KR101151272B1 - The manufacture device for producing high-purity silcon - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체용 실리콘의 원료 또는 태양 전지용 실리콘의 원료로 사용되는 고순도 다결정 실리콘 제조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high purity polycrystalline silicon manufacturing apparatus used as a raw material of silicon for semiconductors or as a raw material of silicon for solar cells.
본 발명의 고순도 다결정 실리콘 제조장치는 고체의 요오드를 가열해서 요오드화가스로 생성하는 요오드화가스 생성장치; 상기 요오드화가스를 제1금속실리콘과 반응시켜 4요오드화실리콘가스를 생성하는 4요오드화실리콘가스 생성장치; 상기 4요오드화실리콘가스를 4요오드화실리콘액체로 생성하는 4요오드화실리콘액체 생성장치; 상기 4요오드화실리콘액체에 포함된 불순물을 분리하여 정제하여 정제된 4요오드화실리콘액체를 생성하는 정제장치; 상기 4요오드화실리콘액체를 제2금속실리콘과 실리콘시드와 순차로 반응시켜 고순도다결정실리콘을 석출하는 실리콘석출장치를 포함하여 구성된다.The high purity polycrystalline silicon production apparatus of the present invention comprises: an iodide gas generating device for heating solid iodine to produce iodide gas; A silicon iodide gas generating device which generates the silicon iodide gas by reacting the iodide gas with a first metal silicon; A silicon iodide liquid generating device for producing the silicon iodide gas as a silicon iodide liquid; A refining apparatus for separating and purifying impurities contained in the silicon iodide liquid to produce purified silicon iodide liquid; And a silicon precipitation device for depositing high purity polysilicon by sequentially reacting the silicon tetraiodide liquid with the second metal silicon and the silicon seed.
본 발명에 의해 실온에서 고체상태를 유지하는 화합물 형태를 취해 취급이 용이하며 외부와 인체에 미치는 독성의 피해를 최소화할 수 있고, 또한, 반복 생산공정을 통해 전자급에 사용될 수 있을 정도의 고순도 다결정 실리콘이 제공된다.The present invention takes the form of a compound that maintains a solid state at room temperature, which is easy to handle, minimizes the damage of toxicity to the outside and the human body, and is a high purity polycrystal that can be used in electronic grade through a repeated production process. Silicon is provided.
실리콘, 태양광, 태양전지, 폴리실리콘, 지멘스 Silicon, Photovoltaic, Solar Cells, Polysilicon, Siemens
Description
본 발명은 반도체용 실리콘의 원료 또는 태양 전지용 실리콘의 원료로 사용되는 고순도 다결정 실리콘 제조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high purity polycrystalline silicon manufacturing apparatus used as a raw material of silicon for semiconductors or as a raw material of silicon for solar cells.
그린에너지 사용이 확대됨에 따른 태양광에너지에 대한 관심의 증폭과 함께 태양 전지의 원료로 사용되는 고순도 실리콘의 수요도 증가하고 있다.As the use of green energy expands, the demand for high-purity silicon used as a raw material for solar cells is increasing along with amplification of interest in solar energy.
그러나 태양전지의 원료가 되는 고순도 실리콘을 생산하기 위해선 종래의 복잡한 방식과 고도의 진공시스템이 필요하고, 또한 유해한 부산물의 처리를 위한 비용이 공개되지 않을 정도의 많은 비용이 든다.However, the production of high purity silicon, which is the raw material of solar cells, requires a complicated method and a high degree of vacuum system, and the cost of treating harmful by-products is not disclosed.
태양전지 시장은 그간 MG실리콘에 염소를 사용하여 TCS (SiHCl₃), STC(SiCl₄)나 H수소를 이용한 염소치환공정을 추가하여 생산된 모노실란(SiH₄)등에 의해 생산되어 왔으며 필연적으로 염소와 수소의 화학적 특성에 따른 여러가지 위험물(강력한 부식 및 폭발성 포리머 생성)등의 문제점을 지속적으로 안고 있었으며, 누출시에는 기체상태로 존재하여 위험요소를 즉시 파악하고 제거하는데 어려움때문에 많은 연구가 있어왔다.The solar cell market has been produced by monosilane (SiH₄) produced by adding chlorine substitution process using TCS (SiHCl₃), STC (SiCl₄) or H hydrogen using chlorine to MG silicon. There have been many problems such as dangerous substances (strong corrosion and explosive polymer production) according to chemical properties, and there have been many studies because of the difficulty in immediately identifying and removing hazards as they exist in gaseous state when leaking.
최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 금속급 실리콘의 용해에 의한 정제, 방향성 응고를 통한 재결정에 의한 금속급 실리콘의 정화 방법 등 유효한 방법들이 개량되고 있으나 전망이 밝은 것만은 아니다.Recently, in order to solve these problems, effective methods such as purification by dissolution of metal grade silicon and purification of metal grade silicon by recrystallization through directional solidification have been improved, but the prospects are not bright.
한국 공개특허공보 10-2008-0068735에는 도가니의 외벽면 외측에는 도가니 내의 용융 실리콘을 직접 전자 유도 가열하는 기능을 갖는 직접 전자 유도 가열 수단이 설치되어 있으며, 상기 도가니는, 적어도 직접 전자 유도 가열 수단으로의 비통전 시에 용융 실리콘이 도가니 내벽면과 접촉하는 영역이 내산화성 재료로 이루어진 고순도 실리콘 제조장치가 공개되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-0068735 is provided with a direct electromagnetic induction heating means having a function of directly inducing heating the molten silicon in the crucible outside the outer wall surface of the crucible, the crucible being at least a direct electromagnetic induction heating means. A high purity silicon manufacturing apparatus is disclosed in which a region where molten silicon is in contact with a crucible inner wall surface at the time of non-energization is made of an oxidation resistant material.
한국 공개특허공보 10-2008-0085716에는 실리콘 염화물의 기화기, 아연의 용융 증발기, 외주면에 가열 수단이 구비된 종형 반응기, 실리콘 염화물의 기화기와 종형 반응기 사이를 접속하도록 배치되고 실리콘 염화물의 기화기로부터 공급되는 실리콘 염화물 가스를 종형 반응기 내에 공급하는 실리콘 염화물 가스 공급노즐, 아연의 용융 증발기와 종형 반응기 사이를 접속하도록 배치되고 아연의 용융 증발기로부터 공급되는 아연 가스를 종형 반응기 내에 공급하는 아연 가스 공급 노즐, 및 종형 반응기에 접속된 배기가스 배출 파이프를 포함하고, 아연의 용융증발기는 증발기, 증발기의 상부에 접속된 주종 통부, 주종 통부의 내측에 삽입된 고형분 분리 파이프, 고형분 분리 파이프에 경사지게 접속된 아연도입용 파이프, 고형분 분리 파이프의 하단 개구부를 감싸도록 배치되고 고형분 분리 파이프의 바닥Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-0085716 discloses a vaporizer of silicon chloride, a melt evaporator of zinc, a vertical reactor with heating means on its outer surface, a vaporizer of silicon chloride and a reactor connected to the vertical reactor, A silicon chloride gas supply nozzle for supplying silicon chloride gas into the vertical reactor, a zinc gas supply nozzle arranged to connect between the molten evaporator of zinc and the vertical reactor and supplying the zinc gas supplied from the molten evaporator of zinc into the vertical reactor, and the vertical type An exhaust gas discharge pipe connected to the reactor, and the zinc melt evaporator is an evaporator, a main tube connected to the upper part of the evaporator, a solid separation pipe inserted inside the main bell tube, a zinc introduction pipe connected obliquely to the solid separation pipe. Opening of solid separation pipe Arranged to surround the pipe and the bottom of the solids separation
면을 구성하는 실 포트, 주종 통부의 외주면에 장착되고 온도 조정이 가능한 유도 가열 장치, 및 증발기의 측벽에 접속된 가스 배출용 파이프로 이루어진 고순도 다 결정 실리ㅋ콘의 제조장치 및 제조방법이 공개되어 있다.The manufacturing apparatus and manufacturing method of high purity polysilicon are composed of a seal port constituting the surface, an induction heating device mounted on the outer circumferential surface of the main slave tube and adjustable in temperature, and a gas discharge pipe connected to the side wall of the evaporator. have.
그러나, 상기와 같은 기존의 실리콘 제조장치는 많은 재순환 공정과 장시간의 취급시간이 필요하며 원가효율의 문제점가 있다.However, the conventional silicon manufacturing apparatus as described above requires many recycling processes and a long handling time, and has a problem of cost efficiency.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실온에서 고체상태를 유지하는 화합물 형태를 취해 취급이 용이하며 외부와 인체에 미치는 독성의 피해를 최소화할 수 있고, 또한, 반복 생산공정을 통해 전자급에 사용될 수 있을 정도의 고순도 다결정 실리콘을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve such a problem, taking the form of a compound that maintains a solid state at room temperature, easy to handle and minimize the damage of toxic effects on the outside and the human body, and also through a repeated production process To provide a high purity polycrystalline silicon that can be used in electronic grade.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고순도 실리콘 제조장치는 외부로부터 투입되는 고체의 요오드를 가열해서 요오드화가스로 생성하는 요오드화가스 생성장치; 상기 요오드화가스 생성장치로부터 이송되는 요오드화가스를 가열중인 제1금속실리콘과 반응시켜 4요오드화실리콘가스를 생성하는 4요오드화실리콘가스 생성장치; 상기 4요오드화실리콘가스 생성장치로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스의 온도를 하강시켜 4요오드화실리콘액체를 생성하는 4요오드화실리콘액체 생성장치;상기 4요오드화실리콘액체 생성장치로부터 이송되는 4요오드화실리콘액체를 가열하여 가스화한 후 증기 상태에서 불순물을 분리하여 정제하고 냉각시켜 정제된 4요오드화실리콘액체를 생성하는 정제장치; 상기 정제장치로부터 이송되는 정제된 4요오드화실리콘액체를 가열하여 가스화한 후 가열중인 제1금속실리콘과 동일한 원료의 제2금속실리콘과 반응시켜 2요오드화실리콘가스를 생성하고, 그 생성된 2요오드화실리콘가스를 가열중인 실리콘시드와 반응시켜 고순도다결정실리콘을 석출하는 실리콘석출장치를 포함하여 구성된다.The high purity silicon production apparatus of the present invention for achieving the above object is an iodide gas generating device for heating the solid iodine introduced from the outside to generate the iodide gas; A silicon iodide generating device for producing silicon tetraiodide by reacting the iodide gas transferred from the iodide gas generating device with the heating first metal silicon; A silicon iodide liquid generating device for producing a silicon iodide liquid by lowering the temperature of the silicon iodide gas transported from the silicon iodide gas generating device; heating the silicon iodide liquid transferred from the silicon iodide liquid generating device A purifying apparatus for separating and purifying impurities in a vapor state after gasification and cooling and cooling the purified silicon iodide liquid; The purified silicon iodide liquid transferred from the refining apparatus is heated and gasified, and then reacted with a second metal silicon of the same raw material as the first metal silicon being heated to produce a silicon iodide gas, and the produced silicon iodide gas. And a silicon precipitation device for reacting with the heating silicon seed to precipitate high purity polycrystalline silicon.
상기 요오드화가스 생성장치는 요오드투입구로부터 투입되는 고체의 요오드를 제1히터로 가열하여 요오드화가스로 생성하는 제1반응로와, 제1반응로의 기압을 조절하는 제1진공펌프라인과, 제1반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제1아르곤가스주입라인으로 이루어지도록 한다.The apparatus for generating an iodide gas includes a first reactor for heating solid iodine introduced from an iodine inlet with a first heater to generate an iodide gas, a first vacuum pump line for adjusting an air pressure of the first reactor, and a first vacuum pump line. The first argon gas injection line for injecting argon gas into the reactor.
상기 4요오드화실리콘가스 생성장치는 제1금속실리콘투입구로부터 투입되는 제1금속실리콘을 제2히터로 가열하고, 요오드화가스 생성장치로부터 이송되는 요오드화가스와 반응시켜 4요오드화실리콘가스를 생성하는 제2반응로와, 제2반응로의 기압을 조절하는 제2진공펌프라인과, 제2반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제2아르곤가스주입라인으로 이루어지도록 한다.The silicon iodide gas generator is a second reaction that generates silicon iodide gas by heating the first metal silicon introduced from the first metal silicon inlet with a second heater and reacting with the iodide gas transferred from the iodide gas generator. The furnace, a second vacuum pump line for adjusting the air pressure of the second reactor, and a second argon gas injection line for injecting argon gas into the second reactor.
상기 4요오드화실리콘액체 생성장치는 금속실리콘분리기와, 요오드불순물분리기와, 요오드가스분리기로 이루어져 4요오드화실리콘가스 생성장치로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스가 금속실리콘분리기와, 요오드불순물분리기와, 요오드가스분리기를 통과하며 점진적으로 온도를 하강시켜 요오드화가스와 4요오드화실리콘액체를 생성하며, 상기 요오드화가스는 요오드화가스 생성장치로 회수되도록 이루어지도록 한다.The silicon iodide liquid generator comprises a metal silicon separator, an iodine impurity separator, and an iodine gas separator, wherein the silicon iodide gas transferred from the silicon iodide gas generator is a metal silicon separator, an iodine impurity separator, and an iodine gas separator. The temperature is gradually lowered to pass through to generate the iodide gas and the silicon iodide liquid, and the iodide gas is made to be recovered to the iodide gas generating device.
