JP2014523488A - Cartridge reactor for material production by chemical vapor deposition - Google Patents

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Abstract

本発明は、水冷式リアクタの空洞内部全体ではなくて封止された坩堝の内部で析出反応を行わせることによって、シーメンス・リアクタの限界を克服する。坩堝自体は、カートリッジ・リアクタの内部に配置され、そのカートリッジ・リアクタは、坩堝とリアクタ壁との間にヒート・シールドを有し、それにより放射エネルギー損失を著しく低減することができる。さらに、坩堝内の空洞容積に対する析出表面積の比が、シーメンス・リアクタ内の総空洞容積に対するロッドの析出表面積の比より遥かに大きく、その結果、ガス分子が析出面と接触する割合が遙かに高くなる。この結果、ガス内の物質から析出面上の物質への遥かに高い実効変換率が得られる。  The present invention overcomes the limitations of the Siemens reactor by allowing the precipitation reaction to take place inside a sealed crucible rather than the entire cavity inside the water-cooled reactor. The crucible itself is placed inside the cartridge reactor, which has a heat shield between the crucible and the reactor wall, which can significantly reduce radiant energy loss. Furthermore, the ratio of the deposition surface area to the cavity volume in the crucible is much larger than the ratio of the deposition surface area of the rod to the total cavity volume in the Siemens reactor, resulting in a much higher proportion of gas molecules in contact with the deposition surface. Get higher. As a result, a much higher effective conversion rate from the substance in the gas to the substance on the deposition surface can be obtained.

Description

化学的気相成長法によって物質を製造する方法およびリアクタに関する。   The present invention relates to a method and a reactor for producing a substance by chemical vapor deposition.

本特許出願は、2009年10月22日出願の米国特許出願第12/597,151号(「’151特許出願)「Deposition of high−purity silicon via high−surface−area gas−solid or gas−liquid interfaces and recovery via liquid phase」をその全体として、参照により組み込むものとする。本願は、本願と同時に出願された共願の標題「DEPOSITION CARTRIDGE FOR PRODUCTION OF MATERIALS VIA THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION PROCESS」(その出願番号 は通知されれば付け加えられる)もやはりその全体を参照により組み込むものとする。本願はさらに、2011年7月1日出願の米国特許仮出願第61504148号(「’148特許仮出願」)「Deposition cartridge for production of high−purity amorphous and crystalline silicon and other materials」、および2011年7月1日出願の米国特許仮出願第61504145号(「’145特許仮出願」)「Cartridge reactor for production of high−purity amorphous and crystalline silicon and other materials」の特典を主張し、これらは共に、ここにそれらの全体が本明細書に組み込まれるものとする。’151特許出願では、用語「析出プレート」は、シリコンがその上に析出する表面として定義されるが、本特許出願において実際の物理的構成要素を記述するとき、より明確にするために、「析出面」が、物質がその上に析出する面として定義され、「析出プレート」は、その上に、好ましくは両面上および1またはそれ以上の縁部上に、物質が析出する実際の物理的平板(その縁部に比較して、かなり大きな表面積をその両面に有する物体)として定義される。したがって、析出プレートの両面および縁部が析出面である。用語「析出カートリッジ」は、配電ロッドと一枚板型析出プレートとの組合せ、または、単一の蛇行パターンの析出プレートとして定義され、そのどちらにも、絶縁層またはスペーサを組み込むことができる。用語「シーメンス・リアクタ」は、種結晶ロッドを使用するように本来設計されている析出リアクタとして定義される。 No. 12 / 597,151 filed Oct. 22, 2009 (“'151 patent application”) “Deposition of high-purity silicon via high-surface-area gas-solid or gas-liquid”. "interfaces and recovery via liquid phase" is incorporated by reference in its entirety. This application is a co-application title entitled “DEPOSITION CARTRIDGE FOR PRODUCTION OF MATERIALS VIA THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION PROCESS” filed at the same time as this application. Are added when notified), which is also incorporated by reference in its entirety. This application is further related to US Provisional Application No. 6154148 (“'148 Patent Provisional Application”) filed July 1, 2011, “Deposition cartridge for production of high quality and christian year 11 and 20th year”. U.S. Provisional Application No. 61504145 filed on Jan. 1 ("'145 Patent Provisional Application") "Cartridge Reactor for Production of High-Purity Amorphous and Crystalline Silicon and Other" All of which are incorporated herein. In the '151 patent application, the term “deposition plate” is defined as the surface on which silicon is deposited, but for clarity in describing the actual physical components in this patent application, “ The “deposition surface” is defined as the surface on which the material is deposited, and the “deposition plate” is the actual physical layer on which the material is deposited, preferably on both sides and on one or more edges. It is defined as a flat plate (an object having a fairly large surface area on both sides compared to its edges). Therefore, both surfaces and edges of the deposition plate are the deposition surfaces. The term “deposition cartridge” is defined as a combination of a distribution rod and a single plate deposition plate, or a single serpentine pattern deposition plate, either of which can incorporate an insulating layer or spacer. The term “Siemens reactor” is defined as a deposition reactor that is originally designed to use a seed rod.

’151特許出願は、シーメンス・リアクタの限界を記載し、それには以下が含まれる。すなわち、
1.多結晶シリコン・ロッドの低い平均表面積、それは、結果として低い体積析出速度、すなわち低いシーメンス・リアクタの生産性(所与の期間中に製造される多結晶シリコンの量、通常、1年当たりのメートル・トンによって測定される)に結び付く、
2.多結晶シリコン・ロッドの低い表面積対体積比、それは、有意義な析出量を達成するのに要する長時間にわたって、析出を達成するのに必要な表面温度を維持するためにエネルギーを多大に消費する結果になる、
3.ロッド採収プロセスで大きな労力を要し、不純物が混入しやすい特性
である。
The '151 patent application describes the limitations of the Siemens reactor, including: That is,
1. The low average surface area of the polycrystalline silicon rod, which results in a low volume deposition rate, ie low Siemens reactor productivity (the amount of polycrystalline silicon produced during a given period, usually meters per year Measured by tons),
2. The low surface area to volume ratio of the polycrystalline silicon rod, which results in a significant energy consumption to maintain the surface temperature necessary to achieve precipitation over the long time required to achieve a significant amount of precipitation become,
3. This is a characteristic that requires a lot of labor in the rod collecting process and is easily mixed with impurities.

