EA015219B1 - Способ непрерывного получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем - Google Patents

Способ непрерывного получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем Download PDF

Info

Publication number
EA015219B1
EA015219B1 EA200970014A EA200970014A EA015219B1 EA 015219 B1 EA015219 B1 EA 015219B1 EA 200970014 A EA200970014 A EA 200970014A EA 200970014 A EA200970014 A EA 200970014A EA 015219 B1 EA015219 B1 EA 015219B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
silicon
reactor
gas
silicon particles
particles
Prior art date
Application number
EA200970014A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200970014A1 (ru
Inventor
Хее Йоунг Ким
Киунг Коо Йоон
Йонг Ки Парк
Вон Чоон Чой
Original Assignee
Корея Рисерч Инститьют Оф Кемикал Текнолоджи
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корея Рисерч Инститьют Оф Кемикал Текнолоджи filed Critical Корея Рисерч Инститьют Оф Кемикал Текнолоджи
Publication of EA200970014A1 publication Critical patent/EA200970014A1/ru
Publication of EA015219B1 publication Critical patent/EA015219B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • 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
    • B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1809—Controlling processes
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/34—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with stationary packing material in the fluidised bed, e.g. bricks, wire rings, baffles
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/12—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure directly from the gas state
    • C30B28/14—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure directly from the gas state by chemical reaction of reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00398—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements inside the reactor bed
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00407—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements outside the reactor bed
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00415—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements electric resistance heaters
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00539—Pressure
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823—Mixing elements
    • B01J2208/00831—Stationary elements
    • B01J2208/0084—Stationary elements inside the bed, e.g. baffles
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00991—Disengagement zone in fluidised-bed reactors
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0209—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of glass
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0218—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of ceramic
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0236—Metal based
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
    • B01J2219/0254—Glass
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
    • B01J2219/0272—Graphite
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
    • B01J2219/0277—Metal based
    • B01J2219/029—Non-ferrous metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Предложен способ непрерывного получения гранулированного поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем, обеспечивающий стабильное долговременное функционирование реактора посредством эффективного удаления отложений кремния, накапливающихся на внутренней стенке трубы реактора. Способ включает (i) стадию получения частиц кремния, на которой происходит осаждение кремния на поверхности частиц кремния, при одновременном накапливании отложений кремния на внутренней стенке трубы реактора, окружающей реакционную зону; (ii) стадию частичного выпуска частиц кремния, на которой часть частиц кремния, находящихся внутри трубы реактора, выпускается из реактора с псевдоожиженным слоем таким образом, чтобы высота слоя частиц кремния не превышала высоту расположения выпускного отверстия для реакционного газа; и (iii) стадию удаления отложений кремния, на которой отложения кремния удаляются подачей травящего газа в реакционную зону.

Description

Данное изобретение относится к способу получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем, в частности к способу непрерывного получения поликристаллического кремния, обеспечивающему эффективное удаление отложений кремния, накапливающихся на внутренней стенке трубы реактора устройства для получения поликристаллического кремния (поликремния или поли-δί).
Предшествующий уровень техники
Высокочистый поликристаллический кремний широко используется в качестве химического материала или промышленного исходного материала в полупроводниковых приборах, солнечных элементах и т.п. Также он используется при изготовлении точных функциональных устройств и малогабаритных точных систем с высокой степенью интеграции. Поликристаллический кремний получают термическим разложением и/или восстановлением водородом реакционного газа, содержащего в своем составе кремний и очищенного до высокой степени чистоты, обеспечивая, соответственно, непрерывное осаждение кремния на кремниевых частицах.
При производстве поликристаллического кремния в промышленных масштабах используются в основном реакторы с колпаком. Поликристаллический кремний, полученный посредством реактора с колпаком, имеет вид стержней диаметром примерно 50-300 мм. Однако реакторы с колпаком, которые состоят в основном из резистивной системы нагревания, не могут функционировать непрерывным образом вследствие неизбежного ограничения максимально достижимого диаметра стержня. Эти реакторы, как известно, также имеют значительные проблемы, такие как низкая эффективность осаждения и высокое потребление электрической энергии, вследствие ограниченной поверхности кремния и высоких тепловых потерь.
Чтобы разрешить эти проблемы, недавно был разработан способ осаждения кремния при использовании реактора с псевдоожиженным слоем, чтобы получить поликристаллический кремний в виде частиц размером примерно 0,5-3 мм. В соответствии с этим способом псевдоожиженный слой частиц кремния образуется посредством направленного вверх потока газа, и размер частиц кремния увеличивается по мере осаждения на частицах атомов кремния из реакционного газа, содержащего в своем составе кремний, который подается к нагретому псевдоожиженному слою.
Как и в обычном реакторе с колпаком, в реакторе с псевдоожиженным слоем силановое соединение на базе 81-Н-С1, например моносилан (δίΗ4), дихлорсилан (81Н2С12), трихлорсилан (81НС13), тетрахлорид кремния (81С14) или их смесь, используется в качестве реакционного газа, содержащего кремний, который может также содержать по меньшей мере один газообразный компонент, выбранный из водорода, азота, аргона, гелия и т. п.
Для осаждения кремния, чтобы получить поликристаллический кремний, температура реакции или температура частиц кремния должна поддерживаться при примерно 600-850°С для моносилана и должна составлять примерно 900-1100°С для трихлорсилана, который используется наиболее широко.
Процесс осаждения кремния, обусловленного термическим разложением и/или восстановлением водородом реакционного газа, содержащего в своем составе кремний, включает различные элементарные реакции, и имеются сложные пути, в соответствии с которыми атомы кремния превращаются в гранулированные частицы, зависящие от реакционного газа. Однако независимо от вида элементарных реакций и реакционного газа, функционирование реактора с псевдоожиженным слоем приводит к образованию в качестве продукта поликристаллического кремния в виде частиц, а именно гранул.
При этом частицы кремния малых размеров, т.е. затравочные кристаллы, увеличиваются в размере вследствие непрерывного осаждения кремния или агломерации частиц кремния, теряют посредством этого текучесть и в конечном счете перемещаются в нижнем направлении. Затравочные кристаллы могут быть приготовлены заранее или ίη δίΐιι в самом псевдоожиженном слое или же могут подаваться в реактор непрерывным, периодическим или прерывистым образом. Полученные таким образом частицы увеличенного размера, т.е. поликристаллический кремний в качестве продукта, могут быть выведены из нижней части реактора непрерывным, периодическим или прерывистым образом.
Вследствие сравнительно большой площади поверхности частиц кремния система реактора с псевдоожиженным слоем обеспечивает более высокий выход реакции по сравнению с реакторной системой с колпаком. Кроме того, гранулированный продукт может быть использован непосредственно без дополнительной обработки для последующих процессов, таких как выращивание монокристаллов, изготовление кристаллических блоков, обработка и модификация поверхности, приготовление химического материала для реакционного взаимодействия или разделения или же формование или измельчение частиц кремния. Хотя эти последующие процессы могут выполняться периодическим образом, производство гранулированного поликристаллического кремния позволяет выполнять данные процессы полунепрерывным или непрерывным образом.
Наибольшим камнем преткновения при процессе непрерывного производства поликристаллического кремния в виде частиц, а именно гранулированного поликристаллического кремния, при использовании реактора с псевдоожиженным слоем является то, что осаждение кремния посредством реакционного газа происходит не только на поверхности частиц кремния, нагретых до высокой температуры, но также
- 1 015219 и на поверхностях компонентов реактора, которые неизбежно открыты для воздействия нагретых частиц кремния или контактируют с ними.
Осаждение кремния происходит при постепенном его накапливании на нагретых твердотельных поверхностях внутри реактора с псевдоожиженным слоем, включая частицы кремния, внутреннюю стенку трубы реактора и средства для подачи реакционного газа, которые все открыты для воздействия реакционного газа. Толщина накопленного осажденного слоя увеличивается со временем. При этом задаче способа осаждения в псевдоожиженном слое выгодным образом соответствует то, что толщина слоя осажденного кремния постепенно увеличивается на поверхности затравочных кристаллов кремния или частиц кремния. Однако крайне нежелательно, когда осаждение кремния превышает допустимый уровень не на частицах кремния, а на твердотельных поверхностях компонентов реактора, включая внутреннюю стенку трубы реактора и/или средства для подачи реакционного газа, открытых для воздействия псевдоожиженных частиц кремния при высокой температуре или соприкасающихся с ними. Если осаждение кремния на таких компонентах реактора превышает допустимую величину массы или толщины, то может значительно ухудшиться их механическая стабильность, и, в конце концов, функционирование реактора приходится останавливать.
Для экономичного производства полукристаллического кремния в форме частиц, а именно гранулированного поликристаллического кремния, требуется улучшение производительности реактора с псевдоожиженным слоем. Кроме того, для непрерывного функционирования реактора с псевдоожиженным слоем, которое является основным преимуществом способа осаждения кремния в псевдоожиженном слое, должна быть обеспечена прежде всего физическая стабильность компонентов реактора. Таким образом, чтобы улучшить производительность реактора с псевдоожиженным слоем и обеспечить механическую стабильность реактора при выполнении процесса осаждения кремния для получения частиц поликристаллического кремния, требуется эффективное удаление отложений кремния, которые образуются на компонентах реактора вследствие того, что они постоянно открыты для воздействия на них нагретых частиц кремния и реакционного газа. Такое эффективное удаление осажденного кремния более важно при массовом производстве частиц поликристаллического кремния при использовании реактора с псевдоожиженным слоем. Однако имеются лишь немногочисленные методы, относящиеся к разрешению этой проблемы.
Патент США № 5358603 (1994) раскрывает способ удаления травлением отложений кремния, образованных главным образом на средстве для вывода продукта из реактора с псевдоожиженным слоем в процессе осаждения кремния в псевдоожиженном слое. Этот способ с использованием травящего газа может быть также использован для удаления отложений кремния, образованных на внутренней стенке трубы реактора. Однако применение этого способа в своей основе требует следующих стадий: вначале операция осаждения должна быть остановлена; все частицы кремния в псевдоожиженном слое должны быть удалены из реактора; затем в реактор должно быть введено нагревательное средство, чтобы нагреть отложения кремния для протекания реакции травления, и т. д. Такие обременительные и занимающие много времени стадии ограничивают применение этого способа к процессу осаждения в псевдоожиженном слое.
Патент США № 6541377 (2003) раскрывает способ предотвращения осаждения кремния на поверхности выпускной части средства для подачи реакционного газа или удаления отложений кремния, сформированных на ней во время операции осаждения, в котором данные цели достигаются посредством подачи травящего газа, включающего хлористый водород, без взаимодействия с подаваемым реакционным газом. Этот способ может разрешить проблему с образованием отложений кремния на выпускной части средства для подачи реакционного газа без влияния на протекание процесса осаждения кремния. Однако поскольку травящий газ подается селективным образом поблизости от выпускной части средства для подачи реакционного газа, данный способ не может быть использован для удаления отложений кремния, образующихся и накапливающихся на внутренней стенке трубы реактора.
Патенты США № 4900411 (1990) и 4786477 (1988) раскрывают способ предотвращения накапливания отложений кремния в средстве для подачи газа и на внутренней стенке трубы реактора посредством циркуляции охлаждающей текучей среды вокруг соответствующих компонентов. Однако поскольку чрезмерное охлаждение таких компонентов реактора при непрерывном соприкосновении с нагретыми частицами кремния приводит к излишнему значительному расходу энергии, этот способ экономически невыгоден, учитывая дополнительные затраты на оборудование и высокие производственные затраты вследствие значительного потребления энергии для нагревания частиц кремния, компенсирующего энергетические потери.
В отличие от других материалов, используемых в общих химических процессах, компоненты реактора с псевдоожиженным слоем для получения высокочистого поликристаллического кремния, соприкасающиеся с частицами кремния, в особенности труба реактора, должны быть использованы таким образом, чтобы в максимально возможной степени избежать загрязнения примесями от них. Поэтому существенно ограничивается выбор материала для трубы реактора. Вследствие высокой температуры реакции и характеристик реакционного газа для трубы реактора не могут быть использованы металлические материалы. В то же время на практике очень трудно найти неметаллический неорганический материал, кото
- 2 015219 рый может предотвратить загрязнение частиц кремния примесями и обеспечить высокую механическую стабильность, даже когда отложения кремния в значительной степени накапливаются на внутренней стенке реактора.
Труба реактора с псевдоожиженным слоем для получения поликристаллического кремния, которая находится в постоянном контакте с нагретыми псевдоожиженными частицами кремния, чувствительна к нерегулярной вибрации и сильным механическим напряжениям. Соответственно, очень опасно продолжать осаждение кремния, если толщина отложений кремния на внутренней стенке трубы реактора превышает допустимую величину.
При удалении посредством химической реакции или реакции травления отложений кремния, образующихся и накапливающихся на внутренней стенке трубы реактора во время осаждения кремния для получения частиц кремния, большая часть частиц кремния, псевдоожиженных внутри трубы реактора, может быть также удалена вместе с отложениями. То есть почти невозможно селективное удаление отложений кремния. Соответственно обычной практикой является прекращение осаждения кремния, охлаждение внутреннего пространства реактора при его продувке инертным газом, таким как водород, азот, аргон, гелий или их смесь, выпуск или извлечение охлажденных частиц кремния из реактора, разборка реактора и замена трубы реактора на новую, повторная сборка реактора, наполнение трубы реактора частицами кремния, нагревание частиц кремния в достаточной степени и подача реакционного газа снова, чтобы возобновить получение частиц кремния. Однако разборка и повторная сборка реактора с псевдоожиженным слоем требует значительных затрат. Кроме того, труба реактора имеет тенденцию к разрушению при охлаждении реактора вследствие разности в величинах термического расширения отложений кремния и материала трубы реактора. Поэтому частицы кремния, остающиеся внутри трубы реактора, загрязняются и фрагменты трубы реактора затрудняют процесс разборки.
Вследствие того, что отложения кремния, накапливающиеся на внутренней стенке трубы реактора, снижают производительность реактора с псевдоожиженным слоем и увеличивают производственные затраты, требуется разрешение данной проблемы.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически иллюстрирует способ получения гранулированного поликристаллического кремния в соответствии с данным изобретением;
фиг. 2 - стадию получения частиц кремния по данному изобретению;
фиг. 3 - стадию удаления отложений кремния по данному изобретению;
фиг. 4 - другой пример стадии получения частиц кремния по данному изобретению;
фиг. 5 - другой пример стадии удаления отложений кремния по данному изобретению;
фиг. 6 - различные конструкции реактора с псевдоожиженным слоем, применимого для получения гранулированного поликристаллического кремния в соответствии с данным изобретением;
фиг. 7 - другие различные конструкции реактора с псевдоожиженным слоем, применимого для получения гранулированного поликристаллического кремния в соответствии с данным изобретением.
