JP5383604B2 - Reactor for the production of polycrystalline silicon - Google Patents

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Description

本発明は、多結晶シリコンをするための反応炉に関するものであり、更に詳しくは、太陽電池用高純度多結晶シリコンを製造するために用いられる反応炉に関するものである。   The present invention relates to a reactor for producing polycrystalline silicon, and more particularly to a reactor used for producing high-purity polycrystalline silicon for solar cells.

近年の太陽電池の普及に伴い、多結晶シリコンの需要は急増している。従来、高純度の多結晶シリコンを製造する方法としてシーメンス法(Siemens Method)が挙げられる。シーメンス法はトリクロロシラン(SiHCl)を水素(H)によって還元する方法である。シーメンス法により製造される多結晶シリコンは純度がイレブン−ナイン(11−N)と非常に高く、半導体用シリコンとして使用されている。太陽電池用シリコンもこの半導体用シリコンとして製造された製品の一部を使用してきたが、11−Nほどの純度を必要としない点とシーメンス法が多くの電力を消費する点から、太陽電池用シリコンに適した安価な製造方法が求められている。 With the spread of solar cells in recent years, the demand for polycrystalline silicon is increasing rapidly. Conventionally, the Siemens method (Siemens Method) is mentioned as a method of manufacturing a high purity polycrystalline silicon. The Siemens method is a method of reducing trichlorosilane (SiHCl 3 ) with hydrogen (H 2 ). Polycrystalline silicon produced by the Siemens method has a very high purity of eleven-nine (11-N) and is used as silicon for semiconductors. Although the silicon for solar cells has also used a part of the product manufactured as this silicon for semiconductors, it does not require a purity as high as 11-N, and the Siemens method consumes a lot of power. There is a need for an inexpensive manufacturing method suitable for silicon.

このような中、太陽電池用シリコンの製造方法として、亜鉛還元法による多結晶シリコンの製造方法が提案されており、その反応は下記式(1):
SiCl + 2Zn = Si + 2ZnCl (1)
により示すものである。
Under such circumstances, a method for producing polycrystalline silicon by a zinc reduction method has been proposed as a method for producing silicon for solar cells, and the reaction thereof is represented by the following formula (1):
SiCl 4 + 2Zn = Si + 2ZnCl 2 (1)
It is shown by.

亜鉛還元法による多結晶シリコンの製造方法では、製造される多結晶シリコンの純度はシックス−ナイン(6−N)程度であり、半導体用シリコンに比べると純度は低いものの、シーメンス法と比較して5倍程度にも達する程反応効率に優れ且つ製造コストも有利な製造方法である。   In the method for producing polycrystalline silicon by the zinc reduction method, the purity of the produced polycrystalline silicon is about six-nine (6-N), which is lower than that of silicon for semiconductors, but compared with the Siemens method. It is a production method that is excellent in reaction efficiency and advantageous in production cost as much as about 5 times.

多結晶シリコンの製造方法としては、例えば、反応容器内で液体または気体状態の四塩化珪素を溶融亜鉛で還元し、生成した多結晶シリコンと塩化亜鉛とを含有する混合物を反応容器外に取り出し、前記混合物を分離容器に収容し、混合物中の塩化亜鉛を分離してのち、多結晶シリコンを分離容器から回収することを特徴とする多結晶シリコンの製造方法(特許文献1)や、反応容器内で液体または気体状態の四塩化珪素を溶融亜鉛で還元し、生成した多結晶シリコンと塩化亜鉛とを含有する混合物を反応容器外に取り出してのち、前記混合物中の塩化亜鉛を分離して、多結晶シリコンを回収する高純度シリコンの製造方法であって、分離された塩化亜鉛を電気分解して金属亜鉛と塩素を回収し、回収された金属亜鉛を再び前記四塩化珪素の還元剤として用いるとともに、回収された塩素を水素と合成させて塩化水素とし、前記四塩化珪素を生成するための金属シリコンの塩化処理に用いることを特徴とする高純度シリコンの製造方法(特許文献2)が報告されている。   As a method for producing polycrystalline silicon, for example, liquid or gaseous silicon tetrachloride is reduced with molten zinc in a reaction vessel, and a mixture containing the produced polycrystalline silicon and zinc chloride is taken out of the reaction vessel, A method for producing polycrystalline silicon (Patent Document 1), containing the mixture in a separation vessel, separating zinc chloride in the mixture, and then collecting polycrystalline silicon from the separation vessel; The liquid or gaseous silicon tetrachloride is reduced with molten zinc, and the mixture containing the produced polycrystalline silicon and zinc chloride is taken out of the reaction vessel, and the zinc chloride in the mixture is separated, A method for producing high-purity silicon that recovers crystalline silicon, wherein the separated zinc chloride is electrolyzed to recover metallic zinc and chlorine, and the recovered metallic zinc is again recovered from the silicon tetrachloride. A method for producing high-purity silicon, characterized in that it is used as a base agent and is used for chlorination of metallic silicon to produce silicon tetrachloride by synthesizing recovered chlorine with hydrogen to form hydrogen chloride (Patent Document) 2) has been reported.

特許文献1および2はいずれも液体または気体状態の四塩化珪素を溶融亜鉛で還元している。しかし、溶融亜鉛を用いる方法では、多結晶シリコンが粉状となり、後処理の煩雑さや不純物処理の難しさ及びキャスティングの困難さのために高コストになるという問題がある。   Patent Documents 1 and 2 both reduce liquid or gaseous silicon tetrachloride with molten zinc. However, in the method using molten zinc, there is a problem that polycrystalline silicon becomes powdery and is expensive due to the complexity of post-processing, the difficulty of impurity treatment, and the difficulty of casting.

そこで、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気を用いて亜鉛還元法を行うシリコンの製造方法としては、例えば、鉛直方向に立設された反応管に加熱しながら反応管の側周面に設けられた亜鉛蒸気供給口より亜鉛蒸気を供給するとともに、四塩化珪素蒸気を前記亜鉛蒸気供給口よりも下方から反応管の中心軸に沿って上方に向かって吐出させて、反応管内の温度分布を側周面側よりも中心軸側のほうが低くなるようにしてシリコン粉を製造する方法が報告されている(特許文献3)。   Therefore, as a silicon production method for performing a zinc reduction method using silicon tetrachloride vapor and zinc vapor, for example, zinc provided on the side peripheral surface of the reaction tube while heating the reaction tube standing in the vertical direction. While supplying zinc vapor from the vapor supply port, silicon tetrachloride vapor is discharged from below the zinc vapor supply port upward along the central axis of the reaction tube, and the temperature distribution in the reaction tube is changed to the side peripheral surface. There has been reported a method for producing silicon powder such that the center axis side is lower than the side (Patent Document 3).

また、反応容器内に珪素化合物供給配管と亜鉛供給配管を有し、反応容器内の整流部材を通してシリコンを含む反応生成ガスを反応容器外に排出するシリコン製造装置も報告されている(特許文献4)。   There is also a silicon production apparatus that has a silicon compound supply pipe and a zinc supply pipe in a reaction vessel and discharges a reaction product gas containing silicon to the outside of the reaction vessel through a rectifying member in the reaction vessel (Patent Document 4). ).

特許文献3、4はともにシリコンを含む反応生成ガスを反応容器外に排出するもので、得られるシリコンはシリコン粉である。ところが、粉状のシリコンはインゴット製造のために溶融する際、非常に熔解し難いという問題に加え、単位重量当たりの表面積が大きいことから純度が低くなり利用価値が乏しいという問題があった。   Patent Documents 3 and 4 both discharge reaction product gas containing silicon to the outside of the reaction vessel, and the obtained silicon is silicon powder. However, in addition to the problem that powdered silicon is very difficult to melt when it is melted for ingot production, there is a problem that the purity is low and the utility value is poor because the surface area per unit weight is large.

このため、得られるシリコンの形状としてはある程度の大きさを有する針状又はフレーク状が好ましい。針状又はフレーク状のシリコンを製造する方法としては、例えば、高純度四塩化珪素及び高純度亜鉛をそれぞれ気化させて、ガス化雰囲気において反応を行うことにより、製品として取り出すシリコンの多くが針状又はフレーク状である太陽電池用高純度シリコンの製造方法が報告されている(特許文献5)。   For this reason, the shape of the obtained silicon is preferably a needle shape or flake shape having a certain size. As a method for producing acicular or flaky silicon, for example, high purity silicon tetrachloride and high purity zinc are vaporized and reacted in a gasified atmosphere, so that most of the silicon taken out as a product is acicular. Or the manufacturing method of the high purity silicon | silicone for solar cells which is flake shape is reported (patent document 5).

特許文献5では、反応炉の内部に通電可能なタンタル芯またはシリコン芯を有し、この芯棒の温度を反応温度よりも上げることで反応炉よりも芯棒に針状、フレーク状のシリコンを析出させるものである。   In Patent Document 5, a reactor has a tantalum core or a silicon core that can be energized, and by raising the temperature of the core rod above the reaction temperature, needle-like and flaky silicon is placed on the core rod rather than the reactor. To be deposited.

特開平11−011925号公報(特許請求の範囲)Japanese Patent Laid-Open No. 11-011925 (Claims) 特開平11−092130号公報(特許請求の範囲)JP-A-11-092130 (Claims) 特開2009−107896号公報(特許請求の範囲)JP 2009-107896 A (Claims) 特開2009−167022号公報(特許請求の範囲)JP 2009-167022 A (Claims) 特開2004−018370号公報(特許請求の範囲)JP 2004-018370 A (Claims)

ところが、特許文献5では、タンタル芯又はシリコン芯を用いることにより、生成するシリコンをこれらの芯に析出させることはできるものの、反応炉の炉壁にもシリコンが析出してしまう。   However, in Patent Document 5, although tantalum cores or silicon cores can be used to deposit silicon to be generated on these cores, silicon is also deposited on the furnace wall of the reactor.

そして、バッチ工程を繰り返すような亜鉛還元法による多結晶シリコンの製造においては、1バッチ終了後に反応炉の炉壁にシリコンが析出した場合、次のバッチ工程を行う前に、炉壁からシリコンを取り除く必要があるが、炉壁に析出したシリコンを分離することは困難であるため、炉壁が傷ついたり、破損したりするということや、シリコンの除去に時間がかかり、製造効率が低下するという問題があった。   And in the production of polycrystalline silicon by the zinc reduction method that repeats the batch process, when silicon is deposited on the furnace wall of the reactor after the end of one batch, the silicon is removed from the furnace wall before performing the next batch process. Although it is necessary to remove it, it is difficult to separate the silicon deposited on the furnace wall, which means that the furnace wall is damaged or broken, and it takes time to remove silicon, which decreases the production efficiency. There was a problem.

また、原料の四塩化珪素ガス及び亜鉛ガスの全てが、反応炉内で反応することはないため、未反応の四塩化珪素ガス及び亜鉛ガスが、排出ガスの排出管より排出される。   Further, since all of the raw material silicon tetrachloride gas and zinc gas do not react in the reactor, unreacted silicon tetrachloride gas and zinc gas are discharged from the exhaust gas discharge pipe.

そのため、特許文献5等の従来の反応炉では、排出ガスの排出管内でも、シリコンの析出が起こってしまうので、シリコンが排出管を閉塞してしまうという問題があった。   For this reason, in the conventional reactor of Patent Document 5 and the like, silicon is deposited even in the exhaust gas exhaust pipe, so that there is a problem that silicon blocks the exhaust pipe.

そこで、本発明の目的は、亜鉛還元法により多結晶シリコンの製造を行うための反応炉であって、反応炉の炉壁及び排出管内への多結晶シリコンの析出を防ぐことが可能な反応炉を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is a reaction furnace for producing polycrystalline silicon by a zinc reduction method, which can prevent precipitation of polycrystalline silicon in a furnace wall and a discharge pipe of the reaction furnace. Is to provide.

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、反応炉内に内挿容器を設置し、排出管内に排出管用内挿管を設置し、そして、該内挿容器の下部に形成した排出ガスの排出口の周りを囲むようにして、排出ガスの漏洩防止壁を形成し、該排出ガスの漏洩防止壁が該排出管用内挿管の管内に入り込むようにすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive research in order to solve the above-described problems in the prior art, the inventors have installed an insertion vessel in the reaction furnace, installed an intubation tube for the discharge tube in the discharge tube, and the interpolation By surrounding the exhaust gas discharge port formed in the lower part of the container, forming an exhaust gas leakage prevention wall, and allowing the exhaust gas leakage prevention wall to enter the tube of the exhaust pipe intubation tube, The present inventors have found that the above problems can be solved and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、四塩化珪素と亜鉛を反応させて多結晶シリコンを生成させる反応炉であって、
該反応炉内に内挿容器が設置されており、該内挿容器の下部には、排出ガスの排出口が形成されており、該内挿容器の外壁には、該排出口を囲む排出ガスの漏洩防止壁が形成されており、
該反応炉の上部に、該内挿容器内に四塩化珪素蒸気を供給するための四塩化珪素蒸気の供給管及び該内挿容器内に亜鉛蒸気を供給するための亜鉛蒸気の供給管を有し、
該反応炉の下部に、排出ガスを排出するための排出管を有し、
該反応炉には、該反応炉内に、不活性ガスを供給するための不活性ガスの供給管を有し、
該排出管内に、排出管用内挿管が設置されており、
該排出ガス漏洩防止壁は、該排出管用内挿管の内側に入り込んでおり、且つ、該排出管用内挿管と該排出ガス漏洩防止壁との間及び該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間には、隙間が形成されていること、
を特徴とする多結晶シリコン製造用の反応炉を提供するものである。
That is, the present invention is a reactor for reacting silicon tetrachloride and zinc to produce polycrystalline silicon,
An insertion vessel is installed in the reaction furnace, and an exhaust gas discharge port is formed in the lower part of the insertion vessel. An exhaust gas surrounding the discharge port is formed on the outer wall of the insertion vessel. Leakage prevention wall is formed,
A silicon tetrachloride vapor supply pipe for supplying silicon tetrachloride vapor into the insertion vessel and a zinc vapor supply tube for supplying zinc vapor into the insertion vessel are provided at the top of the reactor. And
At the bottom of the reactor, has a discharge pipe for discharging exhaust gas,
The reaction furnace has an inert gas supply pipe for supplying an inert gas in the reaction furnace,
In the discharge pipe, an intubation for the discharge pipe is installed,
The exhaust gas leakage prevention wall enters the inside of the exhaust pipe intubation, and between the exhaust pipe intubation and the exhaust gas leakage prevention wall, and the pipe end of the exhaust pipe intubation and the insertion A gap is formed between the container and
A reactor for producing polycrystalline silicon characterized by the above is provided.

