(57)【要約】珪素含有ガス（７）を分離するための反応装置（１２）を製造する方法にして、次のステージ、すなわち：内壁（３）及び外壁（４）を有する基本的に管状の反応装置ブランク（２）、及び、少なくとも反応装置ブランク（２）の内壁（３）上へのパウダー状分離中間体を含有する分離層（１１）の設置、を備えて構成する。分離層（１１）がその上に装着された反応装置（１２）は、析出した珪素パウダーから内壁（３）の単純で、かつ、効果的な保護をする。分離層（１１）、及び、その上に析出した珪素パウダーは、内壁（３）を損傷することなく機械によって容易に除去され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素含有ガス（７）を分離するための反応装置（１２）を製造する方法にして、以下のａ、ｂのステージ、すなわち、
ａ．内壁（３）及び外壁（４）を有する基本的に管状の反応装置ブランク（２）を備えること、かつ、
ｂ．少なくとも反応装置ブランク（２）の内壁（３）上において、パウダー状の分離中間体を含有する分離層（１１）を設置すること、
を備える方法。
【請求項２】
設置前に、分離中間体が分散剤中に分散されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応装置ブランク（２）が中心の長手方向軸（８）を有し、かつ、分離層（１１）を設置するためにその中心の長手方向軸（８）の周りを回転可能に駆動され得ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
分離中間体が少なくとも部分的に珪素、特に珪素パウダーから成ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
分散剤は、常圧において８００℃以下の、特に４００℃以下、及び特に有利には１００℃以下の蒸発温度を有する液体であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
分散剤はアセトンを含んでいることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
分離層（１１）は１０μｍ〜５０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜２００μｍの厚みを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
分離中間体のパウダー粒子は０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜２０μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜１０μｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に係る方法によって製造された、珪素含有ガス（７）を分離するための反応装置（１２）。
【請求項１０】
珪素ブロック、又は、珪素結晶を製造するための珪素溶融物用原材料として適した珪素を製造するための反応装置（１２）の使用にして、以下のａ〜ｅのステージ、すなわち、
ａ．請求項１〜８のいずれか一項に係る方法によって生産された反応装置（１２）を備えること、
ｂ．珪素含有ガス（７）を反応装置（１２）の中へ供給すること、
ｃ．珪素を生成しながらガス（７）を熱分離すること、
ｄ．珪素層として、分離層（１１）上に生成した珪素の少なくとも一部分が析出すること、かつ、
ｅ．分離層（１１）、及び、その上に析出した珪素を除去すること、
を備える反応装置（１２）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、珪素含有ガス分離用反応装置の製造方法に関する。本発明は、また、本発明に係る方法によって製造された反応装置に関する。更に、本発明は、珪素ブロック、又は珪素結晶製造用珪素溶融物の製造用原材料として適している珪素製造を目的とした本発明に係る反応装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
高純度珪素の製造方法は長い間公知であった。これらの方法の結果得られるプライムポリシリコン（Prime poly silicon）は、その遅い熱析出によって高い純度を有し、かつ、その非常に大きな体積／表面比によって少ない表面不純物が溶融物に転移するのみである。これらの方法の不利な点は、緩慢な析出速度によって純珪素１キログラムあたり、非常に高い比エネルギー消費量、及び、高い生産コストを有することである。
【０００３】
【特許文献１】DE102004 027 563.7
【０００４】
