KR101626645B1 - 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법 - Google Patents

폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 반응 가스 공급관이 상부 표면에 구비된 반응관; 상기 반응관 내로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관; 상기 반응관의 내부에 설치된 가열체; 상기 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관; 및, 상기 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법이 제공된다.

Description

폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법{Apparatus for producing polysilicon and preparation of polysilicon using same}
본 발명은 폴리실리콘의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고순도의 폴리실리콘을 용융된 상태로 획득할 수 있는 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법에 관한 것이다.
폴리실리콘은 반도체 소자, 태양전지 소자 등의 원료가 되는 물질로 최근 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 종래 반도체 또는 태양광 발전용 전지의 원료로서 사용되는 실리콘을 제조하는 방법은 여러 가지가 알려져 있고 그 중 일부는 이미 공업적으로 실시되고 있다.
현재 상용되는 고순도용 폴리실리콘은 대부분 화학기상증착 방법을 통해 제조되고 있다. 구체적으로 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 삼염화실란 기체를 수소 기체와 같은 환원성 기체와 반응시켜 제조될 수 있다.
[반응식 1]
SiHCl3(gas)+ H2(gas)→ Si(solid) + 3HCl(gas)
폴리실리콘을 제조하기 위한 상용화된 공법 중 하나를 예로 들면 지멘스 공법(Siemens method)이 있다. 지멘스 공법에서는 반응 가스로서의 실란계 가스 및, 환원 가스로서의 수소 가스를 종형 반응기에 함께 투입하고, 종형 반응기에 설치된 실리콘 로드를 가열함으로써 실리콘의 석출 온도 이상의 열이 반응 가스 및 환원 가스에 전달되면 환원 반응에 의해 폴리실리콘이 석출된다.
그러나, 이와 같은 종래의 지멘스 반응기는 통상 65 ~ 200 KWh/kg 정도의 많은 전기 에너지를 소비하며, 이러한 전기 에너지에 대한 비용이 폴리실리콘 제조 비용 중 매우 큰 비중을 차지한다. 또한 석출이 뱃치식(batch type)이기 때문에 실리콘 로드의 설치, 통전 가열, 석출, 냉각, 취출, 종형 반응기 세정 등의 지극히 번잡한 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로 유동층에 의한 석출방법이 있다. 이 방법은 유동층을 이용하여 100 미크론 정도의 미립자를 석출핵으로 공급하면서 실란류를 공급하여 실리콘 미립자 상에 실리콘을 석출해 1~2 mm의 실리콘 알갱이로서 연속적으로 제조하는 방법이다. 이 방법은 비교적 장기 연속 운전이 가능하다는 장점이 있지만, 석출온도가 낮은 모노실란을 실리콘 원료로서 사용하기 때문에 비교적 낮은 온도에서도 모노실란의 열분해에 의한 미분실리콘 생성이나 반응기벽으로의 실리콘 석출이 일어나기 쉬워 반응용기의 정기적인 세정이나 교환이 필요하다.
한편, 대한민국 특허 10-0692444 호에는 수직형 환원 반응기를 이용한 다결정 실리콘 제조 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 실리콘 석출면으로 되는 가열체를 통 형상으로 하여 열효율을 높인 장치로서, (a) 하단에 실리콘 취출구로 되는 개구부를 갖는 통 형상 용기, (b) 상기 통 형상 용기의 하단으로부터 임의의 높이까지의 내벽을 실리콘 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 장치, (c) 상기 통 형상 용기의 내경 보다 작은 외경을 갖는 내관으로 이루어지고, 실리콘의 융점 이상으로 가열된 내벽에 의해 둘러싸인 공간에 상기 내관의 한쪽 개구를 아래쪽으로 향하여 설치함으로써 구성된 클로로실란류 공급관, (d) 통 형상 용기의 내벽과 클로로실란류 공급관의 외벽에 의해 형성되는 갭에 밀봉 가스를 공급하는 제 1 밀봉 가스 공급관, 및 경우에 따라, (e) 상기 통 형상 용기 내에 수소 가스를 공급하는 수소 공급관을 더 구비한다.
도 1 에는 수직형 환원 반응기의 유형에 속하는 폴리실리콘의 제조 장치가 개략적으로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 폴리실리콘의 제조 장치는 반응기(10)의 상부 부분(10a)에 반응 가스 유입구(11)가 구비되고, 반응기(10)의 중간 부분(10b)의 일측에 진공 도관(12) 및 배출 도관(13)이 구비되어 있다. 반응기(10)의 하부 부분(10c)에는 용융실리콘의 포집, 냉각, 캐스팅부가 형성되어 있다.
상기 반응 가스 유입구(11)를 통해 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 또는 사염화실란(STC)과 같은 실란계 가스인 반응 가스를 공급한다. 반응기(10의 운전 후 내부 공간의 클리닝, 퍼징을 위한 진공 분위기를 형성하기 위하여 진공 도관(12)이 이용될 수 있고, 반응시에 발생되는 폐가스를 배출하기 위하여 배출 도관(13)이 이용될 수 있다. 반응기(10)의 상부 부분(10a)에는 가열 코일(14)이 구비된다. 상기 유도 가열 코일(14)에 RF 전기가 인가됨으로써 반응관(21)에 맴돌이 전류가 생성되어 발열되고 고온으로 가열된 반응관(21) 벽면을 통하여 가스 유입구로 유입되는 가스에 열을 가하여 석출반응을 유도한다.
도 2 에는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분(10a)이 개략적인 단면도로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 반응기의 상부 부분(10a)에는 반응관(21)이 구비되며, 상기 반응관(21)에는 반응 가스 공급관(11)을 통해 실란계 가스와 같은 반응 가스가 공급된다. 반응관(21)의 외측에는 절연관(22)의 표면에 가열 코일(23)이 배치된다. 도면에 도시되지 않은 밀봉 가스 공급관을 통해 밀봉 가스(25)가 공급되어, 반응관(21)과 절연관(22)의 사이 및, 절연관(22)과 외측 용기(26)사이에 충전된다. 밀봉 가스(25)는 반응 가스가 반응관(21)과 절연관(22) 사이 및 절연관(22)과 외측 용기(26) 사이의 간극을 통해 누설되는 것을 억제하기 위하여 공급된다. 또한 도면에 도시되지 않은 환원 가스 공급관을 통하여 수소와 같은 환원 가스가 공급되거나 환원 가스와 실란 가스의 혼합 형태로 공급된다.
도 2 의 단면도에서 A 로 표시된 반응관(21)의 상부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있지 않은 반면에, B 로 표시된 반응관(21)의 하부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있다. 이러한 구조는 공급관의 열적 안정성과 전체적인 등온 분포를 위한 것이고, B 영역은 반응관 직경의 3~4 배의 길이가 필요하다.
따라서 가열 코일(21)에 의해 반응관(21)으로 전달되는 열은 A 로 표시된 상부 영역보다는 B 로 표시된 하부 영역에 집중된다. 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 폴리실리콘의 제조 장치에서는 반응관(21)의 내부에 유입된 반응 가스 및 환원 가스가 벽면과 접촉하여 고온에서의 석출 반응이 진행되지 못하고 단순 통과되는 양이 많아지는 문제점을 가지고 있다.
즉, 가열 코일(23)로부터의 거리가 가장 멀리 있는 반응관(21)의 중심부를 통해 유동하는 가스에 대해서는 열전달이 원활하지 않으므로 환원 반응이 느리게 발생되며, 따라서 전체적인 생산 효율이 저하되고 에너지 효율도 저하된다. 그러므로 반응면적의 최대화가 필요하다.
뿐만 아니라 종래의 수직형 환원 반응기를 이용한 폴리실리콘 제조 방법은 환원 반응에 의해 석출된 폴리실리콘을 냉각하여 입자 상태로 얻기 때문에 잉곳 등의 원하는 형태로 제작하기 위해서는 이를 다시 용용시키기 위한 에너지가 필요하여 에너지 소비가 많다는 문제점이 있다. 따라서 실리콘의 석출과 용융이 동시에 진행되도록 하면서 용융 실리콘의 포집 및 이송이 가능하도록 하여 직접적으로 잉곳이나 웨이퍼를 제작할 수 있도록 하는 방법이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생산 효율이 향상될 수 있는 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용융 폴리실리콘의 연속적인 생산이 가능한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,
반응 가스 공급관이 상부 표면에 구비된 반응관;
상기 반응관 내로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관;
상기 반응관의 내부에 설치된 가열체;
상기 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관; 및,
상기 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
반응 가스 공급관을 상부 표면에 구비하고 중공형 내부를 구비한 헤드;
상기 헤드의 하부에 결합되고 상기 헤드의 중공형 내부와 소통되는 다수의 반응 가스 통과 도관이 형성된 가열체로 이루어진 반응관;
상기 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관 및,
상기 반응관의 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘의 제조 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
반응 가스 공급관이 상부 표면에 구비된 중공형 반응관;
상기 중공형 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관;
상기 중공형 반응관의 내부에 설치되고 가열체로 이루어진 가열 선반; 및,
상기 가열 선반의 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘의 제조 장치가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 가열 장치는 유도 가열 방식으로 가열을 수행한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가열체, 상기 반응관 및 상기 반응 가스 통과 도관은 각각 독립적으로 그래파이트, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나로 제작될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 반응 가스 공급관을 통해 공급되는 반응 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 및 사염화실란 중 어느 하나를 포함하고, 상기 환원 가스 공급관을 통해 공급되는 환원 가스는 수소를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가열 선반은 중공형 반응관의 내주면에 고정된 접합면 및, 상기 접합면에 대향하는 자유 단부를 구비하는 플레이트로 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가열 선반에는 다수의 통공들이 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가열 선반은 연속적인 나선형 선반을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 반응 가스 및 환원 가스의 반응에 의해 석츌되는 폴리실리콘은 반응관 내의 가열체로부터 전달되는 실리콘 융점 이상의 열에 의해 용융 상태의 생성물로 수득될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치에서는 고순도의 폴리실리콘이 용융된 상태로 연속적으로 생성될 수 있으며, 폴리실리콘의 생산 효율이 향상될 수 있다. 또한 본 발명에서는 에너지 효율을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 는 종래 기술에 따른 폴리실리콘의 제조 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3a 는 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 1 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3b 는 도 3a 에 도시된 폴리실리콘 제조 장치를 개략적인 단면도로 도시한 것이다.
도 4a 는 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 2 실시예에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4b 는 도 4a 에 도시된 가열 선반의 개략적인 사시도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 폴리실리콘제조 장치의 제 3 실시예에 대한 개략적인 투시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
“및/또는”이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명은 반응 가스 공급관이 상부 표면에 구비된 반응관;
상기 반응관 내로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관;
상기 반응관의 내부에 설치된 가열체;
상기 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관; 및,
상기 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치를 제공한다.
도 3a 에는 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 1 실시예가 개략적인 사시도로 도시되어 있다. 도 3b 는 도 3a 에 도시된 폴리실리콘 제조 장치를 개략적인 단면도로 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 반응 가스 공급관(39)이 구비된 헤드(32) 및, 상기 헤드(32)의 하부에 배치된 반응관(31)을 구비한다. 또한 도면에 도시되지 않았으나, 상기 반응관(31)을 가열하기 위한 가열 장치가 구비된다. 헤드(32)는 전체적으로 실린더의 형상을 가지며, 내부 공간이 비어 있는 중공형으로 형성된다. 헤드(32)의 상부 표면은 폐쇄되어 있으며, 반응 가스 공급관(39)이 헤드(32)의 상부 표면에 배치된다. 도 3b 에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급관(39)의 저부 표면에 다수의 유출구가 형성된다. 대안으로서, 반응 가스 공급관(39)의 저부 표면 전체가 개방될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 상기 헤드(32)의 중공형 내부 공간에 수소와 같은 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관이 더 구비될 수 있다. 따라서 반응 가스 공급관(39)을 통해서 유입된 반응 가스 및 별개의 환원 가스 공급관(미도시)을 통해서 유입된 환원 가스가 헤드(32)의 내부 공간에서 혼합될 수 있으며, 다른 방법으로는 혼합기(미도시)를 통한 혼합 가스 형태로 단일 주입구(39)를 통해 주입되는 것도 가능하다.
반응관(31)은 헤드(32)의 하부에 배치되고, 다수의 반응 가스 통과 도관(33)들이 형성된 가열체(35)로서 형성된다. 상기 가열체(35)는 예를 들어 그래파이트등의 탄소 재료, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 등과 같이, 용융된 폴리실리콘과 반응성이 작은 재료로 구성하는 것이 바람직스럽다. 반응관(31)의 상부 표면에는 각각의 반응 가스 통과 도관(33)의 상부 단부가 개방되고, 반응관(31)의 하부 표면에는 각각의 반응 가스 통과 도관(33)의 하부 단부가 개방된다. 반응 가스 통과 도관(33)의 하부 단부는 반응 가스 통과 도관(33)을 통과하는 동안 발생되는 환원 반응에 의해 생성된 용융 폴리실리콘이 유출되는 유출부(34)에 해당한다.
헤드(32)의 하부에 반응관(31)이 배치됨으로써, 헤드(32)의 내부 공간으로 유입된 반응 가스 및 환원 가스는 혼합된 상태로 반응관(31)의 반응 가스 통과 도관(33)을 통해 유동할 수 있다. 예를 들어, 폴리실리콘을 제조하기 위한 반응 가스가 헤드(32)의 중공형 내부 공간으로 공급되는데, 위에서 설명된 바와 같이 반응 가스는 모노실란, 이염화실란, 삼염화실란 및 사염화실란과 같은 실란계 가스일 수 있다. 또한 환원 가스 공급관(미도시)을 통해 수소와 같은 환원 가스도 헤드(32)의 내부 공간으로 공급된다.
도면에 도시되지 않았으나, 상기 반응관(31)의 가열체(35)는 적절한 가열 장치를 통해 폴리실리콘의 용융 온도인 섭씨 1430 도 이상으로 가열된다. 예를 들어, 유도 가열 방식이 이용될 수 있으며, 가열용 전기 코일(미도시)이 상기 반응관(31)의 외부를 감싸도록 배치됨으로써 상기 가열체(35)가 가열될 수 있다. 가열체(35)가 바람직스럽게는 일체로 형성됨으로써, 가열용 전기 코일로부터 전달된 온도는 가열체(35)를 균일하게 가열시킬 수 있다. 즉, 가열용 전기 코일(미도시)이 반응관(31)의 외부를 둘러싸도록 구성되더라도 열은 반응관(31)의 외표면 뿐만 아니라, 반응관(31)의 중심부로 충분히 전달될 수 있다. 또한 반응 가스 및 환원 가스가 가열체(35)와 접촉하는 면적이 확대될 수 있으므로, 반응 가스와 환원 가스 사이의 환원 반응이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 환원 반응에 의해 생성된 용융 폴리실리콘은 반응관(31)을 지나는 동안 미리 결정된 온도 이상으로 가열되므로, 응고되거나 석출되지 않고 용융 상태를 유지하면서 계속 유동할 수 있으며, 따라서 용융 상태의 고순도 폴리실리콘을 획득할 수 있다.
도 4a 에 도시된 것은 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 2 실시예에 대한 개략적인 단면도이다. 또한 도 4b 에 도시된 것은 도 4a 에 도시된 가열 선반의 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 제 2 실시예는 중공형 실린더로 형성된 반응관(41) 및, 상기 반응관(41)의 내측 표면에 구비된 다수의 가열 선반(42)들을 구비한다. 반응관(41)의 상부에는 반응 가스 공급관(49)이 배치된다. 도면에 도시되지 않았으나, 반응관(41)의 내부로 수소와 같은 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관이 더 구비될 수 있다. 다른 방법으로, 혼합기(미도시)가 구비되어 혼합가스의 형태로 단일 공급관(49)을 통해 주입될 수도 있다. 또한 도시되지 않은 가열 장치가 더 구비되며, 예를 들어 반응관(41)의 외주면을 둘러싼 가열용 유도 코일을 이용하여 유도 가열이 이루어질 수 있다.
가열 선반(42)은 가열 장치(미도시)에 의해 가열될 수 있는 가열체로 이루어지며, 도 4b 에서 개략적인 사시도로 도시된 바와 같이 전체적으로 평판의 형태를 가진다. 가열 선반(42)의 일 측면부는 반응관(41)의 내측 원주면에 고정되는 접합면(42b)으로서 형성되고, 상기 고정된 접합면(42b)에 대향하는 다른 측면은 자유 단부(42c)로서 반응관(41)의 중심부를 향하고 있다. 또한 가열 선반(42)은 접합면(42b)의 높이가 자유 단부(42c)의 높이보다 높게 배치됨으로써, 전체적으로 반응관(41)의 중심 하부를 향해 아래로 경사지게 설치된다. 따라서, 반응 가스 및 환원 가스의 환원 반응에 의해 가열 선반(42)의 표면에서 형성된 용융 폴리실리콘은 화살표(D)로 표시된 바와 같이 아래로 유동할 수 있다. 상기 가열 선반(42)은 도 3a 를 참조하여 설명된 가열체(35)와 마찬가지로 예를 들어 그래파이트 등의 탄소 재료, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 등과 같이, 용융된 폴리실리콘과 반응성이 작은 재료로 구성하는 것이 바람직스럽다.
한편, 가열 선반(42)을 통해서 다수의 통공(42a)이 형성된다. 상기 통공(42a)은 도 4b 에 도시된 바와 같이 접합면(42b)에 인접하게 형성될 수 있으나, 다른 예에서는 위치 및 개수에 상관 없이 가열 선반(42)을 통해 다수로 형성될 수 있다. 통공(42a)을 통해 반응 가스, 환원 가스 및 용융 폴리실리콘이 유동할 수 있다. 통공(42a)을 통한 반응 가스, 환원 가스 및 용융 폴리실리콘의 유동은 도면에서 화살표(E)로 표시되어 있다. 또한 가열 선반(42)의 표면을 따라서 유동하는 반응 가스, 환원 가스 및 용융 폴리실리콘의 유동은 화살표(D)로 표시되어 있다. 화살표(D,E)로 표시된 유동은 단지 예를 들어 설명하기 위한 것일 뿐이며, 다른 유동 경로를 통한 가스 및 용용 실리콘의 유동이 발생될 수 있다는 점은 명백하다.
바람직스럽게는 상하로 인접하게 배치된 각각의 가열 선반(42)에 형성된 통공(42a)들이 수직 방향에서 서로 일치하지 않도록 배치된다. 예를 들어, 위에 배치된 가열 선반(42)에서 생성된 용융 폴리실리콘이 통공(42a)을 통해 아래에 배치된 가열 선반(42)의 통공(42a)을 통과하는 대신에, 가열 선반(42)의 표면으로 낙하할 수 있다. 도면에는 통공(42b)들이 수직 방향에서 서로 일치하는 것으로 도시되어 있으나, 실제에 있어서 각각의 가열 선반(42)에 형성된 통공(42b)들은 수직 방향에서 서로 일치하지 않으며, 서로에 대하여 엇갈리게 형성되는 것이 바람직스럽다. 결과적으로, 위에 배치된 가열 선반(42)의 통공(42b)을 통해 낙하한 용융 폴리실리콘은 가열 선반(42)의 표면에서 화살표(D)로 표시된 바와 같이 더 흐르게 된다. 이와 같이 가열 선반(42)을 따라서 용용 실리콘이 유동함으로써, 가열 선반(42)으로부터 용융 폴리실리콘으로 열이 전달될 수 있으며, 따라서 용융 폴리실리콘은 석출되거나 응고되지 않고 용융 상태를 유지하면서 유동할 수 있다.
다른 실시예에서, 가열 선반은 다양한 형상으로 상이하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 5 에 도시된 바와 같이, 가열 선반은 연속적인 나선형 가열 선반(52)의 형태를 가지면서 반응관(41)의 내측 표면을 따라서 연장될 수 있다. 용융 폴리실리콘은 화살표(F)로 표시된 바와 같이 나선형 가열 선반(52)의 표면을 따라서 유동할 수 있다. 또한 도면에 도시되지 않았으나, 나선형 가열 선반(52)에도 다수의 통공을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 가열 선반은 도 4b 에 도시된 바와 같은 플레이트 형태를 가지되, 접합면(42b)으로부터 그에 대향하는 자유 단부(42c)까지의 길이가 다르게 형성된 가열 선반들이 구비될 수 있다.
도 4a 내지 도 5 에 도시된 실시예에서, 반응관(41)에 구비된 가열 선반(42, 52)은 가열 장치(미도시)에 의해서 미리 결정된 온도로 가열될 수 있으며, 예를 들어 용용 실리콘을 생성하기에 적절한 섭씨 1430 도 이상으로 가열된다. 반응 가스 공급관(49) 및 환원 가스 공급관(미도시)을 통해 반응관(41)의 내부로 유입된 반응 가스 및 환원 가스는 반응관(41)내에서 환원 반응을 일으켜서 용융 폴리실리콘이 생성된다. 이때 반응 가스 및환원 가스는 선반(42,52)의 확대된 면적과 지속적으로 접촉하면서 반응하므로 용융 폴리실리콘의 생성이 원활하게 이루어지며, 또한 용용 상태를 유지할 수 있다. 용융 폴리실리콘은 선반(42,52)의 표면을 따라서 유동할 수 있으며, 따라서 고순도 실리콘의 획득이 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
31. 반응관 32. 헤드
33. 반응 가스 통과 도관 34. 유출부
35. 가열체 42. 가열 선반
49. 반응 가스 공급관 52. 나선형 가열 선반

Claims (12)

  1. 반응 가스 공급관이 상부 표면에 구비된 중공형 반응관;
    상기 중공형 반응관으로 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급관;
    상기 중공형 반응관의 내부에 상기 반응관의 중심 하부를 향해 아래로 경사지게 설치되고 가열체로 이루어진 가열 선반; 및,
    상기 가열 선반의 가열체를 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열 장치는 유도 가열 방식으로 가열을 수행하는, 폴리실리콘 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열체 및 상기 반응관은 각각 독립적으로 그래파이트, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나 이상으로 제작되는, 폴리실리콘 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열체는 그래파이트, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나 이상으로 제작되는, 폴리실리콘 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스 공급관을 통해 공급되는 반응 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 및 사염화실란(STC) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 환원 가스 공급관을 통해 공급되는 환원 가스는 수소를 포함하는, 폴리실리콘의 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가열 선반은 중공형 반응관의 내주면에 고정된 접합면 및, 상기 접합면에 대향하는 자유 단부를 구비하는 플레이트로 형성되는, 폴리실리콘의 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 선반에는 다수의 통공들이 형성되어 있는, 폴리실리콘의 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가열 선반은 연속적인 나선형 선반을 포함하는, 폴리실리콘의 제조 장치.
  11. 제1항의 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    반응 가스 및 환원 가스의 반응에 의해 석출되는 폴리실리콘은 반응관 내의 가열체로부터 전달되는 열에 의해 용융 상태의 생성물로 수득되는 것인, 폴리실리콘 제조 방법.
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