專(zhuān)利名稱(chēng)：三氯硅烷制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將四氯化硅轉(zhuǎn)換成三氯硅烷的三氯硅烷制造裝置。
背景技術(shù)：
作為用于制造硅(Si 硅)的原料所使用的三氯硅烷(SiHCl3)能夠通過(guò)使四氯化 硅(SiCl4 四氯化硅)和氫氣反應(yīng)并轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行制造。S卩，硅通過(guò)基于以下反應(yīng)式(1) (2)的三氯硅烷的還原反應(yīng)和熱解反應(yīng)生成。三氯 硅烷通過(guò)基于以下反應(yīng)式(3)的轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成。SiHCl3+H2 — Si+3HC1... (1)4SiHCl3 — Si+3SiC14+2H2 …U)SiCl4+H2 — SiHCl3+HCl... (3)作為制造三氯硅烷的裝置，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2中提出有如下反應(yīng)容器，即反應(yīng) 室成為具有由同心配置的2個(gè)管形成的外室和內(nèi)室的二重室設(shè)計(jì)，且在該反應(yīng)室的外側(cè)周 圍配置發(fā)熱體的反應(yīng)容器。在該反應(yīng)容器中，由碳等形成的發(fā)熱體通過(guò)通電發(fā)熱而從外側(cè) 對(duì)反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行加熱，從而使反應(yīng)室內(nèi)的氣體反應(yīng)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)有，多條管狀加熱器配置于反應(yīng)室內(nèi)且氣體在反應(yīng)室內(nèi)及加 熱器內(nèi)直接加熱的構(gòu)造的裝置。像這樣的反應(yīng)室中期望反應(yīng)室內(nèi)的溫度分布要均勻。例如專(zhuān)利文獻(xiàn)4中提出有如 下加熱器，即為了有效加熱溫度容易變低的反應(yīng)室的下部，在發(fā)熱部的中途形成階梯差，下 部中的截面積小，從而電阻值大且發(fā)熱溫度高的加熱器。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本專(zhuān)利第3781439號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本專(zhuān)利公開(kāi)2004-262753號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本專(zhuān)利公告昭60-49021號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 日本專(zhuān)利公開(kāi)2007-3129號(hào)公報(bào)在三氯硅烷的制造裝置中要求以高的熱效率加熱反應(yīng)室內(nèi)的同時(shí)，原料氣體被均 勻地加熱。但是，若是專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2記載的構(gòu)造，則有通過(guò)配置于反應(yīng)室外部的發(fā)熱體加熱 反應(yīng)室內(nèi)，但是無(wú)法有效利用從發(fā)熱體發(fā)射至半徑方向外方的輻射熱而熱效率低的問(wèn)題