純珪素のための、エネルギー、及び、コスト削減製造方法は、特許文献１から公知であり、その中においてモノシラン−水素混合物が熱分離されて珪素パウダーが生産され、それから珪素パウダーは機械的に圧縮される。この方法で生産された珪素は簡単に処理され、珪素粒子表面において酸化珪素化合物を有しない、それによって、生産された珪素パウダーの融解温度は、珪素の融解温度の範囲に存在する。この製造方法の不利な点は、ガス相から析出された珪素は、化学蒸着（Chemical Vapour Deposition:CVD）とも呼ばれるが、加熱された反応装置の壁に層状に沈着する。この反応装置は、通常はガラス、特に、珪素と比べて異なる熱膨張係数を有する石英ガラスから構成される。反応容器が冷却されると、異なる熱膨張係数の結果、析出した珪素層と石英ガラスの間で大きな力と張力が生じる。これが反応装置へダメージ、特に、生じた珪素パウダーに入り込んで、それを汚染する、亀裂及び欠けを引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、効果的に反応装置を保護し、かつ、析出した珪素層からのダメージから単に反応装置を保護する、反応装置製造方法をもたらすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１、９及び１０の特徴によって成し遂げられる。本発明の核は、珪素含有ガスの熱分離の前に、反応装置ブランクの内壁に、生産されて析出した珪素層から内壁を保護する分離層をつけることである。分離層は、珪素パウダーが低い表面張力を有する揮発性液体、例えば、アセトンの中に分散され、この分散物は次に反応装置に導入されて、回転によって反応装置の内壁の表面に均一に散布されるように、好ましくはつけられる。内壁から簡単に除去され得る乾燥された珪素パウダーの分離層が、揮発性液体をゆっくり蒸発することによって形成される。熱分離の結果産出された珪素層は、分離層に沈着し、分離層の結果、もはや反応装置の内壁まで押し進むことはなくなった。従って、産出された珪素層は、もはや反応装置の内壁に付着するし得ない。その上に析出した珪素層を有する分離層は、反応装置の内壁にダメージを生ずることなく、機械的、又は、化学的に容易に除去され得る。
【０００７】
本発明に係る他の有利な実施形態は、従属請求項から明らかになるであろう。
【０００８】
更なる特徴、詳細、及び、本発明の有利な点は、図を参照しながら、以下の好ましい実施形態の記述から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
珪素パウダーを製造するための装置の構造を最初に以下に記載する。装置１は内壁３及び外壁４を有する垂直な管状反応装置ブランク２を有し、それは円筒形をした反応室５を閉鎖している。一つのガス供給管６が反応装置ブランク２の上部端に配置され、反応室５の中に入り込んでいる。珪素含有ガス、例えばモノシランがガス供給管６を介して供給され得る。反応装置ブランク２は中心の長手方向軸８を有し、それはその周りに回転可動に駆動され得る。反応装置ブランク２の上半分は、円筒形をしたリング加熱装置９で覆われており、それは反応室５の壁３、４が８００℃より高い温度に加熱され得るように反応装置ブランク２を閉鎖する。反応装置ブランク２の下半分は円筒形をしたリング冷却装置１０で覆われており、それは加熱装置９に直接隣接している。必要ならば装置１は、形成された珪素パウダーを処理するための、冷却装置１０に接続される他のユニットをそなえて構成され得る。
【００１０】
反応装置ブランク２の内壁３の表面は、分離層１１によって覆われている。分離層１１が施された反応装置ブランク２は、本発明において反応装置１２として記載される。
【００１１】
まず、同様の反応装置ブランク２が、（分離層１１によって）覆われた反応装置１２の製造のために作成されなければならない。それは、好ましくはガラス、石英ガラス、グラファイト、CFC又はSiCから構成される。次に、反応装置ブランク２の反応室５がパウダー状の分離中間体によって満たされ、かつ、反応装置ブランク２の内壁３に分離層１１として設置される。パウダー状分離中間体１１は、好ましくは設置前に分散剤の中に分散される。８００℃以下、特に、４００℃以下、及び特に有利には１００℃以下の蒸発温度を有する、容易に蒸発する液体、特にアセトンが基本的に選択されてきた。アセトンは常圧において５６℃の蒸発温度を有する。
【００１２】
分離中間体は、好ましくは析出することが期待される材料と少なくとも部分的に同じ材料から構成される。珪素化合物のパウダー、特に珪素パウダーが基本的に分離中間体として選択されてきた。分離中間体のパウダー粒子は０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜２０μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜１０μｍの平均直径を有する。
