KR101938772B1 - Apparatus and Method of producing polycrystalline silicon - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 반응 공간이 내부에 구비된 수직형 반응관; 상기 반응관의 상부 중심에 배치되어 반응 가스를 반응관 내부로 공급하기 위한 주입구; 상기 주입구로부터 소정거리 이격된 하부에 위치하여 주입된 반응 가스를 소정 방향으로 유도하는 배플형 구조물; 및 상기 반응관을 가열하도록 상기 반응관 외부에 배치된 가열부;를 구비하는 실리콘 제조용 반응 장치가 제공된다. According to the present invention, a vertical reaction tube having a reaction space therein; An inlet disposed at the upper center of the reaction tube for supplying the reaction gas into the reaction tube; A baffle type structure positioned at a lower position spaced a predetermined distance from the injection port and guiding the injected reaction gas in a predetermined direction; And a heating unit disposed outside the reaction tube to heat the reaction tube.

Description

폴리실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 폴리실리콘 제조 방법{Apparatus and Method of producing polycrystalline silicon}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactor for producing polysilicon,

본 발명은 실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 실리콘 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reaction apparatus for producing silicon and a method of manufacturing silicon by the same.

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. Polysilicon is a raw material for semiconductor devices, solar cell devices, and the like. Conventionally, various methods for producing silicon used as a raw material for a semiconductor or a solar cell have been known, and some of them have already been carried out industrially.

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.Most of the currently used high purity polysilicon is produced by a chemical vapor deposition method. Can be prepared by reacting a trichlorosilane gas with a reducing gas such as hydrogen gas, specifically as shown in Reaction Scheme 1 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

SiHCl3(gas)+ H2(gas)→ Si(solid) + 3HCl(gas)SiHCl 3 (gas) + H 2 (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. An example of a commercialized process for producing polysilicon is the Siemens method. In the Siemens process, a silane-based gas as a reaction gas and hydrogen gas as a reducing gas are fed together into a vertical reactor, and when heat of a temperature higher than the deposition temperature of silicon is transferred to the reaction gas and the reducing gas by heating the silicon rod installed in the vertical reactor, The polysilicon is precipitated.

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. However, such a conventional Siemens reactor usually consumes a large amount of electric energy of about 65 to 200 KWh / kg, and the cost for such electric energy accounts for a very large portion of the cost of manufacturing the polysilicon. Further, since the precipitation is of a batch type, there is a problem that an extremely complicated process such as installation of a silicon rod, conduction heating, precipitation, cooling, extraction, and vertical reactor cleaning must be carried out.

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. Another method is the precipitation by a fluidized bed. This method is a method of continuously producing silicon grains of 1 to 2 mm by depositing silicon on fine silicon particles by supplying silane streams while supplying fine grains of about 100 microns into the precipitation nuclei by using a fluidized bed. This method has an advantage of being able to operate for a relatively long period of time. However, since monosilane having a low precipitation temperature is used as a raw material for silicon, generation of fine silicon by thermal decomposition of monosilane and precipitation of silicon into the reactor wall are likely to occur even at a relatively low temperature Periodic cleaning or replacement of the reaction vessel is necessary.

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. On the other hand, Korean Patent No. 10-0692444 discloses an apparatus for producing polycrystalline silicon using a vertical reduction reactor. (A) a tubular container having an opening serving as a silicon outlet at a lower end thereof; (b) a tubular container having an opening at an arbitrary height from the lower end of the tubular container (C) a space surrounded by an inner wall heated to a temperature not lower than the melting point of silicon, the inner wall having an inner diameter smaller than the inner diameter of the cylindrical container, (D) a first sealing gas supply pipe for supplying a sealing gas to the gap formed by the inner wall of the tubular container and the outer wall of the chlorosilane supply pipe, and, optionally, (e) a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen gas into the tubular container.

도 1 에는 수직형 환원 반응기의 유형에 속하는 폴리실리콘의 제조 장치가 개략적으로 도시되어 있다. Fig. 1 schematically shows an apparatus for producing polysilicon belonging to the type of vertical reduction reactor.

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. Referring to the drawings, an apparatus for producing polysilicon includes a reaction gas inlet 11 in an upper portion 10a of a reactor 10, a vacuum conduit 12 on one side of a middle portion 10b of the reactor 10, And a discharge conduit 13 are provided. In the lower portion 10c of the reactor 10, the collection, cooling and casting of molten silicon are formed.

