WO2011087186A1 - 폴리실리콘 증착장치 - Google Patents

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WO2011087186A1
WO2011087186A1 PCT/KR2010/002312 KR2010002312W WO2011087186A1 WO 2011087186 A1 WO2011087186 A1 WO 2011087186A1 KR 2010002312 W KR2010002312 W KR 2010002312W WO 2011087186 A1 WO2011087186 A1 WO 2011087186A1
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WO
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gas
core rod
silicon core
electrode
reactor
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PCT/KR2010/002312
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박종훈
박성은
유호정
이창래
이근우
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주식회사 세미머티리얼즈
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    • 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
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    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes

Definitions

  • the present invention relates to a polysilicon deposition apparatus, and more particularly, to a polysilicon deposition apparatus capable of depositing uniform polysilicon through the injection control of the reaction gas flowing to the silicon core rod.
  • Polycrystalline silicon also known as polysilicon used as a main raw material in the semiconductor and photovoltaic industries is made of metal-grade silicon by reducing quartz or sand with carbon, and then metal-grade silicon is further refined to further improve the solar cell substrate. It is used as a raw material (SoG-Si), and polysilicon of 11N or more is used as a single crystal raw material (EG-Si) for semiconductor wafer manufacturing.
  • SoG-Si raw material
  • EG-Si single crystal raw material
  • Polysilicon manufacturing industry is directly related to industries such as fine chemicals / materials, optical communication, and organosilicon in addition to semiconductor and solar power generation.
  • the most commonly used method is the Siemens method. This method is to produce polycrystalline silicon by thermally decomposing a reaction gas mixed with hydrogen such as chlorosilane or monosilane and depositing it on a silicon core rod. This method makes the silicon core rod electrically and heats the entire silicon core rod according to the resistance heat. Since silicon has a very high electrical resistance at room temperature, it is difficult to conduct electricity. However, when the silicon core rod is heated to about 1000 ° C, the electrical resistance is drastically lowered, so electricity is well supplied.
  • an object of the present invention is to increase the deposition efficiency by controlling the injection of the reaction gas flowing to the heated silicon core rod, it is possible to uniformly deposit polysilicon on the surface of the silicon core rod It is to provide a polysilicon deposition apparatus.
  • the reactor is formed with a gas inlet through which the reaction gas mixed with the carrier gas is injected and the gas outlet for discharging the gas to the outside, and the reactor A silicon core installed inside and spaced apart by a predetermined distance, the electrode core including a first electrode and a second electrode, and a silicon core that receives current from the first electrode of the electrode part and generates current while passing current through the second electrode of the electrode part.
  • a gas injection unit including a rod, a plurality of nozzles for allowing the reaction gas introduced through the gas inlet of the reactor to flow toward the silicon core rod, and a gas supply pipe connected to the gas inlet of the reactor to supply gas to the nozzle; It includes a gas supply pipe driving unit for rotating the gas supply pipe of the gas injection unit to the left / right.
  • the nozzles of the gas injection portion is characterized in that the spirally arranged on the inner surface of the heating element.
  • Polysilicon deposition apparatus characterized in that the nozzle is formed in the form of a funnel, the diameter becomes smaller as the nozzles closer to the silicon core rod portion.
  • the polysilicon deposition apparatus of the present invention has a useful effect of increasing the deposition efficiency by controlling the injection of the reaction gas flowing to the heated silicon core rod, and uniformly depositing polysilicon on the surface of the silicon core rod. have.
  • the polysilicon deposition apparatus of the present invention is implemented by including a gas supply pipe driving unit for rotating the gas supply pipe of the gas injection unit to the left / right, even if the diameter of the silicon core rod is increased as the polysilicon is deposited on the silicon core rod surface There is a useful effect that the amount of mixed gas (carrier gas and reaction gas) is evenly sprayed on the surface of the silicon core rod to uniformly deposit polysilicon.
  • the polysilicon deposition apparatus of the present invention is implemented in the form of a funnel, the diameter of the nozzles of the gas injection portion closer to the silicon core rod portion, so that the mixed gas (carrier gas and reaction gas) is concentrated on the surface of the silicon core rod.
