(57)【要約】【課題】クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを１３００℃以上の温度で反応させて多結晶シリコンを製造する方法において、シリコン微粉を含有する反応排ガスからシリコン微粉を効率的に除去することができるシリコンの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のシリコンの製造方法は、クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出原料ガスを、１３００℃以上の温度に加熱した反応容器表面に接触させてシリコンを析出させるシリコン析出工程、および上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスからシリコン微粉を除去する微粉除去工程を含み、微粉除去工程において微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、シリコン析出用原料ガスの一部として使用することを特徴としている。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、１３００℃以上の温度に加熱した反応容器表面に接触させてシリコンを析出させるシリコン析出工程、および
上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスから該シリコン微粉を除去する微粉除去工程を含み、
上記微粉除去工程において微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、前記シリコン析出用原料ガスの一部として使用することを特徴とするシリコンの製造方法。
【請求項２】
上記微粉除去工程において、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからシリコン微粉を除去する請求項１に記載のシリコンの製造方法。
【請求項３】
上記シリコン微粉を捕捉したフィルターを、クロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程をさらに含む請求項２に記載のシリコンの製造方法。
【請求項４】
排ガスライン中に複数のフィルターを並列して設け、濾過圧が上昇したフィルターを排ガスラインから切り離し、フィルターを解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程、および洗浄後のフィルターを再度排ガスラインに接続する工程をさらに含む請求項２に記載のシリコンの製造方法。
【請求項５】
上記洗浄液を構成するクロロシラン類が、テトラクロロシラン、トリクロロシランおよびジクロロシランからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３または４に記載のシリコンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロロシラン類と水素との反応によって多結晶シリコンを製造する方法に関する。より詳しくは、シリコン析出工程において発生する反応排ガス中に含まれるシリコン微粉を簡便に除去することにより、多結晶シリコンを効率的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体または太陽光発電用電池の原料として用いられる多結晶シリコンを製造する方法は種々知られている。たとえば、ベルジャー内部に配置されたシリコン棒の表面を加熱し、これにトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３；以下、ＴＣＳともいう）、モノシラン（ＳｉＨ４）などのクロロシラン類と、水素等の還元性ガスとを含むシリコン析出用原料ガスを接触させて多結晶シリコンを析出させるシーメンス法と呼ばれる方法などが挙げられる。
【０００３】
上記シーメンス法は、高純度なシリコンが得られることを特徴としており、最も一般的な方法として実施されているが、析出がバッチ式であるため、種となるシリコン棒の設置、通電加熱、析出、冷却、取り出し、ベルジャーの洗浄などの極めて煩雑な手順を行なわなければならないという問題点がある。
【０００４】
