三氯硅烷制造裝置及三氯硅烷的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及三氯硅烷制造裝置及其制造方法。具體而言，本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置在分解爐(2)內(nèi)設(shè)有加熱分解爐(2)的內(nèi)部的加熱裝置(8)、沿分解爐(2)的上下方向?qū)⒕酆衔锖吐然瘹湟龑?dǎo)至內(nèi)底部并從下端開(kāi)口部(3a)供給至分解爐(2)內(nèi)的原料供給管(3)、從形成于原料供給管(3)的外周面和分解爐(2)的內(nèi)周面之間的反應(yīng)室(13)的上部導(dǎo)出反應(yīng)氣體的氣體導(dǎo)出管(4)，在原料供給管(3)的外周面或分解爐(2)的內(nèi)周面的至少一者上一體地形成有翅片(14)，該翅片在反應(yīng)室(13)內(nèi)一邊攪拌從原料供給管(3)的下端開(kāi)口部(3a)供給的聚合物和氯化氫的混合流體一邊引導(dǎo)其上升。
【專利說(shuō)明】三氯硅烷制造裝置及三氯硅烷的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分解在多晶硅制造工藝、三氯硅烷制造工藝或轉(zhuǎn)換工藝中所產(chǎn)生的高沸點(diǎn)氯硅烷類含有物(以下，稱為聚合物)并將其轉(zhuǎn)換為三氯硅烷的制造裝置。具體而言，本發(fā)明涉及分解從氯化工序分離的聚合物、或者從多晶硅的反應(yīng)工序的排出氣體中分離的聚合物、或者從由排出氣體中的四氯化硅生成三氯硅烷的轉(zhuǎn)換工序分離的聚合物并制造三氯硅烷的裝置及三氯硅烷的制造方法。
[0002]本申請(qǐng)針對(duì)在2008年8月5日申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng)第2008-201863號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在此文中引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]用于半導(dǎo)體材料的高純度多晶硅，例如以三氯硅烷(三氯化硅=SiHCl3:TCS)和氫為原料，主要由西門子法制造。西門子法是將三氯硅烷和氫的混合氣體導(dǎo)入反應(yīng)爐內(nèi)并使其與赤熱的硅棒接觸，通過(guò)高溫下的三氯硅烷的氫還原和熱分解而使硅在上述硅棒的表面上析出的方法。導(dǎo)入上述反應(yīng)爐的高純度的三氯硅烷例如可以使用為將經(jīng)過(guò)氯化工序得到的粗三氯硅烷蒸餾精制，轉(zhuǎn)化為高純度的三氯硅烷后的產(chǎn)物。氯化工序是將金屬硅和氯化氫導(dǎo)入流動(dòng)氯化爐內(nèi)并使其反應(yīng)，將硅氯化且使其生成粗三氯硅烷的工序。
[0004]在多晶硅的制造中，反應(yīng)爐的排出氣體中不僅包含未反應(yīng)的三氯硅烷及氯化氫，還包含副生成物的四氯硅烷(四氯化硅:STC)、甚至四氯乙硅烷(Si2H2Cl4)和六氯乙硅烷(Si2Cl6)等的沸點(diǎn)高于四氯化硅的氯硅烷類(稱為高沸點(diǎn)氯硅烷類)(參照國(guó)際公開(kāi)W002/012122號(hào)公報(bào))。另外，能夠用轉(zhuǎn)換爐從排出氣體中的四氯化硅和氫生成粗三氯硅烷(轉(zhuǎn)換工序)。也可再次利用經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換工序得到的粗三氯硅烷蒸餾精制后的產(chǎn)物。上述氯化爐和轉(zhuǎn)換爐的生成氣體中不僅包含三氯硅烷`，還包含氯化氫、四氯化硅和高沸點(diǎn)氯硅烷類。
[0005]聚合物是對(duì)氯化爐和轉(zhuǎn)換爐的生成氣體或反應(yīng)爐的排出氣體進(jìn)行分離、蒸餾時(shí)所生成的。對(duì)此聚合物進(jìn)行加水分解處理并將其廢棄。因此,存在著加水分解及廢棄物處理耗費(fèi)成本的問(wèn)題。
[0006]另外，已知有一種使在上述多晶硅的制造中產(chǎn)生的聚合物返回流動(dòng)反應(yīng)容器并分解聚合物，然后在三氯硅烷的生成中加以利用的方法(日本特開(kāi)平01-188414號(hào)公報(bào))。但是，在該方法中，由于向流動(dòng)反應(yīng)爐供給的硅粉和聚合物被混合，因而存在著硅粉的流動(dòng)性低下且聚合物向三氯硅烷的轉(zhuǎn)換率低下的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決了一直以來(lái)的多晶硅制造中的上述問(wèn)題，提供了一種分解在多晶硅制造工藝、三氯硅烷制造工藝、或轉(zhuǎn)換工藝中分離的聚合物并將其轉(zhuǎn)換為三氯硅烷的制造裝置。
