JPS638207A - 四塩化珪素の水素化方法 - Google Patents

四塩化珪素の水素化方法

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JPS638207A
JPS638207A JP14969586A JP14969586A JPS638207A JP S638207 A JPS638207 A JP S638207A JP 14969586 A JP14969586 A JP 14969586A JP 14969586 A JP14969586 A JP 14969586A JP S638207 A JPS638207 A JP S638207A
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JP
Japan
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silicon tetrachloride
silicon
hydrogen
dichlorosilane
reaction
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JP14969586A
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Inventor
Kazuhiro Akaike
一宏 赤池
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Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
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Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
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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) 本発明は四塩化珪素の水素化方法に関する。さらに詳し
くは四塩化珪素を原料にしてアモルファスシリコンの製
造に好適なりロルシランに転換するための水素化方法に
関する。
(従来の技術) トリクロルシラン(s1acz3)及びジクロルシラン
(BIH2Qt2) 等のクロルシランは半導体用の高
純度ンリコン製造の原料として或いは太陽を池に利用さ
れるアモルファスシリコン製造の原料として非常に有用
である。半導体用高純度シリコンの製造にはクロルシラ
ンと水素の混合ガスを通電加熱したシリコン棒上に接触
させ還元によりシリコンの結晶を析出させるのであるが
、この際四塩化珪素(Sict、、)  が30〜70
%と多iK副生ずる。また後者のアモルファスノリコン
のH造にはクロルシランから次の不均化反応によシ4(
SiHCl2−*  SiH4+−1−3Sict。
、2 S i H2c L 、2−*  S i H4
Z +  S i c t r、tシラン(SiH4z
)  を生成し、これをグロー放電によりアモルファス
シリコンに転換している。この不均化反応に於いても上
記の如く四塩化珪素がシランの数倍全生成することが分
る。この副生ずる四塩化珪素は原料として再利用するた
め反応塔に循環供給し水素化反応によりクロルシランに
転換している。四塩化珪素を水素化反応によりクロルシ
ランに転換する方法については現在迄いくつかの方法が
提案されているが、特開昭31−1/7グ22号で開示
されている方法が特に有名である。この方法は水素化反
応器の頂部より金属シリコンの粉体を投入し、底部より
水素と四塩化珪素の混合ガスを供給し温度:uro−r
ro℃、 圧カニ u oo−b oo ps工  の
条件下で流動層状態で次の反応によりクロルシランを生
成せしめている。
jsict  + 2Hλ + GiニゲS i Hc
 t3グ S i Q tp  + −2E(,2+ 81 ;=
2 S i H2C12主にトリクロルシランを生成す
るが同時にジクロルシランも副生ずる。反応器を出るト
リクロル7ラン、ジクロルシラン、四塩化珪素及び水素
ガスの混合体は冷却されて水素ガス以外は凝縮液化し次
いで蒸留によりクロルシランと未反応の四塩化珪素は分
