WO2008066027A1

WO2008066027A1 - Appareil de fabrication de trichlorosilane

Info

Publication number: WO2008066027A1
Application number: PCT/JP2007/072828
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Ishii
Original assignee: Mitsubishi Materials Corporation
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2008-06-05

Description

明細書

トリクロロシラン製造装置

技術分野

[0001] 本発明は、テトラクロロシランをトリクロロシランに転換するトリクロロシラン製造装置に関する。

本願 (ま、 2006年 11月 29曰 ίこ出願された曰本国特許出願第 2006— 322628号および 2007年 10月 24日に出願された日本国特許出願第特願 2007— 276843号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 高純度のシリコン（Si :珪素）を製造するための原料として使用されるトリクロロシラン

(SiHCl )は、テトラクロロシラン（SiCl ：四塩化珪素）を水素と反応させて転換するこ

3 4

とで製造でさる。

[0003] すなわち、シリコンは、以下の反応式（1) , (2)によるトリクロロシランの還元反応と熱分解反応で生成され、トリクロロシランは、以下の反応式（3)による転換反応で生成される。

[0004] SiHCl +H → Si + 3HC1 · · · (1)

3 2

4SiHCl → Si + 3SiCl + 2H

4 2 …（2)

3

SiCl +H → SiHCl +HC1 · · · (3)

4 2 3

このトリクロロシランの製造装置として、例えば特許文献 1には、反応炉内に複数のカーボン製ヒータが設けられて、これらのカーボン製ヒータが直接通電加熱されて、反応炉に導入されたテトラクロロシランと水素とを含む供給ガスを加熱し、トリクロロシランへ転換させる装置が提案されている。なお、このカーボン製ヒータの表面には、炭化珪素等のシリコン化合物がコーティングされている。すなわち、シリコン化合物のコーティング膜でカーボンを保護することにより、カーボンと供給ガス及び転換して得られた反応生成ガス中の水素、クロロシラン及び塩化水素とが反応してメタン、メチルクロロシラン、炭化珪素等が生成されて不純物となることを防ぐためである。

[0005] 上記従来の技術には、以下の課題が残されている。すなわち、上記特許文献 1の技術では、不純物生成を防ぐためにカーボン製ヒータの表面に炭化珪素等をコーティングしている力この場合、部材コストが高くなると共に、炭化珪素等のコーティング膜が徐々にエッチングされて劣化することから、長期にわたつて使用できな!/、と!/、う不都合があった。

特許文献 1：特開昭 62— 123011号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、部材コストの低減を図ると共に長寿命の部材で構成可能なトリクロロシラン製造装置を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。

本発明のトリクロロシラン製造装置は、供給ガスを内部に導入するガス供給口及び反応生成ガスを外部に導出するガス導出口を有する容器と、前記容器内に設けられた複数のシリコン芯棒と、前記シリコン芯棒を加熱する加熱機構とを備え、テトラクロ口シランと水素とを含む供給ガスを反応させてトリクロロシランと塩化水素とを含む反応生成ガスを生成する。

[0008] このトリクロロシラン製造装置では、カーボン製ヒータではなぐシリコン芯棒を加熱機構により加熱するので、炭化珪素（SiC)のコーティングが不要になり、部材コストの低減を図ると共に長寿命の部材で装置を構成できる。また、カーボンを発熱体として用いないので、カーボンに起因する不純物の生成がなぐ純度の高いトリクロロシランが得られる。さらに、転換反応により生成したトリクロロシランの還元反応と熱分解反応とにより、シリコン芯棒にシリコンも析出されるため、トリクロロシランとシリコンとを同時に生成することが可能になる。

[0009] 本発明のトリクロロシラン製造装置では、前記シリコン芯棒は、前記容器の底部に立設され、前記加熱機構は、前記容器の底部で前記シリコン芯棒の下端部を保持する電極部と、該電極部を介して前記シリコン芯棒に電流を流して加熱する電源とを備えてもよい。このトリクロロシラン製造装置の構成であれば、いわゆるシーメンス法として前記反応式（1) , (2)の還元反応と熱分解反応によって多結晶シリコンを製造する際に用いられている反応装置とほぼ同じ仕様のものを適用可能であり、前記反応式（1 ) , (2) , (3)に供する一連の設備全体の設計の容易化、コスト低減を図ることができ

