CN110114310A - 多晶硅制造装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的示例性实施例的多晶硅制造装置包括：反应器，在所述反应器中引入反应气体，从而通过化学气相沉积(CVD)方法执行多晶硅制造加工；以及狭缝型喷嘴，所述狭缝型喷嘴安装在所述反应器处，并且在所述反应器内喷射气体以在加工期间防止硅颗粒的吸附。

Description

多晶硅制造装置
技术领域
本发明涉及一种多晶硅制造装置。更具体地，本发明涉及在化学气相沉积(CVD)加工期间在反应器中产生硅颗粒的多晶硅制造装置。
背景技术
西门子化学气相沉积(CVD)反应器是多晶硅制造加工的关键部分，并且是批处理设备。化学气相沉积(CVD)方法为如下的方法：其中，将硅丝安装在西门子CVD反应器中，通过施加电力来产生电阻热，并且在高压条件下注入反应气体60至80小时以生产具有120-150mm的直径的硅棒。
在沉积加工中，在硅棒表面处发生沉积反应，然而在反应器中的气流中或者在根据反应器或硅棒的结构所产生的气体的高温区域中产生硅颗粒。硅颗粒引起生产率恶化。
因此，需要控制硅颗粒的产生并且需要将它们去除，以便不影响加工。
在韩国专利公开第2014-0048034号中，为了解决由硅颗粒引起的问题，在沉积加工之后，注入氯化氢或氯化氢与氢气的混合气体以蚀刻并去除吸附在反应器内壁上的硅颗粒。然而，因为在去除硅颗粒的同时硅棒的表面被蚀刻，所以该方法减小了多晶硅的产量。
即，在硅沉积加工中，形成在气流或根据反应器或硅棒的结构所产生的反应器中的气体的高温区域中的硅颗粒被吸附至反应器的内壁、底部以及电极罩。结果，使多晶硅的产量恶化，并且增加了多晶硅的制造成本。
具体地，吸附在反应器的内壁上的硅颗粒减小了辐射能的反射比，并且辐射热损失增加了制造成本。由于漏电，吸附在反应器底部和电极罩上的硅颗粒引起加工中断，导致产量的损失。最后，吸附的硅颗粒增加了运行结束后的清洁工艺所需的时间，导致生产率恶化。因此，反应器内的硅颗粒的吸附增加了经济损失。
发明内容
本发明提供一种多晶硅制造装置，其抑制加工期间产生的硅颗粒在用于多晶硅生产的CVD反应器中被吸附至反应器的内部。
根据本发明的示例性实施例的多晶硅制造装置包括：反应器，在所述反应器中引入反应气体，从而通过化学气相沉积(CVD)方法执行多晶硅制造加工；以及狭缝型喷嘴，所述狭缝型喷嘴安装在所述反应器处，并且在所述反应器内喷射气体以在加工期间防止硅颗粒的吸附。
所述狭缝型喷嘴可以安装在所述反应器的内壁和底部中的至少一个上。
安装在所述底部的所述狭缝型喷嘴可以具有沿彼此相反的方向开口的一对狭缝，以便以与所述底部的预定分离距离沿平行于所述底部的左右方向喷射气体。
安装在所述内壁的所述狭缝型喷嘴可以具有沿彼此相反的方向开口的一对狭缝，以便以与所述内壁的预定分离距离沿平行于所述内壁的上下方向喷射气体。
所述狭缝型喷嘴在所述反应器的所述内壁上可以设置有多个，并且多个狭缝型喷嘴可以包括两个组喷嘴和单个喷嘴，以沿着所述反应器的周长形成具有等间隔的交替布置。
所述组喷嘴中的一个狭缝型喷嘴可以通过第一高度与所述底部分离，并且另一个狭缝型喷嘴可以在所述第一高度处沿着所述反应器的高度方向以第一间隔而分离。
所述单个喷嘴可以通过比所述第一高度高的第二高度与所述底部分离，并且可以沿着对角线方向以第二间隔与所述组喷嘴分离。
在所述狭缝型喷嘴中，狭缝间隔根据加工条件可以被设定为1mm以下，并且气体喷射速度在狭缝中可以被设定为100m/s以上。
所述气体可以包括氢气或者氯化氢。
所述狭缝型喷嘴可以在大量地产生所述硅颗粒的60小时的运行时间后喷射气体，并且可以在加工期间周期性或连续地喷射气体。
在所述反应器的所述内壁处，当所述狭缝型喷嘴周期性喷射气体时，周期性的喷射可以在60小时的沉积加工之后间隔1小时喷射气体10分钟。
在所述反应器的所述底部处，当所述狭缝型喷嘴周期性喷射气体时，周期性的喷射可以在60小时的沉积加工之后间隔30分钟喷射气体10分钟。
所述狭缝型喷嘴可以由Incoloy 800H、Incoloy 800、SS316L、SS316以及哈氏合金中的一种材料形成。
