(57)【要約】【課題】ガスアトマイズ法などにおいて使用可能な高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造する方法及び当該テトラクロロシラン流体を用いたシリコン粒子の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るテトラクロロシラン流体の製造方法は、液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、この加圧工程で加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程とを備える。本発明に係るシリコン粒子の製造方法は、上記方法を経て得られたテトラクロロシランを含むアトマイズガスを、溶融金属に吹き付けて当該溶融金属の微小液滴を形成し、得られた微小液滴とテトラクロロシランとを接触させることにより、テトラクロロシランを還元してシリコン粒子を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、
前記加圧工程で加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程と、
を備えることを特徴とするテトラクロロシラン流体の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が０．１〜１５ＭＰａであり且つ温度が２００〜１２００℃であることを特徴とする、請求項１に記載のテトラクロロシラン流体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法で製造されたテトラクロロシラン流体を第１のノズルに供給するとともに、第２のノズルから吐出された溶融金属に向け、前記第１のノズルからテトラクロロシランを含むアトマイズガスを噴射することによって前記溶融金属の微小液滴を形成するアトマイズ工程を備え、
前記アトマイズ工程において、前記微小液滴とテトラクロロシランとを接触させることにより、テトラクロロシランを還元してシリコン粒子を得ることを特徴とするシリコン粒子の製造方法。
【請求項４】
前記アトマイズガスは、テトラクロロシランの濃度が１０体積％以上であることを特徴とする、請求項３に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項５】
前記アトマイズガスが、前記テトラクロロシラン流体のみからなるものであることを特徴とする、請求項３に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項６】
前記アトマイズガスが、前記テトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする、請求項３又は４に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項７】
前記不活性ガスが、アルゴン及び／又はヘリウムであることを特徴とする、請求項６に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項８】
前記溶融金属がＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ及びＡｌからなる群より選択された１種を単独で又は２種以上を含むことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項９】
前記溶融金属がＡｌであることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項１０】
前記アトマイズ工程において、前記溶融金属に向けて前記アトマイズガスを０．１〜１５ＭＰａの圧力で噴射させることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法、及び、これによって得られたテトラクロロシラン流体を用いたシリコン粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題がクローズアップされる中、太陽電池はクリーンなエネルギー源として注目を集め、住宅用を中心に需要が急増している。シリコン系太陽電池は信頼性や変換効率に優れるため、太陽光発電の８割程度を占めている。しかし、発電単価をさらに減少させるためには、低価格のシリコン原料を確保することが望まれている。
【０００３】
現在、高純度シリコンの製造方法として、主に、トリクロロシランを熱分解するジーメンス法が採用されている。しかしながら、この方法においては、電力原単位の削減に限界があるため、さらなるコストダウンは困難であると言われている。
【０００４】
