JPH0692618A - Production of granular polycrystalline silicon - Google Patents

Production of granular polycrystalline silicon

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JPH0692618A
JPH0692618A JP27085092A JP27085092A JPH0692618A JP H0692618 A JPH0692618 A JP H0692618A JP 27085092 A JP27085092 A JP 27085092A JP 27085092 A JP27085092 A JP 27085092A JP H0692618 A JPH0692618 A JP H0692618A
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JP
Japan
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reactor
wall
silicon
mixed gas
temperature
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JP27085092A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Ishikawa
延宏 石川
大助 ▲廣▼田
Daisuke Hirota
Yoshinori Komatsu
善徳 小松
Masaaki Ishii
正明 石井
Kazutoshi Takatsuna
和敏 高綱
Yasuhiro Saruwatari
康裕 猿渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tonen Chemical Corp
Toagosei Co Ltd
Original Assignee
Tonen Sekiyu Kagaku KK
Tonen Chemical Corp
Toagosei Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stably obtain high-purity granular polycrystalline silicon by setting up a heater at a specified position to a fluidized bed in a reactor and by specifying the temperature of the inner wall coming into contact with a silane-contg. mixed gas to suppress silicon deposition on the inner wall. CONSTITUTION:A heater 8 is set up >=100mm apart above the lower end 5 of a fluidized bed and seed silicon particles 3 are fed into a reactor 1. Feedstock silane is diluted with a gas into a mixed gas 6 with a silane concentration of >=1vol.% and this mixed gas is also fed into the reactor 1. The temperature of the inner wall 10 of the reactor coming into contact with the mixed gas 6 is set at <=720 deg.C. Thus, silicon deposition on the inner wall 10 can be suppressed and the objective high-purity granular polycrystalline silicon 300-3000mum in granule diameter can stably be obtained in a continuous manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シランを原料とし、流
動層法により顆粒状多結晶シリコンを製造する方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing granular polycrystalline silicon from silane as a raw material by a fluidized bed method.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶シリコンの製造方法としては、代
表的な方法としてシーメンス法や小松法がある。これら
の方法は、ベルジャー炉内に配置したシリコンロッドを
通電加熱し、そこにガス状のクロルシラン(シーメンス
法)やモノシラン(小松法)を流通させ、該シラン類の
熱分解、還元によりシリコンを生成させ、シリコンロッ
ド上に多結晶シリコンを析出させるものである。シリコ
ンロッドは所定のサイズまで成長した後に回収して製品
とする。現在、大部分の多結晶シリコンはこれらの方法
で製造されており、製品の高純度を維持することが比較
的容易であるという特長を有している。しかしながら、
これらの方法は、基本的にバッチ操作であり、生産効率
が悪く、大量生産に際しては、ベルジャーの数を増やし
て対処する他になく、設備費用が嵩むこと、また反応は
一般に1,050〜1,150℃で行われるが、シリコ
ンの壁面への析出を防ぐために冷却するので、与えるエ
ネルギーは大部分が熱となって放散されてしまうこと等
の欠点を有している。
2. Description of the Related Art Siemens method and Komatsu method are typical methods for producing polycrystalline silicon. In these methods, a silicon rod placed in a bell jar furnace is electrically heated, and gaseous chlorosilane (Siemens method) or monosilane (Komatsu method) is circulated through the silicon rod to generate silicon by thermal decomposition and reduction of the silanes. Then, polycrystalline silicon is deposited on the silicon rod. After the silicon rod grows to a predetermined size, it is recovered and used as a product. Currently, most of polycrystalline silicon is manufactured by these methods, and it is relatively easy to maintain high purity of products. However,
These methods are basically batch operations, have poor production efficiency, and in the case of mass production, the number of bell jars must be increased to deal with the increase in equipment cost, and the reaction is generally 1,050 to 1 , 150 ° C., but cooling is performed to prevent the deposition of silicon on the wall surface, so most of the energy supplied is dissipated as heat.

【0003】このような状況のもと、最近開発が進めら
れているのが、流動層法による顆粒状多結晶シリコンの
製造である。これは、顆粒状のシリコン粒子を種結晶と
して用い、その表面上に円筒状の流動層反応器内でシリ
コンの析出を行うものである。この方法では、通常、反
応器が外部加熱器により加熱され、反応器の上方より種
シリコン粒子が供給され、下方より原料ガス供給ライン
より原料のシラン類と希釈ガスからなる混合ガスが供給
される。反応器内のシリコン粒子は、反応器内を上昇す
る混合ガスにより流動化されて流動層を形成する。混合
ガスは反応器内を通過する間にシリコン粒子により加熱
され、熱分解してシリコンを生成し、流動化しているシ
リコン粒子表面に析出する。
Under these circumstances, the recent development is the production of granular polycrystalline silicon by the fluidized bed method. In this method, granular silicon particles are used as seed crystals, and silicon is deposited on the surface of the particles in a cylindrical fluidized bed reactor. In this method, the reactor is usually heated by an external heater, seed silicon particles are supplied from the upper part of the reactor, and a mixed gas composed of the raw material silanes and a diluent gas is supplied from the lower part of the raw material gas supply line. . The silicon particles in the reactor are fluidized by the mixed gas rising in the reactor to form a fluidized bed. The mixed gas is heated by the silicon particles while passing through the reactor, is thermally decomposed to generate silicon, and is deposited on the surface of the fluidized silicon particles.

