JPH11139817A - 高純度シリコン粒体の製造方法 - Google Patents
高純度シリコン粒体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 塩素混入度が５０重量ｐｐｍ未満であるシリ
コン粒体を製造することができるシリコン粒体の製造方
法を提供することにある。 【解決手段】 加熱帯域及び反応帯域を有し、前記加熱
帯域中では、シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャ
リアガスにより流動化して流動床を形成するとともにマ
イクロ波エネルギーにより加熱し、前記反応帯域中では
シリコン源ガスを含んでなる反応ガスと前記キャリアガ
スに前記シリコン粒子を暴露させる流動床反応器中で前
記シリコン粒子上に元素状シリコンを堆積することによ
り、塩素混入度５０重量ｐｐｍ未満のシリコン粒体を製
造する方法において、前記反応ガスが流動化シリコン粒
子をかん流している間の反応帯域における前記反応ガス
の平均温度が９００℃未満であることを特徴とする。
コン粒体を製造することができるシリコン粒体の製造方
法を提供することにある。 【解決手段】 加熱帯域及び反応帯域を有し、前記加熱
帯域中では、シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャ
リアガスにより流動化して流動床を形成するとともにマ
イクロ波エネルギーにより加熱し、前記反応帯域中では
シリコン源ガスを含んでなる反応ガスと前記キャリアガ
スに前記シリコン粒子を暴露させる流動床反応器中で前
記シリコン粒子上に元素状シリコンを堆積することによ
り、塩素混入度５０重量ｐｐｍ未満のシリコン粒体を製
造する方法において、前記反応ガスが流動化シリコン粒
子をかん流している間の反応帯域における前記反応ガス
の平均温度が９００℃未満であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動床（流動層）
反応器においてシリコン源ガスの熱分解又は水素による
還元により高純度多結晶シリコンを製造する方法に関す
る。
反応器においてシリコン源ガスの熱分解又は水素による
還元により高純度多結晶シリコンを製造する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】シリコン源ガスの熱分解又は水素による
還元により、電子部品及び太陽電池加工の原料としての
高純度多結晶シリコン（ポリシリコン）が得られる。こ
の方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）として当業者に知られて
いる。世界的に、ポリシリコンは、いわゆる「シーメン
ス反応器」で主に製造される。これらのＣＶＤ反応器に
おける元素状シリコンの化学蒸着は、シリコンロッド、
いわゆる「細ロッド」上に生じる。このシリコンロッド
を、電流により金属ベルジャー下１０００℃超に加熱
後、水素とシリコン源ガス（例えばトリクロロシラン）
からなるガス混合物に暴露する。細ロッドが一定の径に
成長し次第、プロセスシーケンスを中断しなければなら
ない。即ち、連続操作ではなくバッチ操作しかできな
い。
還元により、電子部品及び太陽電池加工の原料としての
高純度多結晶シリコン（ポリシリコン）が得られる。こ
の方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）として当業者に知られて
いる。世界的に、ポリシリコンは、いわゆる「シーメン
ス反応器」で主に製造される。これらのＣＶＤ反応器に
おける元素状シリコンの化学蒸着は、シリコンロッド、
いわゆる「細ロッド」上に生じる。このシリコンロッド
を、電流により金属ベルジャー下１０００℃超に加熱
後、水素とシリコン源ガス（例えばトリクロロシラン）
からなるガス混合物に暴露する。細ロッドが一定の径に
成長し次第、プロセスシーケンスを中断しなければなら
ない。即ち、連続操作ではなくバッチ操作しかできな
い。
【０００３】より最近では、連続ＣＶＤプロセスの過程
で流動床反応器において、高純度多結晶シリコンを粒体
（以下、「シリコン粒体」と称する）として得る試みが
なされた。流動床反応器は、効率的な運転を確保するた
めに、固体表面をガス状又は蒸気状化合物に広範に暴露
しなければならないすべての場合において有利である。
もしシリコン源ガス（例えばトリクロロシラン）とシリ
コン非含有キャリアガス（例えば水素）とのガス混合物
（以下、「反応ガス」と称する）が、ポリシリコン粒子
（以下、「シリコン粒子」と称する）を含んでなる流動
床をかん流するならば、元素状シリコンがこれらの粒子
表面に堆積し、その結果、大きく成長して粒状ポリシリ
コン（以下、「シリコン粒体」を称する）を生成する。
で流動床反応器において、高純度多結晶シリコンを粒体
