KR101871019B1 - Apparatus for producing polysilicon and preparation of polysilicon using same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 반응가스 및 환원가스 공급관과, 실리콘 용융온도 이상으로 가열되는 반응면을 구비한 반응관; 및 상기 반응관의 내부에 설치된 실리콘 구조체를 포함하며, 반응가스와 환원가스가 상기 반응면에서 반응하여 폴리실리콘이 용융상태로 석출되는 것인, 폴리실리콘 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a reaction tube comprising a reaction gas and a reducing gas supply pipe, and a reaction surface heated to a temperature higher than a silicon melting temperature; And a silicon structure disposed inside the reaction tube, wherein the reaction gas and the reducing gas react on the reaction surface to precipitate the polysilicon in a molten state, and a method of manufacturing polysilicon using the same do.

Description

폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법{Apparatus for producing polysilicon and preparation of polysilicon using same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for manufacturing polysilicon and a method for manufacturing polysilicon using the same,

본 발명은 폴리실리콘의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고순도의 폴리실리콘을 용융된 상태로 획득할 수 있는 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing polysilicon, and more particularly, to an apparatus for manufacturing polysilicon capable of obtaining high-purity polysilicon in a molten state, and a method of manufacturing polysilicon using the same.

폴리실리콘은 반도체 소자, 태양전지 소자 등의 원료가 되는 물질로 최근 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 종래 반도체 또는 태양광 발전용 전지의 원료로서 사용되는 실리콘을 제조하는 방법은 여러 가지가 알려져 있고 그 중 일부는 이미 공업적으로 실시되고 있다. Polysilicon is a raw material for semiconductor devices, solar cell devices, and the like. Conventionally, various methods for producing silicon used as a raw material for a semiconductor or a solar cell have been known, and some of them have already been carried out industrially.

현재 상용되는 고순도용 폴리실리콘은 대부분 화학기상증착 방법을 통해 제조되고 있다. 구체적으로 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 삼염화실란 기체를 수소 기체와 같은 환원성 기체와 반응시켜 제조될 수 있다.Most of the currently used high purity polysilicon is produced by a chemical vapor deposition method. Can be prepared by reacting a trichlorosilane gas with a reducing gas such as hydrogen gas, specifically as shown in Reaction Scheme 1 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

SiHCl3(gas)+ H2(gas)→ Si(solid) + 3HCl(gas)SiHCl 3 (gas) + H 2 (gas) → Si (solid) + 3HCl (gas)

폴리실리콘을 제조하기 위한 상용화된 공법 중 하나를 예로 들면 지멘스 공법(Siemens method)이 있다. 지멘스 공법에서는 종형 반응기 내부에 6 내지 7 mm 정도의 가느다란 굵기를 갖는 Si 코어 필라멘트('슬림 로드'라고도 함)를 ∩형상으로 위치시키고, 상기 슬림 로드의 말단을 전극과 연결시킨다. 이어서, 전극을 통해 소정 전위차의 전기를 공급하여 상기 슬림 로드를 높은 온도로 가열하고, 실란가스 및 수소가스로 이루어진 반응가스를 상기 종형 반응기 내부로 공급한다. 이에 따라서, 상기 슬림 로드 표면에 Si가 석출되면서 점차로 상기 슬림 로드(20)의 굵기가 증가하게 되며 이와 같은 전기저항 가열 및 실리콘 석출 공정을 수일 이상 유지하면 직경이 약 10 내지 15cm 정도가 되는 막대형 폴리실리콘 제품을 얻을 수 있게 된다. An example of a commercialized process for producing polysilicon is the Siemens method. In the Siemens method, a Si core filament (also referred to as a 'slim rod') having a small thickness of about 6 to 7 mm is placed in the inside of the bell-shaped reactor, and the end of the slim rod is connected to the electrode. Subsequently, electric power of a predetermined potential difference is supplied through the electrode to heat the slim rod to a high temperature, and a reaction gas composed of silane gas and hydrogen gas is supplied into the vertical reactor. Accordingly, as the Si is precipitated on the surface of the slim rod, the thickness of the slim rod 20 gradually increases. If the electric resistance heating and the silicon deposition process are maintained for several days or more, A polysilicon product can be obtained.

