JP5205776B2 - 固体生成物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
固体生成物の製造方法及び製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5205776B2 JP5205776B2 JP2007061207A JP2007061207A JP5205776B2 JP 5205776 B2 JP5205776 B2 JP 5205776B2 JP 2007061207 A JP2007061207 A JP 2007061207A JP 2007061207 A JP2007061207 A JP 2007061207A JP 5205776 B2 JP5205776 B2 JP 5205776B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- layer
- solid product
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000012265 solid product Substances 0.000 title claims description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 467
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 88
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 64
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 48
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 47
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 41
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 31
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 25
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 24
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims description 23
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 58
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 40
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 29
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 29
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 206010065042 Immune reconstitution inflammatory syndrome Diseases 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001637 plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 zinc chloride) Chemical compound 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/04—Halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
例えば、塩化ニッケルガスを水素ガスで気相還元するニッケル超微粉の製造技術(例えば、特許文献1及び2参照)、ニッケル、銅または銀の塩化物のガスを、水素ガスや硫化水素ガス等で気相還元するニッケル、銅または銀の粉末の製造技術(例えば、特許文献3参照)が開示されている。
また、塩化ガリウムガスを亜鉛等の蒸気で気相還元する技術も示唆されており(例えば、特許文献4参照)、更に、四塩化珪素(SiCl4)ガスを亜鉛ガス等の金属還元剤で気相還元する多結晶シリコンの製造方法が開示されている(例えば、特許文献5及び6参照)。
その点、四塩化珪素(SiCl4)ガスを亜鉛ガス等の金属還元剤で気相還元する多結晶シリコンの製造方法は、例えば石英製の横型反応器の中に、四塩化珪素及び亜鉛(Zn)のガスを供給し、反応器内に多結晶シリコンを成長させる。それと共に、副生する塩化亜鉛(ZnCl2)を、電解等の方法により亜鉛と塩素に分離し、得られる亜鉛を再び還元剤として使用し、得られる塩素を四塩化珪素の合成に使用する循環型プロセスによって、多結晶シリコンを安価に製造できる可能性を有している。
