CN102438946A - 硅制造装置及硅制造方法 - Google Patents

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Abstract

锌气体供给口(18b、180b、181b、182b、183b、184b、185b、280a)比四氯化硅气体供给口(16a、160a)靠上方，一边利用加热器(22)将反应器(10、100)的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至反应器内，并从锌气体供给口将锌气体供给至反应器内，从而在反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在反应器内，在与设定于硅的析出温度范围的区域相对应的壁部上形成析出硅的硅析出区域(S)。

Description

硅制造装置及硅制造方法
技术领域
本发明涉及硅制造装置及硅制造方法，特别是涉及在反应器或其内管中形成硅析出区域的硅制造装置及硅制造方法。
背景技术
作为一般的高纯度硅的制造方法已知西门子法，所述西门子法以使粗制硅与氯化氢反应而得到的三氯硅烷等硅烷化合物为原料，通过化学的气相生长法来制造硅。虽然根据西门子法能够获得极高纯度的硅，但是，不但硅生成反应的速度极其缓慢，而且收获率也较低，因此，为了获得恒定的制造能力就需要大规模的设备，除此之外，对于制造中所必需的电力消耗量，也需要每1kg高纯度硅350kWh这样多的电力。即，利用西门子法制造出的高纯度硅适合作为需要11个9以上的纯度的附加价值较高的高集成化电子设备用，但是，作为今后市场急剧扩大的太阳能电池用的硅，不但成本较高，而且品质过剩。
另一方面，以四氯化硅为原料并在高温下利用金属锌对四氯化硅进行还原的锌还原法在20世纪50年代进行了原理上的实际验证，但难以得到与西门子法相匹敌的高纯度的硅。可是，近年来，作为太阳能电池用的硅，状况是：以6个9左右的纯度的硅就足够了，不需要高集成化电子设备用的那样的高纯度的硅，并且，为了应对急剧扩大的市场，锌还原法作为设备紧凑、能耗较小且以低成本获取硅的制造方法被重新认识，并对其制造方法再次进行了研究。当然，能够将由西门子法制造出的硅的碎料(端材)或次品料(offspec)用于太阳能电池用途，但是在硅产量的确保和成本削减方面存在一定的限度，能够实现低成本且能够确保产量的锌还原法的开发成为了当务之急。
在这种情况下，作为锌还原法，提出有下述这样的结构：从锌气体导入口横向供给锌气体，另一方面，从比锌气体导入口靠下方的四氯化硅气体导入口横向供给四氯化硅气体，随着锌气体和四氯化硅气体从锌气体导入口和四氯化硅气体导入口横向前进而生成硅(参照专利文献1)。
此外，作为锌还原法，还提出有下述这样的结构：使被加热后的四氯化硅气体与锌气体接触，并使固体硅在四氯化硅气体供给配管的喷出口析出(参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-196642号公报
专利文献2：日本特开2007-145663号公报
发明概要
发明要解决的课题
可是，根据本发明者的研究，在专利文献1提出的结构中，虽然想要随着锌气体和四氯化硅气体从锌气体导入口和四氯化硅气体导入口横向前进来生成硅，但是没有公开具体的结构，进行实用化的途径不清楚。
此外，在专利文献2所提出的结构中，由于只是将固体硅限定在四氯化硅气体供给配管的喷出口析出，因此，硅的生成区域较窄，其收获量自然存在限度，难以实现维持低成本并确保硅的产量这一情况。
本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种能够以低成本高收获率地生成多晶硅并能够连续且高效地回收多晶硅、或能够实现该结构的具有扩展性的硅制造装置及硅制造方法。
用于解决问题的手段
为了实现以上的目的，本发明的第1方面中的硅制造装置具备：反应器，其沿竖直方向立起设置；四氯化硅气体供给管，其与所述反应器相连接，具有四氯化硅气体供给口，并从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内；锌气体供给管，其与所述反应器相连接，具有锌气体供给口，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内；以及加热器，其用于对所述反应器进行加热，所述硅制造装置具有下述这样的结构：所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方，一边利用所述加热器将所述反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内，从而在所述反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在所述反应器内，在与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的壁部上形成析出硅的硅析出区域。
此外，本发明的第2方面形成为，在所述第1方面的基础上，所述硅析出区域是与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的所述反应器的内壁面。
此外，本发明的第3方面形成为，在所述第1方面的基础上，所述硅制造装置具有装卸自如地插入所述反应器的内侧的内管，所述硅析出区域是与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的所述反应器内的所述内管的内壁面。
此外，本发明的第4方面形成为，在所述第3方面的基础上，所述四氯化硅气体供给口与所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述内管的上端靠下方。
此外，本发明的第5方面形成为，在所述第1至第4方面中的任一个方面的基础上，所述硅制造装置具有冲击吹风气体供给管，所述冲击吹风气体供给管与所述反应器连接，所述冲击吹风气体供给管具有冲击吹风气体供给口，从所述冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至所述反应器内，通过从所述冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至所述反应器内，以剥离在所述硅析出区域析出的硅。
此外，本发明的第6方面形成为，在所述第5方面的基础上，所述冲击吹风气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠下方。
此外，本发明的第7方面形成为，在所述第5或第6方面的基础上，所述硅制造装置具有与所述反应器的所述竖直方向的下方相连接的硅回收槽，从所述硅析出区域剥离了的硅被回收至所述硅回收槽。
此外，本发明的第8方面形成为，在所述第7方面的基础上，所述硅制造装置在所述反应器与所述硅回收槽之间具有能够将所述反应器的内部与外部自由地切断的阀门，从所述硅析出区域剥离了的硅在堆积到所述阀门上之后，通过打开所述阀门而被回收至所述硅回收槽内。
此外，本发明的第9方面形成为，在所述第1至第8方面中的任一个方面的基础上，所述加热器具有：将所述反应器中的、在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方的区域加热至超过所述硅的析出温度范围的温度的加热部；和将所述反应器中的、在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠下方的区域加热至所述硅的析出温度范围的温度的加热部。
此外，本发明的第10方面形成为，在所述第1至第9方面中的任一个方面的基础上，所述硅制造装置具有惰性气体供给管，所述惰性气体供给管与所述四氯化硅气体供给管同轴地连接于与所述反应器，所述惰性气体供给管具有惰性气体供给口，从所述惰性气体供给口将惰性气体供给至所述反应器内，所述惰性气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方。
此外，本发明的第11方面形成为，在所述第1至第10方面中的任一个方面的基础上，所述锌气体供给管从所述反应器的纵壁和上盖中的至少一方连接于所述反应器。
此外，本发明的第12方面形成为，在所述第1至第10方面中的任一个方面的基础上，所述反应器为圆筒状，所述锌气体供给管经由所述反应器的上盖而与所述反应器的内部连接，并与所述反应器在所述竖直方向的中心轴线同轴地延伸。
此外，本发明的另一方面中的硅制造方法是使用硅制造装置来制造硅的硅制造方法，所述硅制造装置具备：反应器，其沿竖直方向立起设置；四氯化硅气体供给管，其与所述反应器相连接，具有四氯化硅气体供给口，并从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内；锌气体供给管，其与所述反应器相连接，具有锌气体供给口，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内；以及加热器，其用于对所述反应器进行加热，所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方，在所述硅制造方法中，一边利用所述加热器将所述反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内，从而在所述反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在所述反应器内，在与设定于所述硅的析出温度范围内的区域相对应的壁部上析出硅。