また、従来のシーメンス法などにおいては、安定してシリコンの析出を行うため、通常９００〜１２５０℃、実質的には９００〜１１５０℃の温度で行われている。しかしながら、このような温度範囲においては、シリコンの析出反応に伴って化学的に極めて安定なテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４；以下、ＳＴＣともいう）が多く副生するため、シリコン析出反応の効率が著しく低下する。
【０００５】
そのため、工業的にシリコンの析出反応を行う設備においては、シリコン析出反応時に大量に副生するＳＴＣの一部または全部を、近接または遠隔の処理設備に排出せざるを得ないのが現状であった。これに対して、ＳＴＣの副生量を減らし、ＳＴＣを排出しない自立型のプロセスとして、クローズドシステムが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。しかしながら、これらの方法は、いずれも理想系の上にのみ成り立つ方法であり、工業的に有効な生産量を確保することが困難である。
【０００６】
また、副生するＳＴＣの量を低く抑え、かつ、工業的に有利な生産量を確保するために、ＴＣＳと水素とを１３００℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることは極めて有利であるが、このような高温の反応条件下では、析出表面近傍に形成される高温のガス境膜中でシリコン微粉が生成することが判明した。
【０００７】
すなわち、１３００℃以上の温度で実施するシリコン析出反応の反応排ガス中にはシリコン微粉が含有されるため、該反応排ガスを処理して、その一部をシリコン析出反応に再循環させる工程を設ける場合には、該排ガス処理系統における配管や機械装置等にシリコン微粉が付着し、配管の閉塞や機械装置等の不良発生の原因となり、操業に支障をきたすという問題が生じる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５２−１３３０２２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８７４１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを１３００℃以上の温度で反応させて多結晶シリコンを製造する方法において、シリコン微粉を含有する反応排ガスからシリコン微粉を効率的に除去することができるシリコンの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、クロロシラン類と水素とを１３００℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることで、副生するＳＴＣの量を低く抑え、かつ、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去を効率的に行い、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして循環し、多結晶シリコンの生産効率を大幅に向上することができるシリコンの製造方法を確立した。
【００１１】
すなわち、本発明に係るシリコンの製造方法は、
クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、１３００℃以上の温度に加熱した反応容器表面に接触させてシリコンを析出させるシリコン析出工程、および
上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスから該シリコン微粉を除去する微粉除去工程を含み、
上記微粉除去工程において微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、前記シリコン析出用原料ガスの一部として使用することを特徴としている。
【００１２】
本発明に係るシリコンの製造方法は、上記微粉除去工程において、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからのシリコン微粉を除去することが好ましい。
【００１３】
しかしながら、フィルターに捕捉されたシリコン微粉はフィルターに強固に付着しているため、通常のガスによる逆洗では、フィルターからシリコン微粉を除去することが困難である。また、フィルターを解体してアルカリ洗浄などによりシリコン微粉を除去する方法では、フィルターの腐食や劣化が生じやすくなるだけでなく、シリコン微粉による発火の危険性などもある。
【００１４】
