CN108025918B - 多晶硅制造装置 - Google Patents
多晶硅制造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108025918B CN108025918B CN201680052170.1A CN201680052170A CN108025918B CN 108025918 B CN108025918 B CN 108025918B CN 201680052170 A CN201680052170 A CN 201680052170A CN 108025918 B CN108025918 B CN 108025918B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- coolant
- cooling jacket
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0053—Details of the reactor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4418—Methods for making free-standing articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种多晶硅制造装置,其包括:反应器,其被设置在基板上以形成反应室;一对电引线,其被安装在基板上以延伸至反应室的内部;棒丝,其被安装在反应室的电引线上,并通过上端的棒桥彼此连接以通过由气体入口引入的原料气体的化学气相沉积来形成硅棒;和冷却夹套,其被***至在反应器的上侧设置的通孔中以被基板支撑,通过形成排出反应后气体的气体通道与在基板上形成的气体出口连接,以及所述冷却夹套通过形成在气体通道外面的冷却剂通道而从反应器的外面引入和循环低温冷却剂至冷却剂通道以将高温冷却剂排出至反应器的外面。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅制造装置。
更特别地,本发明涉及一种多晶硅制造装置,其中原料气体流在化学气相沉积反应器中形成为层流。
背景技术
多晶态的硅(即,多晶硅),是被用作太阳能发电和半导体工业中的基本材料的成分,并且近来,随着相应工业的发展,对多晶硅的需求已经快速增加。
在多晶硅的制造方法中,代表性的方法是由硅烷原料气体形成固态多晶硅的硅沉积工艺(或化学气相沉积(CVD)工艺)。
所述硅沉积工艺通过在高温下硅烷原料气体的氢还原反应和热解反应产生硅颗粒,以及所述硅颗粒以多晶态形成在待沉积的棒或颗粒的表面上。
作为一个实例,可以包括使用化学气相沉积反应器的西门子沉积法、使用流化床反应器的沉积法等。
所述西门子化学气相沉积反应器是作为多晶硅制造工艺的间歇工艺装置。
在所述化学气相沉积法中,在反应器中安装了具有7至10mm的直径和2500至3000mm的长度的硅丝(Si丝),向所述硅丝通电以产生电阻加热,以及在高压条件下注入原料气体60至80小时,以制备具有120至150mm直径的硅棒(Si棒)。
例如,在化学气相沉积工艺中,原料气体从反应器的下部引入,然后通过在上部改变方向再次排出至下部以形成湍流。
湍流增强由对流导致的热损失而增加用电单耗。
由于湍流,当原料气体处在引入流和排出流之间时,形成过热点而提高硅棒周围的气流速度的偏差、Si棒的直径的偏差,以及Si棒表面温度的偏差。
当Si棒的表面温度不均一时,在过热点周围产生爆米花部,从而劣化多晶硅的产率和质量。也就是,降低了多晶硅的竞争力。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种多晶硅制造装置,其具有原料气体流在化学气相沉积反应器中形成为层流的优点。
也就是说,本发明致力于提供一种多晶硅制造装置,其具有如下优点:通过低速层流抑制对流导致的热损失而使节能最大化,以及使Si棒周围的气体速度偏差最小化,使Si棒直径的偏差最小化以及使Si棒的表面温度偏差最小化。
技术方案
本发明的一个示例性实施方式提供了一种多晶硅制造装置,其包括:反应器,其被设置在基板上以形成反应室;一对电引线,其被安装在基板上以延伸至反应室的内部;棒丝,其被安装在反应室的电引线上,并通过上端的棒桥彼此连接以通过由气体入口引入的原料气体的化学气相沉积来形成硅棒;和冷却夹套,其被***至在反应器的上侧设置的通孔中以被基板支撑,通过形成排出反应后气体的气体通道与在基板上形成的气体出口连接,以及通过形成在气体通道外面的冷却剂通道而从反应器的外面引入和循环低温冷却剂至冷却剂通道以将高温冷却剂排出至反应器的外面。