點(diǎn)ο就專(zhuān)利文獻(xiàn)3記載的構(gòu)造而言，在反應(yīng)室的內(nèi)部設(shè)置有加熱器并能夠高效地利用 加熱器的熱。但是，如果氣體不在反應(yīng)室內(nèi)均勻地流過(guò)且相同地流入各加熱器內(nèi)，則整個(gè)氣 體無(wú)法均勻地加熱，有可能反應(yīng)效率變低。專(zhuān)利文獻(xiàn)4記載的加熱器，通過(guò)使加熱器的下部的截面積小于上部而使下部的輸 出密度上升。但是，若想使輸出密度在上下部較大地變化，則必須使下部的截面積明顯小于 上部，變得難以支承上部的重量，加熱器的強(qiáng)度有可能產(chǎn)生問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前述課題而完成的，其目的在于，提供一種能夠均勻地且以高的熱 效率加熱反應(yīng)室內(nèi)的原料氣體的同時(shí)，在不損失熱效率的情況下謀求裝置的大型化，并能 夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)的三氯硅烷制造裝置。本發(fā)明的由包含四氯化硅和氫氣的原料氣體制造三氯硅烷的裝置，具備大致筒 狀的反應(yīng)室，自下方被供給所述原料氣體而生成包含三氯硅烷和氯化氫等的反應(yīng)氣體；多 個(gè)加熱器，設(shè)置于所述反應(yīng)室內(nèi)并加熱所述原料氣體；及多個(gè)電極，連接于這些加熱器的下 端且固定于所述反應(yīng)室的底板，各所述加熱器具有一對(duì)非發(fā)熱部，固定于一對(duì)所述電極； 及發(fā)熱部，安裝于這些非發(fā)熱部并被供給電力進(jìn)行發(fā)熱，所述發(fā)熱部具備第1發(fā)熱體，為 板狀且從各所述非發(fā)熱部向上方延伸并連接所述一對(duì)非發(fā)熱部之間；第2發(fā)熱體，為板狀 且高度低于該第1發(fā)熱體，從所述非發(fā)熱部向上方延伸并連接所述一對(duì)非發(fā)熱部之間。根據(jù)該三氯硅烷制造裝置，通過(guò)將加熱器設(shè)置于反應(yīng)室中，加熱器的熱直接傳至 在其周?chē)魍ǖ脑蠚怏w，因此能夠以高的熱效率加熱原料氣體。而且，由于在反應(yīng)室內(nèi)設(shè) 置加熱器，因此即便使反應(yīng)室大型化，也能夠在其必要處設(shè)置加熱器，而不會(huì)損失熱效率。而且，根據(jù)該三氯硅烷制造裝置，通過(guò)加熱器的發(fā)熱部具備板狀的第1發(fā)熱體及 第2發(fā)熱體，在發(fā)熱部的下部中發(fā)熱體的條數(shù)成為上部的2倍，因此即使根據(jù)發(fā)熱體的截面 積使輸出密度不產(chǎn)生變化，也能夠使發(fā)熱部的下部中的發(fā)熱量變大。而且，在一個(gè)加熱器 中，通過(guò)非發(fā)熱部具備有2個(gè)發(fā)熱體，因此在空間較小的反應(yīng)室下部容易緊密立設(shè)發(fā)熱部。在該三氯硅烷制造裝置中，所述第1發(fā)熱體和所述第2發(fā)熱體可以具有各不相同 的截面積。通過(guò)任意設(shè)定各截面積容易設(shè)定加熱器的上部及下部中的輸出比例。根據(jù)本發(fā)明所涉及的三氯硅烷制造裝置，通過(guò)在反應(yīng)室中設(shè)置加熱器，能夠?qū)⒓?熱器的熱直接傳至原料氣體，以高的熱效率加熱原料氣體，從而進(jìn)一步提高向三氯硅烷的 轉(zhuǎn)換率。并且，即便使反應(yīng)室大型化，也能夠在必要處設(shè)置加熱器，在不損失熱效率的情況 下謀求裝置的大型化，并能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)。而且，通過(guò)由2條板狀的發(fā)熱體形成加熱器的發(fā)熱部，可無(wú)需降低加熱器的強(qiáng)度 而增大加熱器下部中的發(fā)熱量，并能夠使溫度難以上升的反應(yīng)室的下部的溫度有效地上 升，得到高的反應(yīng)效率。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的三氯硅烷制造裝置的一實(shí)施方式的縱截面圖。