このような問題に対して、本発明者らは、上記シリコン微粉が、液状のクロロシラン類に対して良好な分散性を示すことを見出した。そして、フィルターに固着したシリコン微粉をクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄することにより、フィルターを解体することなくシリコン微粉をフィルターから除去することができ、かつ、装置および配管を汚染することなく、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして再利用することができることを見出した。
【００１５】
すなわち、本発明に係るシリコンの製造方法は、上記シリコン微粉を捕捉したフィルターを、クロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
また、排ガスライン中に複数のフィルターを並列して設け、濾過圧が上昇したフィルターを排ガスラインから切り離し、フィルターを解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄する工程、および洗浄後のフィルターを再度排ガスラインに接続する工程をさらに含むことが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコン製造方法について具体的に説明する。
【００１８】
本発明のシリコン製造方法によってシリコンを製造するための装置は、特に制限されないが、たとえば図１に示す装置が挙げられる。すなわち、
（１）下端に開口部２を有する筒状の反応容器１、
（２）上記筒状反応容器１の下端から任意の高さまでの内壁を、シリコンの融点以上の温度に加熱することができる加熱装置３、
（３）上記筒状反応容器１において、１３００℃以上に加熱された内壁により囲まれた空間５に、下方に向かって開口するように設けられ、クロロシラン類と水素とを含む原料ガスＡを供給する原料ガス供給管４、
（４）上記筒状反応容器１の内壁と原料ガス供給管４の外壁とによって形成される間隙に、シールガスＢとして水素ガスを供給するシールガス供給管６、
（５）反応排ガスＤが排出される取出配管１２、および
（６）析出したシリコンを溶融落下させて回収する回収部９より構成されるシリコン製造装置が挙げられる。
【００１９】
上記筒状反応容器１は、シリコンの融点以上に加熱され、その内部はクロロシラン類およびシリコン融液に接触するため、このような温度条件および接触物に対して充分に耐える材質を選択することが好ましい。このような材質としては、たとえば、グラファイトなどの炭素材料、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミなどのセラミックス材料が挙げられ、好ましくは炭素材料である。また、炭素材料の表面に、炭化珪素、熱分解炭素、窒化ホウ素などを被覆したものは、反応容器の耐久性向上およびシリコン製品の純度向上を達成するために特に好ましい。
【００２０】
上記加熱装置３は、上記筒状反応容器１の内壁を１３００℃以上に加熱することができるものであれば特に制限されないが、エネルギー効率などを考慮すると、高周波コイルにより加熱することが好ましい。
【００２１】
上記原料ガス供給管４は、筒状反応容器１の内壁によって囲まれた空間５に、クロロシラン類と水素とを含む原料ガスを直接供給するためのものであり、原料ガス供給管４の材質としては、上記筒状反応容器１と同様の材質のほか、石英ガラス、鉄およびステンレス鋼なども使用することができる。
【００２２】
上記シールガス供給管６は、原料ガス供給管４の開口位置より上部に存在する筒状反応容器１の内壁と原料ガス供給管４の外壁とによって形成される間隙に、シールガスＢを供給するために設けられる。上記間隙は、シリコンを析出することはできるが溶融することができない低温領域であるため、該間隙にシールガスを満たすことにより、該低温領域に固体シリコンが析出するのを効果的に防止することができる。シールガス供給管６の材質としては、上記原料ガス供給管４と同様の材質を使用することができる。
【００２３】
上記装置においては，筒状反応容器１から排出される反応排ガスの回収を効率的に行うために、筒状反応容器１および回収部９を反応排ガスＤの取出配管１２を設けた密閉容器７により覆うことが好ましい。
【００２４】
また、その際、筒状反応容器１の外壁と密閉容器７の内壁とによって形成される間隙には、シールガス供給管１１を設けて、窒素、水素、アルゴンなどのシールガスＣを供給することが好ましい。
【００２５】
