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JPH0479972B2 - - Google Patents
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JPH0479972B2 - - Google Patents

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JPH0479972B2
JPH0479972B2 JP16220887A JP16220887A JPH0479972B2 JP H0479972 B2 JPH0479972 B2 JP H0479972B2 JP 16220887 A JP16220887 A JP 16220887A JP 16220887 A JP16220887 A JP 16220887A JP H0479972 B2 JPH0479972 B2 JP H0479972B2
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JP
Japan
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silicon
particles
target
feed
seed
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JP16220887A
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JPS645903A (en
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Jon Beruku Toomasu
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Ethyl Corp
Original Assignee
Ethyl Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には高純度のシリコンに関し、
詳細には流動床被覆装置において、種(seeds)
として用いることのできる小さいケイ素粒子の製
造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention generally relates to high purity silicon;
In detail, in fluidized bed coating equipment, seeds
The present invention relates to the production of small silicon particles that can be used as

種を不活性ガス流によつて容器から第2の容器
中のターゲツトへ進ませる方法は提唱されてき
た。この提唱はターゲツトが、有意量の種粒子
(seed particles)が発生する前に、劣化するの
で不適当である。ターゲツトの完全性およびケイ
素供給粒子(silicon feed particles)並びに種粒
子の純度を維持する適切な方法は提案されたこと
がなかつた。また、種粒子を、砕けてない供給粒
子および種として利用するには小さすぎる粉末と
から分離する方法を提供することがしばしば必要
である。
Methods have been proposed to advance the species from a container to a target in a second container by means of a stream of inert gas. This proposal is inadequate because the target degrades before significant amounts of seed particles are generated. No suitable method of maintaining target integrity and purity of silicon feed particles and seed particles has ever been proposed. It is also often necessary to provide a method for separating seed particles from unbroken feed particles and powders that are too small to be utilized as seeds.

本発明は粒動床式化学気相反応法(CVD法)
において種として用いるのに適し、かつその他の
種粒子用途に適したケイ素粒子の製造を目的とし
ている。本発明によれば、種は、銃−ターゲツト
装置および方法により得るもので、ケイ素供給粒
子をターゲツト室内のケイ素ターゲツトへ加速し
て推進し、該供給粒子を破砕あるいは分裂させて
種粒子とし、該種粒子を取り出して利用に供す
る。また、本発明によれば、ケイ素ターゲツトは
可動であり、それを断続的に動かして接近する供
給粒子流がターゲツトの異なる部分に衝突する。
The present invention is a granular bed chemical vapor phase reaction method (CVD method).
The aim is to produce silicon particles suitable for use as seeds in the field of manufacturing and other seed particle applications. In accordance with the present invention, seeds are obtained by a gun-target apparatus and method in which silicon feed particles are accelerated and propelled toward a silicon target within a target chamber, the feed particles are crushed or fragmented into seed particles, and Seed particles are extracted and used. Also, in accordance with the present invention, the silicon target is movable and is moved intermittently so that approaching streams of feed particles impinge on different portions of the target.

図面は、ターゲツト室内で可動のケイ素ターゲ
ツトにケイ素供給粒子を衝突させケイ素種粒子を
作る、好ましい実施態様を図解したものである。
The drawings illustrate a preferred embodiment of impinging silicon feed particles onto a movable silicon target within a target chamber to create silicon seed particles.

本発明によれば、好ましい態様として、ケイ素
種粒子を該ケイ素種粒子より大きいケイ素供給粒
子から製造するための銃−ターゲツト装置が提供
され、該装置は供給粒子分配容器、ターゲツト
室、該ターゲツト室内に設置したケイ素ターゲツ
ト、該ターゲツトを該室内で動かすターゲツト移
動装置、該供給粒子流を該ターゲツトに推進し供
給粒子を分裂させ、また随意的に該ケイ素ターゲ
ツトの一部を分裂させるための供給粒子加速装
置、および種粒子を蓄積する種粒子受容器から成
る。
In accordance with a preferred embodiment of the present invention, there is provided a gun-target apparatus for producing silicon seed particles from silicon feed particles larger than the silicon seed particles, the apparatus comprising a feed particle distribution vessel, a target chamber, a gun-target apparatus for producing silicon seed particles from silicon feed particles that are larger than the silicon seed particles; a silicon target placed in the chamber, a target moving device for moving the target within the chamber, a feed particle stream for propelling the feed particle stream to the target and fragmenting the feed particles, and optionally for fragmenting a portion of the silicon target. It consists of an accelerator and a seed particle receptor that accumulates seed particles.

本発明によれば、他の好ましい態様として、 (a) ケイ素供給粒子を分配するための供給粒子貯
容器、 (b) 該貯容器から分配されるケイ素供給粒子を受
け、該粒子を加速するよう位置しているガスジ
エツト気流に向けられた不活性ガス源から成る
供給粒子加速装置、 (c) 該ケイ素供給粒子が該ターゲツト室へ推進す
るように、該ジエツト気流と流体的に通じてい
るターゲツト室、 (d) 該ターゲツト室へ推進される該ケイ素供給粒
子が該ケイ素ターゲツトに衝突して種粒子に分
裂するように、該ターゲツト室内に配置した可
動のケイ素ターゲツト、 (e) ジエツト気流からの供給粒子がターゲツトの
異なる部分に衝突するように該ターゲツトを動
かす装置、および (f) 該ターゲツトに供給粒子を衝突させて生成す
る該種粒子を蓄積する、該ターゲツト室より下
に配置した種粒子受容器、 から成るケイ素種生成器が提供される。
In accordance with the invention, other preferred embodiments include: (a) a feed particle storage vessel for dispensing silicon feed particles; (b) a feed particle storage vessel for receiving silicon feed particles dispensed from said storage vessel and for accelerating said particles; a feed particle accelerator comprising a source of inert gas directed into a gas jet stream located therein; (c) a target chamber in fluid communication with the jet stream so as to propel the silicon feed particles into the target chamber; (d) a movable silicon target disposed within the target chamber such that the silicon feed particles propelled into the target chamber impinge on the silicon target and fragment into seed particles; (e) supply from a jet stream; (f) a seed particle receiver located below the target chamber for accumulating the seed particles produced by impinging the target with the feed particles; A silicon species generator is provided comprising a container.

