KR101096178B1 - Metal core rod with diffusion barrier materials for production system of polysilicon - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재에 있어서, 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘용 금속 심재에 관한 것이다.The present invention relates to a metal core material which is a heating means having an impurity preventing film on its surface, wherein the impurity preventing film comprises boron nitride or carbon nitride. will be.
불순물 방지층이 있는 고융점 금속 심재를 사용하게 되면 직접적으로 전기 가열을 하여 다결정 실리콘을 생산할 수 있기 때문에, 기존 실리콘 심재를 사용할 때 필수적으로 요구되는 예열 장치가 필요 없고, 기존 방법보다 경제적으로 다결정 실리콘을 생산할 수가 있다. 고융점 금속 심재를 사용하여 다결정 실리콘을 생산할 경우 금속 심재의 금속 원소들이 생산된 다결정 실리콘으로 고온 확산되는 현상이 불가피하게 일어나게 되는 문제점을 갖게 된다.The use of high-melting metal cores with impurity barriers allows direct electrical heating to produce polycrystalline silicon, eliminating the need for preheating devices that are essential when using conventional silicon cores. I can produce it. When polycrystalline silicon is produced using a high melting point metal core material, high temperature diffusion of metal elements of the metal core material into the produced polycrystalline silicon will inevitably occur.
그러나, 본 발명에서는 이러한 금속 심재에서 기인하는 오염문제를 해결하고자 금속 심재에 불순물 방지막을 형성시켰으며, 이에 따라서, 금속 심재의 특성은 유지되면서, 금속 심재에 의해 기인되는 오염은 없는 고순도의 다결정 실리콘을 생산할 수 있게 된다.However, in the present invention, in order to solve the contamination problem caused by the metal core material, an impurity prevention film was formed on the metal core material. Accordingly, while maintaining the properties of the metal core material, high purity polycrystalline silicon without contamination caused by the metal core material is maintained. Will be able to produce.
다결정 실리콘, 가열 수단 심재, 불순물 방지막 Polycrystalline Silicon, Heating Means Core, Impurity Prevention Film
Description
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재에 있어서, 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘용 금속 심재에 관한 것이다.The present invention relates to a metal core material which is a heating means having an impurity preventing film on its surface, wherein the impurity preventing film comprises boron nitride or carbon nitride. will be.
불순물 방지층이 있는 고융점 금속 심재를 사용하게 되면 직접적으로 전기 가열을 하여 다결정 실리콘을 생산할 수 있기 때문에, 기존 실리콘 심재를 사용할 때 필수적으로 요구되는 예열 장치가 필요 없고, 기존 방법보다 경제적으로 다결정 실리콘을 생산할 수가 있다. 고융점 금속 심재를 사용하여 다결정 실리콘을 생산할 경우 금속 심재의 금속 원소들이 생산된 다결정 실리콘으로 고온 확산되는 현상이 불가피하게 일어나게 되는 문제점을 갖게 된다.The use of high-melting metal cores with impurity barriers allows direct electrical heating to produce polycrystalline silicon, eliminating the need for preheating devices that are essential when using conventional silicon cores. I can produce it. When polycrystalline silicon is produced using a high melting point metal core material, high temperature diffusion of metal elements of the metal core material into the produced polycrystalline silicon will inevitably occur.
그러나, 본 발명에서는 이러한 금속 심재에서 기인하는 오염문제를 해결하고자 금속 심재에 불순물 방지막을 형성시켰으며, 이에 따라서, 금속 심재의 특성은 유지되면서, 금속 심재에 의해 기인되는 오염은 없는 고순도의 다결정 실리콘을 생 산할 수 있게 된다.However, in the present invention, in order to solve the contamination problem caused by the metal core material, an impurity prevention film was formed on the metal core material. Accordingly, while maintaining the properties of the metal core material, high purity polycrystalline silicon without contamination caused by the metal core material is maintained. Can be produced.
본 발명은 가열 수단으로 사용되는 심재(core rod)를 포함하는 다결정 실리콘(polysilicon) 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불순물 방지막을 갖는 고융점 금속 심재를 포함하는 다결정 실리콘(polysilicon) 제조 장치에 관한 내용이다.The present invention relates to a polycrystalline silicon (polysilicon) manufacturing apparatus comprising a core rod (core rod) used as a heating means, and more particularly to a polycrystalline silicon (polysilicon) manufacturing apparatus comprising a high melting point metal core having an impurity prevention film It is about.
다결정 실리콘은 반도체용 단결정 실리콘과 태양 전지용 단결정 실리콘의 원료로써, 최근 태양 전지의 개발이 가속화 됨에 따라, 태양 전지용 다결정 실리콘의 국산화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Polycrystalline silicon is a raw material of single crystalline silicon for semiconductors and single crystalline silicon for solar cells. As the development of solar cells is recently accelerated, research for localization of polycrystalline silicon for solar cells has been actively conducted.
이러한 다결정 실리콘을 생산하는 방법으로는 통상 알려진 지멘스법에 의해 제조 된다. 지멘스(Siemens)법은 반응기내 바닥 부에 ∩자 모양의 실리콘 심재를 여러 개 설치하고, 이 실리콘 심재를 가열하고, 가열 후 원료 가스를 공급한다. 원료 가스는 고순도로 정제된 트리클로로실란, 사염화 규소 등의 클로로실란류와 수소의 혼합가스를 사용한다. 이러한 원료가스가 반응기내 고온으로 가열된 실리콘 심재 표면에 접촉하게 되고, 그 접촉면에서 반응가스의 열분해 및 수소 환원 반응이 일어나게 되면서 가열된 심재 위에 다결정 실리콘이 석출되게 된다.As a method of producing such polycrystalline silicon, it is usually produced by a known Siemens method. The Siemens method installs a plurality of U-shaped silicon cores at the bottom of the reactor, heats the silicon cores, and supplies the raw material gas after heating. As the source gas, a mixed gas of chlorosilanes such as trichlorosilane and silicon tetrachloride purified with high purity and hydrogen is used. The source gas is brought into contact with the surface of the silicon core heated to a high temperature in the reactor, and the polycrystalline silicon is deposited on the heated core while thermal decomposition and hydrogen reduction of the reaction gas occur at the contact surface.