[0010] また、前記容器の内壁に設けられた断熱材と、前記断熱材の内面に設けられ、力一ボンと該カーボンの表面にコーティングされた炭化珪素を有する断熱材保護材とを備えてもよい。このトリクロロシラン製造装置では、容器の内壁の断熱材内面に、力一ボンの表面に炭化珪素がコーティングされて形成された断熱材保護材が設けられているので、熱効率を向上させることができると共に、断熱材表面にシリコンが析出することを防ぐこと力できる。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明に係るトリクロロシラン製造装置によれば、シリコン芯棒を加熱機構により加熱するので、従来のカーボン製ヒータへの炭化珪素コーティングが不要になり、部材コストの低減を図ると共に長寿命の部材で装置を構成することができる。また、シリコン芯棒にシリコンも析出されるため、トリクロロシランとシリコンとを同時に生成することが可能になる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は、本発明に係るトリクロロシラン製造装置の一実施形態を示す一部を破断した斜視図である。

[図 2]図 2は、本実施形態のトリクロロシラン製造装置を示す断面図である。

符号の説明

[0013] 1…ガス供給口、 2…ガス導出口、 3…容器、 4…容器の底部、 5…シリコン芯棒、 6 …加熱機構、 6a…電極部、 6b…電源、 7a…断熱材、 7b…断熱材保護材。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、本発明に係るトリクロロシラン製造装置の一実施形態を、図 1又は図 2を参照しながら説明する。

[0015] 本実施形態のトリクロロシラン製造装置は、テトラクロロシランと水素とを含む供給ガスを高温下で転換反応させてトリクロロシランと塩化水素とを含む反応生成ガスを生成する装置であって、図 1及び図 2に示すように、供給ガスを内部に導入する複数のガス供給口 1及び反応生成ガスを外部に導出する複数のガス導出口 2を有する容器 3と、容器 3内の底部 4に立設された複数のシリコン芯棒 5と、シリコン芯棒 5に電流を流してジュール熱によりシリコン芯棒 5を加熱する加熱機構 6と、容器 3の内壁に設けられた断熱材 7aと、この断熱材 7aの内面に設けられた断熱材保護材 7bとを備えている。

[0016] 上記容器 3は、上記ガス供給口 1と上記ガス導出口 2とが複数設けられた上記底部 4と、この底部 4を覆って釣鐘形状に形成されたペルジャ部 8とを備えている。なお、ガス導出口 2は、底部 4の周縁部近傍において周方向に等間隔に複数配置されている。また、ガス供給口 1は、ガス導出口 2の配置位置よりも内側に配置されている。

[0017] 上記断熱材 7aは、ペルジャ部 8の内面に設けられ、カーボンファイバーで形成されている。また、上記断熱材保護材 7bは、断熱材 7aの内側に設けられたカーボン容器であり、カーボンの表面に炭化珪素がコーティングされて形成されている。

[0018] 上記シリコン芯棒 5は、上端部で連結されてほぼ逆 U字状に形成されたものである

[0019] 上記加熱機構 6は、底部 4に複数設けられシリコン芯棒 5の下端部を支持してシリコン芯棒 5を立設状態に保持する電極部 6aと、これら電極部 6aに接続され電極部 6aを介してシリコン芯棒 5に電流を流して加熱する電源 6bとを備えている。この加熱機構 6は、シリコン芯棒 5が 800°C〜； 1400°Cの範囲内の温度になるように加熱制御を行う

[0020] なお、シリコン芯棒 5を 1200°C以上に設定すれば、転換率が向上する。また、供給ガスにジシラン類を導入し、シラン類を取り出してもよい。

[0021] 上記ガス供給口 1には、供給ガスの供給源（図示略）が接続されて!/、る。また、ガス供給口 1には、供給ガスにおいて、テトラクロロシランの比率を調整する流量調整バルブ等からなるガス比率調整部 9が接続されている。

[0022] このトリクロロシラン製造装置では、ガス比率調整部 9によってテトラクロロシランの比率を所定のモル比とした供給ガスをガス供給口 1から容器 3内に導入すると、加熱機構 6によって高温状態に加熱されたシリコン芯棒 5に接触して転換反応によってトリクロロシランを含む反応生成ガスが生成される。また、生成されたトリクロロシランの一部は、さらに熱分解反応及び還元反応によってシリコン芯棒 5の表面にシリコンとなって析出する。したがって、テトラクロロシランからの転換反応により生成されたトリクロロシランは、一部がシリコンとなって析出し、残りがガス導出口 2から外部に導出されて回収される。

