[发明专利]氢气的再利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及在使氢气与三氯硅烷反应而制造多晶硅的过程中使用的氢气的再利用方法。

背景技术

一直以来，已知许多种作为半导体或者太阳能发电用晶圆的原料使用的硅的制造方法，其中若干种方法已经在工业上实施。例如其中之一为被称作西门子法(Siemens method)的方法，该方法中向通电加热后的硅芯(filament)供给氢气和三氯硅烷的混合气体，通过化学气相析出法使硅在硅芯上析出而得到多晶硅。由利用西门子法的多晶硅的制造工序排出的废气中除了含有氢气和未反应的三氯硅烷之外，还含有作为反应的副产物的单硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅等硅烷化合物以及氯化氢等。以下，本发明中，将三氯硅烷和该硅烷化合物总称为硅烷类。

在利用上述西门子法的多晶硅的制造方法中，将废气中含有的各气体成分分离，使其在多晶硅的制造中进行再循环。例如，专利文献1中公开了一种多晶硅的制造方法，该方法经过以下工序而将废气中的氢气纯化，并使该氢气在多晶硅的制造工序中循环：将由多晶硅的制造工序排出的含有副产氯化氢的废气冷却到-10℃以下，而将硅烷类的一部分冷凝除去的工序；使经由该工序的废气通过活性炭层，吸附除去废气中的硅烷类的工序；和，使经由吸附除去工序的废气通过具有特定的平均孔半径的活性炭层，而吸附除去氯化氢的工序。

提出了以下方案：对于吸附保持有上述用于吸附除去氯化氢的工序中的氯化氢的活性炭层，对其使用氢气作为吹扫气体而使所吸附的氯化氢脱附，接着使含有氢气和脱附的氯化氢的吹扫废气在洗涤塔中与盐酸等酸性水接触，使酸性水吸收吹扫废气中的氯化氢，之后，从该酸性水中回收氯化氢。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-131491号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1中，使吹扫废气在洗涤塔中与酸性水接触后，排出的废气是含有氢气作为主要成分的气体，但由于含有盐酸等酸性水所难以吸收的杂质例如甲烷(CH₄)或磷化氢(PH₃)等、进而由洗涤塔伴随的水分中所含有的微量的氯化氢等杂质，因此认为难以将该废气用作其他反应中的氢源，迄今为止经过适当的处理而被废弃。

另一方面，随着利用西门子法的多晶硅的制造量增大，由多晶硅制造工序排出的废气增加。由于利用活性炭层吸附除去氯化氢的能力有限，因此作为应对该废气增加的对策，将多个上述活性炭层并列使用。但是，随着多个活性炭层的使用，吸附保持有氯化氢的活性炭层的再生处理即使用氢气作为吹扫气体的使氯化氢由活性炭层脱附的次数也增加，因此氯化氢脱附时排出的吹扫废气的排出量也增加，希望确立该废气的有效的再利用方法。另外，脱附了氯化氢的活性炭可再度用于从由多晶硅制造工序排出的废气中除去氯化氢，因而作为上述吹扫气体，可使用也作为废气中的成分气体的氢气。

本发明是鉴于上述情况而进行的。即，本发明的目的在于提供一种方法，其中，使用氢气作为吹扫气体从吸附保持有氯化氢的活性炭层使所吸附的氯化氢脱附时，从含有排出的氯化氢和氢气的吹扫废气中回收氢气，进行再利用。

用于解决问题的方案

本发明人等鉴于上述课题进行了深入的研究。首先，本发明人等着眼于作为所述吹扫气体而使用的氢气为高纯度。即，在多晶硅的制造工序中，为了制造半导体级等极高纯度的多晶硅，在制造工序中流通的各种气体需要为高纯度。例如，从防止杂质等由用于纯化来自多晶硅制造工序中的废气的活性炭层混入废气中的观点出发，使氯化氢由活性炭层脱附时使用的吹扫气体的氢气也要求具有与多晶硅制造工序中流通的氢气相同程度的高纯度。

因此，在使用氢气作为吹扫气体从吸附保持有氯化氢的活性炭层使吸附的氯化氢脱附时，使排出的含有氯化氢和氢气的吹扫废气与氯化氢吸收液接触，使该吸收液吸收氯化氢，回收除去了氯化氢的吹扫废气时，结果判明该回收气体为含有极高纯度的氢气的气体。此外，研究了将该回收气体压缩从而作为其他制造工序中的氢源的用途，结果发现例如可以作为使四氯化硅与氢气在火焰上反应的、所谓气相二氧化硅的制造中的氢源使用，由此完成了本发明。

根据本发明，提供一种吹扫废气中的氢气的再利用方法，其特征在于，其包括以下工序：

(1)氯化氢吸附工序：使由氢气与三氯硅烷反应而制造多晶硅的工序中排出的废气通过活性炭层，从而吸附氯化氢；

(2)氯化氢脱附工序：使作为吹扫气体的氢气流通吸附保持有氯化氢的活性炭层，使所吸附的氯化氢脱附；