本発明のシリコンの製造方法は、シリコン析出工程および微粉除去工程を含み、微粉を除去した反応排ガスの少なくとも一部を、シリコン析出用原料ガスの一部として使用する。
【００２６】
本発明におけるシリコン析出工程は、クロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、１３００℃以上、好ましくは１３００〜１７００℃の温度、さらに好ましくは１３５０〜１７００℃の温度に加熱した筒状反応容器１の表面に接触させてシリコンを析出させる工程である。
【００２７】
反応温度を１３００℃以上とすることで、上記シリコン析出工程において副生するＳＴＣの量を効果的に低減させることができる。
【００２８】
上記反応に供されるクロロシラン類と水素とのモル比（水素／クロロシラン類）を１０以上、好ましくは１５〜３０に調整することは、上記シリコン析出工程において副生するＳＴＣの量をより効果的に低減することができるために好ましい。また、上記反応の圧力は特に制限されないが、一般的には常圧〜３ＭＰａＧ、好ましくは常圧〜１ＭＰａＧである。
【００２９】
本発明においてシリコン析出用原料ガスとして用いられるクロロシラン類としては、公知の各種クロロシラン類が挙げられ、具体的には、モノシラン、ジクロロシラン（以下、ＤＣＳともいう）、ＴＣＳ、ＳＴＣなどが挙げられる。これらの中では、モノシランまたはＴＣＳが工業的に高純度のものを大量に入手可能であることから好ましい。
【００３０】
上記のようにして筒状反応容器１の内壁に析出したシリコンは、該筒状反応容器をシリコンの融点以上に加熱する場合は、筒状反応容器内壁でシリコン融液となり、該内壁を流下し、その開口部２より液滴１４として自然落下するため、周期的な昇温操作を行わなくても、筒状反応容器の内部は常に初期状態を保つことができる。
【００３１】
また、筒状反応容器１を１３００℃以上でシリコンの融点未満の温度に加熱する場合は、シリコンの析出量がある程度に達したら、加熱出力を上昇させるか、あるいはガス供給量を低減して、該筒状容器をシリコンの融点温度以上に上昇させ、析出物の一部または全部を溶融させて析出物を落下回収することにより、連続して析出を行うことができる。
【００３２】
上記筒状反応容器１から落下するシリコン融液の液滴または部分溶融した固体シリコンは、下方のシリコン回収部９に落下して固化、回収される。
【００３３】
シリコン回収部９に落下したシリコン析出物は、析出反応を一旦停止してから取り出してもよいが、析出反応を継続しながら取り出す方が好ましい。反応を継続しながら回収を行う具体的な方法としては、筒状反応容器１の温度を一旦シリコンの融点未満に調節して、シリコン融液が落下するのを防止し、析出反応容器と回収容器の間に設置したバルブを閉じて回収部９を開放する方法、または回収部９に設置した破砕装置により、回収部９で固化したシリコン析出物に機械的な力を付与してある程度粉砕し、回収部９のさらに下部に位置するシリコン取出口１３からシリコンＥを間欠的に取り出す方法などが挙げられる。
【００３４】
本発明における微粉除去工程は、上記シリコン析出工程において発生するシリコン微粉を含む反応排ガスからシリコン微粉を除去する工程である。
【００３５】
反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去方法としては、排ガスライン中に設けられたフィルターに、シリコン微粉を含む反応排ガスを通過させることによって、反応排ガスからシリコン微粉を除去する方法が挙げられる。
【００３６】
本発明における微粉除去工程の設備は特に制限されないが、たとえば図３に示す設備が挙げられる。すなわち、シリコン析出工程において発生した反応排ガスＤを、必要に応じて冷却し、ガスフィルター装置１６に流通させることで、反応排ガス中のシリコン微粉がフィルター１７に捕捉され、シリコン微粉が除去された反応排ガスは、反応排ガス精製設備に供給される。
【００３７】
上記フィルター１７としては、メタルフィルター、セラミックフィルター、ガラスフィルター、プラスチックフィルターおよびカーボンフィルターなどが挙げられる。フィルター１７の目開きは、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の粒径および除去率などを考慮して、０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜３０μｍであることが望ましい。
【００３８】