그러나, 이러한 종래의 장치와 실리콘 심재를 이용하여 실리콘을 생산하게 되면, 초기 높은 비저항 값을 갖는 실리콘의 특성과 이 값이 온도가 높아짐에 따라 급격히 낮아지는 실리콘의 특성에 기인하여 별도의 가열 수단에 의해 심재 실리콘을 일정 온도 이상으로 예열하여 실리콘 비저항값을 충분히 낮춘 다음에 추가 전기 를 가열될 수 있도록 하여야 한다. 따라서, 심재를 기존에 사용되는 실리콘을 사용하게 되면, 심재를 예열하는 별도의 예열 수단이 필수적으로 요구된다는 문제점이 있다.However, when silicon is produced using such a conventional device and a silicon core material, it is possible to provide a separate heating means due to the properties of silicon having an initial high resistivity value and the value of silicon rapidly decreasing as the temperature increases. By preheating the core silicon above a certain temperature, the silicon resistivity is sufficiently lowered so that additional electricity can be heated. Therefore, when using the silicon used in the existing core material, there is a problem that a separate pre-heating means for preheating the core material is required.
따라서, 실리콘 심재를 사용하게 되면 예열 장치비, 예열 운전비 등으로 인해 실리콘 생산에 있어 추가 비용이 들게 된다. 이에 업체들은 보다 경제적으로 실리콘을 생산하기 위한 나름대로의 방안을 내놓고 있다.Therefore, the use of the silicon core material is an additional cost in the production of silicon due to the preheating device costs, preheating operation costs, and the like. As a result, companies are making their own plans to produce silicon more economically.
일본 공개 특허 JP 2002-241120 에 기재되어 있듯이 원료 가스의 공급부 위치 변형으로 지멘스 반응기내에서 생기는 문제점을 해결함으로써 생산 효율을 높이는 방법이 있다. 통상적인 생산 방법은 반응기내 아랫부분에 원료가스를 주입하게 되면, 원료가스가 가열되기 전 반응기내 공급되면서, 공급 노즐 바로 근처에 실리콘 심재가 위치하게 되어, 차고 유속이 빠른 원료 가스가 실리콘 심재에 바로 접촉하게 되어, 표면이 냉각되게 되어 실리콘 결정의 석출이 저해되고, 실리콘 심재의 표면이 요철화되는 단점을 갖게 되어, 석출 효율이 저하되게 된다. 이런 단점을 원료 가스 주입부분을 변형시킴으로써 해결하는 방법이다. 대부분의 특허들이 반응기를 조금 변형하여 생산 효율을 높임으로써 단가를 낮추려는 노력을 한다. 하지만, 이러한 방법은 근본적인 해결책이 되지 못한다. As described in Japanese Laid Open Patent Application JP 2002-241120, there is a method of increasing production efficiency by solving a problem occurring in the Siemens reactor due to the positional change of the supply portion of the source gas. In the conventional production method, when the raw material gas is injected into the lower part of the reactor, the raw material gas is supplied into the reactor before the raw material gas is heated, so that the silicon core material is positioned immediately near the supply nozzle, so that the cold and fast raw material gas is injected into the silicon core material. In direct contact, the surface is cooled, thereby inhibiting precipitation of silicon crystals, and having the disadvantage that the surface of the silicon core material is uneven, thereby lowering the deposition efficiency. This problem is solved by modifying the source gas injection part. Most patents try to lower the unit cost by slightly modifying the reactor to increase production efficiency. However, this method is not a fundamental solution.
현재 사용되는 실리콘 심재를 이용하여 다결정 실리콘을 제조하는 방법은 실리콘 심재를 별도의 가열 수단으로 예열한 다음 심재를 전기 가열하여 다결정 실리콘을 제조하게 된다. 따라서, 초기 장치 비용에서 예열 장치비가 추가되며, 운전 비용 면에서도 예열에 따른 추가 운전 비용이 요구된다.In the method of manufacturing polycrystalline silicon using a silicon core currently used, the polycrystalline silicon is prepared by preheating the silicon core with a separate heating means and then electrically heating the core. Therefore, the preheating device cost is added to the initial device cost, and an additional operating cost according to the preheating is required in terms of the running cost.
금속 심재를 사용하게 되면, 직접적으로 전기 가열을 하여 다결정 실리콘을 생산할 수 있기 때문에, 별도의 예열 장치비 및 추가 운전 비용이 불필요하여, 기존 방법보다 경제적으로 다결정 실리콘을 생산할 수가 있다.When the metal core is used, polycrystalline silicon can be directly produced by electric heating, so that a separate preheating device cost and an additional operation cost are unnecessary, and thus polycrystalline silicon can be produced more economically than the conventional method.
하지만, 금속 심재를 사용하여 다결정 실리콘을 생산할 경우 금속이 생산된 다결정 실리콘이 고온 확산되는 현상이 불가피하게 생겨나게 된다. 따라서, 1961년에 독일 Siemens 사의 미국 등록 특허 (US 3,011,877) 에서 금속 심재가 언급이 되었지만, 이러한 금속에 의한 오염 현상으로 고융점 금속을 심재로 사용하는 것은 실용화되기 힘들었다. 이러한 이유로 다결정 실리콘을 생산하는데 있어서 수십 년간 실리콘 심재만을 사용하게 되었다.However, when the polycrystalline silicon is produced using the metal core material, the phenomenon in which the polycrystalline silicon in which the metal is produced is diffused at high temperature will inevitably occur. Therefore, although metal cores were mentioned in the US registered patent (US 3,011,877) of Siemens, Germany in 1961, the use of high melting point metals as cores was not practical due to the contamination caused by these metals. For this reason, only silicon cores have been used for decades in producing polycrystalline silicon.
대한민국 특허 제10-2006-0045707호에 금속 심재와 분리층으로 구성된 심재에 대해 기술되어 있지만, 단순 물질들의 나열로써, 800 ℃에서 1000 ℃의 반응 온도에서는 분리층이 소멸됨을 실험적으로 확인한 바, 실제 공정에서는 사용되기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 심재의 불순물 방지막에 대한 결정형에 대한 언급이 전혀 없다.Korean Patent No. 10-2006-0045707 describes a core composed of a metal core and a separation layer. However, as an example of simple materials, experimentally confirmed that the separation layer disappears at a reaction temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. There was a problem that it is difficult to use in the process. In addition, there is no mention of the crystalline form of the impurity prevention film of the core material.
그러나, 본 발명에서는 실제 공정에 적용할 수 있는, 심재 및 불순물 방지층을 포함하는 다결정 실리콘 제조장치를 개발하고자 한다.However, the present invention intends to develop a polycrystalline silicon manufacturing apparatus including a core material and an impurity prevention layer, which can be applied to an actual process.
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 금속 심재에 있어서, 상기 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속심재에 관한 것이다.The present invention relates to a metal core material for producing polycrystalline silicon, wherein in the metal core material having an impurity preventing film on its surface, the impurity preventing film is amorphous.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속 심재에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a metal core material for producing polycrystalline silicon, wherein the impurity barrier includes boron nitride or carbon nitride.
