the upstream side to the downstream side mainly through the internal region surrounded by the
そして、このように生成されたシリコン粉及び塩化亜鉛は、反応容器10の本体部10a内の圧力による排出圧力を受けて、排出管10bから本体部10a外に排出され、適当な分離回収装置により、シリコンが選択的に回収されてシリコンを得ることができ、塩化亜鉛は、更に図示を省略する再処理装置等に送られる。
The silicon powder and zinc chloride thus generated are discharged from the
従って、以上の構成によれば、反応容器内に設けられ、第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容するような整流部材を設けるという簡便な構成により、反応容器内のガス流の流速を実質規定する珪素化合物ガスの流れに不要な影響を与えることなく、亜鉛ガスを反応容器内に流すことができ、装置構成の複雑化を排しながら、シリコンの収率を向上させるための還元反応の効率を向上し、同時に生成シリコンと生成ガスとの分離回収効率をも向上することができる。 Therefore, according to the above configuration, while deflecting the zinc gas provided in the reaction vessel and discharged from the first zinc supply port in the second discharge direction, from the silicon compound supply port in the first discharge direction. A silicon compound gas that substantially regulates the flow rate of the gas flow in the reaction vessel with a simple configuration of providing a flow regulating member that allows the discharged silicon compound gas to flow from the upstream side toward the downstream side in the reaction vessel. Zinc gas can be flowed into the reaction vessel without unnecessarily affecting the flow of the gas, improving the efficiency of the reduction reaction to improve the yield of silicon while eliminating the complexity of the apparatus configuration, At the same time, the separation and recovery efficiency between the generated silicon and the generated gas can be improved.
また、整流部材を、反応容器の筒状部材内に収容されて周壁を有する筒状部材とすることにより、より確実に、第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容することができる。より具体的には、整流部材を、円筒部材とすることにより、簡便な構成でより確実に第1の亜鉛供給口から第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、珪素化合物供給口から第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが、不要な影響を受けることなく反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容することができる。 Further, the rectifying member is a cylindrical member that is accommodated in the cylindrical member of the reaction vessel and has a peripheral wall, so that the zinc gas discharged more reliably from the first zinc supply port in the second discharge direction. The silicon compound gas discharged from the silicon compound supply port in the first discharge direction can be allowed to flow from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel. More specifically, by using a cylindrical member as the rectifying member, the silicon compound is supplied while deflecting the zinc gas discharged in the second discharge direction from the first zinc supply port more reliably with a simple configuration. The silicon compound gas discharged from the mouth in the first discharge direction can be allowed to flow from the upstream side toward the downstream side in the reaction vessel without being affected unnecessarily.
また、珪素化合物供給口が、整流部材の周壁で囲われた領域を臨んで配置されることにより、珪素化合物ガスを、確実に整流部材の周壁で囲われた領域を主として通過させることができる。 In addition, since the silicon compound supply port faces the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member, the silicon compound gas can be surely passed mainly through the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member.
また、第1の亜鉛供給口が、整流部材の周壁に対応して配置されることにより、確実に亜鉛ガスの流れを偏向することができる。より具体的には、第1の亜鉛供給口が、整流部材の周壁における上流側部分に対向して配置されることにより、偏向される亜鉛ガスの流れに周壁の周囲で生じる圧力勾配による圧力を作用させて、より確実に亜鉛ガスを上流側から下流側に流して、珪素化合物ガスの流れと合流させることができる。 In addition, since the first zinc supply port is arranged corresponding to the peripheral wall of the rectifying member, the flow of zinc gas can be reliably deflected. More specifically, the first zinc supply port is disposed opposite to the upstream side portion of the peripheral wall of the rectifying member, so that the pressure due to the pressure gradient generated around the peripheral wall is generated in the flow of the deflected zinc gas. By acting, the zinc gas can flow more reliably from the upstream side to the downstream side, and can be merged with the flow of the silicon compound gas.