熱分解に替わる方法として、亜鉛、アルミニウム等の金属の溶融体を用いてクロロシランを還元する方法が挙げられる。例えば、特許文献１には、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）雰囲気中に溶融アルミニウムを噴霧することによって、テトラクロロシランガスを還元してシリコン粒子を得る方法が記載されている（特許文献１の実施例１を参照）。上記方法においては、下記式（Ａ）で示される反応が進行する。
３ＳｉＣｌ４＋４Ａｌ  →  ３Ｓｉ＋４ＡｌＣｌ３    （Ａ）
【特許文献１】特開平２−６４００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶融金属の微小液滴を形成する方法として、ノズルから流下する溶融金属にガスを吹き付けるガスアトマイズ法が知られている。このガスアトマイズ法においては、溶融金属に吹き付けるガス（以下、「アトマイズガス」という。）として不活性ガスを使用することが一般的である。
【０００６】
しかしながら、不活性ガスを用いたガスアトマイズ法をシリコン粒子の製造に採用した場合、以下の点において改善の余地があることを本発明者は見出した。それは、テトラクロロシランガスが還元されてシリコン粒子が析出する反応場に、溶融金属の微粒化に使用した不活性ガスが大量に残存するという点である。すなわち、反応場に不活性ガスが残存していると、テトラクロロシランガスの分圧を十分に高くすることが困難となり、反応場の温度も下がるので、十分な反応性を得ることができなくなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガスアトマイズ法などにおいて使用可能な高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造する方法及び当該テトラクロロシラン流体を用いたシリコン粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るテトラクロロシラン流体の製造方法は、液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、この加圧工程で加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、液化テトラクロロシランを加圧するため、ガス状のテトラクロロシランを加圧する場合と比較し、安価な装置で容易に昇圧することができる。そして、加圧工程後に液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にすることにより、高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造できる。なお、テトラクロロシランは、沸点が５７℃であるため、室温・大気圧条件下においては液状である。また、テトラクロロシランの臨界点は、温度２３５℃、圧力３．７５ＭＰａである。
【００１０】
加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が０．１〜１５ＭＰａであり且つ温度が２００〜１２００℃であることが好ましい。上記の圧力範囲及び温度範囲のテトラクロロシラン流体は、ガスアトマイズ法によるシリコン粒子の製造方法において使用するのに好適である。
【００１１】
本発明に係るシリコン粒子の製造方法は、上記のようにして製造された高温高圧のテトラクロロシラン流体を第１のノズルに供給するとともに、第２のノズルから吐出された溶融金属に向け、第１のノズルからテトラクロロシランを含むアトマイズガスを噴射することによって当該溶融金属の微小液滴を形成するアトマイズ工程を備え、このアトマイズ工程において、微小液滴とテトラクロロシランとを接触させることにより、テトラクロロシランを還元してシリコン粒子を得ることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、テトラクロロシランを含むアトマイズガスを溶融金属に吹き付ける。このことにより、不活性ガスのみからなるアトマイズガスを使用する場合と比較し、反応場に残存する不活性ガスの量を削減できる。また、本発明の製造方法によれば、アトマイズガスの噴射によって溶融金属の微小液滴が形成されると同時に、アトマイズガスに含まれるテトラクロロシランと溶融金属の微小液滴とが効率的に接触する。したがって、本発明によれば、溶融金属の微小液滴とテトラクロロシランと反応において、十分に高い反応率を達成できる。
【００１３】
本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、アトマイズガスは、テトラクロロシランの濃度が１０体積％以上であることが好ましい。また、アトマイズガスが不活性ガスなどを含有することなく、本発明に係る上記方法によって製造されたテトラクロロシラン流体のみからなるものであってもよい。これにより、反応場においてテトラクロロシランの還元反応がより一層効率的に進行し、高い反応率を達成できる。
【００１４】
なお、ここでいう「テトラクロロシラン流体を第１のノズルに供給する」とは、テトラクロロシラン流体を単独で第１のノズルに供給する場合のみならず、テトラクロロシラン流体を他の流体（例えば、不活性ガス）と混合した状態で第１のノズルに供給する場合をも包含する意味である。
