JPH01168334A - 加熱されたライナーを備えた流動床 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良された加熱式流動床反応装置及びその反応
装置の加熱方法に関する。更に詳しくは本発明の好まし
い態様において、含シランガス（シラン含有ガス）の熱
分解による多結晶シリコン（ケイ素）製造に使用される
改良された加熱式流動床反応装置に関するものである〇 反応容器内部に含まれる流動床反応領域に必要な熱を加
える技術においては種々の手段が公知のものである。反
応容器の外側に熱を加える直接手段の例としては適切々
熱伝達流体及び誘導抵抗或いは電気抵抗ヒーターが挙け
られる。このような既存の手段では、まず熱を反応容器
壁に通すことによって流動床反応領域に熱が供給される
。これらの手段は、多くの用途の目的に適っている一方
、所望する反応の特別な性質や反応装置の形状故に流動
体の他の用途にとλつては必ずしも満足のいくものでは
ない。このような既存の手段や形状により加熱された流
動床を使用する反応には望ましくない副作用が伴うこと
がある。

流動床反応領域における含シラノガスからの多結晶シリ
コンの製造はこれら流動床加熱のための従来の手段の限
界を示す顯著な一例である。この例ではシリコン粒子は
含シランガスを吹込む流動化ガス流中に浮遊させられる
。操作条件はシラン分解が不均質に起こる。即ちシラン
が分解し流動床中のシリコン粒子表面上に付着するよう
に維持するのが好ましい。この方法においてはシリコン
粒子は粒子上のシリコン付着物により大きくなシリコン
生成物が十分大きな粒径の粒子に成長し、反応領域下の
捕集領域からこのような粒子を通常の手段で除去するこ
とが可能になる。

副生成物である水素及び他のガスは塔頂ガスとして反応
領域からそれぞれ除去することができる。

流動床を多結晶シリコ／の製造に応用する場合、反応容
器壁の内側に内張り（ライナー）を施してシリコン粒子
が灰石容器壁の加熱された金属壁と接触して汚染される
ことを防ぐためのバリア（　ｂａｒ−ｒｉｅｒ　）を設
けると同時にシリコンと膨張率の等しい物質を供給する
０内張夛は又、シリコンが反応容器壁上に付着すること
を防ぐ役割も果している０流動床反応領域における含シ
ランガスの熱分解によるシリコン生成の場合は、流動床
反応領域を加熱する従来の手段として、通常反応容器の
外壁に均一に熱を供給する熱源が採用されている。

含シランガスの熱分解は、ＭｃＨｓｔｅの米国特許第４
、２９２．５４４号明細書に述べられているよう忙流動
床反応領域の容量性加熱によって行なわれる０均質イン
ダクシ′５ｉ／・コイル、電気゛抵抗エレメント、ガス
たき間接加熱器などの加熱方法も反応容器壁の外側に使
用され、Ｌｉｎｇの米国特許第６．０１２、８６１号及
びＢｅｒｔｖａｎｄ等の米国特許第３，　０　１　２。

８６２号に開示されている０これら従来の手段は容器壁
の外側に必要な熱を供給することが可能である。応用例
の中には反応容器の外壁を均一に熱するために容器壁及
び内張りに熱を通す必要があり、結局ある程度伝導熱の
損失となっているものもある。又、従来の加熱手段の使
用により、シばしは反応器の塔底から塔頂に温度傾斜、
即ち反応領域下にあるガス分散板及び生成物捕集室の温
度が低いため塔底は温度が低く、塔頂は温度が高くなる
ことが起こる。温度傾斜が存在すると流動床の下部は有
効に利用されず、流動床反応領域の完全な有効利用は実
現されない。

故に、流動床反応領域を十分に利用できるよう流動床反
応器の塔頂よりも塔底あたυにもつと熱を導入できる、
改良された流動床反応器の開発が必要とされている。特
に、このような加熱手段が、反応容器壁に熱を通す必要
なく反応領域に熱を供給できることが望まれている。

φ発明の要約 本発明は流動床粒子を閉じこめることのできる流動床反
応領域を形成する手段を包含する改良された加熱式流動
床反応器に関する。更に流動床反応器は不活性で、反応
領域を取り巻く内張りを含み、該内張シは電流が流れる
につれて温度が上がる導電物質から成っている。電流を
供給する手段は不活性の内張り（ライナー）に取シ付け
られ、それｋより、不活性の内張りは反応領域へと流れ
る熱を発生する。

一態様において、不活性の内張シは下部よりも上部の方
が厚い。このように厚さが異なるので内張りの上部に発
生する熱よりも内張）の下部に発生する熱の量が大きく
なるのである。

本発明は更に、不活性の内張シで反応領域を取シ囲むこ
とによって流動床反応領域を加熱する方法に関するもの
である。この不活性の内張シは電流が流れるにつれて温
度の上がる導電物質から成る。電流が不活性の内張シに
供給され、それによって不活性の内張シは反応領域へと
伝わる熱を発生する。