また、シリコン析出工程での操作条件の安定化、シリコン製造設備全体での操作業効率を考慮すると、フィルターの洗浄頻度を少なくすることが好ましい。そのため、フィルター１７の濾過面積は、フィルター１７に通過させる反応排ガス１Ｎｍ３／Ｈあたり１０ｃｍ２以上、好ましくは２０ｃｍ２以上、さらに好ましくは３０ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００３９】
フィルター１７に捕捉された微粉をフィルターから除去する方法としては、ガスによる逆洗を行うのが一般的であるが、シリコン微粉はフィルター１７に強固に付着しているため、ガスによる逆洗ではシリコン微粉をフィルター１７から除去することが困難である。
【００４０】
これに対して、シリコン微粉に対する良分散媒であることを見出した液状のクロロシラン類を用いてフィルター１７を洗浄することにより、シリコン微粉をフィルター１７から容易に除去することができる。また、ガスフィルター装置１６に残留したクロロシラン類が蒸発して排ガス処理系統に混入しても、原料ガスと同様のクロロシラン類を用いているため、再循環させるガスや装置類を汚染することがない。
【００４１】
すなわち、本発明におけるシリコンの製造方法は、シリコン微粉を捕捉したフィルター１７を、液状のクロロシラン類からなるクロロシラン洗浄液Ｆで洗浄する工程をさらに含むことが望ましい。
【００４２】
クロロシラン洗浄液Ｆによるフィルター１７の洗浄方法としては、シリコン微粉を捕捉したフィルター１７に、フィルター１７の二次側（すなわち、ガスの下流側）からクロロシラン洗浄液Ｆを供給することが、洗浄効果をさらに高めるために好ましい。また、フィルターの二次側から供給することで、逆洗効果も同時に得られる。
【００４３】
クロロシラン洗浄液Ｆの温度は、洗浄液が液体として維持されるように、操作条件やクロロシラン類の組成などに応じて、適宜調整すればよい。
【００４４】
クロロシラン洗浄液Ｆの供給量は、充分な洗浄を行うために、フィルター１７の濾過面積１ｃｍ２に対して、通常は１０ｃｍ３以上、好ましくは３０ｃｍ３以上である。上記のような量のクロロシラン洗浄液Ｆを、通常は１０〜６００秒、好ましくは３０〜３００秒供給することが、洗浄効率の点から望ましい。
【００４５】
クロロシラン洗浄液Ｆでフィルター１７を洗浄した後、フィルター乾燥用ガス、たとえば窒素ガスＧによりフィルター１７を乾燥させてもよい。また、フィルター１７を充分に再生するために、クロロシラン類による洗浄および乾燥用ガスによる乾燥を２回以上繰り返すことが好ましい。
【００４６】
上記微粉除去工程において、排ガスライン中に複数のガスフィルター装置を並列して設け、排ガスラインを切り替えることができるようにすることが好ましい。そうすることで、一方のガスフィルター装置の濾過圧が上昇したら、他方のガスフィルター装置に排ガスラインを切り替えて、濾過圧が上昇したガスフィルター装置を排ガスラインから切り離して冷却し、ガスフィルター装置を解体することなくクロロシラン類からなる洗浄液で洗浄し、洗浄したフィルター装置を再度排ガスラインに接続することができる。そのため、フィルターの洗浄の際に、シリコンの析出反応を停止する必要がなく、効率的にシリコンを製造することができる。
【００４７】
上記クロロシラン洗浄液Ｆを構成するクロロシラン類としては、原料ガスに用いられるクロロシラン類と同様のものが挙げられるが、沸点が低いものは冷却する必要があるため、ＤＣＳ、ＴＣＳおよびＳＴＣから選ばれることが好ましい。これらは、１種単独でまたは２種以上を混合して用いてもよい。
【００４８】
フィルター洗浄後のシリコン微粉を含む洗浄液を、たとえばフィルター装置１６の下部に設置されている洗浄液排出口１８から連続的または断続的に抜出して、液ガス分離容器１９に回収し、必要に応じてシリコン微粉を除去した後、洗浄液を蒸留精製することにより、精製したクロロシラン液を洗浄液として再利用することができる。
【００４９】
上記のようにしてシリコン微粉を除去した反応排ガス中には、未反応のクロロシラン類および水素のほかに、副生物として塩化水素およびＳＴＣなどが含まれているが、これらの混合ガスを直接、またはクロロシラン類の一部を除去して、２８０〜４００℃で原料シリコンと接触させることにより、塩化水素と原料シリコンとが選択的に反応してＴＣＳが生成される。このようにして得られるＴＣＳ、未反応のクロロシラン類および水素を分離してシリコン析出用原料ガスの一部として使用することができる。
【００５０】
上記原料シリコンとしては、シリコンの製造用原料として一般に使用されている公知の冶金級シリコンを使用することができる。
【００５１】
上記ＴＣＳ生成反応に用いられる反応器としては、原料シリコンと反応排ガスとが接触可能な装置を使用することができる。たとえば、原料シリコン粉体をガスにより流動化させながらガスと粉体とを反応させる流動層反応器が、工業的実施において好適である。
【００５２】
ＴＣＳ生成工程において、シリコンと塩化水素との反応が開始する温度は２５０℃程度であることから、反応温度は２５０℃以上が好ましく、またＴＣＳの収率を向上させるためには、４００℃以下の温度で行われることが好ましい。したがって、工業的に安定して反応を維持するためには、反応温度は２８０〜３５０℃で調節されることが好ましい。
【００５３】
上記ＴＣＳ生成工程で得られる反応後のガスをシリコン析出工程に循環する際に、純度を高めるために、水素とクロロシラン類の一部とを分離することが好ましい。水素とクロロシラン類とを分離する方法は、特に制限されないが、工業的にはガスを冷却することによって容易に達成できる。
【００５４】
ガスの冷却方法としては、単に冷却された熱交換器に通過させるだけでもよいし、あるいは凝縮され冷却された凝縮物によってガスを冷却する方法でもよい。これらの方法を単独でまたは併用して採用することができる。
【００５５】
上記の冷却温度は、クロロシラン類の一部が凝縮される温度であれば特に制限されないが、水素の高純度化を図るためには、通常は１０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、最も好ましくは−３０℃以下である。このように、クロロシラン類の一部を除去する操作により、上記原料シリコンに含まれる不純物、たとえば重金属類、リン、ホウ素などの大部分を水素から除去でき、析出するシリコンを高純度化することができる。
【００５６】
クロロシラン類の一部が分離された水素を主とするガスは、原料ガスとして充分に高純度であるが、分離条件によってはホウ素化合物を含有している場合がある。したがって、要求されるシリコン製品の純度に応じて、上記ガスからホウ素化合物を除去することが好ましい。
【００５７】
ホウ素化合物の除去方法は特に限定されないが、−ＮＲ２（Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基）、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＯＨなどの官能基を有する物質と上記ガスとを接触させる方法が好ましい。最も簡便には、それらの官能基を有するイオン交換樹脂を使用することことができる。
【００５８】
一方、上記のようにして分離したクロロシラン類を主とするガスには、重金属化合物などの不純物が含まれるため、上記ガスを蒸留精製することによってクロロシラン類の純度を高くすることが好ましい。
【００５９】
上記蒸留精製によりクロロシラン類を分離した後の残余成分には、重金属化合物およびＳＴＣなどが含まれている。この残余成分中のＳＴＣを水素により還元してＴＣＳに変換してもよい。なお、このようにしてＳＴＣの大部分を分離回収した残りの成分は、一般に中和廃棄される。
【００６０】
上記のようにして回収されたクロロシラン類からホウ素化合物をさらに除去する必要がある場合には、上述した官能基を有する固体または液体の化合物とクロロシラン類とを接触させた後、必要に応じて蒸留精製することにより除去することができる。
【００６１】
上記のようにして反応排ガスから水素およびクロロシラン類を分離して循環することにより、シリコン微粉が除去された反応排ガスの少なくとも一部を、シリコン析出用原料ガスの一部として有効に使用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のシリコン製造方法によれば、クロロシラン類と水素とを１３００℃以上の温度で反応させてシリコンを析出させることで、副生するＳＴＣの量を低く抑え、かつ、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉の除去を効率的に行い、シリコン微粉を除去した反応排ガスの一部を原料ガスとして循環して、多結晶シリコンを製造することができる。
【００６３】
また、シリコン微粉の付着による配管の閉塞や機械装置等の故障を引き起こすことなく多結晶シリコンを製造することができるため、多結晶シリコンの生産効率を大幅に向上することができる。
【００６４】