本発明によれば、亜鉛還元法により多結晶シリコンの製造を行うための反応炉であって、反応炉の炉壁及び排出管内への多結晶シリコンの析出を防ぐことが可能な反応炉を提供することができる。また、本発明によれば、1つのバッチ工程が終了した後、排出管用内挿管を外して、内挿容器(炭化珪素棒が設置されている場合は、内挿容器及び炭化珪素棒)を反応炉の外に取り出し、別の内挿容器(炭化珪素棒が設置される場合は、内挿容器及び炭化珪素棒)を設置し、別の排出管用内挿管を設置すれば、直ぐに、次のバッチ工程を行うことができるので、生産効率が高くなる。   According to the present invention, there is provided a reaction furnace for producing polycrystalline silicon by a zinc reduction method, which can prevent precipitation of polycrystalline silicon in a furnace wall and a discharge pipe of the reaction furnace. can do. Further, according to the present invention, after one batch process is completed, the inner tube for the discharge pipe is removed, and the inner vessel (the inner vessel and the silicon carbide rod when the silicon carbide rod is installed) is reacted. Take it out of the furnace, install another insertion vessel (if a silicon carbide rod is installed, an insertion vessel and a silicon carbide rod), and install another intubation tube for the discharge pipe. Since the process can be performed, the production efficiency is increased.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の形態例を示す模式的な端面図である。It is a typical end view which shows the example of the form of the reaction furnace for the polycrystalline silicon manufacture of this invention. 図1中の内挿容器を示す端面図である。It is an end elevation which shows the insertion container in FIG. 本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の排出管の近傍を拡大した模式的な端面図である。It is the typical end elevation which expanded the vicinity of the discharge pipe of the reactor for polycrystalline silicon manufacture of this invention. 四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管の設置位置及び形状の形態例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the installation position and shape of a supply pipe of silicon tetrachloride vapor and a supply pipe of zinc vapor. 四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管の設置位置及び形状の形態例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the installation position and shape of a supply pipe of silicon tetrachloride vapor and a supply pipe of zinc vapor. 本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の排出管の近傍を拡大した模式的な端面図である。It is the typical end elevation which expanded the vicinity of the discharge pipe of the reactor for polycrystalline silicon manufacture of this invention. 本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、内挿容器内に炭化珪素棒が設置されている形態例を示す模式的な端面図である。It is a typical end view which shows the example of a form by which the silicon carbide stick | rod is installed in the insertion container among the reactors for polycrystalline silicon manufacture of this invention. 図7中の内挿容器と炭化珪素棒とを示す端面図である。It is an end elevation which shows the insertion container and silicon carbide rod in FIG. 本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、内挿容器内に炭化珪素棒が設置されている形態例を示す模式的な端面図である。It is a typical end view which shows the example of a form by which the silicon carbide stick | rod is installed in the insertion container among the reactors for polycrystalline silicon manufacture of this invention. 本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、内挿容器内に炭化珪素棒が設置されている形態例を示す模式的な端面図である。It is a typical end view which shows the example of a form by which the silicon carbide stick | rod is installed in the insertion container among the reactors for polycrystalline silicon manufacture of this invention. 本発明の多結晶シリコンの製造方法により得られる多結晶シリコンを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the polycrystalline silicon obtained by the manufacturing method of the polycrystalline silicon of this invention. 排出管に内挿管が設置されているだけの比較例の反応炉の模式的な端面図である。It is a typical end view of a reaction furnace of a comparative example in which only an intubation tube is installed in the discharge pipe. 内挿容器に内挿管が繋がっていない比較例の反応炉の模式的な端面図である。It is a typical end view of the reactor of the comparative example with which the intubation tube is not connected with the insertion container. 内挿容器に内挿管が繋がってはいるものの、内挿容器の排出口の内側に内挿管が入り込む比較例の反応炉の模式的な端面図である。It is a typical end view of a reactor of a comparative example in which an intubation tube enters the inside of a discharge port of the insertion vessel, although the intubation tube is connected to the insertion vessel.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉について、図1〜図6を参照して説明する。図1は、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の形態例の模式的な端面図である。また、図2は、図1中の内挿容器を示す図であり、(2−1)は、図1中の内挿容器を示す端面図であり、垂直方向に切ったときの端面図であり、(2−2)は、(2−1)中の二点鎖線で囲んだ部分(図中、符号Aで示す部分)を、内挿容器の外側から見た図である。また、図3は、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の排出管の近傍を拡大した模式的な端面図であり、排出管用内挿管が排出管に挿入される様子を示す図である。また、図4及び図5は、四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管の設置位置及び形状の形態例を示す模式図であり、図4の(4−1)及び図5は、四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管を上側から見た時の図であり、図4の(4−2)は垂直方向に切ったときの端面図である。また、図6は、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉の排出管の近傍を拡大した模式的な端面図であり、反応炉内の窒素ガスの流れを示す図である。なお、図4及び図5では、説明の都合上、反応炉の内挿容器、四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管のみを記載した。   The reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic end view of an embodiment of a reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention. 2 is a view showing the insertion container in FIG. 1, and (2-1) is an end view showing the insertion container in FIG. 1, and is an end view when cut in the vertical direction. Yes, (2-2) is a view of the part surrounded by the two-dot chain line in (2-1) (the part indicated by the symbol A in the figure) as seen from the outside of the insertion container. FIG. 3 is an enlarged schematic end view of the vicinity of the discharge pipe of the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, and shows a state in which the internal pipe for the discharge pipe is inserted into the discharge pipe. . FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams showing examples of the installation positions and shapes of the supply pipe for silicon tetrachloride vapor and the supply pipe for zinc vapor, and (4-1) and FIG. 5 in FIG. It is a figure when the supply pipe | tube of a silicon tetrachloride vapor | steam and the supply pipe | tube of a zinc vapor | steam are seen from upper side, (4-2) of FIG. 4 is an end elevation when cut in the perpendicular direction. FIG. 6 is a schematic end view enlarging the vicinity of the discharge pipe of the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, showing the flow of nitrogen gas in the reactor. 4 and 5, for convenience of explanation, only the reactor insertion vessel, the silicon tetrachloride vapor supply pipe, and the zinc vapor supply pipe are shown.

図1中、反応炉20は、縦長の円筒形状を有する側壁部1と、該側壁部1の上下を塞ぐ蓋部2(2a、2b)と、該反応炉20を加熱するためのヒーター5と、からなる。該反応炉20内には、側面が円筒形状であり底面が円形の内挿容器13が設置されている。該反応炉20の上部には、該内挿容器13内に四塩化珪素蒸気9を供給するための四塩化珪素蒸気の供給管7及び該内挿容器13内に亜鉛蒸気10を供給するための亜鉛蒸気の供給管8が付設されている。該反応炉20の下部には、該内挿容器13内から排出される排出ガス11を反応炉の外に排出するための排出管6が付設されている。そして、該排出管6内には、排出管用内挿管14が設置されている。また、該反応炉20には、該反応炉20内に窒素ガス16を供給するための窒素ガス供給管151が付設されている。なお、該側壁部1と該蓋部2とは、例えば、それぞれのつば部の間にシール材を挟み込み、つば部同士をボルト締めすること等により、密閉されている。   In FIG. 1, a reaction furnace 20 includes a side wall part 1 having a vertically long cylindrical shape, a lid part 2 (2a, 2b) that closes the upper and lower sides of the side wall part 1, and a heater 5 for heating the reaction furnace 20; It consists of. In the reaction furnace 20, an insertion container 13 having a cylindrical side surface and a circular bottom surface is installed. A silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 for supplying silicon tetrachloride vapor 9 into the insertion vessel 13 and a zinc vapor 10 into the insertion vessel 13 are provided at the upper part of the reaction furnace 20. A zinc vapor supply pipe 8 is attached. A discharge pipe 6 for discharging the exhaust gas 11 discharged from the insertion container 13 to the outside of the reaction furnace is attached to the lower part of the reaction furnace 20. A discharge pipe inner intubation 14 is installed in the discharge pipe 6. The reaction furnace 20 is provided with a nitrogen gas supply pipe 151 for supplying nitrogen gas 16 into the reaction furnace 20. The side wall portion 1 and the lid portion 2 are sealed by, for example, sandwiching a sealing material between the respective flange portions and bolting the flange portions together.

図2の(2−1)に示すように、該内挿容器13の上側には、円板状の内挿容器の蓋部18が設置されており、該内挿容器の蓋部18には、四塩化珪素蒸気の供給管の挿入口21と、亜鉛蒸気の供給管の挿入口22が形成されている。該内挿容器13の下部には、該内挿容器13内から該排出ガス11を排出するための排出口17が形成されている。そして、図2の(2−2)に示すように、該内挿容器13の外壁には、該排出口17を囲むようにして、排出ガスの漏洩防止壁15が形成されている。該排出ガスの漏洩防止壁15は、該内挿容器13の外壁から外へ向かって突出するようにして、形成されている。図1及び図2に示す形態例では、円筒形状の排出ガスの漏洩防止壁が、内挿容器の排出口の周りを囲むようにして、内挿容器の外壁側に形成されている。   As shown in (2-1) of FIG. 2, a disc-shaped insertion container lid 18 is installed on the upper side of the insertion container 13. A silicon tetrachloride vapor supply pipe insertion port 21 and a zinc vapor supply pipe insertion port 22 are formed. A discharge port 17 for discharging the exhaust gas 11 from the inside of the insertion container 13 is formed in the lower part of the insertion container 13. As shown in (2-2) of FIG. 2, an exhaust gas leakage prevention wall 15 is formed on the outer wall of the insertion container 13 so as to surround the discharge port 17. The exhaust gas leakage prevention wall 15 is formed so as to protrude outward from the outer wall of the insertion container 13. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a cylindrical exhaust gas leakage prevention wall is formed on the outer wall side of the insertion container so as to surround the discharge port of the insertion container.

図3に示すように、該排出管用内挿管14は、反応炉の外側から、該排出管6の内側に挿入される。このとき、該排出管用内挿管14は、該排出ガスの漏洩防止壁15が、該排出管用内挿管14の内側に入り込む位置まで、該排出管6の内側に挿入される。そのため、該排出ガスの漏洩防止壁15の端部141(該排出ガスの漏洩防止壁15のうち、該内挿容器13の外壁に繋がっている側とは、反対側の端部)の位置が、該排出管用内挿管14の管端142(該内挿容器13側の該排出管用内挿管14の管端)の位置より、該排出管用内挿管14の管内側にある。言い換えると、排出ガスの出口側の該排出ガスの漏洩防止壁15の開口143が、該排出管用内挿管14の管内にある。   As shown in FIG. 3, the exhaust pipe inner tube 14 is inserted into the exhaust pipe 6 from the outside of the reaction furnace. At this time, the inner pipe 14 for the exhaust pipe is inserted inside the exhaust pipe 6 until the leak prevention wall 15 of the exhaust gas enters the inside of the inner pipe 14 for the exhaust pipe. Therefore, the position of the end 141 of the exhaust gas leakage prevention wall 15 (the end of the exhaust gas leakage prevention wall 15 opposite to the side connected to the outer wall of the insertion container 13) is From the position of the tube end 142 of the discharge tube inner tube 14 (the tube end of the discharge tube inner tube 14 on the inner container 13 side), it is inside the tube of the discharge tube inner tube 14. In other words, the opening 143 of the exhaust gas leakage prevention wall 15 on the outlet side of the exhaust gas is in the pipe of the internal pipe 14 for the exhaust pipe.

そして、該排出管用内挿管14と該排出ガスの漏洩防止壁15との間には、隙間161が形成されており、且つ、該排出管用内挿管14の管端142と該内挿容器13との間には、隙間162が形成されている。よって、該排出管用内挿管14は、該排出管用内挿管14の管端142と該内挿容器13との間で、隙間162が形成される位置まで、該排出管6内に挿入されている。   A gap 161 is formed between the exhaust pipe inner tube 14 and the exhaust gas leakage prevention wall 15, and the pipe end 142 of the exhaust pipe inner tube 14 and the inner container 13 A gap 162 is formed between them. Therefore, the inner tube 14 for the discharge tube is inserted into the discharge tube 6 to a position where a gap 162 is formed between the tube end 142 of the inner tube 14 for the discharge tube and the inner container 13. .

また、該側壁1の内壁に形成されている炉内つば部12に引っ掛けるようにして、窒素ガス管の固定部材4が設置されており、該窒素ガス管の固定部材4には、該窒素ガス供給管151が固定されている。   Further, a nitrogen gas pipe fixing member 4 is installed so as to be hooked on a furnace collar 12 formed on the inner wall of the side wall 1, and the nitrogen gas pipe fixing member 4 includes the nitrogen gas. A supply pipe 151 is fixed.

該四塩化珪素蒸気の供給管7の一端は、該内挿容器13の内部に位置し、他端は、四塩化珪素の蒸発器に繋がっている。また、該亜鉛蒸気の供給管8の一端は、該内挿容器13の内部に位置し、他端は、亜鉛の蒸発器に繋がっている。また、該排出管6は、排出ガス11、すなわち、四塩化珪素と亜鉛が反応する際に生成する塩化亜鉛ガス及び未反応ガスである四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を回収するための回収装置に繋がっている。また、該排出管用内挿管14も、該排出管6と同様に、該回収装置に繋がっている。   One end of the supply pipe 7 for the silicon tetrachloride vapor is located inside the insertion container 13 and the other end is connected to a silicon tetrachloride evaporator. One end of the zinc vapor supply pipe 8 is located inside the insertion container 13 and the other end is connected to a zinc evaporator. Further, the exhaust pipe 6 serves as a recovery device for recovering exhaust gas 11, that is, zinc chloride gas generated when silicon tetrachloride reacts with zinc and silicon tetrachloride vapor and zinc vapor which are unreacted gases. It is connected. In addition, the discharge pipe inner intubation 14 is connected to the recovery device in the same manner as the discharge pipe 6.

該反応炉20を用いる多結晶シリコンの製造方法について説明する。先ず、該ヒーター5により該反応炉20を加熱しておき、四塩化珪素及び亜鉛をそれぞれの蒸発器により気化させて、四塩化珪素蒸気9を四塩化珪素蒸気の供給管7から、亜鉛蒸気10を亜鉛蒸気の供給管8から、該内挿容器13内に供給しつつ、排出ガス11を該排出管6から、該反応炉20の外へ排出する。このとき、該内挿容器13内では、四塩化珪素と亜鉛が反応して、多結晶シリコンが生成し、該内挿容器13内で、生成した多結晶シリコンが析出する。そして、該内挿容器13の上部から四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を供給し、該内挿容器13の下部から該排出ガス11を排出しているので、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気は、該内挿容器13の上部から下向きに移動しており、これらの原料蒸気が下降しながら、該内挿容器13内で反応して多結晶シリコンの結晶が成長する。また、四塩化珪素と亜鉛の反応により、塩化亜鉛も生成するが、塩化亜鉛ガスは、未反応の四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気と共に、排出ガス11として、該内挿容器13の下部の排出口17から該排出管用内挿管14の内側を通って、反応炉20の外へ排出される。   A method for producing polycrystalline silicon using the reactor 20 will be described. First, the reaction furnace 20 is heated by the heater 5, silicon tetrachloride and zinc are vaporized by respective evaporators, and silicon tetrachloride vapor 9 is supplied from a silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 to zinc vapor 10 The exhaust gas 11 is discharged from the discharge pipe 6 to the outside of the reaction furnace 20 while supplying the gas from the zinc vapor supply pipe 8 into the insertion container 13. At this time, in the insertion container 13, silicon tetrachloride and zinc react to generate polycrystalline silicon, and the generated polycrystalline silicon precipitates in the insertion container 13. Since silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are supplied from the upper part of the insertion container 13 and the exhaust gas 11 is discharged from the lower part of the insertion container 13, the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor are The raw material vapor moves downward from the upper portion of the insertion vessel 13 and reacts in the insertion vessel 13 to grow polycrystalline silicon crystals. In addition, zinc chloride is also generated by the reaction of silicon tetrachloride and zinc, but the zinc chloride gas is discharged as an exhaust gas 11 together with unreacted silicon tetrachloride vapor and zinc vapor. The gas is discharged from the reaction furnace 20 through the inside of the discharge pipe inner tube 14 from 17.

四塩化珪素と亜鉛の反応を行っている間、窒素ガス16を該窒素ガス供給管151から該反応炉20内に供給する。   During the reaction between silicon tetrachloride and zinc, nitrogen gas 16 is supplied from the nitrogen gas supply pipe 151 into the reaction furnace 20.

すなわち、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉は、四塩化珪素と亜鉛を反応させて多結晶シリコンを生成させる反応炉であって、
該反応炉内に内挿容器が設置されており、該内挿容器の下部には、排出ガスの排出口が形成されており、該内挿容器の外壁には、該排出口を囲む排出ガスの漏洩防止壁が形成されており、
該反応炉の上部に、該内挿容器内に四塩化珪素蒸気を供給するための四塩化珪素蒸気の供給管及び該内挿容器内に亜鉛蒸気を供給するための亜鉛蒸気の供給管を有し、
該反応炉の下部に、排出ガスを排出するための排出管を有し、
該反応炉には、該反応炉内に、不活性ガスを供給するための不活性ガスの供給管を有し、
該排出管内に、排出管用内挿管が設置されており、
該排出ガスの漏洩防止壁は、該排出管用内挿管の内側に入り込んでおり、且つ、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間及び該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間には、隙間が形成されていること、
を特徴とする多結晶シリコン製造用の反応炉である。
That is, the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention is a reactor for producing polycrystalline silicon by reacting silicon tetrachloride and zinc,
An insertion vessel is installed in the reaction furnace, and an exhaust gas discharge port is formed in the lower part of the insertion vessel. An exhaust gas surrounding the discharge port is formed on the outer wall of the insertion vessel. Leakage prevention wall is formed,
A silicon tetrachloride vapor supply pipe for supplying silicon tetrachloride vapor into the insertion vessel and a zinc vapor supply tube for supplying zinc vapor into the insertion vessel are provided at the top of the reactor. And
At the bottom of the reactor, has a discharge pipe for discharging exhaust gas,
The reaction furnace has an inert gas supply pipe for supplying an inert gas in the reaction furnace,
In the discharge pipe, an intubation for the discharge pipe is installed,
The exhaust gas leakage prevention wall enters the inside of the exhaust pipe intubation, and between the exhaust pipe intubation and the exhaust gas leakage prevention wall, and the pipe end of the exhaust pipe intubation and the pipe A gap is formed between the insertion container and
Is a reactor for producing polycrystalline silicon.

