KR20150000588A - 플라즈마를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리실리콘 제조 장치에 관한 것으로서, 클로로실란 가스와 환원성 가스를 포함하는 원료가스 및 플라즈마 가스를 도입하기 위한 가스 공급관; 상기 가스 공급관으로부터 도입된 원료가스와 플라즈마 가스가 공급되며, 제 1 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 플라즈마 발생부; 상기 제 1 플라즈마 발생부에서 생성된 제 1 플라즈마에 의해 원료가스를 열분해시켜 실리콘을 석출하는 반응 챔버; 및 상기 반응 챔버에 연결되어 제 2 플라즈마를 발생시킴으로써 미반응 원료가스를 추가로 열분해시키기 위한 제 2 플라즈마 발생부;를 구비하는 폴리실리콘 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법을 제공한다.

Description

플라즈마를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREPARING POLYCRYSTALLINE SILICON BY USING PLASMA}
본 발명은 염화실란류와 환원성 가스를 열분해하여 실리콘을 제조하는 방법 및 장치에 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 + H2 → Si + 3HCl
상용화된 공법 중 하나를 예로 들면 지멘스 공법이 있다. 도 1에는 종래의 지멘스 공법에 따라 폴리실리콘을 제조하는 장치의 개략도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지멘스 공법에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 종형 반응기(11) 내부에 실리콘 로드(12)가 구비되어 있으며, 상기 실리콘 로드(12)의 말단이 전극(13)과 연결되어 있다. 또한, 상기 반응기 내부로 반응가스인 삼염화실란 기체 및 수소 기체를 공급하기 위한 가스 공급 노즐(14)이 구비되어 있다.
상기와 같이 구성된 지멘스 반응기를 이용하여 폴리실리콘을 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 전극(13)을 통해 실리콘 로드(12)에 전류를 흘러주면서, 상기 가스 공급 노즐(14)을 통해 반응 가스를 반응기 내부로 공급한다. 실리콘 로드(12)는 공급된 전력에 의해 표면 온도가 약 1000 ~ 1150℃까지 가열되고, 반응가스가 상기 가열된 실리콘 로드(12) 표면에서 열분해되면서 고순도의 폴리실리콘이 실리콘 로드(12) 상에 증착되게 된다.
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.
또한 일본 특허출원공개 평11-314996 호 공보에는 발열 고체와, 상기 발열 고체의 하부 표면에 대향하여 배치된 고주파 코일과, 상기 코일면(coil面)에 설치된 적어도 1 개의 가스 분출구를 구비한 장치를 사용하고, 상기 가스 분출구로부터 상기 고주파 코일에 의해 유도 가열된 상기 발열 고체의 하부 표면에 석출 성분을 함유하는 원료 가스를 분출하여, 상기 발열 고체의 하부 표면에서 상기 석출 성분의 석출과 용해를 실행시키며, 석출된 용융액을 상기 발열 고체의 저부로부터 적하(滴下) 또는 하강 유출시켜 결정(結晶), 예를 들어 다결정 실리콘의 제조를 행하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 상기 방법은 고주파 코일과 발열 고체가 근접하고 있기 때문에 기능 유지를 위해 수냉(水冷)을 필요로 하는 고주파 코일이 열을 빼앗아 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다.
한편, 도 2는 또 다른 형태의 폴리실리콘 제조장로서치 실리콘 석출면으로 되는 가열체를 통 형상으로 하여 열효율을 높인 장치를 개시한다(대한민국 특허등록 10-0692444 호 참조). 상기 장치는 (a) 하단에 실리콘 취출구로 되는 개구부를 갖는 통 형상 용기(21), (b) 상기 통 형상 용기의 하단으로부터 임의의 높이까지의 내벽을 실리콘 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 장치(23), (c) 상기 통 형상 용기(21)의 내경 보다 작은 외경을 갖는 내관으로 이루어지고, 실리콘의 융점 이상으로 가열된 내벽에 의해 둘러싸인 공간(24)에 상기 내관의 한쪽 개구를 아래쪽으로 향하여 설치함으로써 구성된 클로로실란류 공급관(25), (d) 통 형상 용기(21)의 내벽과 클로로실란류 공급관(25)의 외벽에 의해 형성되는 갭에 밀봉 가스를 공급하는 제 1 밀봉 가스 공급관(27), 및 경우에 따라, (e) 상기 통 형상 용기 내에 수소 가스를 공급하는 수소 공급관을 더 구비한다. 상기 특허에서 가열장치(25)는 실리콘의 융점 이상, 즉 1414 ℃ 이상으로 가열할 수 있는 장치면 사용 가능하다고 하면서 고주파에 의한 가열장치, 전열선을 사용하는 가열 장치, 적외선을 사용하는 가열 장치 등을 예로 들고 있다.