さらに、本発明のシリコン製造方法によれば、シリコン微粉を捕捉したフィルターを解体することなく、シリコン微粉をフィルターから除去することができるため、設備コストおよび作業コストを低減し、かつ安全性を向上することができる。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これら実施例により何ら限定されるものではない。
【００６６】
〔実施例１〕
シリコンの析出反応は、図１と同様なシリコン析出装置を用いて行った。筒状反応容器１は、肉厚１５ｍｍの等方性カーボン製であって、図２に示したように、内径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの反応ゾーンＩを有する。加熱装置３として、周波数８ｋＨｚの高周波を発生する高周波コイルを、筒状反応容器１を取り囲むようにして設置した。原料ガス供給管４は、ステンレス製であって、内径４ｍｍの原料ガス吹き出し口１５を有する。密閉容器７は、内径が１０００ｍｍのステンレス製とした。
【００６７】
反応排ガス中に含まれる微粉の除去は、図３に示したような微粉除去設備で行った。ガスフィルター装置１６は、内容積２０Ｌの炭素鋼製ガスフィルター装置である。フィルター１７として、約６００ｃｍ２の濾過面積および１０μｍの目開きを有する焼結ステンレス製フィルターを用いた。
【００６８】
高周波コイルによって、筒状反応容器１の内表面を１３００〜１４００℃に加熱しながら、原料ガス供給管４から、シリコン析出用原料ガスＡとして水素およびトリクロロシランを、それぞれ２８Ｎｍ３／Ｈおよび９ｋｇ／Ｈで供給し、シリコン析出反応を行った。反応圧力は５０ｋＰａＧとした。なお、１時間に１回５分程度、筒状反応容器１の内表面を１４５０℃以上に上昇させ、析出物を断続的に溶融落下させながら反応を継続した。回収部９にて回収された多結晶シリコンは高純度に維持されていた。
【００６９】
析出反応で発生した反応排ガスを水冷式熱交換器によって３００℃以下に冷却した後、ガスフィルター装置１６に流通させて、反応排ガス中に含まれるシリコン微粉をフィルター１７により捕捉した。
【００７０】
析出反応を開始してから２４時間後に、ガスフィルター装置１６の濾過圧が反応開始前の濾過圧より５０ｋＰａ増大したため、同様な性能を有する予備のガスフィルター装置にガス流通を切り替えた。
【００７１】
濾過圧が増大したガスフィルター装置を室温程度まで冷却した後、フィルター１７の二次側から、約９０重量％のＳＴＣおよび約１０重量％のＴＣＳからなる３０℃のクロロシラン洗浄液Ｆを、供給速度３５Ｌ／分で１分間供給した。このとき、供給されたクロロシラン洗浄液を、ガスフィルター装置１６の下部にある洗浄液排出口１８から連続的に排出して、液ガス分離容器１９に回収した。
【００７２】
次いで、クロロシラン洗浄液Ｆに代えて窒素ガスＧを供給してフィルター１７を乾燥させた後、フィルター装置１６の濾過圧を測定したところ、ほぼ初期状態に回復していた。
【００７３】
液ガス分離容器１９に回収されたクロロシラン洗浄液は、茶色い懸濁物を含有していたため、クロロシラン洗浄液処理設備にて蒸留精製したところ、留分のクロロシラン液は無色透明であった。
【００７４】
微粉除去後の反応排ガスは、反応排ガス精製設備にて精製し、原料ガスの一部として使用した。なお、微粉除去工程以降の反応排ガス処理系統における配管や装置等にシリコン微粉の付着は見られなかった。
【００７５】
〔比較例１〕
実施例１と同様の設備でシリコン析出反応を行った後、濾過圧の上昇したフィルター１７の洗浄を、クロロシラン洗浄液Ｆによる洗浄から、窒素ガスＧによる逆洗に変更した。窒素ガスＧによる逆洗として、窒素ガスで約１ＭＰａＧの昇圧と急激な脱圧の操作を１０回行ったが、濾過圧の回復は２０％程度であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるシリコン製造装置の概略図である。
【図２】本発明に用いられるシリコン製造装置における筒状反応器の概略図である。
【図３】本発明における微粉除去設備の概略図である。
【符号の説明】
１  筒状反応容器
２  開口部
３  加熱装置
４  原料ガス供給管
５  空間
７  密閉容器
８  シリコン
９  回収部
１２  取出配管
１６  ガスフィルター装置
１７  フィルター
１９  液ガス分離容器
Ａ  原料ガス
Ｄ  反応排ガス
Ｆ  クロロシラン洗浄液
Ｇ  窒素ガス
【図１】
2005008430.tif 000002
【図２】
2005008430.tif 000003
【図３】
2005008430.tif 000004