Описание изобретения
Задачей данного изобретения является способ непрерывного получения поликристаллического кремния, обеспечивающий эффективное удаление отложений кремния, образующегося на внутренней стенке трубы реактора с псевдоожиженным слоем во время получения гранулированного поликристаллического кремния, и таким образом обеспечивающий стабильное продолжительное функционирование реактора с псевдоожиженным слоем.
Ниже представлено подробное описание данного изобретения.
Для достижения вышеуказанной задачи данное изобретение предоставляет способ получения поликристаллического кремния при использовании реактора с псевдоожиженным слоем для получения гранулированного поликристаллического кремния, в котором выпускное отверстие средства для подачи реакционного газа, подающего реакционный газ, содержащий кремний, таким образом, что может происходить осаждение кремния, в то время как слой частиц кремния, образовавшийся внутри трубы реактора, остается псевдоожиженным, располагается внутри слоя частиц кремния, с выпускным отверстием в качестве реперной высоты, верхнее и нижнее пространства в трубе реактора определяются соответственно как реакционная зона, предусмотренная для осаждения кремния посредством реакционного газа, и зона нагревания, предусмотренная для нагревания частиц кремния, и который включает:
(ί) стадию получения частиц кремния, на которой реакционный газ подается средством для подачи реакционного газа таким образом, что осаждение кремния происходит на поверхности частиц кремния при контакте с реакционным газом, в то время как отложения кремния накапливаются на внутренней стенке трубы реактора, окружающей реакционную зону;
(ίί) стадию частичного выпуска частиц кремния, на которой, без необходимости подачи реакционного газа, часть частиц кремния, остающихся внутри трубы реактора, выпускается из реактора с псевдоожиженным слоем таким образом, чтобы высота слоя частиц кремния не превышала высоту расположения выпускного отверстия; и (ш) стадию удаления отложений кремния, на которой отложения кремния удаляются посредством подачи в реакционную зону травящего газа, который реагирует с отложениями кремния с образованием
- 3 015219 газообразных соединений кремния.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, который также включает (ίν) стадию пополнения частицами кремния, на которой после удаления отложений кремния и прекращения подачи травящего газа труба реактора пополняется частицами кремния, чтобы образовать слой из частиц кремния в реакционной зоне.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором повторяется цикл, включающий стадии (ί), (ίί), (ίίί) и (ίν).
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором реактор с псевдоожиженным слоем содержит оболочку реактора, которая окружает трубу реактора, и внутреннее пространство трубы реактора определяется как внутренняя зона, в которой присутствует слой частиц кремния и в которую включены зона нагревания и реакционная зона, в то время как пространство между трубой реактора и оболочкой реактора определяется как внешняя зона, в которой не присутствует слой частиц кремния и не происходит осаждения кремния.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором (ί) стадия получения частиц кремния содержит следующие подстадии:
подачу газа, создающего псевдоожижение, к слою частиц кремния в зоне нагревания при использовании средства для подачи газа, создающего псевдоожижение, таким образом, что слой частиц кремния, образованный в реакционной зоне, становится псевдоожиженным;
нагревание частиц кремния нагревательными элементами, установленными во внутренней зоне и/или внешней зоне трубы реактора;
выпуск части частиц кремния, полученных во внутренней зоне, из реактора с псевдоожиженным слоем при использовании средства выпуска частиц и выпуск отходящих газов, содержащих газ, создающий псевдоожижение, который проходит через слой частиц кремния, непрореагировавший реакционный газ и побочный газообразный продукт, из реактора с псевдоожиженным слоем при использовании средства выпуска газа.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором инертный газ, содержащий по меньшей мере один газ, выбранный из азота, аргона и гелия, подается во внешнюю зону, чтобы поддерживать во внешней зоне атмосферу инертного газа.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором разность давления во внешней зоне (Ро) и давления во внутренней зоне (Ρί) поддерживается таким образом, что удовлетворяет условию: 0 бар <|Ρο-Ρί|< 1 бар.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором травящий газ содержит по меньшей мере одно хлорсодержащее вещество, выбранное из тетрахлорида кремния (81С14), хлористого водорода (НС1) и хлора (С12).
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором травящий газ также содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода, азота, аргона и гелия.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором на (ί) стадии получения частиц кремния и/или (ίίί) стадии удаления отложений кремния абсолютное давление в реакционной зоне поддерживается в интервале 1-20 бар.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором (ίίί) стадия удаления отложений кремния включает подстадию удаления отложений кремния, образованных на выпускной части средства для подачи реакционного газа, при использовании травящего газа.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором (ίίί) стадия удаления отложений кремния выполняется посредством подачи травящего газа с использованием средства для подачи реакционного газа и/или средства для подачи травящего газа, выпускное отверстие которых открыто в реакционную зону.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором на (ίίί) стадии удаления отложений кремния газ, создающий псевдоожижение, подается к слою частиц кремния, поддерживаемых в зоне нагревания, при использовании средства для подачи газа, создающего псевдоожижение, таким образом, что слой частиц кремния поддерживается в виде неподвижного слоя, в котором частицы становятся неподвижными, или в виде псевдоожиженного слоя, в котором часть частиц остается в псевдоожиженном состоянии.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором газ, создающий псевдоожижение, содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода, азота, аргона, гелия, тетрахлорида кремния, трихлорсилана, дихлорсилана и хлористого водорода.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором в дополнение к слою частиц кремния в нижнем пространстве зоны нагревания образуют неподвижный слой уплотняющих материалов, который не псевдоожижен газом, создающим псевдоожижение.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором на (ίίί) стадии удаления отложений кремния газы, отходящие от операции травления, включающие газ, создающий псевдоожижение, который проходит через слой частиц кремния, непрореагировавший
- 4 015219 травящий газ и/или газообразный продукт реакции травления, выпускаются из реактора с псевдоожиженным слоем с использованием средства выпуска газа.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором реакционный газ содержит по меньшей мере одно кремнийсодержащее соединение, выбранное из моносилана (δίΗ4), дихлорсилана (81Н2С12), трихлорсилана (81НС13) и тетрахлорида кремния (81С14).
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором на (ίίί) стадии удаления отложений кремния температура части отложений кремния поддерживается в интервале от 500 до 1250°С.
Данное изобретение также относится к способу получения поликристаллического кремния, в котором на (ίίί) стадии удаления отложений кремния отложения кремния нагреваются нагревательными элементами, установленными во внутренней зоне трубы реактора и/или во внешней зоне.
Ниже данное изобретение подробно описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Как схематически показано на фиг. 2, при получении гранулированного поликристаллического кремния при использовании реактора с псевдоожиженным слоем псевдоожиженный слой частиц кремния должен быть сформирован внутри трубы реактора, обеспечивающей сведение к минимуму загрязнения примесями, чтобы получить высокочистые частицы кремния.
Включая термическое разложение и/или восстановление водородом реакционного газа 11г, содержащего кремний, реакция осаждения Кб кремния происходит не только на поверхности нагретых частиц кремния 3, при контактировании с реакционным газом 11г, но также, неизбежно, и на внутренней стенке трубы реактора 2.
В реакторе с псевдоожиженным слоем в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, как показано на фиг. 2, отверстие для выпуска реакционного газа средства 15г для подачи реакционного газа, которое подает реакционный газ 11г, содержащий в своем составе кремний, таким образом, что осаждение кремния может происходить наряду с тем, что слой частиц 3 кремния, образованный внутри трубы 2 реактора, остается псевдоожиженным, располагается внутри слоя частиц 3 кремния с выпускным отверстием в качестве реперной высоты, верхнее и нижнее пространства в трубе реактора определяются соответственно как реакционная зона Ζγ, предусмотренная для реакции осаждения Кб кремния посредством реакционного газа, и зона нагревания Ζ11. предусмотренная для нагревания частиц 3 кремния.
На стадии получения кремния в таком реакторе с псевдоожиженным слоем реакционный газ 11г подается через средство 15г для подачи реакционного газа, и осаждение кремния происходит на поверхности частиц 3 кремния при контактировании с реакционным газом 11г. При этом осаждение кремния также происходит на компонентах реактора, окружающих реакционную зону Ζγ, т.е. на внутренней стенке трубы 2 реактора и/или на поверхности выпускной части средства 15г для подачи реакционного газа. Толщина накапливающихся отложений Ό кремния увеличивается со временем, и вследствие этого уменьшается внутренний диаметр реакционной зоны Ζγ.
По этой причине структурная устойчивость трубы 2 реактора значительно ухудшается, когда она открыта для воздействия нагретых частиц 3 кремния в псевдоожиженном состоянии. Таким образом, если толщина накопленных отложений Ό кремния превышает заданную допустимую величину, то получение частиц кремния в результате реакции осаждения Кб кремния должно быть прервано прекращением подачи реакционного газа 11г.
Когда диаметр трубы 2 реактора с псевдоожиженным слоем увеличен, то соотношение площади внутренней стенки и объема внутреннего пространства существенно уменьшается, что приводит к более медленному накапливанию отложений Ό кремния посредством осаждения Кб кремния. Вследствие этого увеличивается время достижения толщиной накапливающихся отложений Ό кремния максимально допустимой величины. Соответственно, в крупногабаритных реакторах с псевдоожиженным слоем, используемых для промышленного производства, стадия получения частиц кремния может выполняться непрерывно от нескольких дней до нескольких недель.
Когда толщина накапливающихся отложений Ό кремния достигает допустимой максимальной величины, операция осаждения кремния должна быть остановлена. Обычной практикой при этом является то, что после охлаждения в достаточной степени внутреннего пространства реактора продувкой инертным газом, таким как водород, азот, аргон, гелий и т.п., все охлажденные частицы 3 кремния выпускают из реактора, реактор разбирают, трубу 2 реактора заменяют новой и затем реактор собирают снова для выполнения следующей стадии получения частиц кремния. В противоположность этому данное изобретение делает возможным возобновление процесса осаждения кремния после удаления накопленных отложений Ό кремния без разборки реактора с псевдоожиженным слоем.
В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения за стадией получения частиц кремния следует стадия частичного выпуска частиц кремния, на которой, без необходимости подачи реакционного газа 11г, часть частиц 3 кремния, оставшаяся внутри трубы реактора, выпускается из реактора с псевдоожиженным слоем, так что высота слоя остаточных частиц 3 кремния внутри трубы реактора в основном не превышает высоту расположения отверстия для выпуска реакционного газа средства 15г для подачи реакционного газа. Затем за стадией удаления накопленных отложений кремния следует ста
- 5 015219 дия частичного выпуска частиц кремния. Как показано на фиг. 3 или 5, травящий газ Не, который способен к реакционному взаимодействию с накопленными отложениями Ό кремния и формированию газообразных соединений кремния, подается в пространство реакционной зоны Ζτ, из которого в основном удален слой частиц кремния, чтобы эффективным образом удалить накопленные отложения Ό кремния посредством реакции травления Ке. На этой стадии удаления накопленных отложений кремния удаляются отложения Ό кремния, накапливающиеся на внутренней стенке трубы 2 реактора, наряду с тем, что могут быть также удалены отложения кремния Ό', накапливающиеся на поверхности выпускной части средства 15г для подачи реакционного газа, посредством их соприкосновения естественным образом с вводимым травящим газом 11е. Как описано в данном документе выше, выпускная часть средства 15г для подачи реакционного газа, которое подает реакционный газ 11г, содержащий в своем составе кремний, располагается внутри слоя частиц 3 кремния на стадии получения частиц кремния, так что процесс осаждения кремния может происходить в псевдоожиженном слое частиц 3 кремния внутри трубы 2 реактора. В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения при использовании выпускного отверстия в качестве реперной высоты верхнее и нижнее пространства в трубе 2 реактора определяются соответственно как реакционная зона Ζτ, предусмотренная для реакции Кб осаждения кремния посредством реакционного газа 11г, и зона нагревания Ζ11. предусмотренная для нагревания частиц 3 кремния.
Предпочтительно, чтобы стадия получения частиц кремния, на которой образуются частицы кремния в качестве продукта посредством осаждения кремния на поверхности частиц 3 кремния, соприкасающейся с реакционным газом 11г, подаваемым средством 15г для подачи реакционного газа, могла выполняться непрерывным образом так долго, насколько это возможно в реакторе с псевдоожиженным слоем. Однако на этой стадии неизбежно также образуются и накапливаются отложения Ό кремния на внутренней стенке трубы 2 реактора, окружающей реакционную зону Ζτ.
Для того чтобы удалить накопленные отложения Ό кремния, способ в соответствии с данным изобретением включает стадию частичного выпуска частиц кремния, на которой, без необходимости подачи реакционного газа 11г, часть частиц 3 кремния выпускается из реактора с псевдоожиженным слоем, так что высота слоя частиц 3 кремния, оставшихся внутри трубы 2 реактора, не превышает высоту расположения выпускного отверстия, и стадию удаления накопленных отложений кремния, на которой травящий газ Не, который взаимодействует с накопленными отложениями Ό кремния с образованием газообразных соединений кремния, подается в реакционную зюну Ζτ для удаления накопленных отложений Ό кремния.
Как только отложения Ό кремния, накопившиеся на внутренней стенке трубы 2 реактора, в основном удалены травящим газом на стадии удаления накопленных отложений кремния, то отсутствует необходимость в дальнейшей подаче травящего газа Не.
После завершения стадии удаления накопленных отложений кремния прекращением подачи травящего газа Не следует стадия пополнения частицами кремния, на которой трубу 2 реактора пополняют частицами 3 кремния, в основном в количестве, соответствующем количеству частиц кремния, выпущенных из реактора на стадии частичного выпуска частиц кремния, чтобы образовать слой частиц 3 кремния в реакционной зоне Ζτ.
Затем может быть возобновлена стадия получения частиц кремния, на которой проводят осаждение кремния на поверхности псевдоожиженных частиц 3 кремния подачей реакционного газа 11г в реакционную зону Ζτ при использовании средства 15г для подачи реакционного газа.