한편, 일본특허등록 제 4743730 호는 열 플라즈마 CVD에 의한 실리콘 박막 제조 방법을 개시한다. 상기 일본 특허는 DC 플라즈마에 고주파(RF) 플라즈마를 중첩시킨 복합 플라즈마에 의해 전기열 플라즈마를 생성함으로써 각각의 플라즈마가 갖는 결점을 보충하여 상승효과를 갖는다고 설명하고 있다. 그러나 DC 플라즈마는 금속 전극이 반응 용기 내에 삽입되어야 하고 이 전극이 직접 플라즈마와 접촉해야 한다. 플라즈마에 노출된 전극들은 점차 열화되어 불순물 혼입의 원인이 될 수 있다.
또한 폴리실리콘 제조 공정은 반응 챔버로부터 배출되는 가스로부터 미반응 원료가스, 수소, 반응부산물인 염화수소 등의 가스를 회수하여 재활용하기 위한 VGR(vent gas recovery) 공정을 필수적으로 구비한다. 예를 들어, 수소나 미반응 염화실란은 회수 후 실리콘 증착 또는 석출 공정에 재사용될 수 있고, 염화수소는 염화실란 합성 공정에 재사용될 수 있다. 예를 들어 실제 공정에서 기존 지멘스 장치의 경우 증착장치 2대 당 VGR 시스템 2대가 사용되고 있다.
본 발명은 전극을 사용하지 않는 열플라즈마를 이용하여 보다 간단한 공정으로 고순도의 폴리실리콘을 효율적으로 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,
클로로실란 가스와 환원성 가스를 포함하는 원료가스 및 플라즈마 가스를 도입하기 위한 가스 공급관;
상기 가스 공급관으로부터 도입된 원료가스와 플라즈마 가스가 공급되며, 제 1 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 플라즈마 발생부;
상기 제 1 플라즈마 발생부에서 생성된 제 1 플라즈마에 의해 원료가스를 열분해시켜 실리콘을 석출하는 반응 챔버; 및
상기 반응 챔버에 연결되어 제 2 플라즈마를 발생시킴으로써 미반응 원료가스를 추가로 열분해시키기 위한 제 2 플라즈마 발생부; 를 구비하는 폴리실리콘 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 플라즈마는 라디오주파수(RF) 플라즈마이고, 상기 제 2 플라즈마는 마이크로파(MW) 플라즈마 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 라디오주파수(RF) 플라즈마는 유도결합 플라즈마 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버에는 상하 운동 및 회전 운동이 가능한 회전 스테이지와, 상기 회전 스테이지 상에 놓인 기판을 구비하며, 상기 기판 상에 폴리실리콘을 석출시켜 박막 형태로 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버의 하단은 경사져 있고, 실리콘의 융점 이상으로 가열하는 수단을 구비하여 폴리실리콘을 용융 상태로 연속 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 클로로실란 가스는 삼염화실란이고 환원성 가스는 수소일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 플라즈마 발생부에서 생성된 제 1 플라즈마가 라디오주파수(RF) 플라즈마와 마이크로파(MW) 플라즈마의 복합 플라즈마일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 폴리실리콘 제조방법은 전극을 사용하지 않는 플라즈마를 사용함으로써 순도가 높은 폴리실리콘을 석출할 수 있고, 또한 추가의 플라즈마 발 생 수단을 이용하여 반응 챔버에 남아 있는 미반응 원료가스나 부산물 가스를 추가로 열분해 시킴으로써 폴리실리콘 석출 효율을 증대시키고, VGR 공정을 생략할 수 있어 보다 간단한 공정으로 장시간에 걸쳐 고속이면서도 안정적으로 실리콘을 연속적으로 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 종래 폴리실리콘 제조 장치 중 하나인 지멘스 반응기의 일반적인 구조를 보여주는 개략도이다.
도 2는 종래 폴리실리콘 제조 장치의 다른 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 개략도이다.