정제장치는 제3반응로와 증류탑으로 이루어지며, 제3반응로는 4요오드화실리콘액체 생성장치로부터 이송되는 4요오드화실리콘액체를 가스화하기 위한 제3히터와, 제3반응로의 기압을 조절하는 제3진공펌프라인과, 제3반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제3아르곤가스주입라인으로 이루어지며, 상기 증류탑은 제3반응로에서 이송되는 4요오드화실리콘가스를 포함하는 가스에서 순수 요오드로 분류한 후, 수집하기 위한 제1수집통과, 요오드화보론으로 분류한 후, 수집하기 위한 제2수집통과, 4요오드화실리콘으로 분류한 후, 수집하기 위한 제3수집통과, 요오드화탄소로 분류한 후, 수집하기 위한 제4수집통과, 요오드화알루미늄으로 분류한 후, 수집하기 위한 제5수집통으로 이루어지도록 한다.The purification apparatus includes a third reactor and a distillation column, and the third reactor is a third heater for gasifying the silicon iodide liquid transferred from the silicon iodide liquid generating device, and an agent for adjusting the air pressure in the third reactor. It consists of a three vacuum pump line, and a third argon gas injection line for injecting argon gas into the third reactor, the distillation column is classified as pure iodine in the gas containing silicon iodide gas transferred from the third reactor. After that, it is classified into a first collection passage for collecting and boron iodide, and then classified into a second collection passage for collecting and silicon iodide, and then classified into a third collecting passage for collecting and carbon iodide, and then collected. And a fourth collector for sorting, and a fifth collector for sorting after being classified into aluminum iodide.
또, 정제장치는 정제과정에서 생성되는 요오드화불순물을 재활용하도록 폐처리장치가 더 설치됨이 바람직하다.In addition, it is preferable that the purification apparatus further includes a waste treatment apparatus for recycling the iodide impurities generated during the purification process.
또, 폐처리장치는 고체산화로와, 액체산화로 이루어지며, 고체산화로는 요오드화불순물과 실리카를 혼합하여 투입하도록 한 실리카혼합기와, 실리카와 혼합된 요오드화불순물을 가열하기 위한 제1산소가열토치와, 산화과정에서 발생되는 요오드를 가스화 상태로 수집하여 회수하도록 한 제1요오드가스수집기와, 산화 후, 발생되는 고체상태의 폐기물을 수집하는 제1폐기물수집기로 이루어지며, 상기 액체산화로는 고체산화로에서 고체상태의 폐기물로 미처리된 액체 상태의 폐기물을 가열하기 위한 제2산소가열토치와, 산화과정에서 발생되는 요오드를 가스화 상태로 수집하여 회수하도록 한 제2요오드가스수집기와, 산화 후, 발생되는 액체상태의 폐기물을 수집하는 제2폐기물수집기로 이루어지도록 한다.In addition, the waste treatment apparatus comprises a solid oxidation furnace and a liquid oxidation furnace, a solid state oxidation furnace, a silica mixer for mixing and injecting iodide impurities and silica, and a first oxygen heating torch for heating the iodide impurities mixed with silica. And a first iodine gas collector configured to collect and recover iodine generated during the oxidation process in a gasified state, and a first waste collector configured to collect solid waste generated after oxidation. A second oxygen heating torch for heating the liquid waste which has not been treated as a solid waste in the oxidation furnace, a second iodine gas collector which collects and recovers the iodine generated during the oxidation process in a gasified state, and after oxidation, A second waste collector that collects the liquid wastes generated.
또, 증류탑은 제1수집통과, 제2수집통과, 제3수집통과, 제4수집통과, 제5수집통에 각각 온도조절냉각장치를 구비하여 액체상태로 배출하도록 이루어지도록 한다.In addition, the distillation column is provided with a temperature-controlled cooling device in the first collector, the second collector, the third collector, the fourth collector, and the fifth collector, respectively, to be discharged in a liquid state.
또, 증류탑은 제1수집통에서 수집된 순수 요오드를 요오드화가스 생성장치로 회수되도록 이루어지도록 한다.In addition, the distillation column is to be made to recover the pure iodine collected in the first collector to the iodide gas generating device.
상기 실리콘석출장치는 제4반응로와, 제5반응로와, 제6반응로로 이루어지며, 제4반응로는 정제장치에서 분류된 제3수집통으로부터 이송되는 4요오드화실리콘액체를 가스화하기 위한 제4히터와, 제4반응로의 기압을 조절하는 제4진공펌프라인과, 제4반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제4아르곤가스주입라인으로 이루어지며, 제5반응로는 제4반응로에서 이송되는 4요오드화실리콘가스를 2요오드화실리콘가스로 생성하도록 제2금속실리콘투입구로부터 투입되는 제2금속실리콘을 가열하는 제5히터와, 제5반응로의 기압을 조절하는 제5진공펌프라인과, 제5반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제5아르곤가스주입라인으로 이루어지며, 제6반응로는 제5반응로에서 이송되는 2요오드화실리콘가스를 고순도 다결정 실리콘으로 생성하도록 실리콘시드투입구로부터 투입되는 실리콘시드를 가열하는 제6히터와, 제6반응로의 기압을 조절하는 제6진공펌프라인과, 제6반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제6아르곤가스주입라인으로 이루어지도록 한다.The silicon precipitation device is composed of a fourth reactor, a fifth reactor, and a sixth reactor, and the fourth reactor is for gasifying the silicon iodide liquid transferred from the third collection vessel sorted by the refining apparatus. The fourth heater, the fourth vacuum pump line for adjusting the air pressure of the fourth reactor, and the fourth argon gas injection line for injecting argon gas into the fourth reactor, the fifth reactor fourth reaction A fifth heater for heating the second metal silicon introduced from the second metal silicon inlet to produce the silicon iodide gas transferred from the furnace as silicon iodide gas, and a fifth vacuum pump line for adjusting the air pressure of the fifth reactor. And a fifth argon gas injection line for injecting argon gas into the fifth reactor, and the sixth reactor introduces silicon seed to generate high purity polycrystalline silicon iodide silicon gas transported from the fifth reactor. The sixth heater for heating the silicon seed introduced from the sphere, the sixth vacuum pump line for adjusting the air pressure of the sixth reactor, and the sixth argon gas injection line for injecting argon gas into the sixth reactor do.
또, 실리콘석출장치는 제6반응로에서 2요오드화실리콘가스과 실리콘시드와의 반응시 생성된 4요오드화실리콘가스를 정제장치로 회수하도록 고체액체분리기로 이루어지도록 한다.In addition, the silicon deposition device is a solid liquid separator to recover the silicon iodide gas generated during the reaction between the silicon iodide and silicon seed in the sixth reactor to the purification device.
또, 정제장치에는 순도 높은 제품을 생산하기 위해 정제장치가 더 설치되도록 한다.In addition, the purification device is to be further installed to produce a high-purity product.
상기 해결수단에 의한 본 발명은 생산과정에서 발생되는 불순한 폐기대상의 고체 및 액체요오드 화합물에서 순수 요오드를 추출 및 회수하여 고가의 원료비 절 감할 수 있고, 정제과정의 반복을 통해 전자급에 사용될 수 있을 정도의 고순도 생산품을 얻을 수 있으며, 또한 실온에서 기체상태가 아닌 고체상태를 유지하는 화합물 형태를 취하여 취급이 용이하여 공정 중 누출시, 실온에서 스스로 고체화 되므로 외부와 인체에 미치는 독성의 피해를 최소화 할 수 있는 것이다.The present invention by the above solution can reduce the expensive raw material cost by extracting and recovering the pure iodine from the solid and liquid iodine compound of the impure waste target generated in the production process, it can be used in electronic grade through the repetition of the purification process High purity products can be obtained, and it is easy to handle by taking the form of a compound that maintains a solid state rather than a gas state at room temperature. It can be.