发明效果
根据本发明的第1方面中的硅制造装置，锌气体供给口在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方，一边利用加热器将反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至反应器内，并从锌气体供给口将锌气体供给至反应容器内，从而在反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在反应器内，在与设定于硅的析出温度范围的区域相对应的壁部上形成析出硅的硅析出区域，因此，能够以较低的成本收获率高地生成多晶硅，从而能够实现用于连续且高效地回收多晶硅的具有扩展性的结构。此外，所述效果在本发明的其他方面的硅制造方法中也同样能够得到。
根据本发明的第2方面中的结构，由于硅析出区域是反应器的内壁面，因此能够可靠地增加硅的收获量。
根据本发明的第3方面中的结构，由于硅析出区域是装卸自如地插入反应器内的内管的内壁面，因此在能够增加硅的收获量的同时还能够简便地更换内壁面发生了劣化的内管，因此，能够不更换反应器自身地继续进行硅的制造。
根据本发明的第4方面中的结构，通过使四氯化硅气体供给口与锌气体供给口在竖直方向上比内管的上端靠下方，由此，使四氯化硅气体与锌气体一边混合一边扩散，从而能够有效地抑制它们不必要地侵入反应器的纵内壁与内管的纵外壁之间，并能够更加高效地进行利用锌来还原四氯化硅的还原反应，以便收获率更好地生成多晶硅。
根据本发明的第5方面中的结构，通过从冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至反应器内，能够不与反应器和内管的内壁面直接接触地剥离在硅析出区域析出的硅。
根据本发明的第6方面中的结构，由于冲击吹风气体供给口在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠下方，因此，能够可靠地使冲击吹风气体与硅析出区域碰撞，从而能够可靠地剥离在硅析出区域析出的硅。
根据本发明的第7方面中的结构，由于从硅析出区域剥离了的硅通过自重落下至硅回收槽，因此，能够可靠地将硅回收至硅回收槽内。
根据本发明的第8方面中的结构，由于从硅析出区域剥离了的硅通过自重落下并堆积在阀门上，因此，通过打开所述阀门，能够使硅通过自重落下至硅回收槽内而被回收。此时，由于在反应时反应器的内部与外部被阀门切断，因此，能够在维持高温的反应环境的状态下稳定地继续进行反应。接着，如果预定量的硅通过冲击吹风而堆积在阀门上，则在打开阀门以使硅落下至常温的硅回收槽之后关闭阀门，对硅回收槽内的硅进行回收，因此，能够对硅进行回收并转移至下次的反应，而不会导致反应器内被不必要地污染，从而能够简便且可靠地地实现稳定的连续工作。
根据本发明的第9方面中的结构，加热器将反应器中的、在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方的区域加热至超过硅的析出温度范围的温度，另一方面，将反应器中的、在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠下方的区域加热至硅的析出温度范围的温度，由此，能够将反应器的内壁面或内管的内壁面选择性地且可靠地设定成硅析出区域。
根据本发明的第10方面中的结构，所述硅制造装置具备惰性气体供给管，所述惰性气体供给管与四氯化硅气体供给管同轴地连接于反应器，所述惰性气体供给管具有在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方的惰性气体供给口，并且，所述惰性气体供给管将惰性气体从惰性气体供给口供给至反应器内，由此，能够以紧凑的结构将所需要的惰性气体可靠地供给至反应器内。
根据本发明的第11方面中的结构，由于锌气体供给管从反应器的纵壁和上盖中的至少一方连接于反应器，因此，能够与其他构成要素的配置取得平衡，同时能够实现所希望的锌气体的扩散状态。
根据本发明的第12方面中的结构，反应器为圆筒状，锌气体供给管经由反应器的上盖而与反应器的内部连接，并与反应器的竖直方向的中心轴线同轴地延伸，由此，能够使装置整体的结构更加紧凑，由于利用沸点相对较高的锌进行反应而需要维持高温，并且，将通常需要较多气体量的锌气体可靠地集中导入反应器内的径向的中央部，同时，能够将四氯化硅气体分散导入所述锌气体的周围，从而能够更加高效地进行利用锌来还原四氯化硅的还原反应，以便收获率更好地生成多晶硅。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。
图2是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图1的A-A线的剖视图。
图3A是示出本实施方式的硅制造装置的变形例的示意性的纵剖视图。
图3B是示出本实施方式的硅制造装置的其他变形例的示意性的纵剖视图。
图3C是示出本实施方式的硅制造装置的其他变形例的示意性的纵剖视图。
图4A是示出本实施方式的硅制造装置的其他变形例的示意性的纵剖视图。
图4B是示出本实施方式的硅制造装置的其他变形例的示意性的纵剖视图。
图4C是示出本实施方式的硅制造装置的其他变形例的示意性的纵剖视图。
图5是本发明的第2实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。
图6是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图5的B-B线的剖视图。
图7是本发明的第3实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。
图8是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图7的C-C线的剖视图。
图9是本发明的第4实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。
图10是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图9的D-D线的剖视图。
图11A是本实施方式的硅制造装置的锌气体供给管的示意性的放大横剖视图，相当于沿图9的E-E线的剖视图。
图11B是本实施方式的硅制造装置的四氯化硅气体供给管的示意性的放大横剖视图，相当于沿图9的F-F线的剖视图。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本发明的各实施方式中的硅制造装置及方法详细地进行说明。并且，在图中，x轴、y轴、z轴形成三轴正交坐标系，z轴表示作为纵方向的竖直方向，设z轴的负方向为下方，表示下游侧。
(第1实施方式)
首先，参照图1和图2对本发明的第1实施方式中的硅制造装置及方法详细地进行说明。
图1是本发明的第1实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。图2是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图1的A-A线的剖视图。
如图1和图2所示，硅制造装置1具有反应器10，所述反应器10是与和z轴平行的中心轴线C同轴且沿竖直方向延伸的典型的圆筒状，在所述反应器10的内部发生利用锌对四氯化硅进行还原的还原反应。所述的反应器10是石英制的，在其纵壁上形成有贯穿插入孔10a、和位于比贯穿插入孔10a靠下方的位置的贯穿插入孔10b。此外，反应器10的上方敞开端被固定地设置于此的石英制的典型的圆板状的上盖12封闭，反应器10的下方敞开端被相对于反应器10的下方敞开端装卸自如的石英制的典型的圆板状的底板13封闭。
在此，在硅制造装置1中，反应器10是与上盖12接触的接触面和与底板13接触的接触面之间的长度L具有比反应器10的直径D长的尺寸的立式反应器，在反应器10的内部，在比四氯化硅气体靠上方(上游侧)的位置供给锌气体，一边适当设定反应器10的温度，一边进行还原反应，将析出硅的析出区域划分在比供给四氯化硅气体的部位靠下方(下游侧)的位置，从反应器10的更下方(更下游侧)的位置回收硅。
具体而言，在封闭反应器10的上方敞开端的上盖12上形成有与中心轴线C同轴的贯穿插入孔12a。在所述的贯穿插入孔12a中贯穿插入地固定有与省略图示的惰性气体供给源连接的石英制的惰性气体供给管14，惰性气体供给管14插入反应器10的内部，并与中心轴线C同轴地向竖直下方延伸。此外，在惰性气体供给管14的内部配设有与省略图示的四氯化硅气体供给源连接的石英制的四氯化硅气体供给管16，四氯化硅气体供给管16插入反应器10的内部，并与中心轴线C同轴地向竖直下方延伸。
此外，惰性气体供给管14在位于反应器10内部的端部具有能够自由喷出惰性气体的惰性气体供给口14a，四氯化硅气体供给管16在位于反应器10内部的端部具有能够自由喷出四氯化硅气体的四氯化硅气体供给口16a。并且，四氯化硅气体供给管16能够根据需要而与省略图示的惰性气体供给源连接。
在此，惰性气体供给口14a在距离反应器10的与上盖12接触的接触面为长度L1的位置处朝向反应器10的内部开口。此外，四氯化硅气体供给口16a在距离反应器10的与上盖12接触的接触面为长度L2(L2＞L1)的位置处朝向反应器10的内部开口。即，惰性气体供给口14a的开口位置比四氯化硅气体供给口16a的开口位置靠上方。