[0008]本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置將含有高沸點(diǎn)氯硅烷類的聚合物和氯化氫導(dǎo)入分解爐內(nèi)，通過(guò)在高溫下使其反應(yīng)，從而將上述聚合物分解并制造三氯硅烷，其中，該高沸點(diǎn)氯硅烷類在多晶硅制造工藝或三氯硅烷制造工藝中產(chǎn)生。在上述分解爐內(nèi)，設(shè)有加熱該分解爐的內(nèi)部的加熱裝置、沿上述分解爐的上下方向?qū)⑸鲜鼍酆衔锖蜕鲜雎然瘹湟龑?dǎo)至內(nèi)底部并從下端開(kāi)口部供給至分解爐內(nèi)的原料供給管、在該原料供給管的外周面和上述分解爐的內(nèi)周面之間形成的反應(yīng)室以及從該反應(yīng)室的上部導(dǎo)出反應(yīng)氣體的氣體導(dǎo)出管。而且，在上述原料供給管的外周面或上述分解爐的內(nèi)周面的至少一者上一體地形成有翅片。該翅片在上述反應(yīng)室內(nèi)一邊攪拌從上述原料供給管的下端開(kāi)口部供給的上述聚合物和上述氯化氫的混合流體一邊引導(dǎo)其上升。
[0009]在該三氯硅烷制造裝置中，由于分解聚合物并制造三氯硅烷，因而例如能夠分解在多晶硅制造工藝中分離的聚合物并回收三氯硅烷。所以，在該三氯硅烷制造裝置中，能夠大幅地減輕加水分解聚合物并廢棄處理的負(fù)擔(dān)，另外，通過(guò)再次利用所回收的三氯硅烷，能夠提高原料的使用效率并降低多晶硅的制造成本。而且，通過(guò)聚合物和氯化氫在原料供給管的外側(cè)的反應(yīng)室與翅片接觸且一邊攪拌一邊上升至分解爐的上部，使得熱也從這些翅片傳導(dǎo)并高效地進(jìn)行加熱，并且，能夠在此期間使?fàn)t內(nèi)溫度均勻，能夠進(jìn)行高效率的反應(yīng)。另外，聚合物中包含的氧化物及氯化氫中的水分進(jìn)行反應(yīng)，生成氧化硅，但由于在原料供給管的外側(cè)設(shè)置了反應(yīng)室，因而能夠抑制原料供給管內(nèi)因氧化硅而變?yōu)槎氯麪顟B(tài)的現(xiàn)象。
[0010]在本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中，上述原料供給管沿上述分解爐的中心軸筆直地設(shè)置。
[0011]依照上述構(gòu)成，即使在原料供給管的下端開(kāi)口部的內(nèi)面附著有氧化硅，由于原料供給管筆直地設(shè)置，因而通過(guò)在內(nèi)部插入棒狀的物體等，能夠使氧化硅的除去作業(yè)變得容易。
[0012]在本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中，其構(gòu)成可以為，在突出至上述分解爐的外側(cè)的上述原料供給管的上部，分別連接有聚合物供給系和氯化氫供給系，在原料供給管的內(nèi)部，具有第2翅片的攪拌部件設(shè)置成插入狀態(tài)。
[0013]依照上述構(gòu)成，在向反應(yīng)室內(nèi)供給聚合物和氯化氫之前，能夠由原料供給管內(nèi)的第2翅片進(jìn)行混合，能夠高效地進(jìn)行反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)。在此情況下，如果能夠?qū)嚢璨考舷乱苿?dòng)等，那么，即使氧化硅附著在原料供給管的下端開(kāi)口部及分解爐的內(nèi)底部上，通過(guò)使攪拌部件上下移動(dòng)等，能夠使氧化硅破裂，能夠容易地將其取出。
[0014]在本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中，上述氣體導(dǎo)出管設(shè)置成在上述分解爐的外側(cè)在上述原料供給管上部包圍周圍的二重管狀。
[0015]從分解爐導(dǎo)出的反應(yīng)后的氣體成為高溫狀態(tài)。在該高溫氣體的導(dǎo)出管包圍原料供給管的構(gòu)成中，流通于原料供給管內(nèi)的聚合物和氯化氫與流通于導(dǎo)出管內(nèi)的氣體之間進(jìn)行熱交換，能夠在將這些聚合物等導(dǎo)入分解爐內(nèi)之前進(jìn)行預(yù)熱，能夠提高聚合物和氯化氫的反應(yīng)效率。
[0016]在本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中，在上述分解爐內(nèi)，設(shè)有將加壓氣體注入該分解爐內(nèi)的加壓氣體注入管以及排出被該加壓氣體逐出的爐內(nèi)流體的爐內(nèi)流體排出管。
[0017]依照上述構(gòu)成，即使因聚合物中包含的氧化物和氯化氫中的水分的反應(yīng)而生成的氧化硅附著在分解爐內(nèi)，通過(guò)連續(xù)地或間斷地注入加壓氣體，也能夠由加壓氣體逐出附著的氧化硅并清掃內(nèi)部。加壓氣體可以使用惰性氣體和氮?dú)獾取?br> [0018]在本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中，在上述分解爐的內(nèi)底部設(shè)有多個(gè)球狀的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。[0019]氧化硅容易堆積在分解爐的內(nèi)底部，如果通過(guò)從外部插入棒狀的物體等來(lái)使轉(zhuǎn)動(dòng)部件移動(dòng)，那么能夠粉碎氧化硅，能夠使其除去作業(yè)變得容易。