本発明によれば更に、ケイ素種粒子生成方法で
あつて、 (a) 300〜2000ミクロンのケイ素供給粒子を供給
粒子容器から十分な速度で動いている不活性ガ
ス流中へ分配して該容器から該供給粒子を加速
し、推進する工程、 (b) 該不活性ガス気流を可動のケイ素ターゲツト
を有するターゲツト室へ向け、該気流に乗つた
供給粒子を該可動ケイ素ターゲツトに衝突さ
せ、かくして該供給粒子を分裂させ、88〜400
ミクロンの種粒子を形成する工程、 (c) 定期的に該ケイ素ターゲツトを動かして、該
気流の供給粒子が該ケイ素ターゲツトの異なる
部分に衝突させる工程、および (d) 該ケイ素種粒子を回収する工程 から成る方法が提供される。
The present invention further provides a method for producing silicon seed particles, comprising: (a) dispensing silicon feed particles from a feed particle vessel into a flow of inert gas moving at a sufficient velocity to form a silicon seed particle in the vessel; (b) directing the inert gas stream to a target chamber having a movable silicon target and causing the stream-borne feed particles to impinge on the movable silicon target, thus Split the feed particles, 88-400
forming micron seed particles; (c) periodically moving the silicon target to cause feed particles of the air stream to impinge on different portions of the silicon target; and (d) collecting the silicon seed particles. A method is provided comprising steps.

本発明によれば、いかなる寸法のケイ素供給粒
子でもケイ素ターゲツトに衝突させて、より小さ
い種粒子を形成させるのに用いることができる。
好ましい本発明の実施態様では、平均径が400ミ
クロンから約2000ミクロンの供給粒子を用いる。
供給粒子は供給粒子容器に送給し、該容器は供給
粒子の分配速度を制御する手段を有していてもよ
い。供給粒子容器の出口をケイ素供給粒子があと
でケイ素ターゲツトへ加速し推進するのに合理的
な分配速度で流れるような寸法とすることができ
る。供給粒子容器は好ましくは石英、炭化ケイ
素、サイアロンあるいはケイ素のごとき、不純物
の混入しない物質で内張りするか、そのような物
質で作る。容器はやや加圧下に保持してもよい
し、窒素ガスのごとき不活性ガスまたはアルゴン
のごとき貴ガスで覆つて保持してもよい。
According to the present invention, silicon supply particles of any size can be used to impinge on a silicon target to form smaller seed particles.
A preferred embodiment of the invention uses feed particles having an average diameter of 400 microns to about 2000 microns.
The feed particles are delivered to a feed particle container, which container may have means for controlling the dispensing rate of the feed particles. The outlet of the feed particle container can be dimensioned to allow silicon feed particles to flow at a reasonable distribution rate for subsequent acceleration and propulsion to a silicon target. The feed particle container is preferably lined with or made of a pure material such as quartz, silicon carbide, sialon or silicon. The container may be maintained under slight pressure or covered with an inert gas such as nitrogen gas or a noble gas such as argon.

一つの実施態様では、ニードルバルブ装置を供
給粒子容器に設置して、供給粒子容器の底の小さ
なオリフイスを断続的にしかも制御可能的に、容
器の底部から容器の頂部を通るニードルで開閉し
てもよい。ニードルバルブは、容器の頂部で密封
したとき、容器の底部の小さいオリフイスを、上
下に動いて開閉し、制御可能的にかつ断続的にケ
イ素供給粒子を容器から分配することもできる。
In one embodiment, a needle valve device is installed in the feed particle container to intermittently and controllably open and close a small orifice in the bottom of the feed particle container with a needle passing from the bottom of the container to the top of the container. Good too. The needle valve, when sealed at the top of the container, can also move up and down to open and close a small orifice in the bottom of the container to controllably and intermittently dispense silicon feed particles from the container.

供給粒子容器全体は保護ケースで囲んでもよ
い。この囲いにはガラスの覗き窓があり、石英の
ごとき透明な物質で底部が作つてあつて供給粒子
容器の底部を見ることができるのが好ましい。こ
のように、ケイ素供給粒子の分配を見て容易に制
御して適切な粒子流速を提供し、供給粒子の送給
を適切に維持することができる。また、好ましく
は、供給粒子は流動ガスを用いて分配し、供給粒
子を供給粒子容器から送給してもよい。本発明の
この態様では、供給粒子容器は好ましくは気密バ
ルブと、不純物を混入させないようにケイ素供給
粒子を分配してケイ素ターゲツトに向けて加速す
る方法を可能とするリポーズバルブ(repose
valve)のアングル(angle)とを装着してある。
リポーズバルブのアングルは供給粒子を分配容器
に供給するのに用いてもよい。
The entire supply particle container may be surrounded by a protective case. The enclosure preferably has a glass viewing window with a bottom made of a transparent material such as quartz to allow viewing of the bottom of the feed particle container. In this way, the distribution of silicon feed particles can be easily controlled visually to provide the appropriate particle flow rate and maintain proper delivery of the feed particles. Also preferably, the feed particles are distributed using a fluidizing gas and the feed particles may be delivered from a feed particle container. In this aspect of the invention, the feed particle container preferably includes a gas-tight valve and a repose valve that allows for a method of distributing and accelerating the silicon feed particles toward the silicon target in a contaminating manner.
The angle of the valve is attached.
The angle of the repose valve may be used to supply feed particles to the dispensing vessel.

