TWI512137B - 製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法 - Google Patents

製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI512137B
TWI512137B TW103117293A TW103117293A TWI512137B TW I512137 B TWI512137 B TW I512137B TW 103117293 A TW103117293 A TW 103117293A TW 103117293 A TW103117293 A TW 103117293A TW I512137 B TWI512137 B TW I512137B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
reactor
particles
gas
cerium
fluidized bed
Prior art date
Application number
TW103117293A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201445004A (zh
Inventor
Dirk Weckesser
Original Assignee
Wacker Chemie Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie Ag filed Critical Wacker Chemie Ag
Publication of TW201445004A publication Critical patent/TW201445004A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI512137B publication Critical patent/TWI512137B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4407—Cleaning of reactor or reactor parts by using wet or mechanical methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/56—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D50/00—Combinations of methods or devices for separating particles from gases or vapours
    • B01D50/20—Combinations of devices covered by groups B01D45/00 and B01D46/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B24C1/086—Descaling; Removing coating films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/442—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using fluidised bed process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法
本發明涉及一種製造多晶矽的反應器，以及一種去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法。
多晶體矽(簡稱多晶矽)作為起始材料用於通過丘克拉斯基法(Czochralski，CZ)或區域熔融法(FZ)生產用於半導體的單晶矽，以及通過各種拉製和鑄造法生產單晶體矽或多晶體矽，以製造光電伏打電池(photovoltaic)。
多晶矽通常通過西門子方法(Siemens process)製造。
在此方法中，基材(通常是矽的細絲棒(細棒))在鐘形反應器(西門子反應器)中通過直接通電進行加熱，然後引入包含氫和一種或多種含矽組分的反應氣體。
通常，作為含矽組分，使用三氯矽烷(SiHCl3 ，TCS)或三氯矽烷與二氯矽烷(SiH2 Cl2 ，DCS)和/或與四氯矽烷(SiCl4 ，STC)的混合物。使用矽烷(SiH4 )也是已知的。
所述的細棒通常垂直地嵌入位於反應器底部的電 極，所述電極提供與電源的連接。每兩個細棒通過水平橋(同樣由矽構成)聯接且形成一個用於矽沉積的基材。由於該橋聯接，生成典型的U型基材。
高純度的多晶矽沉積在被加熱的細棒和該水平橋上，使得其直徑隨著時間而增長。
多晶體矽顆粒，或簡稱多晶矽顆粒(polysilicon granules)可替換在西門子方法中生產的多晶矽。在西門子方法中，多晶矽作為圓柱體矽棒生產，其在進一步加工之前，必須以耗時且昂貴的方式進行粉碎，以形成所謂的碎片多晶矽(chip poly)，且可能需要再一次純化，而多晶矽顆粒具有散料特性(bulk product properties)且可以作為原料直接使用，例如，用於光電伏打電池和電子工業的單晶生產。