  • FIG. 1 is an embodiment showing a cross-sectional view of a polysilicon deposition apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the first heating element 123a of the polysilicon deposition apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of the gas injector 124 of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a polysilicon deposition apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of AA including a first heating element 123a of the polysilicon deposition apparatus according to FIG. 1.
  • the polysilicon deposition apparatus 100 includes a gas inlet 111 into which a reaction gas mixed with a carrier gas is introduced and a gas outlet 112 through which gas is discharged to the outside.
  • the reactor 110 and the polysilicon deposition unit 120 is formed.
  • the reaction gas mixed with the carrier gas is chlorosilane or monosilane.
  • the polysilicon deposition unit 120 is installed in the inner space of the reactor 110 and serves to deposit polysilicon by pyrolyzing the reaction gas mixed with the carrier gas supplied through the gas inlet 111.
  • the polysilicon deposition unit 120 includes an electrode unit 121, a silicon core rod 122, a silicon core rod heating unit 123, a gas injection unit 124, and a gas supply pipe driving unit. And 125.
  • the electrode unit 121 is for supplying a current to the silicon core rod 122, and the first electrode 121a and the second electrode 121b installed at the bottom of the reactor 110 and spaced apart by a predetermined distance are provided. Include.
  • the first electrode 121a and the second electrode 121b may be implemented as electrodes of graphite material.
  • the first electrode 121a and the second electrode 121b are installed to be insulated from the bottom of the reactor 110.
  • the silicon core rod 122 receives current from the first electrode 121a of the electrode unit 121 and mixes with the carrier gas while self-heating while supplying current to the second electrode 121b of the electrode unit 121. It serves to deposit the decomposed silicon gas from the reaction gas.
  • the silicon core rod 122 is connected to the first electrode 121a of the electrode unit 121 and is installed in a direction perpendicular to the bottom of the reactor 110 and the electrode unit 121.
  • a second silicon core rod 122b and a first silicon core rod 122a and a second silicon core rod 122b which are connected to the second electrode 121b of the second electrode 121b and installed in a direction perpendicular to the bottom of the reactor 110. It includes a third silicon core rod 122c for connecting.
  • the silicon core rod heating unit 123 serves to heat the silicon core rod 122 before inputting a current to the silicon core rod 122.
  • the silicon core rod heating part 123 may be spaced apart from the first silicon core rod 122a by a predetermined distance to surround the first silicon core rod 122a and the first heating element 123a having the heating means 1231 installed therein.
  • the heat generating means 1231 may be a ceramic heater such as SiC (silicon carbide), MoSi 2 (molybdenum silicide), graphite, or Fe-Cr (iron-chromium) system, Ni-Cr (nickel-chromium) system, or Fe-Cr-Al ( Iron-chromium-aluminum) metal heater or oil heater.
  • SiC silicon carbide
  • MoSi 2 molybdenum silicide
  • graphite a ceramic heater
  • Fe-Cr iron-chromium
  • Ni-Cr nickel-chromium
  • Fe-Cr-Al Iron-chromium-aluminum
  • the heating means 1231 formed in the first heating element 123a includes a plurality of heaters installed in the height direction of the first heating element 123a.
  • the plurality of heaters six heaters may be installed around the first heating element 123a at regular intervals, for example, at 60 degree intervals, and four heaters may be installed at 90 degree intervals.
  • the gas injection unit 124 may include a reaction gas mixed with a carrier gas introduced into the heating element 123a through the gas inlet 111 of the reactor 110.
  • a plurality of nozzles 124a formed on the surfaces of the first and second heating elements 123a and 123b so as to flow toward the 122a and 122b and the gas inlet 111 of the reactor 110 are connected to the nozzles 124a. It includes a gas supply pipe 124b for supplying gas to the furnace.
  • the reaction gas mixed with the carrier gas injected through the plurality of gas injection nozzles 124a is thermally decomposed, and the decomposed silicon gas is deposited on the first and second silicon core rods 122a and 122b. Since the reaction gas mixed with the carrier gas is introduced into the first and second heating elements 123a and 123b and preheated by the heating means 1231 to be injected into the first and second silicon core rods 122a and 122b, In the polysilicon deposition apparatus of the present invention, pyrolysis of a reaction gas mixed with a carrier gas may occur quickly.