【００１５】
また、アトマイズガスは、本発明に係る上記方法によって製造されたテトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスであってもよい。アトマイズガスに含まれる不活性ガスとしては、アルゴン及び／又はヘリウムが好適である。
【００１６】
本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、溶融金属がＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ及びＡｌからなる群より選択された１種を単独で又は２種以上を含むことが好ましい。特に溶融金属がアルミニウムであることが好ましい。これにより、生成したシリコン粒子中やその表面に金属が残存しても、酸やアルカリによる溶解除去や偏析法によってこの金属を除去することが容易である。
【００１７】
また、アトマイズ工程において、溶融金属に向けてアトマイズガスを０．１〜１５ＭＰａの圧力で噴射させることが好ましい。かかる圧力条件でアトマイズガスを噴射することで、溶融金属の微小液滴の形成及びテトラクロロシランの還元反応によるシリコン粒子の形成の両方を好適に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るテトラクロロシラン流体の製造方法によれば、高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造できる。また、本発明に係るシリコン粒子の製造方法によれば、ガスアトマイズ法によって形成した溶融金属の微小液滴とテトラクロロシランとの反応において、十分に高い反応率を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法は、溶融アルミニウムの細流にアトマイズガスを吹き付けることによって溶融アルミニウムの微小液滴を形成するアトマイズ工程を備える。このアトマイズ工程において、アトマイズガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）を含むガスを使用し、テトラクロロシランと溶融アルミニウムの微小液滴とを接触させることにより、下記式（Ａ）で表される還元反応が進行し、シリコン粒子が製造される。
３ＳｉＣｌ４＋４Ａｌ  →  ３Ｓｉ＋４ＡｌＣｌ３    （Ａ）
【００２１】
（高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法）
まず、本実施形態において使用する高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法について説明する。
【００２２】
本実施形態において採用するテトラクロロシランガスの製造方法は、液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程とを備える。この方法によれば、液化テトラクロロシランを加圧するため、ガス状のテトラクロロシランを加圧する場合と比較し、安価な装置で容易に昇圧できるという利点がある。そして、加圧工程後に液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にすることにより、高温高圧のテトラシラン流体を効率的に製造できる。
【００２３】
液化テトラクロロシランを加圧する方法としては、特に制限はなく、例えば、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどを用いた方法が挙げられる。
【００２４】
加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする方法としては、特に制限はなく、例えば、高周波加熱、抵抗加熱、ランプ加熱などを用いた方法が挙げられる。
【００２５】
加圧工程及び加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が０．１〜１５ＭＰａであることが好ましく、１〜１０ＭＰａであることがより好ましく、２〜１０ＭＰａであることが更に好ましい。
【００２６】
当該テトラクロロシラン流体の圧力が０．１ＭＰａ未満であると、後述するシリコン粒子の製造において使用するアトマイズガスの製造が非効率的になりやすい。すなわち、使用するアトマイズガスが、テトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスである場合、テトラクロロシラン流体の圧力が０．１ＭＰａ未満であると、アトマイズガスの製造過程においてテトラクロロシランガス又はアトマイズガスを再度加圧する必要が生じる。また、使用するアトマイズガスがテトラクロロシラン流体単独である場合も、テトラクロロシラン流体の圧力が０．１ＭＰａ未満であると、テトラクロロシラン流体を再度加圧する必要が生じる。他方、１５ＭＰａを超えるアトマイズガスを使用するには、耐圧性の高い各種装置を使用する必要があり、コストが増大する傾向がある。