’151特許出願に記載の発明は、大表面積の電気加熱式析出プレートを用いることによってこれらの限界を克服する。シリコンが、CVDプロセスによってこれらプレート上に高い体積速度で析出され、次いで、プレートをさらに加熱することによって回収される。そのさらに加熱することによって、プレートの境界面において析出された多結晶シリコンの極めて薄い層が融解され、析出多結晶シリコンの固体クラストを、機械的に、または重力によってプレートから引き剥がすことができる。シーメンス・リアクタにおいて大型のプレートを使用すると、従来の種結晶ロッドの使用と比較してリアクタの生産性が向上し、他方、小型のプレートを使用すると、種結晶ロッドの使用と比較して同じ生産性を維持しながらリアクタのエネルギー消費量が低減する。しかし、それらに限定されないが以下を含めて、シーメンス・リアクタのさらに別の限界が残る。すなわち、
1.ロッドの他にリアクタの壁上に多結晶シリコンが析出するのを防止するために冷却しなければならないリアクタの壁への、ロッドからの高い放射エネルギー損失、
2.リアクタの総空洞容積に対して析出表面積の比率が低いために、析出ガス分子が析出表面積に接触する割合が低いことである。ガス中のシリコンのロッド上のシリコンへの実効変換率が理論変換率に対して低いのは、その事象は反応平衡によって支配されるが、接触する割合が低い結果である。
The invention described in the '151 patent application overcomes these limitations by using large surface area electrically heated deposition plates. Silicon is deposited at a high volumetric rate on these plates by a CVD process and then recovered by further heating the plates. By further heating, a very thin layer of polycrystalline silicon deposited at the interface of the plate is melted and the solid crust of deposited polycrystalline silicon can be peeled off the plate mechanically or by gravity. Using a large plate in a Siemens reactor increases the productivity of the reactor compared to the use of a traditional seed rod, while using a small plate produces the same production as using a seed rod The energy consumption of the reactor is reduced while maintaining the characteristics. However, further limitations of the Siemens reactor remain, including but not limited to: That is,
1. High radiant energy loss from the rod to the reactor wall, which must be cooled to prevent the deposition of polycrystalline silicon on the reactor wall in addition to the rod,
2. Since the ratio of the deposition surface area to the total cavity volume of the reactor is low, the ratio of the deposition gas molecules contacting the deposition surface area is low. The low effective conversion rate of silicon in the gas to silicon on the rod is the result of a low rate of contact, although the event is governed by reaction equilibrium.

本発明は、水冷式リアクタの空洞内部全体ではなくて封止された坩堝の内部で析出反応を行わせることによって、上記のシーメンス・リアクタの限界を克服する。リアクタの内壁上への析出は、生産する物質の損失に通じるので望ましくないが、坩堝の内壁上への析出は、析出表面積の増加により堆積析出速度を増加させるので、実際上望ましい。坩堝自体は、カートリッジ・リアクタの内部に配置され、そのカートリッジ・リアクタは、坩堝とリアクタ壁との間にヒート・シールドを有し、それにより放射エネルギー損失を著しく低減することができる。通常、シーメンス・リアクタによって使用されるエネルギーの最大60〜70%が、それらリアクタの遮蔽されていない水冷式壁に奪われる。   The present invention overcomes the limitations of the Siemens reactor described above by allowing the precipitation reaction to take place inside a sealed crucible rather than the entire cavity inside the water-cooled reactor. Precipitation on the inner wall of the reactor is undesirable because it leads to loss of material produced, but deposition on the inner wall of the crucible is practically desirable because it increases the deposition rate by increasing the deposition surface area. The crucible itself is placed inside the cartridge reactor, which has a heat shield between the crucible and the reactor wall, which can significantly reduce radiant energy loss. Normally, up to 60-70% of the energy used by the Siemens reactors is deprived by the unshielded water-cooled walls of the reactors.

さらに、坩堝内の空洞容積に対する析出表面積の比が、シーメンス・リアクタ内の総空洞容積に対するロッドの析出表面積の比より遥かに大きく、その結果、ガス分子が析出面と接触する割合が遙かに高くなる。この結果、ガス内の物質から析出面上の物質への遥かに高い実効変換率が得られる。   Furthermore, the ratio of the deposition surface area to the cavity volume in the crucible is much larger than the ratio of the deposition surface area of the rod to the total cavity volume in the Siemens reactor, resulting in a much higher proportion of gas molecules in contact with the deposition surface. Get higher. As a result, a much higher effective conversion rate from the substance in the gas to the substance on the deposition surface can be obtained.

カートリッジ・リアクタの主要構成要素の好ましい一実施形態の立面断面図である。FIG. 2 is an elevational cross-sectional view of one preferred embodiment of the main components of the cartridge reactor. カートリッジ・リアクタの主要構成要素の好ましい一実施形態の平面断面図である。1 is a cross-sectional plan view of a preferred embodiment of the main components of a cartridge reactor. カートリッジ・リアクタ用の析出カートリッジの好ましい一実施形態の透視図である。1 is a perspective view of a preferred embodiment of a deposition cartridge for a cartridge reactor. FIG. 底部アセンブリが下降し、坩堝が搭載された状態のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。1 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor with the bottom assembly lowered and the crucible mounted. FIG. 底部アセンブリが上昇し、リアクタが不活性ガスで加圧された状態のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。1 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor with the bottom assembly raised and the reactor pressurized with an inert gas. FIG. 坩堝が上昇し、析出カートリッジが予熱されている状態のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。1 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor with the crucible raised and the deposition cartridge pre-heated. FIG. 析出シーケンス中のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。2 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor during a deposition sequence. FIG. リアクタ内に不活性ガスが存在する状態で方向性凝固中のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。1 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor during directional solidification with an inert gas present in the reactor. FIG. 冷却およびエア・パージ中のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。1 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a cartridge reactor during cooling and air purging. FIG. 底部アセンブリが下降し、坩堝が取り下ろされている状態のカートリッジ・リアクタの好ましい一実施形態の立面断面図である。FIG. 2 is an elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of the cartridge reactor with the bottom assembly lowered and the crucible removed. リアクタ上部アセンブリの好ましい一実施形態の側方立面断面図である。FIG. 2 is a side elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a reactor upper assembly. リアクタ上部アセンブリの好ましい一実施形態の前方立面断面図である。FIG. 6 is a front elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a reactor upper assembly. リアクタ上部アセンブリの好ましい一実施形態の平面断面図(下視)である。FIG. 2 is a cross-sectional plan view (bottom view) of a preferred embodiment of the reactor upper assembly. ガスのフロー・パターンを示す、析出中の坩堝の好ましい一実施形態の側方立面断面図である。1 is a side elevational cross-sectional view of a preferred embodiment of a crucible during deposition showing a gas flow pattern. FIG. 物質のクラストを示す、析出後の坩堝の好ましい一実施形態の平面断面図である。1 is a cross-sectional plan view of a preferred embodiment of a crucible after deposition showing a crust of material. FIG.

CVD法によって物質を製造するカートリッジ・リアクタ50の好ましい一実施形態の主要構成要素が、図1に示されている。この実施形態では、リアクタ上部アセンブリ1は、析出カートリッジ2(同カートリッジは、’148および’145特許出願、ならびに本願と同時出願の「DEPOSITION CARTRIDGE FOR PRODUCTION OF MATERIALS VIA THE CHEMCIAL VAPOR DEPOSITION PROCESS」に記載されている)を支持し、析出ガス混合物を析出カートリッジ2の析出面上に行き渡らせ、排出ガスを取り除き、排出ガスと析出ガス混合物との熱交換を行う働きをする。析出カートリッジ2のアレイは、好ましくは、望みの最終製品が単結晶物質であれば4角形の平断面を、望みの最終製品が単結晶物質であれば円形の平断面を有する。リアクタ上部アセンブリ1は、気密シールを組み込んだリアクタ・フランジ9によってリアクタ中間アセンブリ3に取り付けられる。リアクタ中間アセンブリ3は、晶化加熱装置4を収容する。リアクタ中間アセンブリ3まで上昇させ、そこから下降させることができるリアクタ底部アセンブリ6は、方向性凝固に際し坩堝を冷却するための底部冷却装置10が装備された、垂直方向に移動することができる坩堝台5を収容する。リアクタの全てのアセンブリには、放射エネルギー損失を最低限に抑えるためにヒート・シールドが組み込まれている。   The main components of one preferred embodiment of a cartridge reactor 50 that produces material by CVD is shown in FIG. In this embodiment, the reactor upper assembly 1 is described in the deposition cartridge 2 (the cartridge is described in the '148 and' 145 patent applications, and the “DEPOSITION CARTRIDGE FOR PRODUCTION OF MATERIALS VIA THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION PROCESS” filed concurrently with this application. And the deposition gas mixture is spread over the deposition surface of the deposition cartridge 2, the exhaust gas is removed, and heat exchange is performed between the exhaust gas and the deposition gas mixture. The array of deposition cartridges 2 preferably has a square cross section if the desired final product is a single crystal material and a circular cross section if the desired final product is a single crystal material. The reactor upper assembly 1 is attached to the reactor intermediate assembly 3 by a reactor flange 9 incorporating an airtight seal. The reactor intermediate assembly 3 contains a crystallization heating device 4. A reactor bottom assembly 6 that can be raised to and lowered from the reactor intermediate assembly 3 is a vertically movable crucible base equipped with a bottom cooling device 10 for cooling the crucible during directional solidification. 5 is accommodated. All assemblies in the reactor incorporate a heat shield to minimize radiant energy loss.

図2に示されるように、リアクタ上部アセンブリ1、リアクタ中間アセンブリ3、およびリアクタ底部アセンブリ6のリアクタ壁35は、好ましくは、平断面が円形であり、好ましくは、さらに水冷却されている。ヒート・シールド13、析出カートリッジ2のアレイ、晶化加熱装置4、および底部冷却装置10の平断面は、多結晶物質を望むのであれば、好ましくは4角形であり、単結晶物質を望むのであれば、好ましくは円形である。   As shown in FIG. 2, the reactor wall 35 of the reactor top assembly 1, the reactor intermediate assembly 3, and the reactor bottom assembly 6 is preferably circular in cross section and preferably further water cooled. The planar cross-sections of the heat shield 13, the array of precipitation cartridges 2, the crystallization heating device 4, and the bottom cooling device 10 are preferably square if a polycrystalline material is desired, and a single crystal material is desired. For example, it is preferably circular.

図3は、リアクタ上部アセンブリに取り付けられる析出カートリッジ2のアレイの好ましい一実施形態の透視図である。析出カートリッジ2は、それらの電極タブ53を通して、電極ブラケット57によって配電バー32に接続されている。16個の析出カートリッジ2があり、それらは、約5cm離隔して配置され、高さが約42cm、長さが約75cmである。析出カートリッジ2および坩堝の内壁上に約2cmの厚さの析出クラストを想定すると、この好ましい実施形態の析出カートリッジ2のアレイは、それに限定されないが多結晶シリコンを含む析出物質の晶化に通常使用される85cm×85cmの坩堝の内側に適合するように設計されている。   FIG. 3 is a perspective view of a preferred embodiment of an array of deposition cartridges 2 attached to the reactor upper assembly. The deposition cartridge 2 is connected to the distribution bar 32 by an electrode bracket 57 through the electrode tabs 53. There are 16 deposition cartridges 2, which are spaced about 5 cm apart, are about 42 cm high and about 75 cm long. Assuming a deposition crust of about 2 cm thick on the inner wall of the deposition cartridge 2 and the crucible, the array of deposition cartridges 2 of this preferred embodiment is typically used for crystallization of deposited materials including, but not limited to, polycrystalline silicon. Is designed to fit inside the 85cm x 85cm crucible.

カートリッジ・リアクタ50のこの好ましい実施形態は、以下の好ましい7つの段階で作動する。
1.坩堝搭載段階が図4に示されている。好ましくは、リアクタ底部アセンブリ6を下降させ、好ましくは石英製である坩堝11を、坩堝台5上に正確に配置する。
2.不活性ガス・パージ段階が図5に示されている。好ましくは、リアクタ底部アセンブリ6を上昇させ、リアクタ底部アセンブリおよびリアクタ中間アセンブリ3の気密リアクタ・フランジ6同士を封止する。リアクタ空洞を、リアクタ・ガス入口18ならびにリアクタ上部アセンブリ1のガス入口および出口を用いて、不活性ガス、好ましくは窒素によってパージする。好ましくは、カートリッジ・リアクタ50を、さらに作動圧力まで上げる(好ましくは6バールの範囲内で)。
3.予熱段階が図6に示されている。好ましくは、坩堝11の上方縁部がガス・シール19を押圧し、気密シールを形成するように、坩堝台5を上昇させる。好ましくは、次いで、析出カートリッジ2を最適析出温度まで電気的に予熱し、その最適予熱温度は、好ましくは、析出物質が多結晶シリコンのとき、850℃〜1,150℃の範囲である。カートリッジ・リアクタ50のヒート・シールド13は、放射エネルギー損失を最小限に抑え、水冷式リアクタ壁35の冷却仕事を最小化する。
4.析出シーケンス段階が図7に示されている。好ましくは、析出物質が多結晶シリコンのとき、析出ガス混合物、好ましくはトリクロロシランおよび水素、またはモノシランをリアクタ上部アセンブリ1のガス入口から坩堝11にポンプ送入し、同時に、不活性ガス、好ましくは窒素を、坩堝の外側の空洞の残りの部分内に維持する。好ましくは、安全のために、ガス・シール19が万一漏洩した場合に、可燃性析出ガス混合物が坩堝11から漏れ出すのではなく不活性ガスが坩堝11に漏れ込むように、不活性ガスは、析出ガスより僅かに高い圧力になっている。あるいはこの好ましい実施形態では、リアクタ・フランジ9に漏洩があった場合、可燃性析出ガス混合物がカートリッジ・リアクタ50から漏れ出すのではなく、不活性ガスがカートリッジ・リアクタ50から漏れ出し、それが、シーメンス・リアクタに勝るさらに別の安全性改善である。ガス・シール19は、好ましくは、比較的高い温度に耐えるように選択され、それに関しては、炭素系材料など好ましいシール材があり、他方、ガス・シールは、好ましくは、比較的小さな差圧を受ける。好ましくは、坩堝11にポンプ送入された析出ガス混合物は、析出カートリッジ2の加熱析出面と接触し、析出反応を行い、排出ガスに変換され、リアクタ上部アセンブリ1のガス出口を通って取り除かれる。この好ましい実施形態では、このプロセスは、物質クラスト14が析出面に堆積し、その結果、坩堝11内部の空間が殆ど一杯になるまで続く。この殆ど一杯になった時点で、坩堝11の内側および外側共に適切な不活性ガス、好ましくはアルゴンによってパージされ、好ましくは、坩堝11の内側および外側共に真空に引かれる。次いで、析出面を物質の融点まで、またはそれ以上にさらに加熱し、析出カートリッジ2の析出面で物質の薄い層を液化させ、物質クラストを析出カートリッジ2から剥離させる。
5.晶化段階が図8に示されている。好ましくは、坩堝11および物質クラスト14を担持する坩堝台5を、リアクタ中間アセンブリ3内に下降させ、物質クラスト14を、液状物質15になるまで晶化加熱装置4によってさらに加熱する。好ましくは、ヒート・シールド13は、放射エネルギー損失を最小限に抑える反射層を組み込み、伝導および対流エネルギー損失を最小限に抑える断熱層を反射層の外側に組み込むことができる。この好ましい実施形態では、方向性凝固が、底部冷却装置10の作動、晶化加熱装置4の制御、および/または晶化加熱装置4から離れる方向への坩堝台5の移動を含めて、1またはそれ以上の手段によって達成される。この晶化段階中、回転ヒート・シールド12は、エネルギー損失を最低限に抑えるために、坩堝11の上部を蔽って断熱するように閉じられる。凝固前面16が、液状物質15の中を上方へ移動し、その後ろに結晶物質インゴット17を形成する。上記の晶化段階の別の好ましい実施形態では、坩堝11を一杯に上昇させた位置のままで、物質クラスト14を、析出カートリッジ2によって完全に融解することができる。次いで、坩堝11を制御しながら下降させ、その間、析出カートリッジ2に液状シリコンを加熱し続けさせ、底部冷却装置10を作動させて方向性凝固を開始させることができる。この好ましい実施形態は、晶化プロセスを加速できると同時に、凝固前面16をより平坦に保つことによってより高品質の結晶シリコンを生産できる可能性を有する。上記の好ましい実施形態は両方とも、多結晶物質を製造することになり、析出カートリッジ2のアレイ、坩堝11、および底部冷却装置10に関し4角形の平断面形状が好ましい。一方、別の好ましい実施形態では、この平断面形状が円形であり、リアクタ上部アセンブリ1から液状物質15内への回転式引抜ロッドを導入すれば、チョクラルスキ晶化プロセスによって、単結晶インゴットを製造することもできる。最後に、別の好ましい実施形態では、この晶化段階全体を省略することができ、カートリッジ・リアクタ50を使用して坩堝にアモルファス物質だけを製造し、他の場所でそれ以降の処理を行うことができる。
6.冷却およびエア・パージ段階が図9に示され、その段階では、対流冷却のために、循環する不活性ガス、好ましくはアルゴンによって真空を置き換える。その後の取扱いを容易にするために坩堝を十分に冷却した後、リアクタ底部アセンブリ6の封止を解除し下降させる準備として、不活性ガスを空気でパージする。晶化段階が省略される好ましい実施形態では、その後の処理段階でのエネルギー消費を適宜最小限に抑えることができるように、坩堝11および物質クラスト14の冷却を省略することもできる。
7.坩堝取卸し段階が図10に示されている。好ましくは、リアクタ底部アセンブリを封止解除し下降させ、結晶物質インゴット17が入った坩堝11を取卸す。
This preferred embodiment of the cartridge reactor 50 operates in the following seven preferred stages.
1. The crucible mounting stage is shown in FIG. Preferably, the reactor bottom assembly 6 is lowered and the crucible 11, preferably made of quartz, is accurately placed on the crucible base 5.
2. The inert gas purge stage is shown in FIG. Preferably, the reactor bottom assembly 6 is raised to seal between the reactor bottom assembly and the airtight reactor flange 6 of the reactor intermediate assembly 3. The reactor cavity is purged with an inert gas, preferably nitrogen, using the reactor gas inlet 18 and the gas inlet and outlet of the reactor upper assembly 1. Preferably, the cartridge reactor 50 is further increased to operating pressure (preferably within 6 bar).
3. The preheating stage is shown in FIG. Preferably, the crucible base 5 is raised so that the upper edge of the crucible 11 presses the gas seal 19 to form an airtight seal. Preferably, the deposition cartridge 2 is then electrically preheated to the optimum deposition temperature, which is preferably in the range of 850 ° C. to 1,150 ° C. when the deposited material is polycrystalline silicon. The heat shield 13 of the cartridge reactor 50 minimizes radiant energy loss and minimizes the cooling work of the water cooled reactor wall 35.
4). The deposition sequence stage is shown in FIG. Preferably, when the deposited material is polycrystalline silicon, a deposition gas mixture, preferably trichlorosilane and hydrogen, or monosilane is pumped from the gas inlet of the reactor upper assembly 1 to the crucible 11 and at the same time an inert gas, preferably Nitrogen is maintained in the remainder of the cavity outside the crucible. Preferably, for safety, the inert gas is such that if the gas seal 19 leaks, the combustible deposition gas mixture does not leak from the crucible 11 but the inert gas leaks into the crucible 11. The pressure is slightly higher than the deposition gas. Alternatively, in this preferred embodiment, if there is a leak in the reactor flange 9, the combustible deposition gas mixture does not leak from the cartridge reactor 50, but inert gas leaks from the cartridge reactor 50, which Yet another safety improvement over the Siemens reactor. The gas seal 19 is preferably selected to withstand relatively high temperatures, in which there are preferred sealing materials, such as carbon-based materials, while the gas seal preferably has a relatively small differential pressure. receive. Preferably, the precipitation gas mixture pumped into the crucible 11 contacts the heated precipitation surface of the precipitation cartridge 2, undergoes a precipitation reaction, is converted to exhaust gas, and is removed through the gas outlet of the reactor upper assembly 1. . In this preferred embodiment, this process continues until the material crust 14 is deposited on the deposition surface, so that the space inside the crucible 11 is almost full. When this is almost full, both the inside and outside of the crucible 11 are purged with a suitable inert gas, preferably argon, and preferably both the inside and outside of the crucible 11 are evacuated. Next, the deposition surface is further heated to the melting point of the substance or higher, and the thin layer of the substance is liquefied on the precipitation surface of the precipitation cartridge 2, and the substance crust is peeled off from the precipitation cartridge 2.
5. The crystallization stage is shown in FIG. Preferably, the crucible table 5 carrying the crucible 11 and the substance crust 14 is lowered into the reactor intermediate assembly 3, and the substance crust 14 is further heated by the crystallization heating device 4 until it becomes a liquid substance 15. Preferably, the heat shield 13 incorporates a reflective layer that minimizes radiant energy loss and an insulating layer that minimizes conduction and convective energy loss can be incorporated outside the reflective layer. In this preferred embodiment, the directional solidification includes one or more including the operation of the bottom cooling device 10, the control of the crystallization heating device 4, and / or the movement of the crucible table 5 away from the crystallization heating device 4. It is achieved by more than that means. During this crystallization stage, the rotating heat shield 12 is closed to insulate over the top of the crucible 11 to minimize energy loss. The solidification front 16 moves upward in the liquid material 15 and forms a crystalline material ingot 17 behind it. In another preferred embodiment of the above crystallization stage, the substance crust 14 can be completely melted by the precipitation cartridge 2 while the crucible 11 remains in the fully raised position. Next, the crucible 11 is lowered while being controlled, and during this time, the deposition cartridge 2 can continue to heat the liquid silicon, and the bottom cooling device 10 can be operated to start directional solidification. This preferred embodiment has the potential to produce higher quality crystalline silicon by allowing the crystallization process to be accelerated while keeping the solidification front 16 more flat. Both of the preferred embodiments described above will produce polycrystalline material, and a square flat cross-sectional shape is preferred for the array of precipitation cartridges 2, the crucible 11, and the bottom cooling device 10. On the other hand, in another preferred embodiment, this flat cross-sectional shape is circular and a single crystal ingot is produced by the Czochralski crystallization process by introducing a rotary draw rod from the reactor upper assembly 1 into the liquid material 15. You can also. Finally, in another preferred embodiment, this entire crystallization step can be omitted, using the cartridge reactor 50 to produce only amorphous material in the crucible and further processing elsewhere. Can do.
6). A cooling and air purge stage is shown in FIG. 9, in which the vacuum is replaced by a circulating inert gas, preferably argon, for convective cooling. After sufficient cooling of the crucible for ease of subsequent handling, the inert gas is purged with air in preparation for releasing and lowering the reactor bottom assembly 6 seal. In a preferred embodiment where the crystallization step is omitted, cooling of the crucible 11 and material crust 14 can be omitted so that energy consumption in subsequent processing steps can be minimized as appropriate.
7). The crucible unloading stage is shown in FIG. Preferably, the reactor bottom assembly is unsealed and lowered, and the crucible 11 containing the crystalline material ingot 17 is unloaded.

カートリッジ・リアクタ50の好ましい実施形態の一特徴は、リアクタ上部アセンブリ1内で達成される析出ガス混合物の効果的な分布および予熱である。リアクタ上部アセンブリ1の側方立面断面図である図11では、析出ガス混合物が、析出ガス混合物入口20を通って析出ガス混合物入口マニホルド29に入る。この好ましい実施形態では、析出ガス混合物が、多数の析出ガス混合物入口ノズル24に導き入れられ、そのノズル24は下方に延出し、リアクタ上部アセンブリ1の底面位置で析出カートリッジ2の真上に開口する。析出ガス混合物は、各析出ガス混合物ノズル24を通って射出され、析出カートリッジ2の間を下方に流れ、坩堝11の底にぶつかる。坩堝11の底にぶつかる析出ガス混合物の隣接する流れ同士のブロック効果が、析出ガス混合物の横への広がりを最小限に抑え、析出ガス混合物を、析出ガス混合物ノズル24から出る好ましくは下方に流れる析出ガス混合物と析出カートリッジ2との間を、好ましくは渦運動または乱流運動で、主として上に戻るように流れさせる(さらに図12、13、および特に14を参照されたい)。この乱流の流れが、好ましくは、析出ガス混合物を析出カートリッジ2とより完全に接触させ、それにより、析出ガス混合物内の物質を析出面上の物質へより完全に変換させる。   One feature of the preferred embodiment of the cartridge reactor 50 is the effective distribution and preheating of the deposition gas mixture achieved in the reactor upper assembly 1. In FIG. 11, which is a side elevational cross-sectional view of the reactor upper assembly 1, the deposition gas mixture enters the deposition gas mixture inlet manifold 29 through the deposition gas mixture inlet 20. In this preferred embodiment, the deposition gas mixture is directed into a number of deposition gas mixture inlet nozzles 24 that extend downward and open directly above the deposition cartridge 2 at the bottom position of the reactor upper assembly 1. . The deposition gas mixture is injected through each deposition gas mixture nozzle 24, flows downward between the deposition cartridges 2, and hits the bottom of the crucible 11. The blocking effect between adjacent flows of the deposition gas mixture that strikes the bottom of the crucible 11 minimizes the lateral spread of the deposition gas mixture, and the deposition gas mixture preferably flows downwardly from the deposition gas mixture nozzle 24. The deposition gas mixture and the deposition cartridge 2 are flowed back upward, preferably in a vortex or turbulent motion (see also FIGS. 12, 13 and in particular 14). This turbulent flow preferably brings the deposition gas mixture into more complete contact with the deposition cartridge 2, thereby more fully converting the material in the deposition gas mixture to the material on the deposition surface.

この好ましい実施形態では、排出ガスは、析出ガス混合物入口ノズル24を取り巻く、唯一の逃げ道である排出ガス出口環状部25を通って、それが除去されるところへ上方に流れ続ける。排出ガス出口環状部25を通って上方に流れるこの加熱されている排出ガスは、析出ガス混合物ノズル24の中を通って下方に流れる析出ガス混合物を加熱する。その排出ガスはまた、排出ガス・アフタクーラ26内の排出ガス出口環状部の外側を流れる冷却水も加熱する。析出ガス混合物分布様式の別の好ましい実施形態としては、個々の交互入口および出口ノズル、または交互入口および出口ノズルの列がある。   In this preferred embodiment, the exhaust gas continues to flow upward through the exhaust gas outlet annulus 25 surrounding the deposition gas mixture inlet nozzle 24, where it is removed. This heated exhaust gas flowing upwardly through the exhaust gas outlet annulus 25 heats the precipitated gas mixture flowing downwardly through the precipitation gas mixture nozzle 24. The exhaust gas also heats the cooling water that flows outside the exhaust gas outlet annulus in the exhaust gas aftercooler 26. Another preferred embodiment of the deposition gas mixture distribution pattern includes individual alternating inlet and outlet nozzles or rows of alternating inlet and outlet nozzles.

排出ガスは、排出ガス出口マニホルド27内で多数の排出ガス出口環状部25から単一の流れに集められ、排出ガス出口22を通ってリアクタ上部アセンブリから出る。一方では、排出ガス・アフタクーラ26内で加熱された冷却水は、析出ガス混合物予熱装置28へ流れていき、そこで、析出ガス混合物入口ノズル24から入って来たばかりの析出ガス混合物に対して初期加熱を行う。この冷却水は、次いで、冷却水出口21を通ってリアクタ上部アセンブリ1から出て行く。   The exhaust gas is collected in a single stream from the multiple exhaust gas outlet annulus 25 within the exhaust gas outlet manifold 27 and exits the reactor upper assembly through the exhaust gas outlet 22. On the other hand, the cooling water heated in the exhaust gas aftercooler 26 flows to the precipitation gas mixture preheating device 28, where initial heating is performed on the precipitation gas mixture that has just entered from the precipitation gas mixture inlet nozzle 24. I do. This cooling water then leaves the reactor upper assembly 1 through the cooling water outlet 21.

図11,13は、配電バー32に取り付けられている析出カートリッジ2の間の空隙の真上に析出ガス混合物入口ノズル24が配置されている状態のリアクタ上部アセンブリ1の好ましい一実施形態を示す。図11,13はまた、配電バー32を介して並列に電気接続された析出カートリッジ2を示し、それら配電バー32自体は、排出ガス・アフタクーラ26の側壁に対して電気絶縁式気密シールを形成する配電バー電極31を介して電源に接続されている。別の好ましい実施形態では、電極タブ53または電極ブラケット57を、絶縁鋼管に通して、上方に延ばしリアクタ上部アセンブリ1の頭部を貫通して外に出すことができ、リアクタ上部アセンブリ1の頭部上の接点で電源に接続することができる。   FIGS. 11 and 13 show a preferred embodiment of the reactor upper assembly 1 with the deposition gas mixture inlet nozzle 24 positioned just above the gap between the deposition cartridges 2 attached to the distribution bar 32. FIGS. 11 and 13 also show the deposition cartridge 2 electrically connected in parallel via a distribution bar 32, which itself forms an electrically insulating hermetic seal against the side wall of the exhaust gas aftercooler 26. It is connected to the power supply via the distribution bar electrode 31. In another preferred embodiment, the electrode tab 53 or the electrode bracket 57 can be passed through an insulated steel tube and extended upwards and out through the head of the reactor upper assembly 1. It can be connected to the power supply at the top contact.

析出、および析出カートリッジ2からの分離後の坩堝11の好ましい一実施形態が、図15に示されている。坩堝11の内壁および析出カートリッジ2の析出面上に析出した物質が、坩堝の容積の大部分を満たし、析出カートリッジ2の代わりに細い析出カートリッジ空洞36が残っている。   A preferred embodiment of the crucible 11 after deposition and separation from the deposition cartridge 2 is shown in FIG. The material deposited on the inner wall of the crucible 11 and the deposition surface of the deposition cartridge 2 fills most of the crucible volume, leaving a thin deposition cartridge cavity 36 instead of the deposition cartridge 2.

このカートリッジ・リアクタのシーメンス・リアクタに勝る好ましい利点は、以下の通りである。
1.析出に関する表面積がより大きいことによる、より速い体積析出速度。
2.析出ガス混合物包含容積に対する析出表面積の比がより大きいこと、ならびに、析出カートリッジ形状とガス入口ノズル形状との組合せによって可能になる、析出ガス混合物が析出面とより完全に接触することの結果得られる、析出ガス混合物中の物質の析出面上の物質へのより高い実効変換率。
3.析出カートリッジ外形から生じる放射熱損失を最小限に抑えることによるエネルギーの節減。加熱析出面から射出される放射熱の大部分は、隣接する析出面によって吸収される。
4.水冷式リアクタ壁への放射、伝導、および対流熱損失を最小限に抑えることによるエネルギーの節減。析出は封止された坩堝内部で行われるので、坩堝の外側のリアクタ壁はヒート・シールドによって遮蔽することができる。
5.晶化のための物質の融解を環境温度からではなく析出温度から行うことによるエネルギーの節減。晶化が、カートリッジ・リアクタ内で行われようと、別の晶化装置内で行われようと、物質は、既に坩堝に入っており、直接取り扱う必要はなく、したがって、環境温度まで冷却する必要はない。
6.取扱いによる物質の汚染の排除、および、酸エッチングなど、取扱いによる汚染修復のための工程の排除。
7.坩堝に詰めるために物質を扱いやすい大きさの塊に砕く工程の排除。
8.析出カートリッジを融解シリコンから制御下で引き抜くことによる、より迅速でより高品質な晶化。
9.析出ガス混合物を排出ガスへより完全に変換し、その結果、カートリッジ・リアクタの下流で処理する排出ガスが減ることによる生産設備の削減。
10.シーメンス・リアクタにおけるロッド対ごとの個別の電極対に比較して、諸析出カートリッジを並列または直列に接続する単一の電極対からなる簡単化された電気システム。
11.可燃性析出ガス混合物を坩堝の追加壁内に封じ込め、リアクタ空洞内の不活性ガスを坩堝内の析出ガス混合物より僅かに高い圧力に維持することによる安全性の向上。
12.容易に大きさが変えられる設計。より多数の析出ガス混合物入口ノズルおよびより多数のより長い析出カートリッジを備えるのにカートリッジ・リアクタの平面断面を大きくするだけで済み、また、析出カートリッジの高さを増やせば、カートリッジ・リアクタの他の部分を大きく再設計せずに、カートリッジ・リアクタの生産能力を著しく増加することができる。方向性凝固の大きさを容易に変えることを、それは融解物質の外部加熱では難題になるであろうが、融解シリコンからの析出カートリッジを加熱し制御下で引き抜くことによって達成することができる。
The preferred advantages of this cartridge reactor over the Siemens reactor are as follows.
1. Faster volumetric deposition rate due to the larger surface area for deposition.
2. As a result of the higher ratio of the deposition surface area to the deposition gas mixture inclusion volume, and the more complete contact of the deposition gas mixture with the deposition surface, made possible by the combination of the deposition cartridge geometry and the gas inlet nozzle geometry. Higher effective conversion rate of substances in the precipitation gas mixture to substances on the precipitation surface.
3. Energy savings by minimizing radiant heat loss from the deposition cartridge geometry. Most of the radiant heat emitted from the heated deposition surface is absorbed by the adjacent deposition surface.
4). Energy savings by minimizing radiation, conduction, and convective heat loss to the water-cooled reactor wall. Since the deposition takes place inside a sealed crucible, the reactor wall outside the crucible can be shielded by a heat shield.
5. Energy savings by melting the material for crystallization from the precipitation temperature rather than from the ambient temperature. Whether the crystallization takes place in a cartridge reactor or in a separate crystallizer, the material is already in the crucible and does not need to be handled directly and therefore needs to be cooled to ambient temperature There is no.
6). Eliminate material contamination by handling, and eliminate processes for repairing contamination by handling, such as acid etching.
7). Eliminate the process of crushing materials into easily sized chunks for filling in crucibles.
8). Faster and higher quality crystallization by pulling the deposition cartridge out of the molten silicon under control.
9. Reduced production facilities by converting the deposition gas mixture more completely into exhaust gas, resulting in less exhaust gas processing downstream of the cartridge reactor.
10. Simplified electrical system consisting of a single electrode pair connecting the deposition cartridges in parallel or in series compared to individual electrode pairs for each rod pair in a Siemens reactor.
11. Improved safety by containing the combustible deposition gas mixture in an additional wall of the crucible and maintaining the inert gas in the reactor cavity at a slightly higher pressure than the deposition gas mixture in the crucible.
12 Design that can be easily resized. To provide a larger number of deposition gas mixture inlet nozzles and a larger number of longer deposition cartridges, it is only necessary to increase the planar cross section of the cartridge reactor, and if the height of the deposition cartridge is increased, other cartridge reactor The production capacity of the cartridge reactor can be significantly increased without significant redesign of the parts. Easily changing the magnitude of directional solidification, which would be a challenge with external heating of the molten material, can be achieved by heating and pulling under control the deposition cartridge from the molten silicon.

Claims (2)

化学的気相成長法によって物質を製造する方法において、
a.周囲空間から封止することができる容器を用意する段階と、
b.加熱することができ、前記容器内部に配置することができる析出面を用意する段階と、
c.前記容器に流入する析出ガス混合物の流れを用意する段階であって、前記容器を取り巻く前記空間内を前記析出ガス混合物が流れないようにする段階と、
d.前記容器から流出する排出ガスの流れを用意する段階であって、前記容器を取り巻く前記空間内を前記排出ガスが流れないようにする段階と、
e.前記容器内部に前記析出面を配置し、前記容器を前記周囲空間から封止し、前記析出面を加熱し、前記容器に前記析出ガス混合物を流し込み、前記容器から前記排出ガスを流し出し、その結果、前記物質のクラストが、前記析出面上に析出し、前記容器の空洞容積を実質的に充填する段階と、
f.前記容器に入る前記析出ガス混合物の流れを止めそれをパージし、以下のいずれかの工程で製造サイクルを継続する段階であって、それら工程は、
i.前記析出面が前記析出物質と同じ物質から作られている場合、単に、前記容器を封止解除し、前記物質のクラストで実質的に充填されている前記容器を、以降の処理のために回収する工程、
ii.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ固体製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、それによって、前記析出面との境界面で前記物質の薄い層を液化させ、前記物質のクラストを剥離させる手順、
2.前記容器を封止解除し、前記容器内の前記物質の剥離クラストから前記加熱析出面を引き離す手順、および、
3.前記物質のクラストで実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、
iii.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ融解製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、前記物質が融解するまで前記析出面を前記物質と接触状態に保つ手順、
2.前記容器を封止解除し、前記加熱析出面を前記容器内の前記融解物質から引き離す手順、および、
3.前記融解物質で実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、および、
iv.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ結晶製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、前記物質が融解するまで前記析出面を前記物質と接触状態に保つ手順、
2.前記容器を封止解除し、前記物質に特定の冷却および晶化が行われるように制御された速度で前記融解物質から前記加熱析出面を引き離す手順、および、
3.前記結晶物質で実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、を含む段階と、
から構成されることを特徴とする方法。
In a method for producing a substance by chemical vapor deposition,
a. Providing a container that can be sealed from the surrounding space;
b. Providing a deposition surface that can be heated and disposed within the container;
c. Providing a flow of a deposition gas mixture flowing into the vessel, preventing the precipitation gas mixture from flowing in the space surrounding the vessel;
d. Providing a flow of exhaust gas flowing out of the container, preventing the exhaust gas from flowing in the space surrounding the container;
e. Disposing the deposition surface inside the container, sealing the container from the surrounding space, heating the deposition surface, pouring the deposition gas mixture into the container, pouring the exhaust gas out of the container, As a result, the crust of the material is deposited on the deposition surface and substantially fills the cavity volume of the container;
f. Stopping the flow of the precipitation gas mixture entering the vessel and purging it, and continuing the production cycle with any of the following steps, the steps comprising:
i. If the deposition surface is made of the same material as the deposited material, simply unseal the container and collect the container substantially filled with a crust of the material for subsequent processing. The process of
ii. Where the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced or a combination thereof, and a solid product is desired,
1. Further heating the deposition surface to or above the melting temperature of the material, thereby liquefying a thin layer of the material at the interface with the deposition surface and peeling the crust of the material;
2. Unsealing the container and separating the heated deposition surface from the release crust of the substance in the container; and
3. A step of recovering the container substantially filled with a crust of the substance for subsequent processing;
iii. If the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced or a combination thereof, and a molten product is desired,
1. Further heating the precipitation surface to or above the melting temperature of the material and maintaining the precipitation surface in contact with the material until the material melts;
2. Unsealing the container and separating the heated deposition surface from the molten material in the container; and
3. Recovering the container substantially filled with the molten material for subsequent processing, and
iv. If the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced, or a combination thereof, and a crystalline product is desired,
1. Further heating the precipitation surface to or above the melting temperature of the material and maintaining the precipitation surface in contact with the material until the material melts;
2. Unsealing the vessel and pulling the heated deposition surface away from the molten material at a controlled rate such that the material is specifically cooled and crystallized; and
3. Comprising a step of recovering the container substantially filled with the crystalline material for subsequent processing;
A method comprising:
化学的気相成長法によって物質を製造する方法およびリアクタにおいて、
a.周囲空間から封止することができるリアクタを用意する段階と、
b.前記リアクタ内部に配置することができ、前記リアクタ内部の空間の残りの部分から封止することができる容器を用意する段階と、
c.加熱することができ、前記容器内部に配置することができる析出面を用意する段階と、
d.前記リアクタの外部から前記リアクタ内にある前記容器の内部への析出ガス混合物の流れを用意する段階であって、前記リアクタ内部の前記空間の前記残りの部分内を前記析出ガス混合物が流れないようにする段階と、
e.前記リアクタ内にある前記容器の内部から前記リアクタの外部への排出ガスの流れを用意する段階であって、前記リアクタ内部の前記空間の前記残りの部分内を前記排出ガスが流れないようにする段階と、
f.前記リアクタ内部に前記容器を配置し、前記リアクタを前記周囲空間から封止する段階と、
g.前記析出面を前記容器内部に配置し、前記容器を前記リアクタ内部の前記空間の前記残りの部分から封止する段階と、
h.前記析出面を加熱し、前記容器に前記析出ガス混合物を流し込み、前記容器から前記排出ガスを流し出し、その結果、前記物質のクラストが、前記析出面上に析出し、前記容器の空洞容積を実質的に充填する段階と、
i.前記容器に入る前記析出ガス混合物の流れを止めそれをパージし、以下のいずれかの工程で製造サイクルを継続する段階であって、それら工程は、
i.前記析出面が前記析出物質と同じ物質から作られている場合、単に、前記容器を封止解除し、前記リアクタを封止解除し、前記物質のクラストで実質的に充填されている前記容器を、以降の処理のために回収する工程、
ii.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ固体製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、それによって、前記析出面との境界面で前記物質の薄い層を液化させ、前記物質のクラストを剥離させる手順、
2.前記容器を封止解除し、前記容器内の前記物質の剥離クラストから前記加熱析出面を引き離す手順、および
3.前記リアクタを封止解除し、前記物質のクラストで実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、
iii.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ融解製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、前記物質が融解するまで前記析出面を前記物質と接触状態に保つ手順、
2.前記容器を封止解除し、前記加熱析出面を前記容器内の前記融解物質から引き離す手順、および
3.前記リアクタを封止解除し、前記融解物質で実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、および、
iv.前記析出面が、製造される前記物質より高い融解温度を有する物質またはそれらの組合せから作られており、かつ結晶製品が望まれている場合、
1.前記析出面を前記物質の融解温度まで、またはそれより高くさらに加熱し、それによって、前記析出面との境界面で前記物質の薄い層を液化させ、前記物質のクラストを剥離させる手順、
2.以下のいずれかの処置で前記物質を融解させる手順であって、
それら処置は、
a.前記物質が融解するまで前記加熱析出板を前記物質と接触状態に保つことにより、前記析出面を用いて融解する処置、および
b.前記容器にとっては外部にあるが、前記リアクタにとっては内部にある加熱装置を用いて融解する処置であって、
その融解する処置は、
i.前記容器を封止解除し、前記容器内の前記物質の剥離クラストから前記加熱析出面を引き離すこと、および、
ii.前記容器にとっては外部にあるが、前記リアクタにとっては内部にある前記加熱装置を用いて前記容器内の前記物質を融解すること、からなる処置を含む手順、
さらに、
3.以下のいずれかの処置で前記融解物質を晶化させる手順であって、
それら処置は、
a.前記容器を封止解除し、前記物質に特定の冷却および晶化が行われるように制御された速度で前記融解物質から前記加熱析出面を引き離す処置、
b.前記容器にとっては外部にあるが、前記リアクタにとっては内部にある前記加熱装置によって、前記物質に特定の冷却および晶化が行われるように制御された速度で加熱を行う処置、
c.前記容器にとっては外部にあるが、前記リアクタにとっては内部にある冷却装置を用意し、この冷却装置によって、前記物質に特定の冷却および晶化が行われるように制御された速度で冷却を行う処置、および、
d.前記融解物質内に浸漬し、前記物質に晶化が行われるように制御された速度でそこから引き出す回転式引抜ロッドを用いる処置、を含む手順、および、
さらに、
4.前記リアクタを封止解除し、前記結晶物質で実質的に充填された前記容器を、以降の処理のために回収する手順、からなる工程、
を含む段階と、
から構成されることを特徴とする方法およびリアクタ。
In a method and reactor for producing a substance by chemical vapor deposition,
a. Providing a reactor that can be sealed from the surrounding space;
b. Providing a container that can be placed inside the reactor and can be sealed from the rest of the space inside the reactor;
c. Providing a deposition surface that can be heated and disposed within the container;
d. Preparing a flow of the deposition gas mixture from the outside of the reactor to the inside of the vessel in the reactor, so that the deposition gas mixture does not flow in the remaining portion of the space inside the reactor. And the stage of
e. Preparing a flow of exhaust gas from the interior of the vessel in the reactor to the exterior of the reactor, wherein the exhaust gas is prevented from flowing in the remaining portion of the space within the reactor. Stages,
f. Placing the vessel inside the reactor and sealing the reactor from the surrounding space;
g. Placing the deposition surface inside the vessel and sealing the vessel from the remaining portion of the space inside the reactor;
h. The deposition surface is heated, the deposition gas mixture is poured into the container, and the exhaust gas is poured out from the container, so that the crust of the substance is deposited on the deposition surface, and the cavity volume of the container is increased. Substantially filling, and
i. Stopping the flow of the precipitation gas mixture entering the vessel and purging it, and continuing the production cycle with any of the following steps, the steps comprising:
i. If the deposition surface is made of the same material as the deposited material, simply unsealing the container, unsealing the reactor, and filling the container substantially filled with a crust of the material , A process of collecting for subsequent processing,
ii. Where the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced or a combination thereof, and a solid product is desired,
1. Further heating the deposition surface to or above the melting temperature of the material, thereby liquefying a thin layer of the material at the interface with the deposition surface and peeling the crust of the material;
2. 2. unsealing the container and pulling the heated deposition surface away from the release crust of the substance in the container; A step comprising: unsealing the reactor and recovering the container substantially filled with a crust of the substance for subsequent processing;
iii. If the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced or a combination thereof, and a molten product is desired,
1. Further heating the precipitation surface to or above the melting temperature of the material and maintaining the precipitation surface in contact with the material until the material melts;
2. 2. unsealing the container and pulling the heated deposition surface away from the molten material in the container; Unsealing the reactor and recovering the container substantially filled with the molten material for subsequent processing, and
iv. If the precipitation surface is made of a material having a higher melting temperature than the material to be produced, or a combination thereof, and a crystalline product is desired,
1. Further heating the deposition surface to or above the melting temperature of the material, thereby liquefying a thin layer of the material at the interface with the deposition surface and peeling the crust of the material;
2. A procedure for melting the substance by any of the following procedures,
Those treatments are
a. Treatment to melt using the deposition surface by keeping the heated deposition plate in contact with the material until the material is melted; and
b. A process of melting using a heating device that is external to the vessel but internal to the reactor,
The melting treatment is
i. Unsealing the container, separating the heated deposition surface from the release crust of the substance in the container; and
ii. A procedure comprising melting the substance in the container using the heating device external to the container but internal to the reactor;
further,
3. A procedure for crystallizing the molten material by any of the following treatments:
Those treatments are
a. Treatment to unseal the container and pull the heated deposition surface away from the molten material at a controlled rate so that the material is specifically cooled and crystallized;
b. A treatment that heats the material at a controlled rate such that specific cooling and crystallization occurs by the heating device external to the vessel but internal to the reactor;
c. Prepare a cooling device that is external to the vessel but internal to the reactor and that cools the material at a controlled rate such that specific cooling and crystallization occurs on the material. ,and,
d. A procedure comprising immersing in the molten material and using a rotary pulling rod that draws from the material at a controlled rate such that crystallization occurs; and
further,
4). A step comprising: unsealing the reactor and recovering the container substantially filled with the crystalline material for subsequent processing;
Including a stage,
A method and reactor comprising:
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