JPH0840717A - モノシラン分解用流動床反応器 - Google Patents

モノシラン分解用流動床反応器

Info

Publication number
JPH0840717A
JPH0840717A JP17648094A JP17648094A JPH0840717A JP H0840717 A JPH0840717 A JP H0840717A JP 17648094 A JP17648094 A JP 17648094A JP 17648094 A JP17648094 A JP 17648094A JP H0840717 A JPH0840717 A JP H0840717A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
reactor
silicon
particles
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP17648094A
Other languages
English (en)
Inventor
Junya Sakai
純也 阪井
Satoshi Yoshiyasu
敏 吉安
Shoji Iiyama
昭二 飯山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP17648094A priority Critical patent/JPH0840717A/ja
Publication of JPH0840717A publication Critical patent/JPH0840717A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 上開きの錐体を形成する壁を有し、そしてこ
の壁が鉛直線をなす角度が1.3〜3.9゜の範囲にある
モノシラン分解用流動床反応器。 【効果】 シリコン粒子の凝結を抑えかつ高いシラン変
換率を達成し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モノシランの熱分解に
より多結晶シリコンを製造するためのモノシラン分解用
流動床反応器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、多結晶シリコンは、モノシラン
(シラン)の熱分解反応により、シリコン棒上に析出し
て製造されている。この製造方法では、ベルジャーと称
する反応炉が用いられ、反応炉の壁面にシリコンが析出
するのを防止するために炉壁を冷却しており、熱効率が
悪い欠点がある。しかも、この方法では、析出面積が小
さいため、シリコンの析出速度が遅いこと、またバッチ
式であるために生産性が悪いという不利がある。かかる
技術の欠点を克服するため、流動化した実質的に析出面
積の大きな細かいシリコン顆粒上にシリコンを析出させ
る方法(流動化多結晶シリコン製造方法)が提案され
た。
【0003】特開昭58−204814号公報には、反
応管の直径を場所によって変えた流動床式反応器を用
い、反応管内を下から上へ流れるモノハロシランを含有
するガスの流量を変えて、高純度シリコン顆粒上にシリ
コンを析出させつつ、流動床内に浮遊するシリコン顆粒
の大きさの範囲を広くする多結晶シリコン粒子の製造方
法が開示されている。
【0004】また、特開昭57−145021号公報に
は、上開きのテーパーを持つ流動床反応器内に底部にあ
る複数のノズルからクロロシランと水素ガスを導入して
反応器内にシリコン微粒子を流動させかつ該微粒子にシ
リコンを析出させ顆粒状に成長した多結晶シリコン粒子
を製造する方法が開示されている。上記の方法はいずれ
もモノハロシランあるいはモノクロルシランを原料とす
る多結晶シリコン粒子の製造法である。他方、加熱流動
床反応器において、モノシランの熱分解による多結晶シ
リコン粒子の製造法も知られている。ところが、従来の
モノシランの熱分解による多結晶シリコンの製造に使用
する加熱流動床反応器においては、反応器直径及び使用
粒子径によっては、流動化したシリコン粒子が凝結して
反応器内で閉鎖したり、流動床で形成される分解用ガス
(シランと水素)の泡が反応器直径以上の大きさとなっ
てスラッグフローとなり、高シラン変換率が得られない
というハロシランを原料とする製造方法では起こらない
問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】流動化したシリコン顆
粒上にモノシランの熱分解により生成したシリコンを析
出させる方法でのガス線速は通常 2×Umf≦U≦8
×Umf (U:ガス線速、Umf:使用粒子の最小流
動化速度)が好ましいことが知れている。その理由はU
≦2×Umf の場合、シリコンが凝結し、8×Umf
≦Uの場合、流動床で形成されるガスの泡が反応器直径
以上の大きさとなってスラッグフローとなって、高いシ
ランの変換率が得られないためである。反応器直径及び
使用粒子径によっては、この範囲のガス線速でも、シリ
コンが凝結したり、流動床で形成される分解用ガス(シ