[0020]另外，在本發(fā)明的三氯硅烷制造方法中，將含有高沸點(diǎn)氯硅烷類的聚合物和氯化氫導(dǎo)入分解爐內(nèi)，通過(guò)在高溫下使其反應(yīng)，從而將上述聚合物分解并制造三氯硅烷，其中，該高沸點(diǎn)氯硅烷類在多晶硅制造工藝、三氯硅烷制造工藝或轉(zhuǎn)換工藝中產(chǎn)生。這時(shí)，事先加熱上述分解爐，從該分解爐的上部供給上述聚合物和上述氯化氫，通過(guò)將其預(yù)熱，從而使其氣化并將其引導(dǎo)至上述分解爐內(nèi)的內(nèi)底部。然后，從該內(nèi)底部一邊攪拌上述聚合物和上述氯化氫的混合流體一邊使其在上述分解爐內(nèi)上升并使其進(jìn)行反應(yīng)。
[0021]依照本發(fā)明，由于分解聚合物并制造三氯硅烷，因而例如能夠分解在多晶硅制造工藝和三氯硅烷制造工藝中分離的聚合物并回收三氯硅烷。所以，能夠大幅地減輕加水分解聚合物并廢棄處理的負(fù)擔(dān)，另外，通過(guò)再次利用所回收的三氯硅烷，能夠提高原料的使用效率并降低多晶硅的制造成本。在此情況下，通過(guò)聚合物和氯化氫在原料供給管的外側(cè)的反應(yīng)室與翅片接觸并上升至分解爐的上部，使得熱也從這些翅片傳導(dǎo)且高效地進(jìn)行加熱，并且，能夠在此期間使?fàn)t內(nèi)溫度均勻，能夠進(jìn)行高效率的反應(yīng)。另外，即使因反應(yīng)而生成氧化硅，由于在原料供給管的外側(cè)設(shè)置了反應(yīng)室，因而能夠抑制原料供給管內(nèi)因氧化硅而變?yōu)槎氯麪顟B(tài)的現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是顯示本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的第I實(shí)施例的縱截面圖。
[0023]圖2是圖1的三氯硅烷制造裝置中的相差90°方向的縱截面圖。
[0024]圖3A是顯示使用圖2所示的加壓氣體注入管排出分解爐內(nèi)的氧化硅的示例的配管系統(tǒng)圖。
[0025]圖3B是顯示使用圖2所示的加壓氣體注入管排出分解爐內(nèi)的氧化硅的示例的配管系統(tǒng)圖。
[0026]圖4是顯示具備本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的多晶硅制造工序示例的流程圖。
[0027]圖5是顯示本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的第2實(shí)施例的縱截面圖。
[0028]圖6是顯示本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的第3實(shí)施例的縱截面圖。
[0029]圖7是顯示原料供給管的主視圖，該原料供給管具備用于本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的翅片的變形例。
[0030]圖8是圖7的仰視圖。
[0031]圖9是顯示在圖6的第3實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置中的分解爐內(nèi)設(shè)置了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的示例的主要部分的縱截面圖。
[0032]符號(hào)說(shuō)明
[0033]I 三氯硅烷制造裝置
[0034]2 分解爐
[0035]3 原料供給管
[0036]4 氣體導(dǎo)出管
[0037]5 爐本體[0038]7端板
[0039]8加熱裝置
[0040]11聚合物供給系
[0041]12氯化氫供給系
[0042]13反應(yīng)室
[0043]14翅片
[0044]23加壓氣體注入管
[0045]24爐內(nèi)流體排出管
[0046]41三氯硅烷制造裝置
[0047]42氣體導(dǎo)出管
[0048]43預(yù)熱裝置
[0049]51三氯硅烷制造裝置
[0050]52芯棒
[0051]53第2翅片
[0052]54攪拌部件`
[0053]61翅片
[0054]65轉(zhuǎn)動(dòng)部件
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下，參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置的實(shí)施例。
[0056]圖1~圖3B顯示了第I實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置。該三氯硅烷制造裝置I的構(gòu)成為具備沿上下方向配置的筒狀的分解爐2、從分解爐2的上方沿該分解爐2的中心軸C插入至內(nèi)底部的原料供給管3以及從分解爐2的上端部導(dǎo)出反應(yīng)氣體的氣體導(dǎo)出管4。
[0057]分解爐2由具有形成為有底筒狀的上部法蘭盤5a的爐本體5、通過(guò)螺栓6可裝卸地接合在該爐本體5的上部法蘭盤5a上的端板7以及從爐本體5的周圍加熱內(nèi)部的加熱裝置8構(gòu)成。其中，爐本體5的內(nèi)底面5b為球殼狀的凹面。
[0058]加熱裝置8由包圍爐本體5的外周面的軀干部加熱器8a、覆蓋爐本體5的外底面的底部加熱器8b構(gòu)成。圖1和圖2中，符號(hào)9表示覆蓋作為加熱裝置8的加熱器的外側(cè)的框體。