該反応炉内は1,000℃程度の温度となるため、該反応炉の材質としては、透明石英、不透明石英などの石英、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられ、強度面からは、炭化珪素、窒化珪素が好ましく、また、温度勾配に起因するひび割れが起き難い点からは、石英、窒化珪素が好ましい。また、反応炉の構造等によっては、反応時の加熱温度に耐えられるのであれば、該反応炉の材質としては、特に制限されない。また、該反応炉の壁部と蓋部が、異なる材質であってもよい。   Since the temperature in the reaction furnace is about 1,000 ° C., examples of the material of the reaction furnace include quartz such as transparent quartz and opaque quartz, silicon carbide, silicon nitride, and the like. Silicon nitride is preferred, and quartz and silicon nitride are preferred from the viewpoint that cracks due to temperature gradients are unlikely to occur. Further, depending on the structure of the reaction furnace and the like, the material of the reaction furnace is not particularly limited as long as it can withstand the heating temperature during the reaction. Further, the wall portion and the lid portion of the reactor may be made of different materials.

該内挿容器の材質としては、透明石英、不透明石英、焼結石英などの石英、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられ、寿命や析出した多結晶シリコンを取り除く際に取り扱い易い点で、炭化珪素、窒化珪素が好ましく、また、温度勾配に起因するひび割れが起き難い点からは、石英、窒化珪素が好ましい。   Examples of the material for the insertion container include quartz such as transparent quartz, opaque quartz, and sintered quartz, silicon carbide, silicon nitride, etc., and silicon carbide, because it has a long life and is easy to handle when removing precipitated polycrystalline silicon. Silicon nitride is preferred, and quartz and silicon nitride are preferred from the viewpoint that cracks due to temperature gradients are unlikely to occur.

該反応炉及び該内挿容器の形状は、該反応炉内の該内挿容器の上部から該内挿容器内に供給された四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気が、該内挿容器の上部から下部に向かって下向きに移動しながら反応するような形状、すなわち、縦長の形状である。言い換えると、該反応炉及び該内挿容器の形状は、原料蒸気及び排出ガスが、該反応炉内の該内挿容器の上部から下部に向かって流れる形状である。   The shape of the reaction furnace and the insertion vessel is such that silicon tetrachloride vapor and zinc vapor supplied into the insertion vessel from the upper part of the insertion vessel in the reaction furnace are lower than the upper part of the insertion vessel. It is a shape that reacts while moving downward toward the surface, that is, a vertically long shape. In other words, the shape of the reaction furnace and the insertion vessel is such that the raw material vapor and the exhaust gas flow from the upper part to the lower part of the insertion vessel in the reaction furnace.

該反応炉の大きさは、特に限定されないが、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気の供給条件によって、適宜選択される。一般的には、好ましくは、該反応炉の縦方向の長さは、1,000〜6,000mmであり、円筒形状の場合、直径が200〜2,000mmである。また、該内挿容器の大きさは、該反応炉の側壁を損傷することがない程度で、該反応炉の内に収まる大きさであれば、特に制限されない。   The size of the reactor is not particularly limited, but is appropriately selected depending on the supply conditions of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor. In general, preferably, the length of the reactor in the vertical direction is 1,000 to 6,000 mm, and in the case of a cylindrical shape, the diameter is 200 to 2,000 mm. Further, the size of the insertion vessel is not particularly limited as long as it does not damage the side wall of the reactor and can fit within the reactor.

該反応炉では、該四塩化珪素蒸気の供給管及び該亜鉛蒸気の供給管が、該反応炉の上部に付設される。また、該排出管は、該反応炉の下部に付設される。そして、該反応炉では、該反応炉内に設置されている該内挿容器内で原料蒸気の下方向の流れが形成され、該内挿容器内で四塩化珪素と亜鉛の反応を起こさせることができるような位置(上下方向の位置)に、該四塩化珪素蒸気の供給管及び該亜鉛蒸気の供給管と、該排出管とが付設される。なお、図1では、該四塩化珪素蒸気の供給管7及び該亜鉛蒸気の供給管8は、該内挿容器の蓋部18から該内挿容器の内部へと挿入されている旨記載したが、他には、例えば、該四塩化珪素蒸気の供給管7及び該亜鉛蒸気の供給管8が、該内挿容器13の側面から内部へと挿入されていてもよい。   In the reaction furnace, the supply pipe for the silicon tetrachloride vapor and the supply pipe for the zinc vapor are attached to the upper part of the reaction furnace. The discharge pipe is attached to the lower part of the reactor. In the reaction furnace, a downward flow of the raw material vapor is formed in the insertion vessel installed in the reaction furnace, and a reaction between silicon tetrachloride and zinc is caused in the insertion vessel. The silicon tetrachloride vapor supply pipe, the zinc vapor supply pipe, and the discharge pipe are attached at a position where the silicon tetrachloride vapor can be formed (position in the vertical direction). In FIG. 1, it is described that the silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 and the zinc vapor supply pipe 8 are inserted from the lid portion 18 of the insertion container into the insertion container. Alternatively, for example, the silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 and the zinc vapor supply pipe 8 may be inserted from the side surface of the insertion container 13 into the inside.

該四塩化珪素蒸気の供給管及び該亜鉛蒸気の供給管の形状及び配置であるが、例えば、図4の(4−1)に示すように、該四塩化珪素蒸気の供給管及び該亜鉛蒸気の供給管の水平部が直線上に並ぶようにし、(4−2)に示すように、供給管の先をL字形状にして、供給管の出口を下向きにする形態例が挙げられる。また、図5に示すように、該四塩化珪素蒸気の供給管及び該亜鉛蒸気の供給管の水平部が直線上に並ばないようにする形態例が挙げられる。図5に示す形態例では、該四塩化珪素蒸気及び該亜鉛蒸気は、該内挿容器内を旋回するように移動する。   The shape and arrangement of the silicon tetrachloride vapor supply pipe and the zinc vapor supply pipe. For example, as shown in FIG. 4 (4-1), the silicon tetrachloride vapor supply pipe and the zinc vapor The horizontal portion of the supply pipe is arranged in a straight line, and as shown in (4-2), the tip of the supply pipe is L-shaped and the outlet of the supply pipe is directed downward. Moreover, as shown in FIG. 5, the example which prevents the horizontal part of the supply pipe | tube of this silicon tetrachloride vapor | steam and the supply pipe | tube of this zinc vapor | steam to line up on a straight line is mentioned. In the embodiment shown in FIG. 5, the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor move so as to rotate in the insertion container.

該排出管の内側には、該排出管用内挿管が設置されている。そして、該排出ガスは、該内挿容器の排出口から、該排出ガスの漏洩防止壁の内側を通り、該排出管用内挿管内を経て、反応炉の外へと排出されるように、該排出管用内挿管が、該排出管内に設置されている。   Inside the discharge pipe, the internal pipe for the discharge pipe is installed. The exhaust gas passes through the inside of the exhaust gas leakage prevention wall from the discharge port of the insertion container, passes through the inside of the exhaust pipe, and is discharged to the outside of the reactor. An intubation tube for the discharge pipe is installed in the discharge pipe.

そして、該排出管用内挿管は、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間に隙間が形成され、且つ、該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間に隙間が形成されるように、該排出管内に設置されている。本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉では、該窒素ガスの供給管等の不活性ガスの供給管から、反応炉内に窒素ガス16等の不活性ガスを供給すると、図6に示すように、該窒素ガス16は、先ず、該内挿容器13と該反応炉の側壁部1との間の隙間163を流れ、次いで、該窒素ガス16は、該排出管6と該排出管用内挿管14との間の隙間165に流れ込むものと、該排出管用内挿管14の管端142と該内挿容器13の外壁との間の隙間162及び該排出管用内挿管14と該排出ガスの漏洩防止壁15との間の隙間161を経て、該排出管用内挿管14内に流れ込むものとに分かれ、次いで、該隙間165に流れ込んだ窒素ガスは、そのまま、該隙間165を通って反応炉の外へ排出され、また、該隙間162及び該隙間161を経て、該排出管用内挿管14内に流れ込んだ窒素ガスは、該排出ガス11と共に、該排出管用内挿管14を通って反応炉の外へ排出される。   The exhaust pipe intubation has a gap formed between the exhaust pipe intubation and the exhaust gas leakage prevention wall, and between the end of the exhaust pipe intubation and the insertion container. It is installed in the discharge pipe so that a gap is formed. In the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, when an inert gas such as nitrogen gas 16 is supplied into the reactor from an inert gas supply tube such as the nitrogen gas supply tube, as shown in FIG. In addition, the nitrogen gas 16 first flows through a gap 163 between the insertion vessel 13 and the side wall 1 of the reactor, and then the nitrogen gas 16 passes through the exhaust pipe 6 and the exhaust pipe inner tube. 14 and the gap 162 between the pipe end 142 of the inner tube 14 for the discharge pipe and the outer wall of the inner container 13 and the leakage prevention of the inner pipe 14 for the discharge pipe and the exhaust gas. The nitrogen gas that has flowed into the inner tube 14 for the discharge pipe through the gap 161 between the wall 15 and the nitrogen gas that has flowed into the gap 165 passes through the gap 165 and goes out of the reactor. And is discharged through the gap 162 and the gap 161. , Nitrogen gas flowing into the outlet pipe for intubation 14, together with said discharge gas 11 is discharged through the outlet in the pipe cannulae 14 out of the reactor.

該排出管用内挿管の材質としては、透明石英、不透明石英、焼結石英などの石英、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられ、寿命や該排出管用内挿管内に析出した多結晶シリコンを取り除く際に取り扱い易い点で、炭化珪素、窒化珪素が好ましく、また、温度勾配に起因するひび割れが起き難い点からは、石英、窒化珪素が好ましい。また、該排出管用内挿管の材質は、該内挿容器と膨張率が異なることに起因する不具合が起こり難い点からは、内挿容器の材質と同じであることが好ましい。   Examples of the material for the inner tube for the exhaust pipe include quartz such as transparent quartz, opaque quartz, and sintered quartz, silicon carbide, silicon nitride, etc. When removing polycrystalline silicon deposited in the inner pipe for the exhaust pipe In view of easy handling, silicon carbide and silicon nitride are preferable, and quartz and silicon nitride are preferable from the viewpoint that cracking due to a temperature gradient is difficult to occur. Moreover, it is preferable that the material of the inner tube for the discharge tube is the same as the material of the inner tube from the viewpoint that problems caused by the difference in expansion rate from the inner tube are less likely to occur.

該排出管と該排出管用内挿管との間(図6中の隙間165)に、断熱材が配設されていてもよい。該断熱材は、反応炉内の温度が1000℃程度であるので、該排出管内を通気する排出ガスの温度も1000℃程度であり、また、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間(図6中の隙間163)を通ってくるガスの温度も1000℃程度であるため、これらのガスの温度に耐える耐熱性を有する必要がある。また、該断熱材は、該排出管と該排出管用内挿管との熱膨張量の差で、該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間が小さくなっても、該排出管及び該排出管用内挿管が破損しないように、圧縮変形し易いものが好ましく、例えば、スポンジ状の構造で圧縮変形可能な材質からなるもの、綿状又はウール状の構造で圧縮変形可能な繊維質の材質からなるもの、おこし状の構造(粒状物が凝集した構造)で圧縮変形可能なものが好ましい。また、該断熱材の構造は、内部をガスが、透過する構造であっても、透過しない構造であってもよい。該断熱材の材質としては、石英ウール、珪酸カルシウム繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、炭素繊維等が挙げられ、これらのうち、石英ウール、珪酸カルシウム繊維が好ましい。該断熱材の材質は、1種単独であっても2種以上の組み合わせであってもよい。
また、該排出管と該排出管用内挿管との間(図6中の隙間165)に、筒状の硬質の断熱材(以下、硬質断熱材とも記載する。)を配設し、該硬質断熱材と該排出管の間の隙間及び該硬質断熱材と該排出管用内挿管との間の隙間に圧縮変形可能な断熱材を配設してもよい。このとき、該硬質断熱材の厚み、外径及び内径は、該硬質断熱材と該排出管及び該排出管用内挿管との熱膨張量の差で、該硬質断熱材と該排出管との間の隙間及び該硬質断熱材と該排出管用内挿管との間の隙間が小さくなっても、該排出管及び該排出管用内挿管が破損しない厚み、外径及び内径が適宜選択される。該硬質断熱材の材質としては、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間(図6中の隙間163)を通ってくるガスの温度が1000℃程度であるため、これらのガスの温度に耐える耐熱性を有し、熱伝導率が低く断熱性に優れる点から、不透明石英、焼結石英、多孔質炭素、多孔質アルミナ、多孔質シリカアルミナ、珪酸カルシウム等が挙げられ、これらのうち、焼結石英、多孔質アルミナ、多孔質シリカアルミナ、珪酸カルシウムが好ましい。
A heat insulating material may be disposed between the discharge pipe and the internal pipe for discharge pipe (gap 165 in FIG. 6). Since the temperature inside the reaction furnace is about 1000 ° C., the temperature of the exhaust gas vented through the exhaust pipe is also about 1000 ° C., and between the insertion vessel and the side wall of the reaction furnace Since the temperature of the gas passing through the gap (gap 163 in FIG. 6) is also about 1000 ° C., it is necessary to have heat resistance that can withstand the temperature of these gases. Further, even if the gap between the exhaust pipe and the internal pipe for the exhaust pipe becomes small due to the difference in thermal expansion between the exhaust pipe and the internal pipe for the exhaust pipe, the heat insulating material A material that is easily compressible and deformed is preferable so that the inner tube for the discharge tube is not damaged. It is preferable that the material is made of an oval structure (a structure in which granular materials are aggregated) and can be compressed and deformed. Moreover, the structure of the heat insulating material may be a structure that allows gas to permeate inside or a structure that does not permeate gas. Examples of the material for the heat insulating material include quartz wool, calcium silicate fiber, alumina fiber, silica alumina fiber, and carbon fiber. Of these, quartz wool and calcium silicate fiber are preferable. The material of the heat insulating material may be a single type or a combination of two or more types.
Moreover, a cylindrical hard heat insulating material (hereinafter also referred to as a hard heat insulating material) is disposed between the discharge pipe and the internal pipe for the discharge pipe (gap 165 in FIG. 6), and the hard heat insulation. You may arrange | position the heat insulating material which can be compressively deformed in the clearance gap between a material and this discharge pipe, and the clearance gap between this hard heat insulating material and this internal pipe for discharge. At this time, the thickness, outer diameter, and inner diameter of the hard heat insulating material are the difference in thermal expansion between the hard heat insulating material, the discharge pipe, and the inner tube for the discharge pipe, and are between the hard heat insulating material and the discharge pipe. The thickness, the outer diameter, and the inner diameter are appropriately selected so that the discharge pipe and the discharge pipe inner tube are not damaged even if the gap and the gap between the hard heat insulating material and the discharge pipe inner pipe are reduced. As the material of the hard heat insulating material, the temperature of the gas passing through the gap (gap 163 in FIG. 6) between the insertion vessel and the side wall of the reactor is about 1000 ° C. From the point that it has heat resistance that can withstand the temperature of the gas and has low thermal conductivity and excellent heat insulation properties, examples include opaque quartz, sintered quartz, porous carbon, porous alumina, porous silica alumina, calcium silicate, Of these, sintered quartz, porous alumina, porous silica alumina, and calcium silicate are preferred.

該断熱材の厚みは、断熱材の種類や要求される断熱性等により、適宜選択されるが、好ましくは10〜300mm、特に好ましくは50〜200mmである。該断熱材の厚みは、反応時に該排出管と該排出管用内挿管との間を完全に埋めるような厚みであってもよいし、あるいは、反応時に該排出管と該断熱材との間又は該排出管用内挿管と該断熱材との間に隙間が残るような厚みであってもよい。   Although the thickness of this heat insulating material is suitably selected by the kind of heat insulating material, the heat insulation requested | required, etc., Preferably it is 10-300 mm, Most preferably, it is 50-200 mm. The thickness of the heat insulating material may be a thickness that completely fills a space between the discharge pipe and the internal pipe for the discharge pipe during the reaction, or between the discharge pipe and the heat insulating material during the reaction, or The thickness may be such that a gap remains between the inner pipe for the discharge pipe and the heat insulating material.

該排出管用内挿管の内径は、該排出ガスの漏洩防止壁の材質及び外径により、適宜選択され、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間を通ってきた不活性ガスの一部が、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間を通って、該排出管用内挿管内へと流れ込むことができ、且つ、反応時に該排出管用内挿管及び該排出ガスの漏洩防止壁が熱膨張したときに、熱膨張量の差で該排出管用内挿管又は該排出ガスの漏洩防止壁が破損されない隙間が、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間で形成される大きさであればよい。   The inner diameter of the inner pipe for the exhaust pipe is appropriately selected according to the material and outer diameter of the exhaust gas leakage prevention wall, and the inert gas that has passed through the gap between the inner container and the side wall of the reaction furnace. A portion of the exhaust pipe can pass through the exhaust pipe intubation and the exhaust gas leakage prevention wall into the exhaust pipe intubation, and during the reaction, the exhaust pipe intubation and the exhaust When the gas leakage prevention wall is thermally expanded, a gap that does not damage the exhaust pipe intubation tube or the exhaust gas leakage prevention wall due to a difference in thermal expansion amount is formed between the exhaust pipe intubation tube and the exhaust gas leakage prevention wall. Any size may be used as long as it is formed between the two.

該排出管用内挿管の外径は、該排出管の材質及び内径等により、適宜選択され、反応時に該排出管及び該排出管用内挿管が熱膨張したときに、熱膨張量の差で該排出管又は該排出管用内挿管が破損されない隙間が、該排出管と該排出管用内挿管との間で形成される大きさであればよい。   The outer diameter of the inner tube for the discharge pipe is appropriately selected depending on the material and inner diameter of the discharge pipe, and when the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe are thermally expanded during the reaction, It is sufficient that the gap that does not damage the tube or the inner tube for the discharge tube is of a size that is formed between the discharge tube and the inner tube for the discharge tube.

該排出管と該排出管用内挿管との間に該断熱材が配設されていない場合は、該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間の大きさ(図6中、該隙間165の大きさであり、該排出管6の内側と該排出管用内挿管14の外側との距離に相当する。)は、反応時に該排出管及び該排出管用内挿管が熱膨張したときに、熱膨張量の差で該排出管又は該排出管用内挿管が破損されない大きさであればよく、適宜選択されるが、好ましくは反応時の大きさで1〜40mmであり、特に好ましくは反応時の大きさで2〜20mmである。また、該排出管と該排出管用内挿管との間に該断熱材が配設されている場合は、該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間の大きさ(該排出管6の内側と該排出管用内挿管14の外側との距離)は、好ましくは反応時の大きさで10〜300mmであり、特に好ましくは反応時の大きさで50〜200mmである。   When the heat insulating material is not disposed between the discharge pipe and the discharge pipe inner tube, the size of the gap between the discharge pipe and the discharge pipe inner tube (the gap 165 in FIG. 6). And corresponds to the distance between the inside of the exhaust pipe 6 and the outside of the internal pipe 14 for the exhaust pipe.)) When the exhaust pipe and the internal pipe for the exhaust pipe are thermally expanded during the reaction. The discharge pipe or the intubation pipe for the discharge pipe may be of a size that is not damaged due to the difference in the amount of expansion, and is appropriately selected, but is preferably 1 to 40 mm in size during reaction, and particularly preferably during reaction. It is 2-20 mm in size. Further, when the heat insulating material is disposed between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe, the size of the gap between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe (of the discharge pipe 6 The distance between the inner side and the outer side of the inner tube 14 for the discharge pipe is preferably 10 to 300 mm in the reaction size, and particularly preferably 50 to 200 mm in the reaction size.

該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間の大きさ(図6中、該隙間161の大きさであり、該排出管用内挿管14の内側と該排出ガスの漏洩防止壁15の外側との距離に相当する。)及び該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間の隙間の大きさ(図6中、該隙間162の大きさであり、該排出管用内挿管14の管端142と該内挿容器13の外壁との距離に相当する。)は、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間を通ってきた不活性ガスの一部が、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間及び該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間を通って、該排出管用内挿管内へと流れ込むことができ、且つ、反応時に該排出管用内挿管及び該排出ガスの漏洩防止壁が熱膨張したときに、熱膨張量の差で該排出管用内挿管又は該排出ガスの漏洩防止壁が破損されない大きさであればよく、適宜選択されるが、好ましくは反応時の大きさで1〜40mmであり、特に好ましくは反応時の大きさで2〜20mmである。   The size of the gap between the exhaust pipe inner tube and the exhaust gas leakage prevention wall (in FIG. 6, the size of the gap 161, and the inside of the exhaust pipe inner tube 14 and the leakage prevention of the exhaust gas) This corresponds to the distance from the outside of the wall 15.) and the size of the gap between the tube end of the inner tube for the discharge tube and the inner container (the size of the gap 162 in FIG. (This corresponds to the distance between the tube end 142 of the tube inner tube 14 and the outer wall of the inner vessel 13.) The inert gas that has passed through the gap between the inner vessel and the side wall of the reactor. A part flows between the inner pipe for the exhaust pipe and the leakage prevention wall of the exhaust gas and between the pipe end of the inner pipe for the exhaust pipe and the inner container and into the inner pipe for the exhaust pipe. And when the inner pipe for the exhaust pipe and the leakage prevention wall for the exhaust gas are thermally expanded during the reaction, the exhaust is caused by the difference in thermal expansion amount. The inner intubation or the leakage prevention wall of the exhaust gas may be of a size that is not damaged, and is appropriately selected. The reaction size is preferably 1 to 40 mm, and particularly preferably the reaction size. 2-20 mm.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉では、該内挿容器の下部に、該排出ガスを外へ排出するための該排出口が形成されており、且つ、該内挿容器の排出口を囲むようにして、該内挿容器の外壁側に、該排出ガスの漏洩防止壁が形成されている。そして、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉では、該排出ガスの漏洩防止壁が、該排出管用内挿管の管内に入り込むようにして、該排出管用内挿管が設置されているので、該内挿容器から排出される排出ガスが、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間及び該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間へと、流れ込むのを防ぐことができる。   In the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the discharge port for discharging the exhaust gas to the outside is formed in the lower portion of the insertion vessel, and the discharge port of the insertion vessel is provided. A wall for preventing leakage of the exhaust gas is formed on the outer wall side of the insertion container so as to surround. And, in the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the exhaust pipe intubation is installed so that the exhaust gas leakage preventing wall enters the inside of the exhaust pipe internal intubation. Preventing exhaust gas discharged from the inner vessel from flowing into the gap between the inner vessel and the side wall of the reactor and the gap between the outlet pipe and the inner pipe for the outlet pipe. Can do.

図6を参照して詳細に説明すると、図6に示すように、該排出ガスの漏洩防止壁15が、該排出管用内挿管14の管内に入り込んでいることにより、該排出ガスの漏洩防止壁15の端部141の位置、すなわち、該排出ガス11が該内挿容器13から排出される位置が、該排出管用内挿管14の管端142の位置より、該排出管用内挿管14の管内側になる。そのため、該排出ガス11が、該排出管用内挿管14と該排出ガスの漏洩防止壁15との間の隙間161を、該排出ガス11の排出方向(図6中、矢印で示す該排出ガス11の排出方向)とは、逆向きに流れない限り、該排出ガス11が、該内挿容器13と該反応炉の側壁部1との間の隙間163及び該排出管6と該排出管用内挿管14との間の隙間165へ、流れ込めない構造となっている。そして、反応時には、該内挿容器13内から該排出管用内挿管14を通って、反応炉の外に向かって、多量の排出ガス11の気流の流れが形成されるので、その気流の向きと逆向きの流れが発生し難くなる。そのため、該排出ガス11が、該隙間161を、該排出ガス11の排出方向とは逆向きに流れ難くなる。加えて、反応時の多量の排出ガス11の気流の流れに引き寄せられるため、該内挿容器13と該反応炉の側壁部1との間の隙間163側から該排出管用内挿管14の内側へ、該隙間163内のガスが、該隙間162及び該隙間161を通って流れ易くなる。更に、該内挿容器13と該反応炉の側壁部1との間の隙間163側から、不活性ガスで加圧することで、該排出管用内挿管14の管内から該隙間163側へ、該排出ガス11が流れ難くなる。これらのことから、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉では、該内挿容器から排出される排出ガスが、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間及び該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間へと、流れ込むのを防ぐことができる。そのため、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉では、反応炉の側壁及び排出ガスの排出管にシリコンが析出しない。   Referring to FIG. 6 in detail, as shown in FIG. 6, the exhaust gas leakage prevention wall 15 enters the inside of the exhaust pipe internal intubation tube 14, thereby causing the exhaust gas leakage prevention wall 15. 15, that is, the position at which the exhaust gas 11 is discharged from the inner container 13 is located on the inner side of the inner pipe 14 of the exhaust pipe from the position of the pipe end 142 of the inner pipe 14 for the exhaust pipe. become. Therefore, the exhaust gas 11 passes through a gap 161 between the exhaust pipe inner tube 14 and the exhaust gas leakage prevention wall 15 in the discharge direction of the exhaust gas 11 (the exhaust gas 11 indicated by an arrow in FIG. 6). As long as the flow does not flow in the opposite direction, the exhaust gas 11 will flow into the gap 163 between the inner vessel 13 and the side wall 1 of the reactor and the exhaust pipe 6 and the inner pipe for the exhaust pipe. 14 is structured so that it cannot flow into the gap 165 between them. At the time of the reaction, a flow of a large amount of the exhaust gas 11 is formed from the inside of the inner container 13 through the inner tube 14 for the exhaust pipe and out of the reaction furnace. It is difficult for reverse flow to occur. Therefore, it becomes difficult for the exhaust gas 11 to flow through the gap 161 in the direction opposite to the discharge direction of the exhaust gas 11. In addition, since it is attracted by the flow of a large amount of exhaust gas 11 during the reaction, the gap 163 between the inner container 13 and the side wall 1 of the reaction furnace is inward of the inner pipe 14 for the exhaust pipe. The gas in the gap 163 easily flows through the gap 162 and the gap 161. Furthermore, by pressurizing with inert gas from the gap 163 side between the insertion vessel 13 and the side wall portion 1 of the reactor, the discharge from the pipe of the discharge pipe inner pipe 14 to the gap 163 side is performed. It becomes difficult for the gas 11 to flow. For these reasons, in the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the exhaust gas discharged from the insertion container is a gap between the insertion container and the side wall of the reaction furnace and the discharge pipe. Can be prevented from flowing into the gap between the inner tube and the inner tube for the discharge tube. Therefore, in the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, silicon is not deposited on the side wall of the reactor and the exhaust gas exhaust pipe.

該排出ガスの漏洩防止壁が、該排出管用内挿管の管内に入り込んでいる長さ(図6中、該排出管用内挿管14の管端142から該排出ガスの漏洩防止壁15の端部141までの距離に相当する。)は、適宜選択されるが、好ましくは反応時の長さで1〜100mm、特に好ましくは反応時の長さで2〜50mmである。   The length of the exhaust gas leakage prevention wall entering the pipe of the exhaust pipe inner tube (in FIG. 6, from the pipe end 142 of the exhaust pipe inner tube 14 to the end 141 of the exhaust gas leakage prevention wall 15) Is suitably selected, but is preferably 1 to 100 mm in the length during the reaction, and particularly preferably 2 to 50 mm in the length during the reaction.

また、該排出管用内挿管内の温度が低くなり過ぎると、排出ガス中の未反応亜鉛が該排出管用内挿管内で凝縮する。そのため、該排出管用内挿管内の温度が低くなり過ぎる場合には、未反応亜鉛の凝縮を防止するために、該排出管を外部加熱する必要が生じる。該排出管が短い場合には、該排出管用内挿管内の温度が低くなり過ぎないので、該排出管を加熱する必要はないが、あるいは、該反応炉を加熱するためのヒーターの熱で該排出管全体が加熱されるため、該排出管専用のヒーターは必要ない。一方、後段の塩化亜鉛ガス、四塩化珪蒸気及び亜鉛蒸気を回収するための回収装置の設置位置によっては、該排出管が長くなるために、該排出管用内挿管内の温度が低くなり過ぎる場合がある。この場合には、該排出管専用のヒーターが必要となる。   Further, if the temperature in the exhaust pipe intubation becomes too low, unreacted zinc in the exhaust gas is condensed in the exhaust pipe intubation. Therefore, when the temperature in the inner tube for the discharge pipe becomes too low, the discharge pipe needs to be externally heated in order to prevent condensation of unreacted zinc. When the discharge pipe is short, the temperature in the internal pipe for the discharge pipe does not become too low, so it is not necessary to heat the discharge pipe, or the heat of the heater for heating the reactor Since the entire discharge pipe is heated, a heater dedicated to the discharge pipe is not necessary. On the other hand, depending on the installation position of the recovery device for recovering zinc chloride gas, silicon tetrachloride vapor and zinc vapor in the latter stage, the discharge pipe becomes long, so the temperature in the internal pipe for the discharge pipe becomes too low There is. In this case, a heater dedicated to the discharge pipe is required.

そこで、該排出管と該排出管用内挿管の間に該断熱材を配設することにより、該排出管用内挿管内の温度が低くなり過ぎて、該排出管用内挿管内で未反応亜鉛が凝縮するのを防止することができる。そのため、該排出管と該排出管用内挿管の間に該断熱材が配設されていることにより、該排出管を外部加熱する必要がなくなる。更に、該排出管を外部加熱する必要ないので、後段の回収装置との接続側の該排出管の管端の温度を低くすることができる。そのため、該後段の回収装置と該排出管の管端との接続部位に、樹脂製のパッキンを設置して、該後段の回収装置と該排出管の管端との間を密閉することがきるので、該後段の回収装置と該排出管の管端との間の密閉性を高めることができる。   Therefore, by disposing the heat insulating material between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe, the temperature in the inner pipe for the discharge pipe becomes too low, and unreacted zinc is condensed in the inner pipe for the discharge pipe. Can be prevented. Therefore, since the heat insulating material is disposed between the discharge pipe and the internal insertion pipe for the discharge pipe, it is not necessary to externally heat the discharge pipe. Furthermore, since it is not necessary to heat the discharge pipe externally, the temperature of the pipe end of the discharge pipe on the connection side with the subsequent collection device can be lowered. Therefore, it is possible to install a resin packing at a connection site between the subsequent-stage recovery device and the pipe end of the discharge pipe, and to seal between the subsequent-stage recovery apparatus and the pipe end of the discharge pipe. Therefore, it is possible to improve the sealing property between the subsequent collection device and the pipe end of the discharge pipe.

更に、該排出管と該排出管用内挿管との間に該断熱材が配設されていることにより、該内挿容器から排出される排出ガスが、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間及び該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間へと、流れ込むのを防ぐという効果を高めることができる。図6を参照して詳細に説明する。該隙間165に該断熱材が配設されていると、該隙間163内の該窒素ガス16は、該隙間165へ流れ込むのが妨げられるので、該断熱材による抵抗がない該隙間162及び該隙間161の方へ流れ込み易くなる。そのため、このような該窒素ガス16の流れにより、該排出ガス11が、該排出管用内挿管14の管内から該隙間163側へ、流れ難くなる。   Further, since the heat insulating material is disposed between the exhaust pipe and the internal pipe for the exhaust pipe, the exhaust gas discharged from the internal container is transferred to the side wall of the internal container and the reactor. And the effect of preventing the air from flowing into the gap between the discharge pipe and the gap between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe can be enhanced. This will be described in detail with reference to FIG. When the heat insulating material is disposed in the gap 165, the nitrogen gas 16 in the gap 163 is prevented from flowing into the gap 165, and thus the gap 162 and the gap without resistance by the heat insulating material are prevented. It becomes easy to flow toward 161. Therefore, the flow of the nitrogen gas 16 makes it difficult for the exhaust gas 11 to flow from the inside of the inner tube 14 for the discharge tube to the gap 163 side.

また、該排出管と該排出管用内挿管との間に該断熱材が配設されていることにより、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間を通ってくる高温のガスが、該排出管と該排出管用内挿管との間に、流れ込み難くなるので、該排出管の温度が低くなり、後段の回収装置との接続側の該排出管の管端の温度を低くすることができる。そのため、該後段の回収装置と該排出管の管端との接続部位に、樹脂製のパッキンを設置して、該後段の回収装置と該排出管の管端との間を密閉することがきるので、該後段の回収装置と該排出管の管端との間の密閉性を高めることができる。   Further, since the heat insulating material is disposed between the exhaust pipe and the internal pipe for the exhaust pipe, the high-temperature gas passing through the gap between the internal container and the side wall of the reactor However, since it becomes difficult to flow between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe, the temperature of the discharge pipe is lowered, and the temperature of the pipe end of the discharge pipe on the connection side with the subsequent recovery device is lowered. be able to. Therefore, it is possible to install a resin packing at a connection site between the subsequent-stage recovery device and the pipe end of the discharge pipe, and to seal between the subsequent-stage recovery apparatus and the pipe end of the discharge pipe. Therefore, it is possible to improve the sealing property between the subsequent collection device and the pipe end of the discharge pipe.

これらのことから、反応時に該断熱材と該排出管又は該排出管用内挿管との間に隙間があっても、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間に該断熱材が配設されていることにより、該内挿容器から排出される排出ガスが、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間及び該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間へと、流れ込むのを防ぐことができ、また、該後段の回収装置と該排出管の管端との間の密閉性を高めることができるが、該内挿容器から排出される排出ガスが、該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間及び該排出管と該排出管用内挿管との間の隙間へと、流れ込むのを防ぐという効果が高まる点、及び該後段の回収装置と該排出管の管端との間の密閉性を高めるという効果が高まる点から、反応時の該断熱材と該排出管又は該排出管用内挿管との間の隙間は小さいほど好ましく、反応時に該排出管と該排出管用内挿管との間が完全に埋まるように該断熱材が配設されていることが特に好ましい。   Therefore, even if there is a gap between the heat insulating material and the discharge pipe or the internal pipe for the discharge pipe during the reaction, the heat insulating material is disposed between the insertion container and the side wall of the reaction furnace. By providing the exhaust gas discharged from the insertion vessel, a gap between the insertion vessel and the side wall of the reaction furnace and a gap between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe are provided. Can be prevented from flowing into, and the sealing between the recovery device in the subsequent stage and the pipe end of the discharge pipe can be improved, but the exhaust gas discharged from the insertion container is The point that the effect of preventing inflow into the gap between the inner vessel and the side wall of the reactor and the gap between the discharge pipe and the inner pipe for the discharge pipe is enhanced, and the subsequent-stage recovery device From the point that the effect of enhancing the sealing between the pipe and the pipe end of the discharge pipe is enhanced, the heat insulating material during the reaction and the discharge pipe or the Preferably as the gap is small between the inside for delivering pipes intubation, it is particularly preferred that between the exhaust extraction tube and the outlet in the pipe intubation is the thermal insulation material is arranged to completely fill during the reaction.

該反応炉の側壁の周囲には、ヒーターが設置される。該ヒーターとしては、電気ヒーターが好ましい。   A heater is installed around the side wall of the reactor. The heater is preferably an electric heater.

図1では、該側壁部1の上側には、該炉内つば部12が形成され且つ該窒素ガス管の固定部材4が設置されている旨記載したが、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉においては、該窒素ガス管の固定部材4を使用しない場合は、該炉内つば部12は形成されていなくてもよい。   In FIG. 1, it is described that the in-furnace collar portion 12 is formed on the upper side of the side wall portion 1 and the fixing member 4 for the nitrogen gas pipe is installed. In the reactor, when the fixing member 4 of the nitrogen gas pipe is not used, the in-furnace collar portion 12 may not be formed.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉においては、該不活性ガスの供給管より該反応炉内に窒素ガス等の不活性ガスを供給することにより、不活性ガスを、該反応炉の側壁と該内挿容器との間の隙間、該排出ガスの排出管と該排出管用内挿管との間の隙間、該内挿容器と該排出管用内挿管の管端との間の隙間及び該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間に窒素ガス等の不活性ガスを流し、該反応炉の側壁と該内挿容器との間の隙間及び該排出ガスの排出管と該排出管用内挿管との間の隙間に、排出ガスが流れ込むのを防止することができる。   In the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, an inert gas such as nitrogen gas is supplied into the reactor from the inert gas supply pipe, whereby the inert gas is supplied to the side wall of the reactor. And a gap between the exhaust gas exhaust pipe and the exhaust pipe internal intubation, a gap between the internal container and the pipe end of the exhaust pipe internal intubation and the exhaust An inert gas such as nitrogen gas is allowed to flow through the gap between the pipe inner pipe and the exhaust gas leakage prevention wall, and the gap between the side wall of the reactor and the inner vessel and the exhaust gas discharge pipe It is possible to prevent the exhaust gas from flowing into the gap between the internal pipe for the exhaust pipe.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いて、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を反応炉内に設置されている該内挿容器の上部から該内挿容器内に供給し、該内挿容器の下部に形成されている排出口から排出ガスを排出して、該内挿容器内で四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応を行うことにより、多結晶シリコンを製造することができる。このとき、該排出ガスを、該内挿容器の該排出口から、該排出管用内挿管の内側を通して、該反応炉の外へと排出させる。   Using the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are supplied into the insertion container from the upper part of the insertion container installed in the reaction furnace. Polycrystalline silicon can be produced by discharging exhaust gas from the discharge port formed in the lower part of the container and reacting silicon tetrachloride vapor with zinc vapor in the insertion container. At this time, the exhaust gas is discharged from the discharge port of the insertion container to the outside of the reaction furnace through the inside of the discharge pipe inner tube.

四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を用いる亜鉛還元法による多結晶シリコンの製造においては、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気が、反応炉内で激しく撹拌されると、直径が3μm以下の細粒状の多結晶シリコンが生成するが、このような細粒状の多結晶シリコンは、充填密度が低く溶融に時間がかかる。一方、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気とが、該反応炉内で穏やかに接触すると、好ましくは線速5cm/秒以下の速度で接触すると、樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンが生成するが、このような樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンは、細粒状の多結晶シリコンに比べ、溶融し易く、溶融時間が短くなる。そのため、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気が、該内挿容器内で激しく撹拌されないような条件、すなわち、直径が3μm以下の細粒状の多結晶シリコンが生成し難い条件で、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を、該内挿容器内に供給する。つまり、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンが生成し易い原料蒸気の供給条件で、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を、該内挿容器内に供給する。樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンが生成し易い原料蒸気の供給条件は、該反応炉及び該内挿容器の大きさ等により、適宜選択される。   In the production of polycrystalline silicon by the zinc reduction method using silicon tetrachloride vapor and zinc vapor, when the silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are vigorously stirred in the reaction furnace, fine polycrystalline particles having a diameter of 3 μm or less Silicon is produced, but such fine-grained polycrystalline silicon has a low packing density and takes time to melt. On the other hand, when silicon tetrachloride vapor and zinc vapor contact gently in the reactor, preferably when they contact at a linear velocity of 5 cm / second or less, dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is produced. However, such dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is easier to melt and has a shorter melting time than fine-grained polycrystalline silicon. Therefore, in the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, conditions under which silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are not vigorously stirred in the insertion vessel, that is, a diameter of 3 μm. Silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are supplied into the insertion vessel under the condition that the following fine-grained polycrystalline silicon is difficult to produce. In other words, in the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the silicon tetrachloride vapor is supplied under the supply conditions of the raw material vapor in which dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is easily generated. And zinc vapor are fed into the insertion vessel. The supply conditions of the raw material vapor from which dendritic, needle-like, or plate-like polycrystalline silicon is easily generated are appropriately selected depending on the size of the reaction furnace and the insertion vessel.

四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の供給量比率(モル比)は、四塩化珪素蒸気:亜鉛蒸気=0.7:2〜1.2:2であり、好ましくは0.8:2〜1.2:2であり、特に好ましくは0.9:2〜1.1:2である。また、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気は、窒素ガス等の不活性ガスで希釈されていてもよく、その場合、四塩化珪素蒸気の希釈率は、体積割合((四塩化珪素蒸気+不活性ガス)/四塩化珪素蒸気)で、好ましくは1.01〜1.5、特に好ましくは1.05〜1.3であり、亜鉛蒸気の希釈率は、体積割合((亜鉛蒸気+不活性ガス)/亜鉛蒸気)で、好ましくは1.01〜1.3、特に好ましくは1.03〜1.2である。   The supply ratio (molar ratio) of silicon tetrachloride vapor to zinc vapor is silicon tetrachloride vapor: zinc vapor = 0.7: 2 to 1.2: 2, preferably 0.8: 2 to 1.2. : 2 and particularly preferably 0.9: 2 to 1.1: 2. Further, the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor may be diluted with an inert gas such as nitrogen gas. In that case, the dilution rate of the silicon tetrachloride vapor is a volume ratio ((silicon tetrachloride vapor + inert gas). ) / Silicon tetrachloride vapor), preferably 1.01 to 1.5, particularly preferably 1.05 to 1.3, and the dilution rate of zinc vapor is a volume fraction ((zinc vapor + inert gas) / Zinc vapor), preferably 1.01 to 1.3, particularly preferably 1.03 to 1.2.

亜鉛の沸点は、「化学便覧」(日本化学会編)によると907℃であるため、該反応炉内の温度が、亜鉛の沸点である907℃以上になるように、該反応炉を加熱する。該反応炉内の温度は、907〜1,200℃、好ましくは930〜1,100℃である。また、該反応炉内の圧力は、好ましくは0〜700kPaG、特に好ましくは0〜500kPaGである。上記範囲に反応条件を設定することで、安定的に多結晶シリコンを析出させることが可能となる。   According to “Chemical Handbook” (edited by the Chemical Society of Japan), the boiling point of zinc is 907 ° C. Therefore, the reactor is heated so that the temperature in the reactor becomes 907 ° C., which is the boiling point of zinc. . The temperature in the reactor is 907 to 1,200 ° C, preferably 930 to 1,100 ° C. Moreover, the pressure in the reactor is preferably 0 to 700 kPaG, particularly preferably 0 to 500 kPaG. By setting the reaction conditions within the above range, it becomes possible to deposit polycrystalline silicon stably.

そして、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を下向きに移動させて、該内挿容器内で四塩化珪素と亜鉛の反応を行い、該内挿容器内に多結晶シリコンを析出させ、結晶を成長させる。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are moved downward, and the reaction between silicon tetrachloride and zinc is carried out in the insertion vessel. To deposit polycrystalline silicon in the insertion vessel to grow crystals.

また、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、図1に示すように、窒素ガス等の不活性ガスの供給管を該反応炉に付設して、不活性ガスを該反応炉内に供給する。本発明では、不活性ガスを該反応炉内へ供給することにより、該反応炉内に外気が侵入するのを防止すると共に、不活性ガスを、該反応炉の側壁と該内挿容器との間の隙間、該排出ガスの排出管と該排出管用内挿管との間の隙間、該内挿容器と該排出管用内挿管の管端との間の隙間及び該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間に不活性ガスを流し、該反応炉の側壁と該内挿容器との間の隙間及び該排出ガスの排出管と該排出管用内挿管との間の隙間に、排出ガスが流れ込むのを防止することができる。   Further, in the method for producing polycrystalline silicon using the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, as shown in FIG. 1, a supply pipe for an inert gas such as nitrogen gas is attached to the reaction furnace. An active gas is supplied into the reactor. In the present invention, by supplying an inert gas into the reaction furnace, it is possible to prevent outside air from entering the reaction furnace, and to pass the inert gas between the side wall of the reaction furnace and the insertion vessel. A gap between the exhaust pipe and the inner pipe for the exhaust pipe, a gap between the inner container and the pipe end of the inner pipe for the exhaust pipe, and the inner pipe for the exhaust pipe and the exhaust gas An inert gas is allowed to flow through the gap between the leakage prevention wall and the gap between the side wall of the reactor and the insertion vessel and the gap between the exhaust gas exhaust pipe and the exhaust pipe insertion pipe. The exhaust gas can be prevented from flowing in.

不活性ガスの供給量及び圧力は、該反応炉の側壁と該内挿容器との間の隙間及び該排出ガスの排出管と該排出管用内挿管との間の隙間に、排出ガスが流れ込むのを防止することができる供給量及び圧力であれば、特に制限されず、適宜選択される。そして、反応炉内に供給する不活性ガスの供給量及び圧力を選択して、該排出管用内挿管内の圧力に比べ該内挿容器と該反応炉の側壁部との間の隙間の圧力が、0.01kPa以上高くなるようにすることが好ましく、0.01〜5kPa高くなるようにすることが特に好ましい。   As for the supply amount and pressure of the inert gas, the exhaust gas flows into the gap between the side wall of the reactor and the insertion vessel and the gap between the discharge pipe for the exhaust gas and the insertion pipe for the discharge pipe. As long as the supply amount and pressure can prevent this, there is no particular limitation, and it is appropriately selected. Then, the supply amount and pressure of the inert gas supplied into the reaction furnace are selected, and the pressure in the gap between the insertion vessel and the side wall of the reaction furnace is compared with the pressure in the inner pipe for the discharge pipe. , 0.01 kPa or more is preferable, and 0.01 to 5 kPa is particularly preferable.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、不活性ガスの供給管を該反応炉に付設して、不活性ガスを該反応炉内に供給する場合、図1に示すように、該反応炉20の上側の該蓋部2aから不活性ガスを供給してもよいし、他には、例えば、該反応炉20の上側の該蓋部2aに付設した複数の不活性ガス供給管により不活性ガスを供給してもよいし、あるいは、該反応炉20の上側の該蓋部2a及び該反応炉20の下側の該蓋部2bに付設した不活性ガス供給管により不活性ガスを供給してもよい。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, an inert gas supply pipe is attached to the reaction furnace, and the inert gas is supplied into the reaction furnace. As shown in FIG. 1, an inert gas may be supplied from the lid portion 2a on the upper side of the reaction furnace 20, or, for example, a plurality of attached to the lid portion 2a on the upper side of the reaction furnace 20 may be used. The inert gas may be supplied through an inert gas supply pipe of the above, or the inert gas attached to the lid portion 2a on the upper side of the reaction furnace 20 and the lid portion 2b on the lower side of the reaction furnace 20 An inert gas may be supplied through a supply pipe.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気の供給を止めることにより、多結晶シリコンの製造を終了する。該反応炉を冷却した後、先ず、該排出管用内挿管を外し、次いで、内部に多結晶シリコンが析出した該内挿容器を、該反応炉の外に取り出す。例えば、図1の形態例では、該排出管用内挿管14を外し、次いで、該四塩化珪素蒸気の供給管7や該亜鉛蒸気の供給管8等の付設部材を外した後、該反応炉20の下側の該蓋部2bを開け、該側壁部1の下側から、該内挿容器13を取り出す。そして、析出した多結晶シリコンを該内挿容器内から掻き出して、多結晶シリコンを得る。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the production of polycrystalline silicon is terminated by stopping the supply of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor. After cooling the reaction furnace, first, the inner pipe for the discharge pipe is removed, and then the inner container with polycrystalline silicon deposited therein is taken out of the reaction furnace. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the discharge pipe inner tube 14 is removed, and then the attached members such as the silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 and the zinc vapor supply pipe 8 are removed, and then the reactor 20 The lower lid portion 2 b is opened, and the insertion container 13 is taken out from the lower side of the side wall portion 1. Then, the deposited polycrystalline silicon is scraped out of the insertion container to obtain polycrystalline silicon.

多結晶シリコンを掻き出した後の該内挿容器及び該排出管用内挿管は、再び、多結晶シリコンの製造にて、使用される。また、再使用する前に、該内挿容器又は該排出管用内挿管を、純水又は塩酸、硝酸、フッ化水素酸等の酸などで洗浄してもよい。   The insertion container after the polycrystalline silicon is scraped and the inner tube for the discharge pipe are used again in the production of polycrystalline silicon. Further, before the reuse, the inner vessel or the inner tube for the discharge tube may be washed with pure water or an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid or the like.

また、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉は、該内挿容器内に多結晶シリコンを析出させるための析出棒が設置されていてもよい。該析出棒としては、例えば、炭化珪素棒、窒化珪素棒、タンタル棒、シリコン棒が挙げられ、好ましくは炭化珪素棒である。   In the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, a precipitation rod for depositing polycrystalline silicon may be installed in the insertion vessel. Examples of the precipitation rod include a silicon carbide rod, a silicon nitride rod, a tantalum rod, and a silicon rod, and a silicon carbide rod is preferable.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、該内挿容器内に析出棒として炭化珪素棒が設置されている形態例について、図7〜図10を参照して説明する。なお、以下では、該内挿容器内に析出棒が設置されていない形態例と異なる点のみ説明し、同様な点については省略する。図7、図9及び図10は、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、内挿容器内に炭化珪素棒が設置されている形態例を示す模式的な端面図である。図8は、図7中の内挿容器と炭化珪素棒とを示す端面図であり、水平方向に切ったときの端面図である。なお、説明の都合上、図8では、内挿容器及び炭化珪素棒のみを記載した。   Of the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, an embodiment in which a silicon carbide rod is installed as a precipitation rod in the insertion vessel will be described with reference to FIGS. In the following description, only points different from the embodiment in which no precipitation rod is installed in the insertion container will be described, and the same points will be omitted. FIG. 7, FIG. 9 and FIG. 10 are schematic end views showing an embodiment in which a silicon carbide rod is installed in an insertion vessel in the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention. FIG. 8 is an end view showing the insertion container and the silicon carbide rod in FIG. 7, and is an end view when cut in the horizontal direction. For convenience of explanation, only the insertion container and the silicon carbide rod are shown in FIG.