[0023] なお、シリコンが析出してシリコン芯棒 5の径が太くなつてきたら、トリクロロシランの比率を増やしていき、シリコン芯棒 5に通電する電流を下げてもシリコン芯棒 5へのシリコンの析出が行われるようにすることで、トリクロロシランへの転換反応とシリコンの析出とを両立させることができる。すなわち、シリコン芯棒 5の径が小さい製造前半では、トリクロロシランの生成を主とし、シリコン芯棒 5の径が大きくなつた製造後半では、トリクロロシランとテトラクロロシランとの混合によるシリコン析出を主として行うように設定する。

[0024] このように本実施形態では、カーボン製ヒータではなぐシリコン芯棒 5を加熱機構 6 により加熱するので、炭化珪素（SiC)のコーティングが不要になり、部材コストの低減を図ると共に長寿命の部材で装置を構成することができる。また、カーボンを発熱体として用いないので、カーボンに起因する不純物の生成がなぐ純度の高いトリクロ口シランが得られる。

[0025] さらに、転換反応により生成したトリクロロシランの還元反応と熱分解反応とにより、シリコン芯棒 5にシリコンも析出されるため、トリクロロシランとシリコンとを同時に生成することが可能になる。

[0026] このように、テトラクロロシランでシリコン析出が可能であるため、前工程のメタルシリコンからトリクロロシランを蒸留する蒸留塔において負荷を下げることができ、設備全体としての処理コストも低減できる。

[0027] また、容器 3の内壁に設けられた断熱材 7a内面に、カーボンの表面に炭化珪素がコーティングされて形成された断熱材保護材 7bが設けられて!/、るので、熱効率を向上させることができると共に、断熱材 7aの内面にシリコンが析出することを防ぐことができる。 [0028] なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

[0029] 例えば、上記実施形態では、加熱機構 6としてシリコン芯棒 5に通電してジュール熱で加熱している力高周波誘導加熱等の他の方法でシリコン芯棒 5を加熱しても構わない。

[0030] また、各シリコン芯棒 5は、容器 3の底部に立設状態に配置した力容器の天井部力、ら吊下げて支持する構成等としてもよい。またシリコン芯棒 5は、必ずしも垂直姿勢でなくとも、水平状態等の姿勢で配置してもよい。

[0031] また、導入する供給ガスと導出する反応生成ガスとの間でガスガス熱交換を行う熱交換機構を設けても構わない。この場合、さらに省電力化を図ることが可能になる産業上の利用可能性

[0032] 本発明のトリクロロシラン製造装置によれば、シリコン芯棒を加熱機構により加熱するので、従来のカーボン製ヒータへの炭化珪素コーティングが不要になり、部材コストの低減を図ると共に長寿命の部材で装置を構成することができる。また、シリコン芯棒にシリコンも析出されるため、トリクロロシランとシリコンとを同時に生成できる。このため高純度のシリコンを製造するための原料として使用されるトリクロロシランの製造ェ程に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 供給ガスを内部に導入するガス供給口及び反応生成ガスを外部に導出するガス導出口を有する容器と、

前記容器内に設けられた複数のシリコン芯棒と、

前記シリコン芯棒を加熱する加熱機構とを備え、

テトラクロロシランと水素とを含む供給ガスを反応させてトリクロロシランと塩化水素とを含む反応生成ガスを生成することを特徴とするトリクロロシラン製造装置。

[2] 前記シリコン芯棒は、前記容器の底部に立設され、

前記加熱機構は、前記容器の底部で前記シリコン芯棒の下端部を保持する電極部と、該電極部を介して前記シリコン芯棒に電流を流して加熱する電源とを備える請求項 1に記載のトリクロロシラン製造装置。

[3] 前記容器の内壁に設けられた断熱材と、

前記断熱材の内面に設けられ、カーボンと該カーボンの表面にコーティングされた炭化珪素を有する断熱材保護材とを備えている請求項 1に記載のトリクロロシラン製造装置。

[4] 前記容器の内壁に設けられた断熱材と、

前記断熱材の内面に設けられ、カーボンと該カーボンの表面にコーティングされた炭化珪素を有する断熱材保護材とを備えている請求項 2に記載のトリクロロシラン製造装置。