しかし、このガス状原料を反応させて固体生成物を製造する技術においては、得られる固体生成物は、反応器材質からの汚染を受け易い他に、反応によって生じる副生ガス及び未反応のガス状原料による汚染を受け易いという問題点がある。
(1)複数成分のガス状原料を反応させて、固体生成物を製造する方法であり、該反応を縦型反応器を用い、該反応器の上部から複数成分のガス状原料を供給し、該反応器の下部には、該反応器の下部より連続的に供給されるシールガスからなるシールガス層を形成し、形成されたシールガス層の最上面に沿って、反応によって生じる副生ガス及び未反応のガス状原料を含む排気ガスを反応器外に排出し、固体生成物を下部のシールガス層内に収納することを特徴とする固体生成物の製造方法。
例えば、固体生成物が多結晶シリコンの場合、鉛直方向に配置した反応器(以下、縦型反応器という)の上方に設置したシリコン塩化物ガス供給ノズルの直下に管状に生成し、下方に向かって器壁に接することなく連続的に成長し、自重または物理的な手段(例えば、シリコン塩化物ガス供給ノズルから下方に生成した多結晶シリコンに衝撃を加える等)によりノズルから脱落させた多結晶シリコンを、品質の低下を生じることなく製品収納することを可能とする。
更に、本発明による製造方法によれば、高温では使用が難しかった材料を用いた機器の利用が可能となり、通常組み合わせることのできる多くの手法も容易に利用できるようになる等、設備設計の制限が少なくなる。
本発明による製造方法によれば、固体生成物の生産に必要な高い温度条件と、固体生成物の品質維持や、製品取り扱いや設備材料に要求される可能な限り低い温度条件の、相反する2つの必要条件を矛盾無く実現することができる。
更に、上記理由のため、得られる固体生成物は純度が高く、多結晶シリコンの場合には太陽電池用シリコンの原料以外にも、半導体用シリコン(純度99.99重量%以上、好ましくは純度99.999重量%以上)の原料としても使用が可能となる。
反応には、縦型反応器を用い、該反応器上部から下方に向かって挿入設置される、シリコン塩化物ガス供給ノズルと、還元剤ガス供給ノズルとから、シリコン塩化物ガス及び還元剤ガスを供給する。両ガスの反応によって、シリコン塩化物ガス供給ノズルの先端部に多結晶シリコンを生成させ、これを該ノズル先端部から下方に成長させる。縦型反応器の下部には、シリコン塩化物ガス、還元剤ガス及び反応の副生ガスの中の最も密度の大きいガスと同等以上の密度を有するガスをシールガスとして用いたシールガス層を形成させ、生成した多結晶シリコンを連続的または間欠的にシールガス層内に収納し、シールガス層の上部位置より反応によって生じた排気ガス(反応によって生じる副生ガス及び未反応のガス状原料を含むガス)を連続的に排気する。
シールガス層は、上部と下部で温度勾配を持ち、シールガス層の上層部は還元反応温度に最適な温度に保ちつつ、シールガス層の下層部分はシールガス(例えば、シリコン塩化物ガス)の凝縮が起きない温度以上であるが還元反応温度より充分に低い温度であることが好ましい。
シリコン塩化物ガス供給ノズルの先端部から下方に生成成長する多結晶シリコンは、連続的または間欠的に、自重または物理的な手段によりノズルから脱落した後、速やかにシールガス層に収納貯蔵され、排気ガスとの接触が絶たれ排気ガスを原因とする汚染を防ぐことができる。
本発明を例証する高純度多結晶シリコンの製造装置は、図1に示す構成を持つ略円筒状の反応器1を用いる。鉛直に設置された反応器1は3つの層から構成され、最上部に還元反応層10、その下部に温度勾配を持つシールガスによるシールガス加熱層20、更にその下部に貯蔵部30を有す構造を持ち、反応器1の上部から下方に向かって、シリコン塩化物ガス供給ノズル2と、還元剤ガス供給ノズル3とがそれぞれ挿入される。本例証ではシールガス層は発明を理解しやすく説明するために、シールガス加熱層20及び貯蔵層30の2層の構成からなるシールガス層を示したが、更に多くの機能ごとに分けた層を設けても良く、また機能を合せ持つ層に統合してもよい。排気ガス抜き出しパイプ4はシールガス加熱層20の略上部に配置する。シールガス加熱層20の略下部には、シールガス導入パイプ6aを配置する。更に、貯蔵部30には製品抜き出しを目的とする製品収納装置5を付属させることもでき、更にシールガス導入パイプ6bを必要に応じて付属させることもできる。シールガス層を更に多層持つ構造とする場合には必要に応じ、多数のシールガス導入パイプを設置し、多段に分けてシールガスを導入することもできる。
還元反応層10の高さは、本発明を組み込んだ製造方法による場合でも大きく影響は受けない。還元反応層10とシールガス加熱層20との境界部分は、排気ガス抜き出しパイプに向かう横向きの線速度となり、本発明を組み込まない製造方法と同様な考えに基づき還元反応層10の設計を行えばよい。