【0004】流動層法による顆粒状多結晶シリコンの製
造は、連続的に運転することが可能であり、スケールア
ップも容易であることから工業化に適しているのみなら
ず、断熱した反応器を使用することもあって、熱の放散
がシーメンス法の1/10以下と省エネルギーであり、
また顆粒状多結晶シリコン粒子の表面積はロッドに比較
して著しく大きいため、生産性の点でも極めて有利な方
法である。また、この方法で製造された顆粒状多結晶シ
リコンは、シーメンス法で製造したロッド状のものに比
較して運搬、解砕、梱包等の手間が軽減され、流動性を
有することから、単結晶シリコン製造時に行われる、坩
堝への供給が容易であり、坩堝への充填密度が上げられ
ること、連続的に供給することも容易であるなど、単結
晶製造においても数々の利点を有している。
The production of granular polycrystalline silicon by the fluidized bed method is not only suitable for industrialization because it can be continuously operated and is easy to scale up, but also uses an adiabatic reactor. The heat dissipation is 1/10 or less of the Siemens method, which is energy saving.
Further, since the surface area of the granular polycrystalline silicon particles is remarkably larger than that of the rod, it is an extremely advantageous method in terms of productivity. In addition, the granular polycrystalline silicon produced by this method is less likely to be transported, crushed, packed, etc., as compared with the rod-shaped one produced by the Siemens method, and has fluidity, so that it is a single crystal. It has a number of advantages in single crystal production, such as the fact that it can be easily supplied to the crucible, the packing density in the crucible can be increased, and that it can be continuously supplied, which is performed during silicon production. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この流
動層法で製造される顆粒状多結晶シリコンは、析出面積
が大きいことから製品が汚染され易い上、種結晶や生成
した顆粒状多結晶シリコンが反応器内壁と常時接触して
いるので一層汚染を受け易く、製品の純度確保が技術的
に大きな課題となっている。加えて、この方法で顆粒状
多結晶シリコンを製造するに当たっては、反応を600
〜800℃で実施して、シラン類を分解しシリコンを生
成させる必要があり、このための加熱方法としては、反
応器外部から加熱器を設置する方法や、反応器内部に発
熱体を設置する方法が一般に行われているが、いずれの
方法においても、シリコンを析出させるべき種結晶よ
り、反応器の内壁部や発熱体の方が高温になることは避
けられない。従って、これらの高温部でシラン類の分解
が促進され、反応器内壁へのシリコンの析出、さらには
反応器内部の閉塞といった問題が生じる。この反応器内
壁へのシリコン析出現象は、種結晶の円滑な粒子流動を
妨げ、反応に致命的な影響を与える。又、反応器内壁の
材質としては、該内壁からの汚染を防ぐ目的で、石英等
のセラミックス材を使用するのが一般的であるが、これ
らのセラミックス材は金属材等に比較して強度的に劣る
ため、熱膨張率の異なるシリコンの析出により、セラミ
ックス材の破損が引き起こされ易く、安定且つ連続的に
運転するためには、この析出に起因する内壁セラミック
ス材の破損の防止も大きな課題である。
However, since the granular polycrystalline silicon produced by the fluidized bed method has a large deposition area, the product is easily contaminated, and seed crystals and generated granular polycrystalline silicon are not easily produced. Since it is in constant contact with the inner wall of the reactor, it is more susceptible to contamination, and ensuring the purity of the product is a major technical issue. In addition, in producing granular polycrystalline silicon by this method, a reaction of 600
It is necessary to carry out at ˜800 ° C. to decompose silanes to generate silicon. As a heating method for this, a method of installing a heater from outside the reactor or a heating element inside the reactor is used. Although the method is generally performed, in either method, it is inevitable that the inner wall of the reactor and the heating element have a higher temperature than the seed crystal on which silicon is to be deposited. Therefore, decomposition of silanes is promoted in these high temperature parts, and problems such as deposition of silicon on the inner wall of the reactor and blockage of the inside of the reactor occur. This phenomenon of silicon deposition on the inner wall of the reactor hinders the smooth particle flow of the seed crystal and has a fatal effect on the reaction. As a material for the inner wall of the reactor, a ceramic material such as quartz is generally used for the purpose of preventing contamination from the inner wall, but these ceramic materials have higher strength than metal materials. Therefore, the precipitation of silicon with a different coefficient of thermal expansion is likely to cause damage to the ceramic material, and in order to operate stably and continuously, prevention of damage to the inner wall ceramic material due to this precipitation is also a major issue. is there.

