JP3324922B2 - 三塩化ケイ素の製造方法 - Google Patents

三塩化ケイ素の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三塩化ケイ素の製
造方法に関する。さらに詳しくは高い選択率で三塩化ケ
イ素を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】三塩化ケイ素(以下、TCSと略す)
は、多結晶シリコン製造原料として有用な化合物であ
る。一般に、TCSは金属ケイ素と塩化水素を反応させ
ることにより製造できるが、この際、かなりの量の四塩
化珪素(以下、STCと略す)が副生することが知られ
ている。例えば特公昭61−4768号公報には、鉄化
合物(主に、FeCl2)を触媒とし、その存在下でT
CSを得ることが記載されている。この方法において
は、反応温度を変えることでTCSとSTCの生成割合
(以下TCSの生成割合をTCS選択率と記す)が決定
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者が
追試したところ、上記方法は、反応温度と鉄化合物触媒
によってTCS選択率を制御しているが、この反応はか
なりの発熱反応であるため反応温度の制御が難しく、反
応温度の上昇と共にTCS選択率が激減してTCSの選
択率が十分に満足できないものであった。こうしたこと
から、STCの副生を生じることなく高い選択率でTC
Sを製造する方法を開発することが大きな課題であっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を続けた結果、反応系内に、ア
ルミニウム原子を0.05〜5重量%に維持しつつ、連
続的に金属ケイ素と塩化水素を反応さすと共に、鉄原子
を0.1〜5重量%になるように系外に取り出すこと
で、上記の課題が解決されることを見い出し、本発明を
完成するに至った。
【0005】即ち、本発明は、金属ケイ素と塩化水素と
を、鉄およびアルミニウム含有触媒の存在下、アルミニ
ウム原子を0.05〜5重量%および鉄原子を0.1〜5
重量%に維持しつつ連続的に反応せしめる三塩化ケイ素
(TCS)の製造方法である。
【0006】以下、本発明について更に詳しく説明す
る。まず、本発明で使用する金属ケイ素としては、公知
のものが何ら制限なく使用されるが、鉄原子が0.1〜
5重量%、アルミニウム原子が0.05〜5重量%含ま
れるものが好ましい。
【0007】本発明において、アルミニウム原子は、塩
化水素と反応し塩化アルミニウムに転化した後、昇華し
て系外に取り出されるために、連続的に又は断続的に系
中に供給される必要がある。アルミニウム原子の供給に
は、アルミニウム金属、アルミニウム化合物が何ら制限
なく使用されるが、アルミニウム原子を、使用する金属
ケイ素に含有させて供給するのが好ましい。
【0008】本発明において、鉄原子は、アルミニウム
原子と異なり、系内に蓄積する。従って、鉄原子を5重
量%以下に維持するためには、蓄積した鉄原子を系外に
取り出す操作が必要である。鉄原子の系外への取り出し
方法は、反応ガスと共に取り出す他に、反応系内の金属
ケイ素と共に取り出す方法など、何ら制限ない方法が用
いられ、例えば反応器が流動床であれば、サイクロンの
分級効率を低く設定する方法等を用いることができる。
【0009】本発明において使用される塩化水素として
は、水素などの還元性ガス、窒素、アルゴンなどの不活
性ガス等が混入していても何ら制限なく使用される。そ
の供給速度は、反応器の空塔速度で3〜50cm/秒で
あるのが好ましい。反応温度は、未反応の塩化水素の量
を抑制し、目的物のTCSを高選択率で得るために、一
般に250〜400℃の範囲であることが好ましい。本
発明の反応圧力は、好ましくは1気圧以上、より好まし
くは1〜15気圧である。
【0010】また、本発明で使用される反応器として
は、固定層式、流動層式など公知のものが何ら制限なく
使用されるが、反応生成熱の除熱効率を高めるため、流
動層式反応器を用いるのが好ましい。以上の方法でTC
Sを高選択率で得ることができる。
【0011】
【発明の効果】本発明の方法では、金属ケイ素と塩化水
素を反応せしめる系内に、アルミニウム原子を0.01
〜5重量%になるように供給することで、反応温度の上
昇によるTCS選択率の低下を抑制すると共に、高選択
率でTCSを生成させる触媒作用を有効に発現させる。
一方、鉄原子はSTCの副生を促進する触媒作用を示す