【００１３】
反応室５が珪素パウダーを分散した揮発性液体で満たされた反応装置ブランク２は、分離層１１を設けるために、その中心の長手方向軸８の周りを回転するように設置される。珪素パウダーのスラリー、及び、揮発性液体は、遠心力によって回転する反応装置ブランク２の内壁３上に均一に散布される。分離層１１が揮発性液体をゆっくり蒸発することによって形成され、その層１１は、反応装置ブランク２の内壁３上で乾燥される。その分離層１１は、１０μｍ〜５０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜２００μｍの厚みを有する。分離層１１を施し、かつ、それを水平位置において回転するように、装置１から反応装置ブランク２を除去することも可能であり、そうすることによって、スラリーが内壁３上に均一に散布される。分離層１１の設置はまた、分散剤の上に静電気的塗布することを介して、又は、スプレーすることによって起こり得る。
【００１４】
設置された分離層１１を有する反応装置ブランクは、多結晶珪素ブロック、又は、珪素結晶の製造を目的とした珪素溶融物を製造するための原材料として適している珪素を製造するための反応装置１２として装置１において使用される。珪素含有ガス、例えばモノシラン又はトリクロロシランからの珪素パウダー製造の詳細な記述を目的として、特許文献１を参考とする。反応装置１２へ供給される、珪素含有ガス７は生成珪素パウダーと熱分離される。珪素の層はCVDを用いることによって分離層１１の表面に少なくとも部分的に沈着する。
【００１５】
反応装置１２はある期間使用した後に洗浄されなければならず、かつ、その上に珪素層が析出した分離層１１は除去されなければならない。これは、好ましくは機械によって行われる、というのは、分離層１１が内壁３に比較的ゆるく設置されているのに対し、析出した珪素層は比較的固く分離層に付着しているからである。分離層１１が機械によって除去される場合、その上の珪素パウダーは、反応装置１２の内壁３を損傷することなく同様に除去される。例えばアルカリ液を用いた、化学的な除去も可能である。反応装置１２の洗浄後、新しい分離層１１が残る反応装置ブランク２へ装着され得、かつ、それは再び珪素パウダー製造用に用いられ得る。反応装置１２を洗浄する間の間隔を増加させるために、珪素含有ガス７が、補足的に補助ガス、例えば環状の流れ形状にある水素によって囲まれても良く、そうすることによって分離層１１上に形成される珪素層の析出歩合が減少する。環状の流れ形状にある補助ガスの使用は同様に、特許文献１に詳細に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る反応装置により珪素を製造する装置の断面図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月19日(2006.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素含有ガス（７）を分離するための反応装置（１２）を製造する方法にして、以下ののステージ、すなわち、
ａ．内壁（３）及び外壁（４）を有する基本的に管状の反応装置ブランク（２）を備えること、
を備える方法において、
ｂ．少なくとも反応装置ブランク（２）の内壁（３）上において、パウダー状の分離中間体を含有する分離層（１１）を設置すること、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
設置前に、分離中間体が分散剤中に分散されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応装置ブランク（２）が中心の長手方向軸（８）を有し、かつ、分離層（１１）を設置するためにその中心の長手方向軸（８）の周りを回転可能に駆動され得ることを特徴とする、請求項１、又は、２に記載の方法。
【請求項４】
分離中間体が少なくとも部分的に珪素、特に珪素パウダーから成ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
分散剤は、常圧において８００℃以下の、特に４００℃以下、及び特に有利には１００℃以下の蒸発温度を有する液体であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
分散剤はアセトンを含んでいることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