また、亜鉛供給管が、更に、第1の亜鉛供給口に対して、反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、かかる第2の亜鉛供給口は、珪素化合物供給口よりも上流側に配置されることにより、第2の亜鉛供給口から吐出される亜鉛ガスの流れによって、珪素化合物ガスの流れに不要な影響を与えることなく、反応容器内に上流から下流にわたる充分な量の亜鉛ガスを迅速に供給することができる。 The zinc supply pipe further has a second zinc supply port arranged on the upstream side of the reaction vessel with respect to the first zinc supply port, and the second zinc supply port is configured to supply a silicon compound. By disposing upstream of the port, the flow of zinc gas discharged from the second zinc supply port does not unnecessarily affect the flow of the silicon compound gas and extends from upstream to downstream in the reaction vessel. A sufficient amount of zinc gas can be supplied quickly.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態におけるシリコン製造装置につき、図4から6を参照して、詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a silicon manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図4は、本実施形態におけるシリコン製造装置の概略一部断面図である。図5は、図4のC−C線による拡大断面図であり、図6は、図4のD−D線による拡大断面図である。 FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of the silicon manufacturing apparatus in the present embodiment. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view taken along line DD in FIG.
図4から6に示されるように、本実施形態のシリコン製造装置2では、第1の実施形態のシリコン製造装置1に対して、整流部材20が整流部材70に変更されていることが相違点であり、残余の構成は同一である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
本実施形態の整流部材70は、石英製又はセラミック製であり、反応容器10の中心軸Cと同軸に配置され、支持部材Mにより反応容器10の本体部10aに支持されていることは、第1の実施形態におけるものと同様であるが、その軸を囲む周壁70aが、反応容器10における上流側から下流側に向かって径が減少する切頭円錐状である中空円錐台部材であることが相違する。なお、第1の亜鉛供給口40aが、周壁70aに対しては、周壁70aの下流端70bよりも上流端70cに近い位置に配置されていることは、第1の実施形態におけるものと同様である。
The rectifying
このように整流部材70として中空円錐台部材を採用することにより、珪素化合物供給口30aから中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S1に沿って、反応容器10の本体部10a内に上流側から下流側に向かって所定の吐出圧力で吐出された珪素化合物ガスが、主として周壁70aで囲われた内部領域を経由して、本体部10aの上流側から下流側に向けて流れる際に、上流側から下流側に向かって径が減少する切頭円錐状である周壁70aによってその流れが絞られて、整流部材70の下流側において、珪素化合物ガスの流速が増大する。
By adopting the hollow truncated cone member as the rectifying
更に、このように吐出される珪素化合物ガスの流れに起因して、周壁70aとそれに対向する本体部10aとの間の領域やその下流域に生じる上流側から下流側に向かって圧力が低下する圧力勾配も大きくなる。ここで、第1の亜鉛供給口40aから反応容器10の中心軸Cに直交する方向である第1の亜鉛吐出方向S4に沿って、反応容器10の本体部10a内に所定の吐出圧力で吐出される亜鉛ガスは、図4に示す断面においては、周壁70aで上流及び下流側に偏向され、図6に示す断面においては、周壁70aを囲うように中心軸Cの回りで右回り及び左回りに偏向されるものであるが、吐出された亜鉛ガスにおいては、周壁70aとそれに対向する本体部10aとの間やその下流域における上流側から下流側に向かう圧力勾配が大きくなるために、より大きな圧力を受けて、より速い流速でもって下流側から上流側に向かう流れが主体となる。更に、このように下流側から上流側に向かう亜鉛ガスは、上流側から下流側に向かって径が減少する切頭円錐状である周壁70aに沿うように流れるため、周壁70aで囲われた内部領域を経由して、上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガスと、よりスムースに整流部材70の下流側で合流する。
Further, due to the flow of the silicon compound gas thus discharged, the pressure decreases from the upstream side to the downstream side in the region between the
よって、本実施形態においても、主として整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域を経由して上流側から下流側に向けて所定の流速で流れる珪素化合物ガス、主として周壁70aとそれに対向する本体部10aとの間を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガス、及び主として整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガスは、主として整流部材70の下流側で合流し、還元反応を起こしてシリコン粒子の集合体であるシリコン粉及び塩化亜鉛を生成しながら、更に下流側の反応容器10の排出管10bから排出され、シリコンが選択的に回収されてシリコンを得ることができる。
Therefore, also in the present embodiment, the silicon compound gas that flows at a predetermined flow rate from the upstream side to the downstream side mainly through the internal region surrounded by the
従って、以上の構成によれば、整流部材を、反応容器における上流側から下流側に向かって径が減少する中空円錐台部材とすることにより、整流部材内を通過する珪素化合物ガスの流れを絞って流速を増大しつつ、それに起因して、偏向される亜鉛ガスの流れに上流から下流に向かわせる圧力勾配を与えて、よりスムースかつ確実に珪素化合物ガス及び亜鉛ガスを下流側に流して合流させ、珪素化合物ガスと亜鉛ガスとの還元反応をより効率的に生じさせることができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態におけるシリコン製造装置につき、図7から10を参照して、詳細に説明する。
Therefore, according to the above configuration, the flow of the silicon compound gas passing through the flow straightening member is narrowed by making the flow straightening member a hollow truncated cone member whose diameter decreases from the upstream side to the downstream side in the reaction vessel. As a result, the flow rate of the zinc gas is increased and a pressure gradient is applied to the flow of the deflected zinc gas from upstream to downstream, so that the silicon compound gas and the zinc gas can flow more smoothly and reliably downstream. Thus, the reduction reaction between the silicon compound gas and the zinc gas can be generated more efficiently.
(Third embodiment)
Next, a silicon manufacturing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図7は、本実施形態におけるシリコン製造装置の概略一部断面図である。図8は、図7のE−E線による拡大断面図であり、便宜上符号等に括弧を付して、図7のF−F線による拡大断面図も示す。図9は、図7のG−G線による拡大断面図であり、図10は、図7のH−H線による拡大断面図である。 FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of the silicon manufacturing apparatus in the present embodiment. FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view taken along line EE in FIG. 7, and reference numerals and the like are parenthesized for convenience, and an enlarged cross-sectional view taken along line FF in FIG. 7 is also shown. 9 is an enlarged sectional view taken along line GG in FIG. 7, and FIG. 10 is an enlarged sectional view taken along line HH in FIG.
図7から10に示されるように、本実施形態のシリコン製造装置3では、第2の実施形態のシリコン製造装置2に対して、単一の珪素化合物供給管30の代わりに、下流側の第1の珪素化合物供給管80及び上流側の第2の珪素化合物供給管90という複数の珪素化合物供給管が、反応容器10の本体部10aの上流側の端部に連絡する構成に変更され、更に、下流側の整流部材(第1の整流部材)70に加えて、上流側の整流部材(第2の整流部材)100が付加されていることが相違点であり、残余の構成は同一である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
As shown in FIGS. 7 to 10, in the
上流側の整流部材100は、上流側に配置されていることを除き、下流側の整流部材70と同様な構成及び配置であり、石英製又はセラミック製であり、反応容器10の中心軸Cと同軸に配置され、その軸を囲む周壁100aが、反応容器10における上流側から下流側に向かって径が減少する切頭円錐状である中空円錐台部材であり、支持部材Mにより反応容器10の本体部10aに支持されている。
The
下流側の第1の珪素化合物供給管80及び上流側の第2の珪素化合物供給管90は、共に石英ガラス製であり、反応容器10の本体部10a内では、反応容器10の中心軸Cを挟むように互いに接触しながら延在して、本体部10a内で下流側珪素化合物供給口(第1の珪素化合物供給口)80a及び上流側珪素化合物供給口(第2の珪素化合物供給口)90aを各々有する。下流側珪素化合物供給口80aからは、珪素化合物ガスが、中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S5に沿って本体部10a内に吐出され、上流側珪素化合物供給口90aからは、珪素化合物ガスが、中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S6に沿って本体部10a内に吐出されて、反応容器10内に充分な量の珪素化合物ガスが迅速に供給される。また、かかる珪素化合物供給管80及び90は、反応容器10の本体部10aの外部で、各々、連結部材82及び92を介して、図示を省略する珪素化合物ガス源に連絡された珪素化合物導入管84及び94に連絡される。珪素化合物導入管34は、図示を省略する珪素化合物ガス源に連絡される。かかる珪素化合物ガス源には、キャリアガスを供給自在に貯蔵してもよいし、かかるキャリアガスは、別途キャリアガス源を設けていてもよい。
The first silicon
ここで、整流部材70及び80と、珪素化合物供給管80及び90、第1の亜鉛供給管40及び第2の亜鉛供給管50との配置関係につき、並びに吐出された珪素化合物ガス及び亜鉛ガスの流れにつき、詳細に説明する。
Here, regarding the arrangement relationship between the rectifying
整流部材70と第1の珪素化合物供給管80との配置関係においては、図8及び9に詳細に示すように、第1の珪素化合物供給管80の第1の珪素化合物供給口80aが、整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域内に位置されていることが、第2の実施形態の構成と実質的に異なる点である。本実施形態では、整流部材70に対してその配管の半径に相当する距離だけx軸の正方向に偏位しているが、かかる偏位量は、整流部材70に対しては微小量であり、ここでは実質考慮する必要はない。ここに、珪素化合物ガスが、周壁70aで囲われた内部領域内の珪素化合物供給80aから中心軸Cの方向である珪素化合物吐出方向S5に沿って、反応容器10の本体部10a内に上流側から下流側に向かって所定の吐出圧力で吐出されるため、吐出された珪素化合物ガスは、より確実に整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域を経由して、本体部10aの上流側から下流側に向けて所定の流速分布で流れる。もちろん、このように吐出される珪素化合物ガスの流れに起因して、本体部10a内においては、上流側から下流側に向けて圧力が低下する圧力勾配が生じると共に、周壁80aとそれに対向する本体部10aとの間にも、上流側から下流側に向かって圧力が低下する圧力勾配が生じる。また、かかる配置関係は、図8及び10に詳細に示すように、整流部材80と第2の珪素化合物供給管90との配置関係においても同様である。
In the positional relationship between the rectifying
整流部材70と第1の亜鉛供給管40との配置関係においては、第2の実施形態のおけるものと変わりはないが、第1の珪素化合物供給管80の第1の珪素化合物供給口80aが、整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域内に位置されているため、第1の亜鉛供給口40aからの亜鉛ガスの吐出が、第1の珪素化合物供給口80aからの珪素化合物ガスの吐出に不要に干渉することは実質なくなり、第1の亜鉛供給口40aが、整流部材70の周壁70aに対向して位置され、かつ第1の珪素化合物供給口80aが、整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域内に位置されるという条件内で、相対位置関係を自由に設定可能である。また、かかる配置関係は、図8及び10に詳細に示すように、整流部材80と第2の亜鉛供給管50との配置関係、あるいは第2の亜鉛供給口50aと珪素化合物供給口90aとの配置関係においても同様である。
The arrangement relationship between the rectifying
よって、本実施形態においては、主として整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域のみを経由して上流側から下流側に向けて流れる珪素化合物ガス、整流部材100の周壁100aで囲われた内部領域及び整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域を順次経由して上流側から下流側に向けて流れる珪素化合物ガス、主として周壁70aとそれに対向する本体部10aとの間を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガス、及び主として周壁100aとそれに対向する本体部10aとの間を経由して整流部材70の周壁70aで囲われた内部領域を経由して上流側から下流側に向けて流れる亜鉛ガスは、主として整流部材70の下流側で合流し、還元反応を起こしてシリコン粒子の集合体であるシリコン粉及び塩化亜鉛を生成しながら、更に下流側の反応容器10の排出管10bから排出され、シリコンが選択的に回収されてシリコンを得ることができる。
Therefore, in the present embodiment, the silicon compound gas that flows from the upstream side toward the downstream side mainly through only the internal region surrounded by the
従って、以上の構成によれば、整流部材が、反応容器における下流側に配置される第1の整流部材と、反応容器における上流側に配置される第2の整流部材と、を含み、亜鉛供給管は、更に、第1の亜鉛供給口に対して、反応容器における上流側に配置される第2の亜鉛供給口を有し、第1の亜鉛供給口は、第1の整流部材の周壁に対応して配置され、第2の亜鉛供給口は、第2の整流部材の周壁に対応して配置されることにより、亜鉛供給口を複数設けて充分な量の亜鉛ガスを供給した場合であっても、確実に亜鉛ガスの流れを偏向することができる。 Therefore, according to the above configuration, the rectifying member includes the first rectifying member disposed on the downstream side in the reaction vessel and the second rectifying member disposed on the upstream side in the reaction vessel, and supplies zinc. The tube further has a second zinc supply port disposed upstream of the first zinc supply port in the reaction vessel, and the first zinc supply port is formed on the peripheral wall of the first rectifying member. The second zinc supply port is disposed in correspondence with the peripheral wall of the second rectifying member, thereby providing a plurality of zinc supply ports to supply a sufficient amount of zinc gas. However, the flow of zinc gas can be reliably deflected.
また、珪素化合物供給口が、反応容器における下流側に配置される第1の珪素化合物供給口と、反応容器における上流側に配置される第2の珪素化合物口と、を含み、第1の珪素化合物供給口は、第1の整流部材の周壁で囲われた領域内に配置され、第2の珪素化合物供給口は、第2の整流部材の前記周壁で囲われた領域内に配置されることにより、珪素化合物供給口を複数設けて反応容器内に上流から下流にわたる充分な量の珪素化合物ガスを迅速にできると共に、珪素化合物ガスを、確実に整流部材の周壁で囲われた領域を主として通過させることができる。 The silicon compound supply port includes a first silicon compound supply port disposed on the downstream side in the reaction vessel and a second silicon compound port disposed on the upstream side in the reaction vessel, and the first silicon compound supply port The compound supply port is disposed in a region surrounded by the peripheral wall of the first rectifying member, and the second silicon compound supply port is disposed in a region surrounded by the peripheral wall of the second rectifying member. By providing a plurality of silicon compound supply ports, a sufficient amount of silicon compound gas from upstream to downstream can be expedited in the reaction vessel, and the silicon compound gas surely passes mainly through the region surrounded by the peripheral wall of the rectifying member. Can be made.
なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。 In the present invention, the type, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiments, and the components depart from the gist of the invention, such as appropriately replacing the constituent elements with those having the same operational effects. Of course, it can be appropriately changed within the range not to be.
以上のように、本発明においては、装置構成の複雑化を排しながら、シリコンの収率を向上させるための還元反応の効率を向上し、同時に生成シリコンと生成ガスとの分離回収効率をも向上することのできるシリコン製造装置を提供するものであり、その汎用普遍的な性格から種々の電子デバイス用のシリコン材料を製造できるものと期待される。 As described above, in the present invention, the efficiency of the reduction reaction for improving the yield of silicon is improved while eliminating the complexity of the apparatus configuration, and at the same time, the separation and recovery efficiency between the generated silicon and the generated gas is improved. The present invention provides a silicon manufacturing apparatus that can be improved, and is expected to be able to manufacture silicon materials for various electronic devices because of its general-purpose universal character.
1…………シリコン製造装置
10………反応容器
10a……本体部
10b……排出管
20………整流部材
20a……周壁
20b……下流端
20c……上流端
30………珪素化合物供給管
30a……珪素化合物供給口
32………連結部材
34………珪素化合物導入管
40………第1の亜鉛供給管
40a……第1の亜鉛供給口
40b……延在部
44………第1の亜鉛導入管
50………第2の亜鉛供給管
50a……第2の亜鉛供給口
50b……延在部
54………第2の亜鉛導入管
60………加熱装置
2…………シリコン製造装置
70………整流部材
70a……周壁
70b……下流端
70c……上流端
3…………シリコン製造装置
80………第1の珪素化合物供給管
80a……第1の珪素化合物供給口
82………連結部材
84………珪素化合物導入管
90………第2の珪素化合物供給管
90a……第2の珪素化合物供給口
92………連結部材
94………珪素化合物導入管
100……整流部材
100a…周壁
100b…下流端
100c…上流端
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記反応容器に連絡し、珪素化合物ガスを、珪素化合物供給口から前記反応容器内に第1の吐出方向に吐出しながら供給する珪素化合物供給管と、
前記反応容器に連絡し、亜鉛ガスを、第1の亜鉛供給口から前記反応容器内に第2の吐出方向に吐出しながら供給する亜鉛供給管と、
前記反応容器内に設けられ、前記第1の亜鉛供給口から前記第2の吐出方向に吐出される亜鉛ガスを偏向しながら、前記珪素化合物供給口から前記第1の吐出方向に吐出される珪素化合物ガスが前記反応容器における上流側から下流側に向かって流れることを許容する整流部材と、
前記反応容器において前記整流部材の下流側に設けられ、シリコンを含む反応生成ガスを前記反応容器外に排出する排出管と、
を備えるシリコン製造装置。 A reaction vessel;
A silicon compound supply pipe that communicates with the reaction vessel and supplies silicon compound gas from the silicon compound supply port into the reaction vessel while being discharged in a first discharge direction;
A zinc supply pipe that communicates with the reaction vessel and supplies zinc gas while being discharged from the first zinc supply port into the reaction vessel in the second discharge direction;
Silicon provided in the reaction vessel and discharged from the silicon compound supply port in the first discharge direction while deflecting zinc gas discharged from the first zinc supply port in the second discharge direction A rectifying member that allows the compound gas to flow from the upstream side toward the downstream side in the reaction vessel;
A discharge pipe provided on the downstream side of the flow straightening member in the reaction vessel, for discharging a reaction product gas containing silicon out of the reaction vessel;
A silicon manufacturing apparatus comprising:
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