ケイ素供給粒子は、ひとたびケイ素供給粒子容
器から分配されると、ケイ素ターゲツトへ向つて
加速する。粒子を加速してケイ素ターゲツトへそ
れらを推進することを完逐する好ましい手段は、
不純物を混入しない管であるいはその他の方法で
供給されて、供給粒子容器から分配される粒子を
受け取るガス流あるいはガスジエツトを用いるこ
とである。好ましくは、窒素のごとき不活性ガス
あるいは貴ガス、好ましくはアルゴンをガス流あ
るいはガスジエツトとして用いてケイ素供給粒子
を加速し推進する。石英あるいはその他の、不純
物の混入を起こさない管でケイ素供給粒子をケイ
素ターゲツトへ推進するガスジエツトを制御する
のが望ましい。ケイ素管が高度に望ましい。
Once the silicon feed particles are dispensed from the silicon feed particle container, they are accelerated towards the silicon target. A preferred means of accelerating particles to eliminate propelling them toward a silicon target is to
The method is to use a gas stream or jet that is supplied in a clean tube or otherwise and receives the particles to be dispensed from a supply particle container. Preferably, an inert gas such as nitrogen or a noble gas, preferably argon, is used as the gas stream or gas jet to accelerate and propel the silicon feed particles. It is desirable to control the gas jet that propels the silicon feed particles to the silicon target with a quartz or other contamination-free tube. Silicon tubing is highly preferred.

ガスジエツトあるいはガス流を流すのに用いる
管あるいはその他の装置は密封的に、推進された
ケイ素供給粒子が衝突するケイ素ターゲツトを含
むケイ素ターゲツトへ接続するのが望ましい。本
発明の全方法および装置はケイ素供給粒子および
それから生成するケイ素種粒子の異物混入を防ぐ
方法で実施してもよいと理解するべきである。粒
子は好ましくは非常に高純度であり、特に電子工
業用ケイ素用途にはそうである。好ましくは、供
給粒子を加速するガス流は高純度ケイ素管で送る
べきである。
The gas jet or tube or other device used to flow the gas stream is preferably connected in a hermetically sealed manner to a silicon target, including a silicon target that is impinged by the propelled silicon feed particles. It should be understood that the entire method and apparatus of the present invention may be practiced in a manner that prevents contamination of the silicon feed particles and the silicon seed particles produced therefrom. The particles are preferably of very high purity, especially for electronic silicon applications. Preferably, the gas stream accelerating the feed particles should be delivered in high purity silicon tubing.

ケイ素ターゲツト室はケイ素あるいは炭化ケイ
素で内張りするか、あるいは石英あるいは他の、
不純物混入を起さない物質で作り、その中へ加速
して入るケイ素供給粒子および供給粒子が分裂し
て生成する種粒子が不純物混入を起こさないよう
にする。種粒子はその後に流動床工程で用いて別
の製品ケイ素粒子を生成してもよい。ケイ素ター
ゲツト室は好ましくは更に保護的な、剛性のある
材料、たとえば鋼で包みこみ、また純粋なケイ素
で内張りするのが望ましい。
The silicon target chamber may be lined with silicon or silicon carbide, or may be lined with quartz or other
It is made of a material that does not cause impurity contamination, so that the silicon supply particles that are accelerated into the silicon supply particles and the seed particles that are generated when the supply particles are split do not cause impurity contamination. The seed particles may then be used in a fluidized bed process to produce additional product silicon particles. The silicon target chamber is preferably further encased in a protective, rigid material, such as steel, and preferably lined with pure silicon.

好ましい実施態様において、ケイ素ターゲツト
室へ向かうガス流あるいはガスジエツトはターゲ
ツト室の上部から排出される。このケイ素ターゲ
ツト室からのガス排出はケイ素種粒子により小さ
いケイ素粒子を乗せて、そのような小さい粒子
(通常「粉塵」と考えられる)をケイ素ターゲツ
ト室から除去し、種粒子および破砕してない供給
粒子から分離するような速度であり、室はそうな
るように設計してもよい。破砕してない供給粒子
およびケイ素ターゲツト室のケイ素ターゲツトか
ら分裂した大きな粒子は供給粒子容器へ再送給し
てもよい。
In a preferred embodiment, the gas flow or jet to the silicon target chamber is exhausted from the top of the target chamber. This gas discharge from the silicon target chamber loads the silicon seed particles with smaller silicon particles, removes such small particles (usually thought of as "dust") from the silicon target chamber, and removes the seed particles and the uncrushed supply. The velocity is such that it separates from the particles, and the chamber may be designed to do so. Unfractured feed particles and large particles fragmented from the silicon target in the silicon target chamber may be redirected to the feed particle container.

生成するケイ素種粒子を蓄積する受容器あるい
は容器はターゲツト室より下側かあるいは生成す
るケイ素種粒子が受容器に向かうような他の位置
に置く。種粒子は流動床あるいはその他の用途用
に蓄積してもよい。
The receiver or vessel in which the formed silicon seed particles are stored is located below the target chamber or at another location such that the formed silicon seed particles are directed toward the receiver. Seed particles may be stored for fluidized bed or other uses.