ため、反応系内に0.1〜5重量%に維持するように抜
き出すことで、反応温度の影響を受けずにTCSを高選
択率で製造することができるようになる。
【0012】
【実施例】以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明
するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
【0013】実施例1 内径50mmのステンレス製流動層式反応器でTCSを
製造した。反応器に金属ケイ素(鉄0.15重量%、ア
ルミニウム0.25重量%含有する)を500g仕込
み、次いで塩化水素3.91g(0.107モル)/mi
nと水素0.214g(0.107モル)/minを混合
し、反応器に供給した。反応温度350℃、大気圧下、
金属ケイ素を60g(2.14モル)/hrの速度で供
給した。5時間後にTCS選択率をガスクロマトグラフ
ィーで分析したところ、93モル%であった。反応器内
の鉄およびアルミニウムの濃度は、それぞれ0.21重
量%および0.18重量%であった。
【0014】実施例2〜4 実施例1において、反応温度をそれぞれ表1に示したよ
うに代えた以外は、実施例1と同様にしてTCSを製造
した。結果を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】実施例5〜10 実施例1において、金属ケイ素のアルミニウムおよび鉄
の含有量を表2に示したように代えた以外は、実施例1
と同様にしてTCSを製造した結果を表2に示す。
【0017】
【表2】
【0018】実施例11 実施例1において、金属ケイ素のアルミニウムおよび鉄
の含有量をそれぞれ、痕跡と0.5重量%に代え、供給
する金属ケイ素に金属アルミニウムを0.5重量%含ま
せて供給した以外は実施例1と同様にTCSの製造をし
たところ、TCS選択率は94モル%であった。反応器
内のアルミニウムおよび鉄の濃度は、それぞれ0.15
重量%および0.89重量%であった。
【0019】実施例12 内径298mmのステンレス製流動層式反応器でTCS
を製造した。反応器に金属ケイ素(鉄0.51重量%、
アルミニウム0.32重量%含有する)を18000g
仕込み、次いで塩化水素279.8g(7.60モル)/
min、水素15.20g(7.60モル)/minを混
合し、反応器に供給した。反応温度を350℃、大気圧
下、金属ケイ素を4262g(152.0モル)/hr
の速度で供給した。反応開始から50hr毎に反応器内
の金属ケイ素を9,000g抜き出した後、新たに金属
ケイ素を9,000g供給する操作を繰り返した。結果
を表3に示す。
【0020】
【表3】
【0021】比較例1〜4 実施例1において、金属ケイ素のアルミニウムおよび鉄
の含有量を、それぞれ0.04重量%と0.15重量%に
代え、反応温度を表1に示したように代えた以外は実施
例1と同様にしてTCSを製造した結果を表1に示す。
【0022】比較例5 実施例1において、金属ケイ素のアルミニウムおよび鉄
の含有量を、それぞれ痕跡と0.5重量%に代え、塩化
第一鉄を100g添加した以外は実施例1と同様にTC
Sを製造したところ、TCS選択率は60モル%であっ
た。アルミニウムおよび鉄の濃度は、それぞれ痕跡と1
1.2重量%であった。
【0023】比較例6 実施例12において、金属ケイ素の抜き出し後、金属ケ
イ素を新たに供給する操作を行わず、実施例12と同様
にTCSを製造した。300hr後のTCS選択率は6
5モル%であった。アルミニウムおよび鉄の濃度は、そ
れぞれ0.65重量%と31.5重量%であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/00 - 33/107 C01B 7/00 C01B 9/00 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG) CA(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属ケイ素と塩化水素とを、鉄およびア
    ルミニウム含有触媒の存在下、反応系内に鉄原子を0.
    1〜5重量%およびアルミニウム原子を0.05〜5重
    量%に維持しつつ、連続的に反応せしめることを特徴と
    する三塩化ケイ素の製造方法。
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