本発明は東に、流動床反応領域で含シラ／ガスを熱分解
し高純度多結晶シリコンを製造する方法に関するもので
ある。含シランガスはシリコン粒子の流動床で不均質に
分解する。このシリコン粒子の流動床は電流が流れるに
つれて温度の上がる導電物質から成る不活性の内張如に
よって囲まれている。不活性の内張りに電流が供給され
、それによって不活性の内張りは反応領域へと伝わる熱
を発生する。

本発明に従って、熱源として、部位ごとに厚さを変えた
不活性内張シを使用した改良された加熱式流動床反応器
が提供される。熱源として内張りを使用することＫより
熱が通り抜けるべき媒体としての容器壁を迂回すること
になる。熱源として、部位により厚さを変えた不活性内
張りを使用することにより、必要とされている反応器塔
底附近により多くの熱を導入することができ、故に流動
床全体をもつと有効に使用することができる。改良され
た加熱流動床反応器及びその反応器の加熱方法は従来の
外部加熱手段に伴なう欠点を有しない。

本発明の前述以外の目的、改変及び利点は添付の図面を
参照すれば、本発明の詳細な説明から容易に明らかにな
る。図面は本発明の幾つかの好ましい態様の例示であっ
て開示範囲をいさ＼かも限定するものではない。

・図面の概説 第１図は本発明による内張シ流動床反応器の断面略図を
示す。

第２図は本発明の一態様による不活性の内張りにシリコ
ンの付着した流動床反応器壁の拡大断面図を示す。

第３図は本発明による内張シ流動床反応器の断面略図を
示す。

・発明の詳細 な説明はここでは含シランガスのシリコンへの熱分解に
関する好ましい態様に関連して説明する。

熱入力を要する流動床で行なうことのできる異なった種
類の反応にも本発明が等しく応用できることは理解され
るところである０ 明細書中に使用されているように１不均質分解ｌは２つ
以上の相で起こる。例えば分解が気体相と固体相の境界
で起こる場合など、含シランガスのシリコンへの還元を
意味する。不均質分解により流動床中忙浮遊したシリコ
ン種粒子上又は流動床反応器の内面上にシリコンが付着
する。−均質分解ｌは例えば気体相のように一層で起こ
り、ミクロンからサブミクロンの大きさの範囲の高表面
積シリコン粉末或いはシリコン微粒子を生成する。所定
の温度では一般に含シランガスの分解は均質の場合及び
／又は不均質の場合もあシ、それは含シランガスの製置
によって決まる。−船釣に含シランガスの供給ａ度が低
い方が不均質モードにおける含シランガスのシリコンへ
の分解を維持するために望ましい。しかし、シラン及び
／又はハロシラン含有ガスの供給濃度が余りにも低いと
、高シリコン生成率は期待できない。

前述の１シリコン種粒子Ｉは大きさが約５０ミクロンか
ら約４００ミクロンの範囲の流動床の粒子を意味する。

これらの粒子はシリコンが付着するにつれて大きくなり
、最後に、シリコン生成物粒子として捕集されるのが望
ましい。箋シリコン生成物粒子ｌは約４００ミク四７以
上の大きさＫなった。好ましくは約４００ミクロンから
約１５００ミクロンの範囲にあるこれら種粒子である。

これら粒子は反応領域の底部近辺で分離し、抽集領域で
捕集され、従来の手段で除去されるｏ１シリコン粒子ｌ
は流動床のシリコン種粒子及びシリコン生成物粒子双方
を意味する。

１シリコン粉末ｌは一般に含シラノガスの均質分解によ
り生じたミクロ／からサブミクロンの大きさの高表面積
シリコン粒子を意味する。

明細書中に使用されているように％含シラ／ガスｌは別
に指示のない限り、シラン及び／又はノ１０シラン含有
ガスを示す。

箋流動ガスｌ或いは嶌流動化ガスｌは、明細書に使用さ
ねているように含シランガスと、シリコン粒子の流動化
促進の為、流動原反石器に添加される付加的な不活性キ
ャリアガスの組み合わせを意味している。

って製造できる。これらのシリコン粒子は流動化ガスの
上昇流によって反応領域に浮遊している。

反応領域の温度は含シランガスの分解温度範囲とシリコ
ンの融点温度との内に維持される。含シラ／ガスは分解
して、シリコン粒子表面上に付着するシリコンを形成す
る。シリコンがシリコン粒子上に付着するとこれら粒子
は大きくなり、反応領域の下側に配置された捕集領域の
流動床底部近くで分離する。このシリコン生成物粒子は
捕集領域から従来の方法で取り出される。反応領域を通
過する流動化ガスの速度はシリコン粒子の最小流動化速
度以上に維持される。