В качестве итога можно сказать, что данное изобретение может в конечном счете предоставить способ непрерывного получения поликристаллического кремния при использовании следующих стадий: стадии, на которой реакционный газ подается в реакционную зону Ζτ трубы 2 реактора, так что образуются частицы кремния в результате осаждения кремния на поверхности частиц 3 кремния при одновременном накапливании отложений Ό кремния; стадии, на которой, без необходимости подачи реакционного газа, часть частиц кремния выпускают из реактора с псевдоожиженным слоем; стадии, на которой травящий газ подают в реакционную зону Ζτ для удаления отложения Ό кремния; и стадии, на которой после прекращения подачи травящего газа реакционная зона Ζτ внутри трубы 2 реактора пополняется частицами кремния.
При высокой температуре вблизи температуры реакции осаждения Кб кремния скорость реакции травления Кс накопленных отложений Ό кремния травящим газом Не становится очень высокой. Соответственно, стадия удаления накопленных отложений кремния может быть выполнена очень быстро, в течение промежутка времени от нескольких минут до нескольких часов.
Кроме того, поскольку количество частиц кремния, выпускаемых на стадии частичного выпуска частиц кремния, меньше по сравнению с общим количеством частиц кремния, находящихся в трубе 2 реактора на стадии получения частиц кремния, промежутки времени, требующиеся для выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния и стадии пополнения частицами кремния, значительно меньше по сравнению со временем, требующимся для выполнения стадии получения частиц кремния, и мало сказываются на производительности реактора.
В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, в котором предлагается способ удаления накопленных отложений Ό кремния, неизбежно образуемых при получении частиц поликристаллического кремния, возможно получение частиц кремния посредством повторения циклов осажде
- 6 015219 ния кремния, включающих стадию получения частиц кремния, стадию частичного выпуска частиц кремния, стадию удаления накопленных отложений кремния и стадию пополнения частицами кремния, как представлено в обобщенном виде на фиг. 1. В соответствии с этим способом не требуется разборка реактора и труба 2 реактора может использоваться непрерывным образом, хотя отложения Ό кремния накапливаются на внутренней стенке трубы 2 реактора или на других компонентах реактора на стадии получения частиц кремния. Это возможно, поскольку отложения Ό кремния могут быть быстро удалены без необходимости в разборке реактора с псевдоожиженным слоем. Затем посредством стадии пополнения частицами кремния также возможно проведение циклов осаждения кремния повторяющимся образом благодаря быстрому возобновлению стадии получения частиц кремния.
Поскольку в соответствии с данным изобретением повторением циклов осаждения кремния достигается непрерывное получение частиц поликристаллического кремния, то возможно освобождение в значительной степени от таких неизбежных проблем, как накапливание отложений Ό кремния на компонентах реактора, пониженная производительность реактора, обусловленная разборкой и повторной сборкой реактора с псевдоожиженным слоем, и соответствующее увеличение производственных затрат, в результате чего реализуются основные преимущества получения гранулированного поликристаллического кремния осаждением в псевдоожиженном слое.
Компоненты реактора, которые соприкасаются с нагретыми частицами 4 кремния и открыты для воздействия реакционного газа 11г во время выполнения стадии получения частиц кремния, включают твердотельные поверхности, такие как внутренняя стенка трубы 2 реактора и/или выпускная часть средства 15г для подачи реакционного газа. Когда травящий газ Не подается в реакционную зону Ζγ на стадии удаления накопленных отложений кремния, то не только отложения Ό кремния, накопившиеся на внутренней стенке трубы 2 реактора, но также и отложения Ό' кремния, накопившиеся на выпускной части средства 15г для подачи реакционного газа, открыты для воздействия травящего газа Не и удаляются посредством реакции травления Ке.
Таким образом, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения не только отложения Ό кремния, накопившиеся на внутренней стенке трубы 2 реактора, но также отложения Ό' кремния, накопившиеся на выпускной части средства 15г для подачи реакционного газа, могут быть удалены травящим газом Не.
Как описано выше, данное изобретение может быть применено к любому типу реакторов с псевдоожиженным слоем, в которых слой частиц 3 кремния разделяется на реакционную зону Ζγ и зону нагревания Ζ11. при использовании высоты расположения выпускного отверстия средства 15г для подачи реакционного газа в качестве реперной высоты. Таким образом, данное изобретение может быть широко использовано при получении гранулированного поликристаллического кремния.
Например, как схематически показано на фиг. 4 и 5, труба 2 реактора может быть установлена внутри оболочки реактора 1, обладающей высокой механической прочностью, таким образом, что оболочка реактора 1 окружает трубу 2 реактора. Внутреннее пространство трубы 2 реактора определяется как внутренняя зона 4, в которой находится слой частиц 3 кремния. Внутренняя зона 4 включает зону нагревания Ζ11 и реакционную зону Ζγ.
В то же время пространство между трубой 2 реактора и оболочкой 1 реактора определяется как внешняя зона 5, в которой отсутствует слой частиц кремния и не происходит реакция Кб осаждения кремния.
Стадия получения частиц кремния, выполняемая при использовании реактора с псевдоожиженным слоем, может включать следующие подстадии: подачу газа 10, создающего псевдоожижение, к слою частиц 3 кремния в зоне нагревания Ζ11 при использовании средства 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, таким образом, что слой частиц 3 кремния, образованный в реакционной зоне Ζγ, становится псевдоожиженным; нагревание частиц 3 кремния нагревательными элементами 8а, 8Ь, установленными во внутренней зоне 4 и/или во внешней зоне 5 трубы 2 реактора; выпуск части частиц кремния 3Ь, полученных во внутренней зоне 4, из реактора с псевдоожиженным слоем при использовании средства 16 для выпуска частиц; и выпуск отходящих газов 13г, содержащих газ 10, создающий псевдоожижение, который проходит через слой частиц кремния, непрореагировавший реакционный газ и побочный газообразный продукт, из реактора с псевдоожиженным слоем через средство 17 для выпуска газа.
Во время стадии удаления накопленных отложений кремния возможно удаление накопленных отложений кремния подачей травящего газа Не в реакционную зону Ζγ средством 15г для подачи реакционного газа и/или средством 15е для подачи травящего газа, выходное отверстие которого открыто в реакционную зону Ζγ. Например, травящий газ Не может подаваться в реакционную зону Ζγ вместо реакционного газа 11г при использовании средства 15г для подачи реакционного газа в качестве средства 15е для подачи травящего газа, как схематически проиллюстрировано на фиг. 3, для того, чтобы выполнить стадию удаления накопленных отложений кремния. В этом случае средство 15г для подачи реакционного газа, т.е. средство 15е для подачи травящего газа, может быть сконструировано таким образом, что реакционный газ 11г и травящий газ Не могут проходить по одному и тому же пути или через одни и те же сопла, или таким образом, что реакционный газ 11г и травящий газ Не могут проходить по разным путям или через разные сопла. В качестве альтернативы, как схематически проиллюстрировано на Фиг. 5, тра- 7 015219 вящий газ Не может подаваться через средство 15е для подачи травящего газа, выпускное отверстие которого открыто в реакционную зону Ζτ, и которое установлено независимо от средства 15г для подачи реакционного газа во внутренней зоне 4 реактора с псевдоожиженным слоем, и выпускное отверстие которого открыто в реакционную зону Ζτ. В качестве варианта, стадия удаления накопленных отложений кремния может быть выполнена посредством подачи травящего газа Не в реакционную зону Ζτ как через средство 15г для подачи реакционного газа, так и через средство 15е для подачи травящего газа.
Данное изобретение отличается тем, что слой частиц 3 кремния всегда присутствует в части или во всей зоне нагревания Ζ11 внутри трубы 2 реактора на всех стадиях, включенных в каждый цикл осаждения кремния, т.е. на стадии получения частиц кремния; стадии частичного выпуска частиц кремния; стадии удаления накопленных отложений кремния и стадии пополнения частицами кремния.
На стадии получения частиц кремния требуется, чтобы слой частиц 3 кремния был образован не только в зоне нагревания Ζ11. но также и в реакционной зоне Ζτ, и чтобы частицы 3 кремния в этих двух зонах могли взаимно перемешиваться при нахождении, по меньшей мере, частиц 3 кремния, присутствующих в реакционной зоне Ζτ, в псевдоожиженном состоянии, как схематически проиллюстрировано на фиг. 2 или 4.
Слой частиц 3 кремния, присутствующий в зоне нагревания Ζΐι, может быть неподвижным слоем, однако предпочтительно, чтобы газ 10, создающий псевдоожижение, подавался средством 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, таким образом, чтобы, по меньшей мере, частицы, находящиеся в верхней части зоны нагревания Ζΐι, оставались псевдоожиженными для эффективного обмена частицами кремния между двумя зонами Ζτ, Ζΐι.
На стадии частичного выпуска частиц кремния высота слоя частиц 3 кремния в трубе 2 реактора уменьшается со временем до высоты выпускного отверстия средства 15г для подачи реакционного газа или ниже. Для эффективного вывода частиц может подаваться соответствующее количество газа 10, создающего псевдоожижение, хотя это и не является необходимым.
Псевдоожижение частиц 3 кремния, как указывается в данном описании, означает возможность изменения пространственного расположения частиц кремния со временем, вызываемого потоком газа, проходящего через частицы, перемещением и изменением пузырьков газа и/или перемещением соседних частиц.
Во время выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния весь слой частиц кремния, находящийся в зоне нагревания Ζΐι, или часть его может оставаться неподвижным или частично псевдоожиженным посредством подачи газа 10, создающего псевдоожижение, средством 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение.
Аналогичным образом, во время выполнения стадии пополнения частицами кремния весь слой частиц кремния, находящийся в зоне нагревания Ζΐι, или часть его может оставаться неподвижным или частично псевдоожиженным посредством подачи газа 10, создающего псевдоожижение, средством 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение.
В то же время во время выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния требуется, чтобы отходящие от операции травления газы 13е, включающие газ, создающий псевдоожижение, который проходит через слой остающихся частиц 3 кремния, и непрореагировавший травящий газ и/или газообразный продукт реакции травления выпускались из реактора с псевдоожиженным слоем при использовании средства 17 для выпуска газа, как схематически проиллюстрировано на фиг. 5.
Поскольку газ 10, создающий псевдоожижение, используемый во всем цикле осаждения кремния или его части в соответствии с данным изобретением, проходит через слой частиц 3 кремния, находящийся в зоне нагревания Ζΐι, как проиллюстрировано на фиг. 2-7, то он должен быть очищен, чтобы избежать загрязнения частиц кремния. В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения газ 10, создающий псевдоожижение, может быть газом, не взаимодействующим с частицами кремния, и быть выбранным из водорода, азота, аргона и гелия. Газ 10, создающий псевдоожижение, может также содержать соединение хлора, более плотное и вязкое по сравнению с нереакционноспособными газообразными компонентами, которое может быть образовано при получении поликристаллического кремния или может содержаться в побочном газообразном продукте реакции, такое как тетрахлорид кремния (81С14), трихлорсилан (81НС13), дихлорсилан (81Н2С12), хлористый водород (НС1) и т.п. В случае, когда соединение хлора добавляется к нереакционноспособному газу, необходимо, чтобы предварительно был определен допустимый интервал содержания соединения хлора посредством анализа термодинамического равновесия или простого предварительного эксперимента с тем, чтобы осаждение кремния или травление кремния не могло происходить на обнаружимом уровне вследствие взаимодействия между высокочистыми частицами 3 кремния, находящимися в зоне нагревания ΖΗ, и газом 10, создающим псевдоожижение. Таким образом, газ 10, создающий псевдоожижение, который используется в данном изобретении, может содержать по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода (Н2), азота (Ν2), аргона (Аг), гелия (Не), тетрахлорида кремния (81С14), трихлорсилана (81НС13), дихлорсилана (81Н2С12) и хлористого водорода (НС1).
Газ 10, создающий псевдоожижение, указанный в данном описании, представляет собой газ, подаваемый средством 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, в слой частиц 3 кремния, находя
- 8 015219 щийся в зоне нагревания Ζ11. Как рассмотрено выше, расход газа 10, создающего псевдоожижение, может регулироваться с поддержанием разной величины на каждой стадии, состоящей из цикла осаждения кремния. Соответственно, подача газа 10, создающего псевдоожижение, необязательно вызывает псевдоожижение частиц 3 кремния.
Чтобы образовать, по меньшей мере частично, псевдоожиженный слой частиц 3 кремния в реакционной зоне Ζτ и/или зоне нагревания Ζ11. должно быть подано значительное количество газа 10, создающего псевдоожижение, и электрическая нагрузка нагревательных элементов 8а, 8Ь для нагревания данного газа в соответствии с этим увеличивается. Таким образом, как схематически проиллюстрировано на Фиг. 4 и Фиг. 5, опциональная конструкция реактора с псевдоожиженным слоем такова, что формируется неподвижный слой, т.е. уплотненный слой из уплотняющих материалов 22, не способных к псевдоожижению, в дополнение к слою частиц 3 кремния в нижней части зоны нагревания Ζΐι, так что подача газа 10, создающего псевдоожижение, в единицу времени, может не становиться чрезмерно большой. Для того чтобы образовать неподвижный слой уплотняющих материалов 22, уплотняющие материалы 22 должны быть выбраны таким образом, чтобы средний единичный вес уплотняющих материалов был по меньшей мере в 5-10 раз больше, чем у частиц кремния, чтобы неподвижный слой физически не деформировался вследствие перемещения или псевдоожижения частиц 3 кремния; и загрязнение частиц 3 кремния примесями может быть сведено к минимуму. Несмотря на то что циклы осаждения кремния повторяются, уплотняющие материалы 22 остаются почти неподвижными, не перемещаются вместе с частицами 3 кремния или не выпускаются из реактора. Также они могут выполнять функцию средства для распределения газа 10, создающего псевдоожижение, более равномерным образом в нижней части зоны нагревания Ζ11. Кроме того, их поверхность может косвенным образом увеличивать площадь теплопередачи нагревательного элемента 8а в зоне нагревания Ζΐι, когда они размещены вместе с нагревательным элементом 8а.