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 고온의 열플라즈마를 이용한 플라즈마 CVD법에 의해 기판에 다결정 실리콘을 제조하는 방법에 관한 것이다. 고온의 열플라즈마는 원료 가스를 분해 함과 동시에, 상기 플라즈마가 형성하는 고온(예를 들면, 4,000 K에서 5,000 K) 고속(매우 적합하게는, 100 m/s이상)의 가스류(불활성 가스, 수소 등의 플라즈마 가스의 가스류)를 형성한다. 열플라즈마에 의해 원료가스 SiHxCly를 원자 레벨로 분해하여 고밀도의 실리콘 클러스터를 형성하기 위해서는 고온 플라즈마가 필요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 마이크로웨이브 플라즈마와 고주파 플라즈마를 이용하며 열플라즈마를 생성한다. 이 경우 무전극 시스템이 가능하기 때문에 전극 열화에 의한 불순물 혼입 가능성을 차단할 수 있다.
종래 플라즈마 CVD 를 이용한 미결정 실리콘 박막을 형성하는 방법은 가스 온도(200~400℃)에 비해 전자 온도가 훨씬 높은 비평형 플라즈마(이른바 저온 플라즈마) 중의 활성도 높은 분자나 원자를 이용하고 기판 상에 원료가스의 화학 반응을 촉진하는 것으로 성막 속도가 늦은 불편함이 있었는데 이를 해소하기 위하여, 고온의 열플라즈마가 형성하는 고온(예를 들면 4000K~5000K)이면서 고속(100m/s 이상)의 가스류(불활성 가스, 수소 등의 플라즈마 가스)를 이용하여 기판 상에 사용하는 것을 특징으로 한다. 고속의 가스류는 입력부(9000~10000K)와 퇴적부(3000K 이상)의 온도 구배에 의해 형성된다
플라즈마 발생부 및 챔버 내의 압력은, 여러 가지의 조건에 따라서 다르지만, 예를 들면, 50 Torr에서 800 Torr 정도인 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 발생부와 챔버 내의 압력에 차이를 주는 것도 가능하다.
댕글링 본드의 형성을 억제 하기 위해서는 환원성 가스(바람직하게는 수소) 처리가 유효하다. 원료가스에 대한 환원성 가스의 양은 5 ~10 부피% 정도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 개략도이다. 상기 장치는, 클로로실란 가스와 환원성 가스(바람직하게는 H2)를 포함하는 원료가스(1) 및 플라즈마 가스(2)를 도입하기 위한 가스 공급관(10); 상기 가스 공급관으로부터 도입된 원료가스와 플라즈마 가스가 공급되며, 제 1 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 플라즈마 발생부(30); 상기 제 1 플라즈마 발생부(30)에서 생성된 제 1 플라즈마에 의해 원료가스를 열분해시켜 실리콘을 석출하는 반응 챔버(40); 및 상기 반응 챔버에 연결되어 제 2 플라즈마를 발생시킴으로써 미반응 원료가스를 추가로 열분해시키기 위한 제 2 플라즈마 발생부(20);를 구비한다.
도시된 실시예에서는 반응 챔버(40) 내에 회전 스테이지(50)을 구비하며, 회전 스테이지(50) 상부에 기판(60)이 재치된 구성을 도시한다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 반응기 하단에 경사를 주고 실리콘의 융점이상으로 가열함으로써 용융 상태의 실리콘을 연속적으로 생산하는 것도 가능하다. 박막 형태로 얻는 경우와 달리 용융 상태로 얻게 되면 연속 공정이 가능하고 또한 바로 잉곳 제작이 가능하여 후속 공정이 단순화되고 경제적이 될 수 있다.
MW 플라즈마와 RF 플라즈마를 중첩 시킨 복합형 플라즈마의 운전에 대해 설명한다. 플라즈마 발생을 위해서는 가속된 전자에 의한 이온화 반응이 필수적이다. 이때 필요한 전기장을 공급하는 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 1차적으로 RF에 의한 플라즈마 입자 가열을 사용하고, 2차적으로 MW 에 의한 플라즈마 입자 가열을 사용할 수 있다.
먼저 RF 플라즈마에 대해 살펴보면, 전도성 전극만 사용가능한 DC 플라즈마와 달리 RF 플라즈마는 전도성 전극이나 비전도성 전극을 모두 사용할 수 있고, 또한 내부 전극이 아닌 외부 전극으로도 발생 가능하다. 또한 전자의 진동으로 인해 이온화 효율이 높아져 760 Torr 정도의 높은 압력에서도 방전이 유지될 수 있다. RF 방전에는 전극에 전압을 인가하여 방전하는 축전결합형 플라즈마 발생 방식과 코일이나 안테나에 전류를 인가하여 방전하는 유도결합형 플라즈마 발생 방식이 있는데 본 발명에서는 전극을 사용하지 않는 후자의 방식이 바람직하다.