分離層（１１）は１０μｍ〜５０００μｍ、特に２０μｍ〜５００μｍ、及び特に３０μｍ〜２００μｍの厚みを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
分離中間体のパウダー粒子は０．０１μｍ〜１００μｍ、特に０．０２μｍ〜２０μｍ、及び特に０．１μｍ〜１０μｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
反応装置は請求項１〜８のいずれか一項に係る方法によって製造されることを特徴とする、珪素含有ガス（７）を分離するための反応装置（１２）。
【請求項１０】
珪素ブロック、又は、珪素結晶を製造するための珪素溶融物用原材料として適した珪素を製造するための反応装置（１２）の使用にして、以下のａ〜ｅのステージ、すなわち、
ａ．請求項１〜８のいずれか一項に係る方法によって生産された反応装置（１２）を備えること、
ｂ．珪素含有ガス（７）を反応装置（１２）の中へ供給すること、
ｃ．珪素を生成しながらガス（７）を熱分離すること、
ｄ．珪素層として、分離層（１１）上に生成した珪素の少なくとも一部分が析出すること、かつ、
ｅ．分離層（１１）、及び、その上に析出した珪素を除去すること、
を備える反応装置（１２）の使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に係る珪素含有ガス分離用反応装置の製造方法に関する。本発明は、また、本発明に係る方法によって製造された反応装置に関する。更に、本発明は、珪素ブロック、又は珪素結晶製造用珪素溶融物の製造用原材料として適している珪素製造を目的とした本発明に係る反応装置の使用に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
高純度珪素の製造方法は長い間公知であった。これらの方法の結果得られるプライムポリシリコン（Prime poly silicon）は、その遅い熱析出によって高い純度を有し、かつ、その非常に大きな体積／表面比によって少ない表面不純物が溶融物に転移するのみである。これらの方法の不利な点は、緩慢な析出速度によって純珪素１キログラムあたり、非常に高い比エネルギー消費量、及び、高い生産コストを有することである。
請求項1の前文に係る方法は、特許文献２から公知である。多結晶珪素を製造用反応装置は、特許文献２から公知である。その反応装置は、珪素層で覆われた未加工の反応装置を備えて構成する。
管状反応装置ボディを備えて構成する装置は、特許文献３から公知である。反応装置ボディの内壁は、反応装置ボディを損傷するのを防ぐための珪素層で被覆されている。
未加工の反応装置の内部塗装方法は、特許文献４に開示されている。未加工の反応装置は石英で構成され、かつ、珪素材料の層が沈着され得る中間層によって覆われている。中間層は、石英及び珪素材料に対して良好な接着性を有している。それは珪素から構成され得る。
特許文献５から公知のポリシリコン（polysilicon）粒子を生産するための反応装置は、炭化珪素層によって覆われた内表面を有する。ここにまた、ポリシリコンの層がこの層に装着される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】DE10 2004 027 563.7
【特許文献２】JP０６１２７９２２A
【特許文献３】JP１００５０６３５
【特許文献４】EP0 134 645 A1
【特許文献５】US 5 260 538
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この課題は、請求項１及び９の特徴付けパートに列挙された特徴によって、ならびに請求項１０の特徴によって成し遂げられる。本発明の核は、珪素含有ガスの熱分離の前に、未加工の反応装置の内壁に、生産されて析出した珪素層から内壁を保護する分離層をつけることである。分離層は、珪素パウダーが低い表面張力を有する揮発性液体、例えば、アセトンの中に分散され、この分散物は次に反応装置に導入されて、回転によって反応装置の内壁の表面に均一に散布されるように、好ましくはつけられる。内壁から簡単に除去され得る乾燥された珪素パウダーの分離層が、揮発性液体をゆっくり蒸発することによって形成される。熱分離の結果産出された珪素層は、分離層に沈着し、分離層の結果、もはや反応装置の内壁まで押し進むことはなくなった。従って、産出された珪素層は、もはや反応装置の内壁に付着するし得ない。その上に析出した珪素層を有する分離層は、反応装置の内壁にダメージを生ずることなく、機械的、又は、化学的に容易に除去され得る。
【国際調査報告】
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