Реакционный газ 11г, подаваемый в реакционную зону Ζτ во время стадии получения частиц кремния, должен содержать кремнийсодержащее вещество, так что может происходить осаждение кремния с образованием гранулированного поликристаллического кремния. Реакционный газ 11г может содержать по меньшей мере одно вещество, выбранное из моносилана (81Н4), дихлорсилана (81Н2С12), трихлорсилана (81НС1з) и тетрахлорида кремния (81С14). Реакционный газ 11г может содержать лишь вышеуказанный исходный материал для осаждения кремния, такой как указанные выше силановые соединения. Однако он может также включать по меньшей мере один газообразный компонент, выбранный из водорода, азота, аргона, гелия и хлористого водорода (НС1). В дополнение к подаче исходного материала для осаждения кремния реакционный газ 11г вносит вклад в псевдоожижение частиц 3 кремния в реакционной зоне Ζτ вместе с газом 10, создающим псевдоожижение.
Травящий газ 11 е, который подается в реакционную зону Ζτ для удаления накопленных отложений Ό кремния посредством образования газообразных соединений кремния при его реакционном взаимодействии с накопленными отложениями Ό кремния во время стадии удаления накопленных отложений кремния, может содержать по меньшей мере одно хлорсодержащее вещество, выбранное из тетрахлорида кремния (81С14), хлористого водорода (НС1) и хлора (С12).
Реакция травления Не, инициируемая травящим газом 11е, может включать образование трихлорсилана из смеси тетрахлорид кремния/металлический кремний/водород; образование хлорсилана из смеси металлический кремний/хлористый водород или металлический кремний/хлористый водород/водород; и/или образование хлорсилана из смеси металлический кремний/хлор. Помимо хлорсодержащего вещества, имеется множество соединений, которые могут удалять накопленные отложения кремния посредством их реакционного взаимодействия с кремнием. Однако хлорсодержащее вещество предпочтительнее для использования в данном изобретении, чтобы предотвратить любое загрязнение примесями посредством ограничения химических реакций, включенных в повторяющиеся циклы осаждения кремния, системой 81-Н-С1. Травящий газ Не, используемый в данном изобретении, может содержать лишь хлорсодержащее вещество. Однако он может также включать по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода, азота, аргона и гелия. Если содержание хлорсодержащего вещества в смеси травящего газа, содержащей газообразный разбавитель, слишком низкое, то скорость протекания реакции травления уменьшается. Соответственно, предпочтительнее не разбавлять слишком сильно травящий газ, подаваемый на стадии удаления накопленных отложений кремния. Например, если в качестве хлорсодержащего вещества используется хлористый водород, то предпочтительно, чтобы молярная концентрация газообразного разбавителя не превышала более чем примерно в 2-3 раза молярную концентрацию хлористого водорода.
Во время выполнения стадии получения частиц кремния должна поддерживаться высокая температура реакции для осаждения кремния или температура частиц кремния. В то время как температура реакции для моносилана составляет примерно 600-850°С, температура для трихлорсилана, который более широко используется для коммерческих целей, выше и составляет примерно 900-1150°С.
При выполнении стадии удаления накопленных отложений кремния в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения температура части накопленных отложений Ό кремния может поддерживаться в интервале от 500 до 1250°С, чтобы существенным образом увеличить скорость реакции травления Не. При температуре ниже 500°С реакция травления Не накопленных отложений Ό кремния,
- 9 015219 состоящих из высокочистого кремния, протекает с задержкой и с низкой скоростью. При температуре выше 1250°С скорость реакции травления Ке очень высокая, однако высока вероятность того, что стенка трубы 2 реактора, покрытая накопленными отложениями Ό кремния, будет физически повреждена выделяющимся при реакции теплом. Чтобы сократить время, требующееся для проведения реакции травления Ке, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения накопленные отложения Ό кремния могут быть нагреты нагревательными элементами 8а, 8Ь, установленными во внутренней зоне 4 и/или внешней зоне 5, во время стадии удаления накопленных отложений кремния. Нагревание накопленных отложений Ό кремния при использовании нагревательных элементов 8а, 8Ь может быть выполнено не только непосредственным образом посредством радиационного нагрева, но также и косвенным образом посредством газа 10, создающего псевдоожижение, травящий газ Не и/или слой частиц 3 кремния, нагретых нагревательными элементами 8а, 8Ь. Как только часть накопленных отложений Ό кремния нагревается до 500-1250°С, она быстро удаляется в результате реакции травления Ке травящим газом 11е, и оставшиеся накопленные отложения Ό кремния могут быть нагреты ίη δίΐιι посредством тепла, выделяющегося при реакции травления Ке. Таким образом, отсутствует необходимость в равномерном нагревании всех отложений в целом.
Для крупномасштабного производства частиц поликристаллического кремния повторением циклов осаждения кремния в соответствии с данным изобретением требуется увеличение до максимума скорости осаждения кремния в реакторе с псевдоожиженным слоем и скорости реакции травления Ке накопленных отложений Ό кремния. Соответственно, предпочтительно, чтобы абсолютное давление в реакционной зоне Ζτ поддерживалось в интервале 1-20 бар при выполнении стадии получения частиц кремния и/или стадии удаления накопленных отложений кремния. Если абсолютное давление Ρί в реакционной зоне Ζτ меньше 1 бар, то скорость осаждения кремния или реакции травления Ке недостаточно высока, что приводит к снижению производительности процесса. Напротив, если абсолютное давление выше 20 бар, то трудно поддерживать температуру реакции, чтобы нагревать частицы 3 кремния, даже когда несколько нагревательных элементов 8а, 8Ь установлено во внутреннем пространстве оболочки 1 реактора. Таким образом, предпочтительно, чтобы абсолютное давление Ρί в реакционной зоне Ζτ могло быть выбрано в интервале примерно от 1 до 20 бар.
Ниже в данном документе представлено подробное описание конструкции реактора с псевдоожиженным слоем, который обеспечивает эффективное выполнение стадии получения частиц кремния/стадии частичного выпуска частиц кремния; стадии удаления накопленных отложений кремния и стадии пополнения частицами кремния в соответствии с данным изобретением и улучшение производительности при получении частиц поликристаллического кремния посредством повторения циклов осаждения кремния непрерывным образом.
Исходя из указанных стадий получения частиц кремния по данному изобретению, фиг. 6 и 7, являющиеся схематическими чертежами, иллюстрируют соответственно всесторонним образом реакторы с псевдоожиженным слоем, которые могут быть использованы для получения гранулированного поликристаллического кремния повторением циклов осаждения кремния в соответствии с разными вариантами осуществления данного изобретения.
Реактор с псевдоожиженным слоем в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения содержит трубу 2 реактора и оболочку 1 реактора. Внутреннее пространство реактора изолировано от окружающего внешнего пространства оболочкой 1 реактора. Оболочка 1 реактора окружает трубу 2 реактора, которая установлена вертикально во внутреннем пространстве реактора. Это означает, что труба 2 реактора установлена вертикально внутри оболочки 1 реактора, так что оболочка 1 реактора окружает трубу 2 реактора. Внутреннее пространство трубы 2 реактора определяется как внутренняя зона 4, в которой находится слой частиц 3 кремния, и происходит осаждение кремния. В то же время пространство между трубой 2 реактора и оболочкой 1 реактора определяется как внешняя зона 5, в которой отсутствует слой частиц 3 кремния и не происходит осаждения кремния.
Оболочка 1 реактора может быть изготовлена из металлического материала с достаточной механической прочностью и высокой пригодностью для обработки, такого как углеродистая сталь, нержавеющая сталь или другие виды легированной стали. Как показано также на фиг. 6 и 7, оболочка 1 реактора может быть образована из нескольких компонентов 1а, 1Ь, 1с и 16 для удобства изготовления, сборки и разборки.
Важно, чтобы компоненты оболочки 1 реактора были собраны при использовании прокладок или уплотнительных компонентов, изготовленных из различных материалов, чтобы полностью изолировать внутреннее пространство реактора от внешнего пространства. Компоненты оболочки 1 реактора могут быть в виде цилиндрической трубы, фланца, трубы с фитингами, пластины, конуса, эллипсоида или рубашки с двойной стенкой с охлаждающей средой, протекающей между двойными стенками, и т.п. Внутренняя поверхность каждого компонента может быть покрыта защитным слоем или установлена вместе с дополнительной защитной стенкой в виде трубы или формованного вкладыша, которая может быть изготовлена из металлического материала или неметаллического материала, такого как органический полимер, керамика или кварц и т.п.
Некоторые компоненты оболочки 1 реактора, обозначенные как 1а, 1Ь, 1с и 16 на фиг. 6 и 7, могут
- 10 015219 поддерживаться ниже определенной температуры посредством использования охлаждающей среды, такой как вода, масло, газ и воздух, для защиты оборудования или операторов или же для предотвращения любого термического расширения элементов оборудования или для обеспечения требований техники безопасности. Хотя это и не показано на фиг. 6 и 7, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения компоненты, которые нуждаются в охлаждении, могут быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию охлаждающей среды вдоль их внутренних или внешних стенок. В качестве варианта, на внешней поверхности оболочки 1 реактора может быть также размещен изолирующий материал для защиты оператора и предотвращения чрезмерных потерь тепла.
Труба 2 реактора может иметь любую форму при условии, что она может поддерживаться оболочкой 1 реактора таким образом, что обеспечивает разделение внутреннего пространства оболочки 1 реактора на внутреннюю зону 4 и внешнюю зону 5. Труба 2 реактора может быть простой прямолинейной трубой, как на фиг. 6, профилированной трубой, включающей трубчатую, коническую и эллиптическую часть, как на фиг. 7, и один или оба конца трубы 2 реактора могут быть сформованы в виде фланца. Кроме того, труба 2 реактора может содержать несколько компонентов, и некоторые из этих компонентов могут быть установлены в виде вкладышей 7 на внутренней стенке оболочки 1 реактора.
В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения труба 2 реактора может быть изготовлена из неорганического материала, который стабилен при сравнительно высокой температуре, такого как кварц, кремнезем, нитрид кремния, нитрид бора, карбид кремния, графит, кремний, стекловидный углерод, или композитных материалов на их основе. В то же время углеродсодержащий материал, такой как карбид кремния, графит, стекловидный углерод и т.п., могут образовывать примесь углерода и загрязнять частицы поликристаллического кремния. По этой причине, если труба 2 реактора изготовлена из углеродсодержащего материала, то внутренняя стенка трубы 2 реактора, которая может соприкасаться с частицами 3 кремния, может быть покрыта или облицована такими материалами, как кремний, кремнезем, кварц или нитрид кремния. Кроме того, труба 2 реактора может иметь многослойную структуру в направлении ее толщины. Поэтому труба 2 реактора в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения может быть однослойной или многослойной структурой в направлении толщины, каждый слой которой изготовлен из разного материала.
Выбор уплотнительных элементов 41а, 41Ь может быть важен для трубы 2 реактора с точки зрения надежной поддержки оболочкой 1 реактора. Уплотнительные элементы предпочтительно должны выдерживать высокую температуру примерно 200°С или выше и могут быть выбраны из органических полимеров, графитов, кремнеземов, керамик, металлов или композитных материалов на их основе.
Однако с учетом вибрации и термического расширения во время функционирования реактора уплотнительные элементы 41а, 41Ь могут быть установлены не слишком жестко, чтобы уменьшить возможность растрескивания трубы 2 реактора в ходе сборки, функционирования и разборки.
Как указано выше, отделение внутреннего пространства оболочки 1 реактора трубой 2 реактора может предотвратить попадание частиц 3 кремния из внутренней зоны 4 во внешнюю зону 5 и дифференцировать функции и условия для пространства внутренней зоны 4 и внешней зоны 5.
При выполнении стадии получения частиц кремния в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения частицы 3 кремния, находящиеся во внутренней зоне 4, могут быть нагреты до температуры, требующейся для осаждения кремния, посредством нагревательных элементов 8а, 8Ь, установленных во внутренней зоне 4 и/или внешней зоне 5. Один или несколько нагревательных элементов 8а, 8Ь могут быть установлены во внутренней зоне 4 и/или во внешней зоне 5 различным образом. Например, нагревательный элемент может быть установлен лишь во внутренней зоне 4 или как во внутренней зоне 4, так и во внешней зоне 5, как показано на фиг. 6. При этом один или несколько нагревательных элементов могут быть установлены во внешней зоне 5, как показано на фиг. 7. Кроме того, хотя это и не показано на чертежах, несколько нагревательных элементов 8а, 8Ь могут быть установлены во внутренней зоне 4, в то время как один или несколько нагревательных элементов могут быть установлены во внешней зоне 5.
Электрическая энергия подается на нагревательные элементы 8а, 8Ь посредством элементов 9а-9Г для подачи электропитания, установленных на оболочке 1 реактора. Элементы 9 для подачи электрической энергии, которые соединяют нагревательные элементы 8а, 8Ь в реакторе с источником электропитания Е, расположенным с внешней стороны реактора, могут содержать различные виды электропроводных материалов, такие как металлические материалы с высокой электропроводностью в виде кабеля, стержня, прутка, формованного элемента, патрона, штепсельного разъема и т.п.; графит, керамика, например карбид кремния, металлы или их смеси в виде различных электродов, которые соединяют силовые линии источника электропитания Е с нагревательными элементами. В качестве альтернативы элементы для подачи электропитания могут быть образованы вытягиванием части нагревательных элементов 8а, 8Ь. В комбинации элементов 9а-9Г для подачи электропитания с оболочкой 1 реактора важное значение имеет также электрическая изоляция, помимо механического уплотнения для предотвращения просачивания газа. Кроме того, желательно охлаждать элементы 9 для подачи электрической энергии посредством использования циркулирующей охлаждающей среды, такой как вода, масло или газ и т.п., чтобы предотвратить чрезмерное нагревание, обусловленное передачей тепла от нагревательных элемен
- 11 015219 тов 9 или самопроизвольной генерацией и накапливанием тепла во время функционирования реактора.
На стадии получения частиц кремния в соответствии варианта осуществления данного изобретения внутри трубы 2 реактора, по меньшей мере, в реакционной зоне Ζγ, образуется псевдоожиженный слой частиц 3 кремния, которые перемещаются посредством протекания газа, и осаждение кремния происходит на поверхности псевдоожиженных частиц кремния, что приводит к получению частиц кремния, т.е. продукта в виде гранулированного кремния. Для достижения этой цели требуется, чтобы средство 14, 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение, которое подает газ 10, создающий псевдоожижение, к слою частиц кремния, и средство 15г для подачи реакционного газа, которое подает реакционный газ 11г, содержащий в своем составе кремний, были установлены в связанном с оболочкой 1Ь реактора виде.
Средство 15е для подачи травящего газа может быть установлено в реакторе с псевдоожиженным слоем, как показано на фиг. 4 и 5. В качестве варианта средство 15г для подачи реакционного газа может быть использовано для подачи травящего газа Не во время стадии удаления накопленных отложений кремния, как проиллюстрировано на фиг. 2 и 3.