【００２７】
加圧工程及び加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、温度が２００〜１２００℃であることが好ましく、２００〜１０００℃であることがより好ましい。
【００２８】
当該テトラクロロシラン流体の温度が２００℃未満であると、シリコン粒子の製造において使用するアトマイズガスの製造が非効率的になりやすい。すなわち、テトラクロロシラン流体の温度が２００℃未満であると、アトマイズガスの製造過程においてテトラクロロシラン流体又はアトマイズガスを再度加熱する必要が生じる。他方、当該テトラクロロシラン流体の温度が１２００℃を超えても、それに要するコストに見合うだけの効果が小さい。
【００２９】
なお、テトラクロロシランによる金属腐食を抑制するため、高温高圧のテトラクロロシラン流体を収容する容器、加圧装置及び加熱装置は、耐腐食性の高い材料で構成されたものが好ましい。テトラクロロシランによる腐食に対して高い耐性を有する金属材料としては、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼などが挙げられる
【００３０】
（シリコン粒子の製造方法）
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る製造方法に好適な反応装置１０の構成及びその運転条件について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る反応装置の構成を示す概略構成図である。図２は、反応装置１０のアトマイズ機構を拡大して示す図である。なお、反応装置１０のアトマイズ機構は、後述する溶融金属収容部１のノズル１ａ及びアトマイズガス噴射部２で構成される。
【００３１】
図１に示す反応装置１０は、溶融金属収容部１、アトマイズガス噴射部２、反応器３、固気分離器５及びこれらを接続する配管（以下、場合により「ライン」という。）等を備える。
【００３２】
溶融金属収容部１は、溶融アルミニウムを収容するためのものであり、密閉容器１５内に設けられている。溶融金属収容部１の周囲にはヒータ１１が設けられ、収容する溶融アルミニウムの温度を調整できるようになっている。図２に示すように、溶融金属収容部１の底部には反応器３内にまで延在するノズル（第２のノズル）１ａが設けられ、ノズル１ａから溶融アルミニウムの細流Ｆが鉛直方向に流下する。このようにアルミニウムの溶融体を溶融金属収容部１に収容させておくと、ノズル１ａから反応器３内に溶融アルミニウムを安定的に流下させることができ、安定的且つ連続的にシリコン粒子を製造できるという利点がある。また、溶融金属収容部１を収容する密閉容器１５内を不活性ガス等で加圧してもよい。これにより溶融アルミニウムをより一層安定的に流下させることができる。
【００３３】
ノズル１ａから流下させる溶融アルミニウムは、純度が９９．９質量％以上であることが好ましく、９９．９９質量％以上であることがより好ましく、９９．９９５質量％以上であることが更に好ましい。純度の高い溶融アルミニウムを使用することで、純度の高いシリコン粒子を得ることができる。なお、ここでいう溶融アルミニウムの純度とは、原料アルミニウムのグロー放電質量分析法によって測定された元素のうち、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎａ、Ｍｇ及びＺｎの含有量（質量％）の合計を１００質量％から差し引いた値を意味する。
【００３４】
溶融金属収容部１内の温度は、溶融させる金属の融点に応じて適宜設定すればよいが、本実施形態のように溶融金属としてアルミニウム（融点：６６０℃）を使用する場合には、通常７００〜１３００℃、好ましくは７００〜１２００℃、更に好ましくは７００〜１０００℃である。ノズル１ａの温度は７００〜１０００℃程度とすることが好ましい。
【００３５】
アトマイズガス噴射部２は、図２に示すように、ラインＬ１を通じて供給されるアトマイズガスを、溶融アルミニウムの細流Ｆに向けて噴射するためのものである。アトマイズガス噴射部２は、溶融アルミニウムの細流Ｆに向けてその周囲からアトマイズガスＧを噴射するノズル（第１のノズル）２ａを備える。細流ＦにアトマイズガスＧを吹き付けることによって、溶融アルミニウムの微小液滴Ｐが形成される。
【００３６】
本実施形態において、ノズル２ａから噴射するアトマイズガスは、テトラクロロシランと不活性ガスとの混合ガスである。アトマイズガスに含まれる不活性ガスとしては、アルゴン及び／又はヘリウムが好適である。
【００３７】
アトマイズガス中のテトラクロロシランの濃度は１０体積％以上であることが好ましく、２０体積％以上であることがより好ましく、５０体積％以上であることが更に好ましい。テトラクロロシランの濃度が１０体積％未満であると、上記式（Ａ）の反応が十分に進行しない傾向がある。
【００３８】