더 자세하게는 본 발명은 상기 금속 심재는 몰리브덴의 함량이 10 내지 50 atom%인 텅스텐-몰리브덴 합금을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속 심재에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a metal core for producing polycrystalline silicon, wherein the metal core includes a tungsten-molybdenum alloy having a molybdenum content of 10 to 50 atom%.
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재인 코어수단, 코어수단과 연결된 전극부 및 석출반응기 셸을 포함하는 다결정 실리콘을 제조장치에 있어서, 상기 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘을 제조장치에 관한 것이다.The present invention provides a device for manufacturing polycrystalline silicon comprising a core means, which is a metal core, which is a heating means having an impurity prevention film on its surface, an electrode part connected to the core means, and a precipitation reactor shell, wherein the impurity prevention film is amorphous. It relates to an apparatus for producing polycrystalline silicon.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘을 제조장치에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to an apparatus for manufacturing polycrystalline silicon, wherein the impurity barrier layer is boron nitride or carbon nitride.
또한 본 발명은 전극부를 통해 전기를 공급하여, 표면에 무정형인 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재인 코어수단을 가열하는 단계 석출반응기 셸에 반응가스를 공급하여 상기 코어수단의 표면에 외부방향으로 실리콘을 석출시킴으로써 실리콘 석출부를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention is to supply the electricity through the electrode portion, the step of heating the core means which is a metal core material which is a heating means having an impurity prevention film containing amorphous boron-nitride or carbon-nitride on the surface precipitation It relates to a polycrystalline silicon manufacturing method comprising supplying a reaction gas to the reactor shell to form a silicon precipitate by depositing silicon outward on the surface of the core means.
더 자세하게는 본 발명은 상기 금속 심재는 몰리브덴의 함량이 10 내지 50 atom%인 텅스텐-몰리브덴 합금을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조방법에 대한 것이다.In more detail, the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon, characterized in that the metal core comprises a tungsten-molybdenum alloy having a molybdenum content of 10 to 50 atom%.
금속 심재를 사용하게 되면, 직접적으로 전기 가열을 하여 다결정 실리콘을 생산할 수 있기 때문에, 별도의 예열 장치비 및 추가 운전 비용이 불필요하게 되어, 기존 방법보다 경제적으로 다결정 실리콘을 생산할 수 있다. 그러나, 금속 심재를 사용하여 다결정 실리콘을 생산 할 경우 금속이 생산된 다결정 실리콘이 고온 확산되는 현상이 불가피하게 생겨나게 된다. When the metal core is used, polycrystalline silicon can be directly produced by electric heating, so that a separate preheating device cost and an additional operation cost are unnecessary, and thus polycrystalline silicon can be produced more economically than the conventional method. However, when the polycrystalline silicon is produced using the metal core material, the phenomenon in which the polycrystalline silicon produced with the metal is diffused at a high temperature will inevitably occur.
본 발명에서는 실제 공정에서 사용 가능한 금속 심재에 불순물 방지막을 형성시켰다. 이러한 불순물 방지층이 있는 금속 심재를 사용하여 다결정 실리콘을 생산할 경우, 금속 심재에 기인하는 오염을 방지하게 되어 고순도의 다결정 실리콘을 생산할 수 있게 될 것이다.In the present invention, an impurity prevention film is formed on the metal core that can be used in the actual process. When polycrystalline silicon is produced using the metal core material having such an impurity barrier layer, it is possible to prevent contamination due to the metal core material, thereby producing high-purity polycrystalline silicon.
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 금속 심재에 있어서, 상기 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속심재에 관한 것이다(도 1 참조).The present invention relates to a metal core material for producing polycrystalline silicon, wherein in the metal core material having an impurity prevention film on its surface, the impurity prevention film is amorphous (see FIG. 1).
본 발명에서 사용되는 고융점 금속 심재 위에 형성되는 불순물 방지막으로는 10 nm ~ 10 mm의 두께로 되어 있으며 고온에서 무정형(amorphous)의 상을 갖는 물질이다. 두께가 10 nm 이하인 경우 층의 두께가 너무 얇게 되어 불순물 방지막의 역할을 하기 어려우며, 10 mm 이상인 경우, 불순물 방지막이 열전달 매체처럼 작용하게 되어, 전력 손실이 발생되기 때문이다. 더욱 바람직하게는 20 nm ~ 1 mm 의 범위의 두께를 가지고 800 ℃이상, 더욱 바람직하게는 800 ~ 1000 ℃에서 무정형(amorphous)을 유지할 수 있는 방지막이다.The impurity prevention film formed on the high melting point metal core used in the present invention is a material having a thickness of 10 nm to 10 mm and having an amorphous phase at a high temperature. This is because when the thickness is 10 nm or less, the thickness of the layer becomes too thin to serve as an impurity prevention film. When the thickness is 10 mm or more, the impurity prevention film acts as a heat transfer medium, resulting in power loss. More preferably, it is a protective film having a thickness in the range of 20 nm to 1 mm and capable of maintaining amorphous at 800 ° C or higher, more preferably 800 to 1000 ° C.
불순물 방지막이 결정상(crystal phase)을 갖게 되면, 결정의계면 (boundary path)들이 불순물들이 지나가게 되는 길을 제공하게 되어, 심재의 성분들이 쉽게 확산(diffusion) 투과된다. 따라서, 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 특징을 가짐으로써, 불순물 성분들이 투과될 수 있는 길을 차단하는 것이 바람직하다.When the impurity barrier has a crystal phase, the boundary paths provide a path for impurities to pass through, so that the components of the core can be easily diffused and transmitted. Therefore, it is preferable that the impurity prevention film has an amorphous feature, thereby blocking the way through which impurity components can be transmitted.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속 심재에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a metal core material for producing polycrystalline silicon, wherein the impurity barrier includes boron nitride or carbon nitride.
이는 종래에 알려진 물질의 한두 개의 단순 조합으로는 불가능하게 된다.This is not possible with one or two simple combinations of materials known in the art.
이러한 특징을 지니는 불순물 방지막으로 쓰일 수 있는 물질은 산화물 (oxide), 또는질화물(nitride)이 쓰일 수 있지만, 산화물의 경우 증착된 실리콘 내로 산소가 확산(diffusion)되는 문제점을 갖고 있다. 또한, 일반 금속 성분 또는 실리콘 성분을 포함하는 질화물 (nitride)의 경우 실험 결과 800 ℃에서 질소(nitrogen) 성분이 이탈되어, 800 ℃이상에서 방지막으로서의 역할을 하지 못하고, 층의 무너짐현상이 발생하게 되는 문제점이 있어, 실제 공정에 적용되기 어렵다. 또한, 일반 혼합 금속 질화물의 경우 고온의 열처리에 의해 상 분리 현상이 발생하는 문제점이 발생한다. 또한, 심재 실험에서와 마찬가지로 탄탈륨(Ta) 성분이 혼합되어 있을 경우, 강하게 산소와 결합하려는 성질로 인해, 불순물 방지막이 쉽게 산화되는 문제점이 발생한다.Oxide or nitride may be used as a material that may be used as an impurity prevention layer having such a feature, but oxide has a problem in that oxygen is diffused into deposited silicon. In addition, in the case of a nitride including a general metal component or a silicon component, the nitrogen component is released at 800 ° C., and thus, the film does not function as a prevention film at 800 ° C. or more, and the layer collapse occurs. There is a problem, so it is difficult to apply to the actual process. In addition, in the case of the general mixed metal nitride, there is a problem that a phase separation phenomenon occurs by high temperature heat treatment. In addition, when tantalum (Ta) components are mixed as in the core material test, a problem that the impurity prevention layer is easily oxidized due to the property of strongly bonding with oxygen occurs.