Средство 15г для подачи реакционного газа может иметь простую структуру, как показано на фиг. 2-7. Однако поскольку реакционный газ 11г чувствителен к высокой температуре, то могут быть использованы различные усложненные структуры [см. патент США № 5810934, 1998 и патент США № 6541377, 2003].
Когда средство 15г для подачи реакционного газа используется для подачи травящего газа Не во время выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния, реакционный газ 11г и травящий газ Не могут протекать через одни и те же пути или сопла, как показано на фиг. 2, 3, 6 и 7. В качестве варианта средство 15г для подачи реакционного газа может иметь несколько путей для протекания газа или сопел, так что реакционный газ 11г и травящий газ Не могут протекать через разные пути или сопла.
Каждое средство из средства 14, 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение, и средства 15г для подачи реакционного газа может быть образовано из таких компонентов, как труба или сопло, камера, фланец, фитинг, прокладка и т. п. В особенности те компоненты, которые могут соприкасаться с частицами 3 кремния внутри оболочки 1 реактора, особенно в нижней части внутренней зоны 4, предпочтительно включают трубу, вкладыш или формованный элемент из неорганического материала, который может быть использован для изготовления трубы 2 реактора.
Кроме того, в нижней части 4а псевдоожиженного слоя частиц кремния во внутренней зоне 4 реактора, наряду со средством 14, 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение, и средством 15г для подачи реакционного газа, может быть установлен распределитель 19 газа, который распределяет газ 10, создающий псевдоожижение. Распределитель 19 газа может быть в виде распределительной пластины с множеством отверстий или пористой пластины, уплотняющего материала 22, сопла, газораспределительного формованного элемента или их комбинации, однако без ограничения этими видами. Компоненты распределителя 19 газа, которые могут соприкасаться с частицами 3 кремния, например его верхняя поверхность, могут быть изготовлены из неорганического материала, который может быть использован для изготовления трубы 2 реактора.
Выпускная часть средства 15г для подачи реакционного газа, которая вводит или инжектирует реакционный газ 11г в псевдоожиженный слой, предпочтительно расположена выше верхней поверхности распределителя 19 газа, чтобы предотвратить осаждение кремния на верхней поверхности распределителя 19 газа.
При выполнении стадии получения частиц кремния газ 10, создающий псевдоожижение, который требуется, чтобы образовать псевдоожиженный слой частиц 3 кремния, по меньшей мере, в реакционной зоне Ζγ, может подаваться различным образом, в зависимости от конструкции средства 14, 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение. Например, газ 10, создающий псевдоожижение, может подаваться средством 14, 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение, содержащим газовую камеру 14', сформированную под распределителем 19 газа в виде пластины, и объединенным с оболочкой 1 реактора, как показано на фиг. 4, 5 и 6. В качестве варианта, как показано на фиг. 4 и 5, неподвижный слой уплотняющих материалов 22, который не может перемещаться газом 10, создающим псевдоожижение, может быть использован в качестве части распределителя газа. В качестве другого примера, как представлено на фиг. 7, газ 10, создающий псевдоожижение, может подаваться средством 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, объединенным с оболочкой 1 реактора таким образом, что одно или несколько выпускных отверстий сопла для выпуска газа, создающего псевдоожижение, могут быть расположены в середине распределителя 19 газа, включающего неподвижный слой уплотняющих материалов, которые не содержатся в продукте 3Ь в виде псевдоожиженного кремния. При этом распределитель 19 газа может содержать по меньшей мере два компонента, выбранных из распределительной пластины, сопла, уплотняющих материалов 22 и газораспределительного формованного элемента.
Например, в дополнение к газу, создающему псевдоожижение, подаваемому распределительной пластиной и/или соплом, распределитель 19 газа может содержать неподвижный слой уплотняющих материалов 22, иных, чем частицы 3 кремния, образующих частицы 3Ь кремниевого продукта.
Уплотняющие материалы 22 имеют такой большой размер или такую большую единичную массу, что не перемещаются потоком газа 10, создающего псевдоожижение. Они могут иметь форму сферы,
- 12 015219 яйца, таблетки, сравнительно крупного куска, трубки, стержня или кольца. Предпочтительно уплотняющий материал 22 является высокочистым кремниевым материалом, имеющим средний диаметр в интервале от 5 до 50 мм и средний единичный вес по меньшей мере примерно в 5-10 раз больше, чем у частиц 3 кремния среднего размера, или неорганическим материалом, который может быть использован для трубы 2 реактора или наслоен на нее.
В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения в случае неподвижного слоя уплотняющего материала 22, который не перемещается потоком газа 10, создающего псевдоожижение, и образует распределитель 19 газа, данный неподвижный слой может быть образован на меньшей высоте по сравнению с выпускной частью средства 15г для подачи реакционного газа, т.е. в нижней части зоны нагревания Ζ11 или на всем ее протяжении. При формировании неподвижного слоя в зоне нагревания Ζ11 перемещение частиц кремния и протекание газа, создающего псевдоожижение, могут происходить через пространство между уплотняющими материалами 22. Однако имеется также другое преимущество, заключающееся в том, что тепло, передаваемое от слоя частиц 3 кремния, нагретых нагревательными элементами 8а, 8Ь, вниз к нижней части реактора, может быть использовано для предварительного нагревания газа 10, создающего псевдоожижение.
На стадии получения частиц кремния псевдоожиженные частицы 3 кремния, нагретые непосредственным или косвенным образом нагревательными элементами 8а, 8Ь, могут контактировать с реакционным газом 11г, поданным средством 15г для подачи реакционного газа, и подвергаться его воздействию, при нахождении временно или в течение значительного периода времени или с частотой, меняющейся регулярным или нерегулярным образом, в реакционной зоне Ζγ. Это приводит к осаждению кремния на поверхности псевдоожиженных частиц кремния и получению гранулированного поликристаллического кремния. В то же самое время происходит осаждение кремния на внутренней стенке трубы 2 реактора, которая окружает реакционную зону Ζγ и соприкасается с нагретыми частицами 3 кремния и реакционным газом 11г, и частицы кремния накапливаются на ней с образованием отложений Ό кремния, и затем толщина и объем отложений Ό кремния увеличиваются с течением времени.
Не только на стадии получения частиц кремния, но также и на стадии частичного выпуска частиц кремния, стадии удаления накопленных отложений кремния и/или стадии пополнения частицами кремния, распределитель 19 газа и средство 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, обеспечивают подачу газа 10, создающего псевдоожижение, во внутреннюю зону 4, в частности в зону нагревания Ζ11. Однако в отличие от стадии получения частиц кремния, не является необходимой подача газа 10, создающего псевдоожижение, в большом количестве на других стадиях, поскольку частицы кремния не нуждаются в постоянном поддерживании в псевдоожиженном состоянии во внутренней зоне 4.
Для непрерывного производства частиц кремния предпочтительно выпускать или извлекать часть частиц кремния, полученных при выполнении стадии получения частиц кремния, из внутренней зоны 4 реактора с псевдоожиженным слоем и пополнять затравочные кристаллы 3 а кремния во внутренней зоне 4, чтобы поддерживать по возможности на постоянном уровне количество и средний диаметр частиц 3 кремния во внутренней зоне 4.
Поэтому требуется, чтобы было установлено выпускное средство 16 для выпуска частиц поликристаллического кремния, связанное с оболочкой 1 реактора. Выпускная труба средства 16 для выпуска частиц может быть смонтирована вместе со средством 15г для подачи реакционного газа, как на фиг. 6, или может быть установлена независимо от средства 15г для подачи реакционного газа, как на фиг. 4, 5 или 7, таким образом, что частицы 3Ь кремния могут выводиться из внутренней зоны 4 в надлежащее время непрерывным, периодическим или прерывистым образом. В качестве варианта на участке или на дне пространства средства 14' для подачи газа, создающего псевдоожижение, может быть предусмотрено отдельное пространство, связанное с оболочкой 1 реактора, как показано на фиг. 6, так что частицы 3Ь кремния могут задерживаться для охлаждения перед выпуском из реактора.
В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения часть частиц кремния, выпущенных из внутренней зоны 4 на стадии получения частиц кремния, или частицы 3Ь кремния, являющиеся продуктом производства, могут быть перемещены в средство для промежуточного хранения поликристаллического кремния, являющегося продуктом, или в транспортер, непосредственно связанный с реактором.
Частицы малого размера из частиц 3Ь кремния, являющихся продуктом и полученных на стадии получения частиц кремния, могут быть простым образом использованы в качестве затравочных кристаллов 3а.
В соответствии с этим возможно также перемещение частиц 3Ь кремния, являющихся продуктом и выпущенных из внутренней зоны 4, в классифицирующее средство, которое классифицирует частицы по их размеру, чтобы переместить частицы больших размеров в средство для промежуточного хранения поликристаллического кремния, являющегося продуктом, или в транспортер и чтобы использовать частицы малых размеров в качестве затравочных кристаллов 3 а.
Кроме того, частицы 3Ь кремния предпочтительно охлаждаются при их выпуске средством 16 для выпуска частиц, поскольку внутренняя зона 4 реактора или псевдоожиженный слой 4а частиц кремния находятся при высокой температуре. Для этой цели через средство 16 для выпуска частиц может быть
- 13 015219 выпущен водород, азот, аргон, гелий или другой газ или же охлаждающая среда, такая как вода, масло, газ и т.п., может циркулировать вдоль стенки средства 16 для выпуска частиц. Кроме того, хотя это и не показано на чертежах, средство 16 для выпуска частиц может быть установлено при объединении с внутренней стороной оболочки 1 реактора (например, 14' на фиг. 6) или дном оболочки реактора (например, 1Ь на фиг. 6 или 7), чтобы предоставить достаточное пространство, с тем, чтобы частицы 3Ь кремния выпускались из реактора с псевдоожиженным слоем после их достаточного охлаждения, несмотря на нахождение в псевдоожиженном слое 4а.
Необходимо предотвращать частицы 3Ь кремния, являющиеся продуктом, от загрязнения примесями при их выпуске из реактора через средство 16 для выпуска частиц. Соответственно, предпочтительна конструкция компонентов средства 16 для выпуска частиц, которые могут быть открыты для воздействия горячих частиц 3Ь кремния, являющихся продуктом, или соприкосновения с ними, в виде трубы, вкладыша или формованного элемента из неорганического материала, используемого для изготовления трубы 2 реактора.
Такие компоненты средства 16 для выпуска частиц должны быть закреплены при соединении с оболочкой 1 реактора и/или защитной трубой из металлического материала. Вместо неорганического материала, компоненты средства 16 для выпуска частиц, которые соприкасаются в основном с охлажденными частицами кремния, или стенка которых может быть охлаждена охлаждающей средой, могут состоять из трубы, вкладыша или формованного элемента из металлического материала, внутренняя стенка которых покрыта или футерована фторсодержащим полимерным материалом.
Как описано выше, частицы 3Ь кремния, являющиеся продуктом, могут быть выпущены средством выпуска 16 частиц непрерывным, периодическим или прерывистым образом из внутренней зоны 4 реактора в средство для промежуточного хранения поликристаллического кремния, являющегося продуктом, или в транспортер.
Также возможно размещение классифицирующего средства между реактором и средством для промежуточного хранения продукта, чтобы классифицировать частицы 3Ь кремния, являющиеся продуктом, по их размеру и использовать частицы малых размеров в качестве затравочных кристаллов 3 а.
В качестве классифицирующего средства может быть использован с модификацией или без нее широкий выбор устройств для разделения частиц, изготавливаемых в промышленных масштабах. Однако, чтобы предотвратить загрязнение частиц при их разделении, компоненты классифицирующего средства, которые соприкасаются с частицами 3Ь кремния, являющимися продуктом, предпочтительно изготовлены из материала, используемого для средства выпуска 16 частиц, или чистого полимерного материала без добавок или наполнителей.
Как и на стадии получения частиц кремния, средство выпуска 16 частиц может быть также использовано на стадии частичного выпуска частиц кремния в качестве средства для выпуска части частиц 3 кремния из внутренней зоны 4 таким образом, чтобы высота слоя остающихся частиц 3 кремния не могла превышать высоту расположения выпускного отверстия средства 15г для подачи реакционного газа. В качестве варианта, после прекращения подачи реакционного газа 11г, стадия частичного выпуска может быть также выполнена посредством выпуска части частиц 3 кремния из внутренней зоны 4 через средство 15г для подачи реакционного газа, действующего в качестве средства 16 для выпуска частиц.
В этом случае, хотя это и не показано на чертежах, контейнер для временного хранения частиц 3 кремния может быть установлен на дне средства 15г для подачи реакционного газа, так что частицы кремния, находящиеся в реакционной зоне Ζγ, могут падать в контейнер при подаче во внутреннюю зону 4 соответствующего количества инертного газа вместо реакционного газа 11г. При этом часть частиц 3 кремния, находящихся во внутренней зоне 4, может быть выпущена в контейнер через средство 15г для подачи реакционного газа посредством подачи газа 10, создающего псевдоожижение, в зону нагревания Ζ11. так что высота слоя частиц кремния может быть понижена до заданной величины.
Для непрерывного функционирования реактора с псевдоожиженным слоем во время стадии получения частиц кремния требуется соединение средства 17 для выпуска газа с оболочкой реактора 16 для выпуска отходящих газов 13, включающих газ, создающий псевдоожижение, который проходит через псевдоожиженный слой 4а, непрореагировавший реакционный газ и побочный газообразный продукт, из реактора с псевдоожиженным слоем через верхнюю часть внутренней зоны 4с.
Тонкие частицы кремния или высокомолекулярные побочные продукты реакции, увлекаемые отходящими газами 13, отделяются средством 34 для обработки отходящих газов. Средство 34 для обработки отходящих газов, выбранное из циклона, фильтра, колонны с насадкой, скруббера, центрифуги и т.п., может быть установлено либо с внешней стороны оболочки 1 реактора, либо в верхнем пространстве 4с внутренней зоны внутри оболочки 1 реактора, как показано на фиг. 6 или 7. Тонкий порошок кремния, отделенный средством 34 для обработки отходящих газов, может быть использован повторно при возврате в псевдоожиженный слой 4а во внутренней зоне реактора для использования в качестве затравочных кристаллов 3 а или может быть использован для других целей.