所述气体出口可以形成在基板的中心,以及所述气体入口可以设置在基板的直径方向的外侧且与气体出口间隔一定距离的位置上。
所述冷却夹套可以被设置在所述反应室的中心以将所述气体通道连接至气体出口。
所述多晶硅制造装置可以进一步包括设置在所述冷却夹套和基板之间的垫圈,其中所述垫圈可以连通气体通道与气体出口,以及阻止与反应室的内部的连通。
所述冷却夹套的下端可以形成凹槽,以及所述垫圈可以在一侧连接至凹槽,而在另一侧被基板支撑。
冷却夹套可以包括:冷却剂通道,其被安装在反应器中,并且连接至冷却剂通道以引入低温冷却剂;冷却剂出口,其被连接至冷却剂通道以排出高温冷却剂;和内管道和外管道,它们使冷却剂入口和冷却剂出口与冷却剂通道连接,并且彼此间隔一定距离以形成在内部的气体通道和形成在外面的冷却剂通道。
反应器可以在穿透的安装孔外侧设置有第一法兰,冷却夹套可以包括固定至冷却剂入口和冷却剂出口的第二法兰,以及当冷却夹套被***至反应器中时,第二法兰可以封闭在第一法兰上的安装孔,以及通过紧固构件被紧固至第一法兰上。
内管道和外管道可以形成对应于所述棒丝的上端的气体通道的开口。
冷却夹套可以由因科洛伊合金(Incoloy 800H,Incoloy 800)、不锈钢(SS316L,SS316)和哈氏合金(hastelloy)中的一种形成。
原料气体可以包括三氯硅烷(TCS)。
原料气体可以进一步包括二氯硅烷(DCS)、四氯化硅(STC)和氢气中的至少一种。
[有益效果]
根据本发明的示例性的实施方式,包括气体通道和冷却剂通道的冷却夹套被安装在反应器中以从上部将在化学气相沉积之后的气体排出至气体通道,并在反应器中的原料气体流形成为从上部至下部的层流。
因此,原料气体层流可以使在通过将硅沉积至棒丝上形成的Si棒周围的气体速度偏差最小化、Si棒直径的偏差最小化、以及Si棒表面温度的偏差最小化。
此外,层流可以降低由于对流导致的热损失而降低用电单耗。
附图说明
图1为根据本发明的一个示例性的实施方式的多晶硅制造装置的截面图。
图2为图1的反应器的上部和冷却夹套的分解透视图。
图3为其中冷却夹套被安装在基板上的状态的局部截面图。
图4为示出在图1的反应器中的原料气体形成层流的状态图。
图5为示出在现有技术与示例性实施方式中的反应器的各位置的硅棒之间的表面温度的偏差的图。
图6为示出在现有技术中的功率消耗的图。
图7为示出在示例性的实施方式中的功率消耗的图。
图8为通过在图1的反应器中模拟示出原料气体形成层流的状态图。
图9、10和11为通过在对比实施例1、2和3中的反应器中模拟示出原料气体形成湍流的状态图。
图12、13、14和15为通过在对比实施例4、5、6和7中的反应器中模拟示出原料气体形成湍流的状态图。
图16为示出在对比实施例中的反应器中形成的过热点的状态图。
图17为示出在图1的反应器中形成的过热点的状态图。
<附图标记>
10:反应器 11:反应室
12:钟罩 13:室盖
14:安装孔 15,57:第一法兰、第二法兰
16:螺栓 17:螺母
20:电引线 21:基板
22:气体入口 23:气体出口
24:棒支撑件 25:电极
30:棒丝 31:棒桥
40:硅棒 50:冷却夹套
51:气体通道 52:冷却剂通道
53:冷却剂入口 54:冷却剂出口
55:内管道 56:外管道
60:垫圈 80,90,101:反应器
151,571:紧固件 501:凹槽
LF:层流 HS1,HS2:过热点
具体实施方式
下面将参照附图更详细描述本发明,其中示出了本发明的示例性的实施方式。本领域的技术人员将认识到,所描述的实施方式可以以不同的方式修改,所有的修改都没有偏离本发明的实质或范围。所述附图和说明在性质上被认为是示意性的,而非限制性的。在整个说明书中,类似的附图标记表示类似的元件。
图1为根据本发明的一个示例性的实施方式的多晶硅制造装置的截面图。参照图1,根据本发明的一个实施方式的多晶硅制造装置包括在反应器10(西门子型化学气相沉积反应器)中的冷却夹套50以供应原料气体并且将在化学气相沉积反应之后的气体排出至冷却夹套50的气体通道51。
在这种情况下,冷却夹套50通过设置在气体通道51的外面的冷却剂通道52冷却反应后气体,同时将反应后气体排出至其中的气体通道51中。反应后气体的冷却不会对引入到反应器10的原料气体产生热的影响,同时高温下的反应后气体被排出至气体通道51。
此外,冷却夹套50被安装在反应器10的反应室11的中心以从对应于反应完成点的反应器10的内部的上部经由气体通道51将其中完成反应的反应后气体排出。此外,由于所述原料气体是从反应器10的下端引入,并且从反应器10的上端立即排出反应后气体,在反应器10中可以有效地形成原料气体的层流。
在反应器10中的原料气体从下部流至上部,以及将反应后气体从上部中心排出至下部以在反应室11中形成层流,而因此,在硅棒40周围的气体速度的偏差、在硅棒40中的直径的偏差以及硅棒40的表面温度的偏差减小。