[0059]原料供給管3形成為直管狀，在分解爐2的端板7上以貫通端板7的狀態(tài)垂直地固定，在突出至分解爐2的上方的基端部(上端部)上分別連接有聚合物供給系11及氯化氫供給系12。另外，該原料供給管3的從端板7至爐本體5內(nèi)的插入長(zhǎng)度被設(shè)定成比爐本體5的深度短一些。在本實(shí)施例中，當(dāng)將端板7固定在爐本體5的上部法蘭盤5a上時(shí)，下端開(kāi)口部3a配置成從爐本體5的內(nèi)底面5b稍微離開(kāi)一些距離。
[0060]另外，插入該分解爐2內(nèi)的部分的原料供給管3的外周面和分解爐2的爐本體的內(nèi)周面之間的筒狀空間為反應(yīng)室13。在面對(duì)該反應(yīng)室13的原料供給管的外周面上固定有翅片14。該翅片14例如配置成沿著原料供給管3的長(zhǎng)度方向的螺旋狀。通過(guò)使翅片14的外周端接近爐本體5的內(nèi)周面，翅片14的外周端和爐本體5的內(nèi)周面之間的間隙設(shè)定得較小，從而設(shè)置成幾乎將反應(yīng)室13的內(nèi)部隔開(kāi)為螺旋狀的空間。[0061]在圖示的示例中，氣體導(dǎo)出管4在端板7上設(shè)有兩根，從而可使聚合物和氯化氫反應(yīng)的氣體一邊在反應(yīng)室13內(nèi)上升一邊將其向分解爐2的外部導(dǎo)出。
[0062]另外，如圖2所示，在從端板7突出至上方的原料供給管3的途中位置，形成有通向該原料供給管3的內(nèi)部的連通口 21，并且，在端板7上也形成有與氣體導(dǎo)出管4不同的通向反應(yīng)室13的連通口 22。在這些連通口 21、22上，分別經(jīng)由分歧管23a、23b、24a、24b而連接有加壓氣體注入管23和爐內(nèi)流體排出管24。加壓氣體注入管23以加壓狀態(tài)將惰性氣體或氮?dú)獾葟娜我粋€(gè)連通口 21、22注入原料供給管3或反應(yīng)室13內(nèi)。在加壓氣體注入管23上，設(shè)有用于將流路切換至原料供給管3或反應(yīng)室13的任一個(gè)的閥25、26。爐內(nèi)流體排出管24用于從原料供給管3或反應(yīng)室13排出爐內(nèi)流體，該爐內(nèi)流體包含因加壓氣體的注入而被逐出的氧化硅。在爐內(nèi)流體排出管24上，設(shè)有用于將流路切換至原料供給管3或反應(yīng)室13的任一個(gè)的閥27、28。而且，爐內(nèi)流體排出管24連接到旋風(fēng)分離器29上。在該旋風(fēng)分離器29中收集的氧化硅在氧化硅處理系30中被處理。
[0063]在分解爐2運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這些加壓氣體注入管23和爐內(nèi)流體排出管24的各閥25~28關(guān)閉，從而，如后所述，其在維護(hù)時(shí)等開(kāi)放，用于分解爐2內(nèi)的清掃。其中，雖然設(shè)置了與圖1所示的氣體導(dǎo)出管4不同的連通口 22，但可以將氣體導(dǎo)出管4兼用作連通口 22。
[0064]接著，利用圖4，說(shuō)明包含該三氯硅烷制造裝置I的多晶硅制造工藝示例。圖示的制造工藝中，使用了使金屬硅(Me-Si)和氯化氫(HCl)反應(yīng)并制造粗TCS的流動(dòng)氯化爐31、對(duì)包含在流動(dòng)氯化爐31中生成的粗TCS的生成氣體進(jìn)行蒸餾的蒸餾塔32、將精制的高純度的TCS與從后續(xù)工藝回收的STC、TCS —起蒸發(fā)并形成原料氣體的蒸發(fā)器33、由從該蒸發(fā)器33供給的原料氣體制造多晶硅的反應(yīng)爐34以及從反應(yīng)爐34的排出氣體分離氯硅烷類的凝結(jié)器35。
[0065]在凝結(jié)器35中液化分離的氯硅烷類被導(dǎo)入由多個(gè)蒸餾塔構(gòu)成的蒸餾系36中，并分階段地蒸餾，使其分別地分配到TCS、STC以及聚合物中?；厥盏腡CS及STC回到蒸發(fā)器33中，作為原料氣體成分被再次利 用。另外，在從凝結(jié)器35抽出的氣體中含有氫和氯化氫等，將這些氫和氯化氫等導(dǎo)入氫回收系37中并將氫分離。被分離的氫回到反應(yīng)爐34中，作為原料氣體成分被再次利用。
[0066]另外，轉(zhuǎn)換爐38使來(lái)自蒸餾系36的STC的一部分與氫(H2)反應(yīng)，轉(zhuǎn)換為三氯硅烷(TCS)。在由氫回收設(shè)備39從該反應(yīng)氣體分離氫后，包含TCS、STC的反應(yīng)氣體回到蒸餾系36中。
[0067]此外，雖然也向蒸發(fā)器33添加STC，以作為多晶硅制造的原料氣體，但有時(shí)候也不添加STC以作為原料氣體。
[0068]在該一連串的制造工藝中，從生成TCS的氣化工序后的蒸懼塔32以及制造多晶娃的反應(yīng)工序和將STC轉(zhuǎn)換為TCS的轉(zhuǎn)換工序后的蒸餾系36的各蒸餾塔的塔底分離出的蒸餾殘留物中分別包含聚合物等。這些聚合物(稱為蒸餾殘留物或高沸點(diǎn)氯硅烷類含有物)由三氯硅烷制造裝置I分解并被轉(zhuǎn)換為三氯硅烷。所得到的三氯硅烷(TCS)例如被供給至流動(dòng)氯化爐31，作為多晶硅制造原料被再次利用。
[0069]接著，說(shuō)明由該三氯硅烷制造裝置I分解聚合物并制造三氯硅烷的方法。