シリコン塩化物ガス供給ノズル2は、反応器1の壁から所定距離離れた位置に設置し、還元剤ガス供給ノズル3はシリコン塩化物供給ノズル2より上部にノズル開口部が配置されることが好ましい。シリコン塩化物供給ノズルの先端はガス流を下方に導くガス案内手段が加工されていることが好ましい。複数のシリコン塩化物ガス供給ノズルや複数の還元剤ガス供給ノズルを設置する場合には、反応を互いに干渉しないようそれぞれのノズルの距離を考慮しまた反応器の直径を考慮して配置することが好ましい。還元剤ガスの供給速度は反応器内におけるシリコン塩化物ガスの流れを乱さない速度であれば特に限定されないが、シリコン塩化物ガスの供給速度は乱流とならない速度で供給する必要がある。還元剤ガス供給ノズル3の取り付け位置及び本数は、還元剤ガスを容器内に充分に拡散させることを満たせば限定されない。
反応器1内で成長した管状凝集多結晶シリコン100は、シールガス加熱層20を通り貯蔵層30に落下する。この落下によるシールガス層の乱れ、還元反応層の気流の乱れは一時的であり、シールガス層の高さを確保することにより反応及び結晶成長には影響を及ぼさない。貯蔵層30からはシャッター型の弁等を介し製品収納装置5に多結晶シリコンCを取り出すことができる。
貯蔵層30は成長し落下した多結晶シリコンを直接受け止め、更に多結晶シリコンに直接接触する。しかし本発明の方法によれば、貯蔵層30内の温度は反応温度に比べて格段に低く、シールガスの凝縮温度以上、且つ好ましくは300℃以下の温度に保持され、材質からの汚染は高温の環境に比較し格段に抑えられる。シールガスに耐性を有し、多結晶シリコン100の落下の衝撃による破損が生じない強度を持った材質、例えば、耐酸性を有するステンレス材料等も使用できる。
シリコン塩化物ガスと還元剤ガスとの反応は、好ましくは800〜1200℃、より好ましくは850〜1050℃の範囲で行われる。したがって、前記温度範囲となるように加熱制御された還元反応層10内に、前記温度範囲に加熱されたシリコン塩化物ガス及び還元剤ガスを供給することが好ましい。
排気ガス抜き出しパイプの温度は副生ガスや未反応ガスの凝縮による閉塞を防ぐように反応器温度と同等の温度、好ましくは反応温度より高い温度に維持することがより好ましい。
副生ガスのシールガス層への拡散または流入を防ぐ方法の試験は図2に示す装置を用いて行った。反応器1は石英ガラス製で高さ約1000mm、直径50mmの大きさを持つ。反応器1の上部には塩化亜鉛を外部からの加熱によりガス化し発生させる塩化亜鉛ガス加熱発生装置70を組み込む。中央部には直径約30mmの排気ガス抜き出しパイプ4を有し、排気ガス抜き出しパイプの先には高さ約600mm、直径50mmのガラスにて作成した還元剤塩化物回収タンク50を接続する。下部にはシールガス導入パイプ6aを有し、シールガス加熱供給装置からシールガスが供給される。本試験に置いてはシールガスとして四塩化珪素を用いる。上部にはバランスガスHの導入を行うパイプを有し、発生した塩化亜鉛ガスの線速度や組成を変えることができる。反応器1は塩化亜鉛ガス加熱発生装置70の部分、排気ガス抜き出しパイプ4の接続部分及び反応器1の下部の三部分に分けて、全体を加熱装置により所定の温度に保温される。
図4に例示した模式図で構成される試験製造装置を用いて多結晶シリコンの製造試験を行い品質の確認を行った。反応器は石英製で内径200mm長さ3350mmの石英製の円柱及び下に内径200mm、長さ1300mmのステンレス製の円筒を組み合わせた構造を持つ。試験装置の上部から2000mmの位置に、内径40mm、長さ700mmの排気ガス抜き出しパイプを付属し、3500mmの位置にシールガス導入口を持つ。反応器の天井中心部分には先端が薄肉となるように加工された石英製の内径20mmのシリコン塩化物供給パイプ1本が挿入される。また中心から外周方向に60mm離れた位置に、石英製の内径20mmの還元剤ガス供給パイプが、シリコン塩化物供給パイプを両側から挟むように挿入される。シリコン塩化物供給パイプの開口位置は天井部から250mmの位置に、還元剤ガス供給パイプの開口位置は天井部から215mmに配置する。上記構成により、還元反応層10の高さは2000mm、シールガス加熱層20の高さは1500mm、貯蔵層の高さは1150mmとなる。
尚、シリコンの純度分析は、HF/HNO3でシリコンを分解除去した溶液中の金属元素(17元素:Zn、Al、Ca、Cd、Cr、Cu、Co、Fe、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sn、Ti、P、B)を高周波誘導プラズマ発光分光法(ICP-AES:機種、日本ジャーレルアッシュ、形式、IRIS−AP)で定量し、100重量%からその17元素の定量値の和を減算することで求めた。
本発明の方法を用いない場合の例を示す。図4の装置を用い実施例2と同様な手順及び条件による試験を行った。但しシールガスの導入は行わずに試験を行った。時間の経過に従い貯蔵層の温度上昇と多量の着色物の析出が観測された。シールガスの導入を行わない条件では、貯蔵層部分の温度を低い温度に維持しての反応継続は不可能であった。20時間反応継続後に運転を停止し、反応器内部を高純度窒素にて置換し、冷却後に貯蔵部を開放して生成物を確認した。貯蔵部内部には多量の薄茶色の粉体が確認され、また貯蔵部壁面にも層状に薄茶色の物質が付着しているのが確認された。内部に管状凝集多結晶シリコン2本が落下しているのを確認したが、薄茶色の粉体にまみれた状態で存在していた。還元反応層内にはシリコン塩化物供給ノズル先端から成長している管状凝集多結晶シリコンも確認された。落下し収納された多結晶シリコンの重量は5.5kgであった。薄茶色の粉体及び壁面付着物を採取し分析を行ったところ、塩化亜鉛、金属亜鉛及び微粉状のシリコンの混合物であった。落下収納された多結晶シリコンは不純物としてZnを0.8重量%、その他Fe、Cr、Ni、Alが検出され、純度は99.2重量%であった。シリコン塩化物供給ノズル先端から成長した、管状凝集多結晶シリコンの純度は99.999重量%であった。