另一方面，在设置于反应器10的纵壁上的贯穿插入孔10a内贯穿插入有与省略图示的锌气体供给源连接的石英制的锌气体供给管18。具体而言，锌气体供给管18除了沿反应器10在竖直方向上延伸的部分外还具有在与中心轴线C正交的方向上延伸的连接部18a，所述的连接部18a贯穿插入并固定于反应器10的贯穿插入孔10a。并且，在反应器10的直径D能够设定得较大、且上盖12的直径能够设定得较大的情况下，锌气体供给管18也可以经由上盖12而与反应器10的内部连接。
当然，能够将锌气体供给源相对于锌气体供给管18的沿反应器10在竖直方向上延伸的部分作为独立的锌气体供给装置进行设置，也可以采用下述结构：将锌线导入所述的锌气体供给管18的在竖直方向上延伸的部分，并通过在后面详述的加热器将锌线加热至沸点以上而使其气化。此外，能够根据需要将惰性气体从省略图示的惰性气体源混入锌气体供给管18内。
将所述的锌气体供给管18在反应器10的贯穿插入孔10a处进行焊接，使其与反应器10一体地构成，这在耐用性上是优选的。此外，锌气体供给管18的反应器10侧的端部、即连接部18a的端部具有锌气体供给口18b，所述锌气体供给口18b以与反应器10的纵壁的内壁面处于一个面的方式开口，能够自由喷出锌气体，锌气体供给管18与反应器10的内部连接。
在此，锌气体供给口18b的开口位置、即锌气体供给口18b的在竖直方向上的中心位置位于距离反应器10的与上盖12接触的接触面为长度L3(L3＜L2)的位置。
即，锌气体供给口18b的开口位置比四氯化硅气体供给口16a的开口位置靠上方。并且，只要锌气体供给口18b的开口位置比四氯化硅气体供给口16a的开口位置靠上方，四氯化硅气体供给管16或锌气体供给管18的与反应器10的连接能够相对于反应器10的纵壁或上盖12等进行适当的设定。
此外，在设置于反应器10的纵壁上的贯穿插入孔10b中贯穿插入有与省略图示的废气处理装置相连接的石英制的排气管20。将所述的排气管20在反应器10的贯穿插入孔10b处进行焊接，使其与反应器10一体地构成，这在耐用性上是优选的。此外，排气管20的反应器10侧的端部具有排气导入口20a，所述排气导入口20a以与反应器10的纵壁的内壁面处于一个面的方式开口。
此外，反应器10的纵壁被加热器22从其外部包围着。所述加热器22是与中心轴线C同轴的典型的圆筒状电炉，其朝向竖直下方依次具有第1加热部22a、第2加热部22b以及第3加热部22c，在第3加热部22c设置有供排气管20贯穿的贯穿孔22d。
更详细而言，第1加热部22a是能够以呈现超过析出硅的析出温度的温度(例如1200℃)的方式加热并维持的加热部，第1加热部22a包围配设有具有惰性气体供给口14a的惰性气体供给管14、具有四氯化硅气体供给口16a的四氯化硅气体供给管16和具有锌气体供给口18b的锌气体供给管18的连接部18a的反应器10的纵壁及其内部、以及锌气体供给管18的在竖直方向上延伸的部分的一部分，将所述区域加热至超过析出硅的析出温度的温度并进行维持。
在此，作为析出硅的析出温度的范围，能够将950℃以上且1100℃以下的范围评价为优选的温度范围。这是因为，可以考虑到如果反应器10的纵壁及其内部的温度不足950℃，则四氯化硅被锌还原的还原反应的反应速度变慢，另一方面，如果反应器10的纵壁及其内部的温度超过1100℃，则由于硅作为四氯化硅这一化合物的气体存在比以固体存在更稳定，因此，所述的还原反应自身不会发生。此外，由于锌的沸点是910℃，因此，所述的析出硅的析出温度的范围自身就是超过了锌的沸点的温度范围。
此外，第2加热部22b以及连续地设置于第2加热部22b的竖直下方的第3加热部22c是能够以呈现在硅的析出温度范围的温度的方式加热并维持的加热部，它们沿上下连续覆盖没有配设惰性气体供给管14、四氯化硅气体供给管16以及锌气体供给管18的反应器10的纵壁及其内部的下部，将所述区域加热至析出硅的析出温度并进行维持。
在此，第2加热部22b是能够以在析出硅的析出温度的范围内的温度(例如1100℃)对反应器10的下部的纵壁及其内部进行加热的加热部，第3加热部22c是能够以在析出硅的析出温度的范围内、但却比第2加热部22b的加热温度低的温度(例如1000℃)对反应器10的比第2加热部22b所加热的部分靠下方的纵壁及其内部进行加热的加热部。
所述的第2加热部22b呈现出连接第1加热部22a的加热温度与第3加热部22c的加热温度的中间的加热温度，但是也能够根据需要进行省略，无论如何，只要在第1加热部22a的竖直下方，设置能够在析出硅的析出温度的范围对没有配设四氯化硅气体供给管16和锌气体供给管18的连接部18a的部分的反应器10的纵壁及其内部进行加热的加热部即可，所述第1加热部22a以超过析出硅的析出温度的温度对配设有具有四氯化硅气体供给口16a的四氯化硅气体供给管16和具有锌气体供给口18b的锌气体供给管18的连接部18a的部分的反应器10的纵壁及其内部等进行加热。并且，第2加热部22b还具有对第1加热部22a的加热温度与第3加热部22c的加热温度之差进行调整以免其过大的功能，从而能够抑制反应器10的壁面等的温度变化过大。
并且，加热器22中的第1加热部22a的加热温度、第2加热部22b的加热温度以及第3加热部22c的加热温度都超过锌的沸点即910℃。
然后，对利用以上结构的硅制造装置1来制造多晶硅的硅的制造方法详细地进行说明。并且，在所述硅的制造方法的一系列工序中，可以一边参照来自各种传感器的检测数据一边利用具有各种数据库等的控制器进行自动控制，也可以通过手动进行部分或全部的控制。
首先，在将底板13安装至反应器10的下端以将反应器10的内部与外部切断的状态下，从惰性气体供给口14a向反应器10的内部以预定时间供给惰性气体，从而准备反应器10内部的反应气氛。此时，也可以根据需要从四氯化硅气体供给口16a与锌气体供给口18a以预定时间供给惰性气体。
然后，通过加热器22的第1加热部22a对配设有具有惰性气体供给口14a的惰性气体供给管14、具有四氯化硅气体供给口16a的四氯化硅气体供给管16和具有锌气体供给口18b的锌气体供给管18的连接部18a的反应器10的纵壁的上部、以及锌气体供给管18的在竖直方向上延伸的部分的一部分进行加热，将所述反应器10的纵壁的上部及其内部、以及锌气体供给管18的在竖直方向上延伸的部分加热至超过硅的析出温度的温度并维持。同时，通过加热器22的第2加热部22b和第3加热部22c对没有配设所述惰性气体供给管14、四氯化硅气体供给管16以及锌气体供给管18的反应器10的纵壁的下部进行加热，将所述反应器10的纵壁的下部及其内部加热至硅的析出温度范围并维持。
然后，维持所述温度条件，进行还原反应工序。具体而言，将四氯化硅气体从四氯化硅气体供给口16a供给至反应器10的内部，将锌气体从锌气体供给口18b供给至反应器10的内部。此时，也可以根据需要从惰性气体供给口14a供给惰性气体。
这样，在反应器10的内部发生通过锌对四氯化硅进行还原的还原反应。但是，在此，由于四氯化硅气体是密度为锌气体的密度的2.6倍左右的相对较重的气体，因此，四氯化硅气体不会实际扩散至比四氯化硅气体供给口16a的开口位置靠上方的锌气体供给口18b，还原反应在反应器10的内部的四氯化硅气体供给口16a的附近或比此处靠下方的区域发生，生成固体硅和氯化锌气体。
此外，在此，由于没有配设惰性气体供给管14、四氯化硅气体供给管16以及锌气体供给管18的反应器10的纵壁的下部被第2加热部22b和第3加热部22c以呈现出硅的析出温度范围的温度的方式加热并维持，因此，还原反应所生成的硅作为针状结晶，在所述反应器10的下部的纵壁、即作为反应器10的内壁面的比四氯化硅气体供给口16a靠下方且比排气导入口20a靠上方的区域的析出区域S析出。此时，在四氯化硅气体供给口16a和锌气体供给口18b不会析出硅，所述供给口不会被硅堵塞。
此外，这样，在反应器10的内壁面的下部的析出区域S，针状结晶的硅依次析出，并且硅以该析出的硅作为晶种而结晶生长，因此，会堆积充分厚的多晶硅。在此，包括这样的析出过程和与此相关的结晶生长的过程，被称作析出。
然后，在以预定的时间继续所述的还原反应之后，停止作为反应原料的四氯化硅气体和锌气体的供给，并停止对加热器22通电，仅供给惰性气体，在该状态下，一边将残存的四氯化硅气体、锌气体和作为副产物而生成的氯化锌气体从排气管20排出，一边将其冷却至常温。
然后，卸下反应器10的底板13，将剥离部件从反应器10的下方敞开端插入，将堆积于反应器10的内壁面的下部的析出区域S的多晶硅机械地进行剥离和回收，此次的硅的制造方法的一系列工序结束。并且，也能够通过施加振动来剥离并回收所述的多晶硅。
那么，关于以上结构的硅制造装置1的锌气体供给管的结构，可以考虑使其从反应器10的纵壁进入反应器10的内部，或经由上盖12与反应器10连接等各种变形例。因此，接下来还参照图3和图4对所述的锌气体供给管的变形例详细地进行说明。并且，在各变形例中，相对于硅制造装置1，锌气体供给管的结构不相同是主要的不同点，其它结构相同。因此，在各变形例中，着眼于所述的不同点进行说明，对相同的结构标记相同的标号，并适当简化或省略说明。
图3A至图4C是示出本实施方式的硅制造装置的各种变形例的示意性的纵剖视图，其在位置上与图1相对应。
