WO2017043892A1 - Polysilicon manufacturing apparatus - Google Patents

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WO2017043892A1
WO2017043892A1 PCT/KR2016/010106 KR2016010106W WO2017043892A1 WO 2017043892 A1 WO2017043892 A1 WO 2017043892A1 KR 2016010106 W KR2016010106 W KR 2016010106W WO 2017043892 A1 WO2017043892 A1 WO 2017043892A1
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WO
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gas
passage
reaction
base plate
cooling water
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PCT/KR2016/010106
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French (fr)
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Inventor
박성은
김지웅
이희동
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한화케미칼 주식회사
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/027Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035Preparation 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

Definitions

  • the present invention relates to a polysilicon production apparatus. More specifically, the present invention relates to a polysilicon production apparatus for forming a laminar flow of a source gas flow in a chemical vapor deposition reactor.
  • Polycrystalline silicon that is, polysilicon (polysilicon or polycrystalline silicon) is a component used as a basic raw material for the photovoltaic power generation industry and the semiconductor industry, and the demand has increased dramatically with the recent development of the industry. have.
  • a method for producing polysilicon is typically a silicon precipitation process (or chemical vapor deposition process) for forming polysilicon in a solid state from a silane raw material gas.
  • the silicon precipitation process generates silicon fine particles through hydrogen reduction reaction and pyrolysis at a high temperature in silane raw material gas, and forms silicon fine particles in a polycrystalline state on the surface of a rod or particle to precipitate.
  • simens precipitation using a chemical vapor deposition reactor and a method using a f hiidi zed bed reactor.
  • Siemens chemical vapor deposition reactor is a batch process equipment as the core equipment of polysilicon manufacturing process.
  • Chemical vapor deposition method installs silicon filament with 7 ⁇ 10 ⁇ diameter and 2500 ⁇ 3000 ⁇ length in the reaction vessel and applies resistance to silicon filament to generate resistance heat. Input to produce a silicon rod (Si rod) of 120 150 ⁇ diameter.
  • the source gas enters the lower part of the reaction vessel, and after the process, turns from the upper part and exits the lower part again, thereby forming a turbulent flow.
  • Turbulence increases the heat dissipation by convection, increasing the electrical unit.
  • the source gas stagnates between the incoming and outgoing streams, forming a hot spot, resulting in variations in gas velocity, silicon rod diameter, and silicon rod surface temperature around the silicon rod.
  • Non-uniform surface temperatures of the silicon rods produce popcorn around the hot spots, degrading the productivity and quality of the polysilicon. In other words, the competitiveness of polysilicon is falling.
  • One aspect of the present invention is to provide a polysilicon production apparatus for forming a flow of source gas in a laminar flow (l aminar f low) inside a chemical vapor deposition reactor. That is, an object of the present invention is to maximize conserving energy by suppressing convective heat loss through laminar flow at a slow flow rate, and minimizing the variation of gas velocity, the diameter variation of the silicon rod, and the surface temperature of the silicon rod around the silicon rod. It is to provide a polysilicon production apparatus.
  • Polysilicon manufacturing apparatus is disposed on the base plate semi-ungunggi to form a semi-fiber burr.
  • a pair of electrode terminals installed on the base plate and extending into the reaction chamber are installed on the electrode terminals in the reaction chamber, and connected to each other by a rod bridge at an upper end thereof.
  • a rod filament in which a silicon rod is formed by chemical vapor deposition of raw material gas flowing into a gas inlet, and inserted into a through hole provided on an upper side of the reaction vessel are supported by the base plate.
  • a gas passage for discharging the gas after the reaction is connected to a gas outlet formed in the base plate, and a cooling water passage is formed outside the gas passage to transfer a low-temperature water angle from the outside of the reactor to the water angle passage. It includes a cooling jacket to inlet and circulate to discharge the water of the silver pentagonal water to the outside of the reaction.
  • the gas outlet is formed in the center of the base plate.
  • the gas inlet is a radial direction of the base plate at the gas outlet It may be disposed at a position spaced outward.
  • the cooling jacket may be disposed at the center of the reaction chamber to connect the gas passage to the gas outlet.
  • the gasket may further include a gasket disposed between the shell jacket and the base plate, wherein the gasket may communicate the gas passage with the gas outlet, and block the mall communication with the inside of the reaction chamber.
  • the bottom of the shell jacket forms a concave groove.
  • the gasket may be coupled to the concave groove on one side and supported on the base plate on the other side.
  • the shell jacket is installed in the reaction vessel is connected to the cooling water passages in the cooling water inlet for inlet coolant.
  • a cooling water outlet connected to the cooling water passage to discharge high-temperature cooling water, and connecting the angle water inlet and the angle water outlet to the cooling water passage, being spaced apart from each other to form the gas passage on the inside, and the cooling water passage on the outside It may include an inner pipe and an outer pipe forming a.
  • the reaction vessel is provided with a first flange on the outside of the installation hole to be penetrated, the angle jacket includes a second flange fixed to the angle water inlet and the cooling water outlet, the cooling jacket is inserted into the inside of the reaction machine In the condition.
  • the second flange may close the installation hole on the first flange and be fastened to the first flange by a fastening member.
  • the inner pipe and the outer pipe may form an opening of the gas passage by facing the upper end of the rod filament.
  • the shell jacket is Incoloy 800H, Incoloy 800.
  • the source gas may include trichlorosilane (TCS).
  • the source gas may further include at least one of dichlorosi lane (DCS), silicon tetrachloride (STC), and hydrogen.
  • DCS dichlorosi lane
  • STC silicon tetrachloride
  • hydrogen hydrogen
  • the cooling material having a gas passage and a coolant passage inside the reactor. Since the gas is discharged from the top to the gas passage after the chemical vapor deposition reaction, it is possible to form a laminar flow (l am i nar f l ow) that is set from the bottom to the top of the flow of the raw material gas inside the reaction vessel.
  • the laminar flow of the source gas can minimize the variation of the gas velocity, the variation of the diameter of the silicon rod, and the variation of the silicon rod surface temperature around the silicon rod formed by the deposition of silicon on the rod filament. Laminar flow can also reduce heat losses due to convection, thus lowering the electrical unit.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the upper part and the corner jacket of FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the cooling jacket installed on the base plate.
  • FIG. 4 is a state diagram in which the source gas forms a laminar flow inside the reaction vessel of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the deviation of the surface temperature between the silicon rods by position in the prior art and in one embodiment.
  • Figure 6 is a graph showing the power consumption in the prior art.
  • FIG. 7 is a graph illustrating power consumption in one embodiment.
  • FIG. 8 is simulated at the reaction period of FIG. It is a state diagram in which source gas forms laminar flow.
  • Comparative Example 1 It is a state diagram in which source gas forms turbulence by simulating in the reaction period of 2 and 3.
  • 16 is a state diagram illustrating the formation of a hot spot within the reaction period of the comparative example.
  • FIG. 17 illustrates that a hot spot is formed within the reaction period of FIG. 1. State diagram.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a polysilicon production apparatus according to an embodiment is provided with a cooling jacket 50 in the reactor (Siemens chemical vapor deposition reactor) 10. Supply gas and cool gas after reaction Discharge into the gas passage 51 of the jacket 50.
  • Cooling jacket 50 is outside the gas passage 51 while exhausting the gas after the reaction to the internal gas passage 51. After reacting with the cooling water passage 52 provided, the gas is cooled.
  • the cooling of the gas after the reaction is such that the hot reaction gas after being discharged into the gas passage 51 does not thermally affect the raw material gas introduced into the reaction vessel 10.
  • the cooling jacket 50 is installed at the center of the reaction chamber 11 that is set as the reaction vessel 10 so that the gas passage 51 from the upper side inside the reactor 10 corresponding to the reaction point after the reaction is completed. Can be discharged through). And source gas is introduced from the lower part of the reaction vessel 10. Since the gas is immediately discharged from the top of the reaction vessel 10 after the reaction, laminar flow of the source gas can be effectively formed inside the reactor 10.
  • the source gas flows from the bottom to the top, and after the reaction, the gas is discharged from the top center to the bottom to form a laminar flow in the reaction chamber 11, so that the gas velocity deviation around the silicon rod 40, the silicon rod ( The deviation of the diameter of 40) and the deviation of the silver on the surface of the silicon rod 40 become smaller.
  • the source gas contains trichlorosilane (trichloi-osilane (TCS) (SiHCl 3 + H 2 ⁇ Si + SiHCl 3 + SiCl 4 + HCl + H 2 ), so that the conventional monosilane flow rate
  • the silicon rod 40 can be manufactured with a low flow rate of source gas.
  • the source gas may further include dichlorosi lane (DCS), silicon tetrachloride (STC), and one or more hydrogen hydrogen.
  • DCS dichlorosi lane
  • STC silicon tetrachloride
  • hydrogen hydrogen one or more hydrogen hydrogen.
  • Trichlorosilane has weak corrosion resistance due to the decomposition temperature of 500-600 ° C., the deposition rate of about 1.8-2.0 mm / hr and the presence of C1.
  • monosilane has a decomposition temperature of 300 to 400 ° C. and a deposition rate of about 1 kW / hr and a strong Corrosion resistant
  • Raw gas containing trichlorosilane is about 200 ° C. higher at decomposition and deposition temperatures when compared to monosilane. Due to this, when the chemical vapor deposition in the reaction (10). Crude gas containing trichlorosilane (TCS) is less than monosilane. The possibility of producing silicon powder can be reduced, thereby increasing the deposition efficiency of silicon.
  • Trichlorosilane TCS
  • the polysilicon manufacturing apparatus of one embodiment is installed in the reactor 10, the base plate 21, a plurality of pairs of electrode terminals 20 and the electrode terminal 20 to form the reaction chamber (11). And a plurality of pairs of rod filaments 30 connected at the top to the rod bridge 31.
  • the reactor 10 consists of a bell shaped reactor to form a reaction chamber 11 on the base plate 21. It is coupled to the base plate 21 in a gas tight structure.
  • the counterunggi 10 includes a bell jar 12 that forms the counterung ramber 11, and a burr cover 13 that is spaced apart from the bell jar 12 to allow the corner agent to flow between each other.
  • the base plate 21 is combined with the counterunggi 10 to form a counterungban server (11).
  • the raw gas is introduced into the reaction chamber 11 through a gas inlet 22 connected to a silicon-containing gas source (not shown).
  • the gas is discharged out of the reaction chamber 11 through the gas outlet 23.
  • the gas outlet 23 is provided at the center of the base plate 21 to discharge the gas after the reaction.
  • the gas inlet 22 is formed at a plurality of positions at the outside of the gas outlet 23, that is, at the radially outer side of the base plate 21.
  • the gas inlet 22 may be provided with one per 3 to 5 silicon rods 40. have.
  • the source gas introduced at the end of the gas inlet 22 may have a gas velocity of 3-6 m / s.
  • the pair of electrode terminals 20. 20 extend from the outside of the base plate 21 to the inside of the reaction chamber 11.