圖2是沿圖1中的A-A線的截面圖。圖3是表示圖1所示的三氯硅烷制造裝置中的加熱器的發(fā)熱部的側(cè)視圖。圖4是表示以往的三氯硅烷制造裝置中的加熱器的發(fā)熱部的側(cè)視圖。圖5是表示本發(fā)明所涉及的三氯硅烷制造裝置的第2實(shí)施方式的縱截面圖。圖6是沿圖5中的B-B線的截面圖。圖7是本發(fā)明所涉及的三氯硅烷制造裝置的第3實(shí)施方式的縱截面圖。符號(hào)說(shuō)明10-反應(yīng)容器，11-壁體，Ila-圓筒狀流道，lib-氣體導(dǎo)入流道，Ilc-環(huán)狀流道， IlA-內(nèi)側(cè)壁體，IlB-外側(cè)壁體，12-頂板，13-底板，14-原料氣體供給管，15-氣體導(dǎo)出管，20-加熱器，21-發(fā)熱部，21A-第1發(fā)熱體，21B-第2發(fā)熱體，22-非發(fā)熱部，23-電極， 30-絕熱容器，40-分散板，40a-分散流道，50-加熱器，51-發(fā)熱部，52-非發(fā)熱部，53-電極， 100-三氯硅烷制造裝置，101-反應(yīng)室。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明所涉及的三氯硅烷制造裝置的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的三氯硅烷制造裝置100為對(duì)包含四氯化硅和氫氣的原料氣體進(jìn)行 加熱并通過(guò)轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成包含三氯硅烷和氯化氫等的反應(yīng)氣體來(lái)制造三氯硅烷的裝置，如 圖1所示，具備有被供給原料氣體的反應(yīng)容器10、配置于該反應(yīng)容器10中對(duì)原料氣體進(jìn)行 加熱的加熱器20、及連接于這些加熱器20的下端且固定于反應(yīng)容器10的底板13的多個(gè)電 極23。反應(yīng)容器10具備有絕熱容器30，防止由基于加熱器20的熱從反應(yīng)容器10放出引 起的加熱效率的下降。反應(yīng)容器10具備有大致筒狀的壁體11、關(guān)閉該壁體11的上端的頂板12、及關(guān)閉 壁體11的下端的底板13。壁體11具備有分別設(shè)計(jì)成同心狀的大致筒狀的內(nèi)側(cè)壁體IlA和外側(cè)壁體11B。在 這些內(nèi)側(cè)壁體IlA和外側(cè)壁體IlB之間形成有圓筒狀的空間(圓筒狀流道Ila)。外側(cè)壁體 IlB的下端部連接于底板13而被堵塞，另一方面，內(nèi)側(cè)壁體IlA配置成下端部離開(kāi)底板13。 因此，在內(nèi)側(cè)壁體IlA的下端部形成有開(kāi)口的環(huán)狀的氣體導(dǎo)入流道11b，使圓筒狀流道Ila 和內(nèi)側(cè)壁體IlA的內(nèi)部空間連通。在該壁體11中，設(shè)置有連接于圓筒狀流道Ila的上部的環(huán)狀流道11c。而且，在該 環(huán)狀流道Ilc的上部連接有原料氣體供給管14。另外，連接有將反應(yīng)氣體導(dǎo)出至裝置外的 氣體導(dǎo)出管15以貫穿關(guān)閉壁體11的上端的頂板12的中央。反應(yīng)容器10的底板13連接于外側(cè)壁體IlB的下端來(lái)關(guān)閉壁體11的下端的同時(shí)， 將多個(gè)加熱器20立設(shè)保持成以同心狀多重描繪圓而排列。而且，反應(yīng)容器10的頂板12連 接于壁體11的內(nèi)側(cè)壁體IlA及外側(cè)壁體IlB的上端來(lái)關(guān)閉壁體11的上端。由該頂板12、 壁體11 (內(nèi)側(cè)壁體11A)及底板13包圍而立設(shè)多個(gè)加熱器20的空間為該三氯硅烷制造裝 置100中的反應(yīng)室101。