2 ・・・シリコン塩化物ガス供給ノズル
3 ・・・還元剤ガス供給ノズル
4 ・・・排気ガス抜き出しパイプ
5 ・・・製品収納装置
6a・・・シールガス導入パイプ(1)
6b・・・シールガス導入パイプ(2)
6c・・・シールガス加熱供給装置
7 ・・・気化装置
8a・・・溶融炉
8b・・・蒸発炉
9 ・・・加熱器
10・・・還元反応層
20・・・シールガス加熱層
30・・・貯蔵層
40・・・反応器加熱炉
50・・・還元剤塩化物回収タンク
60・・・シリコン塩化物凝縮装置
70・・・塩化亜鉛ガス加熱発生装置
100・・管状凝集多結晶シリコン
A ・・・還元剤
B ・・・シリコン塩化物
C ・・・多結晶シリコン
D ・・・固形分(還元剤塩化物+未反応亜鉛+微粉状シリコン)
E ・・・シールガス
F ・・・ガス成分(未反応シリコン塩化物+シールガス)
G ・・・ガス処理装置
H ・・・バランスガス
Claims (17)
- 複数成分のガス状原料を反応させて、固体生成物を製造する方法であり、複数成分のガス状原料が、シリコン塩化物ガス及び還元剤ガスであり、固体生成物が多結晶シリコンであり、該反応を実質的に鉛直方向に配置された反応器(以下、縦型反応器という)を用い、該反応器の上部から複数成分のガス状原料を供給し、該反応器の下部には、該反応器の下部より連続的に供給され下記排気ガスの密度と同等以上の密度を有するガス(以下、シールガスという)からなるガス層(以下、シールガス層という)を形成し、形成されたシールガス層の最上面に沿って、反応によって生じる副生ガス及び未反応のガス状原料を含む排気ガスを反応器外に排出し、固体生成物を下部のシールガス層内に収納することを特徴とする固体生成物の製造方法。
- シールガス層が、上方に向かって線速度を持ち、その線速度が排気ガスのシールガス層に対する拡散を防ぐ速度に等しいかより大きな値である請求項1記載の固体生成物の製造方法。
- シールガス層が、下層部分の温度が低く上層部分の温度が高くなる温度勾配を持つ請求項1または2記載の固体生成物の製造方法。
- シールガスが、原料ガスのうち最も密度の大きなガスの密度より大きいかまたは等しい密度を持つガスであり、かつ反応によって生成した固体生成物の密度よりも小さな密度を持つガスである請求項1〜3のいずれか1項記載の固体生成物の製造方法。
- シールガスが、シリコン塩化物ガスである請求項1〜4のいずれか1項記載の固体生成物の製造方法。
- 縦型反応器が、外周面に加熱手段を有し、反応器の上部から反応器内部に挿入設置したシリコン塩化物ガス供給ノズルと、反応器上部から反応器内部に挿入設置した還元剤ガス供給ノズルを有し、シリコン塩化物供給ノズルの先端に多結晶シリコンの結晶成長点を有する請求項5記載の固体生成物の製造方法。
- 多結晶シリコンを反応器の下方に向かって成長させる請求項6記載の固体生成物の製造方法。
- 反応器の下方に向かって成長した多結晶シリコンを、成長に伴う自重の増加によりまたは外部からの物理的な手段により、下部に形成されるシールガス層に落下させ収納することを特徴とする、請求項7記載の固体生成物の製造方法。
- シールガス層が、温度勾配を有するガス層とそのガス層に接してその下層部分に実質的に一定温度に保たれるガス層が形成されている請求項1〜8のいずれか1項記載の固体生成物の製造方法。
- 多結晶シリコンが、温度勾配を有するガス層に接してその下層部分に形成され実質的に一定温度に保たれるガス層に収納される請求項1〜9のいずれか1項記載の固体生成物の製造方法。
- シリコン塩化物ガスが四塩化珪素ガスであり、還元剤ガスがガス状の亜鉛である請求項1〜10のいずれか1項記載の固体生成物の製造方法。
- 反応器の下部に供給される四塩化珪素ガスによって形成されるシールガス層が、上方に向かって線速度を持ち、その線速度が4〜100mm/sの速度である請求項11記載の固体生成物の製造方法。
- 鉛直方向に配置される反応器(以下、縦型反応器という)を用いて、複数成分のガス状原料を反応させて、固体生成物を製造する装置であり、複数成分のガス状原料が、シリコン塩化物ガス及び還元剤ガスであり、固体生成物が多結晶シリコンであり、該反応器の上部に複数のガス状原料の供給口を有し、該反応器の下部には連続的に上記ガス状原料または下記排気ガスの密度と同等以上の密度を有するガス(以下、シールガスという)を供給し該ガスによるガス層(以下、シールガス層という)を形成するためのガス供給口を有し、形成された該ガス層の最上面の略上部の位置に、反応によって生じる副生ガス及び未反応のガス状原料を含む排気ガスを排気する排気口を有し、シールガス層は上方に向かって線速度を与えられ、その線速度は排気ガスのシールガス層に対する拡散を抑える速度と同等以上の大きな値に保たれ、シールガス層の下層部分の温度が低く上層部分の温度が高くなる温度勾配を与えられ、固体生成物を下部のシールガス層内に落下させ収納する構成を特徴とする固体生成物の製造装置。
- 縦型反応器が、外周面に加熱手段を有し、該反応器上部の複数のガス状の原料供給口が、該反応器上部から反応器内部に挿入設置されたシリコン塩化物ガス供給ノズルと還元剤ガス供給ノズルであり、該還元剤ガス供給ノズルは該シリコン塩化物ガス供給ノズルより上部にノズルの開口部を持つように設置される請求項13記載の固体生成物の製造装置。
- 反応器の下部に形成されるシールガス層が、温度勾配を有するガス層とそのガス層に接してその下層部分に形成され実質的に一定温度に保たれるガス層からなり、該一定温度に保たれたガス層に多結晶シリコンを収納・貯蔵する構造を持つ請求項13または14記載の固体生成物の製造装置。
- シリコン塩化物ガスとして四塩化珪素ガスを加熱し供給する設備、還元剤ガスとして金属亜鉛をガス状の亜鉛として供給する設備、シールガスとして四塩化珪素ガスを加熱し供給する設備を有する請求項13〜15のいずれか1項記載の固体生成物の製造装置。
- 反応器の下部に形成されるシールガス層の実質的に一定温度に保たれるガス層に形成される多結晶シリコンの収納、貯蔵部の温度が、100℃以上、300℃以下の範囲に保持される請求項15または16記載の固体生成物の製造装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007061207A JP5205776B2 (ja) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | 固体生成物の製造方法及び製造装置 |
DE102008012710A DE102008012710A1 (de) | 2007-03-12 | 2008-03-05 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines festen Produkts |
US12/044,656 US7553468B2 (en) | 2007-03-12 | 2008-03-07 | Method for producing solid product |
KR1020080021934A KR101328521B1 (ko) | 2007-03-12 | 2008-03-10 | 고체 상품을 제조하는 방법 및 장치 |
TW097108342A TWI429792B (zh) | 2007-03-12 | 2008-03-10 | 製造固體產物的方法和設備 |
CN200810082298XA CN101264889B (zh) | 2007-03-12 | 2008-03-10 | 制造固体产物的方法和设备 |
US12/471,236 US8657956B2 (en) | 2007-03-12 | 2009-05-22 | Apparatus for producing solid product |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007061207A JP5205776B2 (ja) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | 固体生成物の製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008222476A JP2008222476A (ja) | 2008-09-25 |
JP5205776B2 true JP5205776B2 (ja) | 2013-06-05 |
Family
ID=39736371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007061207A Expired - Fee Related JP5205776B2 (ja) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | 固体生成物の製造方法及び製造装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7553468B2 (ja) |
JP (1) | JP5205776B2 (ja) |
KR (1) | KR101328521B1 (ja) |
CN (1) | CN101264889B (ja) |
DE (1) | DE102008012710A1 (ja) |
TW (1) | TWI429792B (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7922814B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-04-12 | Chisso Corporation | Production process for high purity polycrystal silicon and production apparatus for the same |
