JPS605013A - シリコン粉末の製法及びその装置 - 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】 本発明はシリコン粉末の製法及びその装置、特にモノシ
ランまたはクロルシランの含有ガスからシリコン粉末を
製造する方法及びその装置に関する。

従来からモノシランまたはクロルシランからシリコン粉
末を製造する方法はいろいろ提案さ゛れている。

例えば四塩化珪素を亜鉛や水素を用いて還元する方法が
ある。

しかし前者はシリコン１今得るため理論的にも４、６　
Ｋｙ必要であり、実際はさらに多量に必要とする他、亜
鉛に含まれる不純物がシリコン中に混入すること、また
その反応器には石英管を用いているが、その内壁にシリ
コンが析出し、その分離に手数がかかるという問題がア
シ、さらに反応器からも不純物が混入する。

後者はクロルシランと水素ガスとを種シリコンの存在す
る流動床に供給して種シリコン上にシリコンを析出させ
る方法であるが、これはシリコン析出速度が速くしかも
連続的にシリコン粉末を取得でき好ましいものであるが
石英反応器の０面にシリコンが析出し、その除去のため
手数がかかシ、また反応器が破損したり不純物が混入し
たりする。

本発明はこれらの欠点を解決したもので、原料としてモ
ノシランまたはクロルシランの含有゛ガスを竪型反応器
に供給しシリコン粉末を″製造する際にシリコン粉末を
非酸化性ガスと共に反応器側壁に沿って供給することに
より反応器側壁にシリコンの付着するのを防止すること
ができるシリコン粉末の製法及びその装置を提供しよう
とするものである。

すなわち、本発明の第１の発明は竪型反応器の上部から
モノシラン又はクロルシランの含有ガスを供給し、これ
を高温下熱分解または還元してシリコン粉末を製造する
際に、反応器の器壁に沿って平均粒径５０〜６００μの
シリコン粉末を非酸化性ガスと共に供給することを特徴
とするシリコン粉末の製法であり、その第２の発明は上
部からモノシラン又はクロルシランの含有ガスを供給し
これを高温下熱分解または還元して下部からシリコン粉
末を取得する反応器において、反応器の上部中央部゛モ
ノシラン又はり四ルシランの含有ガスを供給する内側ノ
ズルとその内側ノズルを囲むようにシリコン粉末と非酸
化性ガスとを供給する外側ノズルを設けたことを特徴と
するシリコン粉末の製造装置である。

以下さらに本発明の詳細な説明する。

まず本発明の第１の発明はモノシラン又はクロルシラン
の含有ガスを竪型反応器の上部中央に設けた内側ノズル
より反応器内に供給し、その内側ノズルを中心としその
周辺に内側ノズルを囲むように設けた外側ノズルからシ
リコン粉末と非酸化性ガスを供給し高温下シリコンを反
応器内壁に付着させないように析出させる方法である。

本発明において内側ノズルから供給するシリコン粉末原
料としてはモノシラン又はクロルシランの含有ガスであ
り、これらに非酸化性ガス、例えば水素、アルゴン、ヘ
リウム等を含有したものであってもよい。特に水素を含
有するものが好ましい０ また外側ノズルよシ供給されるシリコン粉末は平均粒径
５０〜６００μさらに好ましくは、５０〜６００μのも
のである。外側ノズルよシ供給される非酸化性ガスは内
側ノズルに使用するものが好ましく用いられる。

シリコン粉末の粒子径を前記のように特定したのは５０
μ未満では重力落下速度が小さく、反応器内の原料ガス
の流れの影響を強く受けるため滞留時間が長くなシ、そ
の結果析出速度は向上するが反応器内壁にシリコンが析
出する。また６００μをこえるとシリコン粉末の底面積
が少なくなシその結果反応器内壁にシリコンが析出する
ので好ましくない。

外側ノズルから供給される非酸化性ガスはシリコン粉末
の重力落下速度を加速させるために必要なものであシ、
その滞留時間は温度８００℃以上の反応領域で１秒以内
とすることが好ましい。

この理由は反応器内壁温度が低下するので落下するシリ
コン粉末の表面にシリコンが析出したとしても反応器内
壁にシリコンが付着することがないからである。

内側ノズルから反応器内に供給される原料ガスのノズル
出口のガス量は外側ノズルから供給される非酸化性ガス
の量よシ多くすることが好ましめ。

一方外側ノズルから供給されるシリコン粉末の供給量は
単位時間尚９のシリコン析出量の５６倍以上が必要であ
シ、これより少ないと反応器内壁゛にシリコンが析出す
る。

また外側ノズルから供給される非酸化性ガスは内側ノズ
ルの原料ガス含有と同じものが使用される０ このようにしてモノシラ／又はり四ルシランの含有ガス
を熱分解又は還元して得られたシリコン粉末は反応器下
部から排出される。

次に第２の発明は、モノシラン又はクロルシランの含有
ガスからシリコン粉末を取得する装置の発明であり、以
下図面に従ってさらに具体的に説明する。

図面は第ｐ２発明の実施例を示すものである。

まず図面に示すように竪型反応器６の上部中央゛のモノ
シラン又はクロルシランの含有原料ガス供給管１から反
応器６内に内側ノズル８から供給される。

なお内側ノズル８は原料ガス供給管１の先端部につり鐘
状の構造物中に設けられ、そのつり鐘状の構造物と反応
器の器壁との間に間隙を有するようになっており、その
間隙が外側ノズルＴとなるように構成されている。

外側ノズル７には水素、アルゴン、ヘリウム等の非酸化
性ガスが非酸化性ガス供給管２から供給される。

原料ガス供給管１と竪型反応器６との接続部５はオーリ
ングシールから構成されているので、ノズルの位置が上
下移動が可能であり、原料ガス供給位置が変えられるよ
うになっている。

シリコン粉末は非酸化性ガス供給口２から外側ノズル７
の間に接続された１以上のシリコン供給管４から°供給
され、外側ノズル７から反応器６内に供給される。なお
シリコン粉末の供給方法はこれに限られるものではなく
、サイクロン方式によることもできる。

反応器６は石英、緻密な炭化ケイ素、窒化ケイ素などの
材料から形成したものが用いられる。

反応器６は加熱炉９によって加熱され反応器６゛内の温
度が８００〜１６００℃になるように構成されている。

反応器６の下部にはホッパー１０が設けられてお９、析
出したシリコン粉末がホッパー１０に集められ排ガスは
微粉フィルター１１を介して排気管１２から系外に排出
される。

ホッパー１０に集められたシリコン粉末は、振動篩１３
により５０〜６００μのものとそれ以下のものと分離さ
れ、５０〜６００μのもはスパイラルフィーダー１４に
よって反応器６の上部に設けられたシリコン貯槽３に入
υ、反応器６に供給され循環使用する。

シリコン貯槽３から反応器６０間に予熱装置を設けてお
くと反応器６内の反応が順調に行われる利点かある。

以上説明したように本発明は竪型反応器の上部中央にモ
ノシラン又はクロルシランの含有ガスを供給する内側ノ
ズルと、これを囲むようにシリコ、コ粉末と非酸化性ガ
スを供給する外側ノズルとを設けた竪型反応器により高
温下シリコン粉末を製造する方法及びその装置であり、
本発明によれば従来の流動床による方法に比べてシリコ
ン粉末上に生成シリコンの析出は少なく、反応器に供給
するシリコン粉末の粒子径は殆んど変化せず、また反応
器内壁にシリコンが付着しないので収率よく連続的にシ
リコン狗末を取得することができる。

以下実施例をあげてさらに本発明を説明する。

実施例１ 図面に示す装置を用いて、原料ガスとしてトリクロルシ
ランを用い、ノズルの位置を分解の起らない温度位置（
５００℃）まで下げガスを供給する。一方、外側には平
均粒径２００μのシリコン粉末を水素ガスと共に流した
。反応器は石英管を用いその内径は５０ｃｒｎφ、内側
ノズルの内径は２αφ、外側ノズルの断面積を内径ノズ
ルの断面積の１０倍とした。

反応器の均熱ゾーンの長さは３０ｔＭで、反応温度、ガ
ス流量を変化させ、それぞれ２時間開・−条件で保持し
反応器外壁へのシリコン析出の状況を調べた。また反応
器の前後にガスクロマトグララ′イーザンプリングロを
設け、前後の組成変化からシリコン析出効率を測定した
。結果を第１表に示す。第１表中の実験Ａ１，６は比較
例その他は実施例である。

実施例１実験煮４の条件にて、外側に流すシリコン粉末
の平均粒径な４４μ以下、７７μ、１０７μ、２９７μ
、５１０μ、７１０μと変化させ実験を行なった。

この場合析出効率は殆ど変化なかったが、４４μ下では
微粉が反応管内に巻き上るためか滞留時間が長くなりそ
の結果反応管内壁の保護が出来ず内壁に析出した。器壁
への析出は全析出の４０％でおった。

一方、７１０μの粒子でも析出が起り、その量は全析出
の２０％に及んだ。その他の粒子では管壁への析出は殆
どなかった。

実施例６ 実施例１実験Ａ４０条件で外側に流すガスの量を変化さ
せ、更に実施例２の様にシリコン粒子の平均粒径を変え
、反応器内の滞留時間と管壁への析出条件を調べた。滞
留時間はフィードロからシリコンをチャージした後下部
ホッパーにシリコンが出てくる時間を測定し算出した。

結果を第２表に示す。なお実験＆１２は比較例である。

実施例４ 図に示した装置において、内側ノズルにモノシランガス
を供給し、外側には平均粒％５００μのシリコン粒子を
水素或いはアルインガスと共に流した０反応管及びノズ
ルの形状・大きさは実施例１と同じであり、ノズルの位
置における温度を６００℃とした。

その結果を第６表に示す。

実施例５ モノシランガスを原料ガスとし、実施例２と同様に外側
に流すシリコン粒子の粒径を変化させた所、同様な結果
が得られた。

なお第１表、第２表及び第６表のシリコンの析出効率は
次のようにしてめた。

（１）　５ｉＨＯＡ３からの析出 シリコンの析出は下記（ＩＬ　（２）、（３）の各式で
表わされるが、反応炉内では未反応８１ＨＯＡ３も同時
に存在することからオーバーオールではＳｉ分について
は（４）式のようになるのでシリコン析出効率は次のよ
うに計算した。

５ｉＨＯＡ３＋　Ｈ２→Ｓｉ　＋６ＨＯ７・・・・・・
・・・・・・・・・（１）４ＳｉＨＯｔ３→Ｅｌｉ　＋
　３ＳｉＯＡ４＋　２Ｈ２・・・・・・・・・（２）２
ＳｉＨＯ４３→ｓｉ　＋ＳｉＣ！ｔ４　＋　２ＨＯＬ・
・・・・・・・・（３）ａＳ　１ＨＯＬ３→ｂＳｉ　＋
　ｃｓｉｏｚ４＋　ｄｓｉＨＯＡｒ３・−・−（４）但
し、　（ｓｉｎＯｔ３：Ｉはチャニジした５ｉＨＯ２，
、（ｓ　：ｔ、ａｔ４：ｌは生成した５ｉＯｔい　（ｓ
ｔｎａｚ３）は未反応５１ａａｉ、３のモル濃度で示す
。

（２）　ＳｉＨ，からの析出 Ｓ　ｉＨ４→ｓｉ＋２Ｈａ チャージ５ｉｎ４量及び未反応ＳｉＨ４量から効率を計
算

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に用いる装置を説明する断面図で
ある。 何カ １・・・原料ガス供給管　２・・・非酸化性ガス供給管
３・・・シリコン貯槽　４・・・シリコン供給管５・・
・接続部　６・・・反応器 ７・・・外側ノズル　８・・・内側ノズル９・・・加熱
装置　１０・・・シリコン貯槽１１・・・フィルター　
１２・・・排ガス排出管１３・・・振動篩　１４・・・
スパイラルフィーダー特許出願人　電気化学工業株式会
社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　竪型反応器の上部からモノシラン又はクロルシ
   ラ／の含有ガスを供給しこれを高温下熱分解または還元
   してシリコン粉末を製造する際に、反応器の内壁に沿っ
   て平均粒径５０〜６００μのシリコン粉末を非酸化性ガ
   スと共に供給することを特徴とｆるシリコン粉末の製法
   。
2. （２）上部からモノシラン又はクロルシランの含有ガス
   を供給しこれを高温下熱分解または還元して下部からシ
   リコン粉末を取得する反応器において、反応器の上部中
   央にモノシラン又はクロルシランの含有ガスを供給する
   内側ノズルとその内側ノズルを囲むようにシリコン粉末
   と非酸化性ガスとを供給する外側ノズルを設けたことを
   特徴とするシリコン粉末の製造装置０