（以下、「シリコン粒体」と称する）として得る試みが
なされた。流動床反応器は、効率的な運転を確保するた
めに、固体表面をガス状又は蒸気状化合物に広範に暴露
しなければならないすべての場合において有利である。
もしシリコン源ガス（例えばトリクロロシラン）とシリ
コン非含有キャリアガス（例えば水素）とのガス混合物
（以下、「反応ガス」と称する）が、ポリシリコン粒子
（以下、「シリコン粒子」と称する）を含んでなる流動
床をかん流するならば、元素状シリコンがこれらの粒子
表面に堆積し、その結果、大きく成長して粒状ポリシリ
コン（以下、「シリコン粒体」を称する）を生成する。
【０００４】ＣＶＤプロセスに必要とする熱的条件を得
るために、流動床反応器を、通常間仕切り手段により２
つの帯域に分割する（ＤＥ−４３ ２７ ３０８ Ｃ２
参照）： １）シリコン源ガスを、特定反応温度でシリコン粒子上
にポリシリコンとして堆積する反応帯域、及び ２）シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャリアガス
により流動化し、反応温度を超える温度に、例えばマイ
クロ波エネルギーにより加熱する加熱帯域。
るために、流動床反応器を、通常間仕切り手段により２
つの帯域に分割する（ＤＥ−４３ ２７ ３０８ Ｃ２
参照）： １）シリコン源ガスを、特定反応温度でシリコン粒子上
にポリシリコンとして堆積する反応帯域、及び ２）シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャリアガス
により流動化し、反応温度を超える温度に、例えばマイ
クロ波エネルギーにより加熱する加熱帯域。
【０００５】流動床反応器の効率的な運転に加えて、ポ
リシリコン生成物がほぼ球状の粒体の形態で得られると
いうさらなる有利な特徴がある。この自由流動粒状ポリ
シリコンは直ちに反応器から移し、処理できるのに対し
て、シーメンス反応器から得られたロッド型生成物は、
破砕してからでないと、例えばチョコラルスキー法によ
るさらなる処理ができない。前記利点にもかかわらず、
シリコン粒体の製造に流動床反応器を使用するのには、
欠点もある。シーメンス法により得られるポリシリコン
と比較して、トリクロロシラン等のクロロシラン類をシ
リコン源ガスとして使用し、さらには運転を効率的に行
うならば、粒体に塩素が混入してしまう。この混入は、
結晶格子にトラップされ、その結果真空アニーリングに
よっても除去できない。
リシリコン生成物がほぼ球状の粒体の形態で得られると
いうさらなる有利な特徴がある。この自由流動粒状ポリ
シリコンは直ちに反応器から移し、処理できるのに対し
て、シーメンス反応器から得られたロッド型生成物は、
破砕してからでないと、例えばチョコラルスキー法によ
るさらなる処理ができない。前記利点にもかかわらず、
シリコン粒体の製造に流動床反応器を使用するのには、
欠点もある。シーメンス法により得られるポリシリコン
と比較して、トリクロロシラン等のクロロシラン類をシ
リコン源ガスとして使用し、さらには運転を効率的に行
うならば、粒体に塩素が混入してしまう。この混入は、
結晶格子にトラップされ、その結果真空アニーリングに
よっても除去できない。
【０００６】とりわけ、チョコラルスキー法によりシリ
コン粒体をさらに処理する場合、高度の塩素混入は、付
随する融解物のスプラッシュによるシリコン融解物にお
ける気泡の形成と、引き上げ具を破壊する塩素含有腐食
ガスの形成による、悪影響を及ぼし、例えば、融解物か
ら引き上げられる単結晶の結晶品質が悪くなる。これら
の欠点は、５０重量ｐｐｍ未満の塩素混入では観察され
ない。原則として、シーメンス反応器におけるシリコン
ロッドへのガス状シリコン源ガスの堆積と、流動床反応
器におけるシリコン粒子へのガス状シリコン源ガスの堆
積との間には差異はない。それにもかかわらず、もし両
方のプロセスにおいて、反応ガスの組成及び比、シリコ
ン表面（ロッド又は粒子）の温度並びに反応圧力が同じ
であるならば、流動床反応器から得られるシリコン粒体
は、シーメンス反応器から得られるロッド形ポリシリコ
ンと比較して、明らかに塩素混入が顕著である。
コン粒体をさらに処理する場合、高度の塩素混入は、付
随する融解物のスプラッシュによるシリコン融解物にお
ける気泡の形成と、引き上げ具を破壊する塩素含有腐食
ガスの形成による、悪影響を及ぼし、例えば、融解物か
ら引き上げられる単結晶の結晶品質が悪くなる。これら
の欠点は、５０重量ｐｐｍ未満の塩素混入では観察され
ない。原則として、シーメンス反応器におけるシリコン
ロッドへのガス状シリコン源ガスの堆積と、流動床反応
器におけるシリコン粒子へのガス状シリコン源ガスの堆
積との間には差異はない。それにもかかわらず、もし両
方のプロセスにおいて、反応ガスの組成及び比、シリコ
ン表面（ロッド又は粒子）の温度並びに反応圧力が同じ