그러나, 이와 같은 종래의 지멘스 반응기는 통상 65 ~ 200 KWh/kg 정도의 많은 전기 에너지를 소비하며, 이러한 전기 에너지에 대한 비용이 폴리실리콘 제조 비용 중 매우 큰 비중을 차지한다. 또한 석출이 뱃치식(batch type)이기 때문에 실리콘 로드의 설치, 통전 가열, 석출, 냉각, 취출, 종형 반응기 세정 등의 지극히 번잡한 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다. However, such a conventional Siemens reactor usually consumes a large amount of electric energy of about 65 to 200 KWh / kg, and the cost for such electric energy accounts for a very large portion of the cost of manufacturing the polysilicon. Further, since the precipitation is of a batch type, there is a problem that an extremely complicated process such as installation of a silicon rod, conduction heating, precipitation, cooling, extraction, and vertical reactor cleaning must be carried out.

또 다른 방법으로 유동층에 의한 석출방법이 있다. 이 방법은 유동층을 이용하여 100 미크론 정도의 미립자를 석출핵으로 공급하면서 실란류를 공급하여 실리콘 미립자 상에 실리콘을 석출해 1~2 mm의 실리콘 알갱이로서 연속적으로 제조하는 방법이다. 이 방법은 비교적 장기 연속 운전이 가능하다는 장점이 있지만, 석출온도가 낮은 모노실란을 실리콘 원료로서 사용하기 때문에 비교적 낮은 온도에서도 모노실란의 열분해에 의한 미분실리콘 생성이나 반응기벽으로의 실리콘 석출이 일어나기 쉬워 반응용기의 정기적인 세정이나 교환이 필요하다. Another method is the precipitation by a fluidized bed. This method is a method of continuously producing silicon grains of 1 to 2 mm by depositing silicon on fine silicon particles by supplying silane streams while supplying fine grains of about 100 microns into the precipitation nuclei by using a fluidized bed. This method has an advantage of being able to operate for a relatively long period of time. However, since monosilane having a low precipitation temperature is used as a raw material for silicon, generation of fine silicon by thermal decomposition of monosilane and precipitation of silicon into the reactor wall are likely to occur even at a relatively low temperature Periodic cleaning or replacement of the reaction vessel is necessary.

한편, 대한민국 특허 10-0692444 호에는 수직형 환원 반응기를 이용한 다결정 실리콘 제조 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 실리콘 석출면으로 되는 가열체를 통 형상으로 하여 열효율을 높인 장치로서, (a) 하단에 실리콘 취출구로 되는 개구부를 갖는 통 형상 용기, (b) 상기 통 형상 용기의 하단으로부터 임의의 높이까지의 내벽을 실리콘 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 장치, (c) 상기 통 형상 용기의 내경 보다 작은 외경을 갖는 내관으로 이루어지고, 실리콘의 융점 이상으로 가열된 내벽에 의해 둘러싸인 공간에 상기 내관의 한쪽 개구를 아래쪽으로 향하여 설치함으로써 구성된 클로로실란류 공급관, (d) 통 형상 용기의 내벽과 클로로실란류 공급관의 외벽에 의해 형성되는 갭에 밀봉 가스를 공급하는 제 1 밀봉 가스 공급관, 및 경우에 따라, (e) 상기 통 형상 용기 내에 수소 가스를 공급하는 수소 공급관을 더 구비한다. On the other hand, Korean Patent No. 10-0692444 discloses an apparatus for producing polycrystalline silicon using a vertical reduction reactor. (A) a tubular container having an opening serving as a silicon outlet at a lower end thereof; (b) a tubular container having an opening at an arbitrary height from the lower end of the tubular container (C) a space surrounded by an inner wall heated to a temperature not lower than the melting point of silicon, the inner wall having an inner diameter smaller than the inner diameter of the cylindrical container, (D) a first sealing gas supply pipe for supplying a sealing gas to the gap formed by the inner wall of the tubular container and the outer wall of the chlorosilane supply pipe, and, optionally, (e) a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen gas into the tubular container.

