[發明專利]使用高效混合式水平反應器的多晶硅制造裝置和方法

有效

• 申請號: 201580049718.2
• 申請日: 2015-07-03
• 公開（公告）號: CN107074561B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 張銀洙;金庾錫;金正奎;柳振炯;李正雨
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035;C01B33/03
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 張寧;許向彤

根據本發明，提供一種多晶硅制造裝置，其包括：水平反應管，具有源氣體供應口、殘余氣體排出口、反應表面和開口，通過所述源氣體供應口供應包括反應氣體和還原氣體的源氣體，反應表面與源氣體接觸，開口形成在所述水平反應管的底部，用于將通過所述源氣體的反應產生的熔融多晶硅排出；以及第一加熱設備，用于加熱所述水平反應管的所述反應表面，其中，所述水平反應管包括一個或多個反應區域，各個反應區域具有用于沉積多晶硅的第一反應區域和用于將反應副產物轉化為所述反應氣體的第二反應區域，所述第一反應區域與所述第二反應區域串聯連接。此外，還提供了一種使用所述多晶硅制造裝置的多晶硅制造方法。

技術領域

本發明涉及一種多晶硅生產裝置和方法，更具體地說，涉及一種使用水平式反應器生產多晶硅的設備和方法。

背景技術

近年來，在諸如半導體器件和光伏器件的電子器件的制備中，對作為原料的多晶硅的需求不斷增長。已知許多方法用于生產在半導體或太陽能光伏電池的制備中作為原料的硅，并且一些方法在工業上已經實施。

目前可商用的高純度多晶硅通常通過化學氣相沉積工藝生產。具體地，可以通過使三氯氫硅氣體與諸如氫氣的還原氣體反應來生產多晶硅，如反應式1：

[反應式1]

SiHCl₃(氣體)+H₂(氣體)→Si(固體)+3HCl(氣體)

SiH₂Cl₂→Si+2HCl

SiCl₄+2H₂→Si+4HCl

SiH₄→Si+2H₂

西門子法是一種示例性的可商用的多晶硅生產方法。根據西門子方法，將作為反應氣體的硅烷氣體和作為還原氣體的氫氣供給到鐘罩反應器中，并且將放置在鐘罩反應器中的硅棒加熱至或高于硅的沉積溫度。當熱量傳遞到反應氣體和還原氣體時，減少反應氣體以沉積多晶硅。

然而，西門子反應器消耗很多能量，通常是大約65KWh/kg至大約200KWh/kg的電能。這些電能成本占多晶硅的總生產成本的很大一部分。另一個問題是批量沉積需要極其費力的過程，包括硅棒安裝、歐姆加熱、沉積、冷卻、提取和鐘罩反應器清潔。

另一種方法與使用流化床的多晶硅沉積有關。根據該方法，在提供尺寸約100微米的精細硅顆粒作為沉積核的同時提供硅烷以在精細硅顆粒上沉積硅，結果，連續生產出尺寸為1mm至2mm的硅晶粒。該方法的優點在于可以連續地操作相對長的時間。然而，由于其沉積溫度低，作為硅源的甲硅烷即使在低溫下也會熱分解，易于在反應器壁上形成精細分離的硅或沉積硅。因此，需要定期清潔或更換反應容器。

在韓國專利No.10-0692444中公開了使用垂直還原反應器生產多晶硅的裝置。該裝置使用其上沉積有硅的加熱器。該加熱器為圓柱形以具有高熱效率。具體地，所述裝置包括：(a)具有開口的圓柱形容器，該開口是位于下端的硅取出端口；(b)加熱器，用于以溫度等于或高于硅的熔點的溫度將圓柱形容器的內壁從下端加熱到所需高度；(c)氯硅烷供給管，其由外徑比所述圓柱形容器的內徑更小的內管構成，并且構造成使得所述內管的一個開口在由被加熱到等于或高于硅熔點的溫度的內壁所包圍的空間內朝向下方；以及(d)第一密封氣體供給管，其用于將密封氣體供給到由圓柱形容器的內壁和氯硅烷供給管的外壁所限定的間隙中。該裝置可選地還包括(e)用于將氫氣供應到上述圓柱形容器中的氫氣供給管。

圖1示意性地示出了垂直還原反應器類型的多晶硅生產裝置。

參照該圖，多晶硅生產裝置包括布置在反應器10的上部10a中的反應氣體入口11、布置在反應器10的中部10b的一側的真空管12、以及布置在反應器10的另一側的出口管13。用于收集、冷卻和鑄造熔融硅的單元布置在反應器10的下部10c中。