アトマイズガスの調製に使用するテトラクロロシランは、高純度のシリコン粒子を得る観点から、その純度が９９．９９質量％以上であることが好ましく、９９．９９９質量％以上であることがより好ましく、９９．９９９９質量％以上であることが更に好ましい。
【００３９】
アトマイズガスの調製に使用する不活性ガスは、高純度のシリコン粒子を得る観点から、その純度が９９．９体積％以上であることが好ましく、９９．９９体積％以上であることがより好ましく、９９．９９９体積％以上であることが更に好ましく、９９．９９９５体積％以上であることが特に好ましい。
【００４０】
溶融アルミニウムの細流Ｆに吹き付けるアトマイズガスの温度は、２００〜１２００℃であることが好ましく、２００〜１０００℃であることがより好ましい。アトマイズガスの温度を高くすることで、アトマイズ効率が向上、すなわち溶融アルミニウムが微粒化しやすくなる。より一層高い温度のアトマイズガスを調製する方法としては、腐食性を有しない不活性ガスをテトラクロロシラン流体の温度よりも高い温度に加熱し、この不活性ガスとテトラクロロシラン流体とを混合するという手法が挙げられる。
【００４１】
溶融アルミニウムの細流Ｆに吹き付けるアトマイズガスの圧力は、０．１〜１５ＭＰａであることが好ましく、１〜１０ＭＰａであることがより好ましく、２〜１０ＭＰａであることが更に好ましい。アトマイズガスの圧力が０．１ＭＰａ未満であると、溶融アルミニウムの微小液滴Ｐの形成が不十分となるとともに上記式（Ａ）で表される反応の進行が不十分となる傾向がある。他方、１５ＭＰａを超えるアトマイズガスを使用するには、耐圧性の高い各種装置を使用する必要があり、コストが増大する傾向がある。なお、アトマイズガスは、ノズル２ａから吐出される以前の段階にあっては、温度条件及び圧力条件に応じて液体や超臨界流体であってもよい。
【００４２】
テトラクロロシランによる金属腐食を抑制するため、ノズル２ａとして、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、石英、ムライト又は炭素からなる部材、あるいは、上記材料でコーティングされた部材で形成されたものを使用することが好ましい。
【００４３】
反応器３は、図１に示すように、鉛直方向に延びる円筒部３ａを備えており、この円筒部３ａ内に上記式（Ａ）で表される反応が進行する反応場が形成される。ノズル２ａからアトマイズガスを噴射することにより、溶融アルミニウムの微小液滴Ｐが形成されると同時に、アトマイズガスに含まれるテトラクロロシランと微小液滴Ｐとが接触し、微小液滴Ｐによるテトラクロロシランの還元反応（上記式（Ａ））が進行する。
【００４４】
上記式（Ａ）の通り、当該反応におけるテトラクロロシランのモル数と溶融アルミニウムのモル数の化学量論比は、３：４であるが、生産性などの観点から、反応場に供給する単位時間あたりのテトラクロロシランのモル数Ｍ１と溶融アルミニウムの供給モル数Ｍ２の比（Ｍ１／Ｍ２）は、０．７５〜２０であることが好ましく、０．７５〜１０であることがより好ましく、０．７５〜７．５であることが更に好ましい。Ｍ１／Ｍ２の値が０．７５未満であると、反応の進行が不十分となる傾向があり、他方、２０を越えると、反応に寄与しないテトラクロロシランの量が増大する傾向がある。
【００４５】
円筒部３ａの周囲にはヒータ１３が設けられ、反応場の温度を調整できるようになっている。加熱方式としては、特に制限はなく、例えば、高周波加熱、抵抗加熱、ランプ加熱などを用いた直接的な方法の他に、予め温度調節されたガス等の流体を用いる方式も用いることができる。反応場の温度は、通常、３００〜１２００℃（好ましくは５００〜１０００℃）となるように調整する。また、反応場の圧力は、通常、１気圧以上となるように調整する。
【００４６】
円筒部３ａ内に形成される反応場の酸素濃度は、酸化物の生成を十分に抑制する観点から、なるべく低い値に維持することが好ましい。具体的には、反応を開始する前の反応場の酸素濃度は、１体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以下であることがより好ましく、１００体積ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、１０体積ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。反応を開始する前の反応場の酸素濃度を下げる方法として、溶融アルミニウムを所定時間噴霧し、アルミニウムの液滴に反応場の酸素を吸着させるという手法が挙げられる。なお、反応を開始する前の反応場は、露点が−２０℃以下であることが好ましく、−４０℃以下であることがより好ましく、−７０℃以下であることが更に好ましい。
【００４７】