含シランガスは従来のやり方に従って流動床底部から反
応領域へと導入される。咳ガスは希釈されずに導入する
こともできるし、不活性中ヤリア即ち水素、アルゴン、
ヘリウム等の流動化ガスで希釈することもできる。シラ
ンの分解では副生成物である水素が生成され、流動床の
半連続的、或いは連続的操作における追加分のシラ／供
給ガスに使用されるキャリアガスとして再使用可能でろ
コ／になりうる、或いはガス相で還元されてシリコンに
なシうる適当な含シランガス流ならば何でも使用できる
。その例としては、シラン、及び塩素、臭素、弗素、ヨ
ウ素のハロシランが挙げられる。トリクロロシラン、テ
トラクロロシラ／、ジクロロシラン等のクロロシランも
利用できるが、シランの使用により特別な利益が実現さ
れる。わずかに発熱を伴なう熱分解反応が実質的に完結
し、不可逆性となり、含ハロシランガス等に必要な熱分
解条件と比較した場合や＼低めの約２００℃という温度
で開始する。更に、シランとその分解生成物、即ちシリ
コンと水素は非腐食性で非汚染性である。発生した副生
放物水素は系内の再利用不活性ガスとして使用される。

それと比較してクロロシラ／の分解は可逆性、不完結反
応で本質的に腐食性である副生成物の生成に至る。勿論
シラン以外の含シランガスも使用可能であるが、本発明
においての使用に好ましいのは、シランである。

シラ／供給ガス流及び不活性キャリアガス流は反応領域
の下側に設けた従来のガス分散板を使用することにより
反応領域へと導入される。又、ここで、流動化される粒
子は随意に流動化ガス中に導入される。反応領域を通過
する流動化ガス速度は大体流動床内を平均粒径の粒子を
流動化するための必要最小限流動化速度の約２〜６倍の
速度に維持さ、れる。本文中で使用されているように１
平均粒径Ｉは所定粒径とその所定粒径を持つ粒子に帰す
る個々の重電分率との商の合計を示す。好ましくは、流
動化ガス速度は流動床の粒子の最小流動化速度の約４倍
である最小流動化速度は下記の式のような公知である従
来の方法によって決定される。

ここで ９＝流動化のための最小の表面ガス速度（ｆｔ／ｉｉ）
ρ＝流動化ガスの密度（ｔｂＡｔ） ρｐ＝粒子の密度（ｔｂ／ｆｔ） φ、＝粒子の球体度 ｅ＝最小流動化のときの粒子の床の窯隙率μ＝流動化ガ
スの絶対粘度（ｔｂ／ｆｔｆｔ−５）重力の加速度（ｆ
ｔ／ｓ２） 最小流動化速度は、ガス粘度およびガス濃度、ならびに
平均粒子直径、粒子形状および空隙率の強力な関数であ
る。従って、最小流動化速度は上記７アクタの小さな変
化で広い範囲を示す。本発明を特別な最小流動化速度ま
たはガス流動化速度に限定することは意図していない。

前述のように反応領域内の温度は含シランガスの分解範
囲とシリコンの融点温度との内に維持される。含シラン
ガスの分解が起こる温度は約２００℃からそれ以上の温
度の間である。シリコンの融点温度は約１４００℃であ
る。故に、反応領域は約２００℃から約１４００℃の間
の温度で操作するのが好ましく、さらに好ましくは約５
５０’Ｃがら約１０００℃の範囲である。

既に述べた流動床反応器の方法による多結晶シリコンの
生成は平均粒径が約５０ミクロンから約４００ミクロン
の範囲にあるシリコン種粒子の供給にか＼っている。こ
れらシリコン種粒子はシランの不均質分解により生じた
シリコ／が付着する基体を形成している０シランが分解
し種粒子が大きくなると平均粒径が少くとも約４００ミ
クロン好ましくは約４００ミクロンから約１５００ミク
ロンの間にある大きくなった生成粒子が反応領域底部近
くで分離し捕集領域へはいる。そこでこの大きめのシリ
コン生成物粒子は捕集され継続的に或いは定期的に反応
器から取シ出される。このように大きい粒子は十分な大
きさ故に得られた高純度物質を過度に汚染することなく
容易に扱うのに十分な大きさを有している。流動床をな
すシリコン粒子の大きさは本発明自体にとって重大なも
のではなく、公知の種々の流動床応用例で共通して使用
されている通常の限界内に維持されるというこ奢 とは理解する必要がある。

補充のシリコン粒子を流動床に供給するために生成物質
の少１を転用し適当に砕いたり或いはひいたりして小さ
く細かい種サイズの粒子にすることも可能である。これ
ら粒子は再び流動床に導入される。導入に際して、この
小さいシリコン粒子は前述と同様シラン分解のための成
長意地となり次第に大きくなシ、流動床から取シ出され
る。