具体而言，在图3A所示的硅制造装置1a的结构中，锌气体供给管180的连接部180a突出至反应器10的内部，锌气体供给口180b在进入至反应器10的内部的位置处开口。此外，在图3B所示的硅制造装置1b的结构中，锌气体供给管181的连接部181a不仅突出至反应器10的内部，而且朝向竖直下方弯曲，锌气体供给口181b朝向反应器10内部的竖直下方开口。另一方面，在图3C所示的硅制造装置1c的结构中，锌气体供给管182的连接部182a不仅突出至反应器10的内部，而且朝向竖直上方弯曲，锌气体供给口182b朝向反应器10内部的竖直上方开口。
在以上的变形例中，能够适当设定锌气体的喷出位置或喷出方向以获得锌气体在反应器10内部的所希望的扩散状态，还能够实现设计自由度较高的锌气体供给管的结构。
接下来，在图4A所示的硅制造装置1d的结构中，在反应器100的纵壁没有形成贯穿插入孔10a，进而，在用于封闭反应器100的上方敞开端的石英制的上盖120，除了供惰性气体供给管14贯穿插入的贯穿插入孔12a外，还形成有与所述贯穿插入孔12a相邻的贯穿插入孔12b。即，锌气体供给管183不是贯穿插入于反应器100的纵壁，而是贯穿插入并固定于在上盖120上与供惰性气体供给管14贯穿插入的贯穿插入孔12a相邻的贯穿插入孔12b，锌气体供给口183b在突出至反应器100内部的端部处开口。此外，在图4B所示的硅制造装置1e的结构中，锌气体供给管184不仅突出至反应器100的内部，而且朝向径向内侧弯曲，锌气体供给口184b朝向反应器100内部的径向内侧开口。另一方面，在图4C所示的硅制造装置1f的结构中，锌气体供给管185不仅突出至反应器100的内部并朝向径向的内侧弯曲，而且还朝向竖直上方弯曲，锌气体供给口185b朝向反应器100内部的竖直上方开口。并且，在图4A所示的结构中，锌气体供给管183突出至反应器100的内部，但是也可以使锌气体供给管183不这样突出，而是设定成锌气体供给口183b与上盖120的下表面处于一个面。
在以上的变形例中，还考虑了锌气体供给管在反应器与加热炉之间的间隔较窄的情况下的可处理性、以及使锌气体供给管与反应器一体化时的繁杂性，能够实现设计自由度较高的锌气体供给管的结构。并且，当然能够将以上的各变形例的结构适当组合采用。
根据包含以上变形例的本实施方式的结构，锌气体供给口在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方，一边利用加热器将反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至反应器内，并从锌气体供给口将锌气体供给至反应容器内，从而在反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在反应器内，在与设定于硅的析出温度范围的区域相对应的壁部形成硅析出的硅析出区域，因此，能够以较低的成本收获率高地生成多晶硅，能够实现用于连续且高效地回收多晶硅的具有扩展性的结构。
此外，由于硅析出区域是反应器的内壁面，因此能够增加硅的收获量。
此外，加热器将反应器中的、在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方的区域加热至超过硅的析出温度范围的温度，另一方面，将反应器中的、在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠下方的区域加热至硅的析出温度范围的温度，由此，能够将反应器的内壁面或内管的内壁面选择性地且可靠地设定成硅析出区域。
此外，具备惰性气体供给管，所述惰性气体供给管与四氯化硅气体供给管同轴地连接于反应器，所述惰性气体供给管具有在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠上方的惰性气体供给口，并且，所述惰性气体供给管将惰性气体从惰性气体供给口供给至反应器内，由此，能够以紧凑的结构将所需要的惰性气体供给至反应器内。
此外，由于锌气体供给管从反应器的纵壁和上盖的至少一方连接于反应器，因此，能够与其他构成要素的配置取得平衡，同时能够实现所希望的锌气体的扩散状态。
(第2实施方式)
然后，参照图5和图6对本发明的第2实施方式中的硅制造装置与方法详细地进行说明。
图5是本实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。此外，图6是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图5的B-B线的剖视图。
在本实施方式的硅制造装置2中，相对于第1实施方式的硅制造装置1来说主要的不同点是：附加有冲击吹风气体供给管(shockblow gas)，并相应地设置有硅回收槽，本实施方式的硅制造装置2的其它结构与第1实施方式的硅制造装置1相同。因此，在本实施方式中，着眼于所述的不同点进行说明，对相同的结构标记相同的标号，并适当简化或省略说明。
如图5和图6所示，在硅制造装置2中，相对于第1实施方式中的硅制造装置1的结构，在用于封闭反应器10的上方敞开端的石英制的圆板状的上盖130上，除了供惰性气体供给管14贯穿插入的贯穿插入孔12a外，还形成有与所述贯穿插入孔12a相邻的贯穿插入孔12c。在所述的贯穿插入孔12c中贯穿插入并固定有与省略图示的高压的惰性气体供给源相连接的石英制的冲击吹风气体供给管200。所述的冲击吹风气体供给管200插入至反应器10的内部，并沿着反应器10的内壁面向竖直下方延伸。此外，冲击吹风气体供给管200在位于反应器10内部的端部具有冲击吹风气体供给口200a。
在此，冲击吹风气体供给管200用于从冲击吹风气体供给口200a使高压的惰性气体与堆积在反应器10的内壁面的下部的析出区域S的多晶硅碰撞以剥离所述多晶硅。
因此，优选在反应器10的内部以沿着反应器10的内壁面的方式相对于中心轴线C轴对称地配设多个(在图6中是4个)冲击吹风气体供给管200。在该情况下，在上盖130对应地形成有多个(在图6中是4个)贯穿插入孔12c。此外，冲击吹风气体供给口200a在距离反应器10与上盖130接触的接触面的长度为L4的位置处朝向反应器10的内部开口，但是由于需要从冲击吹风气体供给口200a将高压的惰性气体相对于反应器10的内壁面下部的析出区域S喷出，因此，优选使所述的冲击吹风气体供给口200a的开口位置位于接近析出区域S且比析出区域S靠上方的位置，这样，典型的是，优选位于比四氯化硅气体供给口16a的开口位置靠下方(L4＞L2)、且比析出区域S靠上方的位置。并且，虽然冲击吹风气体供给管200的处理变得复杂，但是也能够使冲击吹风气体供给口200a的开口位置位于比析出区域S靠下方的位置，以将高压惰性气体向上方喷出。
此外，作为冲击吹风的条件，举出了从冲击吹风气体供给口200a喷出的惰性气体的压力和吹风时间。关于所述压力，如果过低，则无法充分剥离在析出区域S析出的硅，另一方面，如果过高，则存在反应器10的纵壁或冲击吹风气体供给管200破损的倾向，因此，优选0.1MPa以上、1.0MPa以下的范围，在实际应用上，更加优选0.3MPa以上、0.6MPa以下的范围。关于吹风时间，如果过短，则无法充分剥离在析出区域S析出的硅，另一方面，如果过长，则存在下述倾向：冲击吹风用的惰性气体的导入量增多而导致反应器10的温度降低，或剥离掉的硅与废气一起被排出而无法回收，因此，优选0.1秒以上、3.0秒以下的范围，此外，也可以以预定的间隔周期性地多次重复进行所述吹风时间的冲击吹风。并且，可以考虑反应器10的直径或冲击吹风的压力等来适当设定冲击吹风气体供给管200和冲击吹风气体供给口200a的直径。
此外，在硅制造装置2中，当使高压的惰性气体从冲击吹风气体供给口200a与反应器10的内壁面下部的析出区域S相碰撞时，堆积于此的多晶硅被剥离，并借助自重向下方落下，因此，在反应器10的下方依次设置有连结部件210、连接管220、阀门装置230以及硅回收槽240。
具体而言，在硅制造装置2中，代替第1实施方式中的硅制造装置1的底板13，设置有连结反应器10的下部与连接管220的连结部件210，在连接管220与硅回收槽240之间设置有阀门装置230。
所述的阀门装置230具备阀门230a，所述阀门230a能够将反应器10的内部环境与外部环境切断自如。在为了切断反应器10的内部与硅回收槽240的连通而关闭了阀门230a的状态下，通过使来自冲击吹风气体供给口200a的高压惰性气体与析出区域S相碰撞而剥离并借助自重落下的多晶硅在阀门230a上堆积自如。另一方面，在打开阀门230a的状态下，反应器10的内部与硅回收槽240连通，堆积在阀门230a上的多晶硅由于自重而落下至硅回收槽240，从而能够回收自如。
此外，所述的硅回收槽240设置在加热器22的加热区域外的常温气氛中，能够相对于硅制造装置2装卸自如。
然后，对利用以上结构的硅制造装置2来制造多晶硅的硅的制造方法详细地进行说明。在此，本实施方式中的硅的制造方法相对于第1实施方式中的制造方法的主要不同点是：代替卸下反应器10的底部13以将剥离部件从反应器10的下方敞开端插入、并将堆积在反应器10的内壁面下部的析出区域S的硅机械地剥离以回收多晶硅的工序，而采用通过从冲击吹风气体供给口200a供给冲击吹风气体来剥离并回收堆积在所述析出区域S的硅的工序，由于剥离在析出区域S析出的多晶硅的工序以后的工序在实质上不同，因此着眼于所述的不同点进行说明。