また、反応場の酸素濃度は、反応中においても、酸化物の生成を十分に抑制する観点から、なるべく低い値に維持することが好ましい。具体的には、反応中の反応場の酸素濃度は、１体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以下であることがより好ましく、１００体積ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、１０体積ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。
【００４８】
反応器３は、その下部に下方に行くに従って内径が小さくなると共に下端にシリコン粒子を排出するためのＳｉ粒子排出口３ｃを有する縮径部３ｂを備える。この縮径部３ｂの鉛直方向の略中間の位置には、反応によって生じたＡｌＣｌ３（気体）、未反応のＳｉＣｌ４（気体）及び微粒のシリコン粒子を排出するためのガス排出口３ｄが設けられている。
【００４９】
反応器３の下部に設けられた縮径部３ｂは、第１段目の固気分離器として機能する。縮径部３ｂの周囲にはヒータ（図示せず）が設けられ、内部の温度を調整できるようになっている。縮径部３ｂの内部の温度をＡｌＣｌ３（昇華点：１８０℃）が析出しない温度に保持することで、シリコン粒子とガスとを分離する。具体的には、縮径部３ｂの内部の温度を２００℃以上となるように調整することが好ましい。縮径部３ｂの内部の温度を２００℃よりも低くした場合、縮径部３ｂ内においてＡｌＣｌ３が析出し、シリコン粒子中に混入しやすくなる傾向がある。
【００５０】
ガス排出口３ｄから排出されるガスは固気分離器５に供給される。固気分離器５は、第２段目の固気分離器として機能する。固気分離器５は、ガス排出口３ｄから排出されるガス中に存在するシリコン粒子を分離するためのものである。この固気分離器５の内部の温度も２００℃以上となるように調整することが好ましい。固気分離器５の好適な例として、保温サイクロン式固気分離器などを例示できる。
【００５１】
固気分離器５から排出されるガスは固気分離器８に供給される。固気分離器８は、第３段目の固気分離器として機能する。固気分離器８は、固気分離器５からのガスに含まれるＡｌＣｌ３を除去するためのものである。固気分離器８内の温度を、ＡｌＣｌ３は析出するがＳｉＣｌ４（沸点：５７℃）は凝縮しない温度に保持することで、析出したＡｌＣｌ３（固体）を除去する。具体的には、固気分離器８の内部の温度を６０〜１７０℃（より好ましくは７０〜１００℃）に維持することが好ましい。固気分離器８の内部の温度を６０℃よりも低くした場合、固気分離器８内においてＳｉＣｌ４が凝縮し、リサイクルされるＳｉＣｌ４ガスの量が不十分となる傾向がある。他方、固気分離器８の内部の温度を１７０℃よりも高くした場合、ＡｌＣｌ３の析出が不十分となり、リサイクルされるＳｉＣｌ４ガス中のＡｌＣｌ３の含有量が高くなる傾向がある。
【００５２】
固気分離器８は、その内部にバッフル板（図示せず）を備えるものであることが好ましい。バッフル板を内部に設けることで、固気分離器８の内表面積が増大してＡｌＣｌ３が効率的に析出し、ガス中のＡｌＣｌ３含有量を十分に低減できる。固気分離器８の内表面積は、固気分離器８の装置表面積の５倍以上であることが好ましい。
【００５３】
固気分離器８においてＡｌＣｌ３の除去処理がなされたガスは、ラインＬ７を通じて固気分離器８から排出される。当該ガス中に未反応のテトラクロロシランガスと不活性ガスとが共存する場合には、不活性ガスを分離し、必要に応じて精製を行うことで、テトラクロロシランガスを回収できる。このテトラクロロシランガスを反応性ガスとしてリサイクルしてもよい。また、分離された不活性ガスもリサイクルしてもよい。
【００５４】
このように、本実施形態に係る反応装置１０は、第１段目の固気分離器として縮径部３ｂを備え、第２段目の固気分離器として固気分離器５を備え、更に、第３段目の固気分離器として固気分離器８を備える。かかる構成を採用することにより、未反応のテトラクロロシランガスを効率的に回収し再利用することができる。例えば、アトマイズガスの一部として再利用することができる。なお、固気分離器の段数は特に制限はなく、例えば、固気分離器５を採用することなく、縮径部３ｂと固気分離器８とを連結してもよく、あるいは、固気分離器を４段以上設けてもよい。また、ガス排出口３ｄを具備しない反応器を使用する場合などにあっては、Ｓｉ粒子排出口３ｃの後段に固気分離器５等を設置してもよい。
【００５５】
本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法によれば、以下のような効果が奏される。すなわち、テトラクロロシランを含有するアトマイズガスを使用するため、不活性ガスからなるアトマイズガスを使用する場合と比較し、反応場に残存する不活性ガスの量を削減できる。また、溶融アルミニウムの微小液滴Ｐの形成と同時に、この微小液滴Ｐとアトマイズガスに含まれるテトラクロロシランとが効率的に接触し、微小液滴Ｐによるテトラクロロシランの還元反応が進行する。その結果、微小液滴Ｐによるテトラクロロシランの還元反応において、十分に高い反応率を達成できる。
【００５６】