도 1 에는 수직형 환원 반응기의 유형에 속하는 폴리실리콘의 제조 장치가 개략적으로 도시되어 있다. Fig. 1 schematically shows an apparatus for producing polysilicon belonging to the type of vertical reduction reactor.

도면을 참조하면, 폴리실리콘의 제조 장치는 반응기(10)의 상부 부분(10a)에 반응 가스 유입구(11)가 구비되고, 반응기(10)의 중간 부분(10b)의 일측에 진공 도관(12) 및 배출 도관(13)이 구비되어 있다. 반응기(10)의 하부 부분(10c)에는 용융실리콘의 포집, 냉각, 캐스팅부가 형성되어 있다. Referring to the drawings, an apparatus for producing polysilicon includes a reaction gas inlet 11 in an upper portion 10a of a reactor 10, a vacuum conduit 12 on one side of a middle portion 10b of the reactor 10, And a discharge conduit 13 are provided. In the lower portion 10c of the reactor 10, the collection, cooling and casting of molten silicon are formed.

상기 반응 가스 유입구(11)를 통해 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 또는 사염화실란(STC)과 같은 실란계 가스인 반응 가스를 공급한다. 반응기(10의 운전 후 내부 공간의 클리닝, 퍼징을 위한 진공 분위기를 형성하기 위하여 진공 도관(12)이 이용될 수 있고, 반응시에 발생되는 폐가스를 배출하기 위하여 배출 도관(13)이 이용될 수 있다. 반응기(10)의 상부 부분(10a)에는 가열 코일(14)이 구비된다. 상기 유도 가열 코일(14)에 RF 전기가 인가됨으로써 반응관(21)에 맴돌이 전류가 생성되어 발열되고 고온으로 가열된 반응관(21) 벽면을 통하여 가스 유입구로 유입되는 가스에 열을 가하여 석출반응을 유도한다. A reactive gas such as monosilane, dichlorosilane, TCS, or STC is supplied through the reaction gas inlet 11. A vacuum conduit 12 may be used to form a vacuum atmosphere for cleaning and purging the interior space after operation of the reactor 10 and a discharge conduit 13 may be used to discharge the waste gases generated during the reaction An upper portion 10a of the reactor 10 is provided with a heating coil 14. An RF current is applied to the induction heating coil 14 so that an eddy current is generated in the reaction tube 21 to generate heat, Heat is applied to the gas flowing into the gas inlet through the heated wall of the reaction tube 21 to induce the precipitation reaction.

도 2 에는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분(10a)이 개략적인 단면도로 도시되어 있다. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the upper portion 10a of the reactor shown in Figure 1.

도면을 참조하면, 반응기의 상부 부분(10a)에는 반응관(21)이 구비되며, 상기 반응관(21)에는 반응 가스 공급관(11)을 통해 실란계 가스와 같은 반응 가스가 공급된다. 반응관(21)의 외측에는 절연관(22)의 표면에 가열 코일(23)이 배치된다. 도면에 도시되지 않은 밀봉 가스 공급관을 통해 밀봉 가스(25)가 공급되어, 반응관(21)과 절연관(22)의 사이 및, 절연관(22)과 외측 용기(26)사이에 충전된다. 밀봉 가스(25)는 반응 가스가 반응관(21)과 절연관(22) 사이 및 절연관(22)과 외측 용기(26) 사이의 간극을 통해 누설되는 것을 억제하기 위하여 공급된다. 또한 도면에 도시되지 않은 환원 가스 공급관을 통하여 수소와 같은 환원 가스가 공급되거나 환원 가스와 실란 가스의 혼합 형태로 공급된다. Referring to FIG. 1, a reaction tube 21 is provided in an upper portion 10a of the reactor, and a reaction gas such as a silane-based gas is supplied to the reaction tube 21 through a reaction gas supply tube 11. On the outer side of the reaction tube (21), a heating coil (23) is arranged on the surface of the insulating pipe (22). A sealing gas 25 is supplied through a sealing gas supply pipe not shown in the drawing to be filled between the reaction tube 21 and the insulating tube 22 and between the insulating tube 22 and the outer tube 26. The sealing gas 25 is supplied in order to prevent the reaction gas from leaking through the gap between the reaction tube 21 and the insulation 22 and between the insulation 22 and the outer insulation 26. [ Also, a reducing gas such as hydrogen is supplied through a reducing gas supply pipe (not shown) or a mixed gas of a reducing gas and a silane gas.

도 2 의 단면도에서 A 로 표시된 반응관(21)의 상부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있지 않은 반면에, B 로 표시된 반응관(21)의 하부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있다. 이러한 구조는 공급관의 열적 안정성과 전체적인 등온 분포를 위한 것이고, B 영역은 반응관 직경의 3~4 배의 길이가 필요하다. 2, the heating coil 21 is not wound on the upper region of the reaction tube 21 indicated by A while the heating coil 21 is wound on the lower region of the reaction tube 21 indicated by B. This structure is for the thermal stability of the feed pipe and for the overall isothermal distribution, and the B region requires a length of 3 to 4 times the diameter of the reaction tube.

따라서 가열 코일(21)에 의해 반응관(21)으로 전달되는 열은 A 로 표시된 상부 영역보다는 B 로 표시된 하부 영역에 집중된다. 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 폴리실리콘의 제조 장치에서는 반응관(21)의 내부에 유입된 반응 가스 및 환원 가스가 벽면과 접촉하여 고온에서의 석출 반응이 진행되지 못하고 단순 통과되는 양이 많아지는 문제점을 가지고 있다. Therefore, the heat transmitted to the reaction tube 21 by the heating coil 21 is concentrated in the lower region indicated by B, rather than the upper region indicated by A. In the apparatus for producing polysilicon described with reference to FIGS. 1 and 2, the reaction gas and the reducing gas introduced into the reaction tube 21 are in contact with the wall surface, It has a lot of problems.

즉, 가열 코일(23)로부터의 거리가 가장 멀리 있는 반응관(21)의 중심부를 통해 유동하는 가스에 대해서는 열전달이 원활하지 않으므로 환원 반응이 느리게 발생되며, 따라서 전체적인 생산 효율이 저하되고 에너지 효율도 저하된다. 그러므로 반응면적의 최대화가 필요하다. That is, since the heat transfer is not smooth for the gas flowing through the center of the reaction tube 21 which is the farthest distance from the heating coil 23, the reduction reaction is slow and therefore the overall production efficiency is lowered and the energy efficiency . Therefore, it is necessary to maximize the reaction area.

뿐만 아니라 종래의 수직형 환원 반응기를 이용한 폴리실리콘 제조 방법은 환원 반응에 의해 석출된 폴리실리콘을 냉각하여 입자 상태로 얻기 때문에 잉곳 등의 원하는 형태로 제작하기 위해서는 이를 다시 용용시키기 위한 에너지가 필요하여 에너지 소비가 많다는 문제점이 있다. 따라서 실리콘의 석출과 용융이 동시에 진행되도록 하면서 용융 실리콘의 포집 및 이송이 가능하도록 하여 직접적으로 잉곳이나 웨이퍼를 제작할 수 있도록 하는 방법이 절실히 요구된다.In addition, since the conventional polysilicon production method using the vertical reduction reactor is obtained by cooling the precipitated polysilicon in the form of particles by the reduction reaction, energy is required to reuse the polysilicon in order to make it into a desired form such as an ingot, There is a problem that consumption is large. Therefore, there is a desperate need for a method of directly collecting and transferring molten silicon while allowing precipitation and melting of silicon to proceed simultaneously, thereby enabling to directly produce ingots and wafers.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing improved polysilicon capable of solving the problems of the prior art as described above.

본 발명의 다른 목적은 생산 효율이 향상될 수 있는 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and a method for manufacturing polysilicon that can improve the production efficiency.

본 발명의 다른 목적은 용융 폴리실리콘의 연속적인 생산이 가능한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and a method for producing polysilicon capable of continuously producing molten polysilicon.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, In order to achieve the above object, according to the present invention,

반응가스 및 환원가스 공급관과, 실리콘 용융온도 이상으로 가열되는 반응면을 구비한 반응관; 및A reaction tube having a reaction gas and a reducing gas supply pipe, and a reaction surface heated to a temperature higher than the silicon melting temperature; And

상기 반응관의 내부에 설치된 실리콘 구조체를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치가 제공된다. There is provided a polysilicon manufacturing apparatus including a silicon structure disposed inside the reaction tube.

본 발명에 있어서, 상기 반응가스 및 환원가스 공급관에 의해 반응관 내로 도입된 반응가스와 환원가스는 상기 반응면에서 반응하여 폴리실리콘이 용융상태로 석출되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the reaction gas introduced into the reaction tube by the reaction gas and the reducing gas supply pipe and the reducing gas react on the reaction surface to precipitate the polysilicon in a molten state.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 구조체는 반응관 중심에 설치될 수 있다. In the present invention, the silicon structure may be installed at the center of the reaction tube.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 구조체는 로드 형상 구조체 일 수 있다. In the present invention, the silicon structure may be a rod-shaped structure.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 구조체는 1개 또는 복수개 일 수 있다. In the present invention, the silicon structure may be one or a plurality of silicon structures.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 구조체를 가열하기 위한 가열장치를 더 구비할 수 있다. In the present invention, it is possible to further include a heating device for heating the silicon structure.

본 발명에 있어서, 상기 가열 장치는 유도 가열 방식으로 가열을 수행할 수 있다.In the present invention, the heating apparatus can perform heating by an induction heating method.

본 발명에 있어서, 상기 반응관, 상기 반응 가스 공급관, 상기 환원 가스 공급관은 각각 독립적으로 그래파이트, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo) 중 어느 하나로 제작될 수 있다. In the present invention, the reaction tube, the reaction gas supply tube, and the reducing gas supply tube may be independently formed of any one of graphite, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and molybdenum (Mo) have.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 반응 가스 공급관을 통해 공급되는 반응 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 및 사염화실란 중 어느 하나를 포함하고, 상기 환원 가스 공급관을 통해 공급되는 환원 가스는 수소를 포함한다. According to another aspect of the present invention, the reaction gas supplied through the reaction gas supply pipe may include any one of monosilane, silane dichloride, trichlorosilane (TCS), and tetrachlorosilane, The reducing gas supplied contains hydrogen.

본 발명은 또한 상기 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of making polysilicon using the device.

본 발명의 방법에 따르면, 반응 가스 및 환원 가스의 반응에 의해 석출되는 폴리실리콘은 반응관 내벽으로부터 전달되는 실리콘 융점 이상의 열에 의해 용융 상태의 생성물로 수득될 수 있다.According to the method of the present invention, the polysilicon precipitated by the reaction of the reaction gas and the reducing gas can be obtained as a product in a molten state by heat above the melting point of silicon transmitted from the inner wall of the reaction tube.

본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치에서는 고순도의 폴리실리콘이 용융된 상태로 연속적으로 생성될 수 있으며, 폴리실리콘의 생산 효율이 향상될 수 있다. 또한 본 발명에서는 에너지 효율을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.In the apparatus for producing polysilicon according to the present invention, the high-purity polysilicon can be continuously produced in a molten state, and the production efficiency of the polysilicon can be improved. Also, the present invention has an advantage of improving energy efficiency.

도 1 는 종래 기술에 따른 폴리실리콘의 제조 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 반응관을 개략적으로 도시한 횡단면도 및 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 반응관을 개략적으로 도시한 횡단면도 및 사시도이다.1 is a schematic perspective view of an apparatus for producing polysilicon according to the prior art.
2 is a schematic cross-sectional view of the upper portion of the reactor shown in Fig.
3 is a cross-sectional view and a perspective view schematically showing a reaction tube of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view and a perspective view schematically showing a reaction tube of a polysilicon manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다. In the drawings, like reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms, and may be used to distinguish one component from another Only.

“및/또는”이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다. The term " and / or " includes any one or a combination of the plurality of listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it is to be understood that other elements may be directly connected or connected, or intervening elements may be present.

단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless otherwise specified.

“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다. It will be understood that the terms "comprises", "having", and the like have the same meanings as the features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described in the specification, Does not exclude the possibility that an operation, component, component, or combination thereof may be present or added.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 반응가스 및 환원가스 공급관과, 실리콘 용융온도 이상으로 가열되는 반응면을 구비한 반응관; 및 The apparatus for producing polysilicon according to the present invention comprises: a reaction tube having a reaction gas and a reducing gas supply pipe, and a reaction surface heated to a temperature higher than a silicon melting temperature; And

상기 반응관의 내부에 설치된 실리콘 구조체를 포함한다. And a silicon structure disposed inside the reaction tube.