JP5018156B2 (ja) * | 2007-03-19 | 2012-09-05 | Jnc株式会社 | 多結晶シリコンの製造方法 |
US20130280896A1 (en) * | 2010-09-30 | 2013-10-24 | Jnc Corporation | Apparatus for producing polycrystalline silicon and method therefor |
KR101651117B1 (ko) | 2014-12-18 | 2016-08-25 | 주식회사 포스코 | 스핀들 고정 장치 |
CN109225459B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-09-22 | 浙江宏业装备科技有限公司 | 一种环保型农作物粉碎装置 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6425922U (ja) | 1987-04-30 | 1989-02-14 | ||
JPS6425922A (en) | 1987-07-20 | 1989-01-27 | Mitsubishi Metal Corp | Method for reducing gallium chloride |
JP2554213B2 (ja) | 1991-06-11 | 1996-11-13 | 川崎製鉄株式会社 | 球状ニッケル超微粉の製造方法 |
JP2867306B2 (ja) * | 1991-11-15 | 1999-03-08 | 三菱マテリアルポリシリコン株式会社 | 半導体級多結晶シリコンの製造方法とその装置 |
JP3197454B2 (ja) | 1995-03-10 | 2001-08-13 | 川崎製鉄株式会社 | 積層セラミックコンデンサー用ニッケル超微粉 |
JP2000345218A (ja) | 1999-05-31 | 2000-12-12 | Toho Titanium Co Ltd | 金属粉末製造用原料吐出ノズルおよび金属粉末の製造装置ならびに金属粉末の製造方法 |
JP4157281B2 (ja) * | 2000-05-11 | 2008-10-01 | 株式会社トクヤマ | シリコン生成用反応装置 |
JP4639005B2 (ja) * | 2001-07-03 | 2011-02-23 | 株式会社トクヤマ | シリコンおよびトリクロロシランの製造法 |
JP2003034519A (ja) | 2001-07-18 | 2003-02-07 | Yutaka Kamaike | シリコンの製造方法 |
JP2003342016A (ja) | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Takayuki Shimamune | 多結晶シリコンの製造方法 |
JP4290647B2 (ja) * | 2002-06-18 | 2009-07-08 | 株式会社トクヤマ | シリコン製造用反応装置 |
JP4462839B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2010-05-12 | 株式会社キノテック・ソーラーエナジー | シリコンの製造装置及び製造方法 |
JP4497813B2 (ja) * | 2002-12-19 | 2010-07-07 | コスモ石油株式会社 | シリコンの製造方法 |
-
2007
- 2007-03-12 JP JP2007061207A patent/JP5205776B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-03-05 DE DE102008012710A patent/DE102008012710A1/de not_active Withdrawn
- 2008-03-07 US US12/044,656 patent/US7553468B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-03-10 TW TW097108342A patent/TWI429792B/zh not_active IP Right Cessation
- 2008-03-10 CN CN200810082298XA patent/CN101264889B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-03-10 KR KR1020080021934A patent/KR101328521B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-05-22 US US12/471,236 patent/US8657956B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW200844273A (en) | 2008-11-16 |