如上所述，由于本发明的示例性实施例将狭缝型喷嘴添加至反应器，所以当在预定时间(例如，60小时)之后产生大量的硅颗粒时，通过喷射抑制硅颗粒的吸附的气体，能够有效地防止硅颗粒吸附在反应器内。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施例的多晶硅制造装置的剖视图。
图2为示出了反应器在图1的用于生产多晶硅的装置中膨胀的状态下的狭缝型喷嘴的分布的展开图。
图3为示出了经由狭缝型喷嘴喷射的气体的速度分布与图1的多晶硅制造装置中的反应器的三维形状之间的关系的立体图。
具体实施方式
将在下文中参照附图更加全面地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将会领会到的，在不偏离本发明的主旨或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。附图和说明书本质上被看作是说明性的，而不是限制性的。在整个说明书中相同的附图标记指定相同的元件。
在整个说明书和后面的权利要求书中，当描述元件“联接”至另一个元件时，不仅包括元件“直接连接”至另一元件的情况，而且包括在其他构件布置在其间的情况下元件“电连接”至另一元件的情况。另外，除非明确相反地描述，单词“包括”将被理解为暗示包括阐明的元件而不排除任何其他元件。
图1为根据本发明的示例性实施例的多晶硅制造装置的剖视图。参照图1，示例性实施例的多晶硅制造装置包括反应器10和狭缝型喷嘴20。狭缝型喷嘴20不影响所生产的多晶硅的纯度。
作为示例，反应器10采用西门子CVD反应器来生产多晶硅。反应器10被构造为执行如下的加工：通过注入作为主反应气体的三氯甲硅烷(SiHCl3,TCS)由CVD(chemical vapordeposition，化学气相沉积)方法生产多晶硅。在生产多晶硅的过程中在反应器10中产生硅颗粒。
在硅沉积加工中，依据气流或者反应器10或者硅棒(未示出)的结构而不同地出现反应器10中的高温区域。硅颗粒在反应器10中产生的气体的高温区域中产生。硅颗粒可以被吸附在反应器10的内壁11、底部12以及电极罩13上。硅颗粒的吸附导致大的经济损失。
为了减少该经济损失，狭缝型喷嘴20被安装在反应器10中并且将气体注入到反应器10中，由此防止和抑制硅颗粒在反应器10中的吸附。
由狭缝型喷嘴20喷射的气体可以是氢气、氯化氢或者混合气体。所述气体抑制硅颗粒在反应器10中的吸附，因此提高多晶硅的生产率并且减少制造成本。
在使用氢气作为注入气体的情况下，被注入以减少能耗的反应气体的一部分可以被用于抑制硅颗粒的吸附。同样，当使用氯化氢作为喷射气体时，氯化氢可以蚀刻吸附的硅颗粒并且从多晶硅产品的表面去除杂质。
反应器10的内壁11和底部12中的至少一个安装有狭缝型喷嘴20。本示例性实施例被构造为通过在内壁11和底部12上安装狭缝型喷嘴20、21以及22来防止硅颗粒被吸附至内壁11和底部12。
电极14设置在反应器10的底部12处，以向用于沉积反应的硅棒(未示出)供应电力。电极罩13设置在反应器10内部的电极14处，以覆盖电极14，由此保护电极14免受反应器10的内部环境的影响。
安装在底部12的狭缝型喷嘴22具有一对狭缝S22，所述一对狭缝S22沿彼此相反的方向开口，以便在具有与底部12的预定分离距离D2的同时沿平行于底部12的左右方向喷射气体。
因此，从狭缝型喷嘴22的狭缝S22喷射的气体沿平行于底部12的左右方向被喷射，使得可以抑制和防止硅颗粒向底部12和电极罩13的吸附。即，安装在底部12的狭缝型喷嘴22可以允许电极14和电极罩13防止由于漏电导致的加工中断。
安装在内壁11处的狭缝型喷嘴21具有一对狭缝S21，所述一对狭缝S21沿彼此相反的方向开口，以便在具有与内壁11的预定分离距离D1的同时沿平行于内壁11的上下方向喷射气体。
因此，从狭缝型喷嘴21的狭缝S21喷射的气体沿平行于内壁11的上下方向被喷射，由此抑制和防止硅颗粒在内壁11上的吸附。即，安装在内壁11的狭缝型喷嘴21可以防止内壁11中的辐射能的反射比的减少。另外，安装在内壁11处的狭缝型喷嘴21减少了热损失，由此减少了制造成本。
图2为示出了反应器在图1的用于生产多晶硅的装置中膨胀的状态下的狭缝型喷嘴的分布的展开图。参照图1和图2，狭缝型喷嘴21在反应器10的内壁11上设置有多个。