因此,由对流导致的热损失减少,而因此可以降低电力消耗。此外,在反应器10中的硅棒40周围可以使过热点最小化。也就是,可以抑制在硅棒40中产生爆米花部,并且从反应室11中可以容易排出硅粉末。
此外,所述原料气体包括三氯硅烷(TCS)(SiHCl3+H2→Si+SiHCl3+SiCl4+HCl+H2),并且其为现有技术的单甲烷流速的约10%至20%就足够了。也就是说,所述硅棒40可以通过低流速的原料气体来制备。
所述原料气体可以进一步包括二氯硅烷(DCS)、四氯化硅(STC)和氢气中的一种或多种。
由于500至600℃的沉积温度,约1.8至2.0mm/hr的沉积速度,以及Cl的存在,所述三氯硅烷(TCS)具有弱的耐腐蚀性。在对比实施例中,甲硅烷具有300至400℃的分解温度,约1mm/hr的沉积速率和强的耐腐蚀性。
包含三氯硅烷(TCS)的原料气体的分解温度和沉积温度比甲硅烷高约200℃。因此,在反应器10的化学气相沉积过程中,与甲硅烷相比,包含三氯硅烷(TCS)的原料气体可以减少产生硅粉末的可能性,而因此可以提高硅的沉积效率。
当将所述甲硅烷暴露在空气中而不腐蚀装置时,产生火焰,而因此基于安全而需要密封所述装置。然而,由于Cl的存在,在过程中,所述三氯硅烷(TCS)可能腐蚀装置,但是,即使,将三氯硅烷暴露于空气中,也不会产生火焰,而因此三氯硅烷(TCS)具有高安全性。
具体而言,根据本发明的示例性实施方式的多晶硅制造装置包括:反应器10,其形成反应室11;多对电引线20,其被安装在基板21上;和多对棒丝30,其被安装在电引线20中以在上端与棒桥31连接。
所述反应器10是由钟型反应器构成以在基板21上形成反应室11,并且以气体封闭结构连接至基板21。所述反应器10包括形成反应室11的钟罩12,和室盖13,其与所述钟罩12间隔一定距离以在它们之间运行冷却剂。
所述基板21与反应器10连接形成反应室11,并且包括气体入口22和气体出口23。因此,所述原料气体经由连接至包含硅的气体源(未示出)的气体入口(22)被引入到反应室11中,经历了化学气相沉积反应的反应后气体经由气体出口23排出至反应室11的外面。
所述气体出口23被设置在基板21的中心以排出反应之后的气体。在气体入口23的外侧(也就是,在基板21的直径方向的外侧)的多个位置形成了气体入口22。同时,作为实例,每3至5个硅棒40可以包含一个气体入口22。从所述气体入口22的末端引入的原料气体可以具有3至6m/s的气体速度。
成对的电引线20和20被延伸并且被安装在基板21的外面的反应室11的内部。被棒支撑件24支撑的电极25连接至电引线20的末端。
成对的棒丝30和30在反应室内彼此间隔一定距离以通过棒桥31来水平地连接直立的上端。此外,成对的所述棒丝30和30经由下端的电极25和电引线20连接至外部的电力供应源。因此,一对棒丝30和30与棒桥31一起形成一个电路。
当经由电引线20和电极25时,电流在棒丝30中运行,而所述原料气体被供给至反应室11中,同时加热棒丝30,在原料气体中包含的基于氯硅烷的化合物在反应室11中被裂解。
在所述基于硅烷的化合物被裂解之后,通过化学气相沉积在发出红光的棒丝30和棒桥31的表面上形成多晶硅。所述多晶硅以多晶的形式沉积在所述棒丝30和棒桥31的表面上,而因此所述硅棒40和棒桥31的直径可以增加至所需的尺寸。
这样,当多晶硅沉积在棒丝30和棒桥31上以形成硅棒40时,冷却夹套50循环冷却剂以防止多晶硅沉积在冷却夹套50的表面,并且硅棒40没有熔化。
也就是说,冷却剂冷却排出至气体通道51和气体出口23的反应后的高温气体,而因此反应后气体的热量被传递至反应室11中的原料气体以防止形成湍流。因此,所述原料气体在反应室11中可以有效的形成层流。
所述冷却夹套50可以由因科洛伊合金(Incoloy 800H,Incoloy 800)、不锈钢(SS316L,SS316)或哈氏合金形成。所述材料不会影响沉积的多晶硅的纯度、具有高温(例如,1000℃以上)稳定性、具有耐腐蚀性、以及具有容易加工和价格低廉的特征。
冷却夹套50被***至安装孔14中以被下端的基板21支撑,安装孔14被设置在反应器10的上侧。冷却夹套50形成了内部的气体通道51以与在基板21中形成的气体出口23连接,而因此反应后气体可以被排出至气体通道51和气体出口23。
此外,冷却夹套50形成在冷却通道51外面的冷却剂通道52以循环冷却剂。冷却剂通道52被构造成通过从反应器10的外面引入和循环低温冷却剂来将高温冷却剂排出至反应器10的外面。例如,冷却剂和冷却夹套50表面的温度可以为500℃。