具体而言，在为了从外部将反应器10的内部切断而关闭了阀门装置230的阀门230a的状态下，在将惰性气体供给至反应器10的内部后，一边通过加热器22加热，一边以预定的时间在反应器10的内部继续通过锌来还原四氯化硅的还原反应，如果在反应器10的内壁面下部的析出区域S堆积了足够厚的多晶硅，则停止四氯化硅气体和锌气体的供给。然后，从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a等向反应器10的内部供给惰性气体，用惰性气体来置换反应器10内部的气氛。
然后，当以预定的压力、时间以及周期来实施使高压的惰性气体从冲击吹风气体供给口200a与反应器10内的析出区域S碰撞的冲击吹风工序时，堆积在析出区域S的多晶硅被剥离并通过自重落下。此时，阀门230a为了将反应器10的内部与外部切断而关闭，因此，落下的硅堆积在阀门230a上。
然后，如果所述的冲击吹风工序已经结束，则在打开阀门230a使堆积在阀门230a上的多晶硅通过自重落下至硅回收槽240后，为了从外部将反应器10的内部切断而再次关闭阀门230a，另一方面，取出硅回收槽240内的多晶硅进行回收，此次的硅制造方法的一系列工序结束，根据需要连续地进入下次的硅制造方法的一系列工序。在此，由于硅回收槽240相对于硅制造装置2装卸自如，因此，如果硅落下结束，在关闭阀门230a之后，还可以将硅回收槽240从硅制造装置2卸下并移动至预定的保管场所，将硅回收槽240内部的多晶硅取出。
根据以上的本实施方式的结构，通过从冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至反应器内，能够不与反应器或内管的内壁面直接接触地剥离在硅析出区域析出的硅。
此外，由于冲击吹风气体供给口位于在竖直方向上比四氯化硅气体供给口靠下方的位置，因此，能够可靠地使冲击吹风气体与硅析出区域碰撞，从而能够可靠地剥离在硅析出区域析出的硅。
此外，由于被从硅析出区域剥离了的硅通过自重落下至硅回收槽，因此，能够可靠地将硅回收至硅回收槽内。
此外，由于被从硅析出区域剥离了的硅通过自重落下并堆积在阀门上，因此，通过打开所述阀门，能够使硅通过自重落下至硅回收槽内而被回收。此时，由于在反应时反应器的内部与外部被阀门切断，因此，能够在维持高温的反应气氛的状态下稳定地继续进行反应。接着，如果预定量的硅通过冲击吹风而堆积在阀门上，则在打开阀门以使硅落下至常温的硅回收槽之后关闭阀门，对硅回收槽内的硅进行回收，因此，能够对硅进行回收并转移至下次的反应，而不会导致反应器内被不必要地污染，从而能够简便地实现稳定的连续工作。
(第3实施方式)
然后，参照图7和图8对本发明的第3实施方式中的硅制造装置与方法详细地进行说明。
图7是本实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。此外，图8是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图7的C-C线的剖视图。
在本实施方式的硅制造装置3中，相对于第2实施方式的硅制造装置2来说主要的不同点是：在反应器10的内部附加有内管250，内管250的内壁面成为析出多晶硅的析出区域S，本实施方式的硅制造装置3的其它结构与第2实施方式的硅制造装置2相同。因此，在本实施方式中，着眼于所述的不同点进行说明，对相同的结构标记相同的标号，并适当简化或省略说明。
如图7和图8所示，相对于第2实施方式的硅制造装置2的结构，在硅制造装置3中还插入有典型的圆筒状的内管250，所述内管250沿着反应器10的内壁与中心轴线C同轴地延伸。所述的内管250是石英制的，相对于反应器10装卸自如。
具体而言，内管250的上端250a是敞开端，其位于距离反应器10的与上盖130接触的接触面的长度为L5的位置，该位置在比锌气体供给管18的锌气体供给口18b靠下方、且比四氯化硅气体供给管16的四氯化硅气体供给口16a和冲击吹风气体供给管200的冲击吹风气体供给口200a靠上方的位置(L3＜L5＜L2＜L4)。所述的上端250a的位置是考虑到下述内容来设定的：为了能够在四氯化硅气体供给口16a的下方区域析出硅，也为了在内管250的内壁面上可靠地划分出析出区域S并防止在内管250a与反应器10之间的间隙析出硅，优选使所述上端250a的位置比四氯化硅气体供给口16a靠上方，并且，为了避免不必要地堵塞锌气体供给口18b，优选使所述上端250a的位置比锌气体供给口18b靠下方。
此外，由于内管250的下端被连结部件210支承着比较稳定，因此内管250超过排气管20向下方延伸，因此，为了防止不必要地堵塞排气管20的排气导入口20a，内管250在与反应器10的贯穿插入孔10b相对应的位置具有贯穿插入孔250b。即，排气管20贯穿插入并固定于设置在反应器10的纵壁上的贯穿插入孔10b和设置在内管250的纵壁上的贯穿插入孔250b。
此外，由于内管250被加热器22的第2加热部22b和第3加热部22c加热并维持在1000℃以上、1100℃以下的温度这样的高温，因此当内管250的外壁面与反应器10的内壁面接触时，它们可能会互相粘合而无法拆卸，考虑到这一点，将内管250隔开预定间隙地与反应器10并列配置。并且，为了稳定地维持所述的间隙，优选设置石英制的隔离件。
在使用以上结构的硅制造装置3来制造多晶硅的硅制造方法中，当在还原反应工序中使多晶硅堆积在划分于内管250的内壁面的析出区域S上之后，在冲击吹风工序中，使析出区域S的多晶硅剥离并堆积在阀门装置230的阀门230a上，打开阀门230a使这样堆积着的硅落下至硅回收槽240内以进行回收。
在此，当重复进行几次所述的硅的制造方法的一系列工序后，内管250的内壁面会劣化，因此，将重复次数超过了基准次数的内管250从反应器10卸下，更换成新的内管250。
根据以上的本实施方式的结构，由于硅析出区域是装卸自如地插入反应器内的内管的内壁面，因此能够增加硅的收获量，同时还能够简便地更换内壁面发生了劣化的内管，因此，能够不更换反应器自身地继续进行硅的制造。
并且，第3实施方式的内管250能够应用于设置有底板13的第1实施方式的结构，在该情况下，将内管250的下端载置并固定于底板13之上，通过将底板13从反应器10上卸下，也能够将内管250从反应器10上卸下。
(第4实施方式)
然后，参照从图9至图11B对本发明的第4实施方式中的硅制造装置详细地进行说明。
图9是本实施方式的硅制造装置的示意性的纵剖视图。图10是本实施方式的硅制造装置的示意性的横剖视图，相当于沿图9的D-D线的剖视图。图11A是本实施方式的硅制造装置的锌气体供给管的示意性的放大横剖视图，相当于沿图9的E-E线的剖视图。此外，图11B是本实施方式的硅制造装置的四氯化硅气体供给管的示意性的放大横剖视图，相当于沿图9的F-F线的剖视图。
在本实施方式的硅制造装置4中，相对于第3实施方式的硅制造装置3来说主要的不同点是：在反应器100的纵壁上没有形成贯穿插入孔10a，并且，相对于用于封闭反应器100的上方敞开端的石英制的圆板状的上盖140，在所述上盖140的中央贯穿插入有锌气体供给管280，与锌气体供给管280相邻地配设有惰性气体供给管14和冲击吹风气体供给管200，所述惰性气体供给管14内包有四氯化硅气体供给管160，本实施方式的硅制造装置4的其它结构与第3实施方式的硅制造装置3相同。因此，在本实施方式中，着眼于所述的不同点进行说明，对相同的结构标记相同的标号，并适当简化或省略说明。
如图9和图10所示，石英制的反应器100与图4A至图4C所示的第1实施方式的变形例中的反应器相同，具有从图1和图2所示的反应器10的纵壁将供锌供给管18贯穿插入的贯穿插入孔18a去掉后的结构、即没有形成贯穿插入孔18a的结构。
在用于封闭反应器100的上方敞开端的石英制的上盖140上，形成有一个与中心轴线C同轴的贯穿插入孔12d，并且，分别与所述贯穿插入孔12d相邻地形成有多个贯穿插入孔12e和多个贯穿插入孔12f。
在一个贯穿插入孔12d中贯穿插入并固定有一根与省略图示的锌气体供给源相连接的石英制的锌气体供给管280。所述的锌气体供给管280插入至反应器100的内部，与中心轴线C同轴地向竖直下方延伸，并且，在锌气体供给管280的纵壁的下端具有开口的锌气体供给口280a，另一方面，所述锌气体供给管280的竖直方向的末端封闭。
多个贯穿插入孔12e典型地与中心轴线C距离相等，并在上盖140的周向上以120°的等间隔设置有三个。在所述的各贯穿插入孔12e中贯穿插入并固定有一根与省略图示的惰性气体供给源相连接的石英制的惰性气体供给管14。此外，在惰性气体供给管14的内部配设有一根与省略图示的四氯化硅气体供给源相连接的石英制的四氯化硅气体供给管160，四氯化硅气体供给管160插入至反应器100的内部，并与中心轴线C同轴地向竖直下方延伸。所述的四氯化硅气体供给管160在其纵壁的下端具有开口的四氯化硅气体供给口160a，另一方面，所述四氯化硅气体供给管160的竖直方向的末端封闭。
多个贯穿插入孔12f典型地与中心轴线C距离相等，并在上盖140的周向上以120°的等间隔、并且以夹着对应的贯穿插入孔12e的方式设置有三个。在所述的各贯穿插入孔12f中贯穿插入并固定有一根与省略图示的高压的惰性气体供给源相连接的石英制的冲击吹风气体供给管200。
像这样采用将一根锌气体供给管280贯穿插入在上盖140的中央以使其在反应器100内延伸、并在所述一根锌气体供给管280的周围配设多根内包于惰性气体供给管14的四氯化硅气体供给管160的结构的理由是由于考虑到了下述这样的便利性：由于需要将沸点为910℃的锌气体在加热至比沸点为59℃的四氯化硅气体温度高的状态下导入反应器100内，因此，虽然存在反应器100或上盖140的直径稍微增大的倾向，但是能够使装置整体的结构更加紧凑，在能够可靠地将相对维持着高温的锌气体集中导入反应器100内的径向的中央部的同时，能够将四氯化硅气体分散导入所述锌气体的周围。并且，在能够使反应器100或上盖140的直径更加大型化的情况下，也可以设置多个锌气体供给管280。
在此，惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a、四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a、锌气体供给管280的锌气体供给口280a以及冲击吹风气体供给管200的冲击吹风气体供给口200a分别在距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度为L1、L2、L3以及L4的位置处开口，另一方面，内管250的上端250a位于距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度为L5的位置处，这些长度之间的关系是L1＜L5＜L3＜L2＜L4的关系。
即，惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a的开口位置比内管250的上端250a靠上方，另一方面，四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a、锌气体供给管280的锌气体供给口280a以及冲击吹风气体供给管200的冲击吹风气体供给口200a的各开口位置比内管250的上端250a靠下方。此外，同时，锌气体供给口280a的开口位置比四氯化硅气体供给口160a的开口位置靠上方。
像这样除了四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a的开口位置外还将锌气体供给管280的锌气体供给口280a的开口位置设定成比内管250的上端250a靠下方是由于考虑到了下述内容：通过采用将锌气体供给管280贯穿插入在上盖140的中央以使其在反应器100内延伸的结构，不仅能够无需在内管250的纵壁上设置贯穿插入孔而通过简便的结构将锌气体供给口280a配置在下方，而且还能够通过将四氯化硅气体和锌气体在内管250的内部喷出来可靠地抑制所述气体在反应器100的纵内壁与内管250的纵外壁之间的间隙不必要地扩散并侵入其中的现象。
此外，如图11A所示，优选具有多个锌气体供给管280的锌气体供给口280a，优选典型的与中心轴线C轴对称地以120°的等间隔在锌气体供给管280的纵壁的下端开设三个锌气体供给口。这是为了：将锌气体在反应器100的内部且在水平方向上喷出以使其更加可靠地均匀地扩散，从而能够更好地获得锌气体与四氯化硅气体的混合性。并且，在锌气体与四氯化硅气体能够良好地混合的情况下，当然也可以仅设置一个锌气体供给管280的锌气体供给口280a，还可以设置成将锌气体供给管280的竖直方向的末端敞开。
此外，如图11B所示，只要在四氯化硅气体供给管160的纵壁的下端的任意位置以任意的个数开设四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a即可(在图中，作为一个例子示出与内管250的内壁对置地仅开设一个四氯化硅气体供给口160a)。这是因为：从锌气体与四氯化硅气体的混合性的观点出发，只要使四氯化硅气体沿水平方向喷出即可。
在使用以上结构的硅制造装置4来制造多晶硅的硅制造方法中，当在还原反应工序中使多晶硅堆积在划分于内管250的内壁面的析出区域S上之后，在冲击吹风工序中，将析出区域S的多晶硅剥离并使其堆积在阀门装置230的阀门230a上，打开阀门230a使这样堆积着的硅落下至硅回收槽240内进行回收。然后，对于重复进行几次所述的硅的制造方法的一系列工序且该重复次数超过了基准次数的内管250，将其从反应器100卸下，更换成新的内管250。
根据以上的本实施方式的结构，通过使反应器为圆筒状，使锌气体供给管经由反应器的上盖而与反应器的内部连接，并与反应器的竖直方向的中心轴线同轴地延伸，由此，能够使装置整体的结构更加紧凑，由于利用沸点相对较高的锌进行反应而需要维持高温，并且，将通常需要较多气体量的锌气体可靠地集中导入反应器内的径向的中央部，同时，能够将四氯化硅气体分散导入所述锌气体的周围，从而能够更加高效地进行利用锌来还原四氯化硅的还原反应，以便收获率更好地生成多晶硅。
此外，通过使四氯化硅气体供给口与锌气体供给口在竖直方向上比内管的上端靠下方，使四氯化硅气体与锌气体一边混合一边扩散，从而能够有效地抑制这些气体不必要地侵入反应器的纵内壁与内管的纵外壁之间，并能够更加高效地进行利用锌来还原四氯化硅的还原反应，以便收获率更好地生成多晶硅。
并且，第4实施方式的锌气体供给管280和将四氯化硅气体供给管160内包的惰性气体供给管14的配设结构当然也能够应用于第1实施方式的结构和第2实施方式的结构。
此外，在以上的各实施方式中，作为反应器、上盖、底板、惰性气体供给管、四氯化硅气体供给管、锌气体供给管、排气管、冲击吹风气体供给管以及内管等各构成要素的材质，由于必须是能够在950℃以上的高温下经受作为原料的四氯化硅气体和锌气体、作为副产物而生成的氯化锌气体等的材质，虽然能够举出石英、碳化硅、氮化硅等，但是从避免碳或氮混入析出的硅中这一观点出发，最优选石英、具体而言是石英玻璃。
此外，在以上的各实施方式中，作为惰性气体，虽然能够举出He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、Xe气体以及Rn气体等稀有气体或氮气等，但是从避免氮混入析出的硅中这一观点出发，优选稀有气体，其中最优选的是价格较低的Ar气体。
然后，在下面对与各实施方式相对应的实验例详细地进行说明。
(实验例1)
在本实验例中，使用第1实施方式的硅制造装置1制造了多晶硅。
具体而言，在硅制造装置1中，将石英制的反应器10的外径D设定为56mm(壁厚为2mm，内径为52mm)，将反应器10的长度L设定为2050mm；将石英制的惰性气体供给管14的外径设定为16mm(壁厚为1mm，内径为14mm)；将惰性气体供给口14a的开口位置(惰性气体供给管14在反应器10内的端部位置)设定成距离反应器10的与上盖12接触的接触面的长度L1为10mm；将石英制的四氯化硅气体供给管16的外径设定为9mm(壁厚为1mm，内径为7mm)；将四氯化硅气体供给口16a的开口位置(四氯化硅气体供给管16在反应器10内的端部位置)设定成距离反应器10的与上盖12接触的接触面的长度L2为750mm；将石英制的锌气体供给管18的外径设定为20mm(壁厚为2mm，内径为16mm)；将锌气体供给口18b的开口位置(锌气体供给管18在反应器10内的端部位置)设定成距离反应器10的与上盖12接触的接触面的长度L3为550mm；以及，将具有与反应器10的下部相连接的排气导入口20a的石英制的排气管20的外径设定为56mm(壁厚为2mm，内径为52mm)。
在以上的具体结构中，首先，从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将1.56SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，从四氯化硅气体供给管16的四氯化硅气体供给口16a将0.50SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，从锌气体供给管18的锌气体供给口18b将2.04SLM流量的Ar气体(共计4.10SLM流量的Ar气体)喷出至反应器10的内部。
然后，在像这样将Ar气体供给至反应器10内部的状态下，对加热器22通电，通过第1加热部22a以使反应器10的对应的纵壁及其内部的区域成为1200℃的方式进行升温并维持，通过第2加热部22b以使反应器10的对应的纵壁及其内部的区域成为1100℃的方式进行升温并维持，通过第3加热部22c以使反应器10的对应的纵壁及其内部的区域成为1000℃的方式进行升温并维持。
然后，在像这样对加热器22通电、并通过第1加热部22a、第2加热部22b以及第3加热部22c对反应器10的各对应的纵壁及其内部的区域加热并进行维持的状态下，为了除Ar气体之外还向锌气体供给管18供给锌气体，以1.93g/min的速度将锌线导入并使之气化，从而从锌气体供给口18b将2.04SLM流量的除Ar气体外还混合有锌气体的混合气体喷出至反应器10的内部。同时，一边从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将1.56SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，一边将四氯化硅气体供给管16的气体从Ar气体切换至四氯化硅气体，从四氯化硅气体供给口16a将0.33SLM流量的四氯化硅气体喷出至反应器10的内部，反应15分钟。
然后，在像这样反应15分钟后，停止作为反应原料的四氯化硅气体和锌气体的供给，并停止对加热器22通电，从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a等仅供给惰性气体，在该状态下，一边将残存的四氯化硅气体、锌气体和作为副产物而生成的氯化锌气体从排气管20排出，一边将其冷却至常温。
然后，在将安装于反应器10的底板13卸下并观察反应器10的内壁面后，能够在从四氯化硅气体供给口16a的开口位置(四氯化硅气体供给管16在反应器10内的端部位置)的下方400mm附近至排气导入口20a的正上方附近的反应器10的内壁面的区域上确认到生成的析出层，并能够利用剥离部件将所述析出层剥离，在对剥离物确认后，发现其是针状的多晶硅。
(实验例2)
在本实验例中，使用第2实施方式的硅制造装置2制造了多晶硅。
具体而言，在硅制造装置2中，反应器10、惰性气体供给管14、四氯化硅气体供给管16、锌气体供给管18、排气管20以及加热器22的结构都与实验例1中的硅制造装置1的结构相同，在将Ar气体供给至反应器10的内部、利用加热器22对反应器10的纵壁及其内部加热并维持之后，实施利用锌对四氯化硅进行还原的还原反应的各工序也与实施例1的各工序相同。但是，由于本实验例中使用的硅制造装置2供给冲击吹风气体，因此，与此相关的结构和工序不同。
即，将相对于中心轴线C轴对称地设置的四个石英制的冲击吹风气体供给管200的外径设定为6mm(壁厚为1mm，内径为4mm)，将冲击吹风气体供给口200a的开口位置(冲击吹风气体供给管200在反应器10内的端部位置)设定成距离反应器10的与上盖130接触的接触面的长度L4为1050mm。
在以上的具体结构中，在为了从外部将反应器10的内部切断而关闭了阀门装置230的阀门230a的状态下，在将Ar气体供给至反应器10的内部、并通过加热器22对反应器10的纵壁及其内部进行加热并维持之后，如果实施了利用锌来还原四氯化硅的还原反应，则在维持了加热状态的状态下，同时停止对锌气体供给管18导入锌线以及对四氯化硅气体供给管16供给四氯化硅气体。然后，再次从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将1.56SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，同时，从四氯化硅气体供给管16的四氯化硅气体供给口16a将0.50SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，并从锌气体供给管18的锌气体供给口18b将2.04SLM流量的Ar气体喷出至反应器10的内部，利用Ar气体将反应器10的内部置换5分钟。
接下来，在这样通过Ar气体置换后，以高压将Ar气体从冲击吹风气体供给管200的冲击吹风气体供给口200a喷出，进行冲击吹风。对于此时的冲击吹风的条件，将Ar气体的压力设定为0.4Mpa，将一次的冲击吹风时间设定为0.5秒，将至下次的冲击吹风的间隔空出3.0秒，执行合计20次的冲击吹风。
然后，在重复进行了合计四次上述的15分钟的反应、5分钟的通过Ar气体进行的置换以及通过Ar气体进行的20次冲击吹风的这一系列工序之后，打开在反应器10的下方连接的阀门装置230的阀门230a使阀门230a上的堆积物落下至硅回收槽240，在对硅回收槽240中的回收物确认后，发现其为针状的多晶硅。这可以认为是：硅在反应器10的内壁面析出之后，对被冲击吹风剥离而堆积在阀门装置230的阀门230a上的多晶硅进行了回收。此外，在对所述的针状多晶硅的重量进行测量后，为8.7g，反应中供给的四氯化硅气体的反应率是35％。
(实验例3)
在本实验例中，虽然使用第2实施方式的硅制造装置2来制造出多晶硅的情形与实施例2相同，但相对于实验例2不同的是：将冲击吹风气体供给管200缩短，将冲击吹风气体供给口200a的开口位置(冲击吹风气体供给管200在反应器10内的端部位置)设定成距离反应器10的与上盖130接触的接触面的长度L4为800mm，将从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a供给的Ar气体的流量设定为0.12SLM，并且，将反应时间设定为30分钟，重复进行了合计两次30分钟的反应、5分钟的通过Ar气体进行的置换以及通过Ar气体进行的20次冲击吹风的一系列工序。
在以上的具体结构中，进行一系列的工序后，使阀门230a上的堆积物落下至硅回收槽240，在对硅回收槽240中的回收物确认后，发现其为针状的多晶硅。此外，在对所述的针状多晶硅的重量进行测量后，为11.1g，反应中供给的四氯化硅气体的反应率是45％。
(实验例4)
在本实验例中，虽然使用第2实施方式的硅制造装置2来制造出多晶硅的情形与实施例3相同，但相对于实验例3不同的是：从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a不供给Ar气体，将反应时从四氯化硅气体供给管16的四氯化硅气体供给口16a供给的四氯化硅气体的流量设定为0.66SLM，将从锌气体供给管18的锌气体供给口18b供给的Ar气体的流量设定为0.22SLM，为了除Ar气体之外还向锌气体供给管18供给锌气体而将锌线的导入速度设定为3.85g/min以使锌线气化，并且，将反应时间设定为15分钟，重复进行了合计四次15分钟的反应、5分钟的通过Ar气体进行的置换以及通过Ar气体进行的20次冲击吹风的一系列工序。
在以上的具体结构中，进行一系列的工序后，使阀门230a上的堆积物落下至硅回收槽240，在对硅回收槽240中的回收物确认后，发现其为针状的多晶硅。此外，在对所述的针状多晶硅的重量进行测量后，为29.7g，反应中供给的四氯化硅气体的反应率是60％。
(实验例5至实验例7)
在实验例2至实验例4的条件下，利用第3实施方式的硅制造装置3进行了用于制造多晶硅的一些列工序，使阀门230a上的堆积物落下至硅回收槽240，在对硅回收槽240中的回收物确认后，发现其为针状的多晶硅，它们的回收率也与实验例2至实验例4相对应地等同。这可以认为是：多晶硅在安装于反应器10的内管250的内壁面析出之后，对被冲击吹风剥离而堆积在阀门装置230的阀门230a上的多晶硅进行了回收。
(实验例8)
在本实验例中，使用第4实施方式的硅制造装置4制造了多晶硅。
具体而言，在硅制造装置4中，将石英制的反应器100的外径D设定为226mm(壁厚为3mm，内径为220mm)，将反应器100的长度L设定为2330mm；对于石英制的内管250，将其外径设定为206mm(壁厚为3mm，内径为200mm)，并将端部250a距离反应器100的与上盖140接触的接触面的的长度L5设定为50mm；将石英制的锌气体供给管280的外径设定为42mm(壁厚为3mm，内径为36mm)；对于将锌气体供给管280的下端封闭而仅在纵壁上以相对于中心轴线C成120°的等间隔的方式、以16mm的直径设置有三个的锌气体供给口280a的开口位置(开口的中心位置)，设定成距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度L3为300mm；并且，将具有与反应器100的下部相连接的排气导入口20a的石英制的排气管20的外径设定为56mm(壁厚为2mm，内径为52mm)。
此外，石英制的惰性气体供给管14与配设在所述惰性气体供给管14内部的石英制的四氯化硅气体供给管160以距离中心轴线C为85mm的距离、以120度的等间隔地配设有三个，石英制的冲击吹风气体供给管200相对应地夹着三个惰性气体供给管14，并以距离中心轴线C为85mm的距离、以120度的等间隔地配设有三个。
在此，将各惰性气体供给管14的外径设定为16mm(壁厚为1mm，内径为14mm)；将惰性气体供给口14a的开口位置(惰性气体供给管14在反应器100内的端部位置)设定成距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度L1为10mm；将各四氯化硅气体供给管160的外径设定为9mm(壁厚为1mm，内径为7mm)；对于将四氯化硅气体供给管160的下端封闭而仅在纵壁上以4mm的直径、并以与内管250的内壁对置的方式设置有一个的四氯化硅气体供给口160a的开口位置(开口的中心位置)，设定成距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度L2为500mm；并且，将各冲击吹风气体供给管200的外径设定为9mm(壁厚为1mm，内径为7mm)，将冲击吹风气体供给口200a的开口位置(冲击吹风气体供给管200在反应器100内的端部位置)设定成距离反应器100的与上盖140接触的接触面的长度L4为600mm。
在以上的具体结构中，在为了从外部将反应器100的内部切断而关闭了阀门装置230的阀门230a的状态下，首先，从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将0.83SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，从四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a将1.00SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，从锌气体供给管280的锌气体供给口280a将0.84SLM流量的Ar气体(共计2.67SLM流量的Ar气体)喷出至反应器100的内部。
然后，在像这样将Ar气体供给至反应器100内部的状态下，对加热器22通电，通过第1加热部22a以使反应器100的对应的纵壁及其内部的区域成为1200℃的方式进行升温并维持，通过第2加热部22b以使反应器100的对应的纵壁及其内部的区域成为1100℃的方式进行升温并维持，通过第3加热部22c以使反应器100的对应的纵壁及其内部的区域成为1000℃的方式进行升温并维持。
然后，在像这样对加热器22通电、并通过第1加热部22a、第2加热部22b以及第3加热部22c对反应器100的各对应的纵壁及其内部的区域加热并进行维持的状态下，将除Ar气体之外还混合有流量为10.00SLM的锌气体的混合气体以10.84SLM的流量从锌气体供给管280的锌气体供给口280a喷出至反应器100的内部。同时，一边从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将0.83SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，一边将四氯化硅气体供给管160的气体从Ar气体切换至四氯化硅气体，从四氯化硅气体供给口160a将5.00SLM流量的四氯化硅气体喷出至反应器100的内部，然后反应100分钟。
接下来，在这样反应100分钟后，在维持着加热器22的通电的状态下，停止作为反应原料的四氯化硅气体和锌气体的供给。然后，再次从惰性气体供给管14的惰性气体供给口14a将200SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，从四氯化硅气体供给管160的四氯化硅气体供给口160a将200SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，并从锌气体供给管280的锌气体供给口280a将200SLM流量的Ar气体喷出至反应器100的内部，利用Ar气体将反应器100的内部置换5分钟。
接下来，在这样通过Ar气体置换后，以高压将Ar气体从冲击吹风气体供给管200的冲击吹风气体供给口200a喷出，进行冲击吹风。对于此时的冲击吹风的条件，将Ar气体的压力设定为0.4Mpa，将一次的冲击吹风时间设定为0.5秒，将至下次的冲击吹风的间隔空出3.0秒，执行了合计15次的冲击吹风。
然后，在重复进行了两次上述的100分钟的反应、5分钟的通过Ar气体进行的置换以及通过Ar气体进行的15次冲击吹风这一系列工序之后，打开在反应器100的下方连接的阀门装置230的阀门230a，使阀门230a上的堆积物落下至硅回收槽240，在对硅回收槽240中的回收物确认后，发现其为针状的多晶硅。这可以认为是：硅在反应器100内的内管250的内壁面析出之后，对被冲击吹风剥离而堆积在阀门装置230的阀门230a上的硅进行了回收。在对所述的针状多晶硅的重量进行测量后，为619.8g，反应中供给的四氯化硅气体的反应率是50％。
根据以上的各实验例，能够确认到硅以多晶体的状态在反应器10、100的内壁面上和在安装于反应器10、100的内部的内管250的内壁面上析出，进一步在实验例2至实验例8中能够确认到：能够通过冲击吹风将在反应器10、100的内壁面上和在安装于反应器10、100的内部的内管250的内壁面上析出的硅剥离，并经由阀门装置230的阀门230a以充分的收获量将被剥离了的硅回收至硅回收槽240。
并且，在本发明中，部件的种类、配置、个数等并不限定于前述的实施方式，当然能够将其构成要素适当地置换成能够起到同等的作用效果的构成要素等，当然也能够在不脱离发明主旨的范围内适当地进行变更。
产业上的可利用性
如上述那样，在本发明中，能够提供能够以低成本、高收获率生成多晶硅、能够连续且高效地生成并回收多晶硅、或能够实现该结构的具有扩展性的硅制造装置及硅制造方法，根据本发明的通用且普遍的特性，期望能够将其广泛应用于太阳能电池用硅等的制造装置。

Claims (13)

1.一种硅制造装置，该硅制造装置具备：
反应器，其沿竖直方向立起设置；
四氯化硅气体供给管，其与所述反应器相连接，具有四氯化硅气体供给口，并从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内；
锌气体供给管，其与所述反应器相连接，具有锌气体供给口，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内；以及
加热器，其用于对所述反应器进行加热，
所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方，一边利用所述加热器将所述反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内，从而在所述反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在所述反应器内，在与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的壁部上形成析出硅的硅析出区域。
2.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述硅析出区域是与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的所述反应器的内壁面。
3.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述硅制造装置具有装卸自如地插入所述反应器的内侧的内管，所述硅析出区域是与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的所述反应器内的所述内管的内壁面。
4.根据权利要求3所述的硅制造装置，其中，
所述四氯化硅气体供给口与所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述内管的上端靠下方。
5.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述硅制造装置具有冲击吹风气体供给管，所述冲击吹风气体供给管与所述反应器连接，所述冲击吹风气体供给管具有冲击吹风气体供给口，并从所述冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至所述反应器内，通过从所述冲击吹风气体供给口将冲击吹风气体供给至所述反应器内，以剥离在所述硅析出区域析出的硅。
6.根据权利要求5所述的硅制造装置，其中，
所述冲击吹风气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠下方。
7.根据权利要求5所述的硅制造装置，其中，
所述硅制造装置具有与所述反应器的所述竖直方向的下方相连接的硅回收槽，从所述硅析出区域剥离了的硅被回收至所述硅回收槽。
8.根据权利要求7所述的硅制造装置，其中，
所述硅制造装置在所述反应器与所述硅回收槽之间具有能够将所述反应器的内部与外部自由地切断的阀门，从所述硅析出区域剥离了的硅在堆积到所述阀门上之后，通过打开所述阀门而被回收至所述硅回收槽内。
9.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述加热器具有：
将所述反应器中的、在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方的区域加热至超过所述硅的析出温度范围的温度的加热部；和
将所述反应器中的、在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠下方的区域加热至所述硅的析出温度范围的温度的加热部。
10.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述硅制造装置具有惰性气体供给管，所述惰性气体供给管与所述四氯化硅气体供给管同轴地连接于所述反应器，所述惰性气体供给管具有惰性气体供给口，并从所述惰性气体供给口将惰性气体供给至所述反应器内，所述惰性气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方。
11.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述锌气体供给管从所述反应器的纵壁和上盖中的至少一方连接于所述反应器。
12.根据权利要求1所述的硅制造装置，其中，
所述反应器为圆筒状，所述锌气体供给管经由所述反应器的上盖而与所述反应器的内部连接，并与所述反应器的所述竖直方向的中心轴线同轴地延伸。
13.一种硅制造方法，该硅制造方法使用硅制造装置来制造硅，
所述硅制造装置具备：
反应器，其沿竖直方向立起设置；
四氯化硅气体供给管，其与所述反应器相连接，具有四氯化硅气体供给口，并从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内；
锌气体供给管，其与所述反应器相连接，具有锌气体供给口，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内；以及
加热器，其用于对所述反应器进行加热，
所述锌气体供给口在所述竖直方向上比所述四氯化硅气体供给口靠上方，
在所述硅制造方法中，
一边利用所述加热器将所述反应器的局部温度设定在硅的析出温度范围，一边从所述四氯化硅气体供给口将四氯化硅气体供给至所述反应器内，并从所述锌气体供给口将锌气体供给至所述反应容器内，从而在所述反应器内利用锌对四氯化硅进行还原，在所述反应器内，在与设定于所述硅的析出温度范围的区域相对应的壁部上析出硅。
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