  • An electrode 25 supported by the rod support 24 is connected to an end of the electrode terminal 20.
  • the pair of rod filaments 30, 30 are spaced apart from each other in the reaction chamber 11 and are horizontally connected by a rod bridge 31 at an upright top.
  • the rod filaments 30 and 30 constituted in pairs are connected to an external electric energy supply source through the electrode 25 and the electrode terminal 20 at the lower end thereof.
  • the pair of rod filaments 30, 30 together with the rod bridge 31 form one electrical circuit.
  • Polysilicon is formed by chemical vapor deposition (CVD) after decomposition of the silane chloride-based compound on the surfaces of the red filamented rod filament 30 and the rod bridge 31. Since polysilicon precipitates in the polycrystalline form on the surface portions of the rod filament 30 and the rod bridge 31, the silicon rod 40 and the rod bridge 31 can be increased to a diameter of a desired size.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the cooling jacket 50 circulates the cooling water to prevent the deposition of polysilicon on the surface of the shell ash (50).
  • the silicon rod 40 does not melt.
  • each jacket 50 may be formed of Incoloy 800H. Incoloy 800, stainless steel (SS316L, SS316) or Hastelloy. This material may not affect the purity of the deposited polysilicon, and has a high temperature (for example, more than 1000 ° C) stability, with resistance to corrosion, and easy to process. It is characterized by low price.
  • the coolant 50 is inserted into the installation hole 14 provided on the upper side of the reaction machine 10 and supported by the base plate 21 at the lower end thereof.
  • the corner ash 50 is connected to the gas outlet 23 formed in the base plate 21 by forming the gas passage 51 inside. It is possible to discharge the gas into the gas passage 51 and the gas outlet 23 after the reaction.
  • the cooling retainer 50 forms a water angle passage 52 on the outside of the gas passage 51 to allow the water angle to be circulated.
  • the cooling water passage 52 is configured to introduce and circulate the low temperature water from the outside of the reaction vessel 10 to discharge the high temperature water from the outside of the reaction vessel 10.
  • the temperature of the water angle and the coolant 50 surface may be 500 ° C. or less.
  • the cooling jacket 50 is installed at the center of the reaction chamber 11, the gas outlet 23 is formed at the center on the base plate 21, and the gas inlet 22 is the base plate 21 at the gas outlet 23. Spaced apart in the radial direction of the). Therefore, the gas passage 51 is connected to the gas outlet 23 to allow the gas to be discharged to the outside of the reaction chamber 11 after the reaction is carried out in the reaction chamber 11.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the upper part of the reaction vessel and the angled jacket in FIG. 1
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the angled jacket installed on the base plate. 1 to 3.
  • the cooling jacket 50 has a cooling water inlet 53 and a water angle outlet 54.
  • An inner pipe 55 and an outer pipe 56 forming the gas passage 51 and the coolant passage 52 are included.
  • the coolant inlet 53 is installed in the reaction vessel 10 and is connected to the cooling water passage 52 to inject the low temperature cooling water from the outside of the reaction vessel 10.
  • the cooling water circulating in the cooling water passage 52 engraves the surface of the cooling jacket 50 so that no polysilicon is deposited and the silicon rod 40 does not melt.
  • the coolant outlet 54 is connected to the coolant water passage 52 to discharge hot coolant water from the inside of the reaction machine 10.
  • This embodiment is provided with two coolant inlets 53 and two angled outlets 54, respectively, to enable the inlet and outlet of the coolant even in an emergency.
  • the inner pipe 55 and the outer pipe 56 are arranged in a double structure to form a gas passage 51 inward of the inner pipe 55, and inside. Cooling water passages 52 are formed outside the gas passages 51 at intervals between the external pipes 55 and 56.
  • the counterunggi 10 is provided with the first flange 15 on the outer side of the mounting hole 14 penetrating the upper side of the twisting structure.
  • the angle jacket 50 has a second flange 57 fixed to the angle water inlet 53 and the cooling water outlet 54.
  • cooling water inlet 53 and the cooling water outlet 54 are shown separated from the second flange 57, but are inserted and fixed to the second flange 57 to form an integrated body.
  • the angle jacket 50 is inserted into the reaction vessel 10 through the installation hole 14 so as to maintain a part of the angle water inlet 53 and the cooling water discharge port 54 protruding out of the installation hole 14.
  • the second flange 57 is disposed on the first flange 15 and is fastened to the first flange 15 by a fastening member while closing the installation hole 14.
  • the fastening member is provided with a bolt 16 and a nut 17 and fastened to each other through fasteners 15 ⁇ and 571 of the first and second flanges 15 and 57.
  • the gas G after the reaction in the reaction chamber 11 may directly flow into the gas passage 51 from the upper end of the silicon rod 40 and be discharged to the gas outlet 23. That is, after reaction, the gas G does not flow influence on the source gas in the reaction chamber 11.
  • the cooling jacket 50 is installed in the base plate 21 via the gas 60.
  • the gasket 60 communicates the gas passage 51 and the gas outlet 23, and communicates the communication with the inside of the reaction chamber 11. Is blocked.
  • the gas G passing through the gas passage 51 and the gas outlet 23 is supplied into the reaction chamber 11 so as not to affect the flow of the raw material gas subjected to chemical vapor deposition reaction. That is, turbulence is not formed in the reaction chamber 11 by the reaction gas G, and the laminar flow LF may be effectively formed.
  • the lower end of the cooling jacket 50 forms a concave groove 501
  • the gasket 60 is coupled to the concave groove 501 on one side and supported by the base plate 21 on the other side.
  • the concave groove 501 is formed in a trapezoidal structure with a narrow upper portion and a wide lower portion, and can prevent separation of the gasket 60 when inserting the angled jacket 50 into the reaction machine 10.
  • the gasket 60 may be formed of a polytetraf luoroethylene having heat resistance.
  • FIG. 5 is a graph showing the deviation of the surface temperature between the silicon rods by position in the prior art and in one embodiment. Referring to Figure 5, the silicon rods of the prior art are centered in the reaction vessel. Surface temperature deviation (a) of about 70 ° C in the middle and outside.
  • the silicon rods 40 of one embodiment are central in the reaction vessel 10.
  • the surface temperature deviation (b) of the silicon rods 40 can be lower than the surface temperature deviation (a) of the prior art.
  • the surface silverness of the silicon rods 40 is uniform, so that the quality of the polysilicon may be improved.
  • the amount of heat generated can be lowered and surface surface silver can be lowered as compared with the prior art.
  • FIG. 6 is a graph showing power consumption in the prior art
  • Figure 7 is a graph showing the power consumption in one embodiment.
  • prior art silicon rods consume power at 49% radiation, 31% convection, 16% gas heating, and 4% contact loss.
  • the silicon rods 40 of one embodiment are radiative 63 convection. Power consumption is 22%, gas heating 9 and contact loss 6%. That is, one embodiment can reduce the heat dissipation due to convection, compared to the prior art, thereby lowering the electric unit.
  • FIG. 8 is a state diagram in which the source gas forms laminar flow by simulation in the reaction period of FIG. 1.
  • the raw material gas G11 is introduced from both sides of the lower side of the reaction vessel 10, and the gas G12 is discharged after the reaction from the center by using the angle ash 3 ⁇ 4 50, so that the reaction gas 10 is entirely inside the reaction vessel 10.
  • the variation of the gas velocity by the source gas G11 can be reduced.
  • the source gas forms the laminar flow which flows in a fixed direction in the reactor 10 inside. Since the gas velocity deviation is small and laminar flow is formed, the diameter variation of the silicon rod 40 can be reduced.
  • Comparative Example 1 introduces the source gas G21 at the lower center and both sides of the reaction vessel 80, and discharges the gas G22 after the reaction at the top of the reactor 80.
  • Comparative Example 2 introduces more raw material gas G31 in the center than the lower both sides of the reaction vessel 80 (increasing the gas inlet diameter), and discharges the gas G32 after the reaction from the upper portion of the reaction vessel 80.
  • Comparative Example 3 introduces more raw material gas G41 at the center than the lower both sides of the reaction vessel 80 (increasing the number of gas inlets), and the gas after the reaction at the upper portion of the reaction vessel 80 ( Eject G42).
  • Comparative Examples 1, 2, and 3 have a large variation in the velocity of the gas due to the source gases G21, G31, and G41 at the lower and upper portions of the reaction vessel 80, and the source gases G21 and G31 in the upper and lower portions, respectively. , G41). Since the gas velocity deviation is large and turbulence is formed, the diameter variation of the silicon rod may be increased.
  • FIG. 14 and FIG. 15 are state diagrams in which the source gas forms turbulence by simulation in the reaction periods of Comparative Examples 4, 5. 6, and 7.
  • FIG. 12 Comparative Example 4 introduces the raw material gas G51 to the central side of the reaction vessel 90, and discharges the gas G52 after the reaction to the outer side of the reaction vessel 90.
  • Comparative Example 5 is the raw material to the outer side of the half-woong 90
  • the gas G61 is introduced and the gas G62 is discharged after the reaction to the central side of the reaction vessel 90.
  • Comparative Example 6 introduces source gas G71 to the central side of the reaction vessel 90. After the reaction, the gas G72 is discharged to the upper portion of the reaction vessel 90.
  • the raw material gas G81 was introduced to the outer side of the reaction machine 90.
  • the gas G82 is discharged after the reaction is conducted to the lower portion of the reaction vessel 90 using the angled jacket 50.
  • Comparative Examples 4, 5. 6, and 7 seem to form gas flow in one direction near the source gas inlet (gas inlet), but the gas is not easy to be discharged after reaction, thereby forming turbulence everywhere. Turbulence can increase the diameter deviation of the silicon rods.
  • One embodiment may increase the yield of polysilicon by making the upper and lower diameters uniform and the surface temperature of the silicon rod 40 uniform in the silicon rod 40.
  • One embodiment also improves the quality of polysilicon by reducing hot spots. Lower gas flow rates and lower power consumption can lead to lower electricity levels (a weaker electricity unit can lower the cost of polysilicon sales).
  • FIG. 16 is a state diagram illustrating the formation of a hot spot within the reaction period of the comparative example. Referring to FIG. When one half-unggi of the comparative examples 1-7 is applied to the polysilicon manufacturing apparatus, the state in which the hot spot HS1 was formed in the half-unggi 101 is shown.
  • FIG. 17 is a state diagram illustrating that a hot spot is formed within the reaction period of FIG. 1. Referring to Figure 17, when the semi-unggi 10 used in the polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The state where the hot spot HS2 is formed in the reaction machine 10 is shown.