在該反應(yīng)室101內(nèi)加熱原料氣體的多個(gè)(本實(shí)施方式中為20個(gè))加熱器20分別 具有固定于一對(duì)電極23的一對(duì)非發(fā)熱部22、及安裝于這些非發(fā)熱部22且被供給電力來(lái)電 阻發(fā)熱的大致板狀的發(fā)熱部21，如圖2所示，排列成描繪三重的同心圓。如圖3所示，加熱器20的發(fā)熱部21中具備有倒U字型板狀的第1發(fā)熱體21A， 從各非發(fā)熱部22向上方延伸并連接這些非發(fā)熱部22之間；及倒U字型板狀的第2發(fā)熱體 21B，高度低于第1發(fā)熱體21A，且從非發(fā)熱部22向上方延伸并連接一對(duì)非發(fā)熱部22之間。 即，發(fā)熱部21的下部中的發(fā)熱體的條數(shù)多于上部中的發(fā)熱體的條數(shù)。因此，在各加熱器20 中，雙重設(shè)有第1發(fā)熱體21A和第2發(fā)熱體21B的下部中的發(fā)熱量較大，與該下部相比僅設(shè) 有第1發(fā)熱體21A的上部中的發(fā)熱量較小。各電極23支承一對(duì)非發(fā)熱部22，電連接鄰接的加熱器20彼此。因此，多個(gè)(例 如4個(gè))加熱器20串聯(lián)連接。通過(guò)這些串聯(lián)連接的加熱器20被多列(例如5組)并聯(lián)連 接并被供給電力，可以使各發(fā)熱部21電阻發(fā)熱而對(duì)反應(yīng)室101內(nèi)的原料氣體進(jìn)行加熱。另
5外，第1發(fā)熱體21A和第2發(fā)熱體21B為通過(guò)非發(fā)熱部22并聯(lián)連接的電阻。在發(fā)熱部21的基端部(即非發(fā)熱部22的上端部)的高度位置，大致水平地設(shè)有 配置于氣體導(dǎo)入流道lib上方的分散板40。分散板40具有對(duì)應(yīng)于反應(yīng)室101內(nèi)中的各加 熱器20的配置位置的形狀的氣體流通孔40a。反應(yīng)室101通過(guò)如此配置的分散板40隔開(kāi) 收容非發(fā)熱部22且被導(dǎo)入原料氣體的低溫的下部和收容發(fā)熱部21且加熱原料氣體的高溫 的上部。在如以上構(gòu)成的三氯硅烷制造裝置100中，從原料氣體供給管14供給至反應(yīng)容器 10的原料氣體，在充滿(mǎn)于環(huán)狀流道Ilc之后，導(dǎo)入至圓筒狀流道11a，通過(guò)氣體導(dǎo)入流道lib 導(dǎo)入至反應(yīng)室101內(nèi)的下部。導(dǎo)入至反應(yīng)室101的原料氣體例如為400°C 700°C，由于流通阻力充滿(mǎn)于分散板 40的下方，通過(guò)分散流道40a而分散供給至分散板40的上方、通過(guò)加熱器20的發(fā)熱部21 被均勻地加熱。這時(shí)，發(fā)熱部21通過(guò)在下部具備第2發(fā)熱體21B，無(wú)需過(guò)度提高發(fā)熱部21整體的 輸出，即可在加熱初期較強(qiáng)地加熱以比較低溫供給的原料氣體。在反應(yīng)室101的下部加熱 的原料氣體在反應(yīng)室101內(nèi)上升，在反應(yīng)室101的上部通過(guò)第1發(fā)熱體21A被進(jìn)一步加熱。根據(jù)由發(fā)熱部21加熱的原料氣體的轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成的反應(yīng)氣體，例如為800°C 1100°C，通過(guò)氣體導(dǎo)出管15從該三氯硅烷制造裝置100中被取出。如以上說(shuō)明，根據(jù)該三氯硅烷制造裝置100，通過(guò)將加熱器20設(shè)置于反應(yīng)室101 中，加熱器20的熱直接傳至在其周?chē)魍ǖ脑蠚怏w，因此能夠以高的熱效率加熱原料氣 體。