JPS6077116A - シリコン粒の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、高純厩多結晶シリコン粒を流動層方式によｒ
ａ造する方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体用あるいは太陽電池゛層高純度多結晶シリコンを
製造するに際して、現在、取扱いおよび精製の容易性の
点からクロロシランまたは（モノ）７ランを原料とし、
こｎを熱分解もしくは水素還元させる方法が用いら扛て
いる。

従来から、この反応にはいわゆるシーメンス法またはデ
ュポン法が行なわｎているが、純度の点からシーメンス
法が主流となっている０このシーメンス法は、ペルジャ
ー内に設置したシリコン細棒を通電加熱し、こ几ととも
にクロロシランと水素の混合ガスを供給して反応させ、
前記シリコン細棒表面にシリコンを還元析出成長させる
ものであるｏしかし、この方法は、シリコン細棒表面を
反応面とするため、反応界面積が小さいので生産性が低
く、また不純物の防止およびペルジャー保護のためにペ
ルジャーを低温度に維持する関係上、シリコン細棒を介
して与えた熱がペルジャーから大量に熱放散してし寸い
、電力原単位が高い欠点がある。

こ几に対して、生産性および電力原単位向上のために、
反応界面積を増加せんとして、シリコン粒を流動化させ
流動層を形成する方法が、２．３の文献や特開昭５７−
１．３５７０’８号公報によって公知となっている。

しかし、この流動層反応器による場合、炉壁およびガス
吹込ロヘシリコンが析出し、反応器内が狭隘化したり、
吹込ノズルの閉塞を招く問題点がある。その結果、りＩ
Ｊ　＝ング全度々行力わなけｆＬばならず生産能率が低
くな９、また純度の低下を招く。

そこで、シランまたはクロロシランガスと水素とを分離
吹込みする方法が試みらｎているが、十分な改善効果が
得らｎない。またシリコン析出防止のために、炉壁温度
およびガス吹込口温度を７００℃以下にする方法もある
が、７００℃以下では５ｉＨＣ１３の還元・分解反応が
生じ難い。さらに炉壁部のガス中のシラン、クロロシラ
ン濃度を低くする方法もあるが、シリコン析出量の減少
を招く。

〔発明の目的〕

本発明は、経済性等の点から基本的に流動層法によるシ
リコン製造を基礎とするものであり、その主たる目的は
、炉壁やガス吹込口へのシリコンの析出がなく安定した
反応を行うことができるシリコン粒の製造方法を提供す
ることにあるＯ 〔発明の構成〕 この目的を達成するための本発明は、反応器内に装入し
たシリコン；位を流動化させ、シランもしくはクロロシ
ランを熱分解または水素還元させてシリコンをシリコン
粒に析出させる流動法において、流１１Ｒ１層内に加熱
用シリコン電極を設けて反応器内部にて加熱を行うこと
を特徴とするものである。

従来の流動層は、前記！￥ｊ開昭５７−１３５７０８号
公報記載のように、反応器外部に加熱装置を設ける外部
加熱式であったが、このために炉壁温度が炉内部ｔＸよ
り５０〜１００℃程度高く、炉内より炉壁の方が析出が
促進される。そこで、本発明は、外部加熱方式に代えて
、内部加熱方式とし、炉壁より炉内温度を高くすること
によシ、炉壁へのシリコン析出を防止せんとするもので
ある。

〔発明の具体例〕

上記のように、本発明は内部加熱方式を採る〇この場合
、不純物の混入防止の問題を回避するために、シリコン
を用いて加熱するのが望ましい。そして反応器内の温度
制御は腐純度Δ品を得るに当って重要な要素であるので
、その制御性の点で、シリコン電極を流動層内に設けて
、抵抗加熱または誘電加熱を行う方法が好ましい。

シリコン電極としては、棒状または板状等の適宜のもの
を使用できる。その数および配設態様は、所望の器内の
温度分布に応じて適宜決定さｎる。ただし、電極を炉壁
に近づけた場合、炉壁温度自体は冷却によって低くする
ことはできるけｆＬども、シリコン粒の流動化のために
ガス気泡が生じ、輻射伝熱により局部加熱が起り、結局
炉壁へのシリコン析出を防止できない０こ扛に対して、
炉壁と電極との距離を３０ｍｔｔｒ以上ｒｉｉ＃シてや
扛ば、不均一加熱を防止できる。

一方、炉壁保護のために、炉壁部へシラン、クロロシラ
ンの供給を行わないようにすると好適であるが、従来の
外部加熱方式では、炉壁からの伝熱のため、良好な流動
状態を確保するため、多量のＨ２＋不活性ガスを流す必
要がある。

こｎに対して、本発明の内部加熱方式ではそのような支
障がなくシラン等の供給が不要で炉壁保護の上で効果的
である。また、炉壁に近い電極の壁側のシリコン析出成
長を防止することは、シリコン電極の成長を防止し長時
間の安定な製造の確保のために望ましいけｔしども、こ
のことは、内部加熱方式の下に、炉壁部ヘシラン、クロ
ロシランを供給しない方法によ１１ば、容易に達成でき
る。

次に、本発明に付随する好適な実施態様について説明す
る。

シリコン粒の流動化には、供給ガスの吹込エネルギーに
よって行うが、この場合、均一な流動化のために整流板
を介してガス吹込みを行うことが望ましい。この場合、
整流板上１０〜２０ｍｍ以下では、その温度がそ庇取上
の流動層の温度よシ低いものであると従来からさｎてき
た。

しかし本発明者によって、実際には高温の流動粒子が流
動に伴って整流板に衝突し、整流板を直接的に加熱し、
整流板の吹込口においてシリコンの析出を生じさせるこ
とが見出された。供の問題点の解決策としては、整流板
上に粒子の充＊層を設け、その上にシリコンの流動層を
構成することが望ましいことが判った。粒子の充填層は
、流動化ガスの整流効果を生じ、流動層内の流動粒子が
直接整流板に接触することを防止し、整流板を低温化す
る効果をもたらす。充填層を構成する粒子としては、不
純物の混入防止、あるいは操業上の変化に伴って万一シ
リコン析出が生じた場合でも製品として回収できること
のために、シリコン粒子が望ましい。その粒径は、流動
層を構成する粒子が０，５〜０．８皿なので、５〜１０
ＩＩＩＩ程度とするのが好ましい。

また、内部加熱用電極を設ける場合、その電極をシリコ
ン粒子充填ノコに近づけると、電極から与えられる熱が
流動層粒子を介して熱伝導し、充填層粒子あるいはガス
吹込口にシリコンの析出を生じるので、電極はシリコン
粒子充填層上から３０間以上離すのが好ましい０ 他方、流動化兼用の原料ガスを反応器内に送入する場合
、シランガスもしくはクロロシランガスと水素ガスもし
くは不活性ガスとを予め混合したものを送入することも
できるが、これらを分離して吹込む方がシリコンの析出
防止からもならびに次の理由からも望ましい。すなわち
、電力原単位の低減のためには、供給するガスを予熱す
ることが有効であるが、シランガスもしくはクロロシラ
ンガスは５００〜７００℃以上でシリコンを析出するの
で、これらの単独ガスあるいは水素ガスもしくは不活性
ガスとの混合ガスを予熱すると、吹込用配管あるいは吹
込口にシリコンを析出させてしまう。そこで、水素ガス
もしくは不活性ガスを予熱し、シランガスもしくはクロ
ロシランガスは予熱しないあるいは予熱するとしても５
００℃未満とするとともに、こｎらを分離吹込みヂるこ
とか、シリコンの析出を防止しつつ電力原単位の低減を
図る上で有効であるからである。また従来の流動層方式
では予熱は困難とされていたが、上記方法を採用するこ
とによシ、ガス導入部およびシリコン充填層での析出が
実際生じないことが明らかとなった。しかし、水素ガス
もしくは不活性ガスを８００℃以上に予熱すると、その
送入ｉＫもよるが、局部的にシリコンの析出が生じるこ
とがあるので注意を要する。

次イテ、第１図および第２図によって、本発明法を実施
するに好適な製造装置について説明する。

１は円形竪向の反応器で、その内下部には整流板２が設
けられている。また中央部には、シラン、クロロシラン
ガス導入管３がたとえば５本、整流板２に臨んで配設さ
ｎ、この導入管３を介して吹込まｎるシラン、クロロシ
ランガスは、導入管３部分以外に水素、不活性ガス導入
管４を介して送入される水素、不活性ガスと分離して吹
込まｎるように構成さｎている。整流板２上には５〜１
０隨φのシリコン粒子からなる充填層５がたとえば５（
）龍厚で充填さｎ、その上部に０．５〜０．８　ｍｗφ
のシリコン粒子がらなシ、供給ガスによシ流動化さ几る
流動層６が構成さｎる。さらに、反応器ｌに取付けら九
た電極保持具７に支持さ几て加熱用の板状のシリコ７　
電極８　＋　８・・・・カ、シラン、クロロシランガス
導入管３の開口を挾むような位置に竪向に配設さｎ、そ
の下端は充填層５上がら３０　ｒｍ以上離間している。

各シリコン電極８には図示しない電源が接続さ６％たと
えば抵抗加熱が図らルるようになっている。

また、反応器１の周囲にはその外壁面と若干の間隙を保
ち、かつほぼ流動層６の高さ範囲に保熱炉または誘電加
熱炉９が設けらｎｌこｎと反応と器１外壁面との間隙に
は、下部がら空冷ノズル１０を介して冷却用空気が吹き
上げらｎるようになってお９、これによって反応器１の
壁邪温度を反応器ｌの中央部より低くかつ所望の黒度に
維持さ７’Ｌる構成とさ７″している。】１はガス排出
口である。

かかる製造装置の運転自体は従来と同様であ５ので説明
を省略する。

〔実施例〕

次に実施例を示す。

〈実ｌＡ例１〉 第１図に示す設備を用い第１表に示す設備。

操業条件で２０時間製造を行なった０ その結果約７５ｋｇの多結晶シリコンを得た。

反応器１及びシリコン粒充填層６でのシリコンの析出は
なく、何等従来から問題となる炉壁、ガス導入部へのシ
リコン析出は生じなかった。

〈実施例２〉 第１図と同様の設備を使用、第２表の設備操業条件で１
０時間製造を行なったＯ その結果約３０ｋｌ？の多結晶シリコンを得た。

反応器１及びシリコン粒充填層６でのシリコン析出は見
らｎなかった〇 第　１　表 第　２　表 〔発明の効果〕 以上の通り、本発明は、従来の反応器外部からの加熱方
法に代えて、流動層内に加熱用シリコン電極を設けて内
部加熱方法としたから、反応器の炉壁へのシリコンの析
出を確実に防止できる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造装置の一例を示す概略縦断面
図、第２図はそのＡ−Ａ線矢視概略横断面図である。 ■・・反応器　２・・整流板　５・・充填層６・・流動
層　８・・加熱用シリコン電極第１図 ６ 第２図 第１頁の続き ０発　明　者　南　良　平　尼崎市西長洲本通１央技術
研究所内 丁目３番地　住友金属工業株式会社中

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応器内に装入したシリコン粒を流動化させ、シ
   ランもしくはクロロシランを熱分解または水素還元させ
   てシリコンをシリコン：位に析出させる流動法において
   、流動層内に加熱用シリコン電極を設けて反応器内部に
   て加熱を行うことを特徴とするシリコン粒の製造方法０