多晶矽顆粒在流體化床反應器中製造。其是如下進行的：借助流體化床中的氣流，使矽粒子流體化，其中所述流體化床借助加熱裝置加熱至高溫。通過含矽反應氣體的加入，在熱粒子表面進行熱解反應。在此過程中，元素矽沉積在矽粒子上且單個粒子的直徑增大。通過定期取出已經長大的粒子並加入較小的矽粒子作為種子粒子(種子)，所述方法可被持續操作且具有所有相關優點。因此，例如由US4,786,477A公開了此類沉積方法和設備。
已經發現在這些方法中，矽沉積發生在熱反應器部件上，例如：反應壁、內部部件和噴嘴。這首先涉及的是在反應 器部件上沉積的矽。其次這涉及在熱的反應部件上生長的矽粉塵。
US 20020102850 A1公開了通過持續地、非連續地或受控制地加入HCl與惰性氣體(H2 、N2 、He、Ar)、或惰性氣體H2 ，以避免或移除在反應氣體噴嘴上的矽沉積的方法。
US 20020081250 A1描述了在流體化床反應器的操作溫度或接近流體化床反應器的操作溫度下，使用含鹵素的氣態蝕刻劑，例如氯化氫、氯氣或四氯化矽，通過蝕刻處理來分離或部分移除壁沉積物的方法。
然而，這樣的程序步驟涉及操作成本的增加。
US 7922990 B2要求保護一種方法，其中在具有熱表面的反應器中，含氣態矽化合物的反應氣體在600至1100℃的反應溫度下，作為矽金屬沉積在矽粒子上，所述粒子借助流體化氣體在流體化床中被流體化並加熱到反應溫度，且從反應器中移除具有沉積矽的流體化粒子和未反應的反應氣體和流體化氣體，其特徵在於在反應器的表面，存在含有99.5至95莫耳%氫和0.5至5莫耳%氣態矽化合物的氣體組合物，且反應器表面溫度為700至1400℃，所述溫度相當於矽粒子的溫度或高於矽粒子的溫度。
通過含有99.5至95莫耳%氫和0.5至5莫耳%氣態矽化合物的氣體組合物和高反應器表面溫度的結合，在反應器表面建立起反應平衡，其中幾乎不再在反應器表面發生矽沉積，因此可持續實施該方法。
US 2008299291 A1公開了如何通過適當地選擇以下 程序參數來產生反應過程及由此產生濃度曲線：流體化床的兩個流體化區域中的平均氣體速率、噴嘴系統出口處氣體或氣體混合物的局部氣體速率、流體化床的壓力和溫度、噴嘴相對彼此以及相對流體化床壁的位置、以及氣體在流體化床的流體化區域中的停留時間，該曲線確保在到達流體化床壁或流體化床表面之前，反應氣體幾乎反應至化學平衡轉化率。由此，在流體化床壁上的壁沉積降低至非常低的程度，這容許在一段長時間內，在反應區的區域內對流體化床進行不受妨礙的加熱。
因此，通過適宜的程序步驟，反應器壁上的矽沉積物是可減少的。
然而，這不適用於反應器內或附近的其他內部部件上的沉積物，例如產品移除管或廢氣管。這尤其是適用於沉積物是由從流體化床排出矽粉塵所構成的情況。
在此，在現有技術中，推薦通過蝕刻來移除壁沉積物。
US 5358603 A公開了用於蝕刻產品移除管上的矽沉積物的方法，其中要停止反應器工作並加熱矽沉積物，然後使用例如HCl的礦物酸蝕刻。
首先，必須停止反應器工作使這個方法複雜且不經濟。此外，操作介質(media)的成本提高。
一個具體的問題是以下事實：因為形成沉積，在流體化床反應器較長的操作期間，在廢氣熱交換器中的熱轉換受到 損害。廢氣不能夠被充分冷卻。在化學氣相沉積(CVD)西門子反應器和其廢氣李比希管(Liebig tube)中，本領域技術人員也面臨著類似的問題。
本發明的目的源於所述問題。
該目的是借助用於去除在製造多晶矽的反應器部件上的含矽沉積物的方法來實現的，所述方法包括借助於含矽粒子機械地去除所述沉積物。
1‧‧‧反應容器
2‧‧‧內部反應器管
3‧‧‧中間空間
4‧‧‧流體化床
5‧‧‧加熱裝置
6‧‧‧反應氣體混合物
7‧‧‧流體化氣體
8‧‧‧反應器頂部
9‧‧‧反應器廢氣
10‧‧‧廢氣熱交換器
11‧‧‧種子供料裝置
12‧‧‧種子
13‧‧‧產品(多晶矽粒子)
14‧‧‧移除管
15‧‧‧反應器底部
16‧‧‧供料裝置
17‧‧‧清潔粒子
18‧‧‧高溫計
19‧‧‧底部氣體噴嘴
20‧‧‧反應氣體噴嘴
21‧‧‧過濾器
22‧‧‧粒子流
23‧‧‧不含粒子的氣流
24‧‧‧旋風分離器
25‧‧‧含矽粒子(清潔粒子)
26‧‧‧過濾器
27‧‧‧反應器廢氣粉塵
M‧‧‧馬達
第1圖示意性地顯示了在本發明中所使用的流體化床反應器的較佳的實施方案。
第2圖示意性地顯示了在本發明中所使用的流體化床反應器的另一個較佳的實施方案。
較佳地，所述含矽粒子的平均粒徑為1微米<x50.3 <400微米，特別較佳30微米<x50.3 <300微米。較佳地，它們是銳邊粒子。已經發現由此可特別有效地實施壁沉積物的去除。
國際標準「Federation Europeenne de la Manutention」在FEM 2581中給出了應該考慮散料(bulk product)哪些方面的概述。在標準FEM 2582中，根據類別定義了散料的一般屬性和特性。 描述該產品的一致性和狀態的特徵是，例如，顆粒形狀和顆粒粒徑分佈(FEM 2.581/FEM 2.582：關於散料類別和符號的一般特徵)。