図7に示す形態例は、該炭化珪素棒を窒素ガス管の固定部材の上部から挿入することにより、該炭化珪素棒を該内挿容器内に設置する形態例である。図7に示す反応炉30aでは、炭化珪素棒3は、窒素ガスの固定部材4及び内挿容器の蓋部18に開けられている挿入口を通して、内挿容器13内に上から下に向けて突き出すようにして、該内挿容器13内に設置されている。なお、該炭化珪素棒3は、該窒素ガス管の固定部材4に固定されていてもよく、該内挿容器の蓋部18に固定されていてもよい。   The embodiment shown in FIG. 7 is an embodiment in which the silicon carbide rod is installed in the insertion container by inserting the silicon carbide rod from above the fixing member of the nitrogen gas pipe. In the reaction furnace 30a shown in FIG. 7, the silicon carbide rod 3 is directed from the top to the bottom into the insertion container 13 through the nitrogen gas fixing member 4 and the insertion opening opened in the lid 18 of the insertion container. It is installed in the insertion container 13 so as to protrude. The silicon carbide rod 3 may be fixed to the fixing member 4 of the nitrogen gas pipe, or may be fixed to the lid portion 18 of the insertion container.

図9に示す形態例は、該炭化珪素棒を該内挿容器の底に固定することにより、該炭化珪素棒を該内挿容器内に設置する形態例である。図9に示す反応炉30bでは、内挿容器13の底に、炭化珪素棒3が固定されている。なお、該炭化珪素棒3は、該内挿容器13内で下から上に向けて突き出すようにして、該内挿容器13内に設置されている。   The embodiment shown in FIG. 9 is an embodiment in which the silicon carbide rod is installed in the insertion vessel by fixing the silicon carbide rod to the bottom of the insertion vessel. In the reaction furnace 30 b shown in FIG. 9, the silicon carbide rod 3 is fixed to the bottom of the insertion vessel 13. The silicon carbide rod 3 is installed in the insertion container 13 so as to protrude from the bottom to the top in the insertion container 13.

図10に示す形態例は、該炭化珪素棒を、内挿容器の蓋部に固定し、該内挿容器内に設置する形態例である。図10に示す反応炉30cでは、炭化珪素棒3は、内挿容器の蓋部18に固定されており、内挿容器13内に上から下に向けて突き出すようにして、該内挿容器13内に設置されている。   The embodiment shown in FIG. 10 is an embodiment in which the silicon carbide rod is fixed to the lid portion of the insertion container and installed in the insertion container. In the reaction furnace 30c shown in FIG. 10, the silicon carbide rod 3 is fixed to the lid 18 of the insertion container, and protrudes into the insertion container 13 from the top to the bottom. It is installed inside.

該析出棒は、該反応炉内に設置される。該析出棒の形状としては、角柱状、円柱状が好ましく、特に、円柱状が好ましい。該析出棒の形状が円柱状の場合、該析出棒の直径は、強度や加工面から、1〜20cmが好ましく、2〜10cmが特に好ましい。また、該内挿容器の蓋部18の下側から該排出管6の上側の間に存在する該炭化珪素棒の長さは、該内挿容器の蓋部18の下側から該排出管6の上側までの縦方向の長さに対し20〜120%が好ましく、40〜100%が特に好ましく、50〜90%が更に好ましい。   The deposition rod is installed in the reactor. The shape of the precipitation rod is preferably a prismatic shape or a cylindrical shape, and particularly preferably a cylindrical shape. In the case where the shape of the precipitation bar is a columnar shape, the diameter of the precipitation bar is preferably 1 to 20 cm, and particularly preferably 2 to 10 cm from the viewpoint of strength and processing surface. Further, the length of the silicon carbide rod existing between the lower side of the lid portion 18 of the insertion container and the upper side of the discharge pipe 6 is such that the length of the discharge pipe 6 extends from the lower side of the lid portion 18 of the insertion container. 20 to 120% is preferable, 40 to 100% is particularly preferable, and 50 to 90% is more preferable with respect to the length in the vertical direction up to the upper side.

該析出棒のうち該炭化珪素棒は、炭化珪素の成形体であるが、通常、炭化珪素の成形体は、多数の細孔を有する多孔質体である。そして、該炭化珪素棒は、多孔質の炭化珪素にシリコンが含浸されているシリコン含浸炭化珪素棒であることが、含浸されているシリコンが、反応により生成する多結晶シリコンの結晶の種となり、炭化珪素棒への多結晶シリコンの析出を促進できる点で好ましい。該シリコン含浸炭化珪素棒では、炭化珪素:含浸シリコンの質量比が、80:20〜95:5であることが好ましく、80:20〜90:10が特に好ましい。該シリコン含浸炭化珪素棒は、多孔質の炭化珪素棒を、溶融シリコン中に浸漬し、溶融シリコンを炭化珪素の孔に含浸させることにより得られる。   Of the precipitation rods, the silicon carbide rod is a molded body of silicon carbide. Usually, the molded body of silicon carbide is a porous body having a large number of pores. The silicon carbide rod is a silicon-impregnated silicon carbide rod in which silicon is impregnated with porous silicon carbide, and the impregnated silicon becomes a seed of polycrystalline silicon crystals produced by the reaction, This is preferable in that the precipitation of polycrystalline silicon on the silicon carbide rod can be promoted. In the silicon-impregnated silicon carbide rod, the mass ratio of silicon carbide: impregnated silicon is preferably 80:20 to 95: 5, and particularly preferably 80:20 to 90:10. The silicon-impregnated silicon carbide rod is obtained by immersing a porous silicon carbide rod in molten silicon and impregnating the silicon carbide holes with the silicon.

また、シリコンが含浸されていない多孔質の炭化珪素棒であっても、該内挿容器内に設置され、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応が行われた場合、反応の初期の段階では、炭化珪素棒の外側近傍の多孔質構造内で、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気との接触が起こり、そこでシリコンが生成するので、炭化珪素棒の外側近傍は、孔内にシリコンが含浸されているのと同様な状態になる。そのため、シリコンが含浸されていない多孔質の炭化珪素棒でもよく、特に、該炭化珪素棒が繰り返し使用される場合は、シリコンが含浸されていない多孔質の炭化珪素棒は、繰り返し使用により、シリコンが含浸されている多孔質の炭化珪素棒と同様な状態になる。   In addition, even in the case of a porous silicon carbide rod not impregnated with silicon, when it is installed in the insertion vessel and a reaction between silicon tetrachloride vapor and zinc vapor is performed, at the initial stage of the reaction, In the porous structure near the outside of the silicon carbide rod, contact between the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor occurs, and silicon is generated there, so that the outside of the silicon carbide rod is impregnated with silicon in the pores. It becomes the same state as. Therefore, a porous silicon carbide rod not impregnated with silicon may be used. In particular, when the silicon carbide rod is used repeatedly, a porous silicon carbide rod not impregnated with silicon is used by repeated use. It becomes the state similar to the porous silicon carbide rod impregnated with.

該析出棒の設置本数は、1本であっても、2本以上であってもよい。また、該炭化珪素棒の設置位置は、特に限定されない。例えば、該炭化珪素棒(析出棒)が4本の場合、図8に示すように、該炭化珪素棒3は、該内挿容器13の中心を中心とする円弧上に、等間隔に設置されることが好ましい。なお、該析出棒の設置本数及び設置位置は、原料蒸気の供給条件等の反応条件、反応炉の大きさ等により、多結晶シリコンが効率よく析出するように、適宜選択される。   The number of the deposition rods may be one or two or more. Moreover, the installation position of the silicon carbide rod is not particularly limited. For example, when there are four silicon carbide rods (precipitation rods), the silicon carbide rods 3 are installed at equal intervals on an arc centered on the center of the insertion vessel 13 as shown in FIG. It is preferable. The number and position of the deposition rods are appropriately selected so that polycrystalline silicon is efficiently deposited according to the reaction conditions such as the supply conditions of the raw material vapor and the size of the reaction furnace.

該反応炉30a、該反応炉30b及び該反応炉30cを用いる多結晶シリコンの製造方法について説明する。先ず、反応炉内に該内挿容器13及び炭化珪素棒3を設置し、次いで、該排出管用内挿管14を設置した後、該ヒーター5により該反応炉30a、30b、30cを加熱しておき、次いで、四塩化珪素及び亜鉛をそれぞれの蒸発器により気化させて、四塩化珪素蒸気9を四塩化珪素蒸気の供給管7から、亜鉛蒸気10を亜鉛蒸気の供給管8から、該内挿容器13内に供給しつつ、排出ガス11を排出管6から、該反応炉30a、30b、30cの外へ排出する。このとき、該内挿容器13内では、四塩化珪素と亜鉛が反応して、多結晶シリコンが生成するが、該内挿容器13内には、該炭化珪素棒3が設置されているので、生成した多結晶シリコンが、該炭化珪素棒3に析出する。そして、該内挿容器13の上部から四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を供給し、該内挿容器13の下部から該排出ガス11を排出しているので、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気は、該内挿容器13の上部から下向きに移動しており、その流れに沿うように該炭化珪素棒3が存在しているので、該炭化珪素棒3を覆うように、多結晶シリコンの結晶が成長する。また、四塩化珪素と亜鉛の反応により、塩化亜鉛も生成するが、塩化亜鉛ガスは、未反応の四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気と共に、排出ガス11として、該排出管6内の該排出管用内挿管14内を通って、外へ排出される。   A method for producing polycrystalline silicon using the reaction furnace 30a, the reaction furnace 30b, and the reaction furnace 30c will be described. First, the inner vessel 13 and the silicon carbide rod 3 are installed in a reaction furnace, and then the inner tube 14 for the discharge pipe is installed, and then the reactors 30a, 30b, 30c are heated by the heater 5. Next, silicon tetrachloride and zinc are vaporized by the respective evaporators, and silicon tetrachloride vapor 9 is supplied from the silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 and zinc vapor 10 is supplied from the zinc vapor supply pipe 8 to the inner vessel. The exhaust gas 11 is discharged from the discharge pipe 6 to the outside of the reaction furnaces 30a, 30b, 30c while being supplied into the interior of the reactor 13. At this time, in the insertion container 13, silicon tetrachloride reacts with zinc to produce polycrystalline silicon, but since the silicon carbide rod 3 is installed in the insertion container 13, The produced polycrystalline silicon is deposited on the silicon carbide rod 3. Since silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are supplied from the upper part of the insertion container 13 and the exhaust gas 11 is discharged from the lower part of the insertion container 13, the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor are Since the silicon carbide rod 3 is moving downward from the upper portion of the insertion vessel 13 and along the flow, a polycrystalline silicon crystal grows so as to cover the silicon carbide rod 3. . In addition, although zinc chloride is also generated by the reaction of silicon tetrachloride and zinc, the zinc chloride gas is used as exhaust gas 11 together with unreacted silicon tetrachloride vapor and zinc vapor, and the inside of the exhaust pipe in the exhaust pipe 6. It passes through the intubation 14 and is discharged outside.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、該内挿容器内に析出棒を設置して、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応を行いつつ、生成する多結晶シリコンを該析出棒に析出させてもよい。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to the present invention, a precipitation rod is installed in the insertion vessel, and the polycrystalline silicon produced while reacting silicon tetrachloride vapor with zinc vapor is produced. Crystalline silicon may be deposited on the deposition rod.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法のうち、該内挿容器内に析出棒を設置して、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応を行いつつ、生成する多結晶シリコンを該析出棒に析出させる形態例について説明する。なお、以下では、該内挿容器内に析出棒を設置せずに、該内挿容器内で四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応を行う形態例と異なる点のみ説明し、同様な点については省略する。   Of the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, a precipitation rod is installed in the insertion vessel, and the silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor are reacted while being produced. An embodiment in which polycrystalline silicon is deposited on the deposition rod will be described. In the following, only the points different from the embodiment in which the reaction of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor is performed in the insertion vessel without installing a precipitation rod in the insertion vessel will be described, and similar points will be described. Omitted.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法のうち、該内挿容器内に該析出棒を設置して、四塩化珪素蒸気と亜鉛蒸気の反応を行いつつ、生成する多結晶シリコンを該析出棒に析出させる形態例を行うための反応炉としては、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉のうち、該内挿容器内に該析出棒として炭化珪素棒が設置されている形態例、例えば、該反応炉30a、該反応炉30b及び該反応炉30cが挙げられる。   Of the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, the precipitation rod is installed in the insertion vessel and produced while reacting silicon tetrachloride vapor with zinc vapor. As a reaction furnace for performing an embodiment in which polycrystalline silicon is deposited on the precipitation rod, among the reaction furnaces for producing polycrystalline silicon of the present invention, a silicon carbide rod is used as the precipitation rod in the insertion vessel. Examples of installed modes include the reaction furnace 30a, the reaction furnace 30b, and the reaction furnace 30c.

本発明の多結晶シリコン製造用に反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法に係る該析出棒及び該炭化珪素棒は、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉に係る該析出棒及び該炭化珪素棒と同様である。   The precipitation rod and the silicon carbide rod according to the method for producing polycrystalline silicon using a reactor for the production of polycrystalline silicon according to the present invention are the precipitation rod and the carbonization rod according to the reaction furnace for the production of polycrystalline silicon according to the present invention. Same as silicon rod.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、該析出棒として、ヒータが内装されているものを1本又は2本以上使用し、該析出棒を加熱してもよい。その際、該反応炉内に設置されている析出棒の全てを加熱してもよいし、一部を加熱してもよい。また、該析出棒の加熱開始時期は、多結晶シリコンが該析出棒への析出を開始する前、つまり、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気の供給前であってもよく、あるいは、該析出棒にある程度の多結晶シリコンが析出してからでもよい。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, one or two or more of the deposition rods having a heater built therein are used, and the deposition rod is heated. Also good. At that time, all of the precipitation rods installed in the reaction furnace may be heated, or a part thereof may be heated. Further, the heating start time of the precipitation rod may be before the polycrystalline silicon starts to be deposited on the precipitation rod, that is, before the supply of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor, or It may be after some amount of polycrystalline silicon is deposited.

そして、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気を下向きに移動させて、該内挿容器内で四塩化珪素と亜鉛の反応を行い、多結晶シリコンを生成させながら、該析出棒を、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気の流れに沿うように存在させることで、該析出棒に、多結晶シリコンを析出させる。   In the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, silicon tetrachloride vapor and zinc vapor are moved downward, and the reaction between silicon tetrachloride and zinc is carried out in the insertion vessel. The polycrystalline silicon is deposited on the deposition rod by causing the deposition rod to exist along the flow of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor while producing polycrystalline silicon.