Средство выпуска 17 для газа обеспечивает выпуск газа 10, создающего псевдоожижение, и/или инертного газа, подаваемого во внутреннюю зону 4, и газообразных компонентов, находящихся во внутренней зоне 4, не только во время выполнения стадии получения частиц кремния, но также и во время
- 14 015219 выполнения стадии частичного выпуска частиц кремния, стадии удаления накопленных отложений кремния и стадии пополнения частицами кремния. В частности, во время выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния смесь непрореагировавшего травящего газа, побочных продуктов реакции травления Не и/или газа 10, создающего псевдоожижение, и т.п., может быть выпущена посредством средства выпуска 17 для газа.
Для непрерывного получения частиц кремния предпочтительно поддерживать количество частиц кремния, образующих псевдоожиженный слой 4а, и средний размер таких частиц в пределах определенных интервалов величин. Соответственно предпочтительно пополнять затравочные кристаллы 3 а в псевдоожиженном слое 4а примерно в соответствии с количеством частиц кремния 3Ь, выведенных в качестве продукта. Как описано выше, хотя тонкие частицы кремния или порошки подходящего размера, отделенные средством 34 для обработки отходящих газов, могут быть использованы в качестве затравочных кристаллов, их количество ограничено и слишком мало. Соответственно, неизбежным становится дополнительное получение или производство затравочных кристаллов кремния для непрерывного производства частиц кремния. В связи с этим может быть рассмотрен способ отделения от частиц 3Ь продукта частиц кремния малых размеров и использования их в качестве затравочных кристаллов 3 а. Однако процесс отделения затравочных кристаллов 3 а от частиц 3Ь продукта вне реактора с псевдоожиженным слоем сложен и уязвим для загрязнения примесями.
Вместо отделения частиц 3Ь продукта классифицирующее средство может быть установлено на пути выпуска частиц средства выпуска 16 частиц, так что частицы кремния небольших размеров могут быть возвращены обратно в псевдоожиженный слой 4а газом, протекающим вверх и охлаждающим частицы 3Ь продукта во время их выпуска, посредством чего уменьшается потребность в подаче затравочных кристаллов, увеличивается средний размер частиц 3Ь продукта и уменьшается распределение частиц продукта по размерам.
Как правило, затравочные кристаллы кремния приготавливают измельчением некоторых частиц 3Ь кремния, являющихся продуктом, которые выпущены средством выпуска 16 частиц с устройством для измельчения. Затравочные кристаллы 3 а могут подаваться непрерывным, периодическим или прерывистым образом в надлежащее время во внутреннюю зону 4 реактора посредством средства 18 для подачи затравочных кристаллов, установленного при соединении с оболочкой реактора 16, как показано на фиг. 6. Этот способ обладает тем преимуществом, что размер и скорость подачи затравочных кристаллов 3 а могут регулироваться в соответствии с необходимостью. Однако его недостатком является то, что требуется отдельное устройство для измельчения. В качестве варианта частицы кремния могут быть измельчены с образованием затравочных кристаллов внутри псевдоожиженного слоя 4а при использовании сопла для выпуска реакционного газа средства 15г для подачи реакционного газа или дополнительно установленного газового сопла для подачи внутрь псевдоожиженного слоя высокоскоростной газовой струи, обеспечивающей измельчение частиц. Этот способ экономичен, поскольку не требуется дополнительное устройство для измельчения. Однако он обладает тем недостатком, что трудно контролировать размер и скорость образования затравочных кристаллов.
Частицы кремния, выпущенные на стадии частичного выпуска частиц кремния, могут быть включены в частицы 3Ь продукта или размещены отдельно и подаваться во внутреннюю зону 4 посредством средства 18 для подачи затравочных кристаллов на стадии пополнения частицами кремния. С другой стороны, вместо частиц кремния, выпущенных на стадии частичного выпуска частиц кремния, во внутреннюю зону 4 могут подаваться приготовленные независимым образом затравочные кристаллы 3 а кремния при использовании средства 18 для подачи затравочных кристаллов на стадии пополнения частицами кремния.
Во время проведения стадии получения частиц кремния, как описано выше, внутренняя зона 4 содержит все области, требующиеся для формирования слоя частиц 3 кремния, в который поступают газ 10, создающий псевдоожижение, и реакционный газ 11г, для осаждения кремния и для протекания и выпуска отходящих газов 13, включающих газ, создающий псевдоожижение, непрореагировавший реакционный газ и побочный газообразный продукт.
Поэтому внутренняя зона 4 играет важную роль в получении частиц поликристаллического кремния посредством осаждения кремния в псевдоожиженном слое частиц 3 кремния.
В противоположность этому, внешняя зона 5 является независимо образованным пространством между внешней стенкой трубы 2 реактора и оболочкой 1 реактора, в котором отсутствует слой частиц 3 кремния, и не происходит осаждения кремния. Таким образом, внешняя зона 5, как рассматривается в данном описании, определяется как пространство, в котором из внутреннего пространства оболочки 1 реактора исключена внутренняя зона 4, или как пространство, образованное между трубой 2 реактора и оболочкой 1 реактора.
Инертный газ подается во внешнюю зону 5, чтобы поддерживать во внешней зоне атмосферу инертного газа. Причина, по которой во внешней зоне 5 поддерживается атмосфера инертного газа, и несколько важных задач, выполняемых внешней зоной 5, указаны ниже.
Во-первых, внешняя зона 5 предоставляет пространство для защиты трубы 2 реактора, обеспечиваемой посредством поддержания разности давления между внутренней зоной 4 и внешней зоной 5 в
- 15 015219 пределах определенного интервала величин. Во-вторых, внешняя зона 5 предоставляет пространство для размещения изоляционного материала 6, который предотвращает или снижает потери тепла из реактора. В-третьих, внешняя зона 5 предоставляет пространство для установки вокруг трубы 2 реактора нагревательных элементов, если это требуется, для нагревания реактора. В-четвертых, внешняя зона 5 предоставляет пространство для поддержания, по существу, атмосферы инертного газа с внешней стороны трубы 2 реактора, чтобы предотвратить поступление опасного газа, содержащего кислород, и примесей во внутреннюю зону 4, и для безопасной установки и эксплуатации трубы 2 реактора внутри оболочки 1 реактора. В-пятых, внешняя зона 5 обеспечивает мониторинг в режиме реального времени состояния трубы 2 реактора во время его функционирования. Анализ или измерение образцов газа из внешней зоны, полученных посредством средства 28, 28а, 28Ь, соединенного с внешней зоной, позволяет обнаружить присутствие, концентрацию или температуру газообразных компонентов, которые могут иметься во внутренней зоне 4, и изменение которого может косвенным образом свидетельствовать о повреждении трубы реактора. В-шестых, как показано на фиг. 7, внешняя зона 5 может предоставлять пространство для установки нагревательных элементов для нагревания отложений Ό кремния, накопившихся на внутренней стенке трубы 2 реактора, так что данные отложения могут быть быстро удалены посредством введения травящего газа Не в реакционную зону Ζγ. Наконец, внешняя зона 5 облегчает сборку и разборку трубы 2 реактора и образование внутренней зоны 4.
Поскольку внешняя зона 5 выполняет несколько важных задач, то пространство внешней зоны может быть разделено на несколько секций в вертикальном, и/или радиальном, или окружном направлении при использовании одного или нескольких элементов в виде трубы, пластины, формованных элементов или фитингов в качестве разделительных элементов. Если внешняя зона 5 дополнительно разделена в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, то разделенные секции предпочтительно пространственно соединены одна с другой, чтобы иметь в них в основном одинаковые атмосферы и давление.
Изоляционный материал 6, который может быть размещен во внешней зоне 5 для существенного уменьшения передачи тепла посредством теплоизлучения или теплопроводности, может быть выбран из неорганических материалов, используемых в промышленности, в виде цилиндра, блока, ткани, мата, войлока, вспененного продукта или уплотнительного заполняющего материала.
Нагревательные элементы 8, которые соединены с элементами 9 для подачи электрической энергии, связанными с оболочкой 1 реактора, для поддержания температуры реакции в реакторе с псевдоожиженным слоем, могут быть установлены либо во внешней зоне 5, либо во внутренней зоне 4. В частности, нагревательные элементы могут быть установлены внутри слоя частиц 3 кремния. При необходимости нагревательные элементы 8а, 8Ь могут быть установлены как во внутренней зоне 4, так и во внешней зоне 5, как показано на фиг. 6. В качестве варианта нагревательные элементы 8Ь могут быть установлены лишь во внешней зоне 5, как показано на фиг. 7. Все нагревательные элементы 8а, 8Ь или их часть могут быть также использованы для нагревания накопленных отложений Ό кремния непосредственным или косвенным образом во время стадии удаления накопленных отложений кремния.
В случае, когда несколько нагревательных элементов 8а, 8Ь установлено в реакторе с псевдоожиженным слоем, они могут быть электрически соединены с источником электропитания Е последовательно и/или параллельно. Или же, как показано на фиг. 6 или 7, системы электропитания, соответственно содержащие источник электропитания Е и элементы для подачи электрической энергии 9а, 9Ь, 9с, 9ά, 9е, 9£, могут быть сконструированы в виде независимых блоков.
Как показано на фиг. 6, если нагревательные элементы 8а установлены внутри слоя частиц 3 кремния, то частицы кремния могут непосредственным образом нагреваться во внутренней зоне 4.
В этом случае предпочтительно, чтобы нагревательные элементы 8а были расположены ниже выпускного отверстия средства 15г для подачи реакционного газа, чтобы предотвратить осаждение кремния на поверхности нагревательных элементов 8а и его накапливание на ней.
Кроме того, как схематически проиллюстрировано на фиг. 6 и 7, также предпочтительно подавать инертный газ 12, содержащий по меньшей мере одно вещество, выбранное из азота, аргона и гелия, во внешнюю зону 5, чтобы поддерживать во внешней зоне 5 атмосферу инертного газа. Предпочтительно эту операцию выполняют на всех стадиях циклов осаждения кремния в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. Для этой цели требуется установка соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа на оболочке 1 реактора, как показано на фиг. 6 и 7, чтобы поддерживать во внешней зоне 5 атмосферу инертного газа, безотносительно к протеканию реакции Κά осаждения кремния или реакции травления Ке во внутренней зоне 4. Соединительное средство 26а, 26Ь для инертного газа, которое установлено возле оболочки 1 реактора, на ней или пропущено через нее и пространственно соединено с внешней зоной 5, выполняет функцию трубного соединения для подачи или выпуска инертного газа 12. Оно может быть в виде трубы, сопла, фланца, клапана, фитинга и т.п. или их комбинации.
Независимо от соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа на части оболочки 1 реактора может быть также установлено средство 28, 28а, 28Ь, соединенное с внешней зоной, которое пространственно открыто непосредственным или косвенным образом во внешнюю зону 5 и используется для измерения и/или контроля расхода, температуры, давления и/или состава газа.
- 16 015219
Во внешней зоне 5 может поддерживаться атмосфера инертного газа с помощью одного соединительного средства для инертного газа. Однако могут быть использованы два соединительных средства 26а, 26Ь для инертного газа или более, чтобы подавать и выпускать инертный газ независимым образом. Помимо поддержания во внешней зоне 5 атмосферы инертного газа, соединительное средство для инертного газа 26а, 26Ь может быть использовано для измерения и/или контроля расхода, температуры, давления и/или состава газа, что может также выполняться посредством средства 28, 28а, 28Ь, соединенного с внешней зоной.
Как показано на фиг. 6 и 7 всесторонним образом, возможно измерение или контроль давления Ро во внешней зоне 5 при использовании соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа или средства 28, 28а, 28Ь, соединенного с внешней зоной. Средство 28, 28а, 28Ь, соединенное с внешней зоной, которое может быть установлено независимо от соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа, может быть установлено для измерения и/или контроля условий во внешней зоне 5. Средство 28, 28а, 28Ь, соединенное с внешней зоной, может быть также в виде трубы, сопла, фланца, клапана, фитинга и т.п. или их комбинации. При отсутствии соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа средство 28, 28а, 28Ь, соединенное с внешней зоной, может быть использовано для подачи или выпуска инертного газа 12, а также для измерения и/или контроля температуры, давления и/или состава газа. Поэтому отсутствует необходимость в дифференциации соединительного средства 26а, 2 6Ь для инертного газа и средства 28, 28а, 28Ь для соединения с внешней зоной в отношении формы и назначения.
В противоположность внешней зоне 5, в которой давление может поддерживаться практически постоянным, безотносительно к местоположению и времени, внутренняя зона 4 имеет разное давление на разной высоте псевдоожиженного слоя частиц 3 кремния. Соответственно, давление Р1 внутренней зоны 4 различается в зависимости от местоположения.
Хотя перепад давления, обусловленный псевдоожиженным слоем твердотельных частиц, зависит от высоты псевдоожиженного слоя, обычно перепад давления, создаваемый псевдоожиженным слоем, составляет менее примерно 0,5-1 бар, если только высота псевдоожиженного слоя не очень велика. Кроме того, неизбежны нерегулярные флуктуации давления во времени вследствие природы псевдоожижения твердотельных частиц. Соответственно, давление может изменяться во внутренней зоне 4 в зависимости от местоположения и времени.
С учетом этих основных свойств, блок контроля внутреннего давления, т. е. блок регулирования внутреннего давления для непосредственного или косвенного определения и/или регулирования давления Р1 во внутренней зоне 4, может быть установлен в таком месте среди многих различных местоположений, в котором он может быть пространственно соединен с внутренней зоной 4. Блоки контроля давления в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, т.е. блок регулирования внутреннего давления и блок регулирования внешнего давления, могут быть установлены или пропущены в различных местах в зависимости от деталей реакторной сборки, а также от эксплуатационных параметров, подлежащих контролю. Блок регулирования внутреннего давления может быть пространственно соединен с внутренней зоной 4 через средство 24, 25, соединенное с внутренней зоной, или средство 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, или же средство 15г для подачи реакционного газа или средство выпуска 16 для частиц или средство выпуска 17 для газа и т.п., которые пространственно открыты непосредственным или косвенным образом во внутреннюю зону 4. Вместе с этим, блок контроля внешнего давления, т. е. блок регулирования внешнего давления, может быть пространственно соединен с внешней зоной 5 через средство 28, 28а, 28Ь для соединения с внешней зоной или соединительное средство 26а, 26Ь для инертного газа и т.п., которые установлены на оболочке 1 реактора или пропущены через нее и пространственно открыты во внешнюю зону 5 непосредственным или косвенным образом.