  • the plurality of gas injection nozzles 124a are installed at positions spaced apart by a predetermined interval in the height direction from the inner surface of the first heating element 123a. In one embodiment, the plurality of gas injection nozzles 124a are helically disposed on the inner side surface of the first heating element 123a. That is, the plurality of gas injection nozzles 124a are not arranged on the same line with each other.
  • the nozzles 124a provided at regular intervals around the surface of the first heating element 123a are installed between the plurality of heaters 1231 provided at regular intervals around the first heating element 123a. Accordingly, the radiant heat of the plurality of heaters 1231 is transferred to the first silicon core rod 122a through the gas injection nozzle 124a so that the silicon gas decomposed from the reaction gas mixed with the carrier gas is first silicon core rod 122a. Can be prevented from being deposited unevenly.
  • the gas supply pipe driver 125 rotates the gas supply pipe 124a of the gas injection part 124 to the left / right.
  • the gas supply pipe driver 125 may be implemented by a motor.
  • the gas supply pipe driver 125 rotates the gas supply pipe 124a by a predetermined angle ⁇ 2 as polysilicon is deposited on the surface of the silicon core rod 122. Accordingly, even though the diameter of the silicon core rod 122 increases as polysilicon is deposited on the surface of the silicon core rod 122, a certain amount of mixed gas (carrier gas and reaction gas) is uniformly formed on the surface of the silicon core rod 122. It can be sprayed to deposit polysilicon uniformly.
  • the reactor 110 is parallel to the bottom cooling body 113 having the first cooling rod 113a installed therein, and parallel to the first and second silicon core rods 122a and 112b at one end of the bottom cooling body 113.
  • the lower cooling body 114 is installed in the direction and the second cooling rod (114a) is formed therein, and the upper cooling is installed on the upper surface of the lower cooling body (114) and the third cooling rod (115a) is formed therein, respectively
  • the dome cooler 116 is installed above the upper coolant 116 and has a fourth cooling rod 116a formed therein.
  • the reactor 110 includes a cooling water supply device for supplying cooling water to each of the first to fourth cooling rods 113a to 116a.
  • the cooling water supply device supplies the cooling water having the lowest temperature to the second cooling rod 114a of the lower cooling body 114 from the time when the reaction gas mixed with the carrier gas is supplied into the reactor.
  • the supplied feed gas is pyrolyzed and deposited on the first and second silicon core rods 112a and 112b, but some silicon powder is not deposited on the silicon first and second silicon core rods 112a and 112b and the reactor It may also be deposited inside 110. Since the deposition reaction of the silicon powder occurs easily where the temperature is low, the lowest temperature of the lower cooling body 114 is controlled to induce the deposition of the silicon powder on the lower cooling body 114. This is because a large amount of silicon powder is deposited on the dome cooling body 116 or the upper cooling body 115, which may adversely affect the quality of the silicon rod 210.
  • the polysilicon deposition apparatus 100 further includes a viewing window 117 to allow the inside of the reactor 110 to be identified from the outside.
  • the viewing window 117 is for measuring the diameter of the silicon rod (210) in FIG. 2, and may be installed in the upper cooling body 115.
  • a large amount of silicon powder is deposited on the see-through window 117, it may be difficult to check the inside thereof, thereby attaching a hot wire to the glass of the see-through window 117 to increase the temperature to suppress the deposition of the silicon powder to the maximum, thereby facilitating the internal check. .
  • the polysilicon deposition apparatus 100 by adjusting the amount of gas discharged through the gas outlet 112 of the reactor 110, to adjust the gas pressure inside the reactor 110 It further includes a pressure regulator (131).
  • the pressure regulator 160 may include a pressure detector, a valve, and a valve controller.
  • the pressure detector detects the gas pressure inside the reactor 110 and may be implemented as a pressure detector that converts the distortion generated by the pressure into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • the valve is used to regulate the amount of gas that is discharged through the gas outlet 112.
  • the valve controller controls the operation of the valve in accordance with the electrical signal input from the pressure detector.
  • the valve controller maintains the gas pressure in the reactor 110 at 1 kgf / cm 2 or more and 2 kgf / cm 2 or less.
  • the pressure control should be made in units of ⁇ 0.01kgf / cm 2, and if the pressure is not finely adjusted, a variation occurs in the amount of current and gas flowing through the silicon core rod 122.