【0006】上記問題を回避するために、種々の方法が
提案されている。例えば、特開昭59−45917号で
は、内筒と外筒からなり、内筒と分散板の間に空間を有
する2重管型反応器を使用し、内筒の下部からシラン類
と水素からなる混合ガスを供給して、内筒と外筒間に種
シリコン粒子を循環させ、外筒の外側に設置された加熱
器により種シリコン粒子を加熱し、反応器内部を反応温
度に保ちながら内筒内壁面のシリコン析出を防ぐ方法が
提案されている。しかしながら、この方法は、種シリコ
ン粒子は内筒と外筒の間を降下する際に加熱され、内筒
と底板の間を通過し循環するが、接触する分散板の温度
上昇を伴うため混合ガス中のシラン類が分散板近傍で熱
分解してしまい、析出シリコンが分散板に付着して目詰
まりを引き起こす可能性があり、又内筒内壁面へのシリ
コン析出防止も十分なものではない。加えて、この方法
で使用する反応器は、2重管構造で内筒と分散板の間に
空間を有するもので、このような複雑な構造を有する反
応器は、製造が困難なものである。
In order to avoid the above problems, various methods have been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 59-45917, a double tube type reactor having an inner cylinder and an outer cylinder and having a space between the inner cylinder and a dispersion plate is used, and a mixture of silanes and hydrogen is introduced from the lower part of the inner cylinder. Gas is supplied and the seed silicon particles are circulated between the inner cylinder and the outer cylinder, and the seed silicon particles are heated by a heater installed outside the outer cylinder, and the inside of the inner cylinder is maintained while maintaining the reaction temperature inside the reactor. A method for preventing silicon deposition on the wall surface has been proposed. However, in this method, the seed silicon particles are heated when they descend between the inner cylinder and the outer cylinder, and pass through between the inner cylinder and the bottom plate and circulate. The silanes therein may be thermally decomposed in the vicinity of the dispersion plate, and the deposited silicon may adhere to the dispersion plate to cause clogging, and the prevention of silicon deposition on the inner wall surface of the inner cylinder is not sufficient. In addition, the reactor used in this method has a double tube structure with a space between the inner cylinder and the dispersion plate, and a reactor having such a complicated structure is difficult to manufacture.

【0007】さらに、特開平2−279512号におい
ては、反応器内壁のシリコン含有ガス濃度を低減させる
ため、反応器内壁に沿って水素を流通させ、その内側に
原料ガスを通過させることで、反応器内壁へのシリコン
析出を防ぐ方法が提案されている。しかしながら、この
方法は、水素と原料ガスが反応器内で速やかに混合され
てしまうので、壁面の水素によるシール効果は不十分で
あり、シリコン析出を防止するには十分とはいえない。
Further, in JP-A-2-279512, in order to reduce the concentration of the silicon-containing gas on the inner wall of the reactor, hydrogen is circulated along the inner wall of the reactor, and the raw material gas is passed through the inside of the reactor, whereby the reaction is performed. A method of preventing silicon deposition on the inner wall of the container has been proposed. However, in this method, since hydrogen and the raw material gas are rapidly mixed in the reactor, the sealing effect of hydrogen on the wall surface is insufficient, and it cannot be said to be sufficient to prevent silicon deposition.

【0008】本発明者らは、複雑な構造の反応器を使用
することなく、反応器内壁へのシリコンの析出を抑制で
き、安定且つ連続的に高純度の顆粒状多結晶シリコンを
製造することができる方法を見出すため鋭意検討を行っ
たのである。
The present inventors can suppress precipitation of silicon on the inner wall of a reactor without using a reactor having a complicated structure, and stably and continuously produce high-purity granular polycrystalline silicon. We conducted a thorough study in order to find a way to achieve this.

【0009】[0009]

【問題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
の解決には、加熱器を反応器の特定の位置に設置し、且
つ特定の濃度以上のシランを含有する混合ガスと接触す
る反応器内壁温度を特定の温度以下にすることが有効で
あることを見出し、本発明を完成した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have set a heater at a specific position of a reactor and brought it into contact with a mixed gas containing silane at a specific concentration or more. The present invention has been completed by finding that it is effective to set the inner wall temperature of the reactor to a specific temperature or lower.

【0010】すなわち、本発明は、シランを原料とし流
動層法により顆粒状多結晶シリコンを製造するに際し
て、加熱器を流動層下端部より上方に100mm以上離
して設置し、シラン濃度1容量%以上のシランと希釈ガ
スとの混合ガスと接触する反応器内壁の温度を720℃
以下にすることを特徴とする顆粒状多結晶シリコンの製
造方法に関するものである。
That is, according to the present invention, when producing granular polycrystalline silicon by a fluidized bed method using silane as a raw material, a heater is installed above the lower end of the fluidized bed by 100 mm or more, and the silane concentration is 1% by volume or more. The temperature of the inner wall of the reactor contacting the mixed gas of the silane and the diluent gas at 720 ° C
The present invention relates to a method for producing granular polycrystalline silicon characterized by the following.

