[發明專利]高純度多晶硅的制造裝置及制造方法

無效

• 申請號: 200810084016.X
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN101311113A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 并木伸明
• 申請（專利權）人: 智索株式會社
• 主分類號: C01B33/033
• 分類號: C01B33/033;C30B29/06;C30B28/14
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明涉及一種高純度多晶硅的制造裝置及制造方法。

背景技術

多晶硅被用作半導體用單晶硅的原料，且被用作太陽能電池(solar cell)用硅的原料。特別是近年來，伴隨太陽能電池的廣泛普及，對作為 原料的多晶硅的需求也不斷增加。

然而，對于作為太陽能電池用硅的原料、即多晶硅而言，現狀為，所 使用的是提取半導體用單晶硅之后所殘留的坩堝殘渣、或單晶硅鑄塊 (ingot)的切削碎片等廢料(scrap)品。因此，用于太陽能電池的多晶硅 在質和量方面均依存于半導體業界的動態，其結果是陷于長期不足的狀況 中。

因此，關于作為半導體用單晶硅的原料的高純度多晶硅的代表性制造 方法，可列舉西門子法(Siemens?method，三氯氫硅還原法)。此西門子法 中，利用三氯硅烷(HSiCl₃)的氫還原來獲得高純度多晶硅(例如，參照專 利第2867306號公報(日本專利特開平5-139891號公報))。

一般的西門子法中，如圖5所示的制造裝置10所示，在經水冷卻的鐘 罩式的反應器30中設置硅的種棒50，對所述硅的種棒50通電后將種棒50 加熱到1000℃左右，從下方將三氯硅烷(HSiCl₃)及作為還原劑的氫(H₂) 導入到反應器30內以使氯化硅還原，并選擇性地將所生成的硅附著在種棒 50的表面，由此獲得棒狀的多晶硅。所述西門子法，除了具有以較低的溫 度使原料氣體氣化的優點之外，且因反應器30本身可水冷卻，所以還具有 可容易對環境進行密封的此類裝置方面的優點，因此至今被廣泛普及采用。

然而，在西門子法中，是利用通電來使種棒50發熱的，因此，因附著 了多晶硅而使棒狀硅成長且使電阻逐漸降低，隨之，為了加熱則必須流通 非常大的電流。因此，從與能源成本的平衡方面考慮，成長有限，且制造 設備的運轉是分批式(batch-wise)地，所以存在生產效率差，且作為產 品的多晶硅的價格中電功率消耗率(electrical?power?consumption?rate) 所占的部分較大的問題。

關于西門子法以外的多晶硅的制造方法，例如，有使用金屬還原劑來 還原四氯化硅(SiCl₄)的方法(例如，參照日本專利特開2003-34519號公 報及日本專利特開2003-342016號公報)。具體而言，是如下方法：通過將 四氯化硅及鋅(Zn)的氣體提供到加熱到1000℃左右的石英制的橫式反應 器中，使多晶硅在反應器內成長。

所述方法中，利用電解等方法將副生的氯化鋅(ZnCl₂)分離成鋅和氯， 并再次將所獲得的鋅作為還原劑使用，且通過使所得的氯與廉價的金屬硅 反應而合成為四氯化硅，只要可用作原料氣體即可，因構筑為循環式的工 序，所以可能廉價地制造多晶硅。

此處，為了使金屬從固體變為氣體，一般采用的方法是在一個容器內 將所述金屬從固體熔化為液體，進而在同一容器內使此液體氣化(例如， 參照日本專利特開昭60-161327號公報)。

當利用此種方法使鋅氣化時，鋅氣體的生產效率差，而且，在將鋅粒 投入到加熱到大于等于沸點的容器內的情況下，部分粉末或粒狀的鋅可能 會在容器內燃燒。而且，也難以掌握追加鋅的投入量的增減，當投入量過 多時，容器內的熔融溫度會大幅降低，從而產生無法獲得穩定的鋅氣體的 蒸發量等問題。

另外，在采用此種鋅熔融蒸發裝置的高純度多晶硅的制造裝置中，由 反應所獲得的多晶硅，是從反應器的器壁開始成長的，因此容易受到反應 器材質的污染，從而存在多晶硅的生產效率差的問題。

發明內容

本發明是鑒于此種實際情況而完成的，其目的在于提供一種高純度多 晶硅的制造裝置及制造方法，其可連續且穩定地提供作為還原劑的鋅氣體， 由此，能以緊密的構造來連續地、大量地、且廉價地制造高純度多晶硅。

為了達成所述目的，本發明的高純度多晶硅的制造裝置的特征在于包 括：

氯化硅的氣化裝置；

鋅熔融蒸發裝置；

立式反應器(vertical?reactor)，外周面具備加熱機構；

氯化硅氣體供給噴嘴，以連接在所述氯化硅的氣化裝置和所述立式反 應器之間的方式而配置，將所述氯化硅的氣化裝置提供的氯化硅氣體供應 到所述立式反應器內；