JP3737863B2 - Method for producing granular polysilicon - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層型反応器を使用してシラン化合物の熱分解反応又は還元反応によりシリコンをポリシリコン粒子表面に析出させて粒状ポリシリコンを製造する方法において、反応器の内壁に析出し堆積したポリシリコンを効率的に除去することにより、長期的に連続運転できる粒状ポリシリコンの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通常、粒状ポリシリコンは、流動層型反応器内でシラン化合物の熱分解反応又は還元反応によりシリコンをポリシリコン粒子表面に析出させる方法によって製造される。この方法において、シラン化合物の熱分解反応又は還元反応により生成するシリコンは、ポリシリコン粒子表面に析出するだけではなく、反応器内壁にも析出し堆積してしまう。
【0003】
一般に流動層型反応器の内壁は、反応器本体に由来する不純物の混入を防ぐため、インサート管によって構成されるが、このインサート管の材質が石英の場合、内壁にポリシリコンが堆積した後に反応を停止すると、内壁材質である石英と析出したポリシリコンとの熱膨張率の差により、インサート管が破損するという問題が発生する。
【0004】
また、破損しない材質でも、内壁にポリシリコンが堆積することにより、反応器が閉塞してしまい、長期的な連続運転が困難になるという問題が発生する。
【0005】
従来、上記問題を解決するため、反応器内壁にポリシリコンが析出しないようにする方法として、二重管ノズルを用いてその内側ノズルより反応器内に原料ガスを供給し、環状の外側ノズルより水素を供給する方法、反応器内壁からポリシリコン析出抑制ガスを吹き込む方法、反応器内に内筒を設置しその内側で原料ガスによる反応を進行させる方法、さらには反応器内壁を反応器内の粒状ポリシリコンの温度より低くする方法が知られている。
【0006】
上記に示した方法は、原料ガスが熱を供給する反応器内壁に到達するのを阻害する事や、反応器内壁へのポリシリコンの析出速度を遅くすることを狙いとしているが、二重管ノズルを用いる方法では、別々に供給された原料ガスと水素ガスとが反応器内の流動層における激しい粒子混合によって直ちに混合されるので、原料ガスが内壁に到達するのを阻害する効果は少なく、十分に反応器内壁へのポリシリコンの析出を抑制することができない。反応器内壁からポリシリコン析出抑制ガスを吹き込む方法では、熱効率を悪化させ、効率よく粒状ポリシリコンが製造できないといった問題が発生する。反応器内に内筒を設置しその内側で原料ガスの反応を進行させる方法や反応器内壁の温度を粒状ポリシリコンの温度より低くする方法では、内筒又は反応器内壁へのポリシリコンの析出速度が遅くなるだけで、完全に反応器内壁へのポリシリコンの析出を抑制するものではなく、結局ポリシリコンが反応器内壁に析出し堆積することにより内壁が破損したり、閉塞により長期的な連続運転が困難になる。
【0007】
また、流動層型反応器内壁へのポリシリコンの析出によるインサート管の破損を防止するには、ポリシリコンと熱膨張率が近い材質を使用すればよいが、材質がグラファイトや炭化珪素の場合は、これら材質由来の炭素が不純物として粒状ポリシリコンに混入するという問題が発生し、特に粒状ポリシリコンを半導体用途に使用する場合には重大な問題となるため、インサート管の材質はポリシリコンが好適である。しかしながら、インサート管の材質がポリシリコンの場合でも、内壁へのポリシリコンの析出は防止できず、結果として閉塞により長期連続運転が困難になる。
【0008】
この場合、流動層反応器の内壁に析出したポリシリコンを除去する方法として、反応器内壁にある程度ポリシリコンが析出した時点で、反応を停止し、塩化水素と四塩化珪素の混合ガスを反応器内に供給して内壁に析出したポリシリコンを除去するエッチング方法が知られているが、この方法では、内壁に析出したポリシリコンを除去するだけでなく、内壁を構成しているポリシリコンのインサート管も除去してしまうオーバーエッチング現象により、結果としてインサート管が破損する。そのため、破損したインサート管を交換する作業が必要となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、流動層反応器の内壁に析出したポリシリコンの除去による流動層型反応器内壁の破損なく、長期的にインサート管の交換の必要がない粒状ポリシリコンの製造方法およびそのための流動層型反応器が求められてきた。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記技術課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた結果、表面に酸化層を形成したポリシリコンのインサート管により内壁を構成した流動層型反応器を使用し、内壁にハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスを接触させることにより、オーバーエッチングなしに内壁に堆積したポリシリコンを除去できることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【0011】