【0011】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、原料のシランは、窒素、アルゴン又は水素ガス
等の希釈ガスにより希釈して、混合ガスとして反応器に
供給する。供給される混合ガス中のシラン濃度として
は、5〜40容量%が好ましく、より好ましくは10〜
30容量%である。5容量%に満たない場合は、種シリ
コン粒子上のシリコン析出量が僅かとなり、生産性が悪
くなり、40容量%を越える場合は、本発明におけるシ
ラン濃度1容量%以上の混合ガスと接触する反応器内壁
の温度を720℃以下に制御することが困難になるた
め、反応器内壁へのシリコン析出が多くなる他、微粉の
発生が多くなる。混合ガスの流速としては、反応器内の
流速として、流動層内の多結晶シリコン粒子の平均粒子
径における最小流動化速度以上の適当な流速で供給すれ
ばよく、通常最小流動化速度の1〜10倍で供給する。
The present invention will be described in detail below. In the present invention, the raw material silane is diluted with a diluting gas such as nitrogen, argon or hydrogen gas and supplied to the reactor as a mixed gas. The silane concentration in the supplied mixed gas is preferably 5 to 40% by volume, more preferably 10 to 40% by volume.
It is 30% by volume. If the amount is less than 5% by volume, the amount of silicon deposited on the seed silicon particles will be small and the productivity will be poor. If the amount is more than 40% by volume, the mixed gas having a silane concentration of 1% by volume or more in the present invention will be contacted. Since it becomes difficult to control the temperature of the inner wall of the reactor to 720 ° C. or less, silicon deposition on the inner wall of the reactor is increased and fine powder is also generated. The flow rate of the mixed gas may be such that the flow rate in the reactor is a suitable flow rate that is equal to or higher than the minimum fluidization rate in the average particle size of the polycrystalline silicon particles in the fluidized bed. Supply 10 times.

【0012】反応器内で流動層を形成し、シリコン析出
の核となる種シリコン粒子の粒子径は、50〜350μ
mであることが好ましい。反応器内の流動層の温度は、
600〜800℃が好ましく、より好ましくは620〜
750℃である。600℃に満たない場合は、種シリコ
ン粒子へのシリコン析出反応が十分に進行せず、他方8
00℃を越える場合は、本発明の条件を満たし難くなる
ため、反応器内壁へのシリコン析出が多くなる他、微粉
の発生が多くなる。
The particle size of seed silicon particles forming a fluidized bed in the reactor and serving as nuclei for silicon precipitation is 50 to 350 μm.
It is preferably m. The temperature of the fluidized bed in the reactor is
600-800 degreeC is preferable, More preferably, it is 620-
750 ° C. If the temperature is less than 600 ° C, the silicon deposition reaction on the seed silicon particles does not proceed sufficiently, and
When the temperature exceeds 00 ° C, it becomes difficult to satisfy the conditions of the present invention, so that the deposition of silicon on the inner wall of the reactor increases and the generation of fine powder increases.

【0013】本発明は、シラン濃度1容量%以上の混合
ガスと接触する反応器内壁の温度を720℃以下にする
必要があり、680℃以下にすることが好ましく、より
好ましくは650℃以下にすることである。ここで反応
器内壁とは、反応管内部を構成する壁、分散板、その他
を示す。シラン濃度1容量%以上の混合ガスと接触する
反応器内壁の温度が720℃を越える場合は、反応器内
壁へのシリコン析出が多くなり、安定に運転できなくな
ったり、反応器の破壊等の好ましくない現象も起きる。
反応器内で本発明の条件を満たす様にするためには、反
応器内壁に温度計を設置し、同時にこの地点におけるシ
ランガス濃度を測定して、流動層温度、混合ガス中のシ
ラン濃度、混合ガス供給量を好ましい条件の範囲内で調
節する。
In the present invention, the temperature of the inner wall of the reactor that contacts the mixed gas having a silane concentration of 1% by volume or more needs to be 720 ° C or lower, preferably 680 ° C or lower, and more preferably 650 ° C or lower. It is to be. Here, the inner wall of the reactor refers to a wall forming the inside of the reaction tube, a dispersion plate, and the like. When the temperature of the inner wall of the reactor contacting with the mixed gas having a silane concentration of 1% by volume or more exceeds 720 ° C., the amount of silicon deposited on the inner wall of the reactor increases, and stable operation cannot be achieved, or the reactor is preferably broken. There is also a phenomenon that does not occur.
In order to satisfy the conditions of the present invention in the reactor, a thermometer is installed on the inner wall of the reactor, and at the same time, the silane gas concentration at this point is measured to determine the fluidized bed temperature, the silane concentration in the mixed gas, and the mixture. The gas supply rate is adjusted within the range of preferable conditions.