本発明による流動床反応器は所望の流動床反応を行なう
、−船釣に縦型の容器である。この反応の例としては、
イオン交換反応、吸収反応、吸着反応、触媒反応等が挙
けられる。好ましいのは、含シランガスを流動床反応領
域においてシリコン種粒子上に付着するシリコンに熱分
解する反応である。シリンダー状の容器及び反応領域が
好まれるが、流動床操作にみあった形ならばどんな形で
も利用できることを理解する必要がある。特定の容器及
び反応領域のサイズは本発明の実施にとって重、大とは
見なされない。特定のサイズは第一にデザインの経済性
によって決まるであろう。

反応領域は狭すぎてはならない。というのは収率が低下
するからである。しかし、広すぎてもならない。という
のは高温、高流動化ガス速度に呼応してエネルギーのコ
ストが高くなるからである。

含シランガスが熱分解してシリコンになる好ましい態様
においては、流動床反応領域の直径は約６インチから４
８インチ、好ましくは約１２インチから２４インチ、最
も好ましくは約１２インチである０ 多結晶シリコンの生成においては高表面積シリコン種粒
子及び／或いはシリコン生成物粒子が直接容器壁と接触
すると、シリコンは化学的或いは物理的に汚染される。

この汚染を防ぐために反応領域と反応容器壁の間に内張
りを施すことは知られている。シリコン種或いは生成物
粒子に化学的にも物理的にも悪影響を与えないように使
用される物質から不活性内張りを選択することに加えて
、本発明者は、内張シの電気抵抗故に内張シに電流を流
した時、熱を発生する不活性内張りを選択することが有
利であることを発見した。含シラ／ガスの熱分解におい
ては高純度シリコンをその上に付着させることのできる
不活性内張りを使用することが好ましい。このことが内
張りによるシリコン粒子の汚染を防ぐのである。

不活性内張シに直接電流を供給し、それによって内張り
は反応領域に伝えられる熱を生じるのだが、このことか
ら特別の利益が派生する。施された内張りは、又、シリ
コン粒子の汚染を防ぎ、シリコンが反応容器壁に付着す
るのを防ぐ。不活性内張りを熱源として使用すると、反
応容器の外にある熱源とは逆に、反応容器内にある熱源
故に、周曲への熱損失が減少する０又、熱源が反応容器
壁の内側にあるので熱源から反応容器壁を通って反応領
域に至る熱伝達のだめの熱損失は存在しない０ このような不活性物質の例としては黒鉛、ステンレス鋼
、モリブデン等が挙けられる。具体的な内張り材は流動
床反応器で起きる反応の８を類によって決まる。内張シ
は反応忙悪影響を及はさないよう選択されなくてはなら
ない。好ましくは、含シランガスの熱分解によるシリコ
ン生成のために流動床反応領域を使用する場合、黒鉛内
張りが本発明の実施において使用される。

シランの熱分解の間、黒鉛の内張りを使用すると、かな
りの量の高純度シリコンが黒鉛の内張シ上に付着（沈積
）する可能性がある。そうすると、熱源（即ち不活性内
張り）からの熱はこの余分な耐熱物質の層を通過せざる
を得す、結局シリコン付着物層のない不活性内張シから
の熱伝達と比較した場合、不活性内張シから反応領域に
至る熱伝達の効率が劣るととＫなる。しかし、シリコン
層に供給される電流により、シリコン層が熱源としての
役割を果す可能性もある。シリコン層と黒鉛内張りが緊
密に接触しているので、電流を黒鉛内張りに供給するこ
とにより、シリコン１−にも電流が供給されるのである
。シリコン層はまた、不活性内張りと接触するシリコン
粒子によってひきおこされる汚染からシリコン粒子を守
る役目も果している。

シリコンと黒鉛内張りは反応し、黒鉛内張りの鈷出表面
上にシリコンカーバイドｒ−を形成するとも考えられて
いる。シリコンカーバイド（炭化ケイ素）層は超高温に
対して耐熱性のある耐火物質タイプの層を形成する。シ
リコンカーバイドはまたシリコン粒子の高レベルの汚染
の可能性を減少せしめる大変硬い物質である。必ずしも
明らかではないが、シリコンカーバイド層は、シリコン
カーバイド層に供給される電流により、熱源としての役
１１Ｊりを果す可能性もある。シリコンカーバイド層と
黒鉛内張りが緊密に接触しているので、黒鉛内張りに電
流を供給することにより、シリコンカーバイド層にも電
流が供給される。

シリコンが黒鉛内張り上処付着するのと殆んど同じよう
にシリコン層がシリコンカーバイド層上に付着する可能
性もある。再びこれも明らかではないが、シリコン層は
そこ忙電流を通すことにより熱源としての役割りを果す
と考えられている。