  • the gas outlet 112 is formed at an upper surface of the reactor 110. Accordingly, the silicon powder from which the reaction gas is formed through pyrolysis is not deposited on the surfaces of the first and second silicon core rods 122a and 112b, and is accumulated on the upper surface of the reactor 110 to form the first and second silicon core rods ( 122a, 112b) can be prevented from falling on the surface.
  • the plurality of gas injection nozzles 124a is implemented in the form of a funnel in which the diameter becomes smaller as the first silicon core rod 122a is closer to the portion, and the extension line of the center line of the nozzle 124a is the first silicon.
  • the core rod 122a is disposed to form an angle ⁇ 3 of 5 ° or more and 85 ° or less. Accordingly, the mixed gas (carrier gas and reaction gas) injected through the plurality of gas injection nozzles 124a forms laminar flow on the surface of the first and second silicon core rods 122a, thereby increasing silicon deposition efficiency.

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Abstract

본 발명은 폴리실리콘 증착장치에 관한 것으로, 반응가스가 투입되는 가스 투입구 및 외부로 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성되는 반응기와, 반응기 내부에 설치되며 소정 거리만큼 이격되게 설치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부와, 전극부의 제 1 전극으로부터 전류를 입력받아 전극부의 제2 전극으로 전류를 통전시키면서 자체 발열하는 실리콘 코어 로드와, 반응기의 가스 투입구를 통해 투입되는 반응가스가 실리콘 코어 로드를 향하여 흐르도록 하는 복수개의 노즐과, 반응기의 가스 투입구와 연결되어 노즐로 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 가스 분사부와, 가스 분사부의 가스공급관을 좌/우로 회전시키는 가스공급관 구동부를 포함한다.

Description

폴리실리콘 증착장치
본 발명은 폴리실리콘 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 코어로드로 흐르는 반응가스의 분사 제어를 통해 균일한 폴리실리콘을 증착할 수 있는 폴리실리콘 증착장치에 관한 것이다.
반도체나 태양광 산업에서 주원료로 사용되는 다결정 실리콘(폴리실리콘이라고도 함)은 쿼츠나 모래 등을 카본과 환원반응시켜 금속급 실리콘을 만든 후, 금속급 실리콘은 다시 추가적인 정제과정을 거쳐 태양전지 기판의 원료(SoG-Si)로 사용되고, 11N 이상의 폴리 실리콘은 반도체 웨이퍼 제조용 단결정 원료(EG-Si)로 사용된다. 폴리 실리콘 제조 산업은 반도체, 태양광 발전 외에도 정밀화학/소재, 광통신, 유기실리콘 등의 산업들과 직접 연관된다.
금속급 폴리 실리콘의 정제 방법으로는 크게 bell-jar형 반응기를 사용하는 Siemens(지멘스)법, Fluidized bed(유동층)법, VLD(Vapor-to-Liquid Deposition) 방식과 금속급 실리콘을 직접 정제하는 방법 등이 있다.
이중에서 가장 일반적으로 많이 사용되고 있는 방법이 지멘스(Siemens)법이다. 이 방법은 수소와 혼합된 반응가스, 예컨대 염화실란(chlorosilane)이나 모노실란(monosilane)을 열분해하여 실리콘 코어 로드에 증착시켜 다결정 실리콘을 제조하는 것이다. 이 방법은 실리콘 코어 로드에 전기를 통하게 하여 그 저항열에 따라 실리콘 코어 로드 전체를 발열시키는데, 실리콘은 상온에서 전기 저항이 매우 크기 때문에 통전이 어렵다. 그러나 실리콘 코어로드를 약 1000℃까지 가열하게 되면 전기 저항이 대폭적으로 낮아지기 때문에 전기가 잘 통전된다.
캐리어 가스인 수소와 혼합된 반응가스가 열분해되어, 가열된 실리콘 코어로드에 폴리실리콘을 효율적으로 증착시키기 위해서는 반응가스의 흐름을 제어하는 것이 매우 중요하다. 그런데, 종래 폴리실리콘 증착장치에 설치되는 실리콘 코어로드의 길이가 2m 내외로 길기 때문에, 실리콘 코어로드에 폴리실리콘을 균일하게 증착시키는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 가열된 실리콘 코어로드로 흐르는 반응가스의 분사 제어를 통해 증착효율을 높이고, 실리콘 코어로드 표면에 폴리실리콘을 균일하게 증착시킬 수 있는 폴리실리콘 증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 실리콘 코어로드 표면에 증착되지 않고 반응기 외부로 빠져나가는 반응가스 손실량을 줄일 수 있는 폴리실리콘 증착장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 폴리실리콘 증착장치는, 캐리어 가스와 혼합된 반응가스가 투입되는 가스 투입구 및 외부로 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성되는 반응기와, 반응기 내부에 설치되며 소정 거리만큼 이격되게 설치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부와, 전극부의 제 1 전극으로부터 전류를 입력받아 전극부의 제2 전극으로 전류를 통전시키면서 자체 발열하는 실리콘 코어 로드와, 반응기의 가스 투입구를 통해 투입되는 반응가스가 실리콘 코어 로드를 향하여 흐르도록 하는 복수개의 노즐과, 반응기의 가스 투입구와 연결되어 노즐로 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 가스 분사부와, 가스 분사부의 가스공급관을 좌/우로 회전시키는 가스공급관 구동부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 폴리실리콘 증착장치는, 가스 분사부의 노즐들이 발열체의 내측면에 나선형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 폴리실리콘 증착장치는, 가스 분사부의 노즐들이 실리콘 코어로드 부분으로 가까워질수록 직경이 작아지는 깔대기 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명의 폴리실리콘 증착장치는 가열된 실리콘 코어로드로 흐르는 반응가스의 분사 제어를 통해 증착효율을 높이고, 실리콘 코어로드 표면에 폴리실리콘을 균일하게 증착시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폴리 실리콘 증착 장치는 가스 분사부의 가스공급관을 좌/우로 회전시키는 가스공급관 구동부를 포함하여 구현됨으로써, 실리콘 코어로드 표면에 폴리 실리콘이 증착됨에 따라 실리콘 코어로드의 직경이 증가하더라도 일정한 양의 혼합가스(캐리어 가스와 반응가스)를 실리콘 코어로드 표면에 균일하게 분사하여 폴리실리콘을 균일하게 증착시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폴리 실리콘 증착 장치는 가스 분사부의 노즐들이 실리콘 코어로드 부분으로 가까워질수록 직경이 작아지는 깔대기 형태로 구현됨으로써, 혼합가스(캐리어 가스와 반응가스)를 실리콘 코어로드 표면에 집중되게 하여 미반응물의 생성과 동질반응(homogeneous reaction)을 최소화 하여 증착되는 폴리실리콘의 품질을 향상시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 폴리실리콘 증착장치의 단면도를 도시한 실시예,
도 2 는 도1에 따른 폴리실리콘 증착장치의 제1 발열체(123a)를 포함하는 AA 단면도,
도 3 은 도 1의 가스 분사부(124) 부분확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 폴리 실리콘 증착장치의 단면도를 도시한 실시예이고, 도 2 는 도 1에 따른 폴리 실리콘 증착장치의 제1 발열체(123a)를 포함하는 AA 단면도이다.
먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리 실리콘 증착장치(100)는 크게 캐리어 가스와 혼합된 반응가스가 투입되는 가스 투입구(111) 및 외부로 가스를 배출하는 가스 배출구(112)가 형성되는 반응기(110)와, 폴리 실리콘 증착부(120)를 포함한다. 본 명세서에서 캐리어 가스와 혼합된 반응가스는 염화실란(chlorosilane)이나 모노실란(monosilane)이다.
폴리 실리콘 증착부(120)는 반응기(110)의 내부공간에 설치되며 가스 투입구(111)를 통해 공급되는 캐리어 가스와 혼합된 반응가스를 열분해하여 폴리 실리콘을 증착하는 역할을 한다. 폴리 실리콘 증착부(120)는 일 실시예에 있어서, 전극부(121)와, 실리콘 코어 로드(122)와, 실리콘 코어 로드 가열부(123)와, 가스 분사부(124)와, 가스공급관 구동부(125)를 포함한다.
전극부(121)는 실리콘 코어 로드(122)로 전류를 공급하기 위한 것으로, 반응기(110)의 바닥에 설치되며 소정 거리만큼 이격되게 설치되는 제1 전극(121a)과 제2 전극(121b)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(121a)과 제2 전극(121b)은 그라파이트(graphite) 재질의 전극으로 구현될 수 있다. 또한, 제1 전극(121a)과 제2 전극(121b)은 반응기(110) 바닥과 절연되게 설치된다.
실리콘 코어 로드(122)는 전극부(121)의 제1 전극(121a)으로부터 전류를 입력받아 전극부(121)의 제2 전극(121b)으로 전류를 통전시키면서 자체 발열하면서, 캐리어 가스와 혼합된 반응가스에서 분해된 실리콘 가스를 증착시키는 역할을 한다. 실리콘 코어 로드(122)는 전극부(121)의 제1 전극(121a)과 연결되며 반응기(110)의 바닥과 수직한 방향으로 설치되는 제1 실리콘 코어 로드(122a)와, 전극부(121)의 제2 전극(121b)과 연결되며 반응기(110)의 바닥과 수직한 방향으로 설치되는 제2 실리콘 코어 로드(122b)와, 제1 실리콘 코어 로드(122a) 및 제2 실리콘 코어 로드(122b)를 연결하는 제3 실리콘 코어 로드(122c)를 포함한다.
실리콘 코어 로드 가열부(123)는 실리콘 코어 로드(122)에 전류를 입력하기 전에 실리콘 코어 로드(122)를 가열하는 역할을 한다. 실리콘 코어 로드 가열부(123)는 제1 실리콘 코어 로드(122a)로부터 소정 간격만큼 떨어져 제1 실리콘 코어 로드(122a)를 둘러싸며 내부에 발열수단(1231)이 설치되는 제1 발열체(123a)와, 제2 실리콘 코어 로드(122b)로부터 소정 간격만큼 떨어져 제2 실리콘 코어 로드(122b)를 둘러싸며 내부에 발열수단(1231)이 설치되는 제2 발열체(123b)를 포함한다.
발열수단(1231)은 SiC(탄화규소), MoSi2(규화몰리브덴), 그라파이트 등 세라믹 히터 또는 Fe-Cr(철-크롬)계, Ni-Cr(니켈-크롬)계, Fe-Cr-Al(철-크롬-알루미늄)계 금속 히터 또는 오일 히터로 구현될 수 있다.
여기서, 도 2를 참조하면, 일실시예에 있어서, 제1 발열체(123a)의 내부에 형성되는 발열수단(1231)은 제1 발열체(123a)의 높이 방향으로 설치되는 다수개의 히터를 포함하되, 다수개의 히터는 제1 발열체(123a)의 둘레에 일정한 간격, 예컨대 60도 간격으로 6개의 히터가 설치될 수 있고, 90도 간격으로 4개의 히터가 설치될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 가스 분사부(124)는 반응기(110)의 가스 투입구(111)를 통해 발열체(123a) 내부에 투입되는 캐리어 가스와 혼합된 반응가스가 제1, 제2 실리콘 코어 로드(122a, 122b)를 향하여 흐르도록 제1, 제 2발열체(123a, 123b)의 표면에 형성되는 복수개의 노즐(124a)과, 반응기(110)의 가스 투입구(111)와 연결되어 노즐(124a)로 가스를 공급하는 가스공급관(124b)을 포함한다.
복수개의 가스 분사 노즐(124a)을 통해 분사되는 캐리어 가스와 혼합된 반응가스는 열분해되고, 분해된 실리콘 기체는 제1, 제2 실리콘 코어 로드(122a, 122b)에 증착된다. 캐리어 가스와 혼합된 반응가스는 제1, 제2 발열체(123a, 123b) 내부에 투입되어 발열수단(1231)에 의해 예열되어 제1, 제2 실리콘 코어 로드(122a, 122b)로 분사됨으로 인해, 본 발명의 폴리 실리콘 증착장치는 캐리어 가스와 혼합된 반응가스의 열분해가 빠르게 일어날 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 일실시예에 있어서, 복수개의 가스 분사 노즐(124a)은 제1 발열체(123a)의 내측면에 높이 방향으로 일정한 간격만큼 떨어진 위치에 설치된다. 일 실시예에 있어서, 복수개의 가스 분사 노즐(124a)은 제1 발열체(123a)의 내측면에 나선형으로 배치된다. 즉, 복수개의 가스 분사 노즐(124a)은 서로 동일선상에 배치되지 않는다.
또한, 제1 발열체(123a)의 표면 둘레에 일정한 간격으로 설치된 노즐(124a)은, 제1 발열체(123a)의 둘레에 일정한 간격으로 설치되는 다수개의 히터(1231)들 사이에 설치된다. 이에 따라 다수개의 히터(1231)들의 복사열이 가스 분사 노즐(124a)을 통해 제1 실리콘 코어 로드(122a)로 전달되어 캐리어 가스와 혼합된 반응가스에서 분해된 실리콘 기체가 제1 실리콘 코어 로드(122a)에 불균일하게 증착되는 것을 방지할 수 있다.
가스공급관 구동부(125)는 가스 분사부(124)의 가스공급관(124a)을 좌/우로 회전시킨다. 가스공급관 구동부(125)는 모터로 구현될 수 있다. 가스공급관 구동부(125)는 실리콘 코어로드(122) 표면에 폴리 실리콘이 증착됨에 따라 가스공급관(124a)을 일정한 각(θ2) 만큼 회전시킨다. 이에 실리콘 코어로드(122) 표면에 폴리 실리콘이 증착됨에 따라 실리콘 코어로드(122)의 직경이 증가하더라도, 일정한 양의 혼합가스(캐리어 가스와 반응가스)가 실리콘 코어로드(122) 표면에 균일하게 분사되어 폴리실리콘을 균일하게 증착할 수 있다.
반응기(110)는 내부에 제1 냉각로드(113a)가 설치된 바닥 냉각체(113)와, 바닥 냉각체(113)의 일 단에 제1,제2 실리콘 코어 로드(122a, 112b)와 평행한 방향으로 설치되며 내부에 제2 냉각로드(114a)가 형성된 하부 냉각체(114)와, 하부 냉각체(114)의 상부면에 설치되며 내부에 각각 제3 냉각로드(115a)가 형성되는 상부 냉각체(115)와, 상부 냉각체(116) 상부에 설치되며 내부에 제4 냉각로드(116a)가 형성된 돔 냉각체(116)를 포함한다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 반응기(110)는 제1 내지 제 4 냉각로드(113a∼116a) 각각에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 냉각수 공급장치는 캐리어 가스와 혼합된 반응가스가 반응기 내부로 공급되는 시점부터 하부 냉각체(114)의 제2냉각로드(114a)에 가장 낮은 온도를 갖는 냉각수를 공급한다.
대부분의 공급된 원료 가스는 열분해에 되어 제1, 제2 실리콘 코어 로드(112a, 112b)에 증착되지만, 일부 실리콘 분말은 실리콘 제1, 제2 실리콘 코어 로드(112a, 112b)에 증착되지 않고 반응기(110) 내부에 증착되기도 한다. 실리콘 분말의 증착 반응은 온도가 낮은 곳일수록 용이하게 일어나므로, 하부 냉각체(114)의 온도를 가장 낮게 제어하여 하부 냉각체(114)에 실리콘 분말을 증착하도록 유도한다. 돔 냉각체(116)나 상부 냉각체(115)에 실리콘 분말이 많이 증착될 경우, 실리콘 로드(210)의 품질에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 폴리 실리콘 증착장치(100)는 반응기(110)의 내부를 외부에서 확인할 수 있도록 해주는 투시창(117)을 더 포함한다. 투시창(117)은 실리콘 로드(도 2의 도면부호 210)의 직경을 측정하기 위한 것으로, 일례로 상부 냉각체(115)에 설치될 수 있다. 또한, 투시창(117)에 실리콘 분말이 많이 증착되어 내부를 확인하기 어려울 수 있으므로 투시창(117)의 유리에 열선을 부착하여 온도를 높여 실리콘 분말의 증착을 최대한 억제하여 내부 확인을 용이하게 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 폴리 실리콘 증착장치(100)는 반응기(110)의 가스 배출구(112)를 통해 배출되는 가스의 양을 조절하여, 반응기(110) 내부의 가스 압력을 조절하는 압력 조절부(131)를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 압력 조절부(160)는 압력 검출부와, 밸브와, 밸브 제어기를 포함하여 구현될 수 있다. 압력 검출부는 반응기(110) 내부의 가스 압력을 검출하는 것으로, 압력을 받아서 발생한 왜곡을 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력검출장치로 구현될 수 있다. 밸브는 가스 배출구(112)를 통해 배출되는 가스의 양을 조절하는데 사용된다. 밸브 제어기는 압력 검출부로부터 입력되는 전기신호에 따라 밸브의 동작을 제어한다. 밸브 제어기는 반응기(110) 내의 가스 압력을 1kgf/㎠ 이상, 2kgf/㎠ 이하로 유지한다. 여기서, 압력 조절은 ±0.01kgf/㎠ 단위로 이루어져야 하며, 압력이 미세하게 조절되지 않을 경우, 실리콘 코어 로드(122)에 흐르는 전류 및 가스의 양에 변동이 발생한다.
도 1에 도시한 바와 같이 일례로, 가스 배출구(112)는 반응기(110)의 상부면에 형성된다. 이에 따라 반응가스가 열분해를 통해 생성되는 실리콘 분말이 제1, 제2 실리콘 코어 로드(122a, 112b) 표면에 증착되지 않고 반응기(110)의 상부면에 축척되어 제1, 제2 실리콘 코어 로드(122a, 112b) 표면에 떨어지는 현상을 막을 수 있다.
도 3 은 도 1의 가스 분사부 부분확대도이다. 도시한 바와 같이, 일례로 복수개의 가스 분사 노즐(124a)은 제1 실리콘 코어 로드(122a) 부분으로 가까워질수록 직경이 작아지는 깔대기 형태로 구현되며, 노즐(124a) 중심선의 연장선이 제1 실리콘 코어 로드(122a)와 5°이상, 85°이하의 각(θ3)을 이루며 배치된다. 이에 복수개의 가스 분사 노즐(124a)을 통해 분사된 혼합가스(캐리어 가스와 반응가스)는 제1, 실리콘 코어 로드(122a)의 표면에 층류를 형성하게 되어 실리콘 증착효율이 높아진다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 반응가스가 투입되는 가스 투입구 및 외부로 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성되는 반응기;
    상기 반응기 내부에 설치되며, 소정 거리만큼 이격되게 설치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부;
    상기 전극부의 제 1 전극으로부터 전류를 입력받아 상기 전극부의 제2 전극으로 전류를 통전시키면서 자체 발열하는 실리콘 코어 로드;
    상기 반응기의 가스 투입구를 통해 투입되는 반응가스가 상기 실리콘 코어 로드를 향하여 흐르도록 하는 복수개의 노즐과, 상기 반응기의 가스 투입구와 연결되어 상기 노즐로 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 가스 분사부; 및
    상기 가스 분사부의 가스공급관을 좌/우로 회전시키는 가스공급관 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분사부의 노즐들은,
    상기 실리콘 코어로드 부분으로 가까워질수록 직경이 작아지는 깔대기 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 분사부의 노즐들은,
    상기 노즐 중심선의 연장선이 상기 실리콘 코어 로드와 5°이상, 85°이하의 각을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 코어 로드가:
    상기 전극부의 제1 전극과 연결되며 상기 반응기의 바닥과 수직한 방향으로 설치되는 제1 실리콘 코어 로드와;
    상기 전극부의 제2 전극과 연결되며 상기 반응기의 바닥과 수직한 방향으로 설치되는 제2 실리콘 코어 로드; 및
    상기 제1 실리콘 코어 로드 및 제2 실리콘 코어 로드를 연결하는 제3 실리콘 코어 로드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리실리콘 증착장치가:
    상기 실리콘 코어 로드로부터 소정 간격만큼 떨어져 상기 실리콘 코어 로드를 둘러싸며 내부에 발열수단이 설치되는 발열체를 포함하는 실리콘 코어 로드 가열부;를 더 포함하고,
    상기 가스 분사부는 상기 발열체 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분사부의 노즐들은,
    상기 발열체의 내측면에 나선형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 발열체의 발열수단이,
    세라믹 히터, 오일 히터, 금속 히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 반응기의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 증착장치.
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