ランと水素)の泡が反応器直径以上の大きさとなってス
ラッグフローとなる。通常の円筒状反応器で1000μ
mのシリコン粒子を用いて流動化多結晶シリコン製造を
行う場合、ガス線速がU=6×Umfでも流動床で形成
されるガスの泡の径が200mmにも達し、反応器直径
が200mm未満では流動床全体がスラッグフローとな
り、高いシランの変換率が得れないという問題があっ
た。またコーン状の反応器を用いた流動化多結晶シリコ
ン製造方法もいくつか提案されているが、いずれも、出
発材料としての250〜500μmの微粒子から1〜2
mmの顆粒に至る幅広い粒度分布を持つシリコン粒子を
良好な流動状態に保持することを目的としているため
に、コーンの角度が広すぎて該粒度分布を持つシリコン
粒子を用いて、原料ガス中のモノシラン濃度を10mo
l%で行う場合、ガス線速がU=6×Umfでも流動床
上部のガス線速度が小さくなった部分でシリコン粒子の
凝結が起こり反応の継続ができないという問題があっ
た。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、これら
の問題点すべてを解決して、シリコン粒子の凝結を抑え
ると共に、高いシラン変換率を達成し得るモノシラン分
解用流動床反応器を提供することにある。本発明の他の
目的は、モノシランの熱分解による多結晶シリコンの製
造に使用する加熱流動床反応器に特定の形状を選択して
シリコン粒子の凝結を抑え、かつ高シラン変換率を達成
し得るモノシラン分解用流動床反応器を提供することに
ある。
【0007】本発明のさらに他の目的および利点は以下
の説明から明らかになろう。本発明によれば、本発明の
上記目的および利点は、上開きの錐体を形成する壁を有
しそしてこの壁が鉛直線となす角度が1.3〜3.9゜の
範囲にあることを特徴とするモノシラン分解流動床反応
器によって達成される。
【0008】流動化したシリコン顆粒上にシリコンを析
出させる方法でのガス線速は、通常2≦U/Umf≦8
(U:ガス線速、Umf:使用粒子の最小流動化速
度)が好ましいことが知られているが、本発明者等はシ
リコン粒子の凝結のしやすさは分解用ガス中のシラン濃
度とガス線速の相関に支配されると考えて、シリコンの
凝結を起こす場合の分解用ガス中のシラン濃度とガス線
速との関係について調査した。図1は、シリコン粒子が
凝結を起こす場合と起こさない場合の分解用ガス中のシ
ラン濃度とガス線速との関係である。図1中の実験デー
タは、反応温度、シラン濃度、流動層高さ、粒子径等も
様々である。この図1から、シリコンが凝結を起こさな
いためには、分解用ガス中のシラン濃度が高い場合に
は、大きなガス線速を必要とするが、分解用ガス中のシ
ラン濃度が低い場合には、小さなガス線速でもシリコン
の凝結が起きないことが見出された。そして分解用ガス
が下から上に流れる間に分解用ガス中のシランがシリコ
ンに変換し、シラン濃度が低下することに着目して、分
解用ガスが下から上に流れる間のシラン濃度の低下に併
せてガス線速を前記凝結を起こさない限度で小さくでき
ること、即ち、反応器直径を大きくすることができるこ
とを見出した。このように反応器直径を下から上に向か
うにつれて大きくしていくことによって流動床で形成さ
れるガスの泡が仮に一旦、反応直径以上の大きさとなっ
てスラッグフローとなっても泡が下から上に向かうにつ
れて反応器直径に比して小さくなる結果となってスラッ
グフローが解消され、シリコン粒子と分解用ガスとの接
触効率がよくなりシラン変換率を向上させ、かつシリコ
ンの凝結も起さないというような反応器形状が存在する
ことを見出した。
【0009】上開きの錐体を形成する壁を有し、該壁と
鉛直線とのなす角度が0゜(即ち、直銅型)、または
1.3゜より小さいと、1000μmのシリコン粒子を
用いて、ガス線速がU=6×Umfで行う場合、流動床
で形成されるガスの泡が反応器直径以上の大きさとなっ
てスラッグフローとなり、泡が下から上に向かっても反
応器直径より小さくならないためにスラッグフローが解
消されず、モノシランの高い変換率は得られない。
【0010】一方、上開きの錐体よりなる壁を有し、該
壁と鉛直線とのなす角度が3.9゜より大きいと250
〜500μmの微粒子から1〜2mmの顆粒に至る幅広
い粒度分布を持つシリコン粒子を用いて原料ガス中のモ
ノシラン濃度を10mol%で行う場合、ガス線速がU
=6×Umfでも流動床上部でのガス線速が小さくなり
シリコンの凝結が起こる。
【0011】次に、この発明の詳細な図面に基づいて説
明する。図2は、この発明の一実施例における反応容器
1の断面図であり、上開きの錐体を形成する壁を有し、
該壁と鉛直線とのなす角度が3.0゜である。反応容器
1は底部の直径200mm、上部の直径が514mm
で、上部にガス抜き管7と、シリコンの種粒子を容器内
に挿入するための供給管3とを備えている。反応容器1
の底部には、原料モノシランガス導入管4と水素ガス導
入管5とできた顆粒状シリコンの抜出管6が設けてあ
る。顆粒状シリコンの抜出管6はガス分散板8の中心部
に設けてある。また、ガス分散板8より上方には、反応
容器1を包囲するようにヒータ2が設けてある。ガス抜
き管7にはガスサンプリング口9が設けてある。反応容
器1内に多結晶シリコンからなり250〜500μmの
微粒子から1000μmの顆粒に至る幅広い粒度分布を
持つ種粒子を静止層高が1000mmとなるように充填
し、容器内をヒータ2で加熱しながら原料ガス導入管4
及び水素導入管5よりモノシラン濃度が10mol%、
ガス線速がU=6×Umfとなるように反応容器1内に
ガスを吹き込む。反応容器1内に吹き込まれたガスは反
応容器1内を上昇し、この過程で物理的には容器内のシ
リコン粒子を流動化させて流動層を形成し、化学的には
流動層を形成するシリコン粒子の表面にシリコンを析出
させて、シリコン粒子を成長させる。この間、遂次ガス
サンプリング口9よりガス中のモノシラン濃度をオンラ
インでガスクロマトグラフ10により測定する。所定の
析出反応を終えたシリコンは、顆粒状シリコンの抜出管
6より反応容器1外に遂次抜き出され、代わりに供給管
3からは種粒子が反応容器内へ挿入される。シリコン析
出反応に使用された後のガスは、ガス抜き管7より反応
容器1外に排出される。
【0012】
【作用】本発明の反応器においては、流動床で形成され
る分解用ガス(シランと水素)の泡が反応容器直径以上
の大きさとなっても泡が上昇するにつれて反応器直径が
大きくなるので所定の高さ以上では、泡が反応器直径以
下となり、スラッグフローが解消され、シランの高い変
換率が得られる。また、流動床上部でのガス線速は2×
Umf≦Uとなるのでガス線速の低下によるシリコン粒
子の凝結も起こらない。反応器の形状は、上開きの錐体
を形成する壁を有し、該壁と鉛直線とのなす角度が1.
3゜以上3.9゜以内であれば問題ないが、モノシラン
の変換率をより高率とするためにはこの角度は3.0゜
以上3.9゜以内がより望ましい。
【0013】
【発明の効果】以上の説明により理解されるように、本
発明によれば、相当広い粒子径の範囲であっても、また
反応器直径が相当に小さいものであってもシリコン粒子
の凝結がおこらず、シランのシリコンへの変換率も高率
が得られると言う効果を発揮することができる。
【0014】
【実施例】
実施例1 図2に示す態様により下記条件で多結晶シリコンを製造
した。 反応器の形状:上開きの錐体を形成する壁を有し、該壁
と鉛直線とのなす角度が 3.0゜ 粒子平均径:1000μm 反応温度:650℃ 原料ガスのモノシラン濃度:10mol% 原料ガス(モノシランと水素)線速:2m/sec シリコン製造において、シリコン粒子が凝結し、反応器
が閉塞することもなく、さらに、モノシランのシリコン
への変換率は定常的に99mol%以上で3カ月連続稼
働した。
【0015】比較例1 反応管の形状が上開きの錐体を形成する壁を有し、しか
しながら該壁と鉛直線とのなす角度は4.0゜であっ
た。そのこと以外は実施例1と同様に反応を行ったとこ
ろ、モノシランを反応器に導入すると同時に流動床上部
でシリコン粒子の凝結が起こり反応器が閉塞した。
【0016】実施例2 反応管の形状が上開きの錐体を形成する壁を有し、該壁
と鉛直線とのなす角度が1.6゜以外は実施例1と同様
に反応を行ったところ、モノシランのシリコンへの変換
率は70mol%だった。
【図面の簡単な説明】
【図1】分解用ガス中のシラン濃度と分解ガス線速との
相関において、シリコン粒子の凝結が起る場合と起らな
い場合を示す図である。
【図2】本発明の流動床反応器の一実施態様の概略断面
図である。
【符号の説明】
○印:シリコン粒子の凝結なし ★印:シリコン粒子の凝結あり 1:反応容器 2:ヒータ 3:シリコン粒子供給管 4:モノシランガス導入口 5:水素ガス導入管 6:粒状シリコン抜出管 7:ガス抜き管 8:ガス分散板 9:ガスサンプリング口 10:ガスクロマトグラフ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上開きの錐体を形成する壁を有し、そし
    てこの壁が鉛直線となす角度が1.3〜3.9゜の範囲に
    あることを特徴とするモノシラン分解用流動床反応器。
JP17648094A 1994-07-28 1994-07-28 モノシラン分解用流動床反応器 Withdrawn JPH0840717A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17648094A JPH0840717A (ja) 1994-07-28 1994-07-28 モノシラン分解用流動床反応器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17648094A JPH0840717A (ja) 1994-07-28 1994-07-28 モノシラン分解用流動床反応器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0840717A true JPH0840717A (ja) 1996-02-13

Family