離され、四塩化珪素は前記水素化反応器に原料として循
環再利用される。クロルシランはアモルファスシリコン
製造のために利用される時は前記の不均化反応によりモ
ノ7ランに転換され、アモルファスシリコンの原料とな
る。不均化反応の際副生ずる四塩化珪素は蒸留操作によ
り分離され前記とへに水素化反応器に循環供給され原料
として再利用される。以上の従来法に於いては水素化反
応器の操業条件が温度がl夕0〜SSO℃であるととも
に圧力もrioo〜t00PF3工 と高く過酷である
ため水素化反応器の運転管理が容易でないこと、反応器
の腐蝕環境が厳しいことさらには生成するクロルシラン
の内でトリクロルシランの濃度が高いため不均化反応の
際の副生ずる四塩化珪素が多くなるため四塩化珪素の循
環流量が多くこのため装置容量が犬きぐなり同時に運転
用役費も増加するという問題がある。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は以上の従来法の問題点を解決すべく鋭意検討し
た結果成されたもので水素化反応器の反応条件がマイル
ドで且つ不均化反応の際副生ずる四塩化珪素の量が少く
てすむジクロルシランの収率が高くなる四塩化珪素の水
素化方法を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明の要旨とするところは反応塔忙金属、シリコン及
び四塩化珪素を夫々投入及び供給し//QQ〜13oo
℃の温度範囲で反応せしめ、得られた反応物を次いで水
素化塔に導入し水素ガスでクエンチしてl00〜700
℃の温度範囲に冷却すると同時に前記反応物を水素還元
しジクロルシラ/、トリクロルシラン、四塩化珪素及び
水素の混合ガスを生成せしめ、次いで該混合ガスを冷却
し水素ガスを分離して補給水素ガスと共に前記水素化塔
に循環供給し、四塩化珪素は蒸留操作によりジクロルシ
ラン及びトリクロルシランから分離し前記反応塔に循環
供給することを特徴とする四塩化珪素の水素化方法であ
る。
本発明者は種々の反応の可能性について検討した結果次
の知見を得た。すなわち四塩化珪素を//QO〜/30
0℃の高い温度範囲で金属7リコンの粉宋と接触させる
と次の反応式により二塩化珪素及び三塩化珪素をかなり
高濃度で生成させることができる。
5iCtp +Si□、2Sict2 3sictグ+ Sl;= グS i et3この反応
で得られる二塩化珪素及び三塩化珪素は不安定であるが
水素ガスでクエンチ(急冷)すると同時だ水素化還元す
れば夫々ジクロルシラン(Sin  et )  及び
トリクロルシラン(SiHct3)の形で安定化し高収
率で得られることが分った。
特にジクロルシランの濃度が従来の水素化法に比して高
いので不均化反応によりシランに転換しアモルファスシ
リコンを製造する場合には副生する四塩化珪素が少くな
り循環量も小さくなる利点がある。上記反応に及ぼす圧
力の影響は少ないので常圧が採用される。原料の金属シ
リコンとしては冶金工業的に得られるシリコンでよく、
粉末粒子の大きさとしては130〜300ミクロンが好
ましい。反応温度は1ioo℃より低い時は二塩化珪素
、三塩化珪素への転換率が低くなり、/300℃より高
い時は反応器材質上及び熱経済的に不利である。クエン
チ後の@度としてはlOo 〜700℃が好ましくこれ
より低い範囲では反応性に乏しく、高い範囲では塩化珪
素が残存するとともに金属シリコンの生成が起るおそれ
がある。水素他塔は無触媒方式でもよく場合によっては
触媒方式でもよい。触媒としては銅系の触媒が好適であ
り固定床式とし、クエンチ後のガスが触媒床を通る構造
とする。
以下実施例を示す第1図の70−/−トに基づいてさら
に本発明の詳細な説明する。lは流動層型の反応塔であ
り後続の蒸留工程及び不均化工程で回収される四塩化珪
素が底部よシ装入される。反応塔/内の温度は100θ
℃以上の高温であるため四塩化珪素は予熱器グにより適
宜温度迄予熱されて装入される。2は金属シリコン粉末
のホッパであり図示はされない定量供給装置により一定
割合で金属/リコン粉宋は反応塔/の頂部からフィード
される。反応塔の型式としては棚段式又は空塔式の流動
層が好適であり、金属シリコンは反応塔内を下降しなが
ら上昇する四塩化珪素と反応し二塩化珪素及び三塩化珪
素を生成する。反応@度は1100〜7300℃の高温
であるため電熱コイル3の加熱方式が採用される。反応