種粒子はケイ素供給粒子を破砕あるいは分裂す
ること(splitting)により生成してよいと理解す
べきである。それらは、また、ケイ素ターゲツト
室内に置いたケイ素ターゲツトを分裂して、ある
いは孔をあけて(pitting)生成してもよい。
It should be understood that the seed particles may be produced by crushing or splitting the silicon supply particles. They may also be produced by splitting or pitting a silicon target placed within a silicon target chamber.

種粒子の或るものは、或る供給粒子より大きい
ことがあるが平均の供給粒子はより大きい容積と
より大きい平均直径であることも認識するべきで
ある。種粒子と供給粒子の寸法範囲の重複は、分
離技術が100%効率ではないと予測される。かく
して、小部分の供給粒子は「小さい」(300〜400
ミクロン)ことがあり得るのに対し、製品として
得られる種粒子の小部分は「大きい」(これもま
た300〜400ミクロン)ことがある。
It should also be recognized that while some of the seed particles may be larger than some feed particles, the average feed particle has a larger volume and a larger average diameter. Overlapping size ranges of seed particles and feed particles predict that the separation technique will not be 100% efficient. Thus, a small fraction of the feed particles are "small" (300-400
A small fraction of the seed particles obtained as a product may be "large" (also 300-400 microns).

本発明によれば、ケイ素ターゲツトはターゲツ
ト室内で、好ましくは室外の手段により、可動で
ある。ケイ素ターゲツトを動かす方法の好ましい
態様は以下の説明および図面に示す。ターゲツト
を動かす他の方法は、ケイ素ターゲツトが摩耗し
たとき、他の新しいケイ素ターゲツトが供給粒子
の衝突に利用できるように、ガスジエツトの飛来
方向に向けて連続的に押し出すことのできる、比
較的もろく長いケイ素ターゲツトを設けることで
ある。しかし、この方法では、ターゲツトの孔の
あいた面を定期的に切り取り新しいターゲツト面
を出さなければならない。ケイ素ターゲツトは、
好ましくは、ターゲツト室外にのびる棒あるいは
他の手段に接続している一方、ケイ素を室内に取
り付けてある磁性材料に接着して、ターゲツトを
磁性材料で回転あるいは動かすこともできる。
According to the invention, the silicon target is movable within the target chamber, preferably by means outside the chamber. A preferred embodiment of the method for moving a silicon target is shown in the following description and drawings. Another method of moving the target is to use a relatively brittle, long target that can be continuously pushed in the direction of the gas jet so that when the silicon target wears out, other new silicon targets are available for bombardment with the feed particles. The first step is to provide a silicon target. However, this method requires that the perforated surface of the target be periodically cut away to expose a new target surface. The silicon target is
Preferably, the target is connected to a rod or other means extending outside the chamber, while the silicon can also be glued to a magnetic material mounted inside the chamber so that the target can be rotated or moved by the magnetic material.

次の説明を図面との関連において読むことによ
り、より良い本発明の理解が得られるであろう。
A better understanding of the invention will be gained by reading the following description in conjunction with the drawings.

図面に関連し、ケイ素供給粒子容器装置10を
説明する。装置10は、好ましくは石英のごとき
不純物を混入しない材料で作つた供給粒子石英供
給びん12を含む。ここに述べる特別な装置に関
しては、石英供給びん12は、底部の12mmの外径
の管15へ直接取り付けた、下側の、より小さ
い、54mmの外径の首部13のある、95mmの外径の
びんでよい。石英供給びん12は、石英供給びん
12からケイ素供給粒子を分配するのを見るため
の、覗き窓ガラス18を組み付ける覗き窓ガラス
部分16を成形した、直径4インチの3/16ステン
レス鋼殻14で、かこまれている。ニードルバル
ブ装置20は石英びん12の頂部からオリフイス
のあるそれの底部へ密封的に配置してよく、ニー
ドルバルブ20の傾斜のある先端22は密封的に
オリフイスに合わせてあり、ニードルバルブが下
側の位置にある時にはケイ素供給粒子は石英供給
びん12から分配されない。したがつて、ニード
ルバルブをすこし上に持ち上げる操作によりケイ
素供給粒子を石英管12の底部から飛来するガス
ジエツト中へ分配できる。ニードルバルブ装置は
随意であり、適切な寸法としたオリフイスは容易
に粒子を分配するために十分であるのでなくても
よい。ケイ素供給粒子容器装置12全体を窒素あ
るいは他の不活性ガスで覆つて保持してよい。
With reference to the drawings, a silicon feed particle container apparatus 10 will be described. Apparatus 10 includes a feed particle quartz supply bottle 12 preferably made of a non-contaminated material such as quartz. For the particular device described here, the quartz supply bottle 12 has a 95 mm outside diameter with a lower, smaller, 54 mm outside diameter neck 13 attached directly to a bottom 12 mm outside diameter tube 15. You can drink it in a bottle. The quartz supply bottle 12 has a 4 inch diameter 3/16 stainless steel shell 14 molded with a sight glass portion 16 that mounts a sight glass 18 for viewing the dispensing of silicon supply particles from the quartz supply bottle 12. , is surrounded. The needle valve device 20 may be sealingly placed from the top of the quartz bottle 12 to the bottom of it where the orifice is located, with the beveled tip 22 of the needle valve 20 sealingly aligned with the orifice and with the needle valve on the bottom side. When in position , no silicon feed particles are dispensed from the quartz feed bottle 12. Therefore, by slightly lifting the needle valve, the silicon feed particles can be distributed into the gas jet coming from the bottom of the quartz tube 12. A needle valve device is optional and may be omitted as a suitably sized orifice is sufficient to easily dispense the particles. The entire silicon feed particle container apparatus 12 may be kept under nitrogen or other inert gas.