US7553468B2 (en) | 2009-06-30 |
CN101264889B (zh) | 2012-01-04 |
KR20080083580A (ko) | 2008-09-18 |
US20090246102A1 (en) | 2009-10-01 |
DE102008012710A1 (de) | 2008-10-09 |
KR101328521B1 (ko) | 2013-11-13 |
US8657956B2 (en) | 2014-02-25 |
JP2008222476A (ja) | 2008-09-25 |
CN101264889A (zh) | 2008-09-17 |
TWI429792B (zh) | 2014-03-11 |
US20080226531A1 (en) | 2008-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5205776B2 (ja) | 固体生成物の製造方法及び製造装置 | |
TWI386526B (zh) | 高純度多結晶矽的製造方法及製造裝置 | |
JP4692247B2 (ja) | 高純度多結晶シリコンの製造方法 | |
JPWO2010029894A1 (ja) | 高純度結晶シリコン、高純度四塩化珪素およびそれらの製造方法 | |
US20120171848A1 (en) | Method and System for Manufacturing Silicon and Silicon Carbide | |
KR20140138109A (ko) | 산화규소 석출체의 연속 제조 방법 및 연속 제조 장치 | |
JP2011057527A (ja) | 多結晶シリコン製造システム、多結晶シリコン製造装置および多結晶シリコンの製造方法 | |
JP2012515129A (ja) | シリコン精製方法および装置 | |
JP4692324B2 (ja) | 高純度多結晶シリコンの製造装置 | |
WO2007077957A1 (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
JP5217162B2 (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
JP5383573B2 (ja) | 多結晶シリコン製造用の反応炉及びそれを用いる多結晶シリコンの製造方法 | |
JP2009292675A (ja) | シリコン又はハロゲン化シランの製造方法及び製造装置 | |
JP2014088275A (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
JP6028702B2 (ja) | 酸化珪素の製造方法 | |
JP5383604B2 (ja) | 多結晶シリコン製造用の反応炉 | |
WO2017075108A1 (en) | Method and apparatus for solar grade silicon production | |
WO2011007655A1 (ja) | 塩化亜鉛の凝縮液化装置及び方法 | |
JP6806517B2 (ja) | アルカリ土類金属の製造装置及び製造方法 | |
JP6650828B2 (ja) | シリコンの精製方法 | |
JP2010076951A (ja) | シリコンの製造方法 | |
JP5419971B2 (ja) | 多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコン製造用の反応炉 | |
Khattak et al. | Production of solar grade (SoG) silicon by refining liquid metallurgical grade (MG) silicon: Annual Report: June 10 1998--October 19, 1999 | |
JP2014040330A (ja) | シリコン製造装置及びシリコン製造方法 | |
JP2013071881A (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100113 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20110331 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120327 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120514 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121127 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130204 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |