JPH0649569B2 - Method and apparatus for producing trichlorosilane - Google Patents

Method and apparatus for producing trichlorosilane

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JPH0649569B2
JPH0649569B2 JP26248085A JP26248085A JPH0649569B2 JP H0649569 B2 JPH0649569 B2 JP H0649569B2 JP 26248085 A JP26248085 A JP 26248085A JP 26248085 A JP26248085 A JP 26248085A JP H0649569 B2 JPH0649569 B2 JP H0649569B2
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silicon
furnace
trichlorosilane
hydrogen
heater
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一男 伊集院
精一 桐井
満敏 生川
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高純度シリコン株式会社
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【発明の詳細な説明】 <技術分野> 本発明は高温下で不純物を生ぜずに四塩化珪素(SiC
l4)をトリクロルシラン(SiHCl3)に転換し、かつ製造
反応炉の耐久性にも優れるトリクロルシランの製造方法
とその製造装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to silicon tetrachloride (SiC) at high temperature without producing impurities.
The present invention relates to a method and an apparatus for producing trichlorosilane which converts l 4 ) into trichlorosilane (SiHCl 3 ) and has excellent durability of a production reactor.

<技術背景> トリクロルシランを高温下で水素還元,熱分解して半導
体級の高純度多結晶シリコンを製造する場合,必然的に
多量の四塩化珪素が副生する。該四塩化珪素から直接,
多結晶シリコンを製造することは可能であるがトリクロ
ルシランを原料とするものに比べ高温で反応させる必要
があり,また収率も悪い。従つて,多結晶シリコンの製
造効率を高めるためには上記四塩化珪素をトリクロルシ
ランに転換し,その有効利用を図ることが不可欠であ
る。上記半導体級多結晶シリコンの製造工程から副生す
る四塩化珪素は,それ自体不純物が極めて少ないため,
この四塩化珪素を原料として不純物が極めて少ないトリ
クロルシランを製造することが出来る。
<Technical background> When hydrogen-reducing and pyrolyzing trichlorosilane at high temperature to produce semiconductor-grade high-purity polycrystalline silicon, a large amount of silicon tetrachloride is inevitably produced as a by-product. Directly from the silicon tetrachloride,
It is possible to manufacture polycrystalline silicon, but it is necessary to react at a higher temperature than that using trichlorosilane as a raw material, and the yield is poor. Therefore, in order to improve the production efficiency of polycrystalline silicon, it is indispensable to convert the above-mentioned silicon tetrachloride into trichlorosilane for effective use. Silicon tetrachloride, which is a by-product of the above semiconductor-grade polycrystalline silicon manufacturing process, has very few impurities by itself.
Using this silicon tetrachloride as a raw material, trichlorosilane containing very few impurities can be produced.

従来,四塩化珪素と水素とによりトリクロルシランを製
造する方法として,原料ガスを金属珪素の流動層に通
じ,接触反応させる方法が知られている。ところがこの
方法では金属珪素粉末に含まれる不純物により生成する
トリクロルシランが汚染される問題がある。更に,金属
珪素の流動層を用いない場合でも,反応炉の材質に起因
する次のような問題がある。即ち,反応炉の材質として
は従来,高温の水素,四塩化珪素,塩化水素ガスに対し
て耐蝕性のある,カーボン,炭化珪素,シリカ,アルミ
ナ等が選ばれている。これらのうちカーボンについては
高純度で比較的大型の部材の製造が可能であり,又,繊
維状のカーボンを使用すれば断熱効果も大きく,炉の構
成材として適当な部材であるが,800℃以上の高温に曝
されると有機不純物が発生し,生成するトリクロルシラ
ンが汚染される。一方,炭化珪素については1000℃まで
の温度下では有機不純物の発生は殆ど見られないが,高
純度で大型の部材の製造が困難である。又,SiO2,Al2O
3も1000℃以上の高温では水素,塩化水素,四塩化珪素
に対し耐久性がなく,使用上問題がある。また,上記部
材の他,有害な不純物を含まない部材としては高純度シ
リコンがある。シリコンは四塩化珪素と水素との混合ガ
ス中ではガス中のCl2,H2,Si分圧と温度との相互の関
係で析出ないしエツチングされることで平衡状態を保つ
ことが知られている。ところが,四塩化珪素と水素の混
合モル比(4CS:H2)が1:20以下では900℃以下の温度
でシリコンがエツチングされ耐蝕性が無い。このため低
温から高温までの温度分布が避けられない反応炉の構成
材として適切ではないと考えられていた。
Conventionally, as a method for producing trichlorosilane from silicon tetrachloride and hydrogen, a method has been known in which a raw material gas is passed through a fluidized bed of metallic silicon to cause a catalytic reaction. However, this method has a problem that the trichlorosilane produced by the impurities contained in the metallic silicon powder is contaminated. Further, even when the fluidized bed of metallic silicon is not used, there are the following problems due to the material of the reaction furnace. That is, as the material of the reaction furnace, carbon, silicon carbide, silica, alumina, etc., which have corrosion resistance to high temperature hydrogen, silicon tetrachloride, and hydrogen chloride gas, have been conventionally selected. Of these, carbon is a high-purity and relatively large-sized member that can be manufactured. Also, if fibrous carbon is used, the heat insulating effect is great, and it is a suitable member as a furnace component. When exposed to the above high temperatures, organic impurities are generated and the generated trichlorosilane is contaminated. On the other hand, with respect to silicon carbide, organic impurities are hardly generated at temperatures up to 1000 ° C, but it is difficult to manufacture large members with high purity. Also, SiO 2 , Al 2 O
3 also has a problem in use because it is not durable against hydrogen, hydrogen chloride and silicon tetrachloride at high temperatures above 1000 ° C. In addition to the above-mentioned members, there is high-purity silicon as a member containing no harmful impurities. It is known that in a mixed gas of silicon tetrachloride and hydrogen, silicon is kept in an equilibrium state by being precipitated or etched due to the mutual relationship between Cl 2 , H 2 , and Si partial pressures in the gas and temperature. . However, when the mixture molar ratio of silicon tetrachloride and hydrogen (4CS: H 2 ) is 1:20 or less, silicon is etched at a temperature of 900 ° C or less and corrosion resistance is not obtained. For this reason, it was thought that it was not suitable as a constituent material of a reactor in which the temperature distribution from low temperature to high temperature is unavoidable.