シリコン、シリコンカーバイド及び黒鉛内張りの緊密な
接触故に、電流を直接黒鉛内張りに供給することにより
電流がシリコン層に供給される。

含シランガスをシリコンに熱分解する際使用される内張
りを施した反応領域の下側に反応器は供給ガス流及び任
意に使用しうる他の不活性ガス流導入のための従来型ガ
ス分散板を備えている。ここはまた流動化されるシリコ
ン種粒子が流動化ガスに随意に導入される場所でもある
。このガス分散領域で、容器壁は冷却水或いは窒素等に
よ静的２００℃の温度に冷却される。含シランガスがシ
リコンに分解するのが早過ぎると分散装置上にシリコン
が付着してしまうので、それを防ぐために上記温度を維
持する。ガス分散領域の温度が低いのでこの領域がヒー
トシンク（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ　’）として作用して、
高温に維持されている反応領域からの熱損失を引き起こ
す傾向がある。反応領域からのこのような熱損失により
反応領域下部の温度は、反応領域上部の温度より低い。

このことは流動床反応領域全体の利用が不十分であるこ
とにつながる。

シランをシリコンに熱分解する場合、反応領域の温度が
低いと含シランガスのシリコンへのｌｌ効率が劣る。反
応領域下部の温度を反応領域上部と同じ温度に望ましく
保持するために、本発明者は反応領域上部よりも下部に
多くの熱を導入する必要があることを発見した。

反応領域内に位置する不活性内張シは部位によって厚さ
が異なっているのが好ましい。即ち、不活性内張シの厚
さは反応領域下部よりも反応領域上部の方が厚いのが好
ましい。反応領域上部の不活性内張りの厚さは約２イン
チから約１２インチ、好ましくは約４インチから約６イ
ンチの範囲にある。塔底においては、厚ざは約−インチ
から約４インチ、好ましくは約１／２インチから約１イ
ンチの範囲に、ある。上部と下部の不活性内張シの厚さ
の相対比率は本発明にとって重要ではなく、故に所定の
厚さがあればどのような組み合わせでも使用される。史
に上部から下部に至る内張シの厚さの変化は階段状、階
段状の傾斜、或いはなだらかな勾配など数多くの形状の
どれでも可能である。

内張りの厚さが塔底から塔頂にかけて増大していれば、
形状は重要であるとは考えられない。

内張如の厚さが部位によって異なり、塔底にいくにつれ
て薄くなっていくので反応領域底部により多くの熱が導
入される。内張シの断面積が減少するにつれ、電気抵抗
が増大する。内張シの抵抗が増大すると電流により生じ
た熱が内張シを流れる譬も増加する。不活性内張りの上
部が厚い（即ち、断面積が大きい）と、発生し、反応領
域の上部に導入される熱は少なくなると考えられる。故
に本発明の実施により反応領域の上部よりも反応領域の
下部により多くの熱を導入することが可能である。

前に述べたように、この付加的な熱が必要とされるのは
反応領域の下部の下側に直接配置された低温ガス分散領
域によって熱損失がひきおこされるためである。

本発明の実施において反応領域の熱源として機能するの
は不活性内張りである。反応領域への熱は次のように発
生する。即ち不活性内張シに電流を供給し、不活性内張
シに熱を発生させ、その熱を反応領域に伝達する○この
ような手段の代表例として不活性内張りを横断しての電
圧付加が挙げられる。流動床反応器に所望の量の熱を供
給するのに必要な電流量は主に所望される熱の量、不活
性内張シ特定部位の厚さ及び高さ、そして不活性内張り
の抵抗率によって決定される。これらの要因は全て、電
流、抵抗、表面積及び出力間の既存の関係によって説明
される。十分な熱を供給し、流動床反応領域内で反応を
行なうためには、特別な設計を選ばねばならない。例え
ばシランの熱分解に応用する場合、電流は約Ｚ０００か
ら約１５，０００アンペアの範囲である。

本発明に従ってシランの熱分解に部位によって厚さの異
なる不活性内張シを使用する場合、不活性内張抄上部の
温度を約５００℃から約１４００℃に、下部の温度を約
５００℃から約１４００℃に保持することが可能でるる
。好ましくは、上部温度は約５５０℃から約ｉ、ｏｏｏ
℃、下部温度は約５５０℃から約１．０００℃の範囲で
ある。

故に本発明は反応領域を堆り巻く不活性内張りによ、つ
て反応領域に熱が供給されている流動床反応器を提供す
る。不活性内張シは部位によって厚さが異なシ、故に反
応領域の上部よりも底部圧より多くの熱を供給できるの
が好ましい。不活性内張シに電流を供給することにより
ネ活性内張りに熱が生じる。このような熱源を使用する
と、反応領域全体の温度がより均一になり、反応領域全
体をより効率よく使用できるようになる。

本発明は添付の図面と共に考究すると、下記の説明によ
り一層はっきりとするであろう。これらの図面は単に本
発明の例として提示したものであり、これらにより何ら
限定する意図されるものではない。

第１図はシラン流動床反応器２７の略図であり、該反応
ムは管路２１を経て反応器２７の底部に通じている管路
２３中のシラン供給原料を熱分解するものである０ 該シラン供給原料は管路２１を経て反応器２７に入り、
そして矢印２９の方向へ反応帯域を上方へ通過するに先
立って、管路２２中の不活性キャリヤーガスと併合させ
られる。