ID=16014411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17648094A Withdrawn JPH0840717A (ja) 1994-07-28 1994-07-28 モノシラン分解用流動床反応器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0840717A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227805A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 連続処理装置
KR20150048772A (ko) * 2012-08-29 2015-05-07 헴로크세미컨덕터코포레이션 테이퍼 유동층 반응기 및 그의 사용 공정

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227805A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 連続処理装置
KR20150048772A (ko) * 2012-08-29 2015-05-07 헴로크세미컨덕터코포레이션 테이퍼 유동층 반응기 및 그의 사용 공정
JP2015529185A (ja) * 2012-08-29 2015-10-05 ヘムロック・セミコンダクター・コーポレーション 先細り流動床反応器及びその使用のためのプロセス
US10105669B2 (en) 2012-08-29 2018-10-23 Hemlock Semiconductor Operations Llc Tapered fluidized bed reactor and process for its use
US10265671B2 (en) 2012-08-29 2019-04-23 Hemlock Semiconductor Operations Llc Tapered fluidized bed reactor and process for its use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0129555B1 (en) Process and apparatus for obtaining silicon
CN102083522B (zh) 流化床反应器系统及减少硅沉积在反应器壁上的方法
US8828324B2 (en) Fluidized bed reactor systems and distributors for use in same
CN103384642B (zh) 通过在流化床反应器中使二氯硅烷热分解而生产多晶硅
CN103842069B (zh) 通过使硅烷在流化床反应器中热分解而制备多晶硅
KR20110091639A (ko) 벽 증착을 저감시키기 위하여 테트라클로로실레인을 이용하는 유동상 반응기에 의한 실리콘 제조
WO2007012027A2 (en) Silicon spout-fluidized bed
US20120100059A1 (en) Production of Polycrystalline Silicon By The Thermal Decomposition of Trichlorosilane In A Fluidized Bed Reactor
CN103842070A (zh) 通过使硅烷在流化床反应器中热分解而制备多晶硅
US4597948A (en) Apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid
JPH0840717A (ja) モノシラン分解用流動床反応器
US4781565A (en) Apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid
CN107973300B (zh) 液态硅生产装置及方法
JPH02279513A (ja) 高純度多結晶シリコンの製造方法
JPH06127923A (ja) 多結晶シリコン製造用流動層反応器
JP2003002626A (ja) シリコン生成用反応装置
RU2163936C2 (ru) Непрерывный магниетермический способ получения титана
JPH02279512A (ja) 高純度多結晶シリコンの製造方法
JPS605013A (ja) シリコン粉末の製法及びその装置
JPH06127926A (ja) 粒状多結晶シリコンの製造方法
JP3341314B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法
JP2003002627A (ja) シリコンの製造方法
JPH0841207A (ja) 粒状ポリシリコンの製造法
JPS63225512A (ja) 高純度粒状珪素の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20011002