本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法が終了すると、四塩化珪素蒸気及び亜鉛蒸気の供給を止め、該反応炉を冷却した後、該排出管用内挿管を取り外した後、内部に多結晶シリコンが析出した該内挿容器及び表面に多結晶シリコンが析出した該析出棒を、該反応炉の外に取り出す。そして、該内挿容器内に析出した多結晶シリコンを掻き出し、該析出棒に析出した多結晶シリコンを該析出棒から掻き落して、多結晶シリコンを得る。例えば、図7の形態例では、該排出管用内挿管14及び該四塩化珪素蒸気の供給管7や該亜鉛蒸気の供給管8等の付設部材を外した後、該反応炉30aの上側の該蓋部2aを開け、該側壁部1の上側から、該炭化珪素棒3を取り出し、該反応炉30aの下側の該蓋部2bを開け、該側壁部1の下側から、該内挿容器13を取り出す。あるいは、該炭化珪素棒3が、該内挿容器の蓋部18に固定されており、該窒素ガス管の固定部材4に固定されていない場合には、該排出管用内挿管14及び該四塩化珪素蒸気の供給管7や該亜鉛蒸気の供給管8等の付設部材を外した後、該反応炉30aの下側の該蓋部2bを開け、該側壁部1の下側から、該炭化珪素棒3及び該内挿容器の蓋部18ごと該内挿容器13を取り出す。また、図9の形態例では、該排出管用内挿管14及び該四塩化珪素蒸気の供給管7や該亜鉛蒸気の供給管8等の付設部材を外した後、該反応炉30bの下側の該蓋部2bを開け、該側壁部1の下側から、該炭化珪素棒3が固定されている該内挿容器13を取り出す。また、図10の形態例では、該排出管用内挿管14及び該四塩化珪素蒸気の供給管7や該亜鉛蒸気の供給管8等の付設部材を外した後、該反応炉30cの下側の該蓋部2bを開け、該側壁部1の下側から、該炭化珪素棒3及び該内挿容器の蓋部18ごと該内挿容器13を取り出す。   When the polycrystalline silicon production method using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention is completed, the supply of silicon tetrachloride vapor and zinc vapor is stopped, the reactor is cooled, and then the inner tube for the discharge pipe is removed. After that, the insertion vessel in which polycrystalline silicon is deposited inside and the deposition rod in which polycrystalline silicon is deposited on the surface are taken out of the reactor. Then, the polycrystalline silicon deposited in the insertion container is scraped off, and the polycrystalline silicon deposited on the deposition rod is scraped off from the deposition rod to obtain polycrystalline silicon. For example, in the embodiment shown in FIG. 7, after removing the attached members such as the inner pipe 14 for the discharge pipe and the supply pipe 7 for the silicon tetrachloride vapor and the supply pipe 8 for the zinc vapor, the upper side of the reaction furnace 30a Open the lid 2 a, take out the silicon carbide rod 3 from the upper side of the side wall 1, open the lid 2 b below the reaction furnace 30 a, and insert the insertion container from the lower side of the side wall 1. 13 is taken out. Alternatively, when the silicon carbide rod 3 is fixed to the lid portion 18 of the insertion container and is not fixed to the fixing member 4 of the nitrogen gas pipe, the exhaust pipe insertion pipe 14 and the tetrachloride After removing the attached members such as the silicon vapor supply pipe 7 and the zinc vapor supply pipe 8, the lid 2 b on the lower side of the reaction furnace 30 a is opened, and the silicon carbide is introduced from the lower side of the side wall 1. The insertion container 13 is taken out together with the rod 3 and the lid 18 of the insertion container. Further, in the embodiment of FIG. 9, after removing the attached members such as the inner pipe 14 for the discharge pipe and the supply pipe 7 for the silicon tetrachloride vapor and the supply pipe 8 for the zinc vapor, the lower side of the reactor 30b The lid portion 2b is opened, and the insertion container 13 to which the silicon carbide rod 3 is fixed is taken out from the lower side of the side wall portion 1. Further, in the embodiment shown in FIG. 10, after the auxiliary members such as the discharge pipe inner tube 14 and the silicon tetrachloride vapor supply pipe 7 and the zinc vapor supply pipe 8 are removed, the lower side of the reactor 30c is removed. The lid 2b is opened, and the insertion container 13 is taken out from the lower side of the side wall 1 together with the silicon carbide rod 3 and the lid 18 of the insertion container.

該析出棒のうち多結晶シリコンを掻き落した後の該炭化珪素棒は、再び、本発明の多結晶シリコンの製造方法にて、使用される。また、再使用する前に、該炭化珪素棒を、純水又は塩酸、硝酸、フッ化水素酸等の酸などで洗浄してもよい。   Of the precipitation rods, the silicon carbide rods after scraping the polycrystalline silicon are again used in the method for producing polycrystalline silicon of the present invention. Further, before reuse, the silicon carbide rod may be washed with pure water or an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid or the like.

このようにして、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法により得られる多結晶シリコンは、亜鉛を還元剤に用いて製造されるため、亜鉛を含有する。本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法により得られる多結晶シリコン中の亜鉛含有量は、0.1〜100質量ppm、好ましくは0.1〜10質量ppm、特に好ましくは0.1〜1質量ppmである。多結晶シリコン中の亜鉛含有量が、上記範囲内であることにより、6−N以上の高純度の多結晶シリコンインゴットを製造することができる。なお、多結晶シリコンの純度の分析は高周波誘導プラズマ発光分析法(ICP−AES)により求められる。その分析方法は、以下に示す通りである。
得られた多結晶シリコン1.5gに、38%フッ化水素酸16mlと55%硝酸30mlを加えて、完全に溶解させた後、蒸発乾固させる。次いで、1%硝酸5mlで定溶し、ICP−AES(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製IRIS Advantage/RP型)により不純物濃度を測定して、多結晶シリコンの純度を算出する。
Thus, the polycrystalline silicon obtained by the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention contains zinc because it is produced using zinc as a reducing agent. The zinc content in the polycrystalline silicon obtained by the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon of the present invention is 0.1 to 100 ppm by mass, preferably 0.1 to 10 ppm by mass, Most preferably, it is 0.1-1 mass ppm. When the zinc content in the polycrystalline silicon is within the above range, a high-purity polycrystalline silicon ingot of 6-N or more can be produced. Note that the purity of the polycrystalline silicon is determined by high frequency induction plasma emission spectrometry (ICP-AES). The analysis method is as follows.
To 1.5 g of the obtained polycrystalline silicon, 16 ml of 38% hydrofluoric acid and 30 ml of 55% nitric acid are added and completely dissolved, and then evaporated to dryness. Next, the solution is fixed with 5 ml of 1% nitric acid, and the impurity concentration is measured by ICP-AES (IRIS Advantage / RP type manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) to calculate the purity of the polycrystalline silicon.

また、本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法により得られる多結晶シリコンの主な形状は、樹枝状、針状又は板状であり、直径が3μm以下の細粒状ではない。本発明の多結晶シリコン製造用の反応炉を用いる多結晶シリコンの製造方法では、樹枝状又は針状にシリコンの結晶が成長するので、大きな樹枝状又は針状のものに成長するが、得られる多結晶シリコン中には、大きな樹枝状又は針状のものの他に、板状になるものや、小さな樹枝状又は針状のものもあり、また、該内挿容器内から掻き出す際や、該炭化珪素棒から掻き落す際に樹枝状又は針状のものが砕けて、小さな樹枝状又は針状となったものもある。該樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンの大きさは、好ましくは100μm以上、特に好ましくは500μm以上、更に好ましくは1,000μm以上である。そして、該樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンとしては、50質量%以上が100μmメッシュサイズのスクリーンを通過しない樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンであることが好ましく、50質量%以上が500μmメッシュサイズのスクリーンを通過しない樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンであることが特に好ましい。なお、該樹枝状とは、図11の(11−1)に示すような、幹部31と該幹部31から伸びる枝部32とからなる形状であり、また、該針状とは、図11の(11−2)に示すような、略直線に伸びた形状であり、また、該板状とは、鱗片状、フレーク状等の略平面方向に広がった形状である。また、該樹枝状の該枝部32から更に分岐して結晶が伸びている形状もある。また、該樹枝状、針状又は板状の多結晶シリコンの大きさとは、樹枝状の場合は結晶の最も長い部分の長さ(図11の(11−1)では符号33aの長さ)を指し、針状の場合は結晶の長さ(図11の(11−2)では符号33bの長さ)を指し、板状の場合は結晶の最も長い径を指す。   The main shape of polycrystalline silicon obtained by the polycrystalline silicon production method using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention is a dendritic shape, a needle shape or a plate shape, and a diameter of 3 μm or less. It is not granular. In the method for producing polycrystalline silicon using the reactor for producing polycrystalline silicon according to the present invention, silicon crystals grow in dendrites or needles, so that they grow into large dendrites or needles. In addition to large dendritic or needle-like materials, polycrystalline silicon includes plate-like or small dendritic or needle-like materials. In some cases, the dendritic or needle-like materials are crushed when scraped off from the silicon rod, resulting in small dendritic or needle-like shapes. The size of the dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is preferably 100 μm or more, particularly preferably 500 μm or more, and further preferably 1,000 μm or more. The dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is preferably dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon in which 50% by mass or more does not pass through a screen of 100 μm mesh size. Particularly preferred is a dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon whose mass% or more does not pass through a screen of 500 μm mesh size. The dendritic shape is a shape comprising a trunk portion 31 and a branch portion 32 extending from the trunk portion 31 as shown in (11-1) of FIG. 11, and the needle shape is the shape of FIG. As shown in (11-2), it is a shape that extends in a substantially straight line, and the plate shape is a shape that extends in a substantially planar direction such as a scale shape or a flake shape. In addition, there is a shape in which the branches extend further from the dendritic branch 32 and the crystal extends. Further, the size of the dendritic, needle-like or plate-like polycrystalline silicon is the length of the longest part of the crystal in the case of a dendritic shape (the length of 33a in (11-1) of FIG. 11). In the case of a needle shape, it indicates the length of the crystal (the length of 33b in (11-2) of FIG. 11), and in the case of a plate shape, it indicates the longest diameter of the crystal.

図12は、排出管に内挿管が設置されているだけの比較例の反応炉の模式的な端面図であるが、図12に示すように、排出管38内に内挿管37が設置されているのみで、反応炉内には内挿容器が設置されていない場合には、矢印で示す排出ガスが、該内挿管37の内側だけでなく、該排出管38と該内挿管37との隙間35にも、流れ込むので、該排出管38の内側にも、シリコンが析出してしまう。このような比較例において、該排出管38と該内挿管37との隙間に、該排出ガスが流れ込まないように、隙間を全くなくしてしまうと、該排出管38内に該内挿管37を挿通させるときに、該排出管38又は該内挿管37が破損し易くなり、あるいは、反応時の熱により該排出管38及び該内挿管37が膨張したときに、両者の熱膨張量の差で、該排出管38又は該内挿管37が破損する。   FIG. 12 is a schematic end view of a comparative reactor in which an intubation tube is simply installed in the discharge tube. As shown in FIG. 12, an intubation tube 37 is installed in the discharge tube 38. If no insertion vessel is installed in the reactor, the exhaust gas indicated by the arrow is not only inside the inner tube 37 but also between the exhaust tube 38 and the inner tube 37. 35 flows into the gas 35, so that silicon is deposited inside the discharge pipe 38. In such a comparative example, if the gap is completely eliminated so that the exhaust gas does not flow into the gap between the exhaust pipe 38 and the internal intubation 37, the internal intubation 37 is inserted into the exhaust pipe 38. When the discharge pipe 38 or the inner intubation 37 is easily damaged, or when the exhaust pipe 38 and the inner intubation 37 are expanded by heat during reaction, The discharge pipe 38 or the internal intubation 37 is damaged.

図13は、内挿容器に内挿管が繋がっていない比較例の反応炉の模式的な端面図であるが、図13に示すように、排出管38内に内挿管37が設置されており、反応炉内に内挿容器39が設置されているが、該内挿容器39の排出口に内挿管37が繋がっていない場合、矢印に示す排出ガスが、該内挿容器39と反応炉の側壁40との隙間36、及び該排出管38と該内挿管37との隙間41に流れ込む。   FIG. 13 is a schematic end view of a comparative reactor in which an intubation tube is not connected to the insertion vessel, but as shown in FIG. 13, an intubation tube 37 is installed in the discharge tube 38, When the insertion vessel 39 is installed in the reaction furnace, but the insertion tube 37 is not connected to the discharge port of the insertion vessel 39, the exhaust gas indicated by the arrow is discharged from the insertion vessel 39 and the side wall of the reaction furnace. 40 and the clearance 41 between the discharge pipe 38 and the inner intubation 37.

図14は、内挿容器に内挿管が繋がってはいるものの、内挿容器の排出口の内側に内挿管が入り込む比較例の反応炉の模式的な端面図であるが、図14に示すように、内挿管37が、内挿容器39の排出口の内側に入り込んでいる場合、矢印に示す排出ガスが、該内挿容器39内から該内挿管37へ向かって流れる方向と、該内挿容器39と該内挿管37との隙間を流れて、排出管38と該内挿管37との間の隙間36側へ流れ込むときの方向が、同じ方向なので、図14に示す構造は、該内挿容器39と該内挿管37との隙間を通って、該排出ガスが該内挿容器39側から該隙間36側へと流れ込み易い構造となっている。この場合、該隙間36に、不活性ガスを供給して、該隙間36側を加圧しても、該内挿容器39と該内挿管37との隙間を通って、該内挿容器39側から該隙間36側へと該排出ガスが流れ込むことを防ぎきれない。   FIG. 14 is a schematic end view of a reaction furnace of a comparative example in which the intubation tube enters the inside of the discharge port of the insertion vessel, although the intubation tube is connected to the insertion vessel, as shown in FIG. In addition, when the intubation tube 37 enters the inside of the discharge port of the insertion container 39, the direction in which the exhaust gas indicated by the arrow flows from the inside of the insertion container 39 toward the inner tube 37, and the insertion Since the direction when flowing through the gap between the container 39 and the inner intubation 37 and into the gap 36 between the discharge pipe 38 and the inner intubation 37 is the same direction, the structure shown in FIG. The exhaust gas easily flows from the inner container 39 side to the gap 36 side through the gap between the container 39 and the inner tube 37. In this case, even if an inert gas is supplied to the gap 36 to pressurize the gap 36 side, it passes through the gap between the insertion container 39 and the inner insertion tube 37, and from the insertion container 39 side. The exhaust gas cannot be prevented from flowing into the gap 36 side.

該内挿容器内に該炭化珪素棒を設置する形態例の場合、炭化珪素は、硬い材料であるため、製造工程の終了後、該炭化珪素棒から、多結晶シリコンを掻き落すときに、該炭化珪素棒が壊れない。そのため、該炭化珪素棒の再使用が可能である。また、炭化珪素はシリコンと膨張係数が近いため、反応終了後に冷却する際に、収縮量の違いによる炭化珪素棒の破壊が起こり難い。また、該炭化珪素棒の存在により、該炭化珪素棒への析出が促進されるため、多結晶シリコンの収率が高くなり、また、多結晶シリコンを取り出し難い該内挿容器へのシリコンの析出が少なく、多結晶シリコンを分離し易い該炭化珪素棒に多く析出するので、析出した多結晶シリコンの回収時間が短くなり、製造効率が高くなる。また、炭化珪素は、黒色又は暗緑色の材料であるため、反応炉内の輻射熱を吸収し易く、多結晶シリコンの収率が高くなる。   In the case of the embodiment in which the silicon carbide rod is installed in the insertion container, since silicon carbide is a hard material, when the polycrystalline silicon is scraped off from the silicon carbide rod after the completion of the manufacturing process, The silicon carbide rod does not break. Therefore, the silicon carbide rod can be reused. In addition, since silicon carbide has an expansion coefficient close to that of silicon, the silicon carbide rod is unlikely to be broken due to a difference in shrinkage when cooled after the reaction is completed. In addition, the presence of the silicon carbide rod promotes the precipitation to the silicon carbide rod, so the yield of polycrystalline silicon is increased, and the silicon is deposited in the insertion vessel where it is difficult to take out the polycrystalline silicon. Therefore, a large amount of the polycrystalline silicon is deposited on the silicon carbide rod which is easy to separate, so that the recovery time of the deposited polycrystalline silicon is shortened and the production efficiency is increased. Further, since silicon carbide is a black or dark green material, it easily absorbs radiant heat in the reaction furnace, and the yield of polycrystalline silicon is increased.

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.