冷却夹套50被安装在反应室11的中心,气体出口23被形成在基板21的中心,以及气体入口22在基板21的直径方向上与气体出口23间隔一定距离而被设置在外侧。因此,气体通道51与气体出口23连接以将反应室11中的经历了反应的反应后气体排出至反应室11的外面。
图2为图1的反应器的上部和冷却夹套的分解透视图,以及图3为其中冷却夹套被安装在基板上的状态的局部截面图。参照图1至3,冷却夹套50包括冷却剂入口53和冷却剂出口54,以及包括形成气体通道51和冷却剂通道52的内管道55和外管道56。
冷却剂入口53被安装在反应器10中,并且与冷却剂通道52连接以从反应器10的外面引入低温冷却剂。在冷却通道52中循环的冷却剂冷却所述冷却夹套50的表面,而因此没有沉积多晶硅,并且硅棒40没有熔化。
冷却剂出口54与冷却剂通道52连接以从反应器10的内部排出高温冷却剂。在示例性的实施方式中,分别设置了两个冷却剂入口53和两个冷却剂出口54以即使在紧急情况下引入或排出冷却剂。
以双重结构设置内管道55和外管道56以在内管道55的内部形成气体通道51,以及在内管道55和外管道56之间的间隔且在气体通道51的外面形成冷却剂通道52。
此外,反应器10在穿过具有穹顶结构的上侧的安装孔14的外面设置第一法兰15。冷却夹套50设置有固定至冷却剂入口53和冷却剂出口54的第二法兰57。
为了方便,在图2中,示出的冷却剂入口53和冷却剂出口54与第二法兰57是分开的,但是它们是***并固定到第二法兰57以整体地形成。
冷却剂夹套50经由安装孔14被***至反应器10中以保持冷却剂入口53和冷却剂出口54的部件伸出至安装孔14的外面。
在这种情况下,第二法兰57被设置在第一法兰15上以通过紧固构件紧固在第一法兰15上,同时封闭安装孔14。例如,通过螺栓16和螺母17来设置紧固构件以通过第一和第二法兰15和57的紧固件151和571紧固第一法兰15和第二法兰57。
图4为示出在图1的反应器中的原料气体形成层流的状态图。参照图1至4,内管道和外管道55和56形成对应于棒丝30的上端的气体通道51的开口511。
因此,在反应室11中的反应后气体G从硅棒40的上端立即被引入至气体通道51以排出至气体出口23。也就是说,反应后气体G不具有使反应室11中的原料气体流动的效果。
回到图1至3,冷却夹套50被安装在基板21上,其中垫圈60***在它们中间。垫圈60与气体通道51和气体出口23连通,并且阻止与反应室11内部的连通。
因此,经过气体通道51和气体出口23的反应后气体G被供给至反应室11中以不会影响经历化学气相沉积反应的原料气体的流动。也就是说,通过反应后气体G没有在反应器中形成湍流,而是可以有效地形成层流(LF)。
冷却夹套50的下端形成凹槽501,以及垫圈60在一侧被连接到凹槽501以在另一侧被支撑在基板21上。凹槽501以其中上部窄并且下部宽的梯形结构形成以在当冷却夹套50被***反应器10中时防止垫圈60的分离。例如,垫圈60可以由具有耐热性的聚四氟乙烯树脂形成。
图5为示出在现有技术与示例性实施方式中的反应器的各位置的硅棒之间的表面温度的偏差的图。参照图5,现有技术的硅棒具有在反应器的中心、中间部分和外部之间的约70℃的表面温度偏差a。
相反地,示例性实施方式的硅棒40具有在反应器的中心、中间部分和外部之间的约20℃的表面温度偏差b。这样,在示例性的实施方式中,由于冷却夹套50的安装,硅棒40的表面温度偏差b可以低于现有技术的表面温度偏差a。
也就是说,在示例性的实施方式中,硅棒40的表面温度是均一的,并且可以改善多晶硅的质量。在示例性的实施方式中,由于冷却夹套50的安装,硅棒40的上部的直径和下部的直径是均一的以减少发热量,并且进一步降低表面温度。
图6为示出在现有技术中的功率消耗的图,以及图7为示出在示例性的实施方式的功率消耗的图。参照图6,现有技术的硅棒消耗49%功率的辐射,31%功率的对流、16%功率的气体加热和4%功率的接触损失。
参照图7,示例性实施方式的硅棒消耗63%功率的辐射,22%功率的对流、9%功率的气体加热和6%功率的接触损失。也就是说,在示例性的实施方式中,可以减少对流导致的热损失,并且与现有技术相比,可以降低用电单耗(electric basic unit)。
图8为通过在图1的反应器中模拟示出原料气体形成层流的状态图。参照图8,在示例性的实施方式中,通过使用冷却夹套50,原料气体G11从反应器10的两个下侧被引入,以及反应后气体G12从中心被排出,以完全地减少在反应室10中由原料气体导致的气体速度的偏差。
因此,在反应器10中的原料气体形成在预定方向上的层流。气体速度的偏差小且形成层流以降低硅棒40的直径偏差。
图9、10和11为通过在对比实施例1、2和3中的反应器中模拟示出原料气体形成湍流的状态图。参考图9,在对比实施例1中,原料气体G21从反应器80的下部中心和两侧引入,以及反应后气体G22从反应器80的上部被排出。