ガス流あるいはガスジエツトは加圧してある給
源24から0.03ミクロンのフイルタおよびメータ
26を通して供給し、3/8インチのステンレス鋼
管27から、更にまたステンレス鋼管30で包み
込んだ、石英あるいは好ましくはケイ素粒子の管
28へ供給される。管28は内径8mm、外径12mm
および長さ約183/16インチである。下流端から約 171/16インチのところに、供給びん12の底部管 15に対応する孔がある。管の長さはターゲツト
に粒子が衝突して破砕する結果となる粒子速度を
与えるのに適切でなければならない。石英供給び
ん12と石英管28の間の流体接続は、供給びん
12が乗つている管28を支えるケイ素支持体3
3で支持てよい。支持体33は上側半分を「U」
字型の鞍部に削り取つた、外径1インチの単結晶
ケイ素管で、内径は1/2インチである。管27の
出口端は、外径1インチ、上流の内径3/8インチ、
および下流の外径1/2インチを有するポリテトラ
フルオロエチレン同心片32によつて支持され、
粒子ジエツトを支持しかつステンレス鋼管27と
石英管28の同心を確保している。
The gas stream or jet is supplied from a pressurized source 24 through a 0.03 micron filter and meter 26 and from 3/8 inch stainless steel tubing 27 and then wrapped in stainless steel tubing 30 of quartz or preferably silicon particles. 28. Pipe 28 has an inner diameter of 8 mm and an outer diameter of 12 mm.
and approximately 183/16 inches long. Approximately 171/16 inches from the downstream end is a hole corresponding to the bottom tube 15 of the supply bottle 12. The length of the tube must be adequate to provide particle velocities that will result in particle impact and fragmentation of the target. The fluid connection between the quartz supply bottle 12 and the quartz tube 28 is provided by a silicon support 3 that supports the tube 28 on which the supply bottle 12 rests.
3 may be supported. The upper half of the support body 33 is "U"
A single-crystal silicon tube with an outside diameter of 1 inch and an inside diameter of 1/2 inch, cut into a shaped saddle. The outlet end of the tube 27 has an outer diameter of 1 inch, an upstream inner diameter of 3/8 inch,
and a downstream polytetrafluoroethylene concentric piece 32 having an outside diameter of 1/2 inch;
It supports the particle jet and ensures concentricity of the stainless steel tube 27 and quartz tube 28.

その後、供給粒子を乗せたガスジエツトは、直
径6インチの、スケジユール5 304(Schedule5
304)ステンレス鋼殻38を有するターゲツト室
36から成るターゲツト室装置34へ向う。室3
6は好ましくはケイ素内張り37製である。ケイ
素内張りにより鋼と製品の接触を妨げる。(鉄は
悪い不純物である)。好ましくは、内張りは長さ
36インチ、内径135mm、外径147mmの管で、向い合
うT字状部品に対する2個の23/8インチ孔をあ けたものである。布製の帯を内張りのまわりに巻
いて緩衝とし殻38内でそれを中心に位置させ
る。ケイ素の上部板39は殻38内に形成した石
英ライザプレート(quartzriser plate)41に合
わせて作り、それに接着してよい。殻38は、石
英あるいはケイ素管28を密封的に受ける、2
1/2インチの316ステンレス鋼の3点留め金具から 形成されるT字状あるいは延長部40を有する。
The gas jet with the feed particles is then placed on a 6 inch diameter Schedule 5 304.
304) To a target chamber apparatus 34 consisting of a target chamber 36 having a stainless steel shell 38. Room 3
6 is preferably made of a silicon lining 37. Silicon lining prevents contact between steel and product. (Iron is a bad impurity). Preferably, the lining has a length
It is a 36 inch, 135 mm inner diameter, 147 mm outer diameter tube with two 23/8 inch holes drilled into opposing T-pieces. A fabric strip is wrapped around the lining to cushion it and center it within the shell 38. A silicon top plate 39 may be made to match and bonded to a quartz riser plate 41 formed within shell 38. Shell 38 sealingly receives quartz or silicon tube 28 .
It has a T-shaped or extension 40 formed from a 1/2 inch 316 stainless steel three point fastener.

石英管28はその端部まわりに、管28あるい
は殻38のステンレス鋼部へケイ素粒子が反射し
てもどらないようにケイ素粒子ジエツトシールド
42が配置してあり、それにより不純物混入と破
損を防止する。ケイ素供給粒子を、ターゲツト4
4を形成するケイ素の厳密な特性に従がつて破
砕、孔あきおよび分裂が起こる、2インチ厚さの
単結晶の、31/4インチケイ素ターゲツト円盤4 4へ向けて加速する。ターゲツトを形成するのに
適切なケイ素を用いるかぎり、これは生成する種
粒子あるいは生成し再利用する付加的な供給粒子
に不純物混入の問題はない。
The quartz tube 28 has a silicon particle jet shield 42 placed around its end to prevent silicon particles from returning to the stainless steel portion of the tube 28 or shell 38, thereby preventing contamination and breakage. do. silicon supply particles to target 4
Accelerate toward a 2 inch thick, single crystal, 31/4 inch silicon target disk 44, which fractures, perforates and splits according to the exact properties of the silicon forming the target disk 44. As long as suitable silicon is used to form the target, there is no problem of contamination of the seed particles that are produced or the additional feed particles that are produced and recycled.