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 공정도, 도 2는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 요오드화가스 생성장치 상세도, 도 3은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 4요오드화실리콘가스 및 4요오드화실리콘액체 생성장치 상세도, 도 4는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 정제장치 상세도, 도 5는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 실리콘석출장치 상세도, 도 6은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 폐처리장치 상세도이다.1 is a process diagram of a high-purity polysilicon production apparatus of the present invention, Figure 2 is a detailed view of the iodide gas generating device of the high-purity polysilicon production apparatus of the present invention, Figure 3 is a 4 iodide silicon gas of the high-purity polysilicon production apparatus of the
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치는 요오드화가스 생성장치(100)과, 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)과, 4요오드화실리콘액체 생성장치(300)과, 정제장치(400)과, 실리콘석출장치(600)로 구비된다.As shown in the figure, the high purity polysilicon production apparatus of the present invention is an iodide
상기 요오드화가스 생성장치(100)는 요오드투입구(110)로부터 투입되는 고체의 요오드(111)를 제1히터(114)로 요오드의 기화온도 이상인 200℃이상을 유지하며 가열하여 요오드화가스(115)로 생성하는 제1반응로(117)와, 제1반응로(117)의 기압을 조절하는 제1진공펌프라인(120)과, 제1반응로(117)에 아르곤가스를 주입하기 위한 제1아르곤가스주입라인(140)으로 이루어지도록 한다.The iodide
상기 요오드화가스 생성장치(100)에서 배출된 요오드화가스(115)는 1사이클후, 회수되도록 이루어짐이 바람직하다.The
상기 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)는 제1금속실리콘투입구(210)로부터 투입되는 제1금속실리콘(211)을 제2히터(214)로 대기압 조건에서 600℃~1000℃미만으로 가열하고, 요오드화가스 생성장치(100)로부터 이송되는 요오드화가스(115)와 반응시켜 4요오드화실리콘가스(215)를 생성하는 제2반응로(217)와, 제2반응로(217)의 기압을 조절하는 제2진공펌프라인(220)과, 제2반응로(217)에 아르곤가스를 주입하기 위한 제2아르곤가스주입라인(240)으로 이루어지도록 한다.The silicon
이때, 상기 4요오드화실리콘가스(215)는 다음과 같이 생성된다.At this time, the
Si + 2I₂ → SiI₄Si + 2I₂ → SiI₄
또, 상기 4요오드화실리콘가스(215)는 강한열에 안정적이며 실온에서 장기간 저장할 수 있으나 다음과 같이, 물과 빠르게 반응하므로 공기중에서 취급시 항상 건조하게 유지하도록 한다.In addition, the
SiI₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HISiI₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HI
또한, 상기 요오드화가스(115)와 제1금속실리콘(211)의 비율은 항상 금속실리콘(211)이 요오드화가스(115)의 2배이상을 초과하는 상태에서 반응시키도록 한다.In addition, the ratio of the
또, 제2반응로(217)의 상부에는 4요오드화실리콘가스(215)가 배출되도록 4요오드화실리콘가스배출관(215a)을 구비하도록 한다.In addition, the silicon dioxide iodide gas discharge pipe 215a is provided at the upper portion of the
상기 4요오드화실리콘액체 생성장치(300)는 금속실리콘분리기와(310), 요오드불순물분리기(320)와, 요오드가스분리기(330)로 구비된다.The silicon iodide
상기 금속실리콘분리기(310)은 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)에 포함된 미반응된 제1금속실리콘(211)을 분리하기위한 역할을 한다.The
상기 요오드불순물분리기(320)는 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)에 포함된 요오드화불순물을 분리하기 위한 역할을 한다.The
상기 요오드가스분리기(330)는 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)에 포함된 미반응된 요오드화가스(115)를 분리하기 위한 역할을 한다.The
이와 같은, 4요오드화실리콘액체 생성장치(300)는 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)가 금속실리콘분리기(310)와, 요오드불순물분리기(320)와, 요오드가스분리기(370)를 순차적으로 통과하며 점진적으로 온도를 하강시켜 요오드화가스(115)와 4요오드화실리콘액체(315)를 생성하며, 상기 요오드화가스(115)는 요오드화가스 생성장치(100)로 회수되도록 한다.As such, the silicon iodide
즉, 상기 4요오드화실리콘가스 생성장치(200)로부터 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)는 4요오드화실리콘액체 생성장치(300)를 통과함으로써 모든 요오드화물이 액체화되는 온도인 190℃~210℃를 유지하여 4요오드화실리콘액체(315)를 생성한 후, 다음 과정으로 이송되는 것이다.That is, the
상기 정제장치(400)는 제3반응로(417)와 증류탑(437)으로 이루어지며, The
제3반응로(417)는 4요오드화실리콘액체 생성장치(300)로부터 이송되는 4요오드화실리콘액체(315)를 290℃~320℃로 가열하여 가스화하기 위한 제3히터(414)와, 제3반응로(417)의 기압을 조절하는 제3진공펌프라인(420)과, 제3반응로(417)에 아르곤가스를 주입하기 위한 제3아르곤가스주입라인(440)으로 이루어지도록 한다.The