Блок регулирования внутреннего давления и/или блок регулирования внешнего давления может являться средством по меньшей мере одного вида, выбранного из (ί) соединительной трубы или фитинга для пространственного соединения; (ίί) ручного, полуавтоматического или автоматического клапана; (ίίί) цифрового или аналогового датчика давления или датчика разности давления; (ίν) индикатора или регистратора давления; (ν) блока, включающего контроллер с преобразователем сигналов или арифметическим процессором.
Блок регулирования внутреннего давления и/или блок регулирования внешнего давления могут быть соединены один с другим в виде механической сборки или сигнальной цепи. Кроме того, каждый из данных блоков регулирования давления может быть частично или полностью интегрирован в систему управления, выбранную из группы, состоящей из центральной системы управления, системы распределенного управления и системы локального управления.
Хотя блок регулирования внутреннего давления и блок регулирования внешнего давления могут быть скомпонованы независимым образом для контроля и/или регулирования давления, любой из этих блоков может быть частично или полностью объединен с блоком для измерения или контроля параметра, выбранного из группы, состоящей из расхода, температуры, состава газа, концентрации частиц и т.п. При этом каждый из этих блоков регулирования может, кроме того, содержать разделительное средство, такое как фильтр или скруббер для отделения частиц или же контейнер для буферизации давления.
Это защищает компоненты блоков регулирования давления от загрязнения примесями и в то же
- 17 015219 время предоставляет средство для сглаживания изменений давления.
В качестве примера, блок регулирования внутреннего давления может быть установлен во внутренней зоне или связан с ней средством 24, 25 для соединения с внутренней зоной, которое установлено на оболочке 1 реактора или пропущено через нее и пространственно открыто непосредственным или косвенным образом во внутреннюю зону 4 для измерения давления, температуры или определения состава газа или же для визуального наблюдения за внутренним пространством реактора. Посредством такой конструкции блока регулирования внутреннего давления, что он может быть соединен со средством 24, 25 для соединения с внутренней зоной, давление в верхней части внутренней зоны 4с может измеряться и/или контролироваться стабильным образом, хотя определение флуктуации давления в зависимости от времени и затруднено вследствие присутствия псевдоожиженного слоя частиц кремния. Для более точного определения флуктуаций давления в зависимости от времени, связанных с псевдоожиженным слоем, средство для соединения с внутренней зоной может быть установлено таким образом, что оно может быть пространственно соединено с внутренней частью псевдоожиженного слоя. Блок регулирования внутреннего давления может также быть установлен в других подходящих местах или связан с ними, а именно в месте расположения средства 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, или средства 15г для подачи реакционного газа или средства выпуска 16 для частиц или средства выпуска 17 для газа и т.д., которые все объединены с оболочкой 1 реактора и, соответственно, пространственно соединены с внутренней зоной 4. Кроме того, несколько блоков регулирования внутреннего давления могут быть установлено в двух или более подходящих позициях, которые могут быть пространственно соединены со средством 24, 25 для соединения с внутренней зоной и/или непосредственно с внутренней зоной 4.
Как указано выше, присутствие кремниевых частиц влияет на внутреннее давление, Ρί. Соответственно, измеренная величина Ρί изменяется в зависимости от места, в котором установлен блок 30 регулирования внутреннего давления. В соответствии с результатами экспериментов, проведенных заявителями, на величину Ρί влияют характеристики псевдоожиженного слоя и конструкция средства 14 для подачи газа, создающего псевдоожижение, или средства 15г для подачи реакционного газа или же средства выпуска 16 для частиц или средства выпуска 17 для газа, однако ее отклонение в зависимости от места измерения давления не превышает 1 бар. Соответственно, разность давления между давлением Ро во внешней зоне 5 и давлением Ρί во внутренней зоне 4 необходимо поддерживать в пределах до 1 бар, т.е. должно выполняться условие 0 бар <|Ρο-Ρί|< 1 бар в соответствии со следующими стадиями: измерение и/или регулирование давления во внутренней зоне 4 непосредственным или косвенным образом блоком регулирования внутреннего давления; измерение и/или регулирование давления во внешней зоне 5 непосредственным или косвенным образом блоком регулирования внешнего давления и регулирование разности давления между внешней зоной 5 и внутренней зоной 4 посредством блока регулирования разности давления.
В качестве варианта осуществления данного изобретения блок регулирования внешнего давления для измерения и/или регулирования давления во внешней зоне 5 непосредственным или косвенным образом должен быть установлен в подходящем месте, выбранном таким образом, что он пространственно соединен с внешней зоной 5. Места, с которыми блок регулирования внешнего давления может быть соединен или в которых он может быть установлен, включают, например, средство 28, 28а, 28Ь, соединенное с внешней зоной, или соединительное средство 26а, 26Ь для инертного газа, которые установлены на оболочке 1 реактора и пространственно открыты во внешнюю зону 5 непосредственным или косвенным образом. Поскольку требуется, чтобы во внешней зоне 5 поддерживалась атмосфера инертного газа, то впускное отверстие 26а для подачи инертного газа 12 во внешнюю зону 5 и выпускное отверстие 26Ь для выпуска инертного газа 12 из внешней зоны 5 могут быть использованы в качестве соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа или средства 28, 28а, 28Ь, соединенного с внешней зоной. Впускное отверстие 26а и выпускное отверстие 26Ь для инертного газа могут быть установлены независимо от соединительных средств 26, 28 или могут быть сопряжены с любым соединительным средством в виде двойной трубы.
В соответствии с этим возможно установить блок регулирования внешнего давления для измерения и/или регулирования давления во внешней зоне 5 непосредственным или косвенным образом таким образом, что он пространственно соединен с внешней зоной 5 посредством соединительного средства 26а, 26Ь для инертного газа или средства 28, 28а, 28Ь, соединенного с внешней зоной, содержащих впускное отверстие 26а для инертного газа или выпускное отверстие 26Ь для инертного газа.
Предпочтительно разность давления Ρο во внешней зоне 5 и давления Ρί во внутренней зоне 4, т.е. разность давления между обеими сторонами трубы 2 реактора, |Ρο-Ρί|, поддерживается с выполнением условия 0 бар <|Ρο-Ρί|< 1 бар для непрерывного функционирования реактора с псевдоожиженным слоем даже при высоком давлении реакции. Во время каждого цикла осаждения кремния в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, который включает стадию получения частиц кремния; стадию частичного выпуска частиц кремния; стадию удаления накопленных отложений кремния и стадию пополнения частицами кремния, давление во внутренней зоне 4 может варьироваться в интервале от 1 до 20 бар. Однако пока разность давления между обеими сторонами трубы 2 реактора поддерживается
- 18 015219 менее 1 бар, могут быть в значительной степени устранены проблемы с механическим воздействием на трубу 2 реактора, создаваемым накопленными отложениями Ό кремния. Если разность давления между обеими сторонами трубы 2 реактора поддерживается менее 1 бар, то реакция осаждения Κά кремния и/или реакция травления Ке может проводиться при высоком давлении реакции. В результате этого производительность реактора с псевдоожиженным слоем может быть увеличена до максимума посредством повторяющихся циклов осаждения кремния, и физическая стабильность трубы 2 реактора может быть повышена на всем протяжении данных циклов, поскольку физическая нагрузка на трубу 2 реактора, обусловленная отложениями Ό кремния, накопленными на стадии получения частиц кремния, может быть уменьшена. По этой причине реактор с псевдоожиженным слоем снабжается блоком регулирования внутреннего давления и/или блоком регулирования внешнего давления. Предпочтительно величина |РоР1| должна поддерживаться такой малой, насколько это возможно, с учетом того, что величина Р1 может различаться в соответствии со стадиями, образующими каждый цикл осаждения кремния, и в зависимости от высоты во внутренней зоне 4.
Применяемость в производственных условиях.
Как очевидно из представленного выше описания, способ получения поликристаллического кремния при использовании реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с данным изобретением предоставляет следующие преимущества.
1) Поскольку накопленные отложения кремния, образованные во время осаждения кремния, могут быть легко удалены с внутренней стенки трубы реактора периодическим образом, при малом влиянии на получение гранулированного поликристаллического кремния, в особенности, без необходимости разборки реактора, то производительность реактора с псевдоожиженным слоем может быть существенно увеличена без ухудшения механической стабильности реактора.
2) Время, требующееся для выполнения стадии удаления накопленных отложений кремния, может быть значительно уменьшено по сравнению со временем, необходимым для стадии получения частиц кремния, и управление реактором, необходимое для повторения циклов осаждения кремния, может быть существенно упрощено.
3) Поскольку данное изобретение применимо к любым типам реактора с псевдоожиженным слоем, в которых слой частиц кремния разделяется на реакционную зону и зону нагревания, то оно может широко применяться для получения гранулированного поликристаллического кремния.
4) Данное изобретение предоставляет возможность широкомасштабного производства гранулированного поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем.
5) Поскольку разность давления между пространствами с внутренней и с внешней сторонами трубы реактора может поддерживаться такой малой, насколько это возможно, то механическая стабильность трубы реактора может поддерживаться даже при высоком давлении, независимо от накапливания отложений кремния. Также может коренным образом предотвращаться повреждение трубы реактора, обусловленное разностью давления между обеими сторонами трубы реактора.
6) Поскольку не требуется подача инертного газа во внешнюю зону реактора непрерывным образом в большом количестве, то разность давления между обеими сторонами трубы реактора может поддерживаться в заданном интервале при низких затратах.
7) Температура реакции, требующаяся для получения поликристаллического кремния, может быть достигнута с помощью нагревательных элементов для нагревания частиц кремния.
8) Посредством сведения к минимуму загрязнения примесями на стадии получения частиц кремния данное изобретение обеспечивает производство высокочистого поликристаллического кремния экономичным образом с высокой производительностью и эффективным использованием энергии.
Как будет понятно специалистам в данной области, концепции и конкретные варианты осуществления, рассмотренные в представленном выше описании, могут быть легко использованы в качестве основы для модификации или разработки других вариантов осуществления для выполнения тех же самых целей данного изобретения. Специалистам в данной области также будет понятно, что такие эквивалентные варианты осуществления не должны отклоняться от сущности и объема данного изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.

Claims (19)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем, в котором средства подачи реакционного газа для обеспечения кремнийсодержащего реакционного газа расположены внутри трубы реактора так, что выпускное отверстие реакционного газа из средства подачи реакционного газа расположено внутри слоя из частиц кремния, при этом верхнее пространство выше выпускного отверстия реакционного газа определяется как реакционная зона, предназначенная для отложения кремния посредством реакционного газа, а нижнее пространство ниже выпускного отверстия реакционного газа определяется как зона нагрева, предназначенная для нагрева частиц кремния, при этом способ предусматривает стадию получения частиц кремния, на которой реакционный газ подается таким образом, что осаж
    - 19 015219 дение кремния происходит на поверхностях частиц кремния при контакте с реакционным газом, в то время как отложения кремния накапливаются на внутренней стенке трубы реактора;
    стадию частичного выпуска частиц кремния, которая следует после стадии получения частиц кремния, на которой без подачи реакционного газа часть частиц кремния, оставшихся внутри трубы реактора, выпускают из реактора с псевдоожиженным слоем таким образом, чтобы высота слоя частиц кремния не превышала высоту выпускного отверстия реакционного газа; и стадию удаления отложений кремния, которая следует после стадии частичного выпуска частиц кремния, на которой без подачи реакционного газа отложения кремния удаляют посредством подачи травящего газа в реакционную зону.
  2. 2. Способ по п.1, который дополнительно включает стадию пополнения частицами кремния, на которой после удаления отложений кремния и прекращения подачи травящего газа труба реактора пополняется частицами кремния.
  3. 3. Способ по п.2, в котором повторяют цикл, включающий стадию получения частиц кремния, стадию частичного выпуска частиц кремния, стадию удаления отложений кремния и стадию пополнения частицами кремния.
  4. 4. Способ по п.1, в котором реактор с псевдоожиженным слоем содержит оболочку реактора, которая окружает трубу реактора, и внутреннее пространство трубы реактора определяется как внутренняя зона, в которой присутствует слой частиц кремния и в которую включены зона нагревания и реакционная зона, в то время как пространство между трубой реактора и оболочкой реактора определяется как внешняя зона, в которой не присутствует слой частиц кремния и не происходит осаждения кремния.
  5. 5. Способ по п.4, в котором стадия получения частиц кремния включает следующие подстадии: подачу газа, создающего псевдоожижение, к слою частиц кремния в зоне нагревания таким образом, что слой частиц кремния, образованный в реакционной зоне, становится псевдоожиженным;
    нагревание частиц кремния;
    выпуск части частиц кремния, полученных во внутренней зоне, из реактора с псевдоожиженным слоем и выпуск отходящих газов, содержащих газ, создающий псевдоожижение, который проходит через слой частиц кремния, непрореагировавший реакционный газ и побочный газообразный продукт, из реактора с псевдоожиженным слоем.
  6. 6. Способ по п.4, в котором инертный газ подается во внешнюю зону.
  7. 7. Способ по п.4, в котором разность давления во внешней зоне (Ро) и давления во внутренней зоне (Ρί) поддерживается таким образом, что удовлетворяет условию 0 бар <|Ρο-Ρί|< 1 бар.
  8. 8. Способ по любому из пп.1-3, в котором травящий газ содержит по меньшей мере одно хлорсодержащее вещество, выбранное из тетрахлорида кремния (§1С14), хлористого водорода (НС1) и хлора (С12).
  9. 9. Способ по п.8, в котором травящий газ дополнительно содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода, азота, аргона и гелия.
  10. 10. Способ по любому из пп.1-3, в котором на стадии получения частиц кремния и/или стадии удаления отложений кремния абсолютное давление в реакционной зоне поддерживается в интервале 1-20 бар.
  11. 11. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадия удаления отложений кремния включает удаление отложений кремния, образованных на конце выпускного отверстия для реакционного газа, при использовании травящего газа.
  12. 12. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадия удаления отложений кремния выполняется посредством подачи травящего газа с использованием части реактора с псевдоожиженным слоем для подачи реакционного газа и/или части реактора с псевдоожиженным слоем для подачи травящего газа, при этом выпускное отверстие части для подачи травящего газа открыто в реакционную зону.
  13. 13. Способ по п.12, в котором на стадии удаления отложений кремния газ, создающий псевдоожижение, подается к слою частиц кремния, поддерживаемых в зоне нагревания, так что слой частиц кремния поддерживается в виде неподвижного слоя, в котором частицы кремния становятся неподвижными, или в виде псевдоожиженного слоя, в котором часть частиц кремния остается в псевдоожиженном состоянии.