シランは流動床２６中で熱分解されて、副生物である水
素ガスとケイ素生成物粒子１９とを生成し、該水素ガス
は反応器２７を出口１０のところで排出し、そしてケイ
素生成物粒子は捕集室２８内に回収される。熱分解反応
はケイ素粒子１５が浮遊している流動床２６中で起る。

シランは分解するにつれて、それは、ケイ素粒子１５上
に沈着してケイ素生成物粒子１９を生長させる原因とな
る。ケイ素生成物粒子１９は反応器２７の底部近傍で捕
集室２８内で分離し、従来の装置（図示省略）でこのよ
うな捕集室２８から取り／１ｉ−Ｊれる。

管路２１中の供給ガスは、孔２５を有する通常のガス分
配器１８を紡て流動床反応帯域２６に流入する。ガス分
配器１８は、シラン含有ガスのケイ素への早過ぎる熱分
解を防止するために、反応帯域２６よりも低い温度に通
常保持される。

ケイ素粒子１５はケイ素生成物粒子１９に成長して反応
器２７から城υ出されるから、新しいケイ素粒子を管路
２４を経て流動床へ導入することが必要である。導管２
４を経て入ってくるケイ素棹粒子は捕集されたケイ素生
成物粒子１９を粉砕または摩砕することにより調製され
る。

捕集室２８内の不活性キャリヤーガスおよびシラン供給
ガス２９の流れは、それが比較的小型のケイ素粒子１５
を上方へ移動させるが、捕集室２日内における生長した
ケイ素生成物粒子１９の分離を妨けないように制御され
る。水素副生ガスおよびすべての流動ガスは、出口１０
を経て流動床反応帯域を出てゆ〈０ 加熱された流動床反応帯域２６は反応容器壁１５の内側
を黒鉛ライナー１４で内張シされている。

黒鉛ライナー１４は種々の〃−さを有している。黒鉛ラ
イナーの頂部領域１１は、黒鉛ライナーの底部領域１６
よりも厚い。この厚さの変化により反応帯域の頂部にお
けるよりも反応帯域２６の底部に対して、より多量の熱
を与えるのを可能としている。ライナー１４の断Ｍ積が
城少するにつれてその抵抗が増大することにより、黒鉛
ライナー１４のより薄い部分でより多量の熱が発生され
る。電気結線１２を通して厚さの変化する黒鉛ライナー
１４に電流を流すことにより流動床反応帯域２６に対し
て熱を供給した。黒鉛ライナー１４に流された電流に熱
が発生し、これは黒鉛ライナー壁２８を介して反応帯域
２６に運ばれる。

黒鉛ライナー１４中の電流は、黒鉛２イナーに直接電圧
１７を適用することにより供給される。

周囲付近への熱損失は絶縁と容器壁１３とにより調節さ
れる。

大量の熱が反応帯域２６の下部に都合よく導入されるが
、これは反応帯域２６よりも低い温度に維持されたガス
配分器１８によって生じた熱損失のためである。

ガス配分器１８は管路２１を経て入ってくるシラン含有
供給ガスの早過ぎる熱分解を防止するために低い温度に
維持されている。

第２図は第１図に関して記載した流動床反応器２７の拡
大断面を示したものである。矢印２９の方向へ流れるシ
ラン供給ガスは、熱分解を受けてケイ素粒子１５および
黒鉛ライナー１４の露出壁２８上に沈着する。このケイ
素のｒ−３０はケイ素および／または炭化ケイ素の両方
を包含することができる。ケイ素が黒鉛ライナー１４上
に堆積しているため、黒鉛とケイ素の間に化学反応が生
じて炭化ケイ素の層６０が形成されると信じられる。

生成した炭化ケイ素の層３０の上にケイ素の膚が堆積す
るようになることもあり得ることである。

これの特別な具体例においては、電圧１７が黒鉛ライナ
ー１４に直接加えられている。上部１１における黒鉛ラ
イナー１４は下部１６における黒鉛ライナー１４よりも
厚い。このことは、黒鉛ライナー１４の下部１６におい
て、より大量の熱が発生することを可能とする。この特
別な具体例においては、クイ累／炭化ケイ素層と黒鉛ラ
イナー１４との密接な接触および電圧１７の黒鉛ライナ
ー１４への直接適用によって電流はケイ素／炭化ケイ素
＠５０へも供給される○黒鉛ライナー１４により、そう
してケイ素／炭化ケイ素）＠５０中で発生した熱は、反
応帯域２６へ移動される。

第３図は第１図と同じ流動床反応器を示したものである
が、黒鉛１４の形状が異なるものである。

図にみられる如く、第３図において黒鉛ライナー１４は
その底部１６からその頂部１１へ、第１図で画かれたな
めらかな勾配よりむしろ幾分階段状に厚さを増している
。

以下の実施例は、本発明の特別な具体例の例証を目的と
したものであり、決して開示の範囲を限定するものでは
ない。

実施例１゜ 前記の図および発明の詳述に描写された本発明の反応器
および工程は、７ラン含有ガスのケイ素への熱分解に使
用される。

流動床反応帯域は床の高さ１５２．４ｃＩｒＩで、床の
直径６０．５ｃ！ＦＴである。流動床反応帯域は、ライ
ナーのった３つのセクションを有している。黒鉛ライナ
ー底部は高さ５０．４８ｃｍ５Ｗさ０．６５　ｃｍを有
している。

黒鉛ライナー中間部は高さ６０．９６ｃｍ、厚さ０．９
６閏を有している。黒鉛ライナーの上部は高さ６１１１
．９６ｍ、厚ツｔ２７５ｃｒｒＩを有している。黒鉛ラ
イナーは反応容器内部に包含されている。

電流発生源によＦ）、７，７９６アンペアーの電流が黒
鉛ライナーに供給される。該電流は黒鉛ライナーの頂部
、中間部および下部を通過する。黒鉛ライナーの固有抵
抗は室温で９５０マイクロオーム−儒であり、黒鉛ライ
ナー下部の断面積は６五５９″であり、黒鉛ライナー中
間部では９４．８４’、そうしして黒鉛ライナー上部で
は１２７．２２　　である０黒鉛ライナ一各部によって
発生した熱量は、黒鉛ライナーの特定部分を通過する電
流の大きさと、黒鉛ライナー各部の抵抗から計算される
。

黒鉛ライナー下部の発生熱量は６０キロワツト、黒鉛ラ
イナー中間部では熱量４０−Ｐロワット、黒鉛ライナー
上部では熱量６０キロワツトを発生する。黒鉛ライナー
により発生する熱量は、黒鉛ライナーの所定の釣合のと
れた部分に対して、ライナー底部からライナー頂部に向
って増加する０焦鉛ライナーの底部は、黒鉛ライナーの
上部および中間部の半分の高さである。従ってライナー
の上部および中間部の同程度の大きさの部分によ多発生
する相対熱は、全中間部および上部による発生熱の半分
、すなわち中間部に対して２０キロワツト、上部に対し
て１５キロワツトである。このように、等しい高さの黒
鉛ライナーの所定の釣合のとれた部分に対して、発生し
た相対熱は、黒鉛ライナーの底部で３０キロワツト、中
間部で２０キロワツト、頂部で１５キロワツトである。

本実施例は・黒鉛ライナーの厚さが増加するにつれて、
黒鉛ライナーにより生ずる熱量が減少することを説明す
るものである。熱源としての黒鉛ライナーの使用はいく
つかの目的に役立つ。第一に、黒鉛ライナーが流動床と
直接接触しているため、反応容器壁を通した熱移動に付
随した熱移動による損失は起らない。第二に、黒鉛ライ
ナーはそれがシラン熱分解反応との関係では比較的不活
性であるために、流動床内部で生じている反応忙悪影Ｗ
を及はさない。最後に、厚さの変化する黒鉛ライナーを
使用することは、流動床の頂部に導かれる熱量に比較し
てより多くの熱量を流動床底部の近傍に導くことを可能
とする。