【0014】加熱は、外部から加熱器により行うが、本
発明では、加熱器を流動層下端部より上方に100mm
以上離して設置する必要がある。これにより、シラン濃
度が高い反応器下端部における反応器内壁の温度を低く
することができる。加熱器を流動層下端部より上方に1
00mm未満の位置に設置した場合は、シラン濃度の高
い反応器下部において反応器内壁の温度が高くなり、本
発明の条件であるシラン濃度1容量%以上の混合ガスと
接触する反応器内壁の温度を720℃以下に維持するこ
とが困難となり、反応器内壁へのシリコン析出が多くな
る。
Heating is performed from the outside by a heater, but in the present invention, the heater is 100 mm above the lower end of the fluidized bed.
It is necessary to install them separately. Thereby, the temperature of the inner wall of the reactor at the lower end of the reactor having a high silane concentration can be lowered. Place the heater above the bottom of the fluidized bed 1
When installed at a position of less than 00 mm, the temperature of the inner wall of the reactor becomes high in the lower part of the reactor having a high silane concentration, and the temperature of the inner wall of the reactor which comes into contact with a mixed gas having a silane concentration of 1% by volume or more, which is the condition of the present invention It becomes difficult to maintain the temperature below 720 ° C., and more silicon is deposited on the inner wall of the reactor.

【0015】以上の方法により、反応器内壁へのシリコ
ン析出を抑制して、粒子径300〜3000μmの顆粒
状多結晶シリコンを製造することができる。
By the above method, it is possible to suppress the deposition of silicon on the inner wall of the reactor and to produce granular polycrystalline silicon having a particle diameter of 300 to 3000 μm.

【0016】図1は本発明の一実施様態を示す模式図で
ある。円筒状の反応器1には、反応器上部にガス排出ラ
イン2と種シリコン粒子を反応器内に装入するための種
シリコン供給ライン3を、又反応器底部には混合ガス供
給ライン6を備えている。反応器底部は、底板4との間
に間隔をあけて設けられたガス分散板5により二重にさ
れている。分散板5の中心部には、底板4を貫通して製
品抜きだしライン7が接続されている。また、流動層下
端部に当たる分散板5より上方へ少なくとも100mm
以上に、反応器1を包む様に加熱器8が設けられてい
る。分散板は、必要に応じて冷却することもできる。反
応器内壁の温度は、温度センサー11にて計測し、シラ
ンガスの濃度はサンプリング口12より適宜サンプリン
グし、ガスクロマトグラフにてシラン濃度の測定を行
う。種シリコン粒子のみで流動層を形成させ反応する
と、該粒子は粒径が小さく、系外に排出されていまうた
め、最初に反応器1内には所定量の多結晶シリコン粒子
を装入する。多結晶シリコン粒子の粒径としては、30
0〜3000μmが好ましい。加熱器8により反応器を
加熱し、混合ガス供給ライン6よりシランと希釈ガスと
の混合ガスを吹き込む。この場合、シラン又はシランと
希釈ガスの混合ガスと、希釈ガスを別々に供給すること
もでき、またはこれらのガスを予熱して供給することも
できる。多結晶シリコン粒子は混合ガス流により、激し
く流動して、その下端が分散板の上面に接している流動
層9を形成する。この多結晶シリコン粒子表面にシリコ
ンが析出して成長してゆく。所定の反応が終了した後、
製品の顆粒状多結晶シリコンは、製品抜き出しライン7
より反応器外に抜き出され、同時に流動層内粒子の補給
のため種シリコン粒子供給ライン3より種シリコン粒子
を反応器内が供給される。シリコン析出反応後の未反応
シラン及び水素ガスからなる排ガスは、ガス排出ライン
2より系外に排出される。排出されたガスはそのまま廃
棄することも、循環して使用することもでき、さらに、
別の反応系で使用することもできる。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention. The cylindrical reactor 1 is provided with a gas discharge line 2 and a seed silicon supply line 3 for charging seed silicon particles into the reactor at the top of the reactor, and a mixed gas supply line 6 at the bottom of the reactor. I have it. The bottom of the reactor is doubled by a gas distribution plate 5 provided at a distance from the bottom plate 4. A product withdrawing line 7 is connected to the center of the dispersion plate 5 through the bottom plate 4. Also, at least 100 mm above the dispersion plate 5, which is the lower end of the fluidized bed.
As described above, the heater 8 is provided so as to surround the reactor 1. The dispersion plate can be cooled if necessary. The temperature of the inner wall of the reactor is measured by the temperature sensor 11, the concentration of silane gas is appropriately sampled from the sampling port 12, and the silane concentration is measured by a gas chromatograph. When a fluidized bed is formed with only seed silicon particles and reacted, the particles have a small particle diameter and are discharged out of the system. Therefore, a predetermined amount of polycrystalline silicon particles are initially charged in the reactor 1. The particle size of the polycrystalline silicon particles is 30
0 to 3000 μm is preferable. The reactor is heated by the heater 8, and the mixed gas of silane and the diluent gas is blown from the mixed gas supply line 6. In this case, the silane or the mixed gas of silane and the diluent gas and the diluent gas can be separately supplied, or these gases can be preheated and supplied. The polycrystalline silicon particles vigorously flow due to the mixed gas flow to form a fluidized bed 9 whose lower end is in contact with the upper surface of the dispersion plate. Silicon is deposited and grows on the surfaces of the polycrystalline silicon particles. After the prescribed reaction is completed,
The granular polycrystalline silicon of the product is the product extraction line 7
The seed silicon particles are further extracted from the reactor, and at the same time, the seed silicon particles are supplied from the seed silicon particle supply line 3 into the reactor to replenish the particles in the fluidized bed. Exhaust gas composed of unreacted silane and hydrogen gas after the silicon deposition reaction is discharged from the system through the gas discharge line 2. The discharged gas can be discarded as it is, or can be circulated for use.
It can also be used in another reaction system.