  14. 14. Способ по п.5, в котором газ, создающий псевдоожижение, содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из водорода, азота, аргона, гелия, тетрахлорида кремния, трихлорсилана, дихлорсилана и хлористого водорода.
  15. 15. Способ по п.5, в котором в дополнение к слою частиц кремния в нижнем пространстве зоны нагревания образован неподвижный слой уплотняющих материалов, который не переводится в псевдоожиженное состояние газом, создающим псевдоожижение.
  16. 16. Способ по п.5, в котором на стадии удаления отложений кремния отходящие от операции травления газы, включающие газ, создающий псевдоожижение, который проходит через слой частиц кремния, непрореагировавший травящий газ и/или газообразный продукт реакции травления, выпускаются из реактора с псевдоожиженным слоем.
    - 20 015219
  17. 17. Способ по п.1, в котором реакционный газ содержит по меньшей мере одно кремнийсодержащее вещество, выбранное из моносилана (8ίΗ4), дихлорсилана (81Н2С12), трихлорсилана (81НС13) и тетрахлорида кремния (81С14).
  18. 18. Способ по п.1, в котором на стадии удаления отложений кремния температура части отложений кремния поддерживается в интервале 500-1250°С.
  19. 19. Способ по любому из пп.1-4 или 18, в котором на стадии удаления отложений кремния отложения кремния нагревают нагревательными элементами, установленными во внутренней зоне трубы реактора и/или во внешней зоне.
EA200970014A 2006-06-15 2007-06-14 Способ непрерывного получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем EA015219B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060053826A KR100813131B1 (ko) 2006-06-15 2006-06-15 유동층 반응기를 이용한 다결정 실리콘의 지속 가능한제조방법
PCT/KR2007/002880 WO2007145474A1 (en) 2006-06-15 2007-06-14 Method for continual preparation of polycrystalline silicon using a fluidized bed reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200970014A1 EA200970014A1 (ru) 2009-04-28
EA015219B1 true EA015219B1 (ru) 2011-06-30

Family

ID=38831944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200970014A EA015219B1 (ru) 2006-06-15 2007-06-14 Способ непрерывного получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем

Country Status (9)

Country Link
US (2) US8017024B2 (ru)
EP (1) EP2032746B1 (ru)
JP (1) JP5219051B2 (ru)
KR (1) KR100813131B1 (ru)
CN (1) CN101400835B (ru)
CA (1) CA2654896C (ru)
EA (1) EA015219B1 (ru)
ES (1) ES2470540T3 (ru)
WO (1) WO2007145474A1 (ru)

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100783667B1 (ko) * 2006-08-10 2007-12-07 한국화학연구원 입자형 다결정 실리콘의 제조방법 및 제조장치
EP2055375B1 (en) * 2007-10-25 2012-05-02 Mitsubishi Materials Corporation Hydrogen chloride gaz ejecting nozzle, reaction apparatus for producing thrichlorosilane and method for producing trichlorosilane
KR101477817B1 (ko) * 2008-01-25 2014-12-30 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 반응로 세정 장치
SG192438A1 (en) 2008-06-30 2013-08-30 Memc Electronic Materials Fluidized bed reactor systems and methods for reducing the deposition of silicon on reactor walls
CN103787336B (zh) 2008-09-16 2016-09-14 储晞 生产高纯颗粒硅的方法
US7927984B2 (en) * 2008-11-05 2011-04-19 Hemlock Semiconductor Corporation Silicon production with a fluidized bed reactor utilizing tetrachlorosilane to reduce wall deposition
KR101678661B1 (ko) 2009-11-18 2016-11-22 알이씨 실리콘 인코포레이티드 유동층 반응기
JP5180947B2 (ja) * 2009-12-09 2013-04-10 コスモ石油株式会社 多結晶シリコン製造用の反応炉の洗浄方法
WO2011090689A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-28 Memc Electronic Materials, Inc. Methods for reducing the deposition of silicon on reactor walls using peripheral silicon tetrachloride
JP5633375B2 (ja) * 2010-01-27 2014-12-03 三菱マテリアル株式会社 トリクロロシラン製造装置
CN102190303B (zh) 2010-03-04 2015-04-01 三菱综合材料株式会社 三氯硅烷制造装置及制造方法
KR101329030B1 (ko) 2010-10-01 2013-11-13 주식회사 실리콘밸류 유동층 반응기
US8449848B2 (en) 2010-10-22 2013-05-28 Memc Electronic Materials, Inc. Production of polycrystalline silicon in substantially closed-loop systems
US20120100061A1 (en) 2010-10-22 2012-04-26 Memc Electronic Materials, Inc. Production of Polycrystalline Silicon in Substantially Closed-loop Processes
US20120100059A1 (en) 2010-10-22 2012-04-26 Memc Electronic Materials, Inc. Production of Polycrystalline Silicon By The Thermal Decomposition of Trichlorosilane In A Fluidized Bed Reactor
US9156705B2 (en) 2010-12-23 2015-10-13 Sunedison, Inc. Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of dichlorosilane in a fluidized bed reactor
US8452547B2 (en) * 2010-12-29 2013-05-28 Memc Electronic Materials, Inc. Systems and methods for particle size determination and control in a fluidized bed reactor
US8849584B2 (en) * 2010-12-29 2014-09-30 Sunedison, Inc. Systems and methods for particle size determination and control in a fluidized bed reactor for use with thermally decomposable silicon-containing gas
KR20140005199A (ko) * 2011-01-19 2014-01-14 알이씨 실리콘 인코포레이티드 반응기 시스템 및 이를 사용한 다결정 실리콘 제조 방법
JP5645718B2 (ja) * 2011-03-07 2014-12-24 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
KR101329032B1 (ko) * 2011-04-20 2013-11-14 주식회사 실리콘밸류 다결정 실리콘 제조장치 및 이를 이용한 다결정 실리콘의 제조방법
US20130129570A1 (en) * 2011-04-20 2013-05-23 Siliconvalue Llc. Polycrystal silicon manufacturing apparatus
KR101356391B1 (ko) * 2011-04-20 2014-02-03 주식회사 실리콘밸류 다결정 실리콘 제조장치
KR101329035B1 (ko) 2011-04-20 2013-11-13 주식회사 실리콘밸류 유동층 반응기
KR101882330B1 (ko) * 2011-06-21 2018-07-27 엘지이노텍 주식회사 증착 장치
NO20231208A1 (no) 2011-09-30 2014-04-23 Corner Star Ltd Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor
WO2013049325A1 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Memc Electronic Materials, Inc. Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of silane in a fluidized bed reactor
US8871153B2 (en) * 2012-05-25 2014-10-28 Rokstar Technologies Llc Mechanically fluidized silicon deposition systems and methods
TWI613231B (zh) * 2012-07-17 2018-02-01 陝西有色天宏瑞科矽材料有限責任公司 用於製造多晶矽之反應器系統及方法
KR102098605B1 (ko) * 2012-08-29 2020-04-08 헴로크 세미컨덕터 오퍼레이션즈 엘엘씨 테이퍼 유동층 반응기 및 그의 사용 공정
DE102012218747A1 (de) * 2012-10-15 2014-04-17 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Abscheidung von polykristallinem Silicium
US9587993B2 (en) 2012-11-06 2017-03-07 Rec Silicon Inc Probe assembly for a fluid bed reactor
US9212421B2 (en) 2013-07-10 2015-12-15 Rec Silicon Inc Method and apparatus to reduce contamination of particles in a fluidized bed reactor
DE102013209076A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Wacker Chemie Ag Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium und Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines solchen Reaktors
DE102013212406A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 Wacker Chemie Ag Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors
EP3033191A4 (en) * 2013-08-12 2017-05-24 United Technologies Corporation High temperature fluidized bed for powder treatment
DE102014205025A1 (de) 2014-03-18 2015-09-24 Wacker Chemie Ag Reaktor und Verfahren zur Herstellung von granularem Polysilicium
CN104947187B (zh) * 2014-03-31 2018-03-23 新特能源股份有限公司 一种硅片母合金的制备方法
DE102014212049A1 (de) 2014-06-24 2015-12-24 Wacker Chemie Ag Wirbelschichtreaktor und Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Siliciumgranulat
US9238211B1 (en) 2014-08-15 2016-01-19 Rec Silicon Inc Segmented silicon carbide liner
US9662628B2 (en) 2014-08-15 2017-05-30 Rec Silicon Inc Non-contaminating bonding material for segmented silicon carbide liner in a fluidized bed reactor
US9446367B2 (en) 2014-08-15 2016-09-20 Rec Silicon Inc Joint design for segmented silicon carbide liner in a fluidized bed reactor
DE102014217179A1 (de) * 2014-08-28 2016-03-03 Wacker Chemie Ag Kunststoffsubstrate mit Siliciumbeschichtung
DE102014222865A1 (de) 2014-11-10 2016-05-12 Wacker Chemie Ag Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von polykristallinem Siliciumgranulat und Verfahren zur Montage eines solchen Wirbelschichtreaktors
DE102015224120A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Wacker Chemie Ag Wirbelschichtreaktor und Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Siliciumgranulat
DE102015224099A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Wacker Chemie Ag Wirbelschichtreaktor und Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Siliciumgranulat
DE102016202991A1 (de) 2016-02-25 2017-08-31 Wacker Chemie Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinem Siliciumgranulat
KR102096577B1 (ko) 2016-12-29 2020-04-02 한화솔루션 주식회사 폴리실리콘 제조 장치
KR102175817B1 (ko) * 2017-09-12 2020-11-06 주식회사 엘지화학 결정화기
DE102017125221A1 (de) * 2017-10-27 2019-05-02 Nexwafe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus Chlorsilanen
TWI701078B (zh) * 2018-10-01 2020-08-11 德商瓦克化學公司 用於生產顆粒多晶矽的流化床反應器
US10717061B1 (en) * 2019-06-26 2020-07-21 X Energy, Llc Fluidized bed reactor system allowing particle sampling during an ongoing reaction
CN117548414A (zh) * 2022-08-03 2024-02-13 江苏中能硅业科技发展有限公司 一种清洁流化床内壁结硅的方法
CN115142127B (zh) * 2022-08-29 2022-11-18 一道新能源科技(泰州)有限公司 一种基于lpcvd的多晶硅成型炉
CN117105230A (zh) * 2023-08-25 2023-11-24 乐山协鑫新能源科技有限公司 一种生产粒状多晶硅的方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139762A (en) * 1987-12-14 1992-08-18 Advanced Silicon Materials, Inc. Fluidized bed for production of polycrystalline silicon
US20020102850A1 (en) * 2001-01-03 2002-08-01 Korea Research Institute Of Chemical Technology Method and apparatus for preparing polysilicon granules

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57135708A (en) 1981-02-12 1982-08-21 Shin Etsu Chem Co Ltd Manufacturing of high purity silicon granule
KR880000618B1 (ko) * 1985-12-28 1988-04-18 재단법인 한국화학연구소 초단파 가열 유동상 반응에 의한 고순도 다결정 실리콘의 제조 방법
JPH02279513A (ja) * 1989-04-20 1990-11-15 Osaka Titanium Co Ltd 高純度多結晶シリコンの製造方法
GB2271518B (en) * 1992-10-16 1996-09-25 Korea Res Inst Chem Tech Heating of fluidized bed reactor by microwave
US5491967A (en) * 1994-02-23 1996-02-20 Foster Wheeler Energia Oy Pressurized fluidized bed reactor and a method of operating the same
US5798137A (en) 1995-06-07 1998-08-25 Advanced Silicon Materials, Inc. Method for silicon deposition
DE19735378A1 (de) * 1997-08-14 1999-02-18 Wacker Chemie Gmbh Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumgranulat
US6827786B2 (en) * 2000-12-26 2004-12-07 Stephen M Lord Machine for production of granular silicon
EP1661857B1 (en) * 2003-08-13 2016-12-21 Tokuyama Corporation Tubular reaction vessel and process for producing silicon therewith
JP4804354B2 (ja) * 2004-08-19 2011-11-02 株式会社トクヤマ クロロシラン類の反応装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139762A (en) * 1987-12-14 1992-08-18 Advanced Silicon Materials, Inc. Fluidized bed for production of polycrystalline silicon
US20020102850A1 (en) * 2001-01-03 2002-08-01 Korea Research Institute Of Chemical Technology Method and apparatus for preparing polysilicon granules

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007145474A1 (en) 2007-12-21
CA2654896C (en) 2011-05-10
US8431032B2 (en) 2013-04-30
US20100044342A1 (en) 2010-02-25
EP2032746A4 (en) 2010-05-19
KR100813131B1 (ko) 2008-03-17
JP2009536915A (ja) 2009-10-22
EP2032746A1 (en) 2009-03-11
EP2032746B1 (en) 2014-04-23
CN101400835B (zh) 2012-07-25
US8017024B2 (en) 2011-09-13
CA2654896A1 (en) 2007-12-21
EA200970014A1 (ru) 2009-04-28
ES2470540T3 (es) 2014-06-24
CN101400835A (zh) 2009-04-01
US20090095710A1 (en) 2009-04-16
JP5219051B2 (ja) 2013-06-26
KR20070119328A (ko) 2007-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA015219B1 (ru) Способ непрерывного получения поликристаллического кремния с использованием реактора с псевдоожиженным слоем
RU2397952C2 (ru) Реактор высокого давления с псевдоожиженным слоем для получения гранулированного поликристаллического кремния
RU2397953C2 (ru) Способ производства гранулированного поликристаллического кремния в реакторе с псевдоожиженным слоем
JP2009536915A5 (ru)
US7922990B2 (en) Method and device for producing granulated polycrystalline silicon in a fluidized bed reactor
JP2009525937A5 (ru)
JP2009526734A5 (ru)
TWI521566B (zh) 在流體化床反應器中藉由二氯矽烷之熱分解製備多晶矽
WO2012054184A1 (en) Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of trichlorosilane in a fluidized bed reactor
KR101047842B1 (ko) 기상으로부터 초미립자를 퇴적시키는 장치 및 방법
KR20040025590A (ko) 컵 반응기에서 기체상 물질의 열분해에 의한 고체의침착방법
US10525430B2 (en) Draft tube fluidized bed reactor for deposition of granular silicon
KR20180081111A (ko) 과립형 다결정질 실리콘의 제조를 위한 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KZ KG RU