であるならば、流動床反応器から得られるシリコン粒体
は、シーメンス反応器から得られるロッド形ポリシリコ
ンと比較して、明らかに塩素混入が顕著である。
【０００７】米国特許第５，０７７，０２８号によれ
ば、塩素混入はシリコン粒子上への元素状シリコンの平
均堆積速度と関連があり、堆積速度の増加とともに塩素
混入が減少する。上記特許公報によれば、塩素混入度が
２０重量ｐｐｍ未満である粒状ポリシリコン製品を得る
には、１０００℃を超える温度で０．４μｍ／分を超え
る堆積速度が必要条件である。
ば、塩素混入はシリコン粒子上への元素状シリコンの平
均堆積速度と関連があり、堆積速度の増加とともに塩素
混入が減少する。上記特許公報によれば、塩素混入度が
２０重量ｐｐｍ未満である粒状ポリシリコン製品を得る
には、１０００℃を超える温度で０．４μｍ／分を超え
る堆積速度が必要条件である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流動床
反応器を１０００℃の温度で運転すると、反応器の内壁
への元素状シリコンの著しくかつ望ましくない付着がお
こり、したがってＣＶＤプロセスを停止せざるを得なく
なる。このように高い反応器温度は、工業的にはほとん
ど不可能であり、運転を信頼性よく行うこともできない
し、効率的に行うこともできない。したがって、本発明
の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、特に塩素混
入度が５０重量ｐｐｍ未満であるシリコン粒体を製造す
ることができる、シリコン粒体の製造方法を提供するこ
とにある。本発明のさらなる目的は、上記製造方法を実
施できるように、適当な装置における適当な条件、特に
流動床反応器における連続ＣＶＤプロセスに適当な条件
を提供することである。
反応器を１０００℃の温度で運転すると、反応器の内壁
への元素状シリコンの著しくかつ望ましくない付着がお
こり、したがってＣＶＤプロセスを停止せざるを得なく
なる。このように高い反応器温度は、工業的にはほとん
ど不可能であり、運転を信頼性よく行うこともできない
し、効率的に行うこともできない。したがって、本発明
の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、特に塩素混
入度が５０重量ｐｐｍ未満であるシリコン粒体を製造す
ることができる、シリコン粒体の製造方法を提供するこ
とにある。本発明のさらなる目的は、上記製造方法を実
施できるように、適当な装置における適当な条件、特に
流動床反応器における連続ＣＶＤプロセスに適当な条件
を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、流動床反応
器を用いた方法において、流動化シリコン粒子をかん流
している間の反応帯域における反応ガスの平均温度が９
００℃未満である、ことを特徴とする製造方法により達
成される。特に好ましくは、さらに、前記反応ガスによ
りかん流されている間の反応帯域における流動化シリコ
ン粒子の平均温度が、９００℃を超えるものである。こ
れは、驚くべきことに、もし反応帯域において好ましく
はテトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシ
ラン及び前記ガスの混合物等のガスからなる群から選択
される反応ガスの平均温度が、反応ガスが流動化シリコ
ン粒子をかん流している間、９００℃未満、好ましくは
８００℃未満、であり、反応帯域における流動化シリコ
ン粒子の平均温度が、これらの粒子が反応ガスによりか
ん流されている間、９００℃を超え、好ましくは１００
０℃を超えるならば、粒状ポリシリコン製品の塩素混入
度が５０重量ｐｐｍ未満であることが見いだされたこと
による。
器を用いた方法において、流動化シリコン粒子をかん流
している間の反応帯域における反応ガスの平均温度が９
００℃未満である、ことを特徴とする製造方法により達
成される。特に好ましくは、さらに、前記反応ガスによ
りかん流されている間の反応帯域における流動化シリコ
ン粒子の平均温度が、９００℃を超えるものである。こ
れは、驚くべきことに、もし反応帯域において好ましく
はテトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシ
ラン及び前記ガスの混合物等のガスからなる群から選択
される反応ガスの平均温度が、反応ガスが流動化シリコ
ン粒子をかん流している間、９００℃未満、好ましくは
８００℃未満、であり、反応帯域における流動化シリコ
ン粒子の平均温度が、これらの粒子が反応ガスによりか
ん流されている間、９００℃を超え、好ましくは１００
０℃を超えるならば、粒状ポリシリコン製品の塩素混入
度が５０重量ｐｐｍ未満であることが見いだされたこと
による。
【００１０】また、もしシリコン粒子の表面温度が９０
０℃を超え、好ましくは１０００℃を超えるならば、温
度分布が従来技術での温度分布から変化することによ
り、シリコン粒子上の元素状シリコンの堆積速度が顕著
には変化しないことも判明した。堆積速度を増加するた
めに、本発明の方法によれば、流動床反応器の圧力を増
加すること、好ましくは２バールまで増加すること、さ
らに好ましくは５バールまで増加することができる。温
度分布の変化は、塩素混入の減少の面だけでなく、反応
器壁上に元素状シリコンが観察されない面でも有利であ
る。熱分布の向上により、さらにエネルギーが節約でき
る。したがって、本発明による好ましい方法により、反
応ガスの温度が９００℃未満、好ましくは８００℃未満
であり、シリコン粒子の温度が９００℃を超え、好まし
くは１０００℃を超える流動床反応器において、高純度
ポリシリコン粒体を製造できる。
０℃を超え、好ましくは１０００℃を超えるならば、温
度分布が従来技術での温度分布から変化することによ
り、シリコン粒子上の元素状シリコンの堆積速度が顕著
には変化しないことも判明した。堆積速度を増加するた
めに、本発明の方法によれば、流動床反応器の圧力を増
加すること、好ましくは２バールまで増加すること、さ
らに好ましくは５バールまで増加することができる。温
度分布の変化は、塩素混入の減少の面だけでなく、反応
器壁上に元素状シリコンが観察されない面でも有利であ
る。熱分布の向上により、さらにエネルギーが節約でき
る。したがって、本発明による好ましい方法により、反
応ガスの温度が９００℃未満、好ましくは８００℃未満
であり、シリコン粒子の温度が９００℃を超え、好まし
くは１０００℃を超える流動床反応器において、高純度
ポリシリコン粒体を製造できる。
【００１１】従来技術の流動床反応器では、約３００℃
にあらかじめ加熱した反応ガスが、ガス分配手段を介し
て、反応帯域全体に均一に分配され、その結果、加熱帯
域においてあらかじめ１０００℃超に加熱した流動化シ
リコン粒子を含む均一統一体を形成する。流動化固体と
反応ガスとの間の熱平衡が、これらの条件下で迅速に確
立される。通常、これは、流動床反応器において有利で
ある。新規な方法及びこの方法を実施するための装置で
は、熱平衡が確立する前に、反応ガスにより、流動化シ
リコン粒子を有する反応帯域をかん流する。
にあらかじめ加熱した反応ガスが、ガス分配手段を介し
て、反応帯域全体に均一に分配され、その結果、加熱帯
域においてあらかじめ１０００℃超に加熱した流動化シ
リコン粒子を含む均一統一体を形成する。流動化固体と
反応ガスとの間の熱平衡が、これらの条件下で迅速に確
立される。通常、これは、流動床反応器において有利で
ある。新規な方法及びこの方法を実施するための装置で
は、熱平衡が確立する前に、反応ガスにより、流動化シ
リコン粒子を有する反応帯域をかん流する。
【００１２】反応帯域をかん流する反応ガスの平均温度
は、種々の方法により制御できる： −例えば、流動床高さを減少すれば、堆積速度を顕著に
減少することなく、ガス−固体間の過剰接触が回避さ
れ、そして反応帯域における反応ガスの滞留時間が減少
する。 −シリコン源ガス又はキャリアガスとシリコン源ガスと
の混合物（反応ガス）を一つ以上の管状ノズルを介して
反応帯域に直接導入することにより、反応帯域において
ガス分布が均一になること、及びその結果として熱平衡
となることが回避される。この方法によれば、熱膨張に
より反応帯域の上端で大きな気泡が発生し、反応帯域内
での流動床の不均一性が大きくなる。 −さらに、平均ガス速度ｕと流動化のための最小ガス速
度ｕmfとの比として定義される流動化度により反応ガス
の平均温度を変化させることができる。反応ガスの平均
温度は、反応帯域でのｕ／ｕmf値とともに減少する。
は、種々の方法により制御できる： −例えば、流動床高さを減少すれば、堆積速度を顕著に
減少することなく、ガス−固体間の過剰接触が回避さ
れ、そして反応帯域における反応ガスの滞留時間が減少
する。 −シリコン源ガス又はキャリアガスとシリコン源ガスと
の混合物（反応ガス）を一つ以上の管状ノズルを介して
反応帯域に直接導入することにより、反応帯域において
ガス分布が均一になること、及びその結果として熱平衡
となることが回避される。この方法によれば、熱膨張に
より反応帯域の上端で大きな気泡が発生し、反応帯域内
での流動床の不均一性が大きくなる。 −さらに、平均ガス速度ｕと流動化のための最小ガス速
度ｕmfとの比として定義される流動化度により反応ガス
の平均温度を変化させることができる。反応ガスの平均
温度は、反応帯域でのｕ／ｕmf値とともに減少する。
【００１３】高純度シリコン粒体を製造するための新規
な方法は、従来の流動床反応器のいずれにも適用でき、
必要とする操作条件は、適当な測定機器で記録される平
均反応ガス温度に基づき監視できる。例えば、反応帯域
における反応ガスの平均温度は、温度計により記録され
る。この温度の熱電気測定手段は、シールドが反応ガス
のみが通過でき、シリコン粒子が通過できないようにシ
ールされている。しかしながら、好ましくは、流動床の
反応帯域より上の平均反応ガス温度は、排ガス出口で測
定する。シリコン粒子の温度は、通常の熱電対又は赤外
高温計で測定する。
な方法は、従来の流動床反応器のいずれにも適用でき、
必要とする操作条件は、適当な測定機器で記録される平
均反応ガス温度に基づき監視できる。例えば、反応帯域
における反応ガスの平均温度は、温度計により記録され
る。この温度の熱電気測定手段は、シールドが反応ガス
のみが通過でき、シリコン粒子が通過できないようにシ
ールされている。しかしながら、好ましくは、流動床の
反応帯域より上の平均反応ガス温度は、排ガス出口で測
定する。シリコン粒子の温度は、通常の熱電対又は赤外
高温計で測定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、新規な方法及びその方法を
実施するため装置を、具体的実施態様により、より詳細
に説明する。本発明の方法を実施するのに適当な流動床
反応器の概略を、図１に示す。明瞭化のために、従来技
術で公知の装置は示していない。本発明の方法の効率
を、表１に示す。 金属製、例えばステンレス製の反応
管１の内側に、高純度石英のライニングを施し（図示せ
ず）、外側には、低熱伝導性を有する断熱材１０及び１
０'（例えばシリカ材）のジャケットを設ける。流動床
２の底部には加熱帯域３があり、その加熱帯域内で、シ
リコン粒子７が、シリコン非含有キャリアガス、例えば
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム又はそれらの混合物に
より流動化され、加熱手段、例えばマイクロ波発生器か
ら得られるマイクロ波エネルギーにより加熱される。あ
らかじめ加熱したキャリアガスがガス分配手段１３を介
して反応器の加熱帯域に流れる。加熱帯域より上に位置
する反応帯域４は、管状ノズル５より上に位置する。反
応器の運転中、流動化シリコン粒子９に対する連続ＣＶ
Ｄプロセスが、あらかじめ加熱されたシリコン源ガス
（例えばトリクロロシラン、又はシリコン源ガスとシリ
コン非含有キャリアガスとの混合物）が管状ノズル５を
介して流入する反応帯域４で行われる。反応帯域４にお
ける流動化シリコン粒子９の平均温度は、導入されたマ
イクロ波エネルギーの加熱帯域３への伝達により維持さ
れる。この反応器の設計では、熱分布が向上し、これに
付随してエネルギーが節約される。
実施するため装置を、具体的実施態様により、より詳細
に説明する。本発明の方法を実施するのに適当な流動床
反応器の概略を、図１に示す。明瞭化のために、従来技
術で公知の装置は示していない。本発明の方法の効率
を、表１に示す。 金属製、例えばステンレス製の反応
管１の内側に、高純度石英のライニングを施し（図示せ
ず）、外側には、低熱伝導性を有する断熱材１０及び１
０'（例えばシリカ材）のジャケットを設ける。流動床
２の底部には加熱帯域３があり、その加熱帯域内で、シ
リコン粒子７が、シリコン非含有キャリアガス、例えば
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム又はそれらの混合物に
より流動化され、加熱手段、例えばマイクロ波発生器か
ら得られるマイクロ波エネルギーにより加熱される。あ
らかじめ加熱したキャリアガスがガス分配手段１３を介
して反応器の加熱帯域に流れる。加熱帯域より上に位置
する反応帯域４は、管状ノズル５より上に位置する。反
応器の運転中、流動化シリコン粒子９に対する連続ＣＶ
Ｄプロセスが、あらかじめ加熱されたシリコン源ガス
（例えばトリクロロシラン、又はシリコン源ガスとシリ
コン非含有キャリアガスとの混合物）が管状ノズル５を
介して流入する反応帯域４で行われる。反応帯域４にお
ける流動化シリコン粒子９の平均温度は、導入されたマ
イクロ波エネルギーの加熱帯域３への伝達により維持さ
れる。この反応器の設計では、熱分布が向上し、これに
付随してエネルギーが節約される。
【００１５】反応帯域４における流動化シリコン粒子９
の平均温度を赤外高温計１１で測定し、反応ガスの平均
温度を温度計１２で測定した。温度計１２の熱電測定手
段をシールし、反応帯域４の上に直接配置した。シリコ
ン粒体６を反応器から製品として除去するのと同じ割合
で、シリコン粒子７を反応管１の上端に供給して、充填
重量（流動床高さ）と平均粒子サイズをあらかじめ定め
た範囲に維持した。充填重量は２５〜２８ｋｇに維持
し、シリコン粒子サイズは０．８〜１．０ｍｍに維持し
た。表１に示した比較例Ｃ１及びＣ２により、新規な方
法が驚くべき効率を示すことが明らかとなった。従来技
術に従って、シリコン源ガスとシリコン非含有ガスを、
管状ノズル５ではなくガス分配手段１３を介して反応帯
域４に導入したところ、反応ガスと流動化シリコン粒子
９とが均一に混合した。反応帯域内では、熱平衡となっ
た。即ち、反応ガスとシリコン粒子とが同じ温度となっ
た。表１における実験データ（実施例Ｅ１〜Ｅ６）は、
もし本発明の方法に準じて反応ガスの平均温度が９００
℃未満、好ましくは８００℃未満、であるならば、反応
物（シリコン粒体）における塩素混入度は５０重量ｐｐ
ｍ未満であることを示している。また、実験データは、
反応器圧力を上昇する（好ましくは２バールまで上昇、
特に好ましくは５バールまで上昇）ことが、塩素混入度
にも、並びにガス温度、粒子温度及び堆積速度等の全て
のプロセス最適化運転パラメータにも好影響を及ぼすこ
とも示している。これにより、運転が効率的になるとと
もに、対流による加熱損失が低いので（本発明によれ
ば、反応帯域において上方向に流れている反応ガスには
最小限のエネルギーしか伝達されない）、エネルギーの
節約もできる。
の平均温度を赤外高温計１１で測定し、反応ガスの平均
温度を温度計１２で測定した。温度計１２の熱電測定手
段をシールし、反応帯域４の上に直接配置した。シリコ
ン粒体６を反応器から製品として除去するのと同じ割合
で、シリコン粒子７を反応管１の上端に供給して、充填
重量（流動床高さ）と平均粒子サイズをあらかじめ定め
た範囲に維持した。充填重量は２５〜２８ｋｇに維持
し、シリコン粒子サイズは０．８〜１．０ｍｍに維持し
た。表１に示した比較例Ｃ１及びＣ２により、新規な方
法が驚くべき効率を示すことが明らかとなった。従来技
術に従って、シリコン源ガスとシリコン非含有ガスを、
管状ノズル５ではなくガス分配手段１３を介して反応帯
域４に導入したところ、反応ガスと流動化シリコン粒子
９とが均一に混合した。反応帯域内では、熱平衡となっ
た。即ち、反応ガスとシリコン粒子とが同じ温度となっ
た。表１における実験データ（実施例Ｅ１〜Ｅ６）は、
もし本発明の方法に準じて反応ガスの平均温度が９００
℃未満、好ましくは８００℃未満、であるならば、反応
物（シリコン粒体）における塩素混入度は５０重量ｐｐ
ｍ未満であることを示している。また、実験データは、
反応器圧力を上昇する（好ましくは２バールまで上昇、
特に好ましくは５バールまで上昇）ことが、塩素混入度
にも、並びにガス温度、粒子温度及び堆積速度等の全て
のプロセス最適化運転パラメータにも好影響を及ぼすこ
とも示している。これにより、運転が効率的になるとと
もに、対流による加熱損失が低いので（本発明によれ
ば、反応帯域において上方向に流れている反応ガスには
最小限のエネルギーしか伝達されない）、エネルギーの
節約もできる。
【００１６】
【表１】
【００１７】上記の説明から明らかなように、本発明の
新規な方法及びこの方法を実施するための装置には、多
結晶シリコン粒体を製造するための従来公知の方法や装
置とは大きく異なる特徴がある。本発明の方法によれ
ば、反応帯域における平均反応ガス温度がシリコン粒子
よりも低い温度、好ましくは９００℃未満、特に好まし
くは８００℃未満の温度で、高純度シリコン粒体が製造
できる。本発明の方法では、集中加熱による反応器壁へ
の元素状シリコンの堆積に関する問題は生じない。本発
明の方法では、従来技術による方法とは異なり、均一混
合、即ち、反応ガスとシリコン粒子との間の集中的接
触、が回避される。たとえ反応帯域における反応ガスの
平均温度が従来技術よりも明らかに低くても、シリコン
粒子の平均表面温度が十分に高い、即ち、好ましくは９
００℃超、特に好ましくは１０００℃超、である限り
は、堆積速度は低下しない。
新規な方法及びこの方法を実施するための装置には、多
結晶シリコン粒体を製造するための従来公知の方法や装
置とは大きく異なる特徴がある。本発明の方法によれ
ば、反応帯域における平均反応ガス温度がシリコン粒子
よりも低い温度、好ましくは９００℃未満、特に好まし
くは８００℃未満の温度で、高純度シリコン粒体が製造
できる。本発明の方法では、集中加熱による反応器壁へ
の元素状シリコンの堆積に関する問題は生じない。本発
明の方法では、従来技術による方法とは異なり、均一混
合、即ち、反応ガスとシリコン粒子との間の集中的接
触、が回避される。たとえ反応帯域における反応ガスの
平均温度が従来技術よりも明らかに低くても、シリコン
粒子の平均表面温度が十分に高い、即ち、好ましくは９
００℃超、特に好ましくは１０００℃超、である限り
は、堆積速度は低下しない。
【００１８】流動化シリコン粒子の加熱は、簡単な方
法、例えば、反応帯域の下に位置し且つ反応帯域と直接
接触している加熱帯域においてマイクロ波エネルギーに
より行われる。反応帯域の流動化シリコン粒子と加熱帯
域からのより温度の高いシリコン粒子とが簡単に混合さ
れるので、本発明の方法によれば、加熱エネルギーが効
率的に利用できる。反応ガスの平均温度は、従来公知の
方法、例えば流動化度又は流動床高さにより制御され
る。本発明の方法によれば、反応ガスの温度がより低い
ので、シリコン粒子から反応ガスにより除去される熱が
減少するので、さらにエネルギーの節約となる。
法、例えば、反応帯域の下に位置し且つ反応帯域と直接
接触している加熱帯域においてマイクロ波エネルギーに
より行われる。反応帯域の流動化シリコン粒子と加熱帯
域からのより温度の高いシリコン粒子とが簡単に混合さ
れるので、本発明の方法によれば、加熱エネルギーが効
率的に利用できる。反応ガスの平均温度は、従来公知の
方法、例えば流動化度又は流動床高さにより制御され
る。本発明の方法によれば、反応ガスの温度がより低い
ので、シリコン粒子から反応ガスにより除去される熱が
減少するので、さらにエネルギーの節約となる。
【００１９】以下、本発明の好適な実施態様を例示す
る。 （１） 加熱帯域及び反応帯域を有し、前記加熱帯域中
では、シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャリアガ
スにより流動化して流動床を形成するとともにマイクロ
波エネルギーにより加熱し、前記反応帯域中ではシリコ
ン源ガスを含んでなる反応ガスと前記キャリアガスに前
記シリコン粒子を暴露させる流動床反応器中で前記シリ
コン粒子上に元素状シリコンを堆積することにより、塩
素混入度５０重量ｐｐｍ未満のシリコン粒体を製造する
方法において、前記反応ガスが流動化シリコン粒子をか
ん流している間の反応帯域における前記反応ガスの平均
温度が９００℃未満であることを特徴とするシリコン粒
体の製造方法。 （２） 前記反応ガスによりかん流されている間の反応
帯域における流動化シリコン粒子の平均温度が９００℃
を超えることを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体
の製造方法。
る。 （１） 加熱帯域及び反応帯域を有し、前記加熱帯域中
では、シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャリアガ
スにより流動化して流動床を形成するとともにマイクロ
波エネルギーにより加熱し、前記反応帯域中ではシリコ
ン源ガスを含んでなる反応ガスと前記キャリアガスに前
記シリコン粒子を暴露させる流動床反応器中で前記シリ
コン粒子上に元素状シリコンを堆積することにより、塩
素混入度５０重量ｐｐｍ未満のシリコン粒体を製造する
方法において、前記反応ガスが流動化シリコン粒子をか
ん流している間の反応帯域における前記反応ガスの平均
温度が９００℃未満であることを特徴とするシリコン粒
体の製造方法。 （２） 前記反応ガスによりかん流されている間の反応
帯域における流動化シリコン粒子の平均温度が９００℃
を超えることを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体
の製造方法。
【００２０】（３） 前記シリコン源ガス又は前記反応
ガスを、一つ以上の管状ノズルを介して前記流動床反応
器の反応帯域に直接導入することを特徴とする上記１に
記載のシリコン粒体の製造方法。 （４） 前記反応ガスの温度を前記流動床高さにより制
御することを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体の
製造方法。 （５） 前記反応ガスの温度を前記反応帯域上の平均ガ
ス速度ｕと流動化を生じる最小ガス速度ｕmfとの比とし
て定義される前記反応帯域での流動化度により制御する
ことを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体の製造方
法。 （６） 前記シリコン源ガスが、好ましくはテトラクロ
ロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン及び前記
ガスの混合物等のガスからなる群から選択されたもので
あることを特徴とする上記１又は２に記載のシリコン粒
体の製造方法。 （７） 前記シリコン非含有キャリアガスが、好ましく
は水素、窒素、アルゴン、ヘリウム及び前記ガスの混合
物等のガスからなる群から選択されたものであることを
特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のシリコン粒体
の製造方法。
ガスを、一つ以上の管状ノズルを介して前記流動床反応
器の反応帯域に直接導入することを特徴とする上記１に
記載のシリコン粒体の製造方法。 （４） 前記反応ガスの温度を前記流動床高さにより制
御することを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体の
製造方法。 （５） 前記反応ガスの温度を前記反応帯域上の平均ガ
ス速度ｕと流動化を生じる最小ガス速度ｕmfとの比とし
て定義される前記反応帯域での流動化度により制御する
ことを特徴とする上記１に記載のシリコン粒体の製造方
法。 （６） 前記シリコン源ガスが、好ましくはテトラクロ
ロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン及び前記
ガスの混合物等のガスからなる群から選択されたもので
あることを特徴とする上記１又は２に記載のシリコン粒
体の製造方法。 （７） 前記シリコン非含有キャリアガスが、好ましく
は水素、窒素、アルゴン、ヘリウム及び前記ガスの混合
物等のガスからなる群から選択されたものであることを
特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のシリコン粒体
の製造方法。
【００２１】
【発明の効果】このように、本発明によれば、流動床反
応器において高純度ポリシリコンを製造する方法が提供
される。本発明の方法は、従来技術と比較して、熱分布
の向上及び効率的なエネルギーの利用がなされるととも
に、反応生成物の塩素混入が減少する。
応器において高純度ポリシリコンを製造する方法が提供
される。本発明の方法は、従来技術と比較して、熱分布
の向上及び効率的なエネルギーの利用がなされるととも
に、反応生成物の塩素混入が減少する。
【図１】本発明の方法を実施するのに適当な流動床反応
器の概略図である。
器の概略図である。
１ 反応管 ２ 流動床 ３ 加熱帯域 ４ 反応帯域 ５ 管状ノズル ６ シリコン粒体 ７ シリコン粒子 ９ 流動化シリコン粒子 １０、１０' 断熱材 １１ 赤外高温計 １２ 温度計 １３ ガス分配手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒ・ヨング・キム 韓国 タエジョン，ユスング−グ，エウエ ウン−ドング，ハンビト・アプト 101− 203
Claims (1)
- 【請求項１】 加熱帯域及び反応帯域を有し、前記加熱
帯域中では、シリコン粒子を不活性シリコン非含有キャ
リアガスにより流動化して流動床を形成するとともにマ
イクロ波エネルギーにより加熱し、前記反応帯域中では
シリコン源ガスを含んでなる反応ガスと前記キャリアガ
スに前記シリコン粒子を暴露させる流動床反応器中で前
記シリコン粒子上に元素状シリコンを堆積することによ
り、塩素混入度５０重量ｐｐｍ未満のシリコン粒体を製
造する方法において、前記反応ガスが流動化シリコン粒
子をかん流している間の反応帯域における前記反応ガス
の平均温度が９００℃未満であることを特徴とするシリ
コン粒体の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE197-35-378-9 | 1997-08-14 | ||
| DE19735378A DE19735378A1 (de) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumgranulat |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11139817A true JPH11139817A (ja) | 1999-05-25 |
| JP3122643B2 JP3122643B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=7839047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10229782A Expired - Fee Related JP3122643B2 (ja) | 1997-08-14 | 1998-08-14 | 高純度シリコン粒体の製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6007869A (ja) |
| EP (1) | EP0896952A1 (ja) |
| JP (1) | JP3122643B2 (ja) |
| KR (1) | KR100294759B1 (ja) |
| CN (1) | CN1216288A (ja) |
| DE (1) | DE19735378A1 (ja) |
| TW (1) | TW372934B (ja) |
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| KR20180041723A (ko) * | 2015-08-20 | 2018-04-24 | 실트로닉 아게 | 실리콘으로 구성되는 입자형 재료의 열처리를 위한 방법, 실리콘으로 구성되는 입자형 재료, 및 실리콘으로 구성되는 단결정을 제조하는 방법 |
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