마이크로파(MW) 플라즈마는 2.45GHz 주파수의 전원 공급으로 유지된다. 마이크로파에 의한 플라즈마 발생은 주파수가 다르다는 것을 제외하면 RF 플라즈마 발생 방법과 유사하다. RF에 비해 마이크로파의 주파수 대역은 플라즈마 전자의 거동에 가까이 가 있어 플라즈마 가열에 더욱 효과적이다. 전형적인 마이크로파 플라즈마에서의 전기장의 세기는 약 E0 ~ 30 V/cm 이며 비충돌의 경우 한 주기 동안 전자가 얻는 최대 에너지는 약 0.03 eV 정도이다. 이 정도의 에너지는 플라즈마를 유지하기에 너무 작다. 그러므로 많은 경우에 마이크로파 방전으로는 DC 나 RF 방전보다 낮은 압력(< 1 Torr)에서 플라즈마를 발생시키기가 더 어렵다. 충돌 방전 영역에서 일정한 전기장과 파워인 경우 인가 주파수와 충돌 주파수가 같을 경우에 최대값을 갖는다. 마이크로파 흡수 정도는 전자와 중성종 사이의 충돌 주파수의 함수이므로 압력에 따라 달라진다. 2.45 GHz 의 마이크로파 주파수의 경우 효율적인 마이크로파 흡수는 헬륨의 경우 5~10 Torr 정도의 압력에서 일어나며 다른 기체들의 경우에도 대개는 최적 압력이 0.5~10 Torr정도이다. ECR 장치처럼 전자 공명과 같은 현상을 이용하면 압력이 1 mTorr 이하일 때도 방전이 가능하기도 하며 대기압에서 열플라즈마를 마이크로 웨이브로 방전하기도 한다. 파장이 용기보다 훨씬 큰(13.56 MHz 의 파장은 약 22 m) RF 에서는 플라즈마가 용기 전체에 넓게 만들어지지만 파장이 짧은(2.45 GHz 의 경우 12.24 cm) 마이크로파 플라즈마는 작은 부분에서만 높은 밀도를 가지고 그 주위는 밀도가 급격히 감소한다. 반응 용기 내부에서 전기장의 세기는 위치에 따라 다른데 전기장의 파장 길이 정도 내에서 달라진다. 또한 RF 의 경우 전력 전달을 위해서 동축케이블을 사용하지만 마이크로파 파워의 전달은 도파관(waveguide), 공진 공동(resonance cavity), 동축 어플리케이터(coaxial applicator)와 같은 마이크로파 어플리케이터들을 통해서 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클로로실란류 및 환원성 가스(바람직하게는 H2)를 포함하는 원료 가스 공급원(1)과 아르곤(Ar) 및 H2를 포함하는 플라즈마 가스원(2)은 가스 도입관(10)을 통해, 제 1 플라즈마 발생부(30)에 도입된다.
도시된 바와 같이, 제 1 플라즈마 발생부(30)를 통해 원료 가스 공급원(1)과 플라즈마 가스원(2)을 함께 공급하게 되면 수소의 혼합으로 인해 플라즈마 온도가 높으며 반응이 더 잘 발생하게 된다. 또한, 원료 가스 공급원과 플라즈마 가스원이 잘 섞이게 되어 공급된 가스의 플라즈마 분포가 균일하여 환원이 잘 일어난다는 장점이 있다.
제 1 플라즈마 발생부(30)에서 생성된 플라즈마(5), 가장 바람직하게는 유도결합형 RF 플라즈마는 원통형 챔버(40)내의 반응 공간(4)에 도입되고, 플라즈마 가스(5)에 의해 생성된 원료가스의 열분해 생성물(6)이 석출되어 기판(60) 상에 퇴적됨으로써 실리콘 박막을 얻게 된다.
기판(60)은 상하운동 및 회전운동이 가능한 회전 스테이지(50) 상에 놓여 플라즈마(5)와 기판(60)의 간격을 조절할 수 있다. 필요에 따라 기판(60)은 예열될 수 있다. 예열하는 경우 결함밀도 감소효과가 있다. 앞서 설명한 바와 같이 회전 스테이지(50)와 기판(60)은 필수적인 것이 아니며, 반응기 하단에 경사를 주고 실리콘의 융점이상으로 가열함으로써 용융 상태의 실리콘을 연속적으로 생산하는 것도 가능하다.
클로로실란 원료 가스로는 삼염화실란이 바람직하며, 반응 공간의 반응 온도, 압력 및 전력은 높을수록 바람직하다.
본 발명에서는 반응 챔버내로 제 2 플라즈마, 가장 바람직하게는 MW 플라즈마 를 제공하기 위한 제 2 플라즈마 발생부(20)를 구비하는데, 여기에서 발생된 제 2 플라즈마는 반응 챔버내의 미반응 원료가스, 즉 클로로실란 가스 및 수소가스의 열분해를 추가로 진행하여 공정의 실리콘 석출 효과를 증대시킨다. 뿐만 아니라 VGR 공정이 불필요하게 되므로 공정의 경제성이 높아진다.
제 1 및 제 2 플라즈마의 전력, 바람직하게는 MW 전력(3a)과 RF 전력(3b)은 원하는 플라즈마 강도에 따라 적절히 조절할 수 있는데 바람직하게는 플라즈마 가스원의 종류에 따라 조절될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략도이다. 제 1 플라즈마 발생부를 MW 플라즈마 발생부(20)과 RF 플라즈마 발생부(30)를 복합 플라즈마로 구성함으로써 보다 높은 플라즈마 밀도로 실리콘 석출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도 4는 MW 플라즈마 발생 장치(20)의 하류에 RF 플라즈마 발생 장치(30)가 위치한 경우를 도시하나 이에 한정되지 않으며 순서가 바뀌어도 무방하다.
본 발명에 따라 MW 플라즈마 및 RF 플라즈마를 복합적으로 이용하여 폴리실리콘을 제조하게 되면 높은 플라즈마 밀도를 이용할 수 있어, 기존 방법의 실리콘 석출 효율이 5~15% 이었던 것에 비해 60~90% 로 대폭 향상될 수 있다. 또한 반응 챔버 내에 전극을 사용하지 않기 때문에 전극 열화로 인한 불순물 혼입가능성이 없고 낮은 압력에서도 안정적인 고순도 폴리실리콘 생산이 가능하다.
1. 원료 가스
2. 플라즈마 가스
3a.3b. 전원
4. 반응공간
5. 플라즈마
6. 분해생성물
10. 기체 도입관
20. MW 플라즈마 장치
30. RF 플라즈마 장치
40. 챔버
50. 회전스테이지
60. 기판

Claims (8)

  1. 클로로실란 가스와 환원성 가스를 포함하는 원료가스 및 플라즈마 가스를 도입하기 위한 가스 공급관;
    상기 가스 공급관으로부터 도입된 원료가스와 플라즈마 가스가 공급되며, 제 1 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 플라즈마 발생부;
    상기 제 1 플라즈마 발생부에서 생성된 제 1 플라즈마에 의해 원료가스를 열분해시켜 실리콘을 석출하는 반응 챔버; 및
    상기 반응 챔버에 연결되어 제 2 플라즈마를 발생시킴으로써 미반응 원료가스를 추가로 열분해시키기 위한 제 2 플라즈마 발생부;
    를 구비하는 폴리실리콘 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마는 라디오주파수(RF) 플라즈마이고, 상기 제 2 플라즈마는 마이크로파(MW) 플라즈마인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 라디오주파수(RF) 플라즈마는 유도결합 플라즈마 인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버에는 상하 운동 및 회전 운동이 가능한 회전 스테이지와, 상기 회전 스테이지 상에 놓인 기판을 구비하며, 상기 기판 상에 폴리실리콘을 석출시켜 박막 형태로 얻는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버의 하단은 경사져 있고, 실리콘의 융점 이상으로 가열하는 수단을 구비하여 폴리실리콘을 용융 상태로 연속 제조하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 클로로실란 가스는 삼염화실란이고 환원성 가스는 수소인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 발생부에서 생성된 제 1 플라즈마가 라디오주파수(RF) 플라즈마와 마이크로파(MW) 플라즈마의 복합 플라즈마인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114455587A (zh) * 2022-01-26 2022-05-10 何良雨 一种高纯多晶硅生产装置和方法

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