即ち、本発明は、流動層型反応器を使用してシラン化合物の熱分解反応又は還元反応により粒状ポリシリコンを製造する方法において、該流動層型反応器の内壁を表面に酸化層を形成したポリシリコンのインサート管により構成し、該反応によって該インサート管の内面にポリシリコンが析出し、堆積した時点で、該堆積したポリシリコンにハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスを接触させることを特徴とする粒状ポリシリコンの製造方法である。
【0012】
また本発明は、当該製造方法に使用する流動層型反応器の内壁を表面に酸化層を形成したポリシリコンのインサート管により構成した流動層型反応器をも提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明において使用されるシラン化合物は、モノシラン、ジシラン等シラン又はモノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロシラン等のハロゲン化シランが使用でき、これらは単独又は2種以上混合して使用してもよい。また、これらシラン化合物はそのまま使用しても他のガスで希釈して使用してもよいが、水素およびアルゴン、ヘリウム、窒素等不活性ガスで希釈して使用するのが好ましく、その場合のシラン化合物の濃度は1〜50%が好ましい。1%より小さいと析出反応が遅くなり、また50%より大きいと急激に析出反応がおこるので好ましくない。
【0014】
本発明における粒状ポリシリコンを製造するためのシラン化合物の熱分解反応又は還元反応は、公知の方法が特に制限なく適用できる。また、これら反応の反応条件は、通常使用される条件が特に制限なく採用できる。一般に、熱分解反応はシラン化合物の分解温度以上であればよく、特に600〜700℃の範囲が好適である。還元反応は水素を添加しておこなうのが一般的であり、また反応温度は900〜1400℃が好適であり、特に1100〜1200℃の範囲が好適である。
【0015】
本発明において流動層型反応器は、公知のものが何ら制限なく使用できる。第1図に本発明における一実施態様である概略装置構成図を示す。1は流動層型反応器であり、内壁はポリシリコンのインサート管11で構成される。流動層反応器1の下部には原料のシラン化合物を導入する原料導入ノズル2、水素導入ノズル3、反応器内を窒素でパージする窒素導入ノズル4、製品粒子抜出ノズル5、エッチングガスを導入するエッチング導入ノズル6、酸化剤導入ノズル12が配置されるガス分散板7を備える。流動層型反応器1上部には、ガス排出管8とポリシリコン種粒子を反応器内に装入するためのポリシリコン種粒子装入管9を備える。ガス分散板7上部に、流動層型反応器1を囲む様にヒーター10を備える。
【0016】
当該装置において、上記析出反応は、ポリシリコンのインサート11で内壁を構成した流動層型反応器1内部に形成される流動層部分13で行われる。
【0017】
本発明における特徴は、表面に酸化層を形成したポリシリコンのインサート管によって流動層型反応器の内壁を構成することにある。ポリシリコンのインサート管の表面に酸化層を設けることにより、内壁に析出したポリシリコンをエッチング処理により除去する際にインサート管へのオーバーエッチングがなくなり、ポリシリコンのインサート管の破損を防ぐことができる。
【0018】
本発明におけるインサート管の材質は、公知のポリシリコンであれば特に制限なく使用できるが、不純物混入防止のため、高純度ポリシリコンであることが好ましい。インサート管の形成は特に制限なく、一体ものでも複数の部材を組み合わせたものでもよい。この場合、内面の形状は特に制限されず円筒型でも角筒型でもよいが、内壁に析出したポリシリコンをむらなく除去するため、円筒型のほうが好ましい。
【0019】
また、インサート管の流動層型反応器内壁としての設置箇所は、特に制限されないが、反応器外部より熱を加える方式の場合、熱伝導性をよくするため、反応器とインサート管を密着させて設置する方法、反応器とインサート管との間に熱伝導性がよい部材を介在させて設置する方法が好ましい。
【0020】
本発明におけるインサート管の表面に酸化層を形成する方法は、公知の方法が特に制限なく適用できるが、該酸化層の破損を防止するため、酸化層形成時点で析出反応温度との温度差が±50%以内の状態にあるのが好ましく、析出反応をおこなうまで析出反応温度との温度差が±50%以内の状態で保持するのが好ましい。即ち、インサート管の材質であるポリシリコンと該ポリシリコン表面上に形成した酸化層とは熱膨張率に差があるため、酸化層形成時点から析出反応まで、析出反応温度との温度差を±50%以内にすることにより、該酸化層の破損を防止することができる。
【0021】
上記で示した本発明に適用できる酸化層を形成する方法は、酸素、空気、水蒸気、亜酸化窒素等ガス状酸化剤を600〜900℃で接触させる方法、常温で硝酸等液状酸化剤中に浸漬する方法等が挙げられ、これらの方法は単独でも組み合わせてもよい。また、酸化層は、インサート管を流動層型反応器に設置した後に形成しても、設置する前に予め形成してもよい。
【0022】
本発明において酸化層の厚みは、0.01〜100μmの範囲が好ましい。酸化層の厚みが0.01μmより薄いと析出反応時に粒状ポリシリコンによる磨耗により酸化層が剥がれ、ハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスに接触したとき、インサート管表面がオーバーエッチングされてしまうので好ましくない。一方、100μmより厚いと、酸化層とインサート管との熱膨張率の差により酸化層が破損するので好ましくない。また、酸化層が析出反応時にポリシリコン粒子によって磨耗するのを防止するために、予め析出反応前にシラン化合物の熱分解反応又は還元反応によりシリコンを生成させて、酸化層表面をポリシリコンにより被覆するのが好ましい。