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. A reactive gas such as monosilane, dichlorosilane, TCS, or STC is supplied through the reaction gas inlet 11. A vacuum conduit 12 may be used to form a vacuum atmosphere for cleaning and purging the interior space after operation of the reactor 10 and a discharge conduit 13 may be used to discharge the waste gases generated during the reaction An upper portion 10a of the reactor 10 is provided with a heating coil 14. An RF current is applied to the induction heating coil 14 so that an eddy current is generated in the reaction tube 21 to generate heat, Heat is applied to the gas flowing into the gas inlet through the heated wall of the reaction tube 21 to induce the precipitation reaction.

도 2 에는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분(10a)이 개략적인 단면도로 도시되어 있다. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the upper portion 10a of the reactor shown in Figure 1.

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. Referring to FIG. 1, a reaction tube 21 is provided in an upper portion 10a of the reactor, and a reaction gas such as a silane-based gas is supplied to the reaction tube 21 through a reaction gas supply tube 11. On the outer side of the reaction tube (21), a heating coil (23) is arranged on the surface of the insulating pipe (22). A sealing gas 25 is supplied through a sealing gas supply pipe not shown in the drawing to be filled between the reaction tube 21 and the insulating tube 22 and between the insulating tube 22 and the outer tube 26. The sealing gas 25 is supplied in order to prevent the reaction gas from leaking through the gap between the reaction tube 21 and the insulation 22 and between the insulation 22 and the outer insulation 26. [ Also, a reducing gas such as hydrogen is supplied through a reducing gas supply pipe (not shown) or a mixed gas of a reducing gas and a silane gas.

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. 2, the heating coil 21 is not wound on the upper region of the reaction tube 21 indicated by A while the heating coil 21 is wound on the lower region of the reaction tube 21 indicated by B. This structure is for the thermal stability of the feed pipe and for the overall isothermal distribution, and the B region requires a length of 3 to 4 times the diameter of the reaction tube.

따라서 가열 코일(21)에 의해 반응관(21)으로 전달되는 열은 A 로 표시된 상부 영역보다는 B 로 표시된 중·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. Therefore, the heat transferred to the reaction tube 21 by the heating coil 21 is concentrated in the middle and lower regions denoted by B, rather than the upper region denoted by A. In the apparatus for producing polysilicon described with reference to FIGS. 1 and 2, the reaction gas and the reducing gas introduced into the reaction tube 21 are in contact with the wall surface, It has a lot of problems.

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. That is, since the heat transfer is not smooth for the gas flowing through the center of the reaction tube 21 which is the farthest distance from the heating coil 23, the reduction reaction is slow and therefore the overall production efficiency is lowered and the energy efficiency . Therefore, it is necessary to maximize the reaction area.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 폴리실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an improved reaction apparatus for producing polysilicon and a method of manufacturing the same, which can solve the problems of the prior art as described above.

본 발명의 다른 목적은 폴리실리콘의 전환 효율을 향상시킬 수 있고 수득량을 증가시킬 수 있는 폴리실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a reaction apparatus for producing polysilicon capable of improving the conversion efficiency of polysilicon and capable of increasing the yield and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, In order to achieve the above object, according to the present invention,

반응 공간이 내부에 구비된 수직형 반응관; A vertical reaction tube having a reaction space therein;

상기 반응관의 상부 중심에 배치되어 반응 가스를 반응관 내부로 공급하기 위한 주입구;An inlet disposed at the upper center of the reaction tube for supplying the reaction gas into the reaction tube;

상기 주입구로부터 소정거리 이격된 하부에 위치하여 주입된 반응 가스를 소정 방향으로 유도하는 배플형 구조물; 및 A baffle type structure positioned at a lower position spaced a predetermined distance from the injection port and guiding the injected reaction gas in a predetermined direction; And

상기 반응관을 가열하도록 상기 반응관 외부에 배치된 가열부;를 구비하는 실리콘 제조용 반응 장치가 제공된다. And a heating unit disposed outside the reaction tube to heat the reaction tube.

또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 반응 장치를 이용하는 폴리실리콘 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing polysilicon using the above-described reaction apparatus.

본 발명의 실리콘 제조용 반응 장치 및 제조 방법에 따르면, 반응관 내부의 다른 장소보다 상대적으로 반응 조건이 우수한 반응관 내측 표면상에서 원료 기체 및 환원 기체의 반응을 유도할 뿐 아니라 보다 넓은 반응면을 제공하기 때문에 전환 효율이 향상될 수 있고 실리콘의 수득량이 증가될 수 있다. 또한 전환되지 않고 부유하는 기체의 양이 감소되므로 배기 라인을 통해 배출되는 배기량도 함께 감소되어, 배기 라인이 손상되는 등의 부작용을 감소시킬 수 있다. According to the reaction apparatus and method for producing silicon according to the present invention, not only the reaction of the raw material gas and the reducing gas on the inner surface of the reaction tube, which is relatively more favorable to reaction conditions than other places in the reaction tube, The conversion efficiency can be improved and the yield of silicon can be increased. Further, since the amount of the suspended gas without being converted is reduced, the amount of exhaust gas discharged through the exhaust line is also reduced, thereby reducing side effects such as damaging the exhaust line.

도 1은 종래 기술에 따른 폴리실리콘의 제조 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플형 구조물이 장착된 폴리실리콘 제조 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배플형 구조물을 예시하는 도면이다. 1 is a schematic perspective view of an apparatus for producing polysilicon according to the prior art.
2 is a schematic cross-sectional view of the upper portion of the reactor shown in Fig.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a polysilicon manufacturing apparatus equipped with a baffle type structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a baffle type structure according to various embodiments of the present invention.

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. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다. In the drawings, like reference numerals are used for similar elements.

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. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms, and may be used to distinguish one component from another Only.

“및/또는”이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다. The term " and / or " includes any one or a combination of the plurality of listed items.

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. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it is to be understood that other elements may be directly connected or connected, or intervening elements may be present.

단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless otherwise specified.

“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. It will be understood that the terms "comprises", "having", and the like have the same meanings as the features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described in the specification, Does not exclude the possibility that an operation, component, component, or combination thereof may be present or added.

도 3에는 본 발명에 따른 실리콘 제조용 반응 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. Fig. 3 shows a schematic diagram of a reaction apparatus for producing silicon according to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 반응장치는 반응 공간이 내부에 구비된 수직형 반응관(31); 상기 반응관(31)의 상부 중심에 배치되어 반응 가스를 반응관(31) 내부로 공급하기 위한 주입구(32); 상기 주입구로부터 소정거리 이격된 하부에 위치하여 주입된 반응 가스를 소정 방향으로 유도하는 배플형 구조물(34); 및 상기 반응관을 가열하도록 상기 반응관(31) 외부에 배치된 가열부(도시하지 않음)를 구비한다. Referring to the drawings, a reactor according to an embodiment of the present invention includes a vertical reaction tube 31 having a reaction space therein; An inlet 32 disposed at the upper center of the reaction tube 31 for supplying a reaction gas into the reaction tube 31; A baffle type structure 34 positioned at a lower position spaced a predetermined distance from the injection port and guiding the injected reaction gas in a predetermined direction; And a heating unit (not shown) disposed outside the reaction tube 31 to heat the reaction tube.

실리콘 생성 반응은 원료가스와 환원가스가 반응면에서 표면 반응에 의해 실리콘을 생성하기 때문에 반응면 증대는 실리콘 석출 효율에 직접적인 영향을 미친다. Since the silicon formation reaction generates silicon by the surface reaction in the reaction surface between the source gas and the reducing gas, the increase of the reaction surface directly affects the silicon deposition efficiency.

따라서, 상기 주입구(32)로부터 공급된 반응가스는 상기 배플형 구조물(34)의 표면 또는 반응관 내벽(33) 표면을 따라 하부로 이동하면서 실리콘 석출반응이 일어날 수 있다. 상기 반응가스는 환원 기체와 원료기체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 환원 기체는 수소이고, 상기 원료 기체는 모노실란, 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 사염화실란 중 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 각각 독립적으로 공급될 수도 있고 미리 소정 수단에 의해 혼합된 후 함께 반응관(31)에 도입될 수도 있다 상기 반응가스는 예를 들어 섭씨 100 내지 200℃ 정도의 온도로 공급되며, 반응관의 온도는 섭씨 1200℃ 내지 1600℃ 또는 그 이상으로 가열될 수 있다. Therefore, the reaction gas supplied from the injection port 32 may move downward along the surface of the baffle-type structure 34 or the surface of the reaction tube inner wall 33, and a silicon deposition reaction may occur. The reaction gas may include a reducing gas and a raw material gas. The reducing gas may be hydrogen, and the raw material gas may be at least one of monosilane, dichlorosilane, trichlorosilane (TCS), and tetrachlorosilane, but is not limited thereto. These reactants may be supplied independently or may be introduced into the reaction tube 31 after they are mixed by predetermined means. The reaction gas is supplied at a temperature of, for example, about 100 to 200 ° C, Lt; RTI ID = 0.0 > 1200 C < / RTI > to 1600 C or more.

상기 배플형 구조물(34)은 상기 주입구(32)의 직하부에 위치하는 것이 바람직하며, 상기 주입구(32)는 일반적으로 반응관 중심에 위치하기 때문에 배플형 구조물(34) 역시 반응관내 반응공간 중심에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. Since the baffle type structure 34 is located directly below the injection port 32 and the injection port 32 is generally positioned at the center of the reaction tube, As shown in FIG.

상기 배플형 구조물(34)은 반응관 내벽(33)처럼 실리콘 석출 반응 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 이는 외부 반응관의 발열에 의해 전도 및 방사에 의한 간접가열(수동가열) 방식 또는 직접 가열 방식 모두 가능하다. The baffle type structure 34 is preferably heated to a silicon deposition reaction temperature like the reaction tube inner wall 33. This can be achieved both by indirect heating (manual heating) by conduction and radiation by heating of the external reaction tube, or by direct heating.

주입구(32)로부터 공급된 반응가스는 일차적으로 배플형 구조물(34)에 접근하여 일부는 구조물의 표면을 따라 하부로 이동하면서 반응이 일어나고, 또 일부는 구조물(34)에 부딪혀 유동 방향이 반응관 벽면(33)으로 유도되어 반응관 내벽(33)에서 표면 반응을 통해 실리콘이 생성될 수 있다. The reaction gas supplied from the injection port 32 firstly approaches the baffle type structure 34 and partly moves downward along the surface of the structure to cause the reaction to occur and partly collides against the structure 34, Silicon may be generated through the surface reaction in the reaction tube inner wall 33 by being guided to the wall surface 33.

도 3에 도시하지 않았지만 상기 반응관(31)에는 반응 후 가스를 배기하는 배기관, 반응관 하부에 위치하여 생성된 실리콘을 포집하기 위한 실리콘 수거용기, 포집된 실리콘을 용융 상태로 유기하기 위한 하부 가열 용기 등이 마련될 수 있다. Although not shown in FIG. 3, the reaction tube 31 is provided with an exhaust pipe for discharging the gas after the reaction, a silicon collection container for collecting the silicon generated under the reaction tube, a lower heating A container or the like may be provided.

반응관(31) 중심부에 위치한 배플형 구조물(34)은 그 형상 및 크기, 반응관내 위치를 제어하여 주입구(32)를 통해 공급되는 원료가스의 유동 패턴 및 유속에 의한 반응관내 열적 거동을 제어를 통해 실리콘 석출 효율을 극대화할 수 있다. The baffle type structure 34 located at the center of the reaction tube 31 controls its shape, size and position in the reaction tube to control the thermal behavior of the reaction tube by the flow pattern and the flow rate of the raw material gas supplied through the inlet 32 The silicon deposition efficiency can be maximized.

도 3을 예로 들어 설명하면, 반응관과 배플형 구조물의 간격(a, b) 및 반응관 내경(c)을 조절하여 반응관 내 공급되는 원료가스와 반응가스의 유동 패턴과 가스 유속을 조절하여 반응관 내 온도 구배를 조절할 수 있다. 3, the flow pattern and the gas flow rate of the raw material gas and the reactive gas supplied into the reaction tube are adjusted by adjusting the intervals (a, b) and the reaction tube inner diameter (c) between the reaction tube and the baffle type structure The temperature gradient in the reaction tube can be controlled.

또한 배플형 구조물(34)의 형상 및 크기(도 3에서 p,q,r,s)를 조절하여 공급된 가스의 유동 패턴을 조절할 수 있으며, 이로써 반응관내로 공급되는 가스를 반응 표면으로 유도하여 석출 전환 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 배플형 구조물의 형상 및 사이즈를 조절하여 배플형 구조물 표면에서 생성된 실리콘을 배플 하부까지 용융상태로 이동시킨 후 낙하되도록 함으로써 반응관 하부에서 포집할 수 있도록 할 수 있다. Further, the flow pattern of the supplied gas can be adjusted by adjusting the shape and size (p, q, r, s in FIG. 3) of the baffle type structure 34 to thereby guide the gas supplied into the reaction tube to the reaction surface The precipitation conversion efficiency can be increased. In addition, the shape and size of the baffle-type structure can be adjusted so that the silicon produced on the surface of the baffle-type structure is transferred to the lower part of the baffle in the molten state and then dropped.

도 3에는 물방울 형상을 거꾸로한 것과 같은 배플형 구조물(34)을 도시하였으나 이에 한정되지 않으며, 배플형 구조물의 형상은 반응관 벽면이나 구조물 표면에서 반응을 통해 생성된 실리콘이 용융된 상태로 낙하하는데 방해되지 않도록 하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게는 유선형이다. 3 shows a baffle type structure 34 in which the shape of the droplet is inverted. However, the shape of the baffle type structure is such that silicon generated through the reaction on the reaction tube wall surface or the structure surface falls in a molten state It is preferable to have a shape that is not disturbed. Preferably streamlined.

도 4는 본 발명에 따라 실리콘 제조용 반응 장치에 사용할 수 있는 배플형 구조물의 다양한 구현예를 도시한다. Fig. 4 shows various embodiments of a baffle type structure usable in a reaction apparatus for producing silicon according to the present invention.

일 구현예에 따르면 상기 배플형 구조물은, 원뿔의 밑면과 반구의 평면이 서로 접합됨으로써 형성된 것일 수 있다. 도 3에 도시된 상기 배플형 구조물은, 반구가 상부에 위치하고 원뿔이 하부에 위치하는 것일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. According to one embodiment, the baffle type structure may be formed by joining the bottom surface of the cone and the plane of the hemisphere to each other. The baffle-type structure shown in Fig. 3 may be one in which a hemisphere is located at an upper portion and a cone is located at a lower portion, but is not limited thereto.

다른 구현예에 따르면 상기 배플형 구조물은, 원통형 부분 및, 상기 원통형 부분의 상하 양측에 각각 형성된 반구형 상부 및 반구형 하부를 구비하여 형성된 것일 수 있다. 이때 반구의 크기는 서로 상이하게 할 수 있다. According to another embodiment, the baffle type structure may have a cylindrical portion and a hemispherical upper portion and a hemispherical lower portion formed on upper and lower sides of the cylindrical portion, respectively. At this time, the sizes of the hemispheres can be made different from each other.

다른 구현예에 따르면, 상기 배플형 구조물은 타원체를 구비하여 형성된 것일 수 있다. According to another embodiment, the baffle type structure may be formed with an ellipsoid.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 배플형 구조물은 꼭지점이 서로 반대 방향을 지향하도록 2 개의 각뿔의 밑면이 서로 접합되어 형성된 것일 수 있다. According to another embodiment, the baffle-type structure may be formed by joining the bottom surfaces of two pyramids to each other such that the vertexes are oriented in opposite directions to each other.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 배플형 구조물은 꼭지점이 서로 반대 방향을 지향하도록 2 개의 원뿔의 밑면이 서로 접합되어 형성된 것일 수 있다. According to another embodiment, the baffle-type structure may be formed such that the bottoms of two cones are joined to each other such that the vertexes thereof are oriented in directions opposite to each other.

본 발명에 따른 장치를 이용하여 실리콘을 제조하는 경우에는 반응관 중심부에 위치한 배플형 구조물이 직접 가열, 또는 반응관에 의해 전도 및 방사 에 의해 전달된 열 에너지에 의해 간접 가열되어 반응온도까지 승온될 수 있으며, 이에 따라 배플형 구조물의 표면에 접촉한 반응가스가 반응하여 실리콘이 석출될 수 있기 때문에 실리콘 석출 효율이 증대될 수 있다. In the case of producing silicon by using the apparatus according to the present invention, the baffle type structure located at the center of the reaction tube is directly heated or indirectly heated by the heat energy transferred by conduction and radiation by the reaction tube, Accordingly, since the reaction gas in contact with the surface of the baffle type structure reacts with silicon to precipitate silicon, the silicon deposition efficiency can be increased.

반응관 및 배플형 구조물의 재료는 금속 불순물이 실리콘에 유입되지 않도록 SiC, 그래파이트, SiC 코팅 그래파이트 및 기타 카본재일 수 있다, 바람직하게는 배플형 구조물은 반응관과 동일한 소재를 사용할 수 있다. The material of the reaction tube and the baffle type structure may be SiC, graphite, SiC-coated graphite and other carbon materials so that metal impurities do not flow into the silicon. Preferably, the baffle type structure can use the same material as the reaction tube.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. There will be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

31. 수직형 반응관 반응기
32. 주입구
33. 반응관 내벽
34. 배플형 구조물31. Vertical Reactor Reactor
32. Inlet
33. Reaction tube inner wall
34. Baffle type structure

Claims (14)

반응 공간이 내부에 구비된 수직형 반응관;
상기 반응관의 상부 중심에 배치되어 반응 가스를 반응관 내부로 공급하기 위한 주입구;
상기 주입구로부터 소정거리 이격된 하부에 위치하여 주입된 반응 가스를 소정 방향으로 유도하는 배플형 구조물; 및
상기 반응관을 가열하도록 상기 반응관 외부에 배치된 가열부;를 구비하며,
상기 배플형 구조물은 상기 주입구로부터 공급된 반응 가스가 배플형 구조물의 표면 및 반응관 내벽 표면을 따라 하부로 이동하면서 실리콘 석출반응이 일어나도록 하는 것인 실리콘 제조용 반응 장치.A vertical reaction tube having a reaction space therein;
An inlet disposed at the upper center of the reaction tube for supplying the reaction gas into the reaction tube;
A baffle type structure positioned at a lower position spaced a predetermined distance from the injection port and guiding the injected reaction gas in a predetermined direction; And
And a heating unit disposed outside the reaction tube to heat the reaction tube,
Wherein the baffle type structure causes the reaction gas supplied from the injection port to move downward along the surface of the baffle-type structure and the inner wall surface of the reaction tube to cause a silicon deposition reaction. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은 상기 주입구 직하부에 위치하는 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is located directly under the injection hole. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은 상기 반응관내 반응 공간 중심에 위치하는 것인, 실리콘 제조용 반응장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is located at the center of the reaction space in the reaction tube. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은 유선형인 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is streamlined. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은, 원뿔의 밑면과 반구의 평면이 서로 접합됨으로써 형성된 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is formed by joining the bottom surface of the cone and the plane of the hemisphere to each other. 제6항에 있어서,
상기 배플형 구조물은, 반구가 상부에 원뿔이 하부에 위치하는 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 6,
Wherein the baffle-type structure has a hemisphere at the top and a cone at the bottom. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은, 원통형 부분 및, 상기 원통형 부분의 상하 양측에 각각 형성된 반구형 상부 및 반구형 하부를 구비하여 형성된 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is formed with a cylindrical portion and a hemispherical upper portion and a hemispherical lower portion formed on both upper and lower sides of the cylindrical portion. 제1항에 있어서,
상기 배플구조물은 타원체를 구비하여 형성된 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle structure is formed with an ellipsoid. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은 꼭지점이 서로 반대 방향을 지향하도록 2 개의 각뿔의 밑면이 서로 접합되어 형성된 것인, 실리콘 제조용 반응 장치. The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is formed by joining the undersides of two prisms so that their vertexes point in opposite directions to each other. 제1항에 있어서,
상기 배플형 구조물은 꼭지점이 서로 반대 방향을 지향하도록 2 개의 원뿔의 밑면이 서로 접합되어 형성된 것인, 실리콘 제조용 반응 장치.The method according to claim 1,
Wherein the baffle type structure is formed by joining the bottom surfaces of two cones so that their vertexes are oriented in directions opposite to each other. 제1항에 있어서,
상기 반응가스는 환원 기체와 원료기체를 포함하는 것인. 실리콘 제조용 반응 장치. The method according to claim 1,
Wherein the reaction gas comprises a reducing gas and a starting gas. Reactor for making silicon. 제12항에 있어서,
상기 환원 기체는 수소이고, 상기 원료 기체는 모노실란, 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 사염화실란 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 실리콘 제조용 반응 장치. 13. The method of claim 12,
Wherein the reducing gas is hydrogen, and the raw material gas is at least one of monosilane, dichlorosilane, trichlorosilane (TCS), and tetrachlorosilane. 제1항 및 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 실리콘 제조용 반응 장치를 이용하는 폴리실리콘 제조 방법.A method for producing polysilicon using the reaction apparatus for producing silicon according to any one of claims 1 to 13.
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