<発明の構成> 本発明は炉内の高温に曝される部分にシリコンあるいは
シリコン化合物のコーテングを設けることにより高温下
で不純物を生ぜずに四塩化珪素をトリクロルシランに転
換することを可能にし,従来の課題を解消したものであ
る。
<Structure of the Invention> The present invention makes it possible to convert silicon tetrachloride to trichlorosilane at a high temperature without producing impurities by providing a coating of silicon or a silicon compound in a portion exposed to a high temperature in a furnace. This is a solution to the conventional problem.

本発明によれば,炉内のヒータおよび炉壁の高温部分に
珪素または珪素化合物をコーテングした反応炉を用い,
四塩化珪素と水素とを混合した原料ガスを加熱してトリ
クロルシランを製造することを特徴とするトリクロルシ
ランの製造方法が提供される。
According to the present invention, a heater in the furnace and a reaction furnace in which silicon or a silicon compound is coated on the high temperature portion of the furnace wall are used,
There is provided a method for producing trichlorosilane, which comprises heating a raw material gas obtained by mixing silicon tetrachloride and hydrogen to produce trichlorosilane.

更に,その好適な実施態様として,上記原料ガスの四塩
化珪素と水素の混合モル比が2:1〜1:30であり,該
原料ガスを600〜1100℃に加熱して製造する方法,およ
び,上記四塩化珪素と水素との混合モル比を変えて,上
記コーテング層の厚みを一定に保ちながら製造する方法
が提供される。また,上記四塩化珪素に代えてトリクロ
ルシランと水素との混合ガスを用いて上記コーテング層
の厚さを回復させる製造方法が提供され,これら製造方
法を実施する装置として,四塩化珪素と水素とを混合し
た原料ガスの供給口と,排気口とを具え,炉内にヒータ
が設けられている反応炉において,ヒータおよび炉内の
高温に曝される部分に珪素あるいは珪素化合物がコーテ
ングされていることを特徴とする製造装置が提供され
る。
Further, as a preferred embodiment thereof, the raw material gas has a mixed molar ratio of silicon tetrachloride and hydrogen of 2: 1 to 1:30, and the raw material gas is heated to 600 to 1100 ° C. A method for producing the coating layer while keeping the thickness of the coating layer constant by changing the mixing molar ratio of the silicon tetrachloride and hydrogen is provided. Further, there is provided a manufacturing method for recovering the thickness of the coating layer by using a mixed gas of trichlorosilane and hydrogen in place of the silicon tetrachloride. As an apparatus for carrying out these manufacturing methods, silicon tetrachloride and hydrogen are used. In a reaction furnace having a feed port for a mixed raw material gas and an exhaust port and having a heater in the furnace, silicon or a silicon compound is coated on the heater and the portion exposed to the high temperature in the furnace. A manufacturing apparatus characterized by the above is provided.

本発明は四塩化珪素と水素の混合ガスを高温に加熱して
四塩化珪素をトリクロルシランに転換する。従来,四塩
化珪素を原料としたトリクロルシランの製造は,例えば
特開昭48-47500号に開示されているように外熱式反応管
中で500〜1100℃の温度範囲でなされていた。この理
由は,原料ガスとして四塩化珪素,トリクロルシラン,
塩化水素等の腐食性ガスを用いるため高温下でこれに耐
える材料が見当たらないこと,及び,1100℃以上では生
成したトリクロルシランからシリコンへの析出が始まる
ので有利ではないからである。また,特開昭48-95396号
に開示されている方法は,600〜1200℃の温度下で反応
平衡にあるSiHCl3,SiCl4,H2,HClの混合ガスを300℃
以下に急冷してトリクロルシランを得ている。このよう
に従来,四塩化珪素をトリクロルシランに転換する方法
は種々知られているが,反応炉を構成する材質や使用原
料等に問題があり,半導体級の純度を有するものはな
い。
In the present invention, a mixed gas of silicon tetrachloride and hydrogen is heated to a high temperature to convert silicon tetrachloride into trichlorosilane. Conventionally, the production of trichlorosilane using silicon tetrachloride as a raw material has been carried out in a temperature range of 500 to 1100 ° C. in an externally heated reaction tube as disclosed in JP-A-48-47500. The reason is that silicon tetrachloride, trichlorosilane,
This is because corrosive gases such as hydrogen chloride are used, so there is no material that can withstand this at high temperatures, and at temperatures above 1100 ° C, it is not advantageous because precipitation of trichlorosilane formed into silicon begins. Further, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 48-95396 discloses that a mixed gas of SiHCl 3 , SiCl 4 , H 2 and HCl, which is in a reaction equilibrium at a temperature of 600 to 1200 ° C., is heated to 300 ° C.
It is rapidly cooled to obtain trichlorosilane. As described above, various methods for converting silicon tetrachloride into trichlorosilane have been conventionally known, but there is a problem with the material constituting the reaction furnace, the raw materials used, and the like, and none of them has a semiconductor-grade purity.

本発明は炉内のヒータを含む高温部分にシリコンあるい
はシリコン化合物をコーテングすることにより,炉の耐
久性と高温下での不純物汚染を防止した。
According to the present invention, by coating silicon or a silicon compound on the high temperature portion including the heater in the furnace, the durability of the furnace and the contamination of impurities at high temperature are prevented.

本発明に係る装置構成の一例を第1図に示す。An example of the device configuration according to the present invention is shown in FIG.

反応炉10は円筒形であり,その内部に適数個のヒータ
11が設けられている。該ヒータ11は反応炉10の上
面に設けた電極16に保持され,該炉の上部から下部に
向かつて突出している。該ヒータ11は図示するように
直接通電加熱される方法でもよく,またその他,高周波
加熱などの方法によつて加熱してもよい。該反応炉10
の下部側壁には原料ガスの供給口12が設けられてお
り,更に該供給口12の上側には炉内を仕切る分散板1
3が取り付けられている。該分散板13には多数の小孔
14が穿設されており,供給口12を通じて炉内に導入
された原料ガスを均一に分散して炉内上方に流す。一
方,炉10の上部には適数個の排気口15が設けられて
おり,該排気口15を通じてトリクロルシラン,塩化水
素および未反応の水素,四塩化珪素の混合ガスが取り出
される。
The reaction furnace 10 has a cylindrical shape, and an appropriate number of heaters 11 are provided inside the reaction furnace 10. The heater 11 is held by an electrode 16 provided on the upper surface of the reaction furnace 10, and protrudes from the upper part of the furnace toward the lower part. The heater 11 may be heated directly by electric current as shown in the figure, or may be heated by a method such as high frequency heating. The reactor 10
A source gas supply port 12 is provided on the lower side wall of the furnace, and the dispersion plate 1 for partitioning the inside of the furnace is further provided above the supply port 12.
3 is attached. A large number of small holes 14 are formed in the dispersion plate 13, and the raw material gas introduced into the furnace through the supply port 12 is uniformly dispersed and flows upward in the furnace. On the other hand, an appropriate number of exhaust ports 15 are provided in the upper part of the furnace 10, and a mixed gas of trichlorosilane, hydrogen chloride, unreacted hydrogen, and silicon tetrachloride is taken out through the exhaust ports 15.

上記反応炉10の炉本体およびヒータ11,分散板13
の材質はカーボンが用いられる。勿論他の耐熱性の材質
を用いることもできる。上記反応炉内部の高温部分には
シリコンあるいはシリコン化合物がコーテングされる。
即ち,分散板13からカーボンヒータ11の中央部付近
にかけて800〜1000℃に加熱される部分Aには,ヒータ
および炉内壁にシリコン化合物がコーテングされる。該
シリコン化合物としては炭化珪素が好適である。その
他,窒化珪素などを用いることができる。コーテング層
の厚さは炉材のカーボンが露出しない厚さであれば良
く,耐久性を考慮して1〜2mm程度であれば良い。上記
反応炉10の1000℃以上に加熱される部分B,即ちヒー
タ11の中央部から炉上部の範囲にはヒータおよび炉内
壁に高純度のシリコンがコーテングされる。該シリコン
コーテングの厚さは1〜30mm程度であればよく,好ま
しくは約15mm程度である。該シリコン層が厚過ぎると
炉内壁とシリコンとの熱膨脹係数の差によりコーテング
層に亀裂を生ずる虞がある。また薄過ぎるとシリコンコ
ーテング層が反応中に消耗し,下地の炉材が露出する虞
がある。尚,シリコンは900〜1000℃以下の温度では下
地に析出しないので1000℃以上の高温部分にコーテング
される。
Main body of the reaction furnace 10, heater 11, dispersion plate 13
Carbon is used as the material. Of course, other heat resistant materials can be used. Silicon or a silicon compound is coated on the high temperature portion inside the reaction furnace.
That is, the silicon compound is coated on the heater and the inner wall of the furnace at the portion A heated to 800 to 1000 ° C. from the dispersion plate 13 to the vicinity of the central portion of the carbon heater 11. Silicon carbide is suitable as the silicon compound. Besides, silicon nitride or the like can be used. The thickness of the coating layer may be such that carbon of the furnace material is not exposed, and in consideration of durability, it may be about 1 to 2 mm. High-purity silicon is coated on the heater and the inner wall of the furnace in the portion B of the reaction furnace 10 heated to 1000 ° C. or higher, that is, in the range from the central part of the heater 11 to the upper part of the furnace. The thickness of the silicon coating may be about 1 to 30 mm, preferably about 15 mm. If the silicon layer is too thick, the coating layer may crack due to the difference in thermal expansion coefficient between the inner wall of the furnace and silicon. On the other hand, if it is too thin, the silicon coating layer may be consumed during the reaction, exposing the underlying furnace material. Silicon does not deposit on the substrate at temperatures below 900-1000 ° C, so it is coated at high temperatures above 1000 ° C.

本発明に係る装置構成の他の例を第2図および第3図に
示す。
Another example of the device configuration according to the present invention is shown in FIGS. 2 and 3.

図示するように反応炉20は円筒形であり,該反応炉2
0の下部側壁に原料ガスの供給口21が適数個設けられ
ている。更に該反応炉20の上面中央部に排気管22が
設けられており,該排気管22は炉上面から炉内に突出
し,炉下部に伸びている。該排気管22を囲むように円
筒形のヒータ23が炉内に設けられており,該ヒータ2
3は炉底部に設けた電極24に保持され,炉上部に向か
つて立設されている。該ヒータ23と炉上面との間には
原料ガスの流路となる隙間が形成されている。更に,該
ヒータ23を囲む円筒状の仕切壁25が路内に設けられ
ている。該仕切壁25の上部には円筒に沿つて開口26
が設けられており,原料ガスの流路を形成している。該
仕切壁25は原料ガスの均一な分散と伝熱面の役割を果
し,供給口21から炉内部に流入する原料ガスは該仕切
壁25に沿つて上昇し,開口26を通じてヒータ23の
設置されている炉中央部に流入する。原料ガスはヒータ
23に沿つて炉上部から下部に向かつて流下し,反応
後,排気管22を通じて外部に導かれる。該反応炉20
においても第1図の反応炉10と同様にヒータを含む炉
内の高温部にシリコンまたはシリコン化合物がコーテン
グされる。即ち,炉内の800℃以上の高温となる部分に
は炭化珪素がコーテングされ,1000℃以上の高温となる
上記仕切壁25の内側および外側上部,ヒータ23,排
気管22にはシリコンがコーテングされる。
As shown in the figure, the reaction furnace 20 has a cylindrical shape.
An appropriate number of source gas supply ports 21 are provided on the lower side wall of 0. Further, an exhaust pipe 22 is provided at the center of the upper surface of the reaction furnace 20, and the exhaust pipe 22 projects from the upper surface of the furnace into the furnace and extends to the lower part of the furnace. A cylindrical heater 23 is provided in the furnace so as to surround the exhaust pipe 22.
3 is held by an electrode 24 provided at the bottom of the furnace, and stands upright toward the upper part of the furnace. A gap is formed between the heater 23 and the upper surface of the furnace as a flow path for the raw material gas. Further, a cylindrical partition wall 25 surrounding the heater 23 is provided in the passage. An opening 26 is formed along the cylinder at the upper part of the partition wall 25.
Is provided and forms a flow path for the raw material gas. The partition wall 25 plays a role of uniform distribution of the raw material gas and a heat transfer surface, and the raw material gas flowing into the furnace from the supply port 21 rises along the partition wall 25 and the heater 23 is installed through the opening 26. Flows into the central part of the furnace. The raw material gas flows down from the upper part of the furnace to the lower part along the heater 23, and after reaction, is guided to the outside through the exhaust pipe 22. The reaction furnace 20
In the same manner as in the reaction furnace 10 shown in FIG. 1, silicon or a silicon compound is coated on a high temperature portion in the furnace including a heater. That is, silicon carbide is coated on a portion of the furnace where the temperature is 800 ° C. or higher, and silicon is coated on the inner and outer upper portions of the partition wall 25 where the temperature is 1000 ° C. or higher, the heater 23, and the exhaust pipe 22. It

上記装置構成において,四塩化珪素と水素との混合ガス
が供給口から炉内に導入され,ヒータ表面をその長手方
向に沿つて流れる。該ヒータは800〜1300℃に加熱され
ており,上記原料ガスがヒータおよびヒータによつて加
熱された炉内伝熱面と接触して約600〜1100℃に加熱さ
れ次式に従いトリクロルシランを生成する。
In the above device configuration, a mixed gas of silicon tetrachloride and hydrogen is introduced into the furnace through the supply port and flows on the heater surface along the longitudinal direction thereof. The heater is heated to 800 to 1300 ° C, and the raw material gas comes into contact with the heater and the heat transfer surface in the furnace heated by the heater to be heated to about 600 to 1100 ° C to generate trichlorosilane according to the following formula. To do.

SiCl4+H2→SiHCl3+HCl 同時に次式に従い塩化水素とシリコンが副生する。SiCl 4 + H 2 → SiHCl 3 + HCl At the same time, hydrogen chloride and silicon are by-produced according to the following formula.

2SiHCl3→Si+SiCl4+2HCl SiHCl3+H2→Si+3HCl この場合,生成したトリクロルシランはガスの流れによ
つて高温のヒータおよび炉内伝熱面から直ちに取り除か
れるのでトリクロルシランのシリコンへの分解よりも四
塩化珪素のトリクロルシランへの転換量が多く,トリク
ロルシランが効率よく製造される。この場合の原料ガス
の四塩化珪素と水素の混合モル比は,四塩化珪素:水素
=2:1〜1:10の範囲が良い。四塩化珪素と水素の
モル比が2:1以下では予めコーテングしてあるシリコ
ンと消耗速度が速く,下地のカーボンや炭化珪素が露出
する虞があり,また1:10以上では水素の循環量が多
くなり,経済的でない。一方,塩化水素の副生に起因し
て塩化水素がシリコンと反応し,トリクロルシランを生
成する反応が副次的に進行する。
2SiHCl 3 → Si + SiCl 4 + 2HCl SiHCl 3 + H 2 → Si + 3HCl In this case, the generated trichlorosilane is immediately removed from the high temperature heater and the heat transfer surface in the furnace by the gas flow, so it is better than the decomposition of trichlorosilane to silicon. A large amount of silicon chloride is converted to trichlorosilane, and trichlorosilane can be efficiently produced. In this case, the mixing molar ratio of silicon tetrachloride and hydrogen in the source gas is preferably in the range of silicon tetrachloride: hydrogen = 2: 1 to 1:10. If the molar ratio of silicon tetrachloride to hydrogen is 2: 1 or less, the rate of wear with the previously coated silicon is high, and the underlying carbon or silicon carbide may be exposed. Increased and not economical. On the other hand, hydrogen chloride reacts with silicon due to the by-product of hydrogen chloride, and the reaction of producing trichlorosilane secondarily proceeds.

Si+3HCl→SiHCl3+H2 この時,炉内の高温部分にコーテングされているシリコ
ンが消費されコーテング層の厚みが減少する場合があ
る。そこで,原料ガスの四塩化珪素と水素との混合モル
比を変え,四塩化珪素:水素=1:4〜1:30に調整
し,水素の混合量を増加すればシリコンと塩化水素の反
応が抑制されて,逆にトリクロルシランの分解ないし水
素還元によりシリコンが生成して,シリコンコーテング
層の厚さを回復できる。この他,上記原料ガスの組成を
変え,四塩化珪素に代えてトリクロルシランと水素とを
混合し,トリクロルシランと水素との混合モル比を,ト
リクロルシラン:水素=1:2〜1:20に調整するこ
とにより,シリコンコーテング層の厚さを回復できる。
Si + 3HCl → SiHCl 3 + H 2 at this time, there are cases where silicon is Kotengu high temperature portion in the furnace reduces the thickness of the consumed Kotengu layer. Therefore, if the mixing molar ratio of silicon tetrachloride and hydrogen of the raw material gas is changed to adjust silicon tetrachloride: hydrogen = 1: 4 to 1:30 and the mixing amount of hydrogen is increased, the reaction between silicon and hydrogen chloride It is suppressed and, conversely, silicon is generated by decomposition of trichlorosilane or hydrogen reduction, and the thickness of the silicon coating layer can be recovered. In addition, the composition of the raw material gas is changed, trichlorosilane and hydrogen are mixed instead of silicon tetrachloride, and the mixing molar ratio of trichlorosilane and hydrogen is set to trichlorosilane: hydrogen = 1: 2 to 1:20. By adjusting, the thickness of the silicon coating layer can be recovered.

<発明の効果> 本発明によれば,炉内の高温部分がシリコンないしシリ
コン化合物でコーテングされているので,炉材に起因す
る不純物の汚染がなく,高純度のトリクロルシランを得
ることができる。即ち,例えば炉本体あるいはヒータの
材質にカーボンを用いる場合,従来は直接カーボンが炉
内壁に露出しており,従つて800℃以上の高温に曝され
ると炉材のカーボンが原料ガスの水素と反応してメタン
を発生し,生成するトリクロルシランがこのメタンおよ
びシリコン有機化合物によつて汚染される問題がある。
ところが本発明においては前述のように従来のようなメ
タンの発生がなく,極めて高純度のトリクロルシランを
製造することができる。
<Effects of the Invention> According to the present invention, since the high temperature portion in the furnace is coated with silicon or a silicon compound, it is possible to obtain high-purity trichlorosilane without contamination of impurities due to the furnace material. That is, for example, when carbon is used for the material of the furnace body or the heater, the carbon is conventionally exposed directly on the inner wall of the furnace, and when exposed to a high temperature of 800 ° C or higher, the carbon of the furnace material becomes hydrogen of the source gas. There is a problem that the reaction produces methane, and the trichlorosilane produced is contaminated by this methane and silicon organic compounds.
However, in the present invention, as described above, methane is not generated as in the conventional case, and extremely high-purity trichlorosilane can be produced.

更に,本発明においては原料ガスの四塩化珪素ガスと水
素との相対モル比を調整することにより炉内のシリコン
コーテング層を所定の厚みに保つて製造を継続でき,長
時間に亘つて安定に製造できる利点がある。
Further, in the present invention, by adjusting the relative molar ratio of the raw material gas, silicon tetrachloride gas, and hydrogen, the silicon coating layer in the furnace can be maintained at a predetermined thickness to continue the production, and can be stably produced for a long time. It has the advantage of being manufacturable.

<実施例および比較例> ステンレス鋼製の円筒容器内に内径180mmφ,ガス分散
板上の炉内高さ1200mmhのカーボン繊維断熱材が内装さ
れ,上部より1000mml,26mmφのカーボン製ヒータが
4本突出している第1図に示すような反応炉を用いて以
下の実施例および比較例に示す条件下で本発明を実施し
た。
<Examples and Comparative Examples> A carbon fiber heat insulating material having an inner diameter of 180 mmφ and a furnace height on a gas distribution plate of 1200 mmh was installed inside a stainless steel cylindrical container, and four carbon heaters of 1000 mml and 26 mmφ protruded from the upper portion. The present invention was carried out under the conditions shown in the following examples and comparative examples using a reactor as shown in FIG.

実施例1 ガス分散板上150mmから上側の炉内壁部分とヒータに
0.5mmの厚みでSiCコーテングを施した。更にガス分
散板上400mmから上側の炉内壁部分と,ヒータの上側
800mmlの部分に5mmの厚さでSiコーテングを施し
た。上記反応炉に原料ガスとして精製した四塩化珪素4
20モル/時,水素2100モル/時の混合ガスを供給し,
トリクロルシランの製造を約180時間行つた。この時のS
iCコーテング部分の温度は約700〜900℃であり,
Siコーテング部分の温度は約900〜1200℃であった。
Example 1 SiC coating was applied to the inner wall of the furnace and the heater above 150 mm above the gas dispersion plate to a thickness of 0.5 mm. Further, Si coating was applied at a thickness of 5 mm to the furnace inner wall portion 400 mm above the gas dispersion plate and the portion 800 mm 1 above the heater. Silicon tetrachloride 4 purified as a raw material gas in the above reaction furnace
Supply a mixed gas of 20 mol / h and hydrogen 2100 mol / h,
The production of trichlorosilane was carried out for about 180 hours. S at this time
The temperature of the iC coating part is about 700-900 ℃,
The temperature of the Si coating was about 900-1200 ℃.

反応生成ガスを−60℃まで列客して凝縮液として回収
したクロルシランをガスクロマトグラフ法で分析したと
ころ,有機不純物は検出されなかつた。また非凝縮ガス
についても同法で分析したところ,メタン濃度0.1pp
m以下であり,その他の有機不純物は検出されなかつ
た。
When the reaction product gas was passed to -60 ° C and collected as a condensate, chlorosilane was analyzed by gas chromatography, and no organic impurities were detected. When non-condensed gas was analyzed by the same method, the methane concentration was 0.1pp
It was less than m and no other organic impurities were detected.

実施例2 実施例1の製造を160時間継続したところ反応生成ガ
ス中にメタンが0.2ppm検出された。そこで,原料ガ
スの混合モル比を,四塩化珪素420モル/時,水素2100
モル/時(4CS:H2=1:5)から四塩化珪素210モル/
時,水素2100モル/時(4CS:H2=1:10)に変え,
反応を継続したところ約0.5時間で反応生成ガス中の
メタンは検出されなくなつた。更に4CS:H2=1:10
の混合モル比で反応を4.5時間継続した。
Example 2 When the production of Example 1 was continued for 160 hours, 0.2 ppm of methane was detected in the reaction product gas. Therefore, the mixing molar ratio of the raw material gas is 420 mol / hour of silicon tetrachloride and 2100 hydrogen.
Mol / h (4CS: H 2 = 1: 5) to 210 mol / mol of silicon tetrachloride
Hour, change to hydrogen 2100 mol / hour (4CS: H 2 = 1: 10),
When the reaction was continued, methane in the reaction product gas was not detected in about 0.5 hours. Furthermore, 4CS: H 2 = 1: 10
The reaction was continued for 4.5 hours at a mixed molar ratio of.

その後,再び4CS:H2=1:5のモル比に戻し,反応を
継続したところ115時間後に生成ガス中にメタン0.2p
pmが検出された。そこで,4CS:H2=1:10のモル比
で5時間反応後,4CS:H2=1:5のモル比で100時間反
応させ,更に4CS:H2=1:10に変えて5時間反応
後,再度4CS:H2=1:5に戻す操作を繰り返したとこ
ろ,長期間,反応生成ガス中にメタンが検出されず,ま
た他の有機不純物による汚染もない,純度の高いトリク
ロルシランを得ることが出来た。
After that, the molar ratio of 4CS: H 2 = 1: 5 was restored and the reaction was continued. After 115 hours, 0.2 p of methane was added to the produced gas.
pm has been detected. Therefore, after reacting at a molar ratio of 4CS: H 2 = 1: 10 for 5 hours, then reacting at a molar ratio of 4CS: H 2 = 1: 5 for 100 hours, and further changing to 4CS: H 2 = 1: 10 for 5 hours. After the reaction, the operation of returning to 4CS: H 2 = 1: 5 was repeated again. As a result, methane was not detected in the reaction product gas for a long period of time, and there was no contamination with other organic impurities. I was able to get it.

比較例1 珪素および炭化珪素のコーテングを施さない上記反応炉
に原料ガスとして精製した四塩化珪素420モル/時,水
素2100モル/時の混合ガスを供給し,トリクロルシラン
の製造した。この時と炉内壁とヒータの温度分布は実施
例1の場合と略等しかつた。
Comparative Example 1 Trichlorosilane was produced by supplying a mixed gas of 420 mol / hr of purified silicon tetrachloride and 2100 mol / hr of hydrogen as a raw material gas to the above reaction furnace not coated with silicon and silicon carbide. At this time, the temperature distribution of the inner wall of the furnace and the heater was almost the same as in the case of Example 1.

反応生成ガスを−60℃まで冷却して凝縮液として回収
されたクロルシランをガスクロマトグラフ法で分析した
ところ,50ppmのメチルトリクロルシランが検出され
た。また非凝縮ガスについても同法で分析したところ,
240ppmのメタンが検出された。
When the reaction product gas was cooled to −60 ° C. and chlorosilane recovered as a condensate was analyzed by gas chromatography, 50 ppm of methyltrichlorosilane was detected. When non-condensed gas was analyzed by the same method,
240 ppm of methane was detected.

比較例2 ガス分散板上150mmから上側の炉内壁部分とヒータに
0.5mmの厚みでSiCコーテングを施し,他にはSiコー
テングを施さない反応炉に,原料ガスとして四塩化珪素
420モル/時,水素2100モル/時の混合ガスを供給し,
トリクロルシランを製造した。この時の炉内壁とヒータ
の温度分布は実施例1と略等しかつた。
Comparative Example 2 In a reactor in which 150 mm above the gas dispersion plate and 0.5 mm in thickness of the inner wall of the furnace and the heater were coated with SiC, and where no other Si coating was applied, silicon tetrachloride was used as a source gas.
Supplying a mixed gas of 420 mol / hour and hydrogen 2100 mol / hour,
Trichlorosilane was produced. At this time, the temperature distributions of the inner wall of the furnace and the heater were almost the same as in Example 1.

反応生成ガスを−60℃まで冷却して凝縮液として回収
されたクロスシランをガスクロマトグラフ法で分析した
ところ,3ppm濃度のメチルトリクロルシランが検出さ
れた。また非凝縮ガスについても同法で分析したとこ
ろ,8ppm濃度のメタンが検出された。
When the reaction product gas was cooled to −60 ° C. and the cross silane collected as a condensate was analyzed by gas chromatography, methyltrichlorosilane at a concentration of 3 ppm was detected. When non-condensed gas was also analyzed by the same method, 8 ppm concentration of methane was detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図ないし第3図は本発明の位置に係り,第1図はそ
の一実施例の概略斜視図,第2図は他の実施例の概略縦
断面図,第3図は該装置の概略横断面図である。 図面中,10,20……反応炉,11,23……ヒー
タ,12,21……供給口,14……分散板,15,2
2……排気口,16,24……電極,25……仕切壁。
1 to 3 relate to the position of the present invention, FIG. 1 is a schematic perspective view of one embodiment thereof, FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of another embodiment, and FIG. 3 is a schematic view of the apparatus. FIG. In the drawing, 10, 20 ... Reactor, 11, 23 ... Heater, 12, 21 ... Supply port, 14 ... Dispersion plate, 15, 2
2 ... Exhaust port, 16, 24 ... Electrode, 25 ... Partition wall.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炉内のヒータおよび炉壁の高温部分に珪素
または珪素化合物をコーテングした反応炉を用い,四塩
化珪素と水素を混合した原料ガスを加熱してトリクロル
シランを製造することを特徴とするトリクロルシランの
製造方法。
1. A trichlorosilane is produced by heating a raw material gas in which silicon tetrachloride and hydrogen are mixed using a reactor in which a heater and a high temperature portion of a furnace wall are coated with silicon or a silicon compound. And a method for producing trichlorosilane.
【請求項2】四塩化珪素と水素を2:1〜1:30モル
比で混合した原料ガスを用い,該原料ガスを600〜1100
℃に加熱してトリクロルシランを製造する特許請求の範
囲第1項の製造方法。
2. A raw material gas in which silicon tetrachloride and hydrogen are mixed in a molar ratio of 2: 1 to 1:30, and the raw material gas is 600 to 1100.
The production method according to claim 1, wherein trichlorosilane is produced by heating to ° C.
【請求項3】原料ガスの四塩化珪素と水素との混合モル
比を変えて,上記コーテング層の厚みを一定に保ちなが
らトリクロルシランを製造する特許請求の範囲第1項の
製造方法。
3. The production method according to claim 1, wherein trichlorosilane is produced while keeping the thickness of the coating layer constant by changing the mixing molar ratio of the raw material gas of silicon tetrachloride and hydrogen.
【請求項4】炉内のヒータおよび炉壁の高温部分に珪素
または珪素化合物をコーテングした反応炉を用い,四塩
化珪素と水素を混合した原料ガスを加熱し,トリクロル
シランを製造する一方,トリクロルシランと水素の混合
ガスを供給し,該混合ガスの加熱分解ないし水素還元に
よりコーテング層の厚さを回復するトリクロルシランの
製造方法。
4. A heater in the furnace and a reactor in which high temperature portions of the furnace wall are coated with silicon or a silicon compound are used to heat a raw material gas in which silicon tetrachloride and hydrogen are mixed to produce trichlorosilane, while trichlorosilane is produced. A method for producing trichlorosilane, which comprises supplying a mixed gas of silane and hydrogen, and recovering the coating layer thickness by thermal decomposition or hydrogen reduction of the mixed gas.
【請求項5】四塩化珪素と水素とを混合した原料ガスの
供給口と,排気口とを具え,炉内にヒータが設けられて
いる反応炉において,ヒータおよび炉内の高温に曝され
る部分に珪素あるいは珪素化合物がコーテングされてい
ることを特徴とするトリクロルシランの製造装置。
5. A reactor equipped with a heater for supplying a raw material gas mixture of silicon tetrachloride and hydrogen and an outlet, and is exposed to the high temperature of the heater and the furnace. An apparatus for producing trichlorosilane, characterized in that silicon or a silicon compound is coated on a portion thereof.
【請求項6】上記反応炉の800〜1000℃の高温部分に炭
化珪素がコーテングされている特許請求の範囲第5項の
製造装置。
6. The manufacturing apparatus according to claim 5, wherein silicon carbide is coated in a high temperature portion of 800 to 1000 ° C. of the reaction furnace.
【請求項7】上記反応炉の1000℃以上の高温部分に珪素
がコーテングされている特許請求の範囲第5項の製造装
置。
7. The manufacturing apparatus according to claim 5, wherein silicon is coated in a high temperature portion of 1000 ° C. or higher of the reaction furnace.
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