본 발명에서는 이러한 문제점을 극복하고자, 메탈과 질소 성분 외에 원자 입경이 작은 붕소 (B) 또는 탄소 (C) 가 첨가되고, 4 성분 이상으로 이루어진 붕소 질화물(boron-nitride) 및 탄소 질화물(carbon-nitride)을 개발하여, 1000 ℃이상에서도 안정한 불순물 방지층을 개발하였다.In the present invention, in order to overcome this problem, in addition to the metal and nitrogen components, boron (B) or carbon (C) having a small atomic particle diameter is added, and boron-nitride and carbon-nitride having four or more components. ), A stable impurity prevention layer was developed even at 1000 ℃ or higher.
이는 입경이 작은 붕소(B) 또는 탄소(C)가 질화물 (nitride)과 같이 존재함으로써, 층의 조밀도를 향상시킴으로써 고온에서 층에서의 질소의 이탈을 방지하며, 1000 ℃이상에서도 붕소 및 탄소가 박막 내에 결합되어 있는 원자들의 이동성 (mobility)을 줄여 주어 형성된 박막의 안성정 을 증가시켜 주는 역할을 하게 된다. 이러한 금속 심재 위에 불순물 방지막을 형성시키는 방법으로는 스퍼터, CVD, PVD, 증착, 플라즈마 가공법 등이 될 수 있으며, 형성방법에 제한을 두지는 않는다.This is because boron (B) or carbon (C) having a small particle diameter exists together with nitride, thereby improving the density of the layer, thereby preventing the escape of nitrogen from the layer at a high temperature. By reducing the mobility (mobility) of atoms bonded in the thin film to increase the stability of the formed thin film. The method of forming the impurity barrier layer on the metal core material may be sputtering, CVD, PVD, vapor deposition, plasma processing, or the like, and the forming method is not limited.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 백금(Pt), 크롬(Cr), 바나듐(V) 및 레늄(Re) 중 선택된 2가지 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속 심재에 대한 것이다.More specifically, the impurity prevention layer is silicon (Si), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), nickel (Ni), aluminum (Al), zirconium (Zr), platinum (Pt), It relates to a metal core material for producing polycrystalline silicon, further comprising at least two elements selected from chromium (Cr), vanadium (V), and rhenium (Re).
상기 불순물 방지막에는 물성의 향상을 위하여, 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 백금(Pt), 크롬(Cr), 바나듐(V) 및 레늄(Re) 중 선택된 2가지 이상의 원소를 더 포함 할 수 있다. 실리콘의 첨가는 생산물인 실리콘간의 농도 구배를 작게 만들어 주며, 몰리브덴과 텅스텐도 불순물 방지막의 한 성분으로 첨가될 경우, 본 발명에서 선택된 텅스텐-몰리브덴 심재와의 농도 구배를 작게 만들어 주어, 확산 가속력을 낮춰주는 역할을 한다. 또한 나머지 다른 원소들은 높은 융점을 갖으면서 산소에 대한 저항력이 좋아 불순물 방지막으로써, 적합한 물질이다.The impurity prevention layer includes silicon (Si), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), nickel (Ni), aluminum (Al), zirconium (Zr), platinum (Pt), It may further include two or more elements selected from chromium (Cr), vanadium (V) and rhenium (Re). The addition of silicon makes the concentration gradient between the product silicon smaller, and when molybdenum and tungsten are added as a component of the impurity barrier, the concentration gradient with the tungsten-molybdenum core selected in the present invention is reduced, thereby lowering the diffusion acceleration force. Plays a role. In addition, the other elements have a high melting point and good oxygen resistance, and are suitable materials for preventing impurities.
더 자세하게는 본 발명은 상기 금속 심재는 몰리브덴의 함량이 10 내지 50 atom%인 텅스텐-몰리브덴 합금을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조용 금속 심재에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a metal core for producing polycrystalline silicon, wherein the metal core includes a tungsten-molybdenum alloy having a molybdenum content of 10 to 50 atom%.
본 발명에서 심재로 사용되는 물질로는 고융점 금속으로써 융점이 1500 ℃이상이며 비저항 값이 0.1 Wm 이하인 텅스텐 (W)을 주 물질로 이루어져 있고, 몰리브덴 (Mo)이 10 ~ 50 atom%로 첨가된 형태로 된 합금(alloy) 심재이다. 이는, 기존 금속 심재에 대한 특허들에 명시된 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 단독 물질 또는 탄탈륨의 합금의 경우 산소에 대한 저항성이 낮아, 쉽게 산화된다는 단점이 있어, 실제 공정 적용에 어려움이 있다.In the present invention, the material used as the core material is a high melting point metal, which has a melting point of 1500 ° C. or more and a specific resistance of tungsten (W) having a specific resistance of 0.1 Wm or less, and molybdenum (Mo) is added at 10 to 50 atom%. Alloy core in shape. This is because the tantalum (Ta) and molybdenum (Mo) alone or alloys of tantalum specified in the patents for the existing metal core material has a disadvantage of low resistance to oxygen and easily oxidizes, thus making it difficult to apply the actual process.