而且，由于在反應(yīng)室101內(nèi)設(shè)置加熱器20，因此即便使反應(yīng)容器10大型化，也可以在其 必要處設(shè)置加熱器20，而不會(huì)損失熱效率。由于在反應(yīng)室101的下部供給有比較低溫的原料氣體，因此在發(fā)熱部21的下部中 發(fā)熱體的溫度容易下降，而在進(jìn)行原料氣體的反應(yīng)的上部中發(fā)熱體的溫度難以下降。因此， 如圖4所示的以往的加熱器50中，若想使發(fā)熱體下部的溫度充分上升，則發(fā)熱體上部的溫 度過(guò)度上升而超過(guò)可使用溫度。但是，該加熱器20在發(fā)熱部21的下部除了第1發(fā)熱體21A 之外還具備有第2發(fā)熱體21B，因此下部中的發(fā)熱量高，并可在加熱初期使原料氣體的溫度 迅速上升。而且，在發(fā)熱部21的上部?jī)H具備有第1發(fā)熱體21A，因此在反應(yīng)室101的上部原 料氣體通過(guò)該第1發(fā)熱體21A加熱至預(yù)定溫度。即，根據(jù)該三氯硅烷制造裝置100，不會(huì)使 發(fā)熱部21的發(fā)熱體的輸出過(guò)大而充分獲得下部中的輸出，從而能夠有效地加熱原料氣體。另外，使1個(gè)非發(fā)熱部22 (電極2 支承2個(gè)發(fā)熱體的同時(shí)，這些發(fā)熱體設(shè)置成雙 重倒U字型板狀，因此實(shí)現(xiàn)了空間效率優(yōu)異且配置容易的加熱器20。另外，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方式的構(gòu)成，在細(xì)部構(gòu)成中，在不脫離本發(fā)明宗旨的 范圍內(nèi)可以追加各種變更。例如第1發(fā)熱體21A和第2發(fā)熱體21B可以具有相同的截面積， 但也可以具有各不相同的截面積。將這些發(fā)熱體設(shè)為不同截面積時(shí)，可以將截面設(shè)為矩形 而使寬度或厚度中任意一方或雙方不同，還可以使截面的形狀不同。通過(guò)將第1發(fā)熱體和 第2發(fā)熱體設(shè)成各不相同的截面積，可容易設(shè)定發(fā)熱部21的上部和下部中的加熱器輸出的 比例。另外，加熱原料氣體的加熱器也可以不在反應(yīng)室內(nèi)整體設(shè)置。圖5及圖6中示出 本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的三氯硅烷制造裝置110。在該三氯硅烷制造裝置110中，設(shè)成在容易加熱原料氣體的反應(yīng)室101的中心部不設(shè)置加熱器20及分散流道40a的構(gòu)造，因 此使反應(yīng)室101內(nèi)的溫度分布均勻。另外，在圖5及圖6中，對(duì)與前述的實(shí)施方式共同的部 分，附加同一符號(hào)而省略說(shuō)明。另外，用于有效地加熱反應(yīng)室內(nèi)的下部的第2發(fā)熱體的高度也可以在各加熱器20 中不同。圖7中示出本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的三氯硅烷制造裝置120。該三氯硅烷 制造裝置120中，與在反應(yīng)室101的下部中原料氣體以集中于中心部的方式偏流等，基于分 散板40的原料氣體的分散不充分的情況對(duì)應(yīng)，配合原料氣體的流動(dòng)狀態(tài)使第2發(fā)熱體20B 的高度按每個(gè)加熱器20不同。即，通過(guò)配合原料氣體的偏流，使反應(yīng)室101內(nèi)的各區(qū)域中 的加熱強(qiáng)度不同而均勻地加熱反應(yīng)室101內(nèi)的原料氣體。另外，在本實(shí)施方式中，使第1發(fā) 熱體21A的高度在各加熱器20中相同，但也可以使第1發(fā)熱體21A的高度按每個(gè)加熱器20 中不同。另外，在圖7中，對(duì)與前述的實(shí)施方式共同的部分，附加同一符號(hào)而省略說(shuō)明。