도 3 에는 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 반응관에 대한 제 1 실시예가 개략적인 단면도(a) 및 사시도(b)로 도시되어 있다. Fig. 3 is a schematic sectional view (a) and a perspective view (b) of a first embodiment of a reaction tube of the apparatus for producing polysilicon according to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 실리콘 융점 이상의 온도로 가열되는 반응면(34)과 실리콘 구조체(32)를 구비하는 반응관(31)을 포함한다. 반응관(31) 내의 반응공간(35)에는 반응 가스 및 환원 가스가 공급관(도시하지 않음)을 통해 도입될 수 있다. Referring to the drawings, a polysilicon manufacturing apparatus according to the present invention includes a reaction tube 31 having a reaction surface 34 and a silicon structure 32 heated to a temperature higher than a melting point of silicon. In the reaction space 35 in the reaction tube 31, a reaction gas and a reducing gas may be introduced through a supply pipe (not shown).

도면에 도시되지 않았으나, 상기 원통형 반응관(31)의 반응면(34)을 가열하기 위한 가열 장치가 구비된다. 상기 반응면(34)은 적절한 가열 장치를 통해 폴리실리콘의 용융 온도인 섭씨 1430 도 이상으로 가열된다. 예를 들어, 유도 가열 방식이 이용될 수 있으며, 가열용 전기 코일(미도시)이 상기 반응관(31)의 외부를 감싸도록 배치됨으로써 상기 반응면(34)이 가열될 수 있다. 가열용 전기 코일로부터 전달된 온도는 반응면(34)을 균일하게 가열시킬 수 있다. Although not shown in the drawing, a heating device for heating the reaction surface 34 of the cylindrical reaction tube 31 is provided. The reaction surface 34 is heated to a temperature of 1430 degrees Celsius, which is the melting temperature of the polysilicon, through an appropriate heating device. For example, an induction heating method may be used, and the reaction surface 34 may be heated by an electric coil (not shown) for heating to surround the outside of the reaction tube 31. The temperature delivered from the heating electric coil can heat the reaction surface 34 uniformly.

그러나 반응관(31)의 중심부로 열이 충분히 전달되지 않아 실리콘 석출 효율이 감소할 수 있는데, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 반응관 중심부에 실리콘 구조체, 바람직하게는 99.9999 % 이상의 고순도 실리콘 구조체(32)를 설치하였다. However, since the heat is not sufficiently transferred to the center of the reaction tube 31, the silicon deposition efficiency may be reduced. To solve this problem, the present invention provides a silicon structure, preferably 99.9999% 32 were installed.

상기 실리콘 구조체는 반응 가스 및 환원 가스의 반응면적을 증대시킬 수 있으므로 반응 가스와 환원 가스 사이의 환원 반응이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 고순도 실리콘 구조체는 석출되는 실리콘의 순도를 보강하는 기능을 한다. Since the silicon structure can increase the reaction area of the reaction gas and the reducing gas, the reduction reaction between the reaction gas and the reducing gas can be smoothly performed. The high-purity silicon structure also functions to reinforce the purity of the deposited silicon.

또, 동종 표면에서의 반응을 통해 접착력이 향상되어 석출되는 실리콘이 미분으로 되는 것을 방지한다. 또한 반응에 포함되지 않은 열을 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. Further, the adhesive force is improved through the reaction on the same kind of surface to prevent the precipitated silicon from becoming a fine powder. It is also possible to increase energy efficiency by using heat not included in the reaction.

도면에는 도시되지 않았지만, 상기 실리콘 구조체(32)를 가열하기 위한 가열 장치가 구비될 수 있다. 실리콘 구조체는 적절한 가열 장치를 통해 폴리실리콘의 용융 온도인 섭씨 1430 도 이상으로 가열된다. 예를 들어, 저항 가열 방식이 이용될 수 있으며, 가열용 전기 코일(미도시)이 연결될 수 있다. Although not shown in the drawing, a heating device for heating the silicon structure 32 may be provided. The silicon structure is heated to a temperature of 1430 degrees Celsius, which is the melting temperature of the polysilicon, through an appropriate heating device. For example, a resistance heating method may be used and an electric coil (not shown) for heating may be connected.