该多个狭缝型喷嘴21包括两个组喷嘴211和一个单个喷嘴212，以便沿着反应器10的周向以相等的间隔形成交替的布置。因此，多个狭缝型喷嘴21可以从沿着周向的组喷嘴211和单个喷嘴212交替地喷射气体。
组喷嘴211的一个狭缝型喷嘴111以第一高度H1与底部12间隔开，而另一个狭缝型喷嘴112在第一高度H1处沿着反应器10的高度方向以第一间隔G1隔开。因此，在保持第一间隔G1的同时，形成组喷嘴211的狭缝型喷嘴111和112在第一高度H1处沿高度方向向上和向下喷射气体。即，狭缝型喷嘴111和112可以通过在反应器10的高度方向的整个区域中喷射气体来防止和抑制硅颗粒的吸附。
单个喷嘴212以第二高度H2与底部12间隔开，并且沿着对角线方向以第二间隔G2与组喷嘴211间隔开。第二高度H2比从底部12的第一高度H1高。因此，在保持形成组喷嘴211的狭缝型喷嘴111和112的对角线方向的第二间隔G2的同时，单个喷嘴212在第二高度H2处沿高度方向的上下喷射气体。即，单个喷嘴212在沿反应器10的周向和高度方向远离狭缝型喷嘴111和112的位置喷射气体，使得能够进一步防止和抑制硅颗粒在硅颗粒的吸附性高的部分中的吸附。
设置在底部12和内壁11的狭缝型喷嘴20在运行时间(例如，60小时)之后喷射气体，在所述运行时间期间，在反应器10的运行期间产生大量硅颗粒，并且可以周期性或连续地喷射气体以防止硅颗粒沉积和吸附在反应器10的内壁11、底部12以及电极罩13上。
即，当由于产生大量的硅颗粒，硅颗粒可能吸附至反应器10时，狭缝型喷嘴20喷射气体。可以依据反应器10的结构以及产生大量硅颗粒的运行时间来改变狭缝型喷嘴20喷射气体的时间和周期。
安装的狭缝型喷嘴21可以在反应器10的内壁11处周期性地喷射气体。在该情况下，气体的周期性的喷射可以通过在60小时的沉积加工之后间隔1小时喷射气体10分钟来抑制硅颗粒在内壁11上的吸附。
安装的狭缝型喷嘴22可以在反应器10的底部12周期性地喷射气体。在该情况下，气体的周期性的喷射可以通过在60小时的沉积加工之后间隔30分钟喷射气体10分钟来抑制硅颗粒在底部12和电极罩13上的吸附。
以这种方式，在反应器10的60小时的运行之后进行气体的喷射，并且喷射周期在内壁11与底部12之间是不同的。即，内壁11的狭缝型喷嘴21可以通过1小时的喷射周期以及10分钟的喷射时间来设定。底部12的狭缝型喷嘴22可以通过30分钟的喷射周期以及10分钟的喷射时间来设定。
硅棒、电极罩13等设置在底部12处，使得硅颗粒的吸附可能性可以大于在内壁11处的吸附可能性。因此，底部12的狭缝型喷嘴22的喷射周期可以被设定为比内壁11的狭缝型喷嘴21的喷射周期短。
因此，由于狭缝型喷嘴21和22的气体喷射，抑制了反应器10的内壁11的辐射能的反射比的减小，由此减少了辐射损失，并且抑制了底部12的电极罩13处的漏电可能性，而且由于加工结束之后的缩短的清洁时间，可以提高多晶硅生产率。
另外，由于使用大量电流的加工特性，电流基本单位是决定多晶硅的售价的重要要素。由于电力减小，所以电流基本单位减少了大约5％，使得可以提高竞争力。
图3为示出了经由狭缝型喷嘴喷射的气体的速度分布与图1的多晶硅制造装置中的反应器的三维形状之间的关系的立体图。参照图3，根据加工条件，狭缝型喷嘴20可变地将狭缝S21和S22的间隔设定为1mm以下，并且将狭缝S21和S22中的气体的喷射速度设定为100m/s以上。
例如，当从单个喷嘴212喷射气体时，在内壁11的上下方向的中央处形成最大速度分布，并且形成从中央朝向上下方向逐渐减小的速度分布。
再次参照图2，单个喷嘴212布置在沿周向和上下方向布置的四组喷嘴211的对角线方向的中央以喷射气体，由此抑制硅颗粒在内壁11处的吸附。因此，单个喷嘴212与四组喷嘴211在反应器10的整个内壁11形成气体喷射的均匀速度分布，因此实质上均匀地抑制了硅颗粒在内壁11处的吸附。
狭缝型喷嘴20的数量和布置可以依据反应器10的结构而变化，并且不影响多晶硅产品的纯度。狭缝型喷嘴20可以在1000℃以上的高温处具有稳定性，可以具有出色的耐腐蚀性以及加工性，并且可以由廉价的材料形成。例如，狭缝型喷嘴20可以由Incoloy 800H、Incoloy 800、SS316L、SS316或者哈氏合金的材料形成。