ケイ素ターゲツト44はターゲツト支持および
回転棒46に取り付けてあり、石英あるいはケイ
素管28から来るガスおよびケイ素供給粒子流と
非同心である。このようなケイ素ターゲツト4
4,ターゲツト支持および1/4インチ回転棒46
の取り付けにおいて、ターゲツトはそのために回
転し、ケイ素ターゲツト44の新しい部分を断続
的に飛来する粒子に露出し、新しい面で衝突を起
こさせることができる。ケイ素円盤棒保護48は
ターゲツト支持および回転棒46に取り付けてあ
り、棒を室36の内部に露出せず、それにより、
生成する種粒子に不純物混入を防止する。
A silicon target 44 is mounted on a target support and rotating rod 46 and is non-concentric with the gas and silicon feed particle streams coming from the quartz or silicon tube 28. Such a silicon target 4
4. Target support and 1/4 inch rotating rod 46
In mounting, the target is thereby rotated, exposing new portions of the silicon target 44 to the incoming particles intermittently, allowing collisions to occur at new surfaces. A silicon disk rod protector 48 is attached to the target support and rotation rod 46 so as not to expose the rod to the interior of the chamber 36.
Prevents impurities from being mixed into the generated seed particles.

鋼殻38は第2の延長部分50により、ターゲ
ツト支持および回転棒46およびケイ素円盤棒保
護48に対応する。
The steel shell 38 accommodates a target support and rotation rod 46 and a silicon disc rod protection 48 by means of a second extension 50.

ケイ素種粒子はターゲツト室36の底部の開口
を通り、さらに鋼殻38の底部の開口を経て受容
器56へ落下する。受容器は随意的に不活性ガス
のおおいで保護し生成する種粒子の完全性と純度
を保護してよい。管28から入るガス流はターゲ
ツト室36の上部の開口58を経て、鋼殻の上部
の開口60を通り排出する。
The silicon seed particles fall through an opening in the bottom of target chamber 36 and then through an opening in the bottom of steel shell 38 into receiver 56. The receiver may optionally be protected with an inert gas blanket to protect the integrity and purity of the resulting seed particles. The gas flow entering from tube 28 passes through opening 58 in the top of target chamber 36 and exits through opening 60 in the top of the steel shell.

鋼製輪状内張り支持57は支持体としてケイ素
ターゲツト室36の下に設置する。石英板(ドレ
ン孔付き)53は支持57の上に支承され、ケイ
素円盤52はターゲツト44から落下する種粒子
に不純物が混入するのを防止する。
A steel annular liner support 57 is installed below the silicon target chamber 36 as a support. A quartz plate (with drain hole) 53 is supported on a support 57, and a silicon disk 52 prevents impurities from being mixed into the seed particles falling from the target 44.

石英管28およびニードルバルブ20は好まし
くは図示のごとくOリング43および21で密封
する。さらに、ターゲツト室36および鋼殻38
の寸法と形状は、排出ガス流が、該種粒子より小
さい、設計したガスの流速の排出ガスに乗り易い
ような粉塵状粒子であるケイ素粉塵粒子の、少く
とも一部分を乗せるに十分であるように作製する
ことができる。これによりケイ素粉塵を種粒子お
よび破砕してない供給粒子から容易に分離でき
る。フイルタ装置62は必要な場合図示のごとく
取り付け粉塵を蓄積することができる。
Quartz tube 28 and needle valve 20 are preferably sealed with O-rings 43 and 21 as shown. Furthermore, the target chamber 36 and the steel shell 38
The size and shape of the particles are such that the exhaust gas flow is sufficient to carry at least a portion of the silicon dust particles, which are dust-like particles that are smaller than the seed particles and that are likely to ride on the exhaust gas at the designed gas flow rate. It can be made into This allows easy separation of silicon dust from seed particles and uncrushed feed particles. A filter device 62 can be installed as shown to accumulate dust if desired.

本発明の装置および方法により生成するケイ素
種粒子の第一の用途は、電子工業用品位ケイ素を
生成する流動床工程用の種としてであるので、本
発明の好ましい実施態様には、本発明で用いる装
置のすべての接触表面を、電子的特性に影響があ
ると知られている不純物がケイ素種粒子に不純物
混入しないような材料で形成することを含む。こ
れらの不純物には鉄、ヒ素、炭素、リン、アルミ
ニウムおよび同様なものがある。
Since the primary use of the silicon seed particles produced by the apparatus and method of the invention is as a seed for a fluidized bed process to produce electronic grade silicon, preferred embodiments of the invention include This includes forming all contacting surfaces of the device used from materials that do not contaminate the silicon seed particles with impurities known to affect electronic properties. These impurities include iron, arsenic, carbon, phosphorous, aluminum and the like.

本発明の装置および方法は供給粒子および生成
する種粒子ともに広い範囲の粒子を扱うのに用い
ることができるが、また適切なガス流速をガス流
中へ分配するいかなる寸法の供給粒子に対しても
供給することができるが、上記平均直径の粒子に
対しての実際的な範囲は400〜1200ft/secの速度
である。好ましい範囲は600/800ft/secである。
ガス流速は粉塵の生成によるケイ素損失量に影響
することを評価すべきである。
Although the apparatus and method of the present invention can be used to handle a wide range of particles, both feed particles and generated seed particles, it can also be used to handle feed particles of any size to distribute the appropriate gas flow rate into the gas stream. Although a practical range for particles of the above average diameter is a velocity of 400 to 1200 ft/sec. The preferred range is 600/800 ft/sec.
Gas flow rate should be evaluated as it affects the amount of silicon loss due to dust formation.