환원 반응에 의해 생성된 용융 폴리실리콘은 반응공간(35)을 지나는 동안 소정 온도 이상으로 가열되므로, 응고되거나 석출되지 않고 용융 상태를 유지하면서 계속 유동할 수 있으며, 따라서 용융 상태의 고순도 폴리실리콘을 획득할 수 있다. Since the molten polysilicon produced by the reduction reaction is heated to a predetermined temperature or higher while passing through the reaction space 35, the molten polysilicon can be continuously flowed while maintaining the molten state without solidification or precipitation, can do.

반응 가스는 모노실란, 이염화실란, 삼염화실란 및 사염화실란과 같은 실란계 가스일 수 있고 환원 가스를 수소를 포함할 수 있다.The reaction gas may be a silane-based gas such as monosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and tetrachlorosilane, and the reducing gas may include hydrogen.

반응 가스와 환원 가스는 각각의 공급관을 통해 반응공간(35) 내로 도입될 수도 있고, 다른 방법으로는 혼합기를 통한 혼합 가스 형태로 단일 주입구를 통해 주입되는 것도 가능하다. The reaction gas and the reducing gas may be introduced into the reaction space 35 through respective supply pipes, or alternatively may be injected through a single injection port in the form of a mixed gas through a mixer.

반응관(31)의 반응면(34) 또는 반응관(31) 전체는 예를 들어 그래파이트 등의 탄소 재료, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo) 등과 같이, 용융된 폴리실리콘과 반응성이 작은 재료로 구성하는 것이 바람직스럽다. The reaction surface 34 of the reaction tube 31 or the entire reaction tube 31 may be formed of a carbon material such as graphite or the like such as silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), molybdenum (Mo) , And a material having a low reactivity with molten polysilicon.

도시되지 않았지만 반응 가스 공급관 이나 환원 가스 공급관, 용융실리콘 배출구 역시 그래파이트 등의 탄소 재료, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo) 등과 같이, 용융된 폴리실리콘과 반응성이 작은 재료로 구성하는 것이 바람직하다. Although not shown, the reaction gas supply pipe, the reducing gas supply pipe and the molten silicon discharge port are also made of a carbon material such as graphite, a silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), molybdenum (Mo) It is preferable to constitute this small material.

도 3에는 실리콘 구조체(32)가 원형 단면의 로드 형상 구조체가 1개 설치된 경우를 도시하나 이에 한정되지 않는다. 실리콘 구조체(32)의 단면은 원형 또는 각형일 수도 있고 로드 형상이 아닌 임의의 형상으로 실리콘 석출이나 용융 실리콘 유동을 방해하지 않는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다. Fig. 3 shows a case in which the silicon structure 32 is provided with one rod-shaped structure having a circular cross section, but is not limited thereto. The cross section of the silicon structure 32 may be circular or angular, or any shape other than a rod shape, so long as it does not interfere with silicon deposition or flow of molten silicon.

도 4에 도시된 것은 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 2 실시예에 대한 개략적인 단면도(a) 및 사시도(b) 이다. 4 is a schematic sectional view (a) and a perspective view (b) of a second embodiment of the apparatus for producing polysilicon according to the present invention.

원형 단면을 가진 로드 형상의 실리콘 구조체(42) 복수개가 원통형 반응관(41) 중심부에 배치 되어 있다, 보다 작은 직경의 로드형상 실리콘 구조체(42)가 여러 개 배치됨으로써 반응 가스와 환원 가스의 반응면적은 반응관(41)의 반응면(33) 이외에도 실리콘 구조체 표면까지 추가의 반응면으로 제공될 수 있으므로 실리콘 석출 효율이 더욱 증대될 수 있고 실리콘 순도 향상에도 기여할 수 있다. A plurality of rod-shaped silicon structural bodies 42 having a circular cross section are arranged in the central portion of the cylindrical reaction tube 41. By arranging a plurality of rod-shaped silicon structural bodies 42 having a smaller diameter, Can be provided as an additional reaction surface up to the surface of the silicon structure in addition to the reaction surface 33 of the reaction tube 41, so that the silicon deposition efficiency can be further increased and the silicon purity can be improved.