[0070]在氯化工序后的蒸餾塔32或反應(yīng)工序和轉(zhuǎn)換工序后的蒸餾系36中分解的蒸餾殘留物中包含大概20~40質(zhì)量％左右的高沸點(diǎn)氯硅烷類。具體而言，例如上述蒸餾殘留物中包含TCS:約I~3質(zhì)量％、STC:約50~70質(zhì)量％、Si2H2Cl4:約12~20質(zhì)量％、Si2Cl6:約13~22質(zhì)量％以及其他高沸點(diǎn)氯硅烷類:約3~6質(zhì)量％。
[0071 ] 將聚合物與氯化氫一起導(dǎo)入三氯硅烷制造裝置I的分解爐2中。聚合物和氯化氫的量比優(yōu)選為相對(duì)于聚合物整體量通直氯化氫為10~30質(zhì)量％。如果氯化氫的量比多于上述量，則未反應(yīng)的氯化氫增多，因而不優(yōu)選。另一方面，如果聚合物的量多于上述量比，則粉末狀的硅大量地產(chǎn)生，設(shè)備維護(hù)的負(fù)擔(dān)增大，操作效率大幅下降。
[0072]聚合物在450°C以上的高溫下與氯化氫反應(yīng)，轉(zhuǎn)換為三氯硅烷(TCS)。分解爐2內(nèi)的溫度，具體地說(shuō)，反應(yīng)室13的溫度優(yōu)選為450°C以上~700°C以下。如果爐內(nèi)溫度低于4500C，則聚合物的分解進(jìn)行得不充分。如果爐內(nèi)溫度高于700°C，則生成的三氯硅烷與氯化氫反應(yīng)，促進(jìn)生成四氯化硅(STC)的反應(yīng)，存在著TCS的回收效率下降的傾向，因而不優(yōu)選。
[0073]此外，聚合物(高沸點(diǎn)氯硅烷類含有物)是由沸點(diǎn)高于三氯硅烷、四氯化硅的高沸點(diǎn)氯硅烷類，例如四氯乙硅烷(Si2H2Cl4)和六氯乙硅烷(Si2Cl6)等組成。在從該高沸點(diǎn)氯硅烷類向TCS的分解反應(yīng)中，包含由以下的式(i)~(iii)表示的反應(yīng)。
[0074](I)四氯乙硅烷(Si2H2Cl4)的分解反應(yīng)
[0075]Si2H2Cl4+HCl — SiH2Cl2+SiHCl3...(i)
[0076]Si2H2Cl4+2HCl — 2SiHCl3+H2...(ii)
[0077](2)六氯乙硅烷(Si2Cl6)的分解反應(yīng)
[0078]Si2Cl6+HCl — Si HCl3+SiCl4...(iii)
[0079]其中，在該反應(yīng)時(shí)，如果鹽酸中的水分(H2O)與三氯硅烷、四氯化硅反應(yīng)，則析出氧化硅。在以下的式(iv)、(V)中顯示了這時(shí)的反應(yīng)。
[0080]SiHCl3+2H20 — Si02+H2+3HC1...(iv)
[0081]SiCl4+2H20 — Si02+4HC1...(v)
[0082]在由加熱裝置8加熱分解爐2內(nèi)的狀態(tài)下，從聚合物供給系11和氯化氫供給系12分別向原料供給管3供給聚合物和氯化氫。在由過(guò)熱裝置8加熱分解爐2期間，聚合物和氯化氫在原料供給管內(nèi)成為混合流體，從下端開(kāi)口部3a被供給至反應(yīng)室13內(nèi)。在此情況下，原料供給管3在筒狀的爐本體5內(nèi)沿著爐本體5的長(zhǎng)度方向配置，并且，與原料供給管3的外周面成為一體的翅片14接近爐本體5的內(nèi)周面。因此，來(lái)自爐本體5的外側(cè)的加熱裝置8的熱經(jīng)由原料供給管3的周圍的反應(yīng)室13和翅片14傳導(dǎo)，由該熱來(lái)預(yù)熱內(nèi)部的混合流體，該混合流體的大部分蒸發(fā)且氣化。將該混合流體從原料供給管3的下端開(kāi)口部3a導(dǎo)入反應(yīng)室13內(nèi)。
[0083]然后，被導(dǎo)入反應(yīng)室13內(nèi)的混合流體成為上升流，在反應(yīng)室13內(nèi)從下方流向上方。在該反應(yīng)室13內(nèi)，翅片14配置成從原料供給管3突出，混合流體一邊被該翅片14的背面引導(dǎo)一邊上升。由于該翅片14形成為螺旋狀且配置成將反應(yīng)室13內(nèi)的空間隔開(kāi)成螺旋狀，因而混合流體成為沿著翅片14的螺旋流，一邊攪拌一邊上升。這時(shí)，混合流體從爐本體5的內(nèi)周面、翅片14的表面等接受熱并被加熱，促進(jìn)了反應(yīng)，成為三氯硅烷并從氣體導(dǎo)出管4被導(dǎo)出至外部。
[0084]在包含從該氣體導(dǎo)出管4導(dǎo)出的三氯硅烷的生成氣體中殘留有氯化氫，因此為了在氯化反應(yīng)中利用該氯化氫，就這樣將生成氣體導(dǎo)入多晶硅制造工序的流動(dòng)氯化爐31中(參照?qǐng)D4)。或者，包含三氯硅烷的生成氣體被凝結(jié)且該凝結(jié)液被導(dǎo)入氯化工序后的蒸餾塔32中，從而在多晶娃制造工序中被再次利用。
[0085]在該三氯硅烷制造裝置I中，由直管狀的原料供給管3將聚合物和氯化氫引導(dǎo)至分解爐2的內(nèi)底部，并從該內(nèi)底部導(dǎo)入原料供給管3的周圍的反應(yīng)室13內(nèi)。在該反應(yīng)室13中，如圖1的虛線箭頭所示，聚合物和氯化氫的混合流體一邊與翅片14接觸，一邊在原料供給管3的周圍以螺旋狀移動(dòng)并上升至上部，在該期間被加熱裝置8加熱并從爐本體5的內(nèi)周面及翅片14的表面接受熱。另外，該反應(yīng)室13因翅片14而形成為螺旋狀，因而與上下方向的長(zhǎng)度相比，在螺旋方向上成為更長(zhǎng)的流路，所以反應(yīng)室13內(nèi)的溫度分布更均勻，能夠進(jìn)行聞效率的反應(yīng)。