상기 증류탑(437)은 제3반응로(417)에서 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)를 포함하는 가스에서 순수 요오드(111)로 분류한 후, 수집하기 위한 제1수집통(450)과, 요오드화보론으로 분류한 후, 수집하기 위한 제2수집통(460)과, 4요오드화실리콘으로 분류한 후, 수집하기 위한 제3수집통(470)과, 요오드화탄소로 분류한 후, 수집하기 위한 제4수집통(480)과, 요오드화알루미늄으로 분류한 후, 수집하기 위한 제5수집통(490)으로 이루어지도록 한다.The
상기 증류탑(437)은 가열온도에 따라 요오드화물을 분리하기 위해 요오드 140~150℃, 요오드화보론 190~205℃, 4요오드화실리콘 220~270℃, 요오드화탄소 290~310℃, 요오드화알루미늄등 310~320℃로 가열온도를 달리 하도록 한다.The
이때, 상기 정제장치(400)에서 생성되는 요오드화불순물을 재활용하도록 폐처리장치(500)가 더 설치됨이 바람직하다.At this time, it is preferable that the
상기 폐처리장치(500)는 고체산화로(510)와, 액체산화로(530) 이루어지며,The
상기 고체산화로(510)는 요오드화불순물과 실리카를 혼합하여 투입하도록 한 실리카혼합기(513)와, 실리카와 혼합된 요오드화불순물을 가열하기 위한 제1산소가 열토치(515)와, 산화과정에서 발생되는 요오드(111)를 가스화 상태로 수집하여 회수하도록 한 제1요오드가스수집기(517)와, 산화 후, 발생되는 고체상태의 폐기물을 수집하는 제1폐기물수집기(519)로 이루어지도록 한다.The
이때, 상기 고체산화로(510)는 1000℃까지 가열할 수 있도록 함이 바람직하다.At this time, the
상기 액체산화로(530)는 고체산화로(510)에서 고체상태의 폐기물로 미처리된 액체 상태의 폐기물을 가열하기 위한 제2산소가열토치(535)와, 산화과정에서 발생되는 요오드(111)를 가스화 상태로 수집하여 회수하도록 한 제2요오드가스수집기(537)와, 산화 후, 발생되는 액체상태의 폐기물을 수집하는 제2폐기물수집기(539)로 이루어지도록 한다.The
상기와 같은 방법의 폐처리장치(500)는 요오드(111)의 응고점 이상인 200~700℃에서 안정적인 산화물로 고형화 시켜 폐기할 수 있으며, 또한, 요오드(111)는 용해점인 113.7℃이상, 기화점인 184.3℃ 이하의 관리가 적정한 온도에서 액화시켜 요오드화가스 생성장치(100)를 통하여 재활용이 가능한 것이다.The
상기 실리콘석출장치(600)는 제4반응로와(610), 제5반응로(630)와, 제6반응로(650)로 이루어진다. The
제4반응로(610)는 정제장치(400)에서 분류된 제3수집통(470)으로부터 이송되는 4요오드화실리콘액체(315)를 320℃로 가열하여 가스화하기 위한 제4히터(614)와, 제4반응로(600)의 기압을 조절하는 제4진공펌프라인(617)과, 제4반응로(600)에 아르곤가스를 주입하기 위한 제4아르곤가스주입라인(619)으로 이루어지며, The fourth reactor 610 is a fourth heater 614 for gasifying the
제5반응로(630)는 제4반응로(610)에서 이송되는 4요오드화실리콘가스(215)를 과포화 상태의 2요오드화실리콘가스(635)로 생성하도록 제2금속실리콘투입구(633)로부터 투입되는 제2금속실리콘(631)을 1100~1250℃로 가열하는 제5히터(634)와, 제5반응로(630)의 기압을 조절하는 제5진공펌프라인(637)과, 제5반응로에 아르곤가스를 주입하기 위한 제5아르곤가스주입라인(639)으로 이루어지며, The
제6반응로(650)는 제5반응로(630)에서 이송되는 과포화 상태의 2요오드화실리콘가스(635)를 고순도 다결정 실리콘으로 생성하도록 실리콘시드(653)투입구로부터 투입되는 실리콘시드(655)를 800~1000℃로 가열하는 제6히터(654)와, 제6반응로(650)의 기압을 조절하는 제6진공펌프라인(657)과, 제6반응로(650)에 아르곤가스를 주입하기 위한 제6아르곤가스주입라인(659)으로 이루어지도록 한다.The
이때, 상기 제5반응로(630)과, 제6반응로(650)의 반응은 다음과 같다.At this time, the reaction of the
SiI₄ + Si → 2SiI₂(1200℃)SiI₄ + Si → 2SiI₂ (1200 ℃)
2SiI₂ → Si + SiI₄ (800~1000℃)2SiI₂ → Si + SiI₄ (800 ~ 1000 ℃)
또, 제6반응로(650)에서 2요오드화실리콘가스(635)과 실리콘시드(653)와의 반응시 생성된 4요오드화실리콘가스(215)를 정제장치로 회수하도록 한 고체액체분리기(670)가 더 설치되도록 한다.In addition, a solid
즉, 상기와 같은 실리콘석출장치(600)에 의해 실리콘석출이 연속적으로 이루어지며 고순도 다결정 실리콘이 석출되는 것이다.That is, the silicon deposition is continuously made by the
또한, 정제장치(400)에는 보다 나은 고순도 다결정 실리콘을 얻기 위해 정제장치(400a)가 더 설치됨이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
이와 같은, 본 발명은 반복 생산공정에 따른 원료비 절감과, 정제과정의 반복을 통해 전자급에 사용될 수 있을 정도의 고순도 생산품을 얻을 수 있으며, 또한 실온에서 기체상태가 아닌 고체상태를 유지하는 화합물 형태를 취하여 취급이 용이하고, 공정 중 누출시, 실온에서 스스로 고체화 되므로 외부와 인체에 미치는 독성의 피해를 최소화 할 수 있는 것이다.As such, the present invention can obtain a high-purity product that can be used for electronic grade through the reduction of raw material cost and refining process according to the repeated production process, and also maintains a solid state, not a gaseous state at room temperature. It is easy to handle by taking, and in case of leakage during the process, it solidifies itself at room temperature, thereby minimizing the toxic damage to the outside and the human body.