도 4의 실리콘 구조체에도 도시되지는 않았지만 가열장치가 연결되어 소정 온도로 유지되도록 할 수 있다. Although not shown in the silicon structure of FIG. 4, a heating device may be connected to maintain a predetermined temperature.

본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 반응관 내부 공간에 실리콘 로드를 장착함으로써 반응관의 반응면 이외에도 추가의 반응면을 제공하며, 석출되는 폴리실리콘의 순도 향상에 기여할 수 있어 결과적으로 실리콘 전환효율 향상에 기여할 수 있다. The apparatus for producing polysilicon according to the present invention can provide an additional reaction surface in addition to the reaction surface of the reaction tube by mounting the silicon rod in the inner space of the reaction tube and contribute to the improvement of the purity of the deposited polysilicon, . ≪ / RTI >

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. There will be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

31. 41. 반응관
32. 42. 실리콘 구조체
34. 44. 반응면
35. 45. 반응공간31. 41. Reaction tube
32. Silicon structure
34. 44. Reaction surface
35. 45. Reaction space

Claims (11)

반응가스 및 환원가스 공급관과, 실리콘 용융온도 이상으로 가열되는 반응면을 구비한 반응관; 및
상기 반응관의 중심에 수직 설치되고 실리콘 용융온도 이상으로 가열되어 추가의 반응면을 제공하는 복수 개의 로드 형상 실리콘 구조체를 포함하고,
상기 반응가스 및 환원가스 공급관에 의해 반응관 내로 도입된 반응가스와 환원가스가 상기 반응면에서 반응하여 폴리실리콘이 용융상태로 석출되는 것인, 폴리실리콘 제조 장치.A reaction tube having a reaction gas and a reducing gas supply pipe, and a reaction surface heated to a temperature higher than the silicon melting temperature; And
A plurality of rod-shaped silicon structures vertically installed at the center of the reaction tube and heated to a temperature higher than a silicon melting temperature to provide an additional reaction surface,
Wherein the reaction gas introduced into the reaction tube by the reaction gas and the reducing gas supply tube and the reducing gas react on the reaction surface to precipitate the polysilicon in a molten state. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 실리콘 구조체를 가열하기 위한 가열장치를 더 구비하는, 폴리실리콘 제조 장치. The method according to claim 1,
Further comprising a heating device for heating the silicon structure. 제6항에 있어서,
상기 가열장치는 저항 가열 방식으로 가열을 수행하는 것인, 폴리실리콘 제조 장치. The method according to claim 6,
Wherein the heating device performs heating by a resistance heating method. 제1항에 있어서,
상기 반응 가스 및 환원 가스 공급관 및 상기 반응관은 각각 독립적으로 그래파이트, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo) 중 어느 하나 이상으로 제작되는 것인, 폴리실리콘 제조 장치.The method according to claim 1,
Wherein the reaction gas and the reducing gas supply pipe and the reaction pipe are independently made of at least one of graphite, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and molybdenum (Mo) Device. 제1항에 있어서,
상기 반응 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 및 사염화실란(STC) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 환원 가스 공급관을 통해 공급되는 환원 가스는 수소를 포함하는, 폴리실리콘 제조 장치. The method according to claim 1,
Wherein the reactive gas comprises any one of monosilane, silanization silane, TCS, and STC, and the reducing gas supplied through the reducing gas supply pipe comprises hydrogen, Manufacturing apparatus. 제 1 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법. A method for producing polysilicon using the apparatus of any one of claims 1 and 6 to 9. 제 10 항에 있어서,
반응 가스 및 환원 가스의 반응에 의해 석출되는 폴리실리콘은 반응관으로부터 전달되는 열에 의해 용융 상태의 생성물로 수득되는 것인, 폴리실리콘을 제조하는 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the polysilicon precipitated by the reaction of the reaction gas and the reducing gas is obtained as a product in a molten state by heat transmitted from the reaction tube.
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