[0086]另外，由于原料供給管3形成為直管狀，快速地將聚合物和氯化氫引導(dǎo)至分解爐2的內(nèi)底部，因而抑制了這些聚合物和氯化氫在原料供給管3內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。所以，伴隨著反應(yīng)而生成的氧化硅附著在原料供給管3的內(nèi)面上的情況變少，能夠抑制原料供給管3內(nèi)因氧化硅而成為堵塞狀態(tài)的現(xiàn)象。[0087]另外，通過(guò)像這樣制造三氯硅烷，從而在爐本體5內(nèi)的內(nèi)底部如圖2的點(diǎn)劃線所示地堆積氧化硅S的情況下，停止分解爐2的運(yùn)轉(zhuǎn)，從加壓氣體注入管23注入惰性氣體等的加壓氣體。當(dāng)注入加壓氣體時(shí)，該加壓氣體的壓力使內(nèi)底部的氧化硅S的堆積物破裂、粉碎并向上飄起，能夠?qū)⒀趸鑃與爐內(nèi)流體一起從爐內(nèi)流體排出管24排出至外部。
[0088]利用圖3A及圖3B說(shuō)明該氧化硅排出方法，如圖3A所示，操作各閥25~28的開(kāi)閉。首先，打開(kāi)閥26、28，關(guān)閉其它閥25、27，形成使加壓氣體注入管23與原料供給管3的連通口 21連通的狀態(tài)，并且，形成使?fàn)t內(nèi)流體排出管24與反應(yīng)室13的連通口 22連通的狀態(tài)(圖中，涂黑的閥為關(guān)閉狀態(tài)，留白的閥為開(kāi)放狀態(tài))。然后，如圖3A的虛線箭頭所示，經(jīng)由分歧管23b將加壓氣體從原料供給管3注入分解爐2內(nèi)，使內(nèi)底部的氧化硅破裂并向上飄起，從反應(yīng)室13經(jīng)由爐內(nèi)流體排出管24排出至旋風(fēng)分離器29。經(jīng)過(guò)給定時(shí)間后，如圖3B所示，切換閥25~28的開(kāi)閉，與圖3A的情況相反，從爐內(nèi)流體排出管24向反應(yīng)室13注入壓力氣體，并從原料供給管3排出。通過(guò)反復(fù)交替進(jìn)行這些，從而清掃分解爐2的內(nèi)部。在此情況下，可以不切換圖3A所示的狀態(tài)和圖3B所示的狀態(tài)，僅以其中的任意一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行清掃。
[0089]排出的氧化硅由旋風(fēng)分離器29收集，并被送至處理系30。此外，即使在原料供給管3的下端開(kāi)口部3a內(nèi)附著一些氧化硅，也能夠通過(guò)上述的操作來(lái)將其除去，由于原料供給管為直管狀，因而例如通過(guò)從上方插入棒狀的物體等，也能夠容易地使氧化硅脫落。
[0090]圖5顯示了本發(fā)明的第2實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置。
[0091]第I實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置1，在分解爐2的端板7上連接有2根氣體導(dǎo)出管
4。在第2實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置41中，氣體導(dǎo)出管42形成為比原料供給管3直徑更大的筒狀，使其設(shè)置為在突出至分解爐2的上方的部分包圍原料供給管3，從而使原料供給管3和氣體導(dǎo)出管42配置成二重管狀。而且，該二重管部分在分解爐2的上方延伸為給定長(zhǎng)度，在該二重管部分進(jìn)行通過(guò)原料供給管3內(nèi)的原料流體和通過(guò)氣體導(dǎo)出管42內(nèi)的反應(yīng)氣體的熱交換。即，該二重管部分成為原料流體的預(yù)熱裝置43。其他的構(gòu)成與第I實(shí)施例的構(gòu)成相同，對(duì)共同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)并省略說(shuō)明。
[0092]在如此地構(gòu)成的三氯硅烷制造裝置41中，被導(dǎo)入原料供給管3內(nèi)的聚合物和氯化氫在預(yù)熱裝置43的部分中由從分解爐2內(nèi)導(dǎo)出的反應(yīng)氣體的熱進(jìn)行加熱，使其蒸發(fā)并氣化。該氣體狀的混合流體從原料供給管3的下端開(kāi)口部3a被導(dǎo)入反應(yīng)室13內(nèi)，因而能夠高效地進(jìn)行反應(yīng)室13中的反應(yīng)。
[0093]圖6顯示了本發(fā)明的第3實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置。
[0094]該三氯硅烷制造裝置51的構(gòu)成為，在原料供給管3的內(nèi)部設(shè)有通過(guò)在芯棒52的周圍固定第2翅片53而構(gòu)成的攪拌部件54。在此情況下，在原料供給管3中形成有與第2實(shí)施例相同的預(yù)熱裝置43，攪拌部件54形成為從該預(yù)熱裝置43的部分向下到達(dá)至爐本體5的內(nèi)底面附近的長(zhǎng)度，成為前端部從原料供給管3的下端開(kāi)口部3a突出的狀態(tài)。
[0095]在此情況下，攪拌部件54的上端被支撐在原料供給管3的壁上，通過(guò)解除該上端的支撐，能夠使得攪拌部件54上下移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。其他構(gòu)成與第I實(shí)施例的構(gòu)成相同，對(duì)共同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)并省略說(shuō)明。
[0096]在該三氯硅烷制造裝置51中，由聚合物供給系11和氯化氫供給系12分別將原料供給至原料供給管3中，在原料供給管3內(nèi)進(jìn)行混合并導(dǎo)入反應(yīng)室13內(nèi)。原料由設(shè)在原料供給管3內(nèi)的攪拌部件54有效地混合，能夠更加提高從原料供給管3的下端開(kāi)口部3a導(dǎo)入后的反應(yīng)室13內(nèi)的反應(yīng)效率。
[0097]另外，由于攪拌部件54能夠上下移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，因而在維護(hù)時(shí)，通過(guò)上下移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)攪拌部件54，能夠在氧化硅附著在原料供給管3的下端開(kāi)口部3a附近的情況下，可靠地除掉該氧化硅。攪拌部件54還能夠使堆積在爐本體5的內(nèi)底部的氧化硅破裂。所以，能夠高效地從在第I實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置中說(shuō)明的加壓氣體注入管23進(jìn)行因加壓氣體的注入而導(dǎo)致的氧化硅向外部的排出。
[0098]此外，攪拌部件54也可以僅設(shè)在預(yù)熱裝置43的部分上。
[0099]圖7和圖8顯示了本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置中的翅片的變形例。
[0100]該翅片61成為所謂的靜態(tài)混合器的構(gòu)造。即，該翅片61的構(gòu)成為，將方形的板部件一個(gè)個(gè)地逆方向扭轉(zhuǎn)180°而形成的多個(gè)元件62以一個(gè)個(gè)地錯(cuò)開(kāi)90°位相的狀態(tài)交替地設(shè)在縱向方向上。而且，該靜態(tài)混合器構(gòu)造的翅片61通過(guò)一些作用的復(fù)合作用來(lái)對(duì)流體進(jìn)行攪拌混合，這些作用是流體每次通過(guò)一個(gè)元件62就被分割成兩個(gè)的分割作用、使流體沿著元件62的扭轉(zhuǎn)面從中央部向外側(cè)或從外側(cè)向中央部移動(dòng)的混合(或轉(zhuǎn)換)作用以及流體的旋轉(zhuǎn)方向在每一個(gè)元件62上反轉(zhuǎn)并被攪拌的反轉(zhuǎn)作用。
[0101]通過(guò)在原料供給管3的外周面上設(shè)置該靜態(tài)混合器構(gòu)造的翅片61，能夠有效地進(jìn)行反應(yīng)室13內(nèi)的攪拌混合，能夠更加提高反應(yīng)效率。
[0102]此外，對(duì)于該靜態(tài)混合器構(gòu)造的翅片61而言，由于配置在錯(cuò)開(kāi)90°的位置上，因而最低2枚翅片是必要的，但也可以根據(jù)分解爐的容量設(shè)置5~20枚翅片。
[0103]另外，在上述各實(shí)施例的三氯硅烷制造裝置中，如圖9所示，可以在爐本體5的內(nèi)底部上設(shè)置多個(gè)由不銹鋼等形成的球狀的轉(zhuǎn)動(dòng)部件65而構(gòu)成。在該圖9中，以設(shè)置第3實(shí)施例的攪拌部件54的示例進(jìn)行了示范,在此情況下,通過(guò)上下移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌部件54,能
夠使轉(zhuǎn)動(dòng)部件65在爐本體5的內(nèi)底面5b上轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠通過(guò)該轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)可靠地使氧化硅S破裂。[0104]此外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，能夠在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)追加各種變形。
[0105]例如，在上述實(shí)施例中，在原料供給管的外周面上將翅片設(shè)置成固定狀態(tài)，但也可以在與原料供給管之間留出間隙，固定在爐本體的內(nèi)周面上。
[0106]另外，為了使來(lái)自加壓氣體注入管23的注入氣體易于到達(dá)至爐本體5的內(nèi)底面5b，可以在存在于注入方向的翅片14上沿注入方向設(shè)置孔。
[0107]另外，在圖5和圖6的第2、第3實(shí)施例中，可以在預(yù)熱裝置43的部分的原料供給管3的外側(cè)上設(shè)置傳熱用的翅片。
[0108]另外，上述實(shí)施例中，聚合物和氯化氫在原料供給管內(nèi)混合，但也可由二重構(gòu)造的內(nèi)側(cè)管和外側(cè)管構(gòu)成原料供給管，將氯化氫導(dǎo)入該內(nèi)側(cè)管內(nèi)，在內(nèi)側(cè)管和外側(cè)管之間導(dǎo)入聚合物。通過(guò)在原料供給管內(nèi)分開(kāi)地導(dǎo)入聚合物和氯化氫，使得它們的反應(yīng)在被導(dǎo)入反應(yīng)室后發(fā)生，能夠更有效地防止原料供給管內(nèi)被氧化硅堵塞。在此情況下，如果聚合物在與反應(yīng)室相接的外側(cè)管內(nèi)流通，那么，當(dāng)在該原料供給管內(nèi)流通時(shí)，聚合物被加熱且氣化，能夠有效地進(jìn)行反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)。
[0109]而且，上述實(shí)施例中，將用于氧化硅排出的爐內(nèi)流體排出管設(shè)在端板上，但也可以設(shè)在爐本體的底部。
[0110]另外，上述實(shí)施例中，翅片形成為螺旋狀，但可以不僅為這種連續(xù)狀，也可以間斷地配置多個(gè)翅片，另外，也可以包含直線狀、管狀的翅片。例如，可以在分解爐的長(zhǎng)度方向上留出間隔地配置多個(gè)平坦的板狀的翅片，在此情況下，可以以翅片的一部分上下重疊的方式一個(gè)個(gè)地錯(cuò)開(kāi)給定角度而配置。
【權(quán)利要求】
1.一種三氯硅烷制造裝置，其將含有高沸點(diǎn)氯硅烷類的聚合物分解并制造三氯硅烷，其中，所述高沸點(diǎn)氯硅烷類在多晶硅制造工藝、三氯硅烷制造工藝或轉(zhuǎn)換工藝中產(chǎn)生，所述三氯硅烷制造裝置設(shè)有 使所述聚合物和氯化氫在高溫下反應(yīng)并生成三氯硅烷的分解爐、 加熱所述分解爐的內(nèi)部的加熱裝置、 沿所述分解爐的上下方向?qū)⑺鼍酆衔锖退雎然瘹湟龑?dǎo)至內(nèi)底部并使其從下端開(kāi)口部供給至分解爐內(nèi)的原料供給管、 在所述原料供給管的外周面和所述分解爐的內(nèi)周面之間形成的反應(yīng)室、 以及從所述反應(yīng)室的上部導(dǎo)出反應(yīng)氣體的氣體導(dǎo)出管， 在所述原料供給管的外周面或所述分解爐的內(nèi)周面的至少一者上一體地形成有翅片，所述翅片一邊混合從所述原料供給管的下端開(kāi)口部供給的所述聚合物和所述氯化氫一邊引導(dǎo)所述聚合物和所述氯化氫上升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于，所述原料供給管沿所述分解爐的中心軸筆直地設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于，在突出至所述分解爐的外側(cè)的所述原料供給管的上部分別連接有聚合物供給系和氯化氫供給系，在原料供給管的內(nèi)部，具有第2翅片的攪拌部件設(shè)置成插入狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于，所述氣體導(dǎo)出管設(shè)置成在所述分解爐的外側(cè)包圍所述原料供給管的周圍的二重管狀。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)`所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于，在所述分解爐內(nèi)，設(shè)有將加壓氣體注入所述分解爐內(nèi)的加壓氣體注入管以及排出被所述加壓氣體逐出的爐內(nèi)流體的爐內(nèi)流體排出管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于，在所述分解爐的內(nèi)底部設(shè)有多個(gè)球狀的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。
7.一種三氯硅烷制造方法，其將含有高沸點(diǎn)氯硅烷類的聚合物和氯化氫導(dǎo)入分解爐內(nèi)，通過(guò)在高溫下使其反應(yīng)，從而將所述聚合物分解并制造三氯硅烷，其中，所述高沸點(diǎn)氯硅烷類在多晶硅制造工藝、三氯硅烷制造工藝或轉(zhuǎn)換工藝中產(chǎn)生，在所述三氯硅烷制造方法中， 事先加熱所述分解爐，從所述分解爐的上部供給所述聚合物和所述氯化氫，通過(guò)將所述聚合物和所述氯化氫預(yù)熱，從而使所述聚合物和所述氯化氫氣化并將其引導(dǎo)至所述分解爐的內(nèi)底部，從所述內(nèi)底部一邊攪拌所述聚合物和所述氯化氫的混合流體一邊使其在所述分解爐內(nèi)上升并進(jìn)行反應(yīng)。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK103496704SQ201310302831
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2008年8月5日
【發(fā)明者】石井敏由記, 駒井榮治, 佐藤春美 申請(qǐng)人:三菱麻鐵里亞爾株式會(huì)社