参考图10,在对比实施例2中,从反应器80的中心引入比两个下侧更多的原料气体G31(增加气体入口的直径),以及反应后气体G32从反应器80上部被排出。
参考图11,在对比实施例3中,从反应器80的中心引入比两个下侧更多的原料气体G41(增加气体入口的数量),以及反应后气体G42从反应器80上部被排出。
这样,在对比实施例1、2和3中,在反应器80的下部和上部由原料气体G21、G31和G41导致的气体的速度偏差大,并且分别在下部和上部形成了由原料气体G21、G31和G41导致的湍流。气体速度偏差大且形成了湍流,而因此会增加硅棒的直径偏差。
图12、13、14和15为通过在对比实施例4、5、6和7中的反应器中模拟示出原料气体形成湍流的状态图。参考图12,在对比实施例4中,原料气体G51被引入至反应器90的中心侧,以及反应后气体G52被排出至反应器90的外侧。
参考图13,在对比实施例5中,原料气体G61被引入至反应器90的外侧,以及反应后气体G62被排出至反应器90的中心侧。参考图14,在对比实施例6中,原料气体G71被引入至反应器90的中心侧,以及反应后气体G72被排出至反应器90的上部。
参考图15,在对比实施例7中,原料气体G81被引入至反应器90的外侧,以及反应后气体G82通过冷却夹套50被排出至反应器90的下部。
这样,在对比实施例4、5、6和7中,气流似乎在原料气体的引入口(气体入口)周围的一个方向上形成,但是反应后气体不容易排出,而因此到处形成湍流。湍流可能增加硅棒的直径偏差。
在示例性的实施方式中,在硅棒40中,上部和下部直径均一,并且硅棒40的表面温度均一以提高多晶硅的产率。此外,在示例性的实施方式中,由于减少了过热点而提高了多晶硅的质量,以及由于气流速率的下降和功率消耗的下降(约15至25%)可以降低用电单耗。用电单耗的降低可以降低多晶硅的购买成本。
图16为示出在对比实施例中的反应器中形成的过热点的状态图。参考图16,当将对比实施例1至7的一个反应器应用至多晶硅制造装置时,在反应器10中形成过热点HS1。
图17为示出在图1的反应器中形成过热点的状态图。
参考图17,当将根据本发明的示例性实施方式的一个反应器应用至多晶硅制造装置时,在反应器10中形成一个过热点HS2。
当比较图16中的对比实施例和图17中的实施例时,在其中原料气体流动速率、供给至电引线的功率和引入原料气体的气体入口相同的情况下,与对比实施例中的反应器101相比,在实施例中的反应器10中,气体温度为1050K以上的面积显著下降。也就是说,与对比实施例的反应器101中的过热点HS1相比,在本发明的示例性的实施方式的反应器10中的过热点HS2显著降低。
虽然结合目前被认为是实践性的示例性实施方式已经描述了本发明,应该理解的是,本发明不限于公开的实施方式,而是,相反地,被认为意欲涵盖在所附的权利要求的范围所包括的各种修改或等同布置。
Claims (12)
1.一种多晶硅制造装置,其包括:
反应器,其被设置在基板上以形成反应室;
一对电引线,其被安装在所述基板上以延伸至所述反应室的内部;
棒丝,其被安装在所述反应室的电引线上,并且通过在上端的棒桥彼此连接以通过由气体入口引入的原料气体的化学气相沉积来形成硅棒;和
冷却夹套,其被***至在所述反应器上侧设置的穿透的安装孔以被所述基板支撑,通过形成排出反应后气体的气体通道与在所述基板上形成的气体出口连接,以及所述冷却夹套通过形成在气体通道外面的冷却剂通道而从反应器的外面引入和循环低温冷却剂至冷却剂通道以将高温冷却剂排出至反应器的外面,
其中:
所述冷却夹套包括:
冷却剂入口,其被安装在所述反应器中,并连接至所述冷却剂通道以引入低温冷却剂,
冷却剂出口,其被连接至冷却剂通道以排出高温冷却剂,和
内管道和外管道,其将所述冷却剂入口和所述冷却剂出口连接至冷却剂通道,并彼此间隔一定距离以在内部形成气体通道和在外部形成冷却剂通道,
其中,所述冷却夹套经由所述安装孔被***至所述反应器中以保持所述冷却剂入口和所述冷却剂出口的部件伸出至所述安装孔的外面。
2.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置,其中,
在所述基板的中心形成所述气体出口,以及
所述气体入口被设置在所述基板的直径方向的外侧且与所述气体出口间隔一定距离的位置上。
3.根据权利要求2所述的多晶硅制造装置,其中,
所述冷却夹套被设置在所述反应室的中心以将所述气体通道连接至气体出口。
4.根据权利要求3所述的多晶硅制造装置,其进一步包括:
垫圈,其被设置在所述冷却夹套与所述基板之间,
其中,所述垫圈连通所述气体通道和气体出口,并且阻止与反应室内部的连通。
5.根据权利要求4所述的多晶硅制造装置,其中,
所述冷却夹套的下端形成凹槽,以及所述垫圈在一侧被连接至所述凹槽,而在另一侧被支撑在基板上。
6.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置,其中,
所述反应器在穿透的安装孔外侧设置有第一法兰,
所述冷却夹套包括固定至所述冷却剂入口和冷却剂出口的第二法兰,以及
当所述冷却夹套被***至反应器中时,
所述第二法兰封闭在所述第一法兰上的安装孔,并且通过紧固构件被紧固至所述第一法兰上。
7.根据权利要求6所述的多晶硅制造装置,其中,
所述内管道和外管道形成对应于所述棒丝的上端的气体通道的开口。
8.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置,其中,
所述冷却夹套是由因科洛伊合金、不锈钢或哈氏合金形成的。
9.根据权利要求8所述的多晶硅制造装置,其中,所述因科洛伊合金选自Incoloy 800H和Incoloy 800。
10.根据权利要求8所述的多晶硅制造装置,其中,所述不锈钢选自SS316L和SS316。
11.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置,其中,
所述原料气体包括三氯硅烷(TCS)。
12.根据权利要求11所述的多晶硅制造装置,其中,
所述原料气体进一步包括二氯硅烷(DCS)、四氯硅烷(STC)和氢气中的至少一种。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2015-0126701 | 2015-09-08 | ||
KR20150126701 | 2015-09-08 | ||
KR1020160102394A KR101895538B1 (ko) | 2015-09-08 | 2016-08-11 | 폴리실리콘 제조 장치 |
KR10-2016-0102394 | 2016-08-11 | ||
PCT/KR2016/010106 WO2017043892A1 (ko) | 2015-09-08 | 2016-09-08 | 폴리실리콘 제조 장치 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108025918A CN108025918A (zh) | 2018-05-11 |
CN108025918B true CN108025918B (zh) | 2021-01-26 |
Family
ID=58497871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201680052170.1A Active CN108025918B (zh) | 2015-09-08 | 2016-09-08 | 多晶硅制造装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10293326B2 (zh) |
KR (1) | KR101895538B1 (zh) |
CN (1) | CN108025918B (zh) |
TW (1) | TWI616564B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180340052A1 (en) * | 2017-05-24 | 2018-11-29 | Garlock Sealing Technologies, Llc | Biaxial ptfe gasket material with high purity filler |
US11512001B2 (en) | 2017-06-16 | 2022-11-29 | Tokuyama Corporation | Method for producing polysilicon |
JP7098068B2 (ja) * | 2019-10-02 | 2022-07-08 | 株式会社トクヤマ | 多結晶シリコンの製造装置および製造方法 |
KR20210137811A (ko) | 2020-05-11 | 2021-11-18 | 삼성전자주식회사 | 센서 및 전자 장치 |
CN113363138A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-07 | 上海晶盟硅材料有限公司 | 外延生长方法和设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110126761A1 (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-02 | Woongjin polysilicon Co., Ltd. | Cvd reactor with energy efficient thermal-radiation shield |
CN104016349A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-03 | 姚迅 | 一种多晶硅棒的生产装置及其方法 |
CN104203821A (zh) * | 2012-03-14 | 2014-12-10 | 森特瑟姆光伏美国有限公司 | 三氯甲硅烷生产 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009003368B3 (de) | 2009-01-22 | 2010-03-25 | G+R Polysilicon Gmbh | Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silizium nach dem Monosilan-Prozess |
KR101178046B1 (ko) * | 2009-03-23 | 2012-08-29 | 한국실리콘주식회사 | 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기 |
US8399072B2 (en) | 2009-04-24 | 2013-03-19 | Savi Research, Inc. | Process for improved chemcial vapor deposition of polysilicon |
JP5552284B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2014-07-16 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン製造システム、多結晶シリコン製造装置および多結晶シリコンの製造方法 |
US8418834B2 (en) * | 2010-07-26 | 2013-04-16 | Sun Automation, Inc. | Prefeeding corrugated boards to box finishing machines |
WO2012134223A2 (ko) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 엘지전자 주식회사 | 무선 통신 시스템에서 클라이언트 협력을 위한 네트워크 진입 방법 및 장치 |
KR101632236B1 (ko) * | 2011-07-20 | 2016-06-21 | 헴로크세미컨덕터코포레이션 | 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치 |
KR20130019183A (ko) * | 2011-08-16 | 2013-02-26 | (주)세미머티리얼즈 | 반응가스 흐름을 개선한 폴리실리콘 제조장치 |
KR101279414B1 (ko) | 2011-08-17 | 2013-06-27 | (주)세미머티리얼즈 | 폴리실리콘 제조장치 및 폴리실리콘 제조방법 |
CN203319708U (zh) | 2013-06-18 | 2013-12-04 | 浙江精功新材料技术有限公司 | 一种多晶硅制造装置 |
KR101590607B1 (ko) | 2013-11-20 | 2016-02-01 | 한화케미칼 주식회사 | 폴리실리콘 제조 장치 |
-
2016
- 2016-08-11 KR KR1020160102394A patent/KR101895538B1/ko active IP Right Grant
- 2016-09-08 CN CN201680052170.1A patent/CN108025918B/zh active Active
- 2016-09-08 US US15/750,251 patent/US10293326B2/en active Active
- 2016-09-08 TW TW105129095A patent/TWI616564B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110126761A1 (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-02 | Woongjin polysilicon Co., Ltd. | Cvd reactor with energy efficient thermal-radiation shield |