(実施例1)
下記反応炉において、亜鉛蒸気の供給管から930℃に加熱して気化させた亜鉛蒸気を窒素ガスと共に反応炉内に導入し、四塩化珪素蒸気の供給管から930℃に加熱して気化させた四塩化珪素蒸気を反応炉内に設置された内装容器内に供給しつつ、反応炉内を930℃、炭化珪素棒の加熱温度を1,000℃にして、四塩化珪素を74g/分の速度で、亜鉛を50g/分の速度で供給し、四塩化珪素と亜鉛の反応を行った。
<反応炉(図1の形態例)>
反応炉:内径300mm×長さ2,500mmの石英製反応管を使用
内挿容器:内径260mm×長さ1,700mmであり、蓋部を有する内挿容器を使用、炭化珪素製
四塩化珪素蒸気供給管と亜鉛蒸気供給管の垂直方向の位置関係:同一高さ
四塩化珪素蒸気供給管と亜鉛蒸気供給管の水平方向の位置関係:図4に示す位置関係
反応炉出口の排出管内径:130mm
排出管の位置:排出管6の下側が反応炉の下側の蓋部2bの上面より700mm上側
排出管用内挿管:材質は石英、内径102mm、外径109mm
排出ガスの漏洩防止壁:内径90mm、外径95mm
該排出ガスの漏洩防止壁が、該排出管用内挿管の内側に入り込んでいる長さ:反応前2mm、反応時2.6mm
該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間:反応前3.5mm、反応時3.3mm
該排出管用内挿管の管端と該内挿容器の外壁との間の隙間:反応前5mm、反応時4.5mm
窒素ガスの供給量:10NL/分
Example 1
In the following reactor, zinc vapor heated and vaporized from a zinc vapor supply pipe to 930 ° C. was introduced into the reaction furnace together with nitrogen gas, and vaporized by heating to 930 ° C. from a silicon tetrachloride vapor supply pipe. While supplying silicon tetrachloride vapor into the interior vessel installed in the reactor, the reactor is set to 930 ° C., the heating temperature of the silicon carbide rod is set to 1,000 ° C., and silicon tetrachloride is introduced at a rate of 74 g / min. Then, zinc was supplied at a rate of 50 g / min to react silicon tetrachloride with zinc.
<Reactor (form example of FIG. 1)>
Reaction furnace: Uses a quartz reaction tube with an inner diameter of 300 mm x length of 2500 mm. Inner vessel: Uses an insertion vessel with an inner diameter of 260 mm x length of 1,700 mm and a lid, silicon carbide silicon tetrachloride vapor Positional relationship in the vertical direction between the supply pipe and the zinc vapor supply pipe: the same height Horizontal positional relationship between the silicon tetrachloride vapor supply pipe and the zinc vapor supply pipe: Positional relationship shown in FIG. 4 Discharge pipe inner diameter at the reactor outlet: 130 mm
Position of the discharge pipe: The lower side of the discharge pipe 6 is 700 mm above the upper surface of the lid 2b on the lower side of the reactor. Inner tube for discharge pipe: material is quartz, inner diameter 102mm, outer diameter 109mm
Leakage prevention wall for exhaust gas: inner diameter 90mm, outer diameter 95mm
Length of the exhaust gas leakage prevention wall entering the inside of the exhaust pipe intubation: 2 mm before reaction, 2.6 mm during reaction
Gap between the inner pipe for the exhaust pipe and the leakage prevention wall of the exhaust gas: 3.5 mm before reaction, 3.3 mm at the time of reaction
Gap between the tube end of the inner tube for the discharge tube and the outer wall of the container: 5 mm before reaction, 4.5 mm during reaction
Supply amount of nitrogen gas: 10 NL / min

そして、40時間反応を行った後、冷却した。次いで、排出管用内挿管並びに四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管等の付設部材を外し、内挿容器を反応炉の外に取り出し、次のバッチ用の内挿容器を設置し、次バッチの準備を行った。このとき、内挿容器の取り出しの作業を開始してから、次バッチの準備が完了するまでの時間は、およそ1時間であった。また、内挿容器を取り出した後、反応炉の側壁を目視にて観察したところ、シリコンの析出は観察されなかった。また、排出管の内側にも、シリコンの析出は観察されなかった。
また、取り出した内挿容器内に針状の多結晶シリコンが析出していることが確認された。次いで、内挿容器から多結晶シリコンを掻き出して、多結晶シリコンを得た。多結晶シリコンの収率は、供給原料に対し64%であり、多結晶シリコンの純度は6−Nであった。
And after reacting for 40 hours, it cooled. Next, the internal pipe for the discharge pipe and the attachment members such as the supply pipe for silicon tetrachloride vapor and the supply pipe for zinc vapor are removed, the insertion vessel is taken out of the reactor, and the insertion vessel for the next batch is installed. The next batch was prepared. At this time, the time from the start of the operation of taking out the insertion container until the preparation of the next batch was completed was approximately 1 hour. Moreover, when the insertion vessel was taken out and the side wall of the reaction furnace was visually observed, no silicon deposition was observed. Also, no silicon deposition was observed inside the discharge pipe.
Further, it was confirmed that acicular polycrystalline silicon was deposited in the taken-out insertion container. Next, polycrystalline silicon was scraped from the insertion container to obtain polycrystalline silicon. The yield of polycrystalline silicon was 64% based on the feedstock, and the purity of polycrystalline silicon was 6-N.

(実施例2)
下記反応炉を用いる以外は、実施例1と同様に行った。つまり、炭化珪素棒を内挿容器内に設置すること以外は、実施例1と同様に行った。
<反応炉(図7の形態例で、炭化珪素棒の設置本数が3本の形態例)>
反応炉:内径300mm×長さ2,500mmの石英製反応管を使用
内挿容器:内径260mm×長さ1,700mmであり、蓋部を有する内挿容器を使用、炭化珪素製
四塩化珪素蒸気供給管と亜鉛蒸気供給管の垂直方向の位置関係:同一高さ
四塩化珪素蒸気供給管と亜鉛蒸気供給管の水平方向の位置関係:図4に示す位置関係
反応炉出口の排出管内径:130mm
排出管の位置:排出管6の下側が反応炉の下側の蓋部2bの上面より700mm上側
排出管用内挿管:材質は石英、内径102mm、外径109mm
排出ガスの漏洩防止壁:内径90mm、外径95mm
該排出ガスの漏洩防止壁が、該排出管用内挿管の内側に入り込んでいる長さ:反応前2mm、反応時2.6mm
該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間:反応前3.5mm、反応時3.3mm
該排出管用内挿管の管端と該内挿容器の外壁との間の隙間:反応前5mm、反応時4.5mm
炭化珪素棒:シリコン含浸炭化珪素棒、炭化珪素:含浸シリコンの質量比は85:15、外径30mm×長さ1,000mm、本数3本(反応炉の中心を中心とする円弧上に、等間隔に設置)
窒素ガスの供給量:10NL/分
(Example 2)
It carried out similarly to Example 1 except using the following reactor. That is, it carried out similarly to Example 1 except installing a silicon carbide stick | rod in an insertion container.
<Reactor (in the embodiment shown in FIG. 7, the number of silicon carbide rods installed is 3)>
Reaction furnace: Uses a quartz reaction tube with an inner diameter of 300 mm x length of 2500 mm. Inner vessel: Uses an insertion vessel with an inner diameter of 260 mm x length of 1,700 mm and a lid, silicon carbide silicon tetrachloride vapor Positional relationship in the vertical direction between the supply pipe and the zinc vapor supply pipe: the same height Horizontal positional relationship between the silicon tetrachloride vapor supply pipe and the zinc vapor supply pipe: Positional relationship shown in FIG. 4 Discharge pipe inner diameter at the reactor outlet: 130 mm
Position of the discharge pipe: The lower side of the discharge pipe 6 is 700 mm above the upper surface of the lid 2b on the lower side of the reactor. Inner tube for discharge pipe: material is quartz, inner diameter 102mm, outer diameter 109mm
Leakage prevention wall for exhaust gas: inner diameter 90mm, outer diameter 95mm
Length of the exhaust gas leakage prevention wall entering the inside of the exhaust pipe intubation: 2 mm before reaction, 2.6 mm during reaction
Gap between the inner pipe for the exhaust pipe and the leakage prevention wall of the exhaust gas: 3.5 mm before reaction, 3.3 mm at the time of reaction
Gap between the tube end of the inner tube for the discharge tube and the outer wall of the container: 5 mm before reaction, 4.5 mm during reaction
Mass ratio of silicon carbide rod: silicon-impregnated silicon carbide rod, silicon carbide: impregnated silicon is 85:15, outer diameter 30 mm × length 1,000 mm, number of three (on an arc centered on the center of the reactor, etc. Installed at intervals)
Supply amount of nitrogen gas: 10 NL / min

そして、40時間反応を行った後、冷却した。次いで、排出管用内挿管並びに四塩化珪素蒸気の供給管及び亜鉛蒸気の供給管等の付設部材を外し、炭化珪素棒及び内挿容器を反応炉の外に取り出し、次のバッチ用の炭化珪素棒及び内挿容器を設置し、次バッチの準備を行った。このとき、炭化珪素棒及び内挿容器の取り出し作業を開始してから、次バッチの準備が完了するまでの時間は、およそ1時間であった。また、内挿容器を取り出した後、反応炉の側壁を目視にて観察したところ、シリコンの析出は観察されなかった。また、排出管の内側にも、シリコンの析出は観察されなかった。
また、取り出した炭化珪素棒の表面及び内挿容器内に針状の多結晶シリコンが析出していることが確認された。次いで、炭化珪素棒から多結晶シリコンを掻き落し、内挿容器から多結晶シリコンを掻き出して、多結晶シリコンを得た。多結晶シリコンの収率は、供給原料に対し64%であり、多結晶シリコンの純度は6−Nであった。なお、炭化珪素棒は、多結晶シリコンを掻き落す際に、破壊されることはなく、再使用可能な状態であった。
And after reacting for 40 hours, it cooled. Next, the internal members for the discharge pipe, the supply pipe for silicon tetrachloride vapor, the supply pipe for zinc vapor and the like are removed, the silicon carbide rod and the insertion vessel are taken out of the reactor, and the silicon carbide rod for the next batch And the insertion container was installed and the next batch was prepared. At this time, the time from the start of the operation of taking out the silicon carbide rod and the insertion container to the completion of preparation for the next batch was about 1 hour. Moreover, when the insertion vessel was taken out and the side wall of the reaction furnace was visually observed, no silicon deposition was observed. Also, no silicon deposition was observed inside the discharge pipe.
Further, it was confirmed that acicular polycrystalline silicon was deposited on the surface of the silicon carbide rod taken out and in the insertion container. Next, the polycrystalline silicon was scraped off from the silicon carbide rod, and the polycrystalline silicon was scraped out from the insertion container to obtain polycrystalline silicon. The yield of polycrystalline silicon was 64% based on the feedstock, and the purity of polycrystalline silicon was 6-N. The silicon carbide rod was not broken when the polycrystalline silicon was scraped off, and was in a reusable state.

(比較例1)
内挿容器及び排出管用内挿管の両方を設置しないこと以外は、実施例1と同様に行った。
そして、48時間反応を行った後、冷却した。冷却後、反応炉内に析出したシリコンを反応炉の外に取り出し、次のバッチの準備を行った。このとき、シリコンの取り出し作業を開始してから、次バッチの準備が完了するまでの時間は、およそ5時間であった。また、反応炉内には、炉壁に付着してシリコンが析出していた。また、排出管内には、シリコンが析出していた。
(Comparative Example 1)
It carried out similarly to Example 1 except not installing both an internal container and the intubation pipe for discharge pipes.
And after reacting for 48 hours, it cooled. After cooling, silicon deposited in the reaction furnace was taken out of the reaction furnace, and the next batch was prepared. At this time, the time from the start of the silicon removal operation to the completion of preparation for the next batch was approximately 5 hours. In the reaction furnace, silicon was deposited on the furnace wall. Further, silicon was deposited in the discharge pipe.

本発明によれば、反応炉の炉壁及び排出ガスの排出管の内側に多結晶シリコンが析出し難いため、効率的に多結晶シリコンを製造することができる。   According to the present invention, since polycrystalline silicon hardly deposits on the inside of the reactor wall and the exhaust gas discharge pipe, the polycrystalline silicon can be efficiently manufactured.

1 反応炉の側壁
2、2a、2b 蓋部
3 炭化珪素棒
4 窒素ガス管の固定部材
5 ヒーター
6 排出管
7 四塩化珪素蒸気の供給管
8 亜鉛蒸気の供給管
9 四塩化珪素蒸気
10 亜鉛蒸気
11 排出ガス
12 炉内壁つば部
13 内挿容器
14 排出管用内挿管
15 排出ガスの漏洩防止壁
16 窒素ガス
17 排出口
18 内挿容器の蓋部
20、30a、30b、30c 反応炉
31 幹部
32 枝部
35 排出管と内挿管との隙間
36 反応炉の側壁と内挿容器との隙間
37 内挿管
38 排出管
39 内挿容器
40 反応炉の側壁
41 排出管と内挿管との間の隙間
141 排出ガスの漏洩防止壁の端部
142 排出管用内挿管の管端
143 排出ガスの出口側の排出ガスの漏洩防止壁15の開口
151 窒素ガスの供給管
161 排出管用内挿管と排出ガスの漏洩防止壁との間の隙間
162 内挿容器と排出管用内挿管の管端との間の隙間
163 内挿容器と反応炉の側壁部との間の隙間
165 排出管と排出管用内挿管との間の隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Side wall 2, 2a, 2b of reactor Furnace part 3 Silicon carbide rod 4 Fixing member of nitrogen gas pipe 5 Heater 6 Exhaust pipe 7 Silicon tetrachloride vapor supply pipe 8 Zinc vapor supply pipe 9 Silicon tetrachloride vapor 10 Zinc vapor DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Exhaust gas 12 Furnace inner-wall collar part 13 Inner container 14 Inner tube 15 for exhaust pipes Leakage prevention wall 16 of exhaust gas 16 Nitrogen gas 17 Outlet 18 Lid part 20, 30a, 30b, 30c of insertion container Reactor 31 Trunk part 32 Branch Part 35 Clearance between discharge pipe and internal intubation 36 Clearance between side wall of reaction furnace and internal container 37 Internal intubation 38 Discharge pipe 39 Internal container 40 Side wall of reaction furnace 41 Clearance 141 between exhaust pipe and internal intubation End 142 of gas leakage prevention wall Pipe end 143 of exhaust pipe intubation tube Opening 151 of exhaust gas leakage prevention wall 15 on the outlet side of exhaust gas Nitrogen gas supply pipe 161 Inner tube for exhaust pipe and leakage prevention wall of exhaust gas With The gap between the gap 165 intubation for the discharge pipe and discharge pipe between the gap 163 in 挿容 instrument and a side wall portion of the furnace between the gap 162 in 挿容 instrument with the tube end of the intubation for the discharge pipe

Claims (5)

四塩化珪素と亜鉛を反応させて多結晶シリコンを生成させる反応炉であって、
該反応炉内に内挿容器が設置されており、該内挿容器の下部には、排出ガスの排出口が形成されており、該内挿容器の外壁には、該排出口を囲む排出ガスの漏洩防止壁が形成されており、
該反応炉の上部に、該内挿容器内に四塩化珪素蒸気を供給するための四塩化珪素蒸気の供給管及び該内挿容器内に亜鉛蒸気を供給するための亜鉛蒸気の供給管を有し、
該反応炉の下部に、排出ガスを排出するための排出管を有し、
該反応炉には、該反応炉内に、不活性ガスを供給するための不活性ガスの供給管を有し、
該排出管内に、排出管用内挿管が設置されており、
該排出ガスの漏洩防止壁は、該排出管用内挿管の内側に入り込んでおり、且つ、該排出管用内挿管と該排出ガスの漏洩防止壁との間及び該排出管用内挿管の管端と該内挿容器との間には、隙間が形成されていること、
を特徴とする多結晶シリコン製造用の反応炉。
A reactor for reacting silicon tetrachloride with zinc to produce polycrystalline silicon,
An insertion vessel is installed in the reaction furnace, and an exhaust gas discharge port is formed in the lower part of the insertion vessel. An exhaust gas surrounding the discharge port is formed on the outer wall of the insertion vessel. Leakage prevention wall is formed,
A silicon tetrachloride vapor supply pipe for supplying silicon tetrachloride vapor into the insertion vessel and a zinc vapor supply tube for supplying zinc vapor into the insertion vessel are provided at the top of the reactor. And
At the bottom of the reactor, has a discharge pipe for discharging exhaust gas,
The reaction furnace has an inert gas supply pipe for supplying an inert gas in the reaction furnace,
In the discharge pipe, an intubation for the discharge pipe is installed,
The exhaust gas leakage prevention wall enters the inside of the exhaust pipe intubation, and between the exhaust pipe intubation and the exhaust gas leakage prevention wall, and the pipe end of the exhaust pipe intubation and the pipe A gap is formed between the insertion container and
A reactor for producing polycrystalline silicon.
前記内挿容器内に析出棒が設置されていることを特徴とする請求項1記載の多結晶シリコン製造用の反応炉。   The reaction furnace for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein a precipitation rod is installed in the insertion vessel. 前記析出棒が炭化珪素棒であることを特徴とする請求項2記載の多結晶シリコン製造用の反応炉。   3. The reactor for producing polycrystalline silicon according to claim 2, wherein the precipitation rod is a silicon carbide rod. 前記炭化珪素棒は、多孔質の炭化珪素にシリコンが含浸されているシリコン含浸炭化珪素棒であり、炭化珪素:含浸シリコンの質量比が80:20〜95:5であることを特徴とする請求項3記載の多結晶シリコン製造用の反応炉。   The silicon carbide rod is a silicon-impregnated silicon carbide rod in which porous silicon carbide is impregnated with silicon, and a mass ratio of silicon carbide: impregnated silicon is 80:20 to 95: 5. Item 4. A reactor for producing polycrystalline silicon according to Item 3. 前記排出管と前記排出管用内挿管との間に、断熱材が配設されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の多結晶シリコン製造用の反応炉。   5. The reactor for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein a heat insulating material is disposed between the discharge pipe and the internal pipe for the discharge pipe.
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