텅스텐이 다른 금속들보다 고온에서 산소 (oxygen)에 의한 오염이 적어, 심재로써 적당하지만, 텅스텐 단독 물질의 경우 고온에서 갈라짐 현상이 발생하는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 몰리브덴 (Mo) 을 첨가 함으로써, 갈라짐 현상을 완화시킬 수 있으며, 기계적 물성도 단성분으로 된 텅스텐(W) 보다 좋아지게 할 수가 있다. 몰리브덴의 첨가는 10 atom% 이하에서는 고온에서 텅스텐의 갈라짐 현상을 완화시켜 주지 못하며, 50 atom% 이상에서는 몰리브덴에 의해 고온에서 미량의 산소에 의해 오염되는 문제점을 갖게 된다. 더욱 바람직하게는 20 ~ 40 atom%의 몰리브덴의 첨가가 바람직하다. 이는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1에서 잘 보여주고 있다.Tungsten is suitable as a core material because it is less polluted by oxygen at higher temperatures than other metals, but tungsten alone has a disadvantage in that cracking occurs at high temperatures. By adding molybdenum (Mo) to these disadvantages, it is possible to alleviate the cracking phenomenon, and mechanical properties can also be better than tungsten (W) of a single component. The addition of molybdenum does not alleviate the tungsten cracking phenomenon at high temperatures below 10 atom%, and contaminates with trace amounts of oxygen at high temperatures by molybdenum above 50 atom%. More preferably, 20 to 40 atom% molybdenum is added. This is shown well in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
본 발명은 표면에 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재인 코어수단, 코어수단과 연결된 전극부 및 석출반응기 셸을 포함하는 다결정 실리콘을 제조장치에 있어서, 상기 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘을 제조장치에 관한 것이다.The present invention provides a device for manufacturing polycrystalline silicon comprising a core means, which is a metal core, which is a heating means having an impurity prevention film on its surface, an electrode part connected to the core means, and a precipitation reactor shell, wherein the impurity prevention film is amorphous. It relates to an apparatus for producing polycrystalline silicon.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)인 것임을 특징으로 하는 다결정 실리콘을 제조장치에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to an apparatus for manufacturing polycrystalline silicon, wherein the impurity barrier layer is boron nitride or carbon nitride.
본 발명은 종형 또는 벨자형(bell-jar type)과 튜브형 또는 챔버형 등의 형태와 구조에 관계없이 봉 형상의 다결정 실리콘 제조를 목적으로 하는 모든 석출반 응기에 적용될 수 있는데, 상업적으로는 벨자(Bell-jar)형 석출반응기 또는 지멘스(Siemens) 반응기라고도 불리는 종형 석출반응기(이하, '종형 반응기'라 함)가 가장 많이 활용되어오고 있으므로, 본 명세서에서는 이러한 종형 반응기를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.The present invention can be applied to all precipitation reactors for the purpose of producing rod-shaped polycrystalline silicon irrespective of the shape and structure such as bell-shaped or bell-jar type and tubular or chamber type. Bell-jar) type precipitation reactor, also called Siemens reactor (hereinafter referred to as 'type reactor') has been the most utilized, because in this specification will describe the present invention based on this type of reactor Shall be.
이 종형 반응기는 도 7에 개략적으로 예시된 바와 같이 셸(Rs)과 베이스부(Rb)에 의하여 형성된 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에는 다수의 코어단위로 구성된 코어수단(C)이 설치된다. 상기 코어단위는 셸(Rs) 및 베이스부(Rb)의 외부에 설치되는전력공급원(V)으로부터 전력전달수단(T)을 통해 전기가 공급되는 전극부(E)에 의하여 기계적으로 고정되고 전기적으로 상호 연결된다.This vertical reactor has an inner space formed by the shell (Rs) and the base portion (Rb) as schematically illustrated in Figure 7, the inner space is provided with a core means (C) consisting of a plurality of core units. The core unit is mechanically fixed and electrically by an electrode part E supplied with electricity through a power transmission means T from a power supply source V installed outside the shell Rs and the base part Rb. Are interconnected.
소수의 코어단위만이 코어수단에 포함되어 코어단위별로 한 쌍의 전극부에 연결되어 이루어지는 소형 실험실 규모의 석출반응기와 달리, 다결정 실리콘 봉의 상업적 대량 생산의 목적으로 이용되는 재래식 석출반응기에서 코어수단(C)에는 수십 ~ 수백 개의 코어단위들이 포함되고, 이들 코어단위들은 코어요소의 재료성분이나 형태 면에서 서로 동일하다.Unlike a small laboratory scale precipitation reactor in which only a few core units are included in the core means and connected to a pair of electrode units for each core unit, the core means in a conventional precipitation reactor used for commercial mass production of polycrystalline silicon rods ( C) contains tens to hundreds of core units, which are identical to each other in terms of the material composition and form of the core element.
본 발명에서 코어수단(core means)이라 함은 석출반응에 의한 실리콘 석출부 (이하, '석출부'라 함) 형성의 출발점이 되는 기면(substrate)을 이루는 다수의 코어단위(core units)의 집합을 나타낸다. 그리고, 다수의 코어단위들은 직렬 및/또는 병렬형식으로 전기적으로 상호 연결될 수 있고, 각각의 코어단위에서는 실리콘 석출이 거의 동일하게 진행되므로, 본 발명에서는 개별 코어단위별 조작방법이나 현상 및 특성을 코어수단이라는 집합체로 대변하여 설명하기로 한다.In the present invention, the core means is a set of a plurality of core units forming a substrate which is a starting point for forming a silicon precipitate (hereinafter, referred to as a 'precipitated portion') by a precipitation reaction. Indicates. In addition, since a plurality of core units may be electrically interconnected in a series and / or parallel form, and silicon precipitation proceeds substantially the same in each core unit, in the present invention, an operation method, a phenomenon, and a characteristic for each core unit may be changed. It will be described as a collection of means.
상기 코어수단(C)을 실리콘 석출에 필요한 온도 이상으로 전기가열하면서 석출반응기 내부공간에 반응가스를 공급하면, 코어수단(C) 표면에 실리콘이 석출되기 시작하여 코어수단(C) 외부방향, 즉 두께방향으로 석출부(D)가 형성되어 봉 형상의 다결정 실리콘이 제조되는데, 각각의 코어단위는 반응기 운전으로 얻어질 한 세트의 다결정 실리콘 봉의 기본골격이 된다.When the reaction means is supplied to the inner space of the precipitation reactor while the core means C is electrically heated to a temperature higher than that required for the precipitation of silicon, silicon begins to precipitate on the surface of the core means C, so that the core means C is externally oriented. Precipitate (D) is formed in the thickness direction to form a rod-shaped polycrystalline silicon, each core unit is a basic skeleton of a set of polycrystalline silicon rods to be obtained by the reactor operation.
전기가열이 잘 되는 금속요소를 코어수단(C)으로 사용하면, 금속재질의 반응기 셸(Rs) 내부에 석영재질의 벨자(bell-jar)와 별도의 예열수단을 설치하지 않고도 전극부(E)를 통해 전기를 공급하여코어수단(C)을 전기가열방식으로 직접 가열할 수 있으므로, 석출반응기의 구조가 도 7과 같이 간단해질 수 있다.When using a metal element well electric heating as the core means (C), the electrode portion (E) without installing a bell-jar of quartz material and a separate preheating means inside the metal reactor shell (Rs) By supplying electricity through the core means (C) can be directly heated by the electric heating method, the structure of the precipitation reactor can be simplified as shown in FIG.
본 발명에서 사용되는 고융점 금속 심재 위에 형성되는 불순물 방지막으로는 10 nm ~ 10 mm의 두께로 되어 있으며 고온에서 무정형(amorphous) 의 상을 갖는 물질이다. 두께가 10 nm 이하인 경우 층의 두께가 너무 얇게 되어 불순물 방지막의 역할을 하기 어려우며, 10 mm 이상인 경우, 불순물 방지막이 열전달 매체처럼 작용하게 되어, 전력 손실이 발생되기 때문이다. 더욱 바람직하게는 20 nm ~ 1 mm 의 범위의 두께를 가지고 800 ℃이상, 더욱 바람직하게는 800 ~ 1000 ℃에서 무정형(amorphous)을 유지할 수 있는 방지막이다.The impurity prevention film formed on the high melting point metal core used in the present invention is a material having a thickness of 10 nm to 10 mm and having an amorphous phase at a high temperature. This is because when the thickness is 10 nm or less, the thickness of the layer becomes too thin to serve as an impurity prevention film. When the thickness is 10 mm or more, the impurity prevention film acts as a heat transfer medium, resulting in power loss. More preferably, it is a protective film having a thickness in the range of 20 nm to 1 mm and capable of maintaining amorphous at 800 ° C or higher, more preferably 800 to 1000 ° C.
불순물 방지막이 결정상(crystal phase)을 갖게 되면, 결정의 계면 (boundary path)들이 불순물들이 지나가게 되는 길을 제공하게 되어, 심재의 성분들이 쉽게 확산(diffusion) 투과된다. 따라서, 불순물 방지막은 무정형(amorphous)인 특징을 가짐으로써, 불순물 성분들이 투과될 수 있는 길을 차단하 는 것이 바람직하며, 이는 종래에 알려진 물질의 한두 개의 단순 조합으로는 불가능하게 된다.When the impurity barrier has a crystal phase, the boundary paths of the crystals provide a path for impurities to pass through, so that components of the core material are easily diffused and transmitted. Therefore, the impurity prevention film has an amorphous characteristic, and thus it is preferable to block the path through which impurity components can be transmitted, which is impossible with one or two simple combinations of materials known in the art.
이러한 특징을 지니는 불순물 방지막으로 쓰일 수 있는 물질은 산화물 (oxide), 또는 질화물(nitride)이 쓰일 수 있지만, 산화물의 경우 증착된 실리콘 내로 산소가 확산(diffusion)되는 문제점이 있다. 또한, 일반 금속 성분 또는 실리콘 성분을 포함하는 질화물 (nitride) 의 경우 실험 결과 800 ℃에서 질소(nitrogen) 성분이 이탈되어, 800 ℃이상에서 방지막으로서의 역할을 하지 못하고, 층의 무너짐 현상이 발생하게 되는 문제점이 있어, 실제 공정에 적용되기 어렵다. 또한, 일반 혼합 금속 질화물의 경우 고온의 열처리에 의해 상 분리 현상이 발생하는 문제점이 발생한다. 또한, 심재 실험에서와 마찬가지로 탄탈륨(Ta) 성분이 혼합되어 있을 경우, 강하게 산소와 결합하려는 성질로 인해, 불순물 방지막이 쉽게 산화되는 문제점이 발생한다.Oxide or nitride may be used as the material which may be used as the impurity barrier layer having such a feature, but in the case of the oxide, oxygen is diffused into the deposited silicon. In addition, in the case of a nitride including a general metal component or a silicon component, the nitrogen component is released at 800 ° C., and thus the layer does not serve as a barrier film at 800 ° C. or more, and a layer collapse occurs. There is a problem, so it is difficult to apply to the actual process. In addition, in the case of the general mixed metal nitride, there is a problem that a phase separation phenomenon occurs by high temperature heat treatment. In addition, when tantalum (Ta) components are mixed as in the core material test, a problem that the impurity prevention layer is easily oxidized due to the property of strongly bonding with oxygen occurs.
본 발명에서는 이러한 문제점을 극복하고자, 메탈과 질소 성분 외에 원자 입경이 작은 붕소 (B) 또는 탄소 (C) 가 첨가되고, 4 성분 이상으로 이루어진 붕소 질화물 (boron-nitride) 및 탄소 질화물(carbon-nitride)을 개발하여, 1000 ℃ 이상에서도 안정한 불순물 방지층을 개발하였다.In the present invention, in order to overcome this problem, in addition to the metal and nitrogen components, boron (B) or carbon (C) having a small atomic particle diameter is added, and boron-nitride and carbon-nitride having four or more components are added. ), And developed a stable impurity prevention layer even at 1000 ℃ or more.
이는 입경이 작은 붕소(B) 또는 탄소(C)가 질화물 (nitride)과 같이 존재함으로써, 층의 조밀도를 향상시킴으로써 고온에서 층에서의 질소의 이탈을 방지하며, 1000 ℃이상에서도 붕소 및 탄소가 박막 내에 결합되어 있는 원자들의 이동성 (mobility)을 줄여 주어 형성된 박막의 안성정 을 증가시켜 주는 역할을 하게 된 다. 이러한 금속 심재 위에 불순물 방지막을 형성시키는 방법으로는 스퍼터, CVD, PVD, 증착, 플라즈마 가공법 등이 될 수 있으며, 형성방법에 제한을 두지는 않는다.This is because boron (B) or carbon (C) having a small particle diameter exists together with nitride, thereby improving the density of the layer, thereby preventing the escape of nitrogen from the layer at a high temperature. By reducing the mobility (mobility) of atoms bonded in the thin film to increase the stability of the formed thin film. The method of forming the impurity barrier layer on the metal core material may be sputtering, CVD, PVD, vapor deposition, plasma processing, or the like, and the forming method is not limited.
더 자세하게는 본 발명은 상기 불순물 방지막은 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 백금(Pt), 크롬(Cr), 바나듐(V), 레늄(Re) 중 2가지 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조장치에 대한 것이다.More specifically, the impurity prevention layer is silicon (Si), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), nickel (Ni), aluminum (Al), zirconium (Zr), platinum (Pt), The present invention relates to a polycrystalline silicon manufacturing apparatus further comprising two or more elements of chromium (Cr), vanadium (V), and rhenium (Re).
더 자세하게는 본 발명은 상기 금속 심재는 몰리브덴의 함량이 10 내지 50 atom%인 텅스텐-몰리브덴 합금을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 다결정 실리콘 제조장치에 대한 것이다.In more detail, the present invention relates to a polycrystalline silicon manufacturing apparatus, characterized in that the metal core comprises a tungsten-molybdenum alloy having a molybdenum content of 10 to 50 atom%.
본 발명에서 심재로 사용되는 물질로는 고융점 금속으로써 융점이 1500 ℃ 이상이며 비저항 값이 0.1 Wm 이하인 텅스텐 (W)을 주 물질로 이루어져 있고, 몰리브덴 (Mo)이10 ~ 50 atom%로 첨가된 형태로 된 합금(alloy) 심재이다. 이는, 기존 금속 심재에 대한 특허들에 명시된 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 단독 물질 또는 탄탈륨의 합금의 경우 산소에 대한 저항성이 낮아, 쉽게 산화된다는 단점이 있어, 실제 공정 적용에 어려움이 있다.In the present invention, the material used as the core material is a high melting point metal, which has a melting point of 1500 ° C. or more and a specific resistance of tungsten (W) having a specific resistance of 0.1 Wm or less, and molybdenum (Mo) is added at 10 to 50 atom%. Alloy core in shape. This is because the tantalum (Ta) and molybdenum (Mo) alone or alloys of tantalum specified in the patents for the existing metal core material has a disadvantage of low resistance to oxygen and easily oxidizes, thus making it difficult to apply the actual process.
텅스텐이 다른 금속들보다 고온에서 산소 (oxygen)에 의한 오염이 적어, 심재로써 적당하지만, 텅스텐 단독 물질의 경우 고온에서 갈라짐 현상이 발생하는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 몰리브덴 (Mo) 을 첨가 함으로써, 갈라짐 현상을 완화시킬 수 있으며, 기계적 물성도 단성분으로 된 텅스텐(W) 보다 좋아지게 할 수가 있다. 몰리브덴의 첨가는 10 atom% 이하에서는 고온에서 텅스텐의 갈라짐 현상을 완화시켜 주지 못하며, 50 atom% 이상에서는 몰리브덴에 의해 고온에서 미량의 산소에 의해 오염되는 문제점을 갖게 된다. 더욱 바람직하게는 20 ~ 40 atom%의 몰리브덴의 첨가가 바람직하다.Tungsten is suitable as a core material because it is less polluted by oxygen at higher temperatures than other metals, but tungsten alone has a disadvantage in that cracking occurs at high temperatures. By adding molybdenum (Mo) to these disadvantages, it is possible to alleviate the cracking phenomenon, and mechanical properties can also be better than tungsten (W) of a single component. The addition of molybdenum does not alleviate the tungsten cracking phenomenon at high temperatures below 10 atom%, and contaminates with trace amounts of oxygen at high temperatures by molybdenum above 50 atom%. More preferably, 20 to 40 atom% molybdenum is added.
또한 본 발명은 전극부를 통해 전기를 공급하여, 표면에 무정형인 붕소 질화물(boron-nitride) 또는 탄소 질화물(carbon-nitride)을 포함하는 불순물 방지막을갖는 가열수단인 금속 심재인 코어수단을 가열하는 단계 석출반응기 셸에 반응가스를 공급하여 상기 코어수단의 표면에 외부방향으로 실리콘을 석출시킴으로써 실리콘 석출부를 형성시키는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention is the step of heating the core means, which is a metal core material, which is a heating means having an impurity prevention film containing amorphous boron nitride or carbon nitride on the surface by supplying electricity through the electrode part. And supplying a reaction gas to the reactor shell to precipitate silicon outward on the surface of the core means to form a silicon precipitate.
더 자세하게는 본 발명은 상기 금속 심재는 몰리브덴의 함량이 10 내지 50 atom%인 텅스텐-몰리브덴 합금을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로하는 다결정 실리콘 제조방법에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon, characterized in that the metal core comprises a tungsten-molybdenum alloy having a molybdenum content of 10 to 50 atom%.
이하는 본 발명의 실시예를 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1. 텅스텐-몰리브덴 합금인 금속 심재Example 1 Metal Core Material of Tungsten-Molybdenum Alloy
실리콘 웨이퍼 위에 심재 성분인 텅스텐과 몰리브덴이 60: 40 atom%가 되도록 스퍼터 장치를 이용하여 층을 형성하였다.A layer was formed on the silicon wafer using a sputtering device such that tungsten and molybdenum, which are core materials, were 60: 40 atom%.
실시예 2. W-Si-B-N인 방지막 텅스텐-몰리브덴 합금 금속 심재Example 2 W-Si-B-N Phosphorus Tungsten-Molybdenum Alloy Metal Core Material
실리콘 웨이퍼 위에 W-Si-B-N층을 200 nm 두께로 스퍼터 장치를 이용하여 형성시키고, 잔여 산소를 없애기 위해 800 ℃에서 환원 처리를 하였다. X-선 회절 분석을통해 제조된 W-Si-B-N의 800 ℃에서의 결정성을 분석하였다. 도 4에서와 같이 제조된 방지막은 특정 Peak이 나타나지 않았으며, 무정형임을 알 수 있었다.A W-Si-B-N layer was formed on the silicon wafer using a sputtering device to a thickness of 200 nm and subjected to a reduction treatment at 800 ° C. to remove residual oxygen. The crystallinity of the prepared W-Si-B-N at 800 ° C. was analyzed through X-ray diffraction analysis. As shown in FIG. 4, the protective film prepared as shown in FIG. 4 did not show a specific peak and was amorphous.
제조된 붕소-질화 방지막 위에 텅스텐-몰리브덴 층을 형성시켜, 실리콘/W-Si-B-N/텅스텐-몰리브덴으로 이루어진 층을 제조하였다.A tungsten-molybdenum layer was formed on the prepared boron-nitride film to prepare a layer made of silicon / W-Si-B-N / tungsten-molybdenum.
비교예 1. 텅스텐인 금속 심재Comparative Example 1. Tungsten Metal Core Material
심재 성분을 텅스텐 단독 물질로 하여 형성시킨 점을 제외하고 실시예 1과 동일하게 층을 제조하였다.A layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core component was formed of tungsten alone.
비교예 2. W-Si-N인 방지막 텅스텐-몰리브덴 합금 금속 심재Comparative Example 2. W-Si-N Phosphorus Tungsten-Molybdenum Alloy Metal Core Material
불순물 방지막을 W-Si-N의 성분으로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 층을 제조하였다. 도 4의 X-선 회절 분석 결과에서 볼 수 있듯이, 제조된 W-Si-N의 경우 800 ℃에서 환원 처리에 의해 결정성을 나타내는 피크가 나타났다. 이는 질화 방지막이 800 ℃에서 결정화 되었음을 알려준다.A layer was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the impurity preventing film was deposited as a component of W-Si-N. As can be seen from the X-ray diffraction analysis result of FIG. 4, the prepared W-Si-N showed a peak indicating crystallinity by reduction treatment at 800 ° C. This indicates that the anti-nitride film was crystallized at 800 ° C.
시험예 1. 금속 심재의 고온 안정성 시험Test Example 1. High Temperature Stability Test of Metal Core Material
실시예 1의 제조된 금속 심재를 수소 환원 분위기에서 800 ℃로 환원 처리하였으며, 전자 현미경을 통해 층을 확인하였다. 도 2에 나타난 바에 따르면 층이 고온에서도 깨짐 현상 없이 유지되고 있다는 것을 확인할 수가 있었다.The prepared metal core of Example 1 was reduced at 800 ° C. in a hydrogen reducing atmosphere, and the layer was confirmed by an electron microscope. As shown in FIG. 2, it was confirmed that the layer was maintained without cracking even at a high temperature.
비교예 1의 제조된 금속 심재를 수소 환원 분위기에서 800 ℃로 환원 처리하였으며, 전자 현미경을 통해 층을 확인한 결과 도 3에 나타난 바와 같이 관찰 결과 텅스텐 단독 물질로 존재 시 고온에서 깨짐 현상이 발생한다는 것을 주사 현미경을 통하여 관찰할 수 있었다.The prepared metal core of Comparative Example 1 was reduced to 800 ° C. in a hydrogen reducing atmosphere, and the layer was confirmed by electron microscopy. As shown in FIG. Observation was possible through a scanning microscope.
시험예 2. 불순물 방지막의 고온 안정성 시험Test Example 2 High Temperature Stability Test of Impurity Prevention Film
도 5-a에 나타난 바와 같이 전자 현미경을 통하여 실시예 2의 불순물 방지막의 안정성을 확인하였다. 실시예 2의 제조된 금속 심재를 수소 환원 분위기에서 1000 ℃의 고온에서 환원 처리하였다. 도면 5-b의 주사 현미경 사진에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 의해 이루어진 불순물 방지층을 갖는 물질로 이루어진 층은 고온에서도 안정하게 존재함을 확인할 수 있었다.As shown in Fig. 5-a, the stability of the impurity barrier film of Example 2 was confirmed through an electron microscope. The prepared metal core of Example 2 was subjected to a reduction treatment at a high temperature of 1000 ° C. in a hydrogen reduction atmosphere. As can be seen in the scanning micrograph of Figure 5-b, the layer made of a material having an impurity prevention layer made by the present invention was confirmed to exist stably even at high temperatures.
도 6-a에 나타난 바와 같이 전자 현미경을 통하여 비교예 2의 불순물 방지막을 확인하였다. 도면 6-b의 현미경 사진에 따르면, 1000 ℃ 열처리에 의해 형성된 W-Si-N/텅스텐-몰리브덴 층이 사라져버렸고, 실리콘 내부로 불순물이 확산됨을 주사현미경 사진을 통하여 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 6-a, the impurity prevention film of Comparative Example 2 was confirmed through an electron microscope. According to the micrograph of FIG. 6-b, the W-Si-N / tungsten-molybdenum layer formed by the 1000 ° C. heat treatment disappeared, and it was confirmed through scanning micrographs that impurities diffused into the silicon.
도 1은 본 발명의 불순물 방지막을 갖는 금속 심재의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a metal core having an impurity preventing film of the present invention.
도 2는 본 발명의 실리콘 위에 텅스텐-몰리브덴 (W-Mo) 금속 심재를 800 ℃ 열처리 후 관찰한 전자 현미경 사진이다.Figure 2 is an electron micrograph of the tungsten-molybdenum (W-Mo) metal core on the silicon of the present invention after 800 ℃ heat treatment.
도 3은 실리콘 위에 텅스텐 금속 심재를 800 ℃ 열처리 후 (a) 단면과 (b) 위에서 관찰한 전자 현미경 사진이다.3 is an electron micrograph of (a) cross section and (b) observed after 800 ° C. heat treatment of a tungsten metal core on silicon.
도 4는 불순물 방지막인 붕소 질화물(W-Si-B-N)과 질화물(W-Si-N)의 800 ℃ 열 처리 후 X-선 회절 분석 결과이다.4 is an X-ray diffraction analysis result after 800 ° C. heat treatment of boron nitride (W-Si-B-N) and nitride (W-Si-N), which are impurity barrier films.
도 5는 (a) 불순물 방지막으로 붕소 질화물 (boron-nitride) 막을 갖는 금속 심재 위에 실리콘이 형성되어 있는 전자 현미경 사진이다. (b) 상기 (a) 를 1000 ℃ 열처리 후 전자현미경 사진이다.FIG. 5 is an electron micrograph in which silicon is formed on a metal core having a boron nitride film as a (a) impurity prevention film. (b) The said (a) is an electron micrograph after 1000 degreeC heat processing.
도 6는 (a) 불순물 방지막으로 질화물 (nitride)막을 갖는 금속 심재 위에 실리콘이 형성되어 있는 전자 현미경 사진이다. (b) 상기 (a) 를 1000 ℃ 열처리 후 전자 현미경 사진6 is an electron micrograph in which silicon is formed on a metal core having a nitride film as (a) an impurity prevention film. (b) Electron micrograph after heat-processing (a) above 1000 degreeC
도 7은 표면에 불순물 방지막을 갖는 가열수단인 금속 심재인 코어수단, 코어수단과 연결된 전극부 및 석출반응기 셸을 포함하는 다결정 실리콘을 제조장치7 is an apparatus for manufacturing polycrystalline silicon including a core means, which is a metal core, which is a heating means having an impurity prevention film on its surface, an electrode part connected to the core means, and a precipitation reactor shell;
[도면의 주요 부분에 대한 부호 설명][Description of symbols on the main parts of the drawings]
1: 텅스텐-몰리브덴 심재 2: 불순물 방지막1: tungsten-molybdenum core material 2: impurity prevention film
3: 실리콘(Si) 층 4: 텅스텐-몰리브덴 (W-Mo) 층3: silicon (Si) layer 4: tungsten-molybdenum (W-Mo) layer
5: 텅스텐 (W) 층 5: tungsten (W) layer
6: 텅스텐-실리콘-붕소-질화 (W-Si-B-N) 층6: tungsten-silicon-boron-nitride (W-Si-B-N) layer
7: 텅스텐-실리콘-질화 (W-Si-N) 층7: tungsten-silicon-nitride (W-Si-N) layer
C: 코어수단 D: 석출부C: core means D: precipitation part
E: 전극부 Nf: 가스공급부E: electrode portion Nf: gas supply portion
No: 가스배출부 Rb: 석출반응기 베이스부No: gas discharge part Rb: precipitation reactor base part
Rs: 석출반응기 셸 T: 전력전달수단 Rs: Precipitation Reactor Shell T: Power Transmission Means
V: 전력공급원V: power supply
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