CN104203821A (zh) * | 2012-03-14 | 2014-12-10 | 森特瑟姆光伏美国有限公司 | 三氯甲硅烷生产 |
CN104016349A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-03 | 姚迅 | 一种多晶硅棒的生产装置及其方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101895538B1 (ko) | 2018-09-05 |
US10293326B2 (en) | 2019-05-21 |
KR20170030029A (ko) | 2017-03-16 |
TW201716650A (zh) | 2017-05-16 |
US20180229203A1 (en) | 2018-08-16 |
TWI616564B (zh) | 2018-03-01 |
CN108025918A (zh) | 2018-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108025918B (zh) | 多晶硅制造装置 | |
US8282902B2 (en) | Apparatus for producing trichlorosilane, and method for producing trichlorosilane | |
KR100813131B1 (ko) | 유동층 반응기를 이용한 다결정 실리콘의 지속 가능한제조방법 | |
US8399072B2 (en) | Process for improved chemcial vapor deposition of polysilicon | |
KR100892123B1 (ko) | 폴리 실리콘 증착장치 | |
CN102047750B (zh) | 用于沉积材料的制造设备和其中使用的电极 | |
EP2436438A1 (en) | Fluidized bed reactor | |
US8377208B2 (en) | System and method for manufacturing polycrystal silicon | |
US20130115374A1 (en) | Polycrystalline silicon production | |
US20120269686A1 (en) | Fluidized bed reactor | |
US20100055007A1 (en) | Apparatus for producing trichlorosilane | |
US20110268892A1 (en) | Process for producing polycrystalline silicon | |
JP2011515590A (ja) | 化学気相蒸着反応器内にガスを流通させるためのシステムおよび方法 | |
JP2002241120A (ja) | 多結晶シリコン製造用反応炉及び多結晶シリコン製造方法 | |
KR101279414B1 (ko) | 폴리실리콘 제조장치 및 폴리실리콘 제조방법 | |
US8580204B2 (en) | Fluidized bed reactor | |
US20120266816A1 (en) | Polycrystal silicon manufacturing apparatus | |
KR101329029B1 (ko) | 반응가스 공급노즐을 포함하는 유동층 반응기 | |
WO2017043892A1 (ko) | 폴리실리콘 제조 장치 | |
US20180223432A1 (en) | Polysilicon preparation apparatus | |
JPS58176924A (ja) | 純粋な半導体材料の製法及びその装置 | |
ES2666431T3 (es) | Reactor de lecho turbulento y procedimiento para la producción de granulado de silicio policristalino | |
JP2011207746A (ja) | トリクロロシラン製造装置 | |
WO2010087003A1 (ja) | 発熱装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |