JPS6369707A - シリコンの製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はシリコンの製造方法、詳しくは、クロロシラン
ガスをシリコン粒子からなる流動層中で熱分解または水
素還元し、高純度の多結晶シリコン粒を得るシリコンの
製造方法に関する。

〈従来の技術〉 多結晶シリコンの製造方法の１つにシーメンス法がある
。この方法はへルジャー内に配置したシリコン細棒を通
電加熱しておき、クロロシランと水素の混合ガスを供給
して反応させ、前記シリコン綿棒表面にシリコンを析出
させ、ロンド状のシリコンを製造する方法である。しか
しこの方法は反応表面積が小さいので生産性が低く、ま
たへルジャー表面からの熱放散が大きく、このため電力
消費量が大きくなり、製造コストが非常に高くなるとい
う欠点を有している。

一方、シーメンス法の欠点を改良すべく、最近、流動床
反応器を用いた多結晶シリコンの製造方法が、特開昭５
７−１３５７０８号公報に記載された発明をはじめとし
ていくつか提案されている。

流動床反応器を用いた多結晶シリコンの製造方法は、シ
リコン粒子を流動層状態に保持した反応器内にクロロシ
ランガスを吹込み、クロロシランの熱分解または水素還
元によって生成されたシリコンを前記シリコン粒子表面
に析出させて、顆粒状のシリコン粒子を製造する方法で
ある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、従来の流動床反応器を用いたシリコンの
製造方法は、前記特開昭５７−１３５７０８号公報にも
記載のように、反応器の外部に加熱ヒーターを設け、こ
の加熱ヒーターにより流動床の温度を制御しているわけ
であるが、反応器或いは反応管の内壁面にも多数シリコ
ンが析出し、反応器或いは反応管内が狭くなったり、時
には反応管を破壊する等の欠点があった。

〈目的〉 そこで本発明は上記従来技術の欠点を解消し、反応器内
壁面へのシリコンの析出が抑制され、シリコンの収率が
よいシリコンの製造方法の得供を目的とする。

〈問題点を解決するだめの手段〉 本発明のシリコンの製造方法は、流動床反応器内にシリ
コン粒子を流動層状に保持し、前記反応器内に吹込まれ
たクロロシランガスを熱分解または水素還元することに
よって生成されるシリコンを、前記流動層を形成するシ
リコン粒子上に析出させるようにしたシリコンの製造方
法であって、前記反応器内の雰囲気温度をシリコンの生
成率が最大上なるピーク温度若しくはそれ以上の温度に
設定すると共に、前記反応器内壁面の温度を前記雰囲気
温度よりも一層高く保持することを特徴としている。

本発明者は以上の解決手段を完成するに当って、まずシ
リコンの析出と温度の関係を詳細に調査した結果、クロ
ロシランガスからのシリコンの生成については、その生
成率と温度の関係においで、第２図に模式図的に示す様
なピークが存在することを突き止めた。この点について
さらに説明すると、クロロシラン（ＳＩＣＩ４．５ＪＣ
Ｉｚ、ｓ＋ｙｚｃ＋ｚ）のように塩素を含んだ化合物を
原料とする場合、流動床反応器内ではシリコンを生成、
析出さゼるＣＶＤ反応と同時に塩素化合物による固体シ
リコンのガス化反応が起っており、この２つの反応のバ
ランスが第２図の如きピーク値をもたらしているのであ
る。第２図の示すところは、このピーク温度以下の温度
領域ではより高温度になるに従いシリコン生成率は上昇
するが、このピーク温度以上の温度領域ではより高温度
になるに従いシリコン生成率は低下するということであ
る。従来行われていた方法においては、この生成率曲線
の変化を十分考慮しておらず、結果として反応器内面へ
の多量のシリコン析出を招いたわけである。

本発明者は、上記ピークを有する生成曲線の存在に暴づ
いて、鋭意検討した結果、このピーク温度若しくはそれ
以」二の温度に反応器内雰囲気を保持すると共に、反応
器内壁面の温度をそれ以上に保持することにより、反応
器内壁面へのシリコンの析出が激減することを見出した
。本発明はこの知見に基づき完成された方法である。

本発明において、シリコン生成曲線のピークは、クロロ
シランガスの種類、すなわち５ｉｃｋ４かＳ＋１ｌＣ１
，、か５ｉ８２Ｃ１□かによって異なり、またクロロシ
ランガスとこれに混合される水素ガスの混合比によって
も変化するので、予め測定しておく必要がある。また反
応器内の雰囲気に対して反応器内壁面の温度は少なくと
も５０°Ｃ程度以上高くするのが好ましい。

く作用効果〉 反応器内の雰囲気温度をシリコンの生成率が最大となる
ピーク温度若しくはそれ以上の温度に設定すると共ムこ
、反応器内壁面の温度を前記雰囲気温度よりも一層高く
保持することにしたので、生成曲線に基づく析出量が反
応器内壁面において少なくなる。しかも一旦内壁面に析
出したシリコンであっても、平衡の関係から再度雰囲気
ガス中に昇華され、それが流動層を形成するシリコン粒
子上に析出せられる。よって、反応器内壁面へのシリコ
ンの積層量は極わずかに抑えられる。反応器内壁面への
シリコンの析出が少なく抑えられることにより、シリコ
ン製造の収率が向上し、また反応器内壁面に対するメン
テナンスの軽減化や長時間の連経運転による運転効率、
製造効率の向上が図れる。

〈実施例〉 （実施例１） 第１図に示すような装置を用い、表１に示す条件で１０
０時間の製造を行った。比較例として同じ装置を使い、
表２に示す条件で１．００時間の製造を行った。なお第
１図において、■は流動床反応器としての反応管で、表
に示すように内径が１００　ｍｍ、高さが２０００ｍｍ
のＳｉＣである。２は外部ヒータで、内径が２００ｍｍ
　、高さが５００ｍｍである。３はシリコン粒子による
流動層である。４はガス分散層である。入口５からクロ
ロシランガス（ＴＣＳガス）と水素が導入され、出口６
からシリコン粒子が排出される。シリコン粒子が排出さ
れない時は水素が吹込まれて排出を防止する。

表１ 結果、表１で示す実施例においては、反応管内壁面に析
出したシリコン量は全体のシリコン生成量の２〜６％と
なり、極めてわずかであった。一方表２で示す比較例で
は全体の１５〜２０％の割合で反応管内壁面にシリコン
が析出した。これは、表１、表２に示すようなガスの種
類及び混合％では、シリコン生成率のピークが１０５０
〜１１００℃程度となるところから、表１に示す本発明
の実施例の場合は流動層温度と反応管内壁温度とが本発
明の方法に合致するが、比較例の場合は、壁面温度の方
がむしろ析出に適した温度になっているからである。従
来においては何れも表２に示すような温度条件で操業が
行われていた。

（実施例２） 第１図に示すような装置を用い、表３に示す条件で１０
０時間の製造を行った。比較例として表４に示す条件で
同様に１００時間の製造を行った。

表３ 表４ 結果、表３で示す実施例では反応管内壁面に析出したシ
リコン量は全体の生成量の２〜６％であった。これに対
して表４で示す比較例では１５〜２０％であった。この
場合も、５ｉＣＩ４ガス１０％のものを用いた時にはシ
リコン生成率曲線のピークが１２００”Ｃ付近になるこ
とから、表３の温度条件では壁面析出が有効に抑えられ
るが表４の温度条件では壁面析出を防止できなかったと
いうことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられる装置の断面図、第２
図はクロロシランガスを熱分解または水素還元する場合
のシリコン生成率の温度依存性を示す曲線図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流動床反応器内にシリコン粒子を流動層状に保持し、前
   記反応器内に吹込まれたクロロシランガスを熱分解また
   は水素還元することによって生成されるシリコンを、前
   記流動層を形成するシリコン粒子上に析出させるように
   したシリコンの製造方法であって、前記反応器内の雰囲
   気温度をシリコンの生成率が最大となるピーク温度若し
   くはそれ以上の温度に設定すると共に、前記反応器内壁
   面の温度を前記雰囲気温度よりも一層高く保持すること
   を特徴とするシリコンの製造方法。