(實(shí)施例及比較例)在此，對(duì)本發(fā)明的三氯硅烷制造裝置所涉及的實(shí)施例及比較例進(jìn)行說(shuō)明。作為實(shí) 施例，如圖3所示，使用了具備第1發(fā)熱體2IA及第2發(fā)熱體2IB的加熱器20。另外，作為 比較例，如圖4所示，使用了以往的加熱器50，具備從由電極53支承的2個(gè)非發(fā)熱部52向 上方延伸并連接這些非發(fā)熱部52彼此的單一的發(fā)熱部51的結(jié)構(gòu)。而且，關(guān)于這些各實(shí)施 例及比較例的加熱器，對(duì)發(fā)熱部的各部位中的輸出及比率、與發(fā)熱部的上部和下部中的輸 出及比率進(jìn)行了比較。(實(shí)施例1)首先，關(guān)于圖3所示的加熱器20，將計(jì)算發(fā)熱部21的各部位21a 21f中的輸出 及比率的結(jié)果示于表1。在實(shí)施例1中利用的加熱器20的發(fā)熱部21的各部中的尺寸如同 以下。厚度36mm第1發(fā)熱體的寬度Wl :13mm從非發(fā)熱部22至第1發(fā)熱體的上端的高度Hl :1400mm第2發(fā)熱體的寬度W2 :13mm從非發(fā)熱部22至第2發(fā)熱體的上端的高度H2 :350mm[表 1]
權(quán)利要求
1.一種由包含四氯化硅和氫氣的原料氣體制造三氯硅烷的裝置，其特征在于，具備 大致筒狀的反應(yīng)室，自下方被供給所述原料氣體而生成包含三氯硅烷和氯化氫等的反應(yīng)氣體；多個(gè)加熱器，設(shè)置于所述反應(yīng)室內(nèi)并加熱所述原料氣體；及多個(gè)電極，連接于這些 加熱器的下端且固定于所述反應(yīng)室的底板，各所述加熱器具有一對(duì)非發(fā)熱部，固定于一對(duì)所述電極；及發(fā)熱部，安裝于這些非發(fā) 熱部并被供給電力進(jìn)行發(fā)熱，所述發(fā)熱部具備第1發(fā)熱體，為板狀且從各所述非發(fā)熱部向上方延伸并連接所述一 對(duì)非發(fā)熱部之間；第2發(fā)熱體，為板狀且高度低于該第1發(fā)熱體，從各所述非發(fā)熱部向上方 延伸并連接所述一對(duì)非發(fā)熱部之間。
2.如權(quán)利要求1所述的三氯硅烷制造裝置，其特征在于， 所述第1發(fā)熱體和所述第2發(fā)熱體具有各不相同的截面積。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三氯硅烷制造裝置，其能夠使反應(yīng)室內(nèi)的溫度分布均勻并以更高的熱效率加熱供給氣體的同時(shí)，在不損失熱效率的情況下謀求裝置的大型化，并能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)。該三氯硅烷制造裝置具備自下方被供給所述原料氣體而生成反應(yīng)氣體的大致筒狀的反應(yīng)室、設(shè)置于所述反應(yīng)室內(nèi)并加熱所述原料氣體的多個(gè)加熱器、及連接于這些加熱器的下端且固定于所述反應(yīng)室的底板的多個(gè)電極，其中，各所述加熱器具有固定于一對(duì)所述電極的一對(duì)非發(fā)熱部、及安裝于這些非發(fā)熱部并被供給電力進(jìn)行發(fā)熱的發(fā)熱部，所述發(fā)熱部具備從各所述非發(fā)熱部向上方延伸并連接所述一對(duì)非發(fā)熱部之間的板狀的第1發(fā)熱體、及高度低于該第1發(fā)熱體且從所述非發(fā)熱部向上方延伸并連接所述一對(duì)非發(fā)熱部之間的板狀的第2發(fā)熱體。
文檔編號(hào)C01B33/107GK102134079SQ201110020020
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者齋木渉, 村上直也 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社