【0017】[0017]

【作用】本発明者らは、種々の検討の結果、反応器内壁
へのシリコン析出は、反応器内の混合ガス中のシラン濃
度が1容量%以上で、且つこの混合ガスと接触する反応
器内壁の温度が720℃を越えると特に激しくなること
を見出し、本発明をなしたのである。反応器内壁の温度
は、流動層下部に位置する部分では比較的低温であり、
加熱器に近づくに従い温度が次第に上昇してゆき、加熱
器中央部で最大となる。他方、混合ガス中のシランは、
反応器下部の種シリコン粒子から順次反応してゆくた
め、混合ガス中のシラン濃度は、反応器下部で高く、反
応器上方に行くに従い次第に濃度が低くなってゆく。本
発明においては、加熱器を流動層下端部より上方へ10
0mm以上離して設置することで、混合ガス中のシラン
濃度の高い反応器下部での反応器内壁温度を低くするこ
とができ、本発明の条件、即ちシラン濃度が1容量%以
上の混合ガスと接触する反応器内壁の温度を720℃以
下に維持できるようになるのである。混合ガス中のシラ
ン濃度が1容量%未満の領域においては、反応器内壁の
温度について格別の制限はない。
As a result of various studies, the present inventors have found that silicon deposition on the inner wall of the reactor has a silane concentration of 1% by volume or more in the mixed gas in the reactor and is in contact with the mixed gas. The present invention has been made by finding that the temperature of the inner wall becomes particularly intense when the temperature exceeds 720 ° C. The temperature of the inner wall of the reactor is relatively low in the portion located below the fluidized bed,
As the temperature approaches the heater, the temperature gradually rises and reaches the maximum in the central part of the heater. On the other hand, the silane in the mixed gas is
Since the seed silicon particles in the lower part of the reactor are sequentially reacted, the silane concentration in the mixed gas is high in the lower part of the reactor and gradually decreases as it goes to the upper part of the reactor. In the present invention, the heater is moved upward from the lower end of the fluidized bed by 10
By installing them at a distance of 0 mm or more, it is possible to lower the reactor inner wall temperature in the lower part of the reactor where the silane concentration in the mixed gas is high, and the condition of the present invention, that is, the mixed gas having a silane concentration of 1% by volume or more. The temperature of the inner wall of the reactor which comes into contact can be maintained below 720 ° C. In the region where the silane concentration in the mixed gas is less than 1% by volume, there is no particular restriction on the temperature of the inner wall of the reactor.

【0018】[0018]

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。 {実施例−1}図1に示す装置を用いて、以下の条件で
多結晶シリコンを製造した。誤って石英管が破壊した場
合にシランが漏洩することを防ぐため、内径100m
m、高さ2,000mmのステンレス製管の内部に、内
径80mm、高さ1,800mmの石英製反応管を設置
した反応器を用いた。加熱器は分散板から上に120〜
620mmの位置に設置した。粒子径が300〜2,0
00μmで、平均粒子径500μmの多結晶シリコン粒
子を、反応器内径に対して静止層高の比が1:2.5と
なるように、石英製反応管内に分散板から200mmの
高さまで充填した。流動層温度を650℃とし、反応器
内壁の温度、その位置における混合ガス濃度が本発明の
条件を満たす様、水素で希釈したシラン濃度15容量%
の混合ガスを流速0.33m/sで反応器に供給した。
反応中の流動層高を一定に保つよう、反応により増加す
る重量分の顆粒状多結晶シリコン粒子を系外に抜き出し
た。又、平均粒径を初期状態と同様に保つため、平均粒
径200μmの種シリコン粒子を追加投入した。この場
合の、反応器内壁の温度、混合ガス中のシラン濃度は表
1の通りであった。
EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited thereto. {Example-1} Using the apparatus shown in FIG. 1, polycrystalline silicon was manufactured under the following conditions. To prevent silane from leaking when the quartz tube is accidentally broken, the inner diameter is 100m
A reactor in which a quartz reaction tube having an inner diameter of 80 mm and a height of 1,800 mm was installed inside a stainless steel tube having a height of m and a height of 2,000 mm was used. The heater is 120 ~ above the dispersion plate.
It was installed at a position of 620 mm. Particle size is 300-2,0
Polycrystalline silicon particles having an average particle diameter of 500 μm and a diameter of 00 μm were filled in a quartz reaction tube from a dispersion plate to a height of 200 mm so that the ratio of the height of the stationary layer to the inner diameter of the reactor was 1: 2.5. . The fluidized bed temperature was 650 ° C., and the silane concentration was 15% by volume diluted with hydrogen so that the temperature of the inner wall of the reactor and the concentration of the mixed gas at that position satisfied the conditions of the present invention.
The mixed gas of was supplied to the reactor at a flow rate of 0.33 m / s.
In order to keep the height of the fluidized bed during the reaction constant, the amount of granular polycrystalline silicon particles increased by the reaction was taken out of the system. Further, in order to keep the average particle size similar to the initial state, seed silicon particles having an average particle size of 200 μm were additionally charged. In this case, the temperature of the inner wall of the reactor and the silane concentration in the mixed gas are shown in Table 1.

【0019】[0019]

【表1】 50時間継続して反応させたが、反応になんら問題は生
じなかった。反応停止後、石英製反応器内の付着物を点
検したがシリコンの析出は最大で3mmの厚さであっ
た。
[Table 1] The reaction was continued for 50 hours, but no problem occurred in the reaction. After the reaction was stopped, deposits in the quartz reactor were inspected, but the deposition of silicon was 3 mm at maximum.

【0020】{比較例−1}水素で希釈した混合ガスと
して、シラン濃度25体積%の混合ガスを流速で0.3
3m/sで反応器に供給した以外は、実施例1と同条件
で試験したところ、流動層下端部から上に120mmの
位置における反応器内壁の温度は750℃であり、この
位置におけるシラン濃度が1.2〜2容量%はであっ
た。6時間反応させたところで、シリコンの析出を原因
とする反応器内の温度分布の乱れが生じたため、反応を
停止した。石英製反応管内の付着物を点検したところ、
反応器内壁にシリコンが15mmの厚さで析出してい
た。
Comparative Example-1 As a mixed gas diluted with hydrogen, a mixed gas having a silane concentration of 25% by volume was added at a flow rate of 0.3.
A test was conducted under the same conditions as in Example 1 except that the reactor was supplied at 3 m / s, and the temperature of the inner wall of the reactor was 750 ° C. at a position 120 mm above the lower end of the fluidized bed. Was 1.2 to 2% by volume. After reacting for 6 hours, the temperature distribution in the reactor was disturbed due to the precipitation of silicon, so the reaction was stopped. When inspecting the deposits inside the quartz reaction tube,
Silicon was deposited on the inner wall of the reactor with a thickness of 15 mm.

【0021】{比較例−2}実施例1において、加熱器
の位置を流動層下端部から上に50〜550mmの位置
に下げて設置した以外は同条件で反応を行ったところ、
流動層下端部から上に70mmの位置における反応器内
壁の温度は780℃であり、この位置におけるシラン濃
度は1.5〜2.5容量%であった。反応を14時間継
続させたが、分散板上部の内壁へのシリコンの析出が著
しくなり、反応継続ができなくなった。又、石英製反応
管も破損した。
{Comparative Example-2} The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the position of the heater was lowered to 50 to 550 mm above the lower end of the fluidized bed.
The temperature of the inner wall of the reactor at a position 70 mm above the lower end of the fluidized bed was 780 ° C., and the silane concentration at this position was 1.5 to 2.5% by volume. Although the reaction was continued for 14 hours, the precipitation of silicon on the inner wall of the upper part of the dispersion plate became remarkable and the reaction could not be continued. The quartz reaction tube was also damaged.

【0022】{比較例−3}実施例1において、加熱器
の位置をさらに下げて流動層下端部から上に0〜500
mmの位置に設置した以外は同条件で反応を行ったとこ
ろ、流動層下端部から上に60mmの位置における反応
器内壁の温度は780℃であり、この位置におけるシラ
ン濃度は2〜3容量%であった。反応を10時間継続さ
せたが、分散板上部の内壁へのシリコンの析出が著しく
なり、反応継続ができなくなった。又、石英製反応管も
破損した。
{Comparative Example-3} In Example 1, the position of the heater was further lowered to 0 to 500 above the lower end of the fluidized bed.
When the reaction was carried out under the same conditions except that the reactor was installed at a position of mm, the temperature of the inner wall of the reactor at a position of 60 mm above the lower end of the fluidized bed was 780 ° C., and the silane concentration at this position was 2-3% by volume. Met. Although the reaction was continued for 10 hours, the precipitation of silicon on the inner wall of the upper part of the dispersion plate became remarkable and the reaction could not be continued. The quartz reaction tube was also damaged.

【0023】{実施例−2}内径200mm、高さ2,
000mmのステンレス製管の内部に内径160mmの
石英製反応管を設置した反応器を用いた。加熱器は、流
動層下端部から上に200〜1,000mmの位置に設
置した。粒子径が300〜2,000μmで、平均粒子
径500μmの多結晶シリコン粒子を、反応器内径に対
して静止層高の比が1:2.5となるように、分散板か
ら400mmの高さまで充填した。流動層温度を650
℃とし、反応器内壁の温度、その位置における混合ガス
濃度が本発明の条件を満たす様、水素で希釈したシラン
濃度20容量%の混合ガスを流速0.33m/sで反応
器に供給し、その他の条件は実施例1と同様に試験を行
った。このとき反応器内の圧力は1.02atmであっ
た。この場合の、反応器内壁の温度、混合ガス中のシラ
ン濃度は表2の通りであった。
{Example-2} Inner diameter 200 mm, height 2,
A reactor was used in which a quartz reaction tube having an inner diameter of 160 mm was installed inside a 000 mm stainless steel tube. The heater was installed at a position of 200 to 1,000 mm above the lower end of the fluidized bed. Polycrystalline silicon particles having a particle diameter of 300 to 2,000 μm and an average particle diameter of 500 μm were added from the dispersion plate to a height of 400 mm so that the ratio of the stationary layer height to the inner diameter of the reactor was 1: 2.5. Filled. Fluidized bed temperature 650
C., the temperature of the inner wall of the reactor and the concentration of the mixed gas at that position satisfy the conditions of the present invention, and a mixed gas having a silane concentration of 20% by volume diluted with hydrogen is supplied to the reactor at a flow rate of 0.33 m / s. Other conditions were the same as in Example 1. At this time, the pressure in the reactor was 1.02 atm. Table 2 shows the temperature of the inner wall of the reactor and the silane concentration in the mixed gas in this case.

【0024】[0024]

【表2】 30時間継続させたが、反応になんら問題は生じなかっ
た。反応停止後、石英製反応管内の付着物を点検したが
シリコンの析出は最大で2mmの厚さであった。
[Table 2] The reaction was continued for 30 hours, but there was no problem in the reaction. After the reaction was stopped, the deposit in the quartz reaction tube was inspected, but the deposition of silicon had a maximum thickness of 2 mm.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、複雑な構造の反応器を
使用することなく、従来流動層法による顆粒状多結晶シ
リコン製造において安定運転を妨げる要因であった反応
器内壁へのシリコン析出を防止することができ、シリコ
ン析出を原因とする反応器の破損や、流動層の流動化不
十分、閉塞といった異常事態に至らず、安定且つ連続的
に顆粒状多結晶シリコンの製造が可能になる。
According to the present invention, without using a reactor having a complicated structure, silicon deposition on the inner wall of the reactor has been a factor that hinders stable operation in the conventional granular polycrystalline silicon production by the fluidized bed method. It is possible to prevent the occurrence of abnormal conditions such as damage to the reactor due to silicon precipitation, insufficient fluidization of the fluidized bed, and blockage, and to enable stable and continuous production of granular polycrystalline silicon. Become.

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

【図1】本発明の実施態様を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;反応器 2;ガス排出ライン 3;種シリコン粒子供給ライン 4;底板 5;分散板 6;混合ガス供給ライン 7;製品抜き出しライン 8;加熱器 9;流動層 10;石英製反応管 11;温度センサー 12;ガスサンプリング口 1; Reactor 2; Gas discharge line 3; Seed silicon particle supply line 4; Bottom plate 5; Dispersion plate 6; Mixed gas supply line 7; Product withdrawing line 8; Heater 9; Fluidized bed 10; Quartz reaction tube 11; Temperature sensor 12; Gas sampling port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 善徳 神奈川県川崎市川崎区千鳥町3番1号東燃 化学株式会社技術開発センター内 (72)発明者 石井 正明 神奈川県川崎市川崎区千鳥町3番1号東燃 化学株式会社技術開発センター内 (72)発明者 高綱 和敏 神奈川県川崎市川崎区千鳥町3番1号東燃 化学株式会社技術開発センター内 (72)発明者 猿渡 康裕 神奈川県川崎市川崎区千鳥町3番1号東燃 化学株式会社技術開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshinori Komatsu 3-1, Chidori-cho, Kawasaki-ku, Kanagawa Prefecture Tonen Chemical Co., Ltd. Technology Development Center (72) Masaaki Ishii 3 Chidori-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Tonen Chemical Co., Ltd. Technology Development Center (72) Inventor Kazutoshi Takatsuna 3-1, Chidori-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Tonen Chemical Co., Ltd. Technical Development Center (72) Inventor Yasuhiro Saruwatari Kawasaki, Kanagawa Prefecture 3-1, Chidori-cho, Kawasaki-ku, Tonen Chemical Co., Ltd. Technology Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シランを原料とし流動層法により顆粒状多
結晶シリコンを製造するに際して、加熱器を流動層下端
部より上方に100mm以上離して設置し、シラン濃度
1容量%以上のシランと希釈ガスとの混合ガスと接触す
る反応器内壁の温度を720℃以下にすることを特徴と
する顆粒状多結晶シリコンの製造方法。
1. When producing granular polycrystalline silicon by a fluidized bed method using silane as a raw material, a heater is installed 100 mm or more above the lower end of the fluidized bed, and diluted with silane having a silane concentration of 1% by volume or more. A method for producing granular polycrystalline silicon, characterized in that the temperature of the inner wall of the reactor in contact with the mixed gas with the gas is set to 720 ° C. or lower.
JP27085092A 1992-09-14 1992-09-14 Production of granular polycrystalline silicon Pending JPH0692618A (en)

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