本発明の精神および範囲から離れることなく、こ＼に記
載され示された好ましい具体例への修正および変更が可
能であることを理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内張り流動床反応器の断面図である。 第２図は、不活性の内張りにシリコンが付着した流動床
反応器壁の一部拡大断面図である。 第３図は、本発明の他の内張り流動床反応器の断面図で
ある。 特ｆｆ　出Ｉｎ　人　　　ユニオン、カーバイト（コー
ポレーション呻・Ｉｍ ／２ 吻−２− 手　　　続　　　補　　　正　　　書 昭和ど３年７２月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）流動床粒子を制限し得る流動床反応帯域を定
   める手段； （ｂ）不活性で反応帯域を囲むライナーであつて、該ラ
   イナーはそこを電流が通過するにつれて温度上昇を生じ
   る導電物質から成るものであり、及び （ｃ）電流を不活性ライナーに供給し、それによつて不
   活性ライナーに、反応帯域へ移動する熱を生じさせる手
   段 を包含することを特徴とする改良され加熱された流動床
   反応器。 ２、不活性ライナーがその底部におけるよりも頂部にお
   いて大きい厚さを有する請求項１の改良され加熱された
   流動床反応器。 ３、不活性ライナーにより生じた熱量が、ライナーの頂
   部において生じた熱よりもライナーの底部において、よ
   り大である請求項２の改良され加熱された流動床反応器
   。 ４、流動床粒子がさらにシラン含有ガスのケイ素への熱
   分解に有用なケイ素種粒子を含む、請求項２の改良され
   た流動床反応器。 ５、不活性ライナーが、シラン含有ガスの不均一分解の
   ケイ素生成物を含有するケイ素コーティングを有し、該
   ケイ素コーティングは導電性であつて、かつ不活性ライ
   ナーからの電流をもまた通過せしめることにより、不活
   性ライナーが反応帯域へ移動せしめる熱を生ずる、請求
   項４の改良され加熱された流動床反応器。 ６、不活性ライナー中の電流が不活性ライナーに電圧を
   直接加えることにより供給される請求項１の改良され加
   熱された流動床反応器。 ７、不活性ライナーに直接電圧を加えることにより電流
   がケイ素コーティングに供給される、請求項５の改良さ
   れ加熱された流動床反応器。 ８、不活性ライナーが黒鉛ライナーである請求項７の改
   良され加熱された流動床反応器。９、不活性ライナーが
   、シラン含有ガスの不均一分解のケイ素生成物と黒鉛ラ
   イナーの反応生成物を含有するケイ素コーティングを有
   し、該ケイ素コーティングは導電性であつて、かつ黒鉛
   ライナーからの電流をもまた通過せしめることにより、
   不活性ライナーが反応帯域へ移動せしめる熱を生ずる、
   請求項８の改良され加熱された流動床反応器。 １０、ケイ素コーティングが炭化ケイ素を含む請求項９
   の改良され加熱された流動床反応器。 １１、電圧を直接黒鉛ライナーに加えることによりケイ
   素コーティングに電流が供給される請求項９の改良され
   加熱された流動床反応器。 １２、電流通過時の不活性ライナー頂部の温度が約５０
   ０℃乃至約１４００℃の範囲であり、不活性ライナー底
   部の温度が約５００℃乃至約１４００℃の範囲である請
   求項２の改良された流動床反応器。 １３、電流通過時の不活性ライナー頂部の温度が約５５
   ０℃乃至約１０００℃の範囲であり、不活性ライナー底
   部の温度が約５５０℃乃至４０００℃の範囲である請求
   項４の改良された流動床反応器。 １４、電流通過時の黒鉛ライナー頂部の温度が約５５０
   ℃乃至約１０００℃の範囲であり、黒鉛ライナー底部の
   温度が約５５０℃乃至約１０００℃の範囲である請求項
   ９の改良された流動床反応器。 １５、（ａ）反応帯域が不活性ライナーで囲まれ、該不
   活性ライナーは電流が通過するにつれて温度が上昇する
   導電物質より成り、 （ｂ）電流を不活性ライナーに供給し、それによつて不
   活性ライナーに反応帯域へ移動する熱を生じさせる ことを特徴とする流動床反応帯域の加熱方法。 １６、不活性ライナーが、その底部におけるよりもその
   頂部において厚さが大である請求項１５の方法。 １７、不活性ライナーにより生じた熱量が、ライナーの
   頂部において生じた熱量よりもライナーの底部において
   より大である請求項１６の方法。 １８、不活性ライナーに直接電圧を加えることにより不
   活性ライナーに電流が供給される請求項１６の方法。 １９、電流通過時の不活性ライナー頂部の温度が約５０
   ０℃乃至１４００℃の範囲であり、反応器底部の温度が
   約５００℃乃至約１４００℃の範囲である請求項１７の
   方法。 ２０、電流が約７０００乃至約１５，０００アンペアー
   の範囲である請求項１９の方法。２１、電流が約７００
   ０乃至約１５０００アンペアーの範囲である請求項１２
   、１３または１４の改良され加熱された流動床反応器。 ２２、流動床反応帯域において、シラン含有ガスを熱分
   解することにより高純度多結晶質ケイ素を製造するに当
   り、 （ａ）ケイ素種粒子の流動床においてシラン含有ガスを
   不均一的に分解し、該ケイ素粒子の流動床は、電流の通
   過するにつれて温度が上昇する導電物質から成る不活性
   ライナーにより囲まれており、かつ （ｂ）電流を不活性ライナーに供給することによつて、
   不活性ライナーに反応帯域へ移動する熱を生じさせる ことを特徴とする製造方法。 ２３、不活性ライナーがその底部におけるよりもその頂
   部において厚さが大である請求項２２の方法。 ２４、不活性ライナーにより生じた熱量が、ライナーの
   頂部において生じた熱量よりもライナーの底部において
   、より大である請求項２３の方法。 ２５、不活性ライナーに直接、電圧を加えることにより
   不活性ライナーに電流が供給される請求項２３の方法。 ２６、不活性ライナーが黒鉛ライナーである請求項２３
   の方法。 ２７、電流通過時の不活性ライナー頂部における温度が
   約５５０℃乃至約１０００℃の範囲であり、不活性ライ
   ナー底部における温度が約５５０℃乃至約１０００℃の
   範囲である請求項２５の方法。 ２８、電流が約７０００乃至約１５０００アンペアーの
   範囲である請求項２７の方法。 ２９、反応帯域が、シラン含有ガスのシリカへの熱分解
   に有用なケイ素粒子を含む請求項１５の方法。