また、本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法を採用することにより、比較的簡易な構成の反応装置でシリコン粒子を製造できるという利点がある。すなわち、ガスアトマイズ法を利用した従来のシリコン粒子の製造方法にあっては、微小液滴を形成するための不活性ガス（アトマイズガス）の供給手段、及び、形成された微小液滴と接触させるテトラクロロシランガスの供給手段の両方を備える反応装置が必要である。これに対し、本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法によれば、アトマイズガスを噴射することでシリコン粒子を製造できるため、図１に示す反応装置１０のように、別途テトラクロロシランガスを反応器３へと供給する機構を具備しない反応装置を使用できる。ただし、別途テトラクロロシランガスを反応器３へと供給する機構を具備する反応装置を使用してもよい。
【００５７】
なお、本実施形態においては、テトラクロロシラン流体と不活性ガスとを混合して事前に調製したアトマイズガスを使用する場合を例示したが、不活性ガスにテトラクロロシラン流体を添加し、反応装置１０においてアトマイズガスを調製してもよい。より具体的には、ラインＬ１を不活性ガスの供給源に接続し、ラインＬ１内を流れる不活性ガスにテトラクロロシラン流体を連続的に添加することでアトマイズガスを調製し、これをアトマイズガス噴射部２に供給してもよい。かかる構成を採用することにより、アトマイズガスのテトラクロロシラン濃度を反応条件等に応じて適宜変更できるという利点がある。
【００５８】
また、アトマイズガスは必ずしもテトラクロロシランガスと不活性ガスとの混合ガスでなくてもよく、テトラクロロシラン流体単独であってもよい。かかる構成を採用することにより、反応場におけるテトラクロロシランの分圧を更に高くすることができ、より一層高い反応率を達成できる。
【００５９】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、溶融金属としてアルミニウムを使用する場合を例示したが、これに限定されず、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＺｎからなる群より選択された１種を単独で使用してもよく、あるいは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ及びＡｌからなる群より選択された２種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。また、溶融金属として、アルミニウムとシリコンとの合金を使用してもよい。
【００６０】
更に、上記実施形態では、図２に示すように、アトマイズ工程において溶融アルミニウムの細流Ｆがノズル１ａから流下した後に、ノズル２ａから噴射されるアトマイズガスＧが吹き付けられる、いわゆるフリーフォール法を採用する場合を例示したが、これ以外のガスアトマイズ法を採用してもよい。例えば、図３に示すように、ノズル１ａの溶融アルミニウムの出口とノズル２ａのアトマイズガスの出口とが近接して設けられたアトマイズ機構を有する装置を用いた、いわゆるコンファインド法（Ｃｌｏｓｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ法）を採用してもよい。
【００６１】
また、上記実施形態においては、ノズル１ａから下方に向けて溶融アルミニウムを吐出する場合を例示したが、いわゆるＵｐｄｒａｕｇｈｔアトマイザ装置を使用し、溶融アルミニウムを上方に吐出させてもよい。
【００６２】
また、溶融金属が上方又は下方に向けて吐出される場合、溶融金属が移動する方向と同じ方向に、ハロゲン化シランガスを流してもよく（並流）、溶融金属が移動する方向に対向してハロゲン化シランガスを流してもよい（向流）。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】シリコン粒子の製造方法の好適な実施形態に係る反応装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す反応装置が備えるアトマイズ機構の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係るシリコン粒子の製造方法において適用可能なアトマイズ機構の他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…溶融金属収容部、１ａ…溶融金属用のノズル（第２のノズル）、２…アトマイズガス噴射部、２ａ…アトマイズガス用のノズル（第１のノズル）、３…反応器、３ａ…円筒部、３ｂ…縮径部（固気分離器）、３ｃ…Ｓｉ粒子排出口、３ｄ…ガス排出口、５，８…固気分離器、１０…反応装置、Ｆ…溶融金属の細流、Ｐ…溶融金属の微小液滴、Ｇ…アトマイズガス。
【図１】
2009208999.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009208999.tif 000005