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Abstract

A polysilicon manufacturing apparatus, according to an embodiment of the present invention, comprises: a reactor disposed on a base plate to form a reaction chamber; a pair of electrode terminals mounted on the base plate and extending toward the interior of the reaction chamber; rod filaments mounted on the electrode terminals within the reaction chamber and connected, at the upper ends thereof, with each other by a rod bridge such that a silicon rod is formed by performing a chemical vapor deposition process using a source gas introduced through a gas inlet; and a cooling jacket inserted into a through-hole formed in the upper portion of the reactor and supported by the base plate, wherein the cooling jacket has a gas passage for discharging gas after the reaction, which is connected to a gas outlet formed in the base plate, and has a coolant passage formed outside the gas passage to receive a low-temperature coolant from the outside of the reactor through the coolant passage, circulate the coolant through the coolant passage, and discharge the high-temperature coolant to the outside of the reactor.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】  [Name of invention]
폴리실리콘 제조 장치  Polysilicon manufacturing equipment
【기술분야】  Technical Field
본 발명은 폴리실리콘 제조 장치에 관한 것으로서. 보다 상세하게는 화학기상증착 반웅기의 내부에서 원료 가스의 흐름을 층류 (laminar flow)로 형성하는 폴리실리콘 제조 장치에 관한 것이다.  The present invention relates to a polysilicon production apparatus. More specifically, the present invention relates to a polysilicon production apparatus for forming a laminar flow of a source gas flow in a chemical vapor deposition reactor.
【배경기술】  Background Art
다결정 상태의 실리콘, 즉, 폴리실리콘 (polysilicon 또는 polycrystalline silicon)은 태양광 발전산업 및 반도체 산업의 기초 원료로 사용되는 성분으로서 , 최근 해당 산업 분야의 발전과 함께 그 수요가 비약적으로 증가하는 추세를 보이고 있다. 이러한 폴리실리콘의 제조 방법에는 실란 원료 가스로부터 고체 상태의 폴리실리콘을 형성시키는 실리콘 석출공정 (또는 화학기상증착 공정)이 대표적이다.  Polycrystalline silicon, that is, polysilicon (polysilicon or polycrystalline silicon) is a component used as a basic raw material for the photovoltaic power generation industry and the semiconductor industry, and the demand has increased dramatically with the recent development of the industry. have. Such a method for producing polysilicon is typically a silicon precipitation process (or chemical vapor deposition process) for forming polysilicon in a solid state from a silane raw material gas.
실리콘 석출공정은 실란 원료 가스를 고온에서 수소환원반응 및 열분해를 통해 실리콘 미립자를 생성시키고, 실리콘 미립자를 로드 (rod) 또는 입자의 표면에서 다결정 상태로 형성시켜 석출한다. 일례로써, 화학기상증착 반응기 (chemical vapor deposition reactor)를 이용한 지멘스 (simens) 석출법과, 유동층 반웅기 ( f hiidi zed bed reactor)를 이용하는 석출법 등이 있다.  The silicon precipitation process generates silicon fine particles through hydrogen reduction reaction and pyrolysis at a high temperature in silane raw material gas, and forms silicon fine particles in a polycrystalline state on the surface of a rod or particle to precipitate. As an example, there is a method of simens precipitation using a chemical vapor deposition reactor, and a method using a f hiidi zed bed reactor.
지멘스 화학기상증착 반웅기는 폴리실리콘 제조 공정의 핵심 장비로써 배치 (batch) 공정 장비이다. 화학기상증착 방법은 반웅기 내에 7~10ιηηι 직경 및 2500~3000隱 길이의 실리콘 필라멘트 (Si filament)를 설치하고, 실리콘 필라멘트에 전력을 인가하여 저항 발열을 일으키며, 고압 조건에서 6O80시간 정도로 원료 가스를 투입하여 직경 120 150麵의 실리콘 로드 (Si rod)를 생산한다.  Siemens chemical vapor deposition reactor is a batch process equipment as the core equipment of polysilicon manufacturing process. Chemical vapor deposition method installs silicon filament with 7 ~ 10ιηηι diameter and 2500 ~ 3000 隱 length in the reaction vessel and applies resistance to silicon filament to generate resistance heat. Input to produce a silicon rod (Si rod) of 120 150 麵 diameter.
일례를 들면, 화학기상증착 공정시, 원료 가스가 반웅기의 하부에서 들어와 공정 후, 상부에서 방향 전환하여 다시 하부로 빠져 나가므로 난류 (turbulent flow)를 형성한다. 난류는 대류에 의한 열 손실을 증대시켜 전기 원단위를 증가시킨다. 난류에 의하여, 원료 가스는 들어오는 흐름과 빠져 나가는 흐름 사이에서 정체되면서 핫 스팟 (hot spot )을 형성하여, 실리콘 로드의 주변에서 기체 속도의 편차, 실리콘 로드의 직경 편차 및 실리콘 로드의 표면 온도의 편차를 증대시킨다. For example, during the chemical vapor deposition process, the source gas enters the lower part of the reaction vessel, and after the process, turns from the upper part and exits the lower part again, thereby forming a turbulent flow. Turbulence increases the heat dissipation by convection, increasing the electrical unit. By turbulence, the source gas stagnates between the incoming and outgoing streams, forming a hot spot, resulting in variations in gas velocity, silicon rod diameter, and silicon rod surface temperature around the silicon rod. To increase.
실리콘 로드들의 표면 온도가 불균일하게 되면, 핫 스팟 주위에서 팝콘 (popcorn)이 생성되어 폴리실리콘의 생산성 및 품질이 저하된다. 즉 폴리실리콘의 경쟁력이 하락한다.  Non-uniform surface temperatures of the silicon rods produce popcorn around the hot spots, degrading the productivity and quality of the polysilicon. In other words, the competitiveness of polysilicon is falling.
【발명의 상세한 설명】  [Detailed Description of the Invention]
【기술적 과제】  [Technical problem]
본 발명의 일 측면은 화학기상증착 반웅기 내부에서 원료 가스의 흐름을 층류 ( l aminar f low)로 형성하는 폴리실리콘 제조 장치를 제공하는 것이다. 즉 본 발명의 목적은 느린 유속의 층류를 통하여 대류 열손실을 억제하여 에너지 절감을 극대화 하고, 실리콘 로드의 주변에서 기체 속도의 편차, 실리콘 로드의 직경 편차 및 실리콘 로드의 표면 온도의 편차를 최소화하는 폴리실리콘 제조 장치를 제공하는 것이다.  One aspect of the present invention is to provide a polysilicon production apparatus for forming a flow of source gas in a laminar flow (l aminar f low) inside a chemical vapor deposition reactor. That is, an object of the present invention is to maximize conserving energy by suppressing convective heat loss through laminar flow at a slow flow rate, and minimizing the variation of gas velocity, the diameter variation of the silicon rod, and the surface temperature of the silicon rod around the silicon rod. It is to provide a polysilicon production apparatus.
【기술적 해결방법】  Technical Solution
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치는, 베이스 플레이트 위에 배치되어 반웅 버를 형성하는 반웅기. 상기 베이스 플레이트에 설치되어 상기 반웅 챔버 내부로 연장되는 1쌍의 전극단자, 상기 반웅 ¾버 내에서 상기 전극단자에 설치되어 상단에서 로드 브릿지로 서로 연결되어. 가스 유입구로 유입되는 원료 가스의 화학기상증착으로 실리콘 로드가 형성되는 로드 필라멘트, 및 상기 반웅기의 상측에 구비되는 관통구로 삽입되어 상기 베이스 플레이트에 지지되며. 상기 반웅 후 가스를 배출하는 가스 통로를 형성하여 상기 베이스 플레이트에 형성되는 가스 배출구에 연결되고, 상기 가스 통로의 외측에 냉각수 통로를 형성하여 상기 반응기의 외부로부터 저온의 넁각수를 상기 넁각수 통로로 유입 및 순환시켜 상기 반웅기의 외측으로 고은의 넁각수를 배출하는 냉각 재킷을 포함한다.  Polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, is disposed on the base plate semi-ungunggi to form a semi-fiber burr. A pair of electrode terminals installed on the base plate and extending into the reaction chamber, are installed on the electrode terminals in the reaction chamber, and connected to each other by a rod bridge at an upper end thereof. A rod filament in which a silicon rod is formed by chemical vapor deposition of raw material gas flowing into a gas inlet, and inserted into a through hole provided on an upper side of the reaction vessel are supported by the base plate. A gas passage for discharging the gas after the reaction is connected to a gas outlet formed in the base plate, and a cooling water passage is formed outside the gas passage to transfer a low-temperature water angle from the outside of the reactor to the water angle passage. It includes a cooling jacket to inlet and circulate to discharge the water of the silver pentagonal water to the outside of the reaction.
상기 가스 배출구는 상기 베이스 플레이트의 중심에 형성되고. 상기 가스 유입구는 상기 가스 배출구에서 상기 베이스 플레이트의 직경 방향 외곽으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. The gas outlet is formed in the center of the base plate. The gas inlet is a radial direction of the base plate at the gas outlet It may be disposed at a position spaced outward.
상기 냉각 재킷은 상기 반웅 챔버의 중심에 배치되어 상기 가스 통로를 상기 가스 배출구에 연결할 수 있다.  The cooling jacket may be disposed at the center of the reaction chamber to connect the gas passage to the gas outlet.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치는. 상기 넁각 재킷과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 개스킷을 더 포함하며, 상기 개스킷은 상기 가스 통로와 상기 가스 배출구를 연통시키고, 상가 연통을 상기 반웅 챔버 내부와 차단할 수 있다.  Polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The gasket may further include a gasket disposed between the shell jacket and the base plate, wherein the gasket may communicate the gas passage with the gas outlet, and block the mall communication with the inside of the reaction chamber.
상기 넁각 재킷의 하단은 오목 홈을 형성하고. 상기 개스킷은 일측으로 상기 오목 홈에 결합되고, 다른 일측으로 상기 베이스 플레이트에 지지될 수 있다.  The bottom of the shell jacket forms a concave groove. The gasket may be coupled to the concave groove on one side and supported on the base plate on the other side.
상기 넁각 재킷은 상기 반웅기에 설치되고 상기 냉각수 통로에 연결되어 저온의 냉각수를 유입하는 넁각수 유입구. 상기 냉각수 통로에 연결되어 고온의 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구, 및 상기 넁각수 유입구와 상기 넁각수 배출구를 상기 냉각수 통로에 연결하며 , 서로 이격 배치되어 내측에 상기 가스 통로를 형성하고 외측에 상기 냉각수 통로를 형성하는 내부 배관과 외부 배관을 포함할 수 있다.  Wherein the shell jacket is installed in the reaction vessel is connected to the cooling water passages in the cooling water inlet for inlet coolant. A cooling water outlet connected to the cooling water passage to discharge high-temperature cooling water, and connecting the angle water inlet and the angle water outlet to the cooling water passage, being spaced apart from each other to form the gas passage on the inside, and the cooling water passage on the outside It may include an inner pipe and an outer pipe forming a.