【0023】
本発明において、ハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガス(以下、エッチングガスという。)をインサート管の表面に接触させることにより、堆積したポリシリコンを除去する。本発明で用いるハロゲンガスは塩素が好ましく、ハロゲン化水素は塩化水素、臭化水素が好ましい。また、これらエッチングガスは単独で用いても2種以上混合してもよい。エッチングガス中のハロゲンガス又はハロゲン化水素の濃度は、特に制限はないが、0.3〜100容量%が好ましい。濃度が0.3容量%より小さいとエッチング速度が遅くなるので好ましくない。エッチングガスを希釈するガスとしては、本発明の効果を阻害しないガスが何ら制限なく使用でき、特に水素およびアルゴン、ヘリウム、窒素等不活性ガスが好ましい。
【0024】
本発明において、エッチングガスとインサート管との接触温度は、600〜900℃が好ましい。温度が600℃より小さいとエッチングガス中の塩素又はハロゲン化水素との反応率が悪く、900℃より大きいと部分的にオーバーエッチングが発生し均一なエッチングができないので好ましくない。また、接触温度は析出反応温度に対して±50%以内の温度にするのが好ましい。±50%より大きい温度変化があるとインサート管が破損したり、インサート管に析出したポリシリコンの剥離がおきるので好ましくない。
【0025】
また、エッチングガスの流動層型反応器内における流速は、空塔時で0.01〜200cm/秒であるのが好ましい。流速が0.01cm/秒より小さいと処理量が小さくなり実用的でなく、200cm/秒より大きいと塩素又はハロゲン化水素の反応率が悪くなり、その結果、大量のエッチングガスが必要となるので好ましくない。
【0026】
本発明において、流動層型反応器の内面をエッチングガスで接触させる時期は、何ら制限はなく、製造効率やエッチング効率を勘案し適宜決定すればよいが、析出したポリシリコンが流動層型反応器内の容量の1〜20%に達した時点でエッチングガスを接触させるのが好ましい。
【0027】
また、当該エッチング処理は、エッチング効率を勘案すると、析出反応を一旦停止して行うのが好ましく、粒状ポリシリコンが反応器内に存在していると粒状ポリシリコンも同時にエッチングしてしまうため、反応器内の粒状ポリシリコンを一旦全て抜出し反応器内を空塔状態にしてから、エッチング処理を行うのが好ましい。
【0028】
さらに、析出反応が停止してからエッチング処理をおこなうまで、析出反応温度およびエッチング処理温度に対し、±50%以内に維持するのが、インサート管の破損防止のため好ましい。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、表面に酸化層を生成させたポリシリコンのインサート管で内壁を構成した反応器を用いることにより、従来問題とされていた、内壁にハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスを接触させることによりインサート管に析出したポリシリコンを除去する時のインサート管のオーバーエッチングがなくなり、インサート管の交換なく粒状ポリシリコンの製造をすることが可能となる。
【0030】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図1を元に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0031】
実施例1
内壁がポリシリコン製のインサート管11で構成された内面が円筒形の流動層型反応器1を使用し、まず、反応器温度をヒーター10を用いて700℃に加熱した後、酸化剤導入ノズル12より反応器内に空気を導入して、5時間インサート管表面に空気を接触させて、インサート管表面に酸化層を形成させた。この酸化層形成処理により形成した酸化層の厚みは0.1μmであった。
【0032】
酸化層形成後、反応器内の温度を700℃に維持しながら、窒素導入ノズル4より窒素を導入して反応器内を窒素で置換して、さらに水素導入ノズル3より水素を導入して反応器内を水素で置換した。
【0033】
次いで、反応器の温度を650℃にし、反応器にポリシリコン種粒子装入管9から所定量のポリシリコン種粒子を装入して流動層部分13を形成した後、モノシラン供給量を2kg/hr、モノシランと水素との容量比が1:9の条件下で、流動層型反応器11下部のガス分散板7に備えた原料供給ノズル2よりモノシランを、水素導入ノズル3より水素を流動層型反応器1に供給して、析出反応を300時間おこなった。
【0034】
析出反応後、反応器内の温度を650℃に維持しながら、製品粒子抜出ノズル5より反応器内の粒子を抜出し、次いで、反応器の温度をヒーター10により690℃にし、エッチングガス導入ノズル6より、空塔時の流動層型反応器内壁における流速16cm/秒の条件下で、濃度100%の塩化水素ガスを反応器内に導入し、250時間エッチング処理した。
【0035】
エッチング処理終了後、流動層型反応器1からインサート管11を取り出してみたところ、析出反応によって内壁に析出したポリシリコンは完全に除去されており、また、インサート管11へのオーバーエッチングはみられず、インサート管11の重量変化もなかった。
【0036】
なお、当エッチング操作を行わなかった場合、反応終了後にインサート管11を取り出し重量を測定したところ、ポリシリコンのインサート管11内壁には、反応器内の容量の2.5%のポリシリコンが析出していた。
【0037】
実施例2
インサート管11を70%硝酸に1時間浸漬してから、流動層型反応器11に設置したのを除き、実施例1と同様の操作をおこなった。この場合の酸化層の厚みは5μmであった。
【0038】
エッチング終了後反応器からインサート管を取り出してみたところ、析出反応によって内壁に析出したポリシリコンは完全に除去されており、インサート管へのオーバーエッチングはみられず、インサート管11の重量変化もなかった。
【0039】
比較例
インサート管表面に酸化層を形成せずに粒状ポリシリコンの析出反応をおこなった以外は、実施例1と同様の操作をおこなった。
【0040】
エッチング操作終了後反応器を開放してインサート管を取り出してみたところ析出反応によって内壁に析出したポリシリコンは除去されていたが、ポリシリコンのインサート管11の一部がオーバーエッチングされており、重量が0.3%減少していた。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は本発明の一実施態様を示す概略装置構成図である。
1.流動層反応器
2.原料導入ノズル
3.水素導入ノズル
4.窒素導入ノズル
5.製品粒子抜出ノズル
6.エッチングガス導入ノズル
7.ガス分散板
8.ガス排出管
9.ポリシリコン種粒子装入管
10.ヒーター
11.インサート管
12.酸化剤導入ノズル
13.流動層部分
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing granular polysilicon by depositing silicon on the surface of polysilicon particles by thermal decomposition reaction or reduction reaction of a silane compound using a fluidized bed reactor, and depositing and depositing on the inner wall of the reactor. The present invention relates to a method for producing granular polysilicon that can be continuously operated for a long period of time by efficiently removing the removed polysilicon.
[0002]
[Prior art]
Normally, granular polysilicon is produced by a method in which silicon is deposited on the surface of polysilicon particles by thermal decomposition reaction or reduction reaction of a silane compound in a fluidized bed reactor. In this method, silicon produced by the thermal decomposition reaction or reduction reaction of the silane compound is not only deposited on the surface of the polysilicon particles but also deposited on the inner wall of the reactor.
[0003]
In general, the inner wall of a fluidized bed reactor is made up of an insert tube to prevent contamination from impurities coming from the reactor body. If the material of this insert tube is quartz, the reaction will occur after polysilicon is deposited on the inner wall. When the operation is stopped, there arises a problem that the insert tube is broken due to a difference in thermal expansion coefficient between quartz as the inner wall material and deposited polysilicon.
[0004]
Even if the material is not damaged, the deposition of polysilicon on the inner wall causes the reactor to be clogged, resulting in a problem that long-term continuous operation becomes difficult.
[0005]
Conventionally, in order to solve the above problem, as a method for preventing polysilicon from depositing on the inner wall of the reactor, a raw material gas is supplied from the inner nozzle to the reactor using a double tube nozzle, and the annular outer nozzle is used. A method of supplying hydrogen, a method of blowing a polysilicon deposition suppressing gas from the inner wall of the reactor, a method of setting an inner cylinder in the reactor and advancing the reaction with the raw material gas inside the reactor, and further, the inner wall of the reactor inside the reactor A method of making the temperature lower than that of granular polysilicon is known.
[0006]
The method shown above aims to inhibit the source gas from reaching the inner wall of the reactor that supplies heat, and to slow down the deposition rate of polysilicon on the inner wall of the reactor. In the method using a nozzle, since the separately supplied raw material gas and hydrogen gas are immediately mixed by vigorous particle mixing in the fluidized bed in the reactor, the effect of inhibiting the raw material gas from reaching the inner wall is small, It is not possible to sufficiently suppress the deposition of polysilicon on the inner wall of the reactor. In the method in which the polysilicon deposition suppressing gas is blown from the inner wall of the reactor, there is a problem that the thermal efficiency is deteriorated and the granular polysilicon cannot be produced efficiently. In the method in which the inner cylinder is installed in the reactor and the reaction of the raw material gas proceeds inside, or in the method in which the temperature of the inner wall of the reactor is lower than the temperature of the granular polysilicon, the polysilicon is deposited on the inner cylinder or the inner wall of the reactor. It does not completely suppress the deposition of polysilicon on the inner wall of the reactor only by slowing down the speed, but eventually the inner wall is damaged due to the deposition and deposition of polysilicon on the inner wall of the reactor, or long-term due to clogging. Continuous operation becomes difficult.
[0007]
In addition, in order to prevent damage to the insert tube due to deposition of polysilicon on the inner wall of the fluidized bed reactor, a material having a thermal expansion coefficient close to that of polysilicon may be used, but when the material is graphite or silicon carbide, However, since the carbon derived from these materials is mixed into the granular polysilicon as an impurity, it becomes a serious problem particularly when the granular polysilicon is used for a semiconductor application. Therefore, the material of the insert tube is preferably polysilicon. It is. However, even when the material of the insert pipe is polysilicon, the deposition of polysilicon on the inner wall cannot be prevented, and as a result, the long-term continuous operation becomes difficult due to the blockage.
[0008]
In this case, as a method of removing polysilicon deposited on the inner wall of the fluidized bed reactor, the reaction is stopped when polysilicon is deposited to some extent on the reactor inner wall, and a mixed gas of hydrogen chloride and silicon tetrachloride is added to the reactor. An etching method is known that removes polysilicon deposited on the inner wall by supplying it into the inner wall. However, in this method, not only the polysilicon deposited on the inner wall is removed, but also the polysilicon insert constituting the inner wall. The overetching phenomenon that also removes the tube results in damage to the insert tube. Therefore, it is necessary to replace the damaged insert tube.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is no damage to the inner wall of the fluidized bed reactor due to the removal of polysilicon deposited on the inner wall of the fluidized bed reactor, and there is no need to replace the insert tube in the long term, and the fluidized bed type reaction therefor A vessel has been sought.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research to solve the above technical problem, the present inventor used a fluidized bed reactor in which an inner wall is constituted by a polysilicon insert tube having an oxide layer formed on the surface, and a halogen gas is formed on the inner wall. Alternatively, it has been found that polysilicon deposited on the inner wall can be removed without over-etching by contacting with a gas containing hydrogen halide, and the present invention has been completed.
[0011]
That is, according to the present invention, in a method for producing granular polysilicon by thermal decomposition reaction or reduction reaction of a silane compound using a fluidized bed reactor, an oxide layer is formed on the inner wall of the fluidized bed reactor. It is constituted by a polysilicon insert tube, and polysilicon is deposited on the inner surface of the insert tube by the reaction, and when deposited, the deposited polysilicon is brought into contact with a gas containing halogen gas or hydrogen halide. This is a method for producing granular polysilicon.
[0012]
The present invention also provides a fluidized bed reactor comprising an insert wall made of polysilicon having an inner layer formed on the inner wall of the fluidized bed reactor used in the production method.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the silane compound used in the present invention, silane such as monosilane and disilane or halogenated silane such as monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane, and hexachlorosilane can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. May be. These silane compounds may be used as they are or diluted with other gases, but are preferably diluted with hydrogen and an inert gas such as argon, helium and nitrogen. The concentration of the compound is preferably 1 to 50%. If it is less than 1%, the precipitation reaction is slow, and if it is more than 50%, the precipitation reaction occurs rapidly.