上記の可動のケイ素ターゲツト装置を用いて、
ケイ素ターゲツトを断続的あるいは好ましくは絶
えず回転させることにより、ターゲツトが一ケ所
に置いたままのときにくらべて、ターゲツトから
約8倍の作業時間と使用を与えることができる。
かわりに、非常に長いケイ素ターゲツトを飛来す
るジエツト流方向に滑動棒によつて、ターゲツト
の表面が飛来する供給粒子により削り取られある
いは孔があけられたとき、断続的に押し込む。こ
の方法では、ターゲツトの孔のあいた面は断続的
に削り取り新しい面を出す。したがつて、高度に
純粋なケイ素金属をターゲツトとして利用するこ
とが好ましいとみなすことができる。或る状況に
おいては、単結晶材料を利用することが、単結晶
は多結晶ケイ素あるいは無定形ケイ素よりもろい
傾向があることがあるので、好ましいことがあ
る。
Using the movable silicon target device described above,
By rotating the silicon target intermittently or preferably constantly, approximately eight times as much work time and usage can be obtained from the target as when the target remains in one place.
Instead, a very long silicon target is pushed in the direction of the incoming jet flow intermittently by a sliding rod as the surface of the target is scraped or perforated by the incoming feed particles. In this method, the perforated surface of the target is intermittently scraped away to reveal a new surface. Therefore, it can be considered preferable to utilize highly pure silicon metal as a target. In some situations, it may be preferable to utilize single crystal materials as single crystals may tend to be more brittle than polycrystalline or amorphous silicon.

上記の装置を操作して、平均直径が500〜1400
ミクロンの範囲の各種の寸法の供給粒子から適切
な種粒子を作製した。希望する寸法の種粒子とし
て供するには十分小さくない重い粒子は供給粒子
容器へ回収し、製品粉末は処分しあるいは他の用
途に補集することができる。上記装置で生成する
典型的な製品粉末は平均直径が約88ミクロン未満
で最大直径が高々約150ミクロンである。
By operating the above equipment, the average diameter is 500-1400
Suitable seed particles were made from feed particles of various sizes in the micron range. Heavy particles that are not small enough to serve as seed particles of the desired size can be collected into a feed particle container and the product powder can be disposed of or collected for other uses. Typical product powders produced in the above equipment have an average diameter of less than about 88 microns and a maximum diameter of no more than about 150 microns.

上記の発明の方法および装置を用いて、60〜80
%の範囲の流動床において用いる適切な直径の粒
子の収率を達成することができた。これは、ケイ
素に不純物混入を起こしがちで、しかも非常に高
い割合の粉塵が生成するので種用として適切な粒
子は約30%しか生産しない在来のグラインダと比
較し非常に有利である。
60 to 80 using the method and apparatus of the above invention.
It was possible to achieve yields of particles of suitable diameter for use in a fluidized bed in the range of . This is a significant advantage compared to conventional grinders, which tend to contaminate the silicon and also produce a very high proportion of dust, producing only about 30% particles suitable for seed use.

実施例 図面に示すような装置において、直径1190〜
1400ミクロンの高純度ケイ素供給ペレツト(約
2.0Kg)を供給粒子容器から水平石英管内を
780ft/secの速度で動く0等級の窒素へ供給し、
ケイ素内張りしたターゲツト室へ発射して、高純
度ケイ素塊に衝突させた。ケイ素ターゲツトは回
転可能であり、飛来する気流はケイ素供給粒子を
含有する気流の断面積よりかなり大きいケイ素タ
ーゲツトの表面の新しい部分に向けることができ
た。1190〜1400ミクロンのケイ素供給粒子をケイ
素ターゲツトに衝突させ、各種寸法の種を製造す
る効率を決めるためにある程度分類した。三つの
別々の操業をした。第1回目は平均粒子直径が
210〜500ミクロンの、約10種粒子がそれぞれの装
入した各供給粒子当り生成した。210ミクロンか
ら供給粒子寸法にいたる約12.3粒子が装置に装入
した粒子当り生成した。工程からの粉塵はいずれ
の場合も放棄した。2回目は210〜500ミクロン
の、約8.3粒子が装入粒子当り生成し、210ミクロ
ンから供給粒子寸法までの、10.4粒が装置への装
入粒子当り生成した。3回目は、それぞれに対応
する数は7.6粒子および9.7粒子であつた。3回の
合計で、直径が106ミクロンから供給粒子の寸法
の範囲の約35.6粒子が装置への装入粒子当り生成
した。上記図および説明に示したような装置は多
数回の運転に成功裡に用いられ、流動床化学気相
法における使用に適した種を製造してきた。
Example In the device shown in the drawing, the diameter is 1190~
1400 micron high purity silicon feed pellets (approx.
2.0Kg) is supplied from the particle container into the horizontal quartz tube.
Feed to 0 grade nitrogen moving at a speed of 780 ft/sec,
It was fired into a silicon-lined target chamber and collided with a block of high-purity silicon. The silicon target was rotatable and the incoming air stream could be directed to a new portion of the silicon target's surface that was significantly larger than the cross-sectional area of the air stream containing the silicon feed particles. Silicon feed particles of 1190-1400 microns were bombarded with a silicon target, and some sorting was performed to determine the efficiency of producing seeds of various sizes. It had three separate operations. The first time, the average particle diameter was
Approximately 10 different particles, ranging from 210 to 500 microns, were produced for each charge of each feed particle. Approximately 12.3 particles ranging in feed particle size from 210 microns were produced per particle loaded into the device. Dust from the process was discarded in both cases. The second time, approximately 8.3 particles from 210 to 500 microns were produced per particle charge, and 10.4 particles from 210 microns to the feed particle size were produced per particle charge to the device. For the third time, the corresponding numbers were 7.6 particles and 9.7 particles, respectively. For a total of three runs, approximately 35.6 particles ranging in diameter from 106 microns to the size of the feed particles were produced per particle charge to the apparatus. Apparatus such as that shown in the figures and description above has been successfully used in a number of runs to produce species suitable for use in fluidized bed chemical vapor processes.