본 발명에 의해 실온에서 고체상태를 유지하는 화합물 형태를 취해 취급이 용이하며 외부와 인체에 미치는 독성의 피해를 최소화할 수 있고, 또한, 반복 생산공정을 통해 전자급에 사용될 수 있을 정도의 고순도 다결정 실리콘을 제공한다.The present invention takes the form of a compound that maintains a solid state at room temperature, which is easy to handle, minimizes the damage of toxicity to the outside and the human body, and is a high purity polycrystal that can be used in electronic grade through a repeated production process. Provide silicon.
도 1은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 공정도이다.1 is a process chart of a high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
도 2는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 요오드화가스 생성장치 상 세도이다.Figure 2 is a detailed view of the iodide gas generating apparatus of the high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 4요오드화실리콘가스 및 4요오드화실리콘액체 생성장치 상세도이다.Figure 3 is a detailed view of the silicon iodide gas and silicon iodide liquid generating apparatus of the high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 정제장치 상세도이다.Figure 4 is a detailed view of the purification apparatus of the high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 실리콘석출장치 상세도이다. 5 is a detailed view of a silicon precipitation apparatus of the high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 고순도다결정실리콘 제조장치의 폐처리장치 상세도이다.Figure 6 is a detailed view of the waste treatment apparatus of the high purity polysilicon production apparatus of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100:요오드화가스생성장치 110:요오드투입구100: iodine generation unit 110: iodine inlet
111:요오드 114:제1히터111: Iodine 114: First Heater
115:요오드화가스 117:제1반응로115: iodide gas 117: first reactor
120:제1진공펌프라인 140:제1아르곤가스주입라인120: first vacuum pump line 140: first argon gas injection line
200:4요오드화실리콘가스생성장치 210:제1금속실리콘투입구200: 4 silicon iodide generation device 210: the first metal silicon inlet
211:제1금속실리콘 217:제2반응로211: first metal silicon 217: second reactor
220:제2진공펌프라인 240:제2아르곤가스주입라인220: second vacuum pump line 240: second argon gas injection line
300:4요오드화실리콘액체생성장치 310:금속실리콘분리기300: 4 silicon iodide liquid generator 310: metal silicon separator
320:요오드불순물분리기 330:요오드가스분리기320: iodine impurity separator 330: iodine gas separator
400,400a:정제장치 414:제3히터400,400a: Purifier 414: third heater
417:제3반응로 420:제3진공펌프라인417: third reactor 420: third vacuum pump line
440:제4진공펌프라인 450:제1수집통440: fourth vacuum pump line 450: first collection container
460:제2수집통 470:제3수집통460: second container 470: third container
480:제4수집통 490:제5수집통480: fourth collection 490: fifth collection
500:폐처리장치 510:고체산화로500: waste treatment device 510: solid state furnace
513:실리카혼합기 515:제1산소가열토치513: silica mixer 515: first oxygen heating torch
517:제1요오드가스수집기 519:제1폐기물수집기517: first iodine gas collector 519: first waste collector
530:액체산화로 535:제2산소가열토치530: liquid oxidation furnace 535: second oxygen heating torch
537:제2요오드가스수집기 539:제2폐기물수집기537: 2nd iodine gas collector 539: 2nd waste collector
600:실리콘석출장치 610:제4반응로600: silicon precipitation device 610: fourth reactor
614:제4히터 617:제4진공펌프라인614: 4th heater 617: 4th vacuum pump line
619:제4아르곤가스주입라인 630:제5반응로619: fourth argon gas injection line 630: fifth reactor
631:제2금속실리콘 633:제2금속실리콘투입구631: Second metal silicon 633: Second metal silicon inlet
634:제5히터 637:제5진공펌프라인634: fifth heater 637: fifth vacuum pump line
639:제5아르곤가스주입라인 650:제6반응로639: fifth argon gas injection line 650: sixth reactor
653:실리콘시드 654:제6히터653: Silicon seed 654: Sixth heater
657:제6진공펌프라인 659:제6아르곤가스주입라인657: 6th vacuum pump line 659: 6th argon gas injection line
670:고체액체분리기670: solid liquid separator
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KR19980068982A (en) * | 1996-02-28 | 1998-10-26 | 윌리엄에프.마쉬 | How to recover argon from silicon crystal furnace |
JP2004131299A (en) | 2002-08-27 | 2004-04-30 | Midwest Research Inst | Apparatus for preparing purified silicon |
KR20080108151A (en) * | 2006-04-04 | 2008-12-11 | 6엔 실리콘 아이엔씨. | Method for purifying silicon |
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2009
- 2009-09-09 KR KR1020090084726A patent/KR101151272B1/en not_active IP Right Cessation
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