以气体的喷射速度的最低值(例如，100m/s)以上，将气体直接喷射至反应器10的内壁11、底部12以及电极罩13，使得允许硅颗粒漂浮在反应器10的内壁11、底部12以及电极罩13上而没有被吸附，并且与气体一起排出。以小于100m/s的喷射速度，硅颗粒的吸附抑制效果可能是不明显的。
在狭缝型喷嘴20中，狭缝S21和S22形成为具有小于1mm的间隔，从而实现大于100m/s的气体喷射速度。如果狭缝S21和S22的间隔超过1mm，则气体的喷射速度实现为小于100m/s，并且可能降低硅颗粒的吸附抑制的抑制效果。
虽然已经结合当前认为是实际的示例性实施例描述了本发明，但应理解的是，本发明并不限于所公开的实施例。相反地，意在覆盖包括在所附的权利要求书的主旨和范围内的各种变型以及等同替代方式。
<符号说明>
10：CVD反应器 11：内壁
12：底部 13：电极罩
14：电极 20、21、22：狭缝型喷嘴
211：组喷嘴 212：单个喷嘴
D1、D2：距离 G1：第一间隔
G2：第二间隔 H1：第一高度
H2：第二高度 S21、S22：狭缝

Claims (13)

1.一种多晶硅制造装置，包括：
反应器，在所述反应器中引入反应气体，从而通过化学气相沉积(CVD)方法执行多晶硅制造加工；以及
狭缝型喷嘴，所述狭缝型喷嘴安装在所述反应器处，并且在所述反应器内喷射气体以在加工期间防止硅颗粒的吸附。
2.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
所述狭缝型喷嘴安装在所述反应器的内壁和底部中的至少一个上。
3.根据权利要求2所述的多晶硅制造装置，其中
安装在所述底部的所述狭缝型喷嘴具有沿彼此相反的方向开口的一对狭缝，以便以与所述底部的预定分离距离沿平行于所述底部的左右方向喷射气体。
4.根据权利要求2所述的多晶硅制造装置，其中
安装在所述内壁的所述狭缝型喷嘴具有沿彼此相反的方向开口的一对狭缝，以便以与所述内壁的预定分离距离沿平行于所述内壁的上下方向喷射气体。
5.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
所述狭缝型喷嘴在所述反应器的所述内壁上设置有多个，并且
多个狭缝型喷嘴包括两个组喷嘴和单个喷嘴，以沿着所述反应器的周长形成具有等间隔的交替布置。
6.根据权利要求5所述的多晶硅制造装置，其中
所述组喷嘴中的一个狭缝型喷嘴通过第一高度与所述底部分离，并且
另一个狭缝型喷嘴在所述第一高度处沿着所述反应器的高度方向通过第一间隔而分离。
7.根据权利要求6所述的多晶硅制造装置，其中
所述单个喷嘴通过比所述第一高度高的第二高度与所述底部分离，并且沿着对角线方向以第二间隔与所述组喷嘴分离。
8.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
在所述狭缝型喷嘴中，狭缝间隔根据加工条件而被设定为1mm以下，并且气体喷射速度在狭缝中被设定为100m/s以上。
9.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
所述气体包括氢气或者氯化氢。
10.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
所述狭缝型喷嘴在大量地产生所述硅颗粒的60小时的运行时间后喷射气体，并且在加工期间周期性或连续地喷射气体。
11.根据权利要求10所述的多晶硅制造装置，其中
在所述反应器的所述内壁处，当所述狭缝型喷嘴周期性喷射气体时，
周期性的喷射在60小时的沉积加工之后间隔1小时喷射气体10分钟。
12.根据权利要求10所述的多晶硅制造装置，其中
在所述反应器的所述底部处，当所述狭缝型喷嘴周期性喷射气体时，
周期性的喷射在60小时的沉积加工之后间隔30分钟喷射气体10分钟。
13.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其中
所述狭缝型喷嘴由Incoloy 800H、Incoloy 800、SS316L、SS316以及哈氏合金中的一种材料形成。
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