[0014]
For the thermal decomposition reaction or reduction reaction of the silane compound for producing granular polysilicon in the present invention, a known method can be applied without any particular limitation. As the reaction conditions for these reactions, the conditions usually used can be adopted without any particular limitation. In general, the thermal decomposition reaction may be at or above the decomposition temperature of the silane compound, and the range of 600 to 700 ° C. is particularly suitable. The reduction reaction is generally performed by adding hydrogen, and the reaction temperature is preferably 900 to 1400 ° C, and particularly preferably 1100 to 1200 ° C.
[0015]
In the present invention, any known fluidized bed reactor can be used without any limitation. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a fluidized bed reactor, and an inner wall is constituted by a polysilicon insert tube 11. In the lower part of the fluidized bed reactor 1, a raw material introduction nozzle 2 for introducing a raw material silane compound, a hydrogen introduction nozzle 3, a nitrogen introduction nozzle 4 for purging the inside of the reactor with nitrogen, a product particle extraction nozzle 5, and an etching gas are introduced. A gas dispersion plate 7 on which an etching introduction nozzle 6 and an oxidant introduction nozzle 12 are disposed. The upper part of the fluidized bed reactor 1 includes a gas discharge pipe 8 and a polysilicon seed particle charging pipe 9 for charging polysilicon seed particles into the reactor. A heater 10 is provided above the gas dispersion plate 7 so as to surround the fluidized bed reactor 1.
[0016]
In the apparatus, the precipitation reaction is performed in a fluidized bed portion 13 formed in a fluidized bed reactor 1 whose inner wall is constituted by a polysilicon insert 11.
[0017]
A feature of the present invention resides in that the inner wall of the fluidized bed reactor is constituted by a polysilicon insert tube having an oxide layer formed on the surface thereof. By providing an oxide layer on the surface of the polysilicon insert tube, when the polysilicon deposited on the inner wall is removed by etching, over-etching of the insert tube is eliminated, and damage to the polysilicon insert tube can be prevented. .
[0018]
The material of the insert tube in the present invention is not particularly limited as long as it is a known polysilicon, but is preferably high-purity polysilicon in order to prevent contamination with impurities. The formation of the insert tube is not particularly limited, and may be an integral tube or a combination of a plurality of members. In this case, the shape of the inner surface is not particularly limited and may be a cylindrical shape or a rectangular tube shape. However, in order to remove the polysilicon deposited on the inner wall evenly, the cylindrical shape is preferable.
[0019]
In addition, the location of the insert tube as the inner wall of the fluidized bed reactor is not particularly limited. However, in the case of a system in which heat is applied from the outside of the reactor, the reactor and the insert tube are in close contact to improve heat conductivity. The method of installing and the method of installing by installing a member with good heat conductivity between the reactor and the insert tube are preferable.
[0020]
As a method for forming an oxide layer on the surface of the insert tube in the present invention, a known method can be applied without particular limitation. However, in order to prevent damage to the oxide layer, there is a temperature difference from the precipitation reaction temperature at the time of forming the oxide layer. The temperature is preferably within ± 50%, and the temperature difference from the precipitation reaction temperature is preferably maintained within ± 50% until the precipitation reaction is performed. That is, since there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the polysilicon that is the material of the insert tube and the oxide layer formed on the polysilicon surface, the temperature difference from the deposition reaction temperature to the precipitation reaction is ±± By making it within 50%, breakage of the oxide layer can be prevented.
[0021]
The method of forming an oxide layer applicable to the present invention shown above is a method of contacting a gaseous oxidant such as oxygen, air, water vapor, nitrous oxide at 600 to 900 ° C., in a liquid oxidant such as nitric acid at room temperature. Examples of the method include immersion, and these methods may be used alone or in combination. The oxide layer may be formed after the insert tube is installed in the fluidized bed reactor or may be formed in advance before installation.
[0022]
In the present invention, the thickness of the oxide layer is preferably in the range of 0.01 to 100 μm. If the thickness of the oxide layer is less than 0.01 μm, it is preferable because the oxide layer is peeled off due to abrasion by granular polysilicon during the precipitation reaction, and the surface of the insert tube is over-etched when it comes into contact with a gas containing halogen gas or hydrogen halide. Absent. On the other hand, if it is thicker than 100 μm, the oxide layer is damaged due to the difference in thermal expansion coefficient between the oxide layer and the insert tube, which is not preferable. In addition, in order to prevent the oxide layer from being worn by the polysilicon particles during the precipitation reaction, silicon is generated in advance by a thermal decomposition reaction or reduction reaction of the silane compound before the precipitation reaction, and the surface of the oxide layer is covered with polysilicon. It is preferable to do this.
[0023]
In the present invention, the deposited polysilicon is removed by bringing a gas containing halogen gas or hydrogen halide (hereinafter referred to as etching gas) into contact with the surface of the insert tube. Halogen gas is preferably chlorine used in the present invention, the hydrogen halide Hydrogen chloride, bromide hydrogen. These etching gases may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the halogen gas or hydrogen halide in the etching gas is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 100% by volume. If the concentration is less than 0.3% by volume, the etching rate is slow, which is not preferable. As a gas for diluting the etching gas, a gas that does not impair the effects of the present invention can be used without any limitation, and hydrogen and inert gases such as argon, helium, and nitrogen are particularly preferable.
[0024]
In the present invention, the contact temperature between the etching gas and the insert tube is preferably 600 to 900 ° C. If the temperature is lower than 600 ° C., the reaction rate with chlorine or hydrogen halide in the etching gas is poor, and if it is higher than 900 ° C., over-etching occurs partially and uniform etching is not preferable. The contact temperature is preferably set to a temperature within ± 50% with respect to the precipitation reaction temperature. If the temperature change is more than ± 50%, the insert tube is damaged or the polysilicon deposited on the insert tube is peeled off.
[0025]
The flow rate of the etching gas in the fluidized bed reactor is preferably 0.01 to 200 cm / sec when empty. If the flow rate is less than 0.01 cm / second, the processing amount becomes small and is not practical. If the flow rate is larger than 200 cm / second, the reaction rate of chlorine or hydrogen halide is deteriorated, and as a result, a large amount of etching gas is required. It is not preferable.
[0026]
In the present invention, the timing when the inner surface of the fluidized bed reactor is brought into contact with the etching gas is not limited at all, and may be appropriately determined in consideration of production efficiency and etching efficiency. It is preferable to contact the etching gas when it reaches 1 to 20% of the inner capacity.
[0027]
In addition, the etching process is preferably performed by once stopping the precipitation reaction in consideration of the etching efficiency. If the granular polysilicon exists in the reactor, the granular polysilicon is also etched at the same time. It is preferable that the granular polysilicon in the vessel is once extracted and the inside of the reactor is emptied before etching.
[0028]
Furthermore, it is preferable to maintain within ± 50% of the precipitation reaction temperature and the etching treatment temperature until the etching treatment is performed after the precipitation reaction is stopped in order to prevent breakage of the insert tube.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a reactor in which an inner wall is constituted by a polysilicon insert tube having an oxide layer formed on the surface, a gas containing halogen gas or hydrogen halide on the inner wall, which has been considered as a problem in the past, is used. By contacting, the overetching of the insert tube when removing the polysilicon deposited on the insert tube is eliminated, and it becomes possible to manufacture granular polysilicon without replacing the insert tube.
[0030]
【Example】
Examples of the present invention will be described below with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited to these examples.
[0031]
Example 1
Using the fluidized bed reactor 1 whose inner wall is constituted by the insert tube 11 made of polysilicon and having a cylindrical inner surface, the reactor temperature is first heated to 700 ° C. using the heater 10, and then the oxidizing agent introduction nozzle The air was introduced into the reactor from No. 12, and the air was brought into contact with the surface of the insert tube for 5 hours to form an oxide layer on the surface of the insert tube. The thickness of the oxide layer formed by this oxide layer formation process was 0.1 μm.
[0032]
After forming the oxide layer, while maintaining the temperature in the reactor at 700 ° C., nitrogen is introduced from the nitrogen introduction nozzle 4 to replace the inside of the reactor with nitrogen, and hydrogen is further introduced from the hydrogen introduction nozzle 3 to react. The inside of the vessel was replaced with hydrogen.
[0033]
Next, the temperature of the reactor is set to 650 ° C., a predetermined amount of polysilicon seed particles are charged into the reactor from the polysilicon seed particle charging tube 9 to form the fluidized bed portion 13, and then the monosilane supply rate is set to 2 kg / hr, under the condition that the volume ratio of monosilane and hydrogen is 1: 9, monosilane is supplied from the raw material supply nozzle 2 provided in the gas dispersion plate 7 below the fluidized bed reactor 11, and hydrogen is supplied from the hydrogen introduction nozzle 3 to the fluidized bed. It was supplied to the mold reactor 1 and the precipitation reaction was performed for 300 hours.
[0034]
After the precipitation reaction, while maintaining the temperature in the reactor at 650 ° C., the particles in the reactor are extracted from the product particle extraction nozzle 5, then the temperature of the reactor is set to 690 ° C. by the heater 10, and the etching gas introduction nozzle From No. 6, hydrogen chloride gas having a concentration of 100% was introduced into the reactor under the condition of a flow rate of 16 cm / sec on the inner wall of the fluidized bed reactor when empty, and etching treatment was performed for 250 hours.
[0035]
When the insert tube 11 was taken out from the fluidized bed reactor 1 after the etching process was completed, the polysilicon deposited on the inner wall by the precipitation reaction was completely removed, and over-etching to the insert tube 11 was observed. Furthermore, there was no change in the weight of the insert tube 11.
[0036]
When the etching operation was not performed, the insert tube 11 was taken out and the weight was measured after completion of the reaction. As a result, 2.5% of the capacity of the polysilicon in the reactor was deposited on the inner wall of the polysilicon insert tube 11. Was.
[0037]
Example 2
The same operation as in Example 1 was performed except that the insert tube 11 was immersed in 70% nitric acid for 1 hour and then placed in the fluidized bed reactor 11. In this case, the thickness of the oxide layer was 5 μm.
[0038]
When the insert tube was taken out from the reactor after completion of etching, the polysilicon deposited on the inner wall by the precipitation reaction was completely removed, no over-etching on the insert tube was observed, and there was no change in the weight of the insert tube 11. It was.
[0039]
Comparative Example The same operation as in Example 1 was performed, except that the precipitation reaction of granular polysilicon was performed without forming an oxide layer on the surface of the insert tube.
[0040]
After completion of the etching operation, the reactor was opened and the insert tube was taken out. As a result, the polysilicon deposited on the inner wall by the precipitation reaction was removed, but part of the polysilicon insert tube 11 was over-etched, and the weight was reduced. Decreased by 0.3%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
1. 1. fluidized bed reactor 2. Raw material introduction nozzle 3. Hydrogen introduction nozzle 4. Nitrogen introduction nozzle Product particle extraction nozzle 6. 6. Etching gas introduction nozzle 7. Gas dispersion plate 8. Gas exhaust pipe 9. Polysilicon seed particle charging tube Heater 11. Insert tube 12. Oxidant introduction nozzle 13. Fluidized bed part

Claims (5)

流動層型反応器を使用してシラン化合物の熱分解反応又は還元反応によりシリコンを析出せしめて粒状ポリシリコンを製造する方法において、該流動層型反応器の内壁を表面に酸化層を形成したポリシリコンのインサート管により構成し、該インサート管の内面にポリシリコンが析出し、堆積した時点で該堆積したポリシリコンにハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスを接触させることを特徴とする粒状ポリシリコンの製造方法。  In a method for producing granular polysilicon by depositing silicon by thermal decomposition reaction or reduction reaction of a silane compound using a fluidized bed reactor, a polycrystal having an oxide layer formed on the inner wall of the fluidized bed reactor. Granular polysilicon comprising a silicon insert tube, polysilicon deposited on the inner surface of the insert tube, and contacting the deposited polysilicon with a gas containing halogen gas or hydrogen halide when deposited Manufacturing method. ハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスとの接触温度が600〜900℃である請求項1記載の粒状ポリシリコンの製造方法。  The method for producing granular polysilicon according to claim 1, wherein the contact temperature with the gas containing halogen gas or hydrogen halide is 600 to 900 ° C. ハロゲンガス又はハロゲン化水素を含むガスとの接触温度が反応温度に対して±50%以内である請求項1記載の粒状ポリシリコンの製造方法。The method for producing granular polysilicon according to claim 1, wherein the contact temperature with the gas containing halogen gas or hydrogen halide is within ± 50% of the reaction temperature. 内壁が表面に酸化層を形成したポリシリコンよりなるインサート管によって構成されたことを特徴とする粒状ポリシリコン製造用流動層型反応器。  A fluidized bed reactor for producing granular polysilicon, characterized in that the inner wall is constituted by an insert tube made of polysilicon having an oxide layer formed on the surface thereof. 酸化層の厚みが、0.01〜100μmである請求項4記載の粒状ポリシリコン製造用流動層型反応器。  The fluidized bed reactor for producing granular polysilicon according to claim 4, wherein the oxide layer has a thickness of 0.01 to 100 µm.
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