同樣，根據DIN ISO3435，散料可根據顆粒邊緣的性質細分為6種不同的顆粒形狀：
I．三維上具有大致相等長度的銳邊體(例如：立方體)
II．其中一個邊明顯長於其他兩個邊的銳邊體(例如：角柱(prism)、葉片(blade))
III．其中一個邊明顯小於其他邊的銳邊體(例如：平板(panel)、鱗片(scales))
IV．三維上具有大致相等長度的圓邊體(例如：球體)
V．纖維的、絲狀的、捲曲的、纏繞的
根據所述對散料的分類，用於去除壁沉積物的含矽粒子較佳係顆粒形狀I、II和III的粒子。
較佳係具有小於0.9的球形度(sphericity)的粒子。
特別佳係具有小於0.8的球形度的粒子。
球形度是根據標準ISO/DIS 13322-2通過動態影像分析確定的。
球形度如下定義： 其中A為投影面積，而U為粒子的投影周長。
粒子稜角度(angularity)的另一個特徵是根據Jänke 的所謂粗糙程度(Siegfried Jänke；關於沙子和碎石的壓縮係數和剪切強度以及控制它們的影響因素的調查(Untersuchung der Zusammendrückbarkeit und Scherfestigkeit von Sanden und Kiesen sowie der sie bestimmenden Einflüsse)，Karlsruhe：Federal Waterways Engineering and Research Institute,1969,Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau,28)。
根據此定義，所述粒子較佳具有大於0.6的粗糙度。
較佳地，混和蝕刻氣體以去除沉積物。
作為蝕刻氣體，例如，HCl是適用的。
所述的沉積物較佳係原位(in situ)去除。因此，反應器在操作中較佳係不停止運行以去除沉積物。
較佳反應器的廢氣熱交換器係免於沉積。這既可以在流體化床反應器中使用，也可以在化學氣相沉積西門子反應器中使用。
廢氣熱交換器較佳係李比希管。
在此情況下，所述管兩端開口且被較大的管環繞。冷卻水在內管和外管之間流經，而廢氣在內管中流經。
同樣較佳係使用加套管(jacketed tube)、板狀、管束狀、層狀或螺旋狀的熱交換器或冷卻管組。
所述反應器較佳係用於在絲棒上沉積多晶矽的化學氣相沉積反應器。
反應器較佳流體化床反應器，其通過在加入反應器 的矽種子粒子上沉積多晶矽以製造多晶矽顆粒。
在為製造顆粒的流體化床反應器的情況下，含矽粒子較佳混入到種子粒子(種子)中，並以此持續地供給反應器。
所述種子粒子的平均直徑較佳至少為400微米。
同樣地，含矽粒子可被單獨地原位供料給反應器。
較佳地，含矽粒子被單獨地原位供料給反應器，此處它們在冷卻後週期性地或持續地通過旋風分離器(cyclone)或表面過濾器(surface filter)從廢氣中分離，然後在含塵反應器廢氣進入後直接返回到廢氣熱交換器。
所述的含矽粒子在最簡單的情況下是純矽粒子。
可以通過研磨高純度的矽(例如多晶矽顆粒)和後續的過篩，提供具有所需粒徑的矽粒子。
然而，使用SiC粒子也是較佳的。
使用SiO2 粒子同樣也是較佳的。在此情況下，它們可以是來自四氯化矽燃燒形成的高度分散的二氧化矽粒子。
較佳地，所述廢氣熱交換器可在同向流、逆向流或交叉流的模式下操作。
在此情況下，下列參數扮演決定性角色：清潔粒子的粒徑、速率和粒子形狀以及廢氣流中清潔粒子的負荷。
通過在確定的氣體速率下加入具有確定粒徑和粒子形狀的確定質量流(mass stream)的粒子，令人驚喜地抑制了壁沉積的形成，且因此首次使流體化床反應器的冷卻效率和正常運 行成為可能。
平均的種子質量流是在0.5和15公斤/小時之間。該種子質量流中，銳邊的研磨粒子的細粒部分的比例在1和30重量%之間。流體化床反應器的膨脹頂部(expansion head)中的表面氣體速率(superficial gas velocity)在0.01和10公尺/秒之間，較佳在0.1和1公尺/秒之間。在李比希管中，發展為10和1000公尺/秒之間的氣體速率。
根據本發明所述方法的實質優點是在沉積過程中持續地去除壁沉積物。
在李比希管中，去除沉積物確保了進行廢氣的充分冷卻。
借助其他物質，可以在沒有污染物的情況下進行沉積物的去除。
為了後續的廢氣過濾，廢氣可被冷卻。技術複雜且成本昂貴的熱過濾是沒有必要的。
當含有種子質量流的粒子通過種子計量通道(seed metering channel)供料，並與廢氣粉塵一起通過常規的冷過濾器從程序中排出時，無需其他結構上的測量。
本發明還涉及一種用於製備多晶矽的反應器，其包括反應容器(1)，在反應容器(1)中適合在其上沉積多晶矽的多個矽基材，用於將反應氣體供給反應容器(1)的一個或多個噴嘴(19,20)，用於從反應容器(1)中去除反應器廢氣(9)的裝置， 用於冷卻已去除的反應器廢氣的廢氣熱交換器(10)，以及用於含矽顆粒的供料裝置(16)，其適用於將反應器廢氣和含矽粒子供給廢氣熱交換器(10)。
較佳地，反應器是用於生產棒狀多晶矽的化學氣相沉積反應器，且基材是矽絲棒，其中存在用於絲棒的電源，適用於通過直接通電加熱所述絲棒。
特別較佳的是，反應器是用於製造顆粒狀多晶矽的流體化床反應器，且基材是矽種子粒子，其包括在反應容器(1)內的用於具有顆粒狀多晶矽的流體化床的內部反應器管(2)和反應器底部，用於加熱在內部反應器管(2)中的流體化床的加熱裝置(5)，至少一個用於供給流體化氣體的底部氣體噴嘴(19)，和至少一個用於供給反應氣體的反應氣體噴嘴(20)，用於供給矽種子粒子的供料裝置(11)，和用於顆粒狀多晶矽的移除管(14)。
較佳地，流體化床反應器另外包括連接在廢氣熱交換器(10)下游的且適用於分離粒子和氣體的過濾器(21)。
較佳地，流體化床反應器另外包括連接在廢氣熱交換器(10)下游的旋風分離器(24)，其用於持續地從反應器廢氣中分離粒子，並與用於含矽粒子的供料裝置(16)聯通連接。較佳地，流體化床反應器另外包括與旋風分離器(24)下游連接的過濾器(26)，用於分離反應器廢氣粉塵(27)。
實施例
下文中的實施例涉及流體化床反應器。
在沉積速率為10公斤/小時的用於多晶矽顆粒沉積的方法中，平均種子計量加入速率為1.5公斤/小時。銳邊矽粒子以18重量%在種子質量流中存在。這些研磨粒子的平均粒徑為x50.3 =125微米，球形度為0.55，且粗糙度為0.74。由於流體化床反應器膨脹頂端的表面氣體速率是0.4公尺/秒，所述銳邊粒子和廢氣流一起從反應器中排出，並且持續地去除在廢氣熱交換器中的含矽沉積物。李比希管中的氣體速率是70公尺/秒。廢氣交換器將廢氣從700℃冷卻到100℃。
在下文中，根據第1圖和第2圖，解釋了用於實施所述方法的裝置。
流體化床反應器由反應容器1組成，其中嵌入了內部反應器管2。
中間空間3位於反應器的內壁和內管的外壁之間。
含有多晶矽顆粒的流體化床4位於反應器管內部。
流體化床借助加熱裝置5被加熱。
將流體化氣體7和反應氣體混合物6作為供料氣體供給反應器。
在此情況下，氣體供料通過噴嘴以特定的方式進行。
流體化氣體7通過底部氣體噴嘴19供料，而反應氣體混合物通過所謂二級氣體噴嘴(反應氣體噴嘴)20供料。
二級氣體噴嘴的高度可以和底部氣體噴嘴的高度不同。
在反應器中，由於噴嘴的佈置，形成帶有額外的垂直的二級氣體注射的鼓泡流體化床(bubbling fluidized bed)。
在反應器頂部8，安裝高溫計(pyrometer)18以測量 流體化床的溫度。
通過種子供料裝置11將種子12於反應器頂部供給反應器。
多晶矽粒子產品13通過移除管14在反應器底部15排出。
在反應器頂部8，反應器廢氣9被排出並供給廢氣熱交換器10。
在廢氣熱交換器的上游，借助供料裝置16將含矽粒子17供給廢氣流。
已冷卻的廢氣通過過濾器21供給廢氣熱交換器10的下游。
過濾器21將粒子流22從不含粒子的氣流23中分離，所述粒子流由反應器廢氣粉塵和用於清潔而供給的粒子17構成。
第1圖顯示了未進行用於清潔的粒子的迴圈的簡化圖。在此情況下，粒子通過廢氣粉塵過濾器從氣流中分離。
第2圖顯示了另一個較佳的實施方案。
通過旋風分離器24對設備進行了拓展，其持續地從廢氣流9中去除用於清潔的粒子，並將它們返回到含粉塵的反應器廢氣入口直接下游的廢氣熱交換器10中。
含矽粒子25被一次性地加入系統中。
在旋風分離器24下游，負載有反應器廢氣粉塵的廢氣流9由過濾器26中通過，在該過濾器中反應器廢氣粉塵27被從不含粒子的氣流23中分離出來。
1‧‧‧反應容器
2‧‧‧內部反應器管
3‧‧‧中間空間
4‧‧‧流體化床
5‧‧‧加熱裝置
6‧‧‧反應氣體混合物
7‧‧‧流體化氣體
8‧‧‧反應器頂部
9‧‧‧反應器廢氣
10‧‧‧廢氣熱交換器
11‧‧‧種子供料裝置
12‧‧‧種子
13‧‧‧產品(多晶矽粒子)
14‧‧‧移除管
15‧‧‧反應器底部
16‧‧‧供料裝置
17‧‧‧清潔粒子
18‧‧‧高溫計
19‧‧‧底部氣體噴嘴
20‧‧‧反應氣體噴嘴
21‧‧‧過濾器
22‧‧‧粒子流
23‧‧‧不含粒子的氣流
M‧‧‧馬達

Claims (19)

  1. 一種去除在製造多晶矽反應器的部件上的含矽沉積物的方法，其包括藉由含矽粒子而機械地去除所述沉積物，其中要去除在其上方之沉積物的反應器部件是廢氣管(off-gas tube)。
  2. 如請求項1的方法，其中當反應器在運轉中，也就是當製造多晶矽的時候，所述沉積物被去除。
  3. 如請求項1的方法，其中所述廢氣管是廢氣熱交換器(off-gas heat exchanger)。
  4. 如請求項3的方法，其中所述廢氣熱交換器是李比希管(Liebig tube)。
  5. 如請求項1或2的方法，其中所述反應器是用於在絲棒上沉積多晶矽的化學氣相沉積(CVD)反應器。
  6. 如請求項1或2的方法，其中所述反應器是用於通過在加入反應器的矽種子粒子上沉積多晶矽以製造多晶矽顆粒的流體化床反應器。
  7. 如請求項5的方法，其中用於去除沉積物的含矽粒子被加入到種子粒子中，並持續地供給流體化床反應器。
  8. 如請求項5的方法，其中在不與其他物質混合的情況下，用於去除沉積物的含矽粒子被單獨地供給流體化床反應器。
  9. 如請求項6的方法，其中在廢氣熱交換器中冷卻後，所述含矽粒子通過旋風分離器(cyclone)或表面過濾器(surface filter)而被週期性地(cyclically)或持續地從廢氣中分離，然後在含 塵反應器廢氣進入後，直接返回到廢氣熱交換器中。
  10. 根據請求項1或2的方法，其中用於去除沉積物的含矽粒子的平均粒徑為1微米<x50.3 <400微米。
  11. 如請求項1或2的方法，其中用於去除沉積物的含矽粒子是純矽、SiC或SiO2 。
  12. 如請求項1或2的方法，其中所述含矽粒子是銳邊粒子(sharp-edged particles)。
  13. 如請求項1或2的方法，其中混入蝕刻氣體以用於去除沉積物。
  14. 一種用於製造多晶矽的反應器，包括：反應容器(1)，在反應容器(1)內的適宜在其上沉積多晶矽的多個矽基材，一個或多個噴嘴(19,20)以將反應氣體供給反應容器(1)，用於從反應容器(1)中去除反應器廢氣的裝置(9)，用於冷卻已去除的反應器廢氣的廢氣熱交換器(10)，以及用於含矽粒子的供料裝置(16)，其適於將反應器廢氣和含矽粒子供給廢氣熱交換器(10)。
  15. 如請求項14的反應器，其中所述反應器是用於製造棒狀多晶矽的化學氣相沉積反應器，而基材是矽的絲棒，其中存在用於絲棒的電源，其適於通過直接通電加熱絲棒。
  16. 如請求項14的反應器，其中所述反應器是用於製造顆粒狀多晶矽的流體化床反應器，而該基材是矽種子粒子，該反應器包括在反應容器(1)內用於具有顆粒狀多晶矽的流體化床的內 部反應器管(2)和反應器底部，在內部反應器管(2)中用於加熱流體化床的加熱裝置(5)，至少一個用於供給流體化氣體的底部氣體噴嘴(19)，和至少一個用於供給反應氣體的反應氣體噴嘴(20)，用於供給矽種子粒子的供料裝置(11)，以及用於顆粒狀多晶矽的移除管(take-off conduit)(14)。
  17. 如請求項16的反應器，另外包括連接在廢氣熱交換器(10)下游，且適於分離粒子和氣體的過濾器(21)。
  18. 如請求項16的反應器，另外包括用於持續地從反應器廢氣中分離粒子，並連接在廢氣熱交換器(10)下游的旋風分離器(24)，且其係與用於含矽粒子的供料裝置(16)聯通連接。
  19. 如請求項18的反應器，另外包括連接在旋風分離器(24)下游的過濾器(26)，其用於分離掉反應器廢氣粉塵(27)。
TW103117293A 2013-05-16 2014-05-16 製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法 TWI512137B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013209076.5A DE102013209076A1 (de) 2013-05-16 2013-05-16 Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium und Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines solchen Reaktors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201445004A TW201445004A (zh) 2014-12-01
TWI512137B true TWI512137B (zh) 2015-12-11

Family

ID=50678189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103117293A TWI512137B (zh) 2013-05-16 2014-05-16 製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法

Country Status (11)

Country Link
US (2) US9732420B2 (zh)
EP (1) EP2997175B1 (zh)
JP (2) JP6246905B2 (zh)
KR (2) KR101801344B1 (zh)
CN (1) CN105229198B (zh)
DE (1) DE102013209076A1 (zh)
ES (1) ES2666391T3 (zh)
MY (1) MY171934A (zh)
SA (1) SA515370060B1 (zh)
TW (1) TWI512137B (zh)
WO (1) WO2014184043A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI486474B (zh) * 2012-02-15 2015-06-01 陳柏頴 低溫材料快速優質化方法及其處理裝置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10526707B2 (en) * 2012-08-29 2020-01-07 The University Of Tokyo Heat exchanger type reaction tube
TWI576457B (zh) * 2015-08-04 2017-04-01 陳柏頴 連續式材料低溫優化裝置及方法
EP3640204B1 (en) * 2017-06-16 2021-12-15 Tokuyama Corporation Method for producing polysilicon
WO2019037850A1 (de) * 2017-08-23 2019-02-28 Wacker Chemie Ag Wirbelschichtreaktor zur herstellung von polykristallinem siliciumgranulat
CN109467090A (zh) * 2017-09-07 2019-03-15 江苏中能硅业科技发展有限公司 连续生产粒状多晶硅的方法
JP7381575B2 (ja) * 2018-10-24 2023-11-15 オートモーティブ コンポーネンツ フロビー アーベー 流動化槽を含むアルミニウム溶融物を調製するシステム
CN111298726A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 新特能源股份有限公司 用于流化反应的流化系统
EP3999469B1 (de) * 2019-07-16 2023-08-30 Wacker Chemie AG Verfahren zur herstellung von polykristallinem silicium
CN113375058B (zh) * 2021-06-15 2023-12-01 新疆硅基新材料创新中心有限公司 一种尾气排放结构和还原炉
CN114220561A (zh) * 2021-11-10 2022-03-22 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆吸收球表面涂层的制备方法及设备
CN117548414A (zh) * 2022-08-03 2024-02-13 江苏中能硅业科技发展有限公司 一种清洁流化床内壁结硅的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001025167A1 (en) * 1999-10-01 2001-04-12 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Process for cleaning ceramic articles
US20030221708A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-04 Chun-Hao Ly Method of cleaning a semiconductor process chamber

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4500492A (en) * 1982-09-08 1985-02-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Apparatus and method to keep the walls of a free-space reactor free from deposits of solid materials
US4684513A (en) * 1982-11-05 1987-08-04 Union Carbide Corporation Zone heating for fluidized bed silane pyrolysis
KR880000618B1 (ko) 1985-12-28 1988-04-18 재단법인 한국화학연구소 초단파 가열 유동상 반응에 의한 고순도 다결정 실리콘의 제조 방법
US4805556A (en) 1988-01-15 1989-02-21 Union Carbide Corporation Reactor system and method for forming uniformly large-diameter polycrystalline rods by the pyrolysis of silane
US5108512A (en) 1991-09-16 1992-04-28 Hemlock Semiconductor Corporation Cleaning of CVD reactor used in the production of polycrystalline silicon by impacting with carbon dioxide pellets
US5358603A (en) 1992-10-06 1994-10-25 Albemarle Corporation Process for the removal of a silicon coating from a surface
JPH06127916A (ja) * 1992-10-16 1994-05-10 Tonen Chem Corp 真球状高純度多結晶シリコンの製造方法
US5810934A (en) 1995-06-07 1998-09-22 Advanced Silicon Materials, Inc. Silicon deposition reactor apparatus
WO1996041036A2 (en) * 1995-06-07 1996-12-19 Advanced Silicon Materials, Inc. Method and apparatus for silicon deposition in a fluidized-bed reactor
JPH09272979A (ja) * 1996-04-09 1997-10-21 Citizen Watch Co Ltd プラズマ成膜装置およびそのクリーニング方法
TW476986B (en) * 1999-12-22 2002-02-21 Saint Gobain Ceramics Process for cleaning ceramic articles
JP3749518B2 (ja) * 2000-07-24 2006-03-01 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド セラミック物品の清浄化方法
US6827786B2 (en) 2000-12-26 2004-12-07 Stephen M Lord Machine for production of granular silicon
KR100411180B1 (ko) 2001-01-03 2003-12-18 한국화학연구원 다결정실리콘의 제조방법과 그 장치
US6777045B2 (en) * 2001-06-27 2004-08-17 Applied Materials Inc. Chamber components having textured surfaces and method of manufacture
US7638108B2 (en) 2004-04-13 2009-12-29 Si Options, Llc High purity silicon-containing products
DE102005042753A1 (de) 2005-09-08 2007-03-15 Wacker Chemie Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von granulatförmigem polykristallinem Silicium in einem Wirbelschichtreaktor
KR100813131B1 (ko) * 2006-06-15 2008-03-17 한국화학연구원 유동층 반응기를 이용한 다결정 실리콘의 지속 가능한제조방법
US7820126B2 (en) 2006-08-18 2010-10-26 Iosil Energy Corporation Method and apparatus for improving the efficiency of purification and deposition of polycrystalline silicon
US7935327B2 (en) * 2006-08-30 2011-05-03 Hemlock Semiconductor Corporation Silicon production with a fluidized bed reactor integrated into a siemens-type process
US20080078326A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Pre-cleaning tool and semiconductor processing apparatus using the same
DE102007021003A1 (de) 2007-05-04 2008-11-06 Wacker Chemie Ag Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von polykristallinem hochreinen Siliciumgranulat
SG192438A1 (en) * 2008-06-30 2013-08-30 Memc Electronic Materials Fluidized bed reactor systems and methods for reducing the deposition of silicon on reactor walls
CN103787336B (zh) * 2008-09-16 2016-09-14 储晞 生产高纯颗粒硅的方法
JP5699145B2 (ja) * 2010-06-16 2015-04-08 信越化学工業株式会社 ベルジャー清浄化方法、多結晶シリコンの製造方法、およびベルジャー用乾燥装置
JP5726450B2 (ja) * 2010-07-16 2015-06-03 信越化学工業株式会社 反応炉洗浄装置および反応炉洗浄方法
JP2012101984A (ja) * 2010-11-11 2012-05-31 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ベルジャー清浄化方法
US8785303B2 (en) * 2012-06-01 2014-07-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for depositing amorphous silicon
JP2014002224A (ja) * 2012-06-15 2014-01-09 Canon Inc 堆積膜形成方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001025167A1 (en) * 1999-10-01 2001-04-12 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Process for cleaning ceramic articles
US20030221708A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-04 Chun-Hao Ly Method of cleaning a semiconductor process chamber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI486474B (zh) * 2012-02-15 2015-06-01 陳柏頴 低溫材料快速優質化方法及其處理裝置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201445004A (zh) 2014-12-01
US9732420B2 (en) 2017-08-15
SA515370060B1 (ar) 2016-12-14
EP2997175A1 (de) 2016-03-23
KR20170077268A (ko) 2017-07-05
US20160115591A1 (en) 2016-04-28
DE102013209076A1 (de) 2014-11-20
EP2997175B1 (de) 2018-03-07
KR20160010561A (ko) 2016-01-27
ES2666391T3 (es) 2018-05-04
KR101769229B1 (ko) 2017-08-17
JP2016521246A (ja) 2016-07-21
JP6246905B2 (ja) 2017-12-13
KR101801344B1 (ko) 2017-11-27
WO2014184043A1 (de) 2014-11-20
MY171934A (en) 2019-11-07
CN105229198B (zh) 2017-09-19
US20170159174A1 (en) 2017-06-08
CN105229198A (zh) 2016-01-06
JP2018053370A (ja) 2018-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI512137B (zh) 製造多晶矽的反應器以及去除此類反應器部件上含矽沉積物的方法
AU2007290858B2 (en) Silicon production with a fluidized bed reactor integrated into a Siemens-type process
JP4971240B2 (ja) 高純度の多結晶性シリコン顆粒を連続的に製造する方法
US8828324B2 (en) Fluidized bed reactor systems and distributors for use in same
EP2342007B1 (en) Silicon production with a fluidized bed reactor utilizing tetrachlorosilane to reduce wall deposition
CA2813630C (en) Granular polycrystalline silicon and production thereof
CN103723732B (zh) 用于沉积多晶硅的方法
KR20140071397A (ko) 유동층 반응기에서의 실란의 열 분해에 의한 다결정 규소의 제조
JP2016520034A (ja) 顆粒状ポリシリコンの製造方法
KR20130039486A (ko) 입자형 폴리실리콘 제조용 유동층 반응기
US20170073234A1 (en) Device for manufacturing polysilicon using horizontal reactor and method for manufacturing same
JPS63225512A (ja) 高純度粒状珪素の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees