JP5502650B2 - ポリシリコンの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、高純度のポリシリコンを高速で得る方法を提供することにある。
[1]請求項1に係る発明は、ポリシリコンの製造方法であって、高周波熱プラズマトーチ中にハロゲン化ケイ素化合物を含む原料ガスを導入する原料ガス導入工程と、前記高周波熱プラズマトーチ中に導入された前記原料ガスを熱プラズマ処理し、溶融ポリシリコンを生成する熱プラズマ工程と、前記熱プラズマ工程において生成した前記溶融ポリシリコンを冷却固化する冷却工程と、を有することを特徴とするポリシリコンの製造方法である。
[2]請求項2に係る発明は、前記原料ガス導入工程において、前記高周波プラズマトーチ中に水素を供給することを特徴とする請求項1に記載のポリシリコンの製造方法である。
[3]請求項3に係る発明は、前記原料ガス導入工程において、前記原料ガス中に不活性ガスを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のポリシリコンの製造方法である。
[4]請求項4に係る発明は、前記熱プラズマ工程において生成した前記溶融ポリシリコンを、ポリシリコンの融点より高い温度に保持した溶融管の下方に流下させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリシリコンの製造方法である。
[5]請求項5に係る発明は、前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリシリコンの製造方法である。
図1は、熱プラズマ処理装置の一例を説明する図である。
図1に示すように、熱プラズマ処理装置Iは、内部に高周波プラズマトーチ10を備えた反応容器100と、反応容器100の底部と連結管60を介して連結され、後述する原料ガスの熱プラズマ処理により生成した溶融ポリシリコンの液滴を冷却する冷却装置70と、冷却装置70により冷却され固化したポリシリコン粒子を回収するシリコン粒回収装置80と、熱プラズマ処理の際に副生するハロゲン化物を浄化する排気浄化装置90と、から構成されている。さらに、熱プラズマ処理装置Iは、高周波プラズマトーチ10内にプラズマ用ガスを供給するガス供給装置40と、熱プラズマ状態の高周波プラズマトーチ10内に原料ガスを供給する原料ガス供給装置50とを備えている。尚、本実施の形態では、反応容器100の内部は、アルゴン等の不活性ガスによりシールされている。
漏斗状部材20及び反応容器100を構成する材料は、例えば、ステンレス等が挙げられる。本実施の形態では、原料ガスの熱プラズマ処理の際に発生するハロゲンガス等による腐食を考慮し、ニッケルを主成分とし、モリブデン、クロム、鉄等を加えた耐食性合金(例えば、ハステロイC(登録商標))を使用している。
塩化ケイ素としては、例えば、四塩化ケイ素(SiCl4)、ヘキサクロルジシラン、オクタクロルトリシラン、デカクロルトリシラン、ドデカクロルペンタシラン等が挙げられる。また、クロルシラン(SiH3Cl)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、トリクロルシラン(SiHCl3)等のシラン誘導体が挙げられる。臭化ケイ素としては、四臭化ケイ素(SiBr4)、六臭化二ケイ素、八臭化三ケイ素、十臭化四ケイ素等が挙げられる。さらに、臭化三塩化ケイ素、二臭化二塩化ケイ素、三臭化塩化ケイ素、ヨウ化三塩化ケイ素、塩化硫化水素ケイ素、ヘキサクロルジシロキサン等も挙げられる。
これらのなかでも、四塩化ケイ素(SiCl4)が特に好ましい。
また、キャリアガスは、原料として使用するハロゲン化ケイ素化合物に対し不活性であるものが好ましく、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。本実施の形態では、キャリアガスとしてアルゴンを使用している。
次に、上述した熱プラズマ処理装置Iを用いてポリシリコンを製造する方法について説明する。本実施の形態では、ハロゲン化ケイ素化合物として四塩化ケイ素(SiCl4)を使用し、キャリアガスとしてアルゴンを使用し、ポリシリコンを製造する例について説明する。
プラズマ室12内で形成される熱プラズマ11の温度は、特に限定されないが、本実施の形態では、例えば、6,000℃〜10,000℃程度の範囲に達している。
熱プラズマ11中に導入された四塩化ケイ素(SiCl4)は、熱プラズマ処理され、熱プラズマ11の熱によって加熱され、一瞬の内に分解し、溶融ポリシリコンが生成する(熱プラズマ工程)。
本実施の形態では、反応容器100の圧力を調整し、四塩化ケイ素(SiCl4)とアルゴンとの混合ガスの超臨界流体状態において熱プラズマ処理を行うこともできる。ここで超臨界流体状態とは、物質固有の気液の臨界温度を超えた非凝縮性流体と定義される。即ち、密閉容器内に気体と液体とが存在すると、温度上昇とともに液体は熱膨張しその密度は低下する。一方、気体は、蒸気圧の増加によりその密度が増大する。そして最後に、両者の密度が等しくなり、気体とも液体とも区別の付かない均一な状態になる。物質の温度−圧力線図(図示せず)では、このような状態になる点を臨界点といい、臨界点の温度を臨界温度(Tc)、臨界点の圧力を臨界圧力(Pc)という。超臨界流体状態とは、物質の温度及び圧力が臨界点を超えた状態にあることをいう。
四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の場合、混合物の臨界温度(Tc)と臨界圧力(Pc)とは、四塩化ケイ素とアルゴンの組成により、それぞれの物質の臨界温度(Tc)と臨界圧力(Pc)との間で適宜調整することができる。
冷却装置70により冷却されたポリシリコンは、本実施の形態では、通常、径0.5mm〜1mm程度の粒状となり、シリコン粒回収装置80中に回収される。
さらに、四塩化ケイ素(SiCl4)の熱プラズマ処理により分解した塩素は、所定の排気浄化装置90により回収され、アルゴン等のキャリアガスは排気(B)される。さらに、未反応の四塩化ケイ素(SiCl4)は、所定の回収装置(図示せず)により回収され、原料ガス供給装置40へリサイクルされる。
以上詳述したように、本実施の形態では、四塩化ケイ素(SiCl4)を熱プラズマ処理することにより、高純度のポリシリコンが高速で形成される。
Claims (5)
- ポリシリコンの製造方法であって、
高周波熱プラズマトーチ中にハロゲン化ケイ素化合物を含む原料ガスを導入する原料ガス導入工程と、
前記高周波熱プラズマトーチ中に導入された前記原料ガスを熱プラズマ処理し、溶融ポリシリコンを生成する熱プラズマ工程と、
前記熱プラズマ工程において生成した前記溶融ポリシリコンを冷却固化する冷却工程と、
を有することを特徴とするポリシリコンの製造方法。 - 前記原料ガス導入工程において、前記高周波プラズマトーチ中に水素を供給することを特徴とする請求項1に記載のポリシリコンの製造方法。
- 前記原料ガス導入工程において、前記原料ガス中に不活性ガスを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のポリシリコンの製造方法。
- 前記熱プラズマ工程において生成した前記溶融ポリシリコンを、ポリシリコンの融点より高い温度に保持した溶融管の下方に流下させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリシリコンの製造方法。
- 前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリシリコンの製造方法。
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