塔頂部より流出する二塩化珪素、三塩化珪素、水素及び
四塩化珪素の混合ガスは次で水素化塔夕に入り常温の水
素ガスにより水素化されると同時にクエンチ(急冷)さ
れ二塩化珪素はジクロルシラン(51H2ct2) に
三塩化珪素はトリクロル7ラン(SiHct3)に転換
される。ジクロル/ラン及びトリクロルシランの収率を
高めるために水素化と同時に4toθ〜700℃に急冷
する必要があり、このために水素他塔jK注入される水
素ガスの循環量は冷却後の温足も考慮して決められる。
水素他塔jを出る水素、ジクロル7ラン、トリクロルシ
ラン及び未反応の四塩化珪素の混合ガスは冷却器乙によ
り−30〜−30℃に冷却されジクロルシラン、トリク
ロルシラン及び四塩化珪素の成分は液化し分離器7に於
いて水素ガスから分離されポンプ7によって蒸留工程に
送られ図示はされない蒸留装置によってジクロロシラン
トトリクロロシランは四塩化珪素から分離され不均化工
程に送られてシランに転換される。前記の蒸留工程及び
不均化工程で回収された四塩化珪素は反応塔/の原料と
して循環再利用される。水素ガスについでは製品シラン
(SiH4+)の成分として系外に送出されるのでこの
分を含めて補給する必要がある。
(実 施 例) ミ 内径、2jmmのアルーナ製反応管(//)に純度りざ
、コチの金属シリコン(/、り  を充填し反応管外部
を電気ヒータ(カンタル線)(/3)で7.2♂0℃に
加熱した。反応管温度が所定の@度になったとこゝで反
応管下部より四塩化シリコン蒸発器(/り)で蒸発した
四塩化シリコンガスを一定量(/ =j t/ min
 )  供給し、高温の金属シリコン充填層を通過させ
反応させた。反応部出ロガスに常温の水素ガスを反応部
出ロガスと並流に、四塩化シリコンガス量とほぼ同量(
/〜!t/min )供給し、混合後のガス温度を約2
00℃となるようにとしだ。このガスを凝縮器(/j)
で冷却し、凝縮液を回収すると共に重金を測定し、分析
用試料とした。
実験結果の一例を次に示す) 実験時間  : 60分 四塩化ノリコン供給流量 : 乙j l / m i 
n水素ガス供給流量    :  jjt/min金属
シリコン充填層温度 :  /210℃水素ガスクエン
チ後温度 :  &75℃凝縮液重量       二
 3グAir凝縮後の分析結果 ジクロロンラy     :  srmot%トリクロ
ロ7ラン  = 3j  〃 四塩化ンリコン   = 3乙 〃 (発明の効果) 以上説明した本発明によれば次の様な効果が得られる。
(1)水素化反応塔を常圧で運転できるので金属シリコ
ンの投入を始め運転管理が容易になる、(2)水素化反
応塔を常圧で運転できるので水素分圧が低くなり反応塔
の材質選定の問題が少くなる、(3)ジクロル7ランの
収率が高いため不均化反応によジシランに転換する際の
四塩化珪素の副生量が少いので循環量が減少し装置容量
及び運転用役費が節減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す70シート、第2図は本
発明の実験装置である、 /:反応塔、2:シリコンホッパ、3:電熱コイル、り
:予熱器、j:水素他塔、t:冷却器、7:分離器、r
:水素循環機、2:ポンプ、l/:反応管、/λ:金属
シリコン、13:電気ヒータ、/l:蒸発器、lj:凝
縮器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 反応塔に金属シリコン及び四塩化珪素を夫々投入及び供
    給し1100〜1300℃の温度範囲で反応せしめ、得
    られた反応物を次いで水素化塔に導入し水素ガスでクエ
    ンチして400〜700℃の温度範囲に冷却すると同時
    に前記反応物を水素還元しジクロルシラン、トリクロル
    シラン、四塩化珪素及び水素の混合ガスを生成せしめ、
    次いで該混合ガスを冷却し水素ガスを分離して補給水素
    ガスと共に前記水素化塔に循環供給し、四塩化珪素は蒸
    留操作によりジクロルシラン及びトリクロルシランから
    分離し前記反応塔に循環供給することを特徴とする四塩
    化珪素の水素化方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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