本発明は上記の粒子記述あるいは図面に限定さ
れるものではない。本発明の工程と装置を説明し
てあるので、記述した固有の方法および装置を本
発明の正当な範囲および真の精神を逸脱すること
なく変化させることは可能である。
The invention is not limited to the above particle description or drawings. Having described the process and apparatus of the invention, variations may be made in the specific methods and apparatus described without departing from the true scope and true spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の態様を示す図である。 The drawings illustrate aspects of the invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ケイ素種粒子を、該ケイ素種粒子より大きい
ケイ素供給粒子から製造するための銃−ターゲツ
ト装置であつて、 供給粒子分配容器、 ターゲツト室、 種粒子より大きく、該ターゲツト室内に設置し
た円盤状の可動ターゲツト、 供給粒子粒を該ターゲツトへ推進し該供給粒子
を分裂させ、それにより該種粒子を生成するため
の不活性ガス流から成る、供給粒子加速手段、 該ターゲツトを非同心的に該ターゲツト室内で
回転的に動かし、該ターゲツトの新しい部分を該
供給粒子流にそれが動くときに露出するためのタ
ーゲツト移動手段、および、 種粒子を蓄積する種粒子受容器、 から成る該装置。 2 該供給粒子容器がさらに該供給粒子が制御さ
れた速度で該ガスジエツト中へ行くようにする手
段から成る、特許請求の範囲第1項に記載の装
置。 3 該種粒子から該種粒子より小さいケイ素粉塵
を除去するための手段が設置してある、特許請求
の範囲第1項に記載の装置。 4 ケイ素粉塵を除去するための該手段が、該タ
ーゲツト室内の、該ケイ素粉塵を乗せるが該種粒
子は乗せない、十分な速度のガス流から成る、特
許請求の範囲第3項に記載の装置。 5 ケイ素種粒子を生成する方法であつて、300
〜2000ミクロンのケイ供給粒子を供給粒子容器か
ら十分な速度で移動する不活性ガス流へ分配して
該容器からの該供給粒子を加速しかつ推進する工
程、 該不活性ガス流を可動のケイ素ターゲツトを有
するターゲツト室へ導びき、該ガス流に乗つた供
給粒子を該可動ケイ素ターゲツトに衝突させ、そ
れによつて該供給粒子を分裂させ、88〜400ミク
ロンの種粒子を生成する工程、 該可動ケイ素ターゲツトを動かして、該ガス流
中の該供給粒子が該ケイ素ターゲツトの異なる部
位に衝突する工程、および、 該ケイ素種粒子を回収する工程、 から成る、該方法。 6 該ターゲツト室をケイ素に対して不純物を混
入しない材料で内張りし、該ケイ素種の純度を保
持する、特許請求の範囲第5項に記載の方法。 7 該ケイ素種粒子を、該ケイ素ターゲツトと衝
突して分裂しなかつた供給粒子およびケイ素ター
ゲツトから分裂したより大きいケイ素粒子を含
む、より大きいケイ素粒子から分離し、該より大
きいケイ素粒子を該供給粒子容器へ回収する、特
許請求の範囲第5項に記載の方法。 8 該不活性ガス気流を、該ターゲツト室から該
種粒子より小さいケイ素粉塵粒子の部分は少くと
も乗せて排出し、それにより該種粒子から粉塵粒
子の該部分を分離する、特許請求の範囲第5項に
記載の方法。
Claims: 1. A gun-target apparatus for producing silicon seed particles from silicon feed particles larger than the silicon seed particles, comprising: a feed particle distribution vessel; a target chamber; a target chamber larger than the seed particles; a movable target in the form of a disc located at the target; feed particle acceleration means comprising a flow of inert gas for propelling the feed particles to the target and disrupting the feed particles, thereby producing the seed particles; a target moving means for rotationally moving within the target chamber non-concentrically and exposing new portions of the target to the feed particle stream as it moves; and a seed particle receptor for accumulating seed particles. The device consists of: 2. The apparatus of claim 1, wherein the feed particle container further comprises means for causing the feed particles to pass at a controlled rate into the gas jet. 3. The apparatus according to claim 1, further comprising means for removing silicon dust smaller than the seed particles from the seed particles. 4. The apparatus of claim 3, wherein said means for removing silicon dust consists of a gas flow in said target chamber of sufficient velocity to entrain said silicon dust but not said seed particles. . 5. A method for producing silicon seed particles, the method comprising:
dispensing silicon feed particles of ~2000 microns from a feed particle container into a flow of inert gas moving at sufficient velocity to accelerate and propel the feed particles from the container; impinging feed particles carried by the gas stream against the movable silicon target, thereby disrupting the feed particles and producing seed particles between 88 and 400 microns; The method comprises the steps of: moving a silicon target so that the feed particles in the gas stream impinge on different locations on the silicon target; and collecting the silicon seed particles. 6. The method of claim 5, wherein the target chamber is lined with a silicon-free material to maintain the purity of the silicon species. 7. Separating the silicon seed particles from larger silicon particles, including feed particles that did not fragment upon collision with the silicon target and larger silicon particles that fragmented from the silicon target, and separating the larger silicon particles from the feed particles. 6. The method according to claim 5, wherein the material is collected into a container. 8. Discharging the inert gas stream from the target chamber with at least a portion of the silicon dust particles smaller than the seed particles, thereby separating the portion of the dust particles from the seed particles. The method described in Section 5.
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