상기 반웅기는 관통되는 설치 구멍의 외측에 제 1플랜지를 구비하고, 상기 넁각 재킷은 상기 넁각수 유입구와 상기 냉각수 배출구에 고정되는 제 2플랜지를 포함하며, 상기 냉각 재킷을 상기 반웅기 내부에 삽입한 상태에서. 상기 제 2플랜지는 상기 제 1플랜지 상에서 상기 설치 구멍을 폐쇄하고 상기 제 1플랜지에 체결부재로 체결될 수 있다.  The reaction vessel is provided with a first flange on the outside of the installation hole to be penetrated, the angle jacket includes a second flange fixed to the angle water inlet and the cooling water outlet, the cooling jacket is inserted into the inside of the reaction machine In the condition. The second flange may close the installation hole on the first flange and be fastened to the first flange by a fastening member.
상기 내부 배관과 상기 외부 배관은 상기 로드 필라멘트의 상단에 대웅하여 상기 가스 통로의 개구를 형성할 수 있다.  The inner pipe and the outer pipe may form an opening of the gas passage by facing the upper end of the rod filament.
상기 넁각 재킷은 인콜로이 (Incoloy 800H, Incoloy 800). 스테인레스 스틸 (SS316L, SS316) 및 하스텔로이 (Hastel loy) 증 하나로 형성될 수 있다. 상기 원료 가스는 트리클로로실란 (trichlorosilane, TCS)를 포함할 수 있다.  The shell jacket is Incoloy 800H, Incoloy 800. Stainless steel (SS316L, SS316) and Hastelloy. The source gas may include trichlorosilane (TCS).
상기 원료 가스는 디클로로실란 (dichlorosi lane, DCS), 실리콘테트라클로라이드 (silicon tetrachloride, STC) 및 수소 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. [유리한 효과】 The source gas may further include at least one of dichlorosi lane (DCS), silicon tetrachloride (STC), and hydrogen. Advantageous Effects
본 발명의 일 실시예에 따르면 , 가스 통로와 냉각수 통로를 구비한 냉각 재¾을 반응기 내부에 설치하여 . 화학기상증착 반웅 후 가스를 상부에서 가스 통로로 배출하므로 반웅기의 내부에서 원료 가스의 흐름을 하부에서 상부로 설정되는 층류 ( l am i nar f l ow)로 형성할 수 있다.  According to an embodiment of the present invention, by installing the cooling material having a gas passage and a coolant passage inside the reactor. Since the gas is discharged from the top to the gas passage after the chemical vapor deposition reaction, it is possible to form a laminar flow (l am i nar f l ow) that is set from the bottom to the top of the flow of the raw material gas inside the reaction vessel.
따라서 원료 가스의 층류는 로드 필라멘트에 실리콘이 증착되어 형성되는 실리콘 로드의 주변에서 기체 속도의 편차, 실리콘 로드의 직경 편차 및 실리콘 로드 표면 온도의 편차를 최소화할 수 있다. 또한 층류는 대류에 의한 열 손실을 감소시켜 전기 원단위를 낮출 수 있다.  Therefore, the laminar flow of the source gas can minimize the variation of the gas velocity, the variation of the diameter of the silicon rod, and the variation of the silicon rod surface temperature around the silicon rod formed by the deposition of silicon on the rod filament. Laminar flow can also reduce heat losses due to convection, thus lowering the electrical unit.
【도면의 간단한 설명】  [Brief Description of Drawings]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 단면도이다.  1 is a cross-sectional view of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서 반웅기의 상부와 넁각 재킷의 분해 사시도이다. 도 3은 베이스 플레이트 상에 냉각 재킷이 설치된 상태의 부분 단면도이다.  FIG. 2 is an exploded perspective view of the upper part and the corner jacket of FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the cooling jacket installed on the base plate.
도 4는 도 1의 반웅기 내부에서 원료 가스가 층류를 형성하는 상태도이다.  4 is a state diagram in which the source gas forms a laminar flow inside the reaction vessel of FIG. 1.
도 5는 종래기술과 일 실시예에서 반웅기 내의 위치별 실리콘 로드들 간의 표면 온도의 편차를 도시한 그래프이다.  FIG. 5 is a graph showing the deviation of the surface temperature between the silicon rods by position in the prior art and in one embodiment.
도 6은 종래기술에서 전력 소모량을 도시한 그래프이다.  Figure 6 is a graph showing the power consumption in the prior art.
도 7은 일 실시예에서 전력 소모량을 도시한 그래프이다.  7 is a graph illustrating power consumption in one embodiment.
도 8은 도 1의 반웅기에서 시물레이션. 하여 원료 가스가 층류를 형성하는 상태도이다.  8 is simulated at the reaction period of FIG. It is a state diagram in which source gas forms laminar flow.
도 9. 도 10 및 도 11은 비교예 1 . 2 , 3의 반웅기에서 시뮬레이션 하여 원료 가스가 난류를 형성하는 상태도이다.  10 and 11 show Comparative Example 1. It is a state diagram in which source gas forms turbulence by simulating in the reaction period of 2 and 3.
도 12 , 도 13, 도 14 및 도 15는 비교예 4 , 5 , 6. 7의 반웅기에서 시물레이션 하여 원료 가스가 난류를 형성하는 상태도이다.  12, 13, 14, and 15 are state diagrams in which the source gas forms turbulent flow by simulating in the reaction periods of Comparative Examples 4, 5, and 6.
도 16은 비교예의 반웅기 내에서 핫 스팟이 형성되는 것을 도시한 상태도이다.  16 is a state diagram illustrating the formation of a hot spot within the reaction period of the comparative example.
도 17은 도 1의 반웅기 내에서 핫 스팟이 형성되는 것을 도시한 상태도이다. FIG. 17 illustrates that a hot spot is formed within the reaction period of FIG. 1. State diagram.
- 부호의 설명 - Description of the sign
10 반웅기 11 반응 챔버 10 reaction reactors 11 reaction chamber
12 벨 자 (bell jar) 13 ¾버 커버  12 bell jar 13 shaft cover
14 설치 구멍 15 57: 제 1, 제 2플랜지 16 볼트 17 너트  14 Mounting hole 15 57 : 1st, 2nd flange 16 Bolt 17 Nut
20 전극단자 (electrical feedthroughs) 21 베이스 플레이트  20 electrical feedthroughs 21 base plate
22 가스 유입구 (gas inlet) 23 가스 배출구 (gas out let ) 22 gas inlet 23 g as out let
24: 로드 지지대 25: 전극  24: rod support 25: electrode
30: 로드 필라멘트 31: 로드 브릿지  30: road filament 31: road bridge
40: 실리콘 로드 50: 냉각 재킷  40 : silicon rod 50 : cooling jacket
51: 가스 통로 52: 냉각수 통로  51: gas passage 52: cooling water passage
53: 넁각수 유입구 54: 냉각수 배출구  53: 넁 angle water inlet 54: cooling water outlet
55: 내부 배관 56: 외부 배관  55 : Internal piping 56 : External piping
60: 개스킷 80, 90, 101: 반웅기  60: gasket 80, 90, 101: reaction
151 571: 체결구 501 ᄋ모 호  151 571 : Fasteners 501
LF: "ο"ττ HS1 HS2: 핫 스팟LF: " ο " ττ HS1 HS2: hot spot
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】 [Best form for implementation of the invention]
' 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며. 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. The drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 반응기 (지멘스 방식의 화학기상증착 반웅기 )(10) 내에 냉각 재킷 (50)을 구비하여. 원료 가스를 공급하여 화학기상증착 반웅 후 가스를 냉각 재킷 (50)의 가스 통로 (51)로 배출한다. 1 is a cross-sectional view of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 1, a polysilicon production apparatus according to an embodiment is provided with a cooling jacket 50 in the reactor (Siemens chemical vapor deposition reactor) 10. Supply gas and cool gas after reaction Discharge into the gas passage 51 of the jacket 50.
이때. 냉각 재킷 (50)은 내부의 가스 통로 (51)로 반웅 후 가스를 배출하면서 가스 통로 (51)의 외측에. 구비되는 냉각수 통로 (52)로 반웅 후 가스를 냉각시킨다. 반웅 후 가스의 냉각은 고온의 반웅 후 가스가 가스 통로 (51)로 배출되면서 반웅기 (10) 내부로 유입되는 원료 가스에 열적으로 영향을 미치지 않게 한다.  At this time. Cooling jacket 50 is outside the gas passage 51 while exhausting the gas after the reaction to the internal gas passage 51. After reacting with the cooling water passage 52 provided, the gas is cooled. The cooling of the gas after the reaction is such that the hot reaction gas after being discharged into the gas passage 51 does not thermally affect the raw material gas introduced into the reaction vessel 10.
또한. 냉각 재킷 (50)은 반웅기 (10)로 설정되는 반웅 챔버 (11)의 중심에 설치됨으로써 반웅이 종료된 반웅 후 가스를 반웅 종료 지점에 대응하는 반응기 (10) 내부의 상측으로부터 가스 통로 (51)를 통하여 배출시킬 수 있다. 그리고 원료 가스가 반웅기 (10)의 하부에서 유입되고. 반웅 후 가스가 반웅기 (10)의 상부로부터 바로 배출되므로 반응기 (10)의 내부에서 원료 가스의 층류가 효과적으로 형성될 수 있다.  Also. The cooling jacket 50 is installed at the center of the reaction chamber 11 that is set as the reaction vessel 10 so that the gas passage 51 from the upper side inside the reactor 10 corresponding to the reaction point after the reaction is completed. Can be discharged through). And source gas is introduced from the lower part of the reaction vessel 10. Since the gas is immediately discharged from the top of the reaction vessel 10 after the reaction, laminar flow of the source gas can be effectively formed inside the reactor 10.
반응기 (10) 내에서 원료 가스가 하부에서 상부로 흐르고, 반응 후 가스가 상부 중앙에서 하부로 배출되어 반웅 챔버 (11) 내에 층류를 형성하므로 실리콘 로드 (40) 주변의 기체 속도 편차, 실리콘 로드 (40)의 직경 편차 및 실리콘 로드 (40) 표면의 은도 편차가 작아진다.  In the reactor 10, the source gas flows from the bottom to the top, and after the reaction, the gas is discharged from the top center to the bottom to form a laminar flow in the reaction chamber 11, so that the gas velocity deviation around the silicon rod 40, the silicon rod ( The deviation of the diameter of 40) and the deviation of the silver on the surface of the silicon rod 40 become smaller.
따라서 대류로 인한 열 손실이 줄어들어 전기 소모량이 줄어들 수 있다. 그리고 반응기 (10) 내의 실리콘 로드 (40) 주변에서 핫 스팟 (hot spot)이 최소화 될 수 있다. 즉, 실리콘 로드 (40)에서 팝콘 생성이 억제될 수 있고, 반웅 ¾버(11)로부터 실리콘 파우더의 배출이 용이해질 수 있다. 또한 원료 가스는 트리클로로실란 (trichloi-osilane, TCS) (SiHCl3 + H2 → Si + SiHCl3 + SiCl4 + HCl + H2)을 포함하므로 종래의 모노실란 유량의Therefore, the heat loss due to convection can be reduced, thereby reducing the electricity consumption. And hot spots around the silicon rod 40 in the reactor 10 can be minimized. That is, the production of popcorn in the silicon rod 40 can be suppressed, and the discharge of the silicon powder from the reaction chamber 11 can be facilitated. In addition, the source gas contains trichlorosilane (trichloi-osilane (TCS) (SiHCl 3 + H 2 → Si + SiHCl 3 + SiCl 4 + HCl + H 2 ), so that the conventional monosilane flow rate
10-20% 정도로 충분하다. 즉 적은 유량의 원료 가스로 실리콘 로드 (40)가 제조될 수 있다. 10-20% is enough. That is, the silicon rod 40 can be manufactured with a low flow rate of source gas.
원료 가스는 디클로로실란 (dichlorosi lane, DCS), 실리콘테트라클로라이드 (silicon tetrachloride, STC) 및 수소 증 하나 이상을 더 포함할 수 있다.  The source gas may further include dichlorosi lane (DCS), silicon tetrachloride (STC), and one or more hydrogen hydrogen.
트리클로로실란 (TCS)은 500~600oC의 분해 온도와 약 1.8~2.0mm/hr의 증착 속도 및 C1의 존재로 인하여 약한 내부식성을 가진다. 비교예를 들면, 모노실란은 300 400°C의 분해 온도와 약 1隱 /hr의 증착 속도 및 강한 내부식성을 가진다. Trichlorosilane (TCS) has weak corrosion resistance due to the decomposition temperature of 500-600 ° C., the deposition rate of about 1.8-2.0 mm / hr and the presence of C1. For example, monosilane has a decomposition temperature of 300 to 400 ° C. and a deposition rate of about 1 kW / hr and a strong Corrosion resistant
트리클로로실란 (TCS)을 포함하는 원료 가스는 모노실란과 비교할 때, 분해 온도와 증착 온도에서 약 200oC 정도 더 높다. 이로 인하여 , 반웅기 (10)에서 화학기상증착시 . 트리클로로실란 (TCS)을 포함하는 원료 가스는 모노실란에 비하여 . 실리콘 파우더 생성 가능성을 낮출 수 있으므로 실리콘의 증착 효을을 높일 수 있다. Raw gas containing trichlorosilane (TCS) is about 200 ° C. higher at decomposition and deposition temperatures when compared to monosilane. Due to this, when the chemical vapor deposition in the reaction (10). Crude gas containing trichlorosilane (TCS) is less than monosilane. The possibility of producing silicon powder can be reduced, thereby increasing the deposition efficiency of silicon.
모노실란은 장비를 부식시키지 않지만 공기 증에 노출되면 불꽃이 발생하므로 안전을 위하여 장비의 밀폐를 요구한다. 그러나 트리클로로실란 (TCS)은 C1의 존재로 인하여 공정 시 장비를 부식시킬 우려가 있지만, 공기 중에 노출되어도 불꽃을 일으키지는 않으므로 높은 안전성을 가질 수 있다.  Monosilane does not corrode the equipment, but when it is exposed to airborne flames, it is necessary to seal the equipment for safety. Trichlorosilane (TCS), however, may corrode equipment during the process due to the presence of C1, but it may have high safety since it does not cause a spark when exposed to air.
구체적으로 설명하면, 일 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 반웅 램버 (11)를 형성하는 반응기 (10), 베이스 플레이트 (21)에 설치되는 복수 쌍의 전극단자 (20) 및 전극단자 (20)에 설치되어 상단에서 로드 브릿지 (31)로 연결되는 복수 쌍의 로드 필라맨트 (30)를 포함한다.  Specifically, the polysilicon manufacturing apparatus of one embodiment is installed in the reactor 10, the base plate 21, a plurality of pairs of electrode terminals 20 and the electrode terminal 20 to form the reaction chamber (11). And a plurality of pairs of rod filaments 30 connected at the top to the rod bridge 31.
반응기 (10)는 벨형 반응기로 구성되어 베이스 플레이트 (21) 상에 반웅 ¾버(11)를 형성하고. 베이스 플레이트 (21)에 가스 밀폐 구조로 결합된다. 반웅기 (10)는 반웅 램버 (11)를 형성하는 벨 자 (bell jar)(12), 벨 자 (12)와 이격되어 서로의 사이로 넁각제를 흐르게 하는 버 커버 (13)를 포함한다.  The reactor 10 consists of a bell shaped reactor to form a reaction chamber 11 on the base plate 21. It is coupled to the base plate 21 in a gas tight structure. The counterunggi 10 includes a bell jar 12 that forms the counterung ramber 11, and a burr cover 13 that is spaced apart from the bell jar 12 to allow the corner agent to flow between each other.
베이스 플레이트 (21)는 반웅기 (10)와 결합되어 반웅 ¾버(11)를 형성하고. 가스 유입구 (gas inlet)(22)와 가스 배출구 (gas outlet)(23)를 구비한다. 따라서 실리콘 함유 가스원 (미도시)에 연결된 가스 유입구 (22)를 통해 원료 가스가 반웅 램버 (11) 안으로 유입되고. 화학기상증착 반웅을 거친 반응 후 가스가 가스 배출구 (23)를 통해 반웅 ¾버(11) 밖으로 배출된다.  The base plate 21 is combined with the counterunggi 10 to form a counterungban server (11). A gas inlet 22 and a gas outlet 23. Thus, the raw gas is introduced into the reaction chamber 11 through a gas inlet 22 connected to a silicon-containing gas source (not shown). After the reaction after the chemical vapor deposition reaction, the gas is discharged out of the reaction chamber 11 through the gas outlet 23.
가스 배출구 (23)는 베이스 플레이트 (21)의 증심에 구비되어 반웅 후 가스를 배출한다. 가스 유입구 (22)는 가스 배출구 (23)의 외곽에서 , 즉 베이스 플레이트 (21)의 직경 방향 외측에서 복수 위치에 형성된다. 한편, 일례로써, 가스 유입구 (22)는 실리콘 로드 (40) 3~5개 당 1개로 구비될 수 있다. 가스 유입구 (22)의 단부에서 유입되는 원료 가스는 3~6m/s의 기체 속도를 가질 수 있다. The gas outlet 23 is provided at the center of the base plate 21 to discharge the gas after the reaction. The gas inlet 22 is formed at a plurality of positions at the outside of the gas outlet 23, that is, at the radially outer side of the base plate 21. On the other hand, as an example, the gas inlet 22 may be provided with one per 3 to 5 silicon rods 40. have. The source gas introduced at the end of the gas inlet 22 may have a gas velocity of 3-6 m / s.
쌍으로 구성되는 전극단자 (electrical feedthroughs)(20. 20)는 베이스 플레이트 (21)의 외부에서 반웅 ¾버(11)의 내부로 연장되어 설치된다. 전극단자 (20)의 단부에는 로드 지지대 (24)로 지지되는 전극 (25)이 연결된다.  The pair of electrode terminals 20. 20 extend from the outside of the base plate 21 to the inside of the reaction chamber 11. An electrode 25 supported by the rod support 24 is connected to an end of the electrode terminal 20.
쌍으로 구성되는 로드 필라멘트 (rod filaments )(30, 30)는 반웅 챔버 (11) 내에서 서로 이격되어 , 직립된 상단에서 로드 브릿지 (31)에 의하여 수평으로 연결된다. 그리고 쌍으로 구성되는 로드 필라멘트 (30, 30)는 하단에서 전극 (25) 및 전극단자 (20)를 통하여 외부의 전기 에너지 공급원에 연결된다. 따라서 1쌍의 로드 필라멘트 (30, 30)는 로드 브릿지 (31)와 함께 하나의 전기 회로를 형성한다.  The pair of rod filaments 30, 30 are spaced apart from each other in the reaction chamber 11 and are horizontally connected by a rod bridge 31 at an upright top. The rod filaments 30 and 30 constituted in pairs are connected to an external electric energy supply source through the electrode 25 and the electrode terminal 20 at the lower end thereof. Thus, the pair of rod filaments 30, 30 together with the rod bridge 31 form one electrical circuit.
전극단자 (20) 및 전극 (25)을 통하여, 로드 필라멘트 (30)에 전류를 홀려주는 한편, 원료 가스를 반웅 버(11) 안으로 공급하면. 로드 필라맨트 (30)가 가열되면서, 반웅 ¾버(11) 내에서는 원료 가스에 포함된 염화실란계 화합물이 열분해 반웅된다.  Through the electrode terminal 20 and the electrode 25, while supplying a current to the rod filament 30, while supplying the raw material gas into the reaction chamber (11). As the rod filament 30 is heated, the chlorosilane compound contained in the source gas is pyrolyzed in the reaction chamber 11.
폴리실리콘은 빨갛게 달아오른 로드 필라멘트 (30) 및 로드 브릿지 (31)의 표면에 염화실란계 화합물의 분해 후 화학기상증착 (CVD)에 의하여 형성된다. 로드 필라멘트 (30) 및 로드 브릿지 (31)의 표면부에 폴리실리콘이 다결정 형태로 석출되므로 실리콘 로드 (40) 및 로드 브릿지 (31)가 원하는 크기의 직경으로 증가될 수 있다.  Polysilicon is formed by chemical vapor deposition (CVD) after decomposition of the silane chloride-based compound on the surfaces of the red filamented rod filament 30 and the rod bridge 31. Since polysilicon precipitates in the polycrystalline form on the surface portions of the rod filament 30 and the rod bridge 31, the silicon rod 40 and the rod bridge 31 can be increased to a diameter of a desired size.
이와 같이, 로드 필라멘트 (30) 및 로드 브릿지 (31)에 폴리실리콘이 석출되어 실리콘 로드 (40)를 형성할 때. 냉각 재킷 (50)은 냉각수를 순환시켜 넁각 재¾(50)의 표면에 폴리실리콘이 증착되지 않게 하고. 실리콘 로드 (40)가 용융되지 않게 한다.  Thus, when polysilicon precipitates in the rod filament 30 and the rod bridge 31 to form the silicon rod 40. The cooling jacket 50 circulates the cooling water to prevent the deposition of polysilicon on the surface of the shell ash (50). The silicon rod 40 does not melt.
즉 넁각수는 냉각 재¾(50)에서 가스 통로 (51) 및 가스 배출구 (23)로 배출되는 고온의 반웅 후 가스를 냉각시키므로 반웅 후 가스의 열이 반웅 챔버 (11) 내의 원료 가스로 전달되어 난류가 형성되는 것을 방지한다. 따라서 반웅 램버 (11)에서 원료 가스가 층류를 더 효과적으로 형성할 수 있다. 넁각 재킷 (50)은 인콜로이 (Incoloy 800H. Incoloy 800), 스테인레스 스틸 (SS316L, SS316) 또는 하스텔로이 (Hastel loy)로 형성될 수 있다. 이 재질들은 석출되는 폴리실리콘의 순도에 영향을 미치지 않으며', 고온 (일례를 들면, 1000°C 이상) 안정성을 가지며 , 내부식성을 가지고, 가공이 용이하며. 가격이 저렴한 특징을 가진다. That is, the coolant water cools the gas after the high temperature reaction that is discharged from the cooling material ¾ 50 to the gas passage 51 and the gas outlet 23 so that the heat of the gas after reaction is transferred to the raw material gas in the reaction chamber 11. Prevents turbulence from forming Therefore, in the reaction chamber 11, the source gas can form the laminar flow more effectively. Each jacket 50 may be formed of Incoloy 800H. Incoloy 800, stainless steel (SS316L, SS316) or Hastelloy. This material may not affect the purity of the deposited polysilicon, and has a high temperature (for example, more than 1000 ° C) stability, with resistance to corrosion, and easy to process. It is characterized by low price.
냉각 재 (50)은 반웅기 (10)의 상측에 구비되는 설치 구멍 (14)로 삽입되어 하단으로 베이스 플레이트 (21)에 지지된다. 넁각 재 (50)은 내측에 가스 통로 (51)를 형성하여 베이스 플레이트 (21)에 형성되는 가스 배출구 (23)에 연결되어. 반응 후 가스를 가스 통로 (51) 및 가스 배출구 (23)로 배출할 수 있게 한다.  The coolant 50 is inserted into the installation hole 14 provided on the upper side of the reaction machine 10 and supported by the base plate 21 at the lower end thereof. The corner ash 50 is connected to the gas outlet 23 formed in the base plate 21 by forming the gas passage 51 inside. It is possible to discharge the gas into the gas passage 51 and the gas outlet 23 after the reaction.
또한. 냉각 재깃 (50)은 가스 통로 (51)의 외측에 넁각수 통로 (52)를 형성하여 넁각수를 순환시킬 수 있게 한다. 냉각수 통로 (52)는 반웅기 (10)의 외부로부터 저온의 넁각수를 유입 및 순환시켜 반웅기 (10)의 외측으로 고온의 넁각수를 배출하도록 구성된다. 일례로써, 넁각수 및 냉각 재 (50) 표면의 온도는 500oC 이하일 수 있다. Also. The cooling retainer 50 forms a water angle passage 52 on the outside of the gas passage 51 to allow the water angle to be circulated. The cooling water passage 52 is configured to introduce and circulate the low temperature water from the outside of the reaction vessel 10 to discharge the high temperature water from the outside of the reaction vessel 10. As an example, the temperature of the water angle and the coolant 50 surface may be 500 ° C. or less.
냉각 재킷 (50)은 반웅 챔버 (11)의 중심에 설치되며, 가스 배출구 (23)는 베이스 플레이트 (21) 상의 중심에 형성되고, 가스 유입구 (22)는 가스 배출구 (23)에서 베이스 플레이트 (21)의 직경 방향으로 이격되어 외측에 배치된다. 따라서 가스 통로 (51)는 가스 배출구 (23)에 연결되어, 반웅 챔버 (11) 내에서 반웅을 거친 반웅 후 가스를 반웅 ¾버(11)의 외부로 배출할 수 있게 한다.  The cooling jacket 50 is installed at the center of the reaction chamber 11, the gas outlet 23 is formed at the center on the base plate 21, and the gas inlet 22 is the base plate 21 at the gas outlet 23. Spaced apart in the radial direction of the). Therefore, the gas passage 51 is connected to the gas outlet 23 to allow the gas to be discharged to the outside of the reaction chamber 11 after the reaction is carried out in the reaction chamber 11.
도 2는 도 1에서 반웅기의 상부와 넁각 재킷의 분해 사시도이고, 도 3은 베이스 플레이트 상에 넁각 재킷이 설치된 상태의 부분 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면. 냉각 재킷 (50)은 냉각수 유입구 (53) 및 넁각수 배출구 (54)를 구비하고. 가스 통로 (51)와 냉각수 통로 (52)를 형성하는 내부 배관 (55)과 외부 배관 (56)을 포함한다.  FIG. 2 is an exploded perspective view of the upper part of the reaction vessel and the angled jacket in FIG. 1, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the angled jacket installed on the base plate. 1 to 3. The cooling jacket 50 has a cooling water inlet 53 and a water angle outlet 54. An inner pipe 55 and an outer pipe 56 forming the gas passage 51 and the coolant passage 52 are included.
냉각수 유입구 (53)는 반웅기 (10)에 설치되고 냉각수 통로 (52)에 연결되어 반웅기 (10)의 외부로부터 저온의 냉각수를 유입한다. 냉각수 통로 (52)를 순환하는 냉각수는 냉각 재킷 (50)의 표면을 넁각하여 폴리실리콘이 증착되지 않게 하고, 실리콘 로드 (40)가 용융되지 않게 한다. 냉각수 배출구 (54)는 넁각수 통로 (52)에 연결되어 반웅기 (10)의 내부로부터 고온의 넁각수를 배출한다. 본 실시예는 냉각수 유입구 (53)와 넁각수 배출구 (54)를 각각 2개씩 구비하여, 비상시에도 냉각수의 유입 및 배출을 가능하게 한다. The coolant inlet 53 is installed in the reaction vessel 10 and is connected to the cooling water passage 52 to inject the low temperature cooling water from the outside of the reaction vessel 10. The cooling water circulating in the cooling water passage 52 engraves the surface of the cooling jacket 50 so that no polysilicon is deposited and the silicon rod 40 does not melt. The coolant outlet 54 is connected to the coolant water passage 52 to discharge hot coolant water from the inside of the reaction machine 10. This embodiment is provided with two coolant inlets 53 and two angled outlets 54, respectively, to enable the inlet and outlet of the coolant even in an emergency.
내부 배관 (55)과 외부 배관 (56)은 2중 구조로 배치되어, 내부 배관 (55)의 내측으로 가스 통로 (51)를 형성하고, 내. 외부 배관 (55, 56)의 간격으로 가스 통로 (51)의 외측에 냉각수 통로 (52)를 형성한다.  The inner pipe 55 and the outer pipe 56 are arranged in a double structure to form a gas passage 51 inward of the inner pipe 55, and inside. Cooling water passages 52 are formed outside the gas passages 51 at intervals between the external pipes 55 and 56.
또한 반웅기 (10)는 듬 구조의 상측에 관통되는 설치 구멍 (14)의 외측에 제 1플랜지 (15)를 구비한다. 넁각 재킷 (50)은 넁각수 유입구 (53)와 냉각수 배출구 (54)에 고정되는 제 2플랜지 (57)를 구비한다.  In addition, the counterunggi 10 is provided with the first flange 15 on the outer side of the mounting hole 14 penetrating the upper side of the twisting structure. The angle jacket 50 has a second flange 57 fixed to the angle water inlet 53 and the cooling water outlet 54.
편의상. 도 2에서 냉각수 유입구 (53)와 냉각수 배출구 (54)는 제 2플랜지 (57)와 분리된 상태로 도시되어 있으나, 제 2플랜지 (57)에 삽입 고정되어 일체를 형성한다.  For convenience. In FIG. 2, the cooling water inlet 53 and the cooling water outlet 54 are shown separated from the second flange 57, but are inserted and fixed to the second flange 57 to form an integrated body.
넁각 재킷 (50)은 설치 구멍 (14)을 통하여 반웅기 (10) 내부로 삽입되어 넁각수 유입구 (53)와 냉각수 배출구 (54)의 일부를 설치 구멍 (14) 밖으로 돌출한 상태를 유지한다.  The angle jacket 50 is inserted into the reaction vessel 10 through the installation hole 14 so as to maintain a part of the angle water inlet 53 and the cooling water discharge port 54 protruding out of the installation hole 14.
이 상태에서 . 제 2플랜지 (57)는 제 1플랜지 (15)에 상에 배치되어 설치 구멍 (14)을 폐쇄하면서 제 1플랜지 (15)에 체결부재로 체결된다. 일례로써. 체결부재는 볼트 (16)와 너트 (17)로 구비되어 , 제 1, 제 2플랜지 (15. 57)의 체결구 (15ί, 571)를 통하여 서로 체결된다.  in this condition . The second flange 57 is disposed on the first flange 15 and is fastened to the first flange 15 by a fastening member while closing the installation hole 14. As an example. The fastening member is provided with a bolt 16 and a nut 17 and fastened to each other through fasteners 15ί and 571 of the first and second flanges 15 and 57.
도 4는 도 1의 반웅기 내부에서 원료 가스가 층류를 형성하는 상태도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 내, 외부 배관 (55, 56)은 로드 필라멘트 (30)의 상단에 대웅하여 가스 통로 (51)의 개구 (511)를 형성한다. 따라서 반웅 챔버 (11) 내의 반웅 후 가스 (G)는 실리콘 로드 (40)의 상단에서 가스 통로 (51)로 바로 유입되어 가스 배출구 (23)로 배출될 수 있다. 즉 반웅 후 가스 (G)는 반웅 챔버 (11) 내의 원료 가스에 흐름적으로 영향을 미지지 않는다.  4 is a state diagram in which the source gas forms a laminar flow inside the reaction vessel of FIG. 1. 1 to 4, the inner and outer pipes 55 and 56 form an opening 511 of the gas passage 51 at the upper end of the rod filament 30. Therefore, the gas G after the reaction in the reaction chamber 11 may directly flow into the gas passage 51 from the upper end of the silicon rod 40 and be discharged to the gas outlet 23. That is, after reaction, the gas G does not flow influence on the source gas in the reaction chamber 11.
다시 도 1 및 도 3을 참조하면, 냉각 재킷 (50)은 개스 (60)를 개재하여 베이스 플레이트 (21)에 설치된다. 개스킷 (60)은 가스 통로 (51)와 가스 배출구 (23)를 연통시키고, 이 연통을 반웅 램버 (11)의 내부와 차단된다. Referring again to FIGS. 1 and 3, the cooling jacket 50 is installed in the base plate 21 via the gas 60. The gasket 60 communicates the gas passage 51 and the gas outlet 23, and communicates the communication with the inside of the reaction chamber 11. Is blocked.
따라서 가스 통로 (51)와 가스 배출구 (23)를 경유하는 반웅 후 가스 (G)는 반웅 챔버 (11) 내에 공급되어 화학기상증착 반응하는 원료 가스의 흐름에 영향을 미치지 않는다. 즉 반웅 후 가스 (G)에 의하여 반웅 ¾버(11) 내에서 난류가 형성되지 않고, 층류 (LF)가 효과적으로 형성될 수 있다.  Therefore, after the reaction, the gas G passing through the gas passage 51 and the gas outlet 23 is supplied into the reaction chamber 11 so as not to affect the flow of the raw material gas subjected to chemical vapor deposition reaction. That is, turbulence is not formed in the reaction chamber 11 by the reaction gas G, and the laminar flow LF may be effectively formed.
냉각 재킷 (50)의 하단은 오목 홈 (501)을 형성하고, 개스킷 (60)은 일측으로 오목 홈 (501)에 결합되어 다른 일측으로 베이스 플레이트 (21)에 지지된다. 오목 홈 (501)은 상부가 좁고 하부가 넓은 · 사다리꼴 구조로 형성되어 넁각 재킷 (50)을 반웅기 (10) 내부로 삽입할 때, 개스킷 (60)의 분리를 방지할 수 있다. 일례로써. 개스킷 (60)은 내열성을 가지는 불소수지 (polytetraf luoroethylene)로 형성될 수 있다.  The lower end of the cooling jacket 50 forms a concave groove 501, the gasket 60 is coupled to the concave groove 501 on one side and supported by the base plate 21 on the other side. The concave groove 501 is formed in a trapezoidal structure with a narrow upper portion and a wide lower portion, and can prevent separation of the gasket 60 when inserting the angled jacket 50 into the reaction machine 10. As an example. The gasket 60 may be formed of a polytetraf luoroethylene having heat resistance.
도 5는 종래기술과 일 실시예에서 반웅기 내의 위치별 실리콘 로드들 간의 표면 온도의 편차를 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 종래기술의 실리콘 로드들은 반웅기 내의 중심부. 증간부 및 외곽부에서 약 70oC 정도의 표면 온도 편차 (a)를 가진다. FIG. 5 is a graph showing the deviation of the surface temperature between the silicon rods by position in the prior art and in one embodiment. Referring to Figure 5, the silicon rods of the prior art are centered in the reaction vessel. Surface temperature deviation (a) of about 70 ° C in the middle and outside.
이에 비하여 , 일 실시예의 실리콘 로드들 (40)은 반웅기 (10) 내의 중심부. 증간부 및 외곽부에서 약 20oC 정도의 표면 온도 편차 (b)를 가진다. 이와 같이, 일 실시예는 냉각 재¾(50)의 설치로 인하여. 실리콘 로드들 (40)의 표면 온도 편차 (b)를 종래기술의 표면 온도 편차 (a)에 비하여 더 낮출 수 있다. In comparison, the silicon rods 40 of one embodiment are central in the reaction vessel 10. Surface temperature deviation (b) of about 20 o C in the middle and outside. As such, one embodiment is due to the installation of coolant 50. The surface temperature deviation (b) of the silicon rods 40 can be lower than the surface temperature deviation (a) of the prior art.
즉 일 실시예에서 실리콘 로드들 (40)의 표면 은도가 균일하여, 폴리실리콘의 품질이 향상될 수 있다. 일 실시예는 냉각 재킷 (50)의 설치로 인하여, 실리콘 로드 (40)에서 상하부의 직경을 균일하게 하므로 종래기술에 비하여 발열량을 낮추고, 표면 은도를 더 낮출 수 있다.  That is, in one embodiment, the surface silverness of the silicon rods 40 is uniform, so that the quality of the polysilicon may be improved. In one embodiment, due to the installation of the cooling jacket 50, since the diameter of the upper and lower parts in the silicon rod 40 is uniform, the amount of heat generated can be lowered and surface surface silver can be lowered as compared with the prior art.
도 6은 종래기술에서 전력 소모량을 도시한 그래프이고, 도 7은 일 실시예에서 전력 소모량을 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 종래기술의 실리콘 로드들은 복사 49%, 대류 31%, 가스 히팅 16%, 및 접촉 손실 4%에 전력을 소모한다.  6 is a graph showing power consumption in the prior art, Figure 7 is a graph showing the power consumption in one embodiment. Referring to FIG. 6, prior art silicon rods consume power at 49% radiation, 31% convection, 16% gas heating, and 4% contact loss.
도 7을 참조하면, 일 실시예의 실리콘 로드들 (40)은 복사 63 대류 22%, 가스 히팅 9 및 접촉 손실 6%에 전력을 소모한다. 즉 일 실시예는 종래기술에 비하여 , 대류로 인한 열 소실을 줄일 수 있고, 이로 인하여 전기 원단위를 낮출 수 있다. Referring to FIG. 7, the silicon rods 40 of one embodiment are radiative 63 convection. Power consumption is 22%, gas heating 9 and contact loss 6%. That is, one embodiment can reduce the heat dissipation due to convection, compared to the prior art, thereby lowering the electric unit.
도 8은 도 1의 반웅기에서 시뮬레이션 하여 원료 가스가 층류를 형성하는 상태도이다. 도 8을 참조하면. 일 실시예는 반웅기 (10)의 하부 양측에서 원료 가스 (G11)를 유입하고, 넁각 재¾(50)을 이용하여 중심에서 반웅 후 가스 (G12)를 배출하므로 반웅기 (10) 내부에서 전체적으로 원료 가스 (G11)에 의한 기체 속도의 편차를 줄일 수 있다.  FIG. 8 is a state diagram in which the source gas forms laminar flow by simulation in the reaction period of FIG. 1. Referring to FIG. 8. In one embodiment, the raw material gas G11 is introduced from both sides of the lower side of the reaction vessel 10, and the gas G12 is discharged after the reaction from the center by using the angle ash ¾ 50, so that the reaction gas 10 is entirely inside the reaction vessel 10. The variation of the gas velocity by the source gas G11 can be reduced.
이로 인하여 , 반응기 (10) 내부에서 원료 가스는 일정한 방향으로 흐르는 층류를 형성한다. 기체 속도 편차가 적고 층류가 형성되므로 실리콘 로드 (40)의 직경 편차가 감소될 수 있다.  For this reason, the source gas forms the laminar flow which flows in a fixed direction in the reactor 10 inside. Since the gas velocity deviation is small and laminar flow is formed, the diameter variation of the silicon rod 40 can be reduced.
도 9, 도 10 및 도 11은 비교예 1. 2, 3의 반웅기에서 시뮬레이션 하여 원료 가스가 난류를 형성하는 상태도이다. 도 9를 참조하면 , 비교예 1은 반웅기 (80)의 하부 중심 및 양측에서 원료 가스 (G21)를 유입하고, 반응기 (80)의 상부에서 반웅 후 가스 (G22)를 배출한다.  9, 10, and 11 are state diagrams in which the source gas forms turbulent flow by simulation in the reaction periods of Comparative Examples 1. 2 and 3. FIG. Referring to FIG. 9, Comparative Example 1 introduces the source gas G21 at the lower center and both sides of the reaction vessel 80, and discharges the gas G22 after the reaction at the top of the reactor 80.
도 10을 참조하면. 비교예 2는 반웅기 (80)의 하부 양측보다 중심에서 더 많은 원료 가스 (G31)를 유입하고 (가스 유입구 직경 증대), 반웅기 (80)의 상부에서 반웅 후 가스 (G32)를 배출한다.  Referring to FIG. Comparative Example 2 introduces more raw material gas G31 in the center than the lower both sides of the reaction vessel 80 (increasing the gas inlet diameter), and discharges the gas G32 after the reaction from the upper portion of the reaction vessel 80.
도 11을 참조하면, 비교예 3은 반웅기 (80)의 하부 양측보다 중심에서 더 많은 원료 가스 (G41)를 유입하고 (가스 유입구 개수 증대), 반웅기 (80)의 상부에서 반웅 후 가스 (G42)를 배출한다.  Referring to FIG. 11, Comparative Example 3 introduces more raw material gas G41 at the center than the lower both sides of the reaction vessel 80 (increasing the number of gas inlets), and the gas after the reaction at the upper portion of the reaction vessel 80 ( Eject G42).
이와 같이 , 비교예 1, 2, 3은 반웅기 (80)의 하부와 상부에서 원료 가스 (G21. G31, G41)에 의한 기체의 속도 편차가 크며 , 상, 하부 각각에서 원료 가스 (G21, G31, G41)에 의한 난류를 형성한다. 기체 속도 편차가 크고 난류가 형성되므로 실리콘 로드의 직경 편차가 증가될 수 있다.  As described above, Comparative Examples 1, 2, and 3 have a large variation in the velocity of the gas due to the source gases G21, G31, and G41 at the lower and upper portions of the reaction vessel 80, and the source gases G21 and G31 in the upper and lower portions, respectively. , G41). Since the gas velocity deviation is large and turbulence is formed, the diameter variation of the silicon rod may be increased.
도 12, 도 13. 도 14 및 도 15는 비교예 4, 5. 6, 7의 반웅기에서 시뮬레이션 하여 원료 가스가 난류를 형성하는 상태도이다. 도 12를 참조하면, 비교예 4는 반웅기 (90)의 중앙 측면으로 원료 가스 (G51)를 유입하고, 반웅기 (90)의 외곽 측면으로 반웅 후 가스 (G52)를 배출한다.  12, 13. FIG. 14 and FIG. 15 are state diagrams in which the source gas forms turbulence by simulation in the reaction periods of Comparative Examples 4, 5. 6, and 7. FIG. Referring to FIG. 12, Comparative Example 4 introduces the raw material gas G51 to the central side of the reaction vessel 90, and discharges the gas G52 after the reaction to the outer side of the reaction vessel 90.
도 13을 참조하면. 비교예 5는 반웅기 (90)의 외곽 측면으로 원료 가스 (G61)를 유입하고 , 반웅기 (90)의 중앙 측면으로 반웅 후 가스 (G62)를 배출한다. 도 14를 참조하면, 비교예 6은 반웅기 (90)의 중앙 측면으로 원료 가스 (G71)를 유입하고. 반웅기 (90)의 상부로 반웅 후 가스 (G72)를 배출한다. Referring to FIG. Comparative Example 5 is the raw material to the outer side of the half-woong 90 The gas G61 is introduced and the gas G62 is discharged after the reaction to the central side of the reaction vessel 90. Referring to FIG. 14, Comparative Example 6 introduces source gas G71 to the central side of the reaction vessel 90. After the reaction, the gas G72 is discharged to the upper portion of the reaction vessel 90.
도 15를 참조하면. 비교예 7은 반웅기 (90)의 외곽 측면으로 원료 가스 (G81)를 유입하고. 넁각 재킷 (50)을 이용하여 반웅기 (90)의 하부로 반웅 후 가스 (G82)를 배출한다.  Referring to FIG. 15. In Comparative Example 7, the raw material gas G81 was introduced to the outer side of the reaction machine 90. The gas G82 is discharged after the reaction is conducted to the lower portion of the reaction vessel 90 using the angled jacket 50.
이와 같이, 비교예 4, 5. 6, 7은 원료 가스 유입 (가스 유입구) 부근에서는 한 방향으로 기체 흐름이 형성되는 듯 하지만, 반웅 후 가스의 배출이 용이하지 않아 곳곳에서 난류를 형성한다. 난류는 실리콘 로드의 직경 편차를 증가시킬 수 있다.  As described above, Comparative Examples 4, 5. 6, and 7 seem to form gas flow in one direction near the source gas inlet (gas inlet), but the gas is not easy to be discharged after reaction, thereby forming turbulence everywhere. Turbulence can increase the diameter deviation of the silicon rods.
일 실시예는 실리콘 로드 (40)에서 상, 하부의 직경을 균일하게 하고 실리콘 로드 (40)의 표면 온도를 균일하게 하여 폴리실리콘의 수율을 증대시킬 수 있다. 또한 일 실시예는 핫 스팟의 감소로 폴리실리콘의 품질을 향상시키며 . 기체 유량 감소 및 소비 전력 감소로 전기 원단위를 하락시킬 수 있다 (약 전기 원단위 하락은 폴리실리콘의 판매 단가를 낮출 수 있다.  One embodiment may increase the yield of polysilicon by making the upper and lower diameters uniform and the surface temperature of the silicon rod 40 uniform in the silicon rod 40. One embodiment also improves the quality of polysilicon by reducing hot spots. Lower gas flow rates and lower power consumption can lead to lower electricity levels (a weaker electricity unit can lower the cost of polysilicon sales).
도 16은 비교예의 반웅기 내에서 핫 스팟이 형성되는 것을 도시한 상태도이다. 도 16을 참조하면. 비교예 1 내지 7 중 한 반웅기를 폴리실리콘 제조 장치에 적용한 경우, 반웅기 (101) 내에 핫 스팟 (HS1)이 형성된 상태를 도시한다.  16 is a state diagram illustrating the formation of a hot spot within the reaction period of the comparative example. Referring to FIG. When one half-unggi of the comparative examples 1-7 is applied to the polysilicon manufacturing apparatus, the state in which the hot spot HS1 was formed in the half-unggi 101 is shown.
도 17은 도 1의 반웅기 내에서 핫 스팟이 형성되는 것을 도시한 상태도이다. 도 17을 참조하면 , 본 발명의 일 실시예에 따를 폴리실리콘 제조 장치에 사용되는 반웅기 (10)를 적용한 경우. 반웅기 (10) 내에 핫 스팟 (HS2)이 형성된 상태를 도시한다.  FIG. 17 is a state diagram illustrating that a hot spot is formed within the reaction period of FIG. 1. Referring to Figure 17, when the semi-unggi 10 used in the polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The state where the hot spot HS2 is formed in the reaction machine 10 is shown.
도 16의 비교예와 도 17의 실시예를 비교해 보면, 원료 가스 유량, 전극단자에 공급되는 전력 및 원료 가스를 유입하는 가스 유입구의 직경이 동일한 조건일 경우, 비교예의 반웅기 (101) 내에서 보다 실시예의 반웅기 (10) 내에서, 기체 온도가 1.050K 이상인 영역이 현저히 줄어든다. 즉 비교예의 반웅기 (101) 내의 핫 스팟 (HS1)에 비하여. 본 발명의 실시예의 반웅기 ( 10) 내에서 핫 스팟 (HS2 )이 현저히 감소한다. Comparing the comparative example of FIG. 16 with the embodiment of FIG. 17, when the source gas flow rate, the power supplied to the electrode terminal, and the diameter of the gas inlet for injecting the source gas are the same conditions, within the reaction vessel 101 of the comparative example. In the reaction apparatus 10 of the embodiment, the region in which the gas temperature is 1.050K or more is significantly reduced. That is, as compared with the hot spot HS1 in the counterunggi 101 of the comparative example. Of embodiments of the invention Within the reaction period 10 the hot spot HS2 is significantly reduced.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만. 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.  Although the preferred embodiment of the present invention has been described above. The present invention is not limited to this, but can be modified and practiced in various ways within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings, and it is obvious that this also belongs to the scope of the invention.

Claims

【청구의 범위】 . [Claims].
【청구항 1】  [Claim 1]
베이스 플레이트 위에 배치되어 반웅 램버를 형성하는 반웅기;  A counterunggi disposed on the base plate to form a counterung lamb;
상기 베이스 플레이트에 설치되어 상기 반웅 챔버 내부로 연장되는 1쌍의 전극단자;  A pair of electrode terminals installed on the base plate and extending into the reaction chamber;
상기 반웅 램버 내에서 상기 전극단자에 설치되어 상단에서 로드 브릿지로 서로 연결되어, 가스 유입구로 유입되는 원료 가스의 화학기상증착으로 실리콘 로드가 형성되는 로드 필라멘트; 및  A rod filament installed in the electrode terminal in the reaction chamber and connected to each other by a rod bridge at an upper end thereof, wherein a silicon rod is formed by chemical vapor deposition of source gas flowing into a gas inlet; And
상기 반웅기의 상측에 구비되는 관통구로 삽입되어 상기 베이스 플레이트에 지지되며, 상기 반웅 후 가스를 배출하는 가스 통로를 형성하여 상기 베이스 플레이트에 형성되는 가스 배출구에 연결되고, 상기 가스 통로의 외측에 넁각수 통로를 형성하여 상기 반웅기의 외부로부터 저온의 냉각수를 상기 냉각수 통로로 유입 및 순환시켜 상기 반웅기의 외측으로 고온의 냉각수를 배출하는 냉각 재킷을 포함하는 폴리실리콘 제조 장치.  It is inserted into the through hole provided on the upper side of the reaction vessel is supported by the base plate, and forms a gas passage for discharging the gas after the reaction, is connected to the gas outlet formed in the base plate, the outer side of the gas passage And a cooling jacket forming an angled water passage to introduce and circulate low-temperature cooling water into the cooling water passage from the outside of the reaction vessel to discharge the high-temperature cooling water to the outside of the reaction vessel.
【청구항 2】 [Claim 2]
제 1항에,있어서,  In claim 1,
상기 가스 배출구는 상기 베이스 플레이트의 증심에 형성되고, 상기 가스 유입구는 상기 가스 배출구에서 상기 베이스 플레이트의 직경 방향 외곽으로 이격된 위치에 배치되는 폴리실리콘 제조 장치.  The gas outlet is formed in the core of the base plate, the gas inlet is a polysilicon manufacturing apparatus disposed at a position spaced apart from the gas outlet in the radially outward of the base plate.
【청구항 3】  [Claim 3]
제 2항에 있어서. ' The method of claim 2. '
상기 냉각 재킷은  The cooling jacket
상기 반웅 챔버의 중심에 배치되어 상기 가스 통로를 상기 가스 배출구에 연결하는 폴리실리콘 제조 장치.  Polysilicon manufacturing apparatus disposed in the center of the reaction chamber to connect the gas passage to the gas outlet.
【청구항 4】  [Claim 4]
제 3항에 있어서,  The method of claim 3, wherein
상기 냉각 재킷과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 개스킷을 더 포함하며.  And a gasket disposed between the cooling jacket and the base plate.
상기 개스 은  The gas silver
상기 가스 통로와 상기 가스 배출구를 연통시키고, 상기 연통을 상기 반웅 ¾버 내부와 차단하는 폴리실리콘 제조 장치. The gas passage communicates with the gas outlet, and the communication is Polysilicon manufacturing device to block inside the reaction chamber.
【청구항 5】  [Claim 5]
제 4항에 있어서,  The method of claim 4, wherein
상기 넁각 재킷의 하단은 오목 홈을 형성하고,  The bottom of the shell jacket forms a concave groove,
상기 개스킷은  The gasket is
일측으로 상기 오목 훔에 결합되고. 다른 일측으로 상기 베이스 플레이트에 지지되는 폴리실리콘 제조 장치.  Being coupled to the concave humb to one side. Polysilicon manufacturing apparatus supported by the base plate to the other side.
【청구항 6】  [Claim 6]
제 1항에 있어서ᅳ  The method of claim 1
상기 넁각 재¾은  The angle ash is
상기 반웅기에 설치되고 상기 넁각수 통로에 연결되어 저은와 넁각수를 유입하는 냉각수 유입구,  A cooling water inlet installed in the reaction vessel and connected to the water angle passage for introducing low mercury and water angle;
상기 냉각수 통로에 연결되어 고온의 넁각수를 배출하는 넁각수 배출구, 및  A pentagonal water outlet connected to the cooling water passage to discharge hot pentagonal water;
상기 넁각수 유입구와 상기 냉각수 배출구를 상기 냉각수 통로에 연결하며, 서로 이격 배치되어 내측에 상기 가스 통로를 형성하고 외측에 상기 넁각수 통로를 형성하는 내부 배관과 외부 배관을 포함하는 폴리실리콘 제조 장치 .  And an inner pipe and an outer pipe that connect the water inlet and the cooling water outlet to the cooling water passage and are spaced apart from each other to form the gas passage on the inside and the water angle passage on the outside.
【청구항 7】  [Claim 7]
제 6항에 있어서.  The method of claim 6.
상기 반웅기는 관통되는 설치 구멍의 외측에 제 1플랜지를 구비하고, 상기 냉각 재킷은 상기 냉각수 유입구와 상기 냉각수 배출구에 고정되는 제 2플랜지를 포함하며,  The reaction vessel is provided with a first flange on the outside of the installation hole to be penetrated, the cooling jacket includes a second flange fixed to the cooling water inlet and the cooling water outlet,
상기 넁각 재킷을 상기 반웅기 내부에 삽입한 상태에서,  In the state where the shell jacket is inserted into the reaction machine,
상기 제 2플랜지는  The second flange
상기 제 1플랜지 상에서 상기 설치 구멍을 폐쇄하고 상기 제 1플랜지에 체결부재로 체결되는 폴리실리콘 제조 장치.  Closing the installation hole on the first flange and the polysilicon manufacturing apparatus fastened to the first flange with a fastening member.
【청구항 8】  [Claim 8]
제 7항에 있어서,  The method of claim 7, wherein
상기 내부 배관과 상기 외부 배관은 상기 로드 필라멘트의 상단에 대웅하여 상기 가스 통로의 개구를 형성하는 폴리실리콘 제조 장치. The inner pipe and the outer pipe Polysilicon manufacturing apparatus for forming the opening of the gas passage to the upper end of the rod filament.
【청구항 9】  [Claim 9]
제 1항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 냉각 재킷은  The cooling jacket
인콜로이 (Incoloy 800H, Incoloy 800). 스테인레스 스틸 (SS316L, SS316) 및 하스텔로이 (Hastelloy) 증 하나로 형성되는 폴리실리콘 제조 장치.  Incoloy 800H, Incoloy 800. A device for producing polysilicon formed from stainless steel (SS316L, SS316) and Hastelloy.
【청구항 10]  [Claim 10]
제 1항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 원료 가스는  The raw material gas is
트리클로로실란 (trichlorosilane. TCS)를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치.  Polysilicon production apparatus comprising trichlorosilane (TCS).
【청구항 1 1】  [Claim 1 11]
제 1항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 원료 가스는  The raw material gas is
디클로로실란 (cUchlorosilane, DCS), 실리콘테트라클로라이드 (silicon tetrachloride, STC) 및 수소 중 적어도 하나를 더 포함하는 폴리실리콘 제조 장치.  Apparatus for producing polysilicon further comprising at least one of dichlorosilane (cUchlorosilane, DCS), silicon tetrachloride (STC) and hydrogen.
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