[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR101590679B1 - 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 - Google Patents

2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101590679B1
KR101590679B1 KR1020130097419A KR20130097419A KR101590679B1 KR 101590679 B1 KR101590679 B1 KR 101590679B1 KR 1020130097419 A KR1020130097419 A KR 1020130097419A KR 20130097419 A KR20130097419 A KR 20130097419A KR 101590679 B1 KR101590679 B1 KR 101590679B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma
plasma generating
generating unit
reaction
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020130097419A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150019935A (ko
Inventor
이정우
김정규
김유석
유진형
장은수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130097419A priority Critical patent/KR101590679B1/ko
Publication of KR20150019935A publication Critical patent/KR20150019935A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101590679B1 publication Critical patent/KR101590679B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명에 따르면, 교류 전압에 의해 플라즈마 방전이 각각 이루어지는 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부와, 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 스트리머 방전에 의한 제 3 플라즈마 발생부를 구비하는 2 중 플라즈마 발생기를 포함하며, 상기 2중 플라즈마 발생기에서 발생한 플라즈마를 이용하여 반응가스를 해리하는 폴리실리콘 제조 장치가 제공되며, 또한 상기 폴리실리콘 제조 장치를 이용하는 폴리실리콘의 제조 방법이 제공된다.

Description

2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법{Apparatus for generating dual plasma and method of producing polysilicon using same }
본 발명은 2 중 플라즈마 발생기, 이를 구비한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2 중 플라즈마 발생기에서 아크 플라즈마 외에 스트리머 방전을 유도함으로써 고순도의 폴리실리콘을 획득할 수 있는 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
폴리실리콘은 반도체 소자, 태양전지 소자 등의 원료가 되는 물질로 최근 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 종래 반도체 또는 태양광 발전용 전지의 원료로서 사용되는 실리콘을 제조하는 방법은 여러 가지가 알려져 있고 그 중 일부는 이미 공업적으로 실시되고 있다.
현재 상용되는 고순도용 폴리실리콘은 대부분 화학기상증착 방법을 통해 제조되고 있다. 구체적으로 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 삼염화실란 기체를 수소 기체와 같은 환원성 기체와 반응시켜 제조될 수 있다.
[반응식 1]
SiHCl3(gas)+ H2(gas)→ Si(solid) + 3HCl(gas)
폴리실리콘을 제조하기 위한 상용화된 공법 중 하나를 예로 들면 지멘스 공법(Siemens method)이 있다. 지멘스 공법에서는 반응 가스로서의 실란계 가스 및, 환원 가스로서의 수소 가스를 종형 반응기에 함께 투입하고, 종형 반응기에 설치된 실리콘 로드를 가열함으로써 실리콘의 석출 온도 이상의 열이 반응 가스 및 환원 가스에 전달되면 환원 반응에 의해 폴리실리콘이 석출된다.
그러나, 이와 같은 종래의 지멘스 반응기는 통상 65 ~ 200 KWh/kg 정도의 많은 전기 에너지를 소비하며, 이러한 전기 에너지에 대한 비용이 폴리실리콘 제조 비용 중 매우 큰 비중을 차지한다. 또한 석출이 뱃치식(batch type)이기 때문에 실리콘 로드의 설치, 통전 가열, 석출, 냉각, 취출, 종형 반응기 세정 등의 지극히 번잡한 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로 유동층에 의한 석출방법이 있다. 이 방법은 유동층을 이용하여 100 미크론 정도의 미립자를 석출핵으로 공급하면서 실란류를 공급하여 실리콘 미립자 상에 실리콘을 석출해 1~2 mm의 실리콘 알갱이로서 연속적으로 제조하는 방법이다. 이 방법은 비교적 장기 연속 운전이 가능하다는 장점이 있지만, 석출온도가 낮은 모노실란을 실리콘 원료로서 사용하기 때문에 비교적 낮은 온도에서도 모노실란의 열분해에 의한 미분실리콘 생성이나 반응기벽으로의 실리콘 석출이 일어나기 쉬워 반응용기의 정기적인 세정이나 교환이 필요하다.
한편, 대한민국 특허 10-0692444 호에는 수직형 환원 반응기를 이용한 다결정 실리콘 제조 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 실리콘 석출면으로 되는 가열체를 통 형상으로 하여 열효율을 높인 장치로서, (a) 하단에 실리콘 취출구로 되는 개구부를 갖는 통 형상 용기, (b) 상기 통 형상 용기의 하단으로부터 임의의 높이까지의 내벽을 실리콘 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 장치, (c) 상기 통 형상 용기의 내경 보다 작은 외경을 갖는 내관으로 이루어지고, 실리콘의 융점 이상으로 가열된 내벽에 의해 둘러싸인 공간에 상기 내관의 한쪽 개구를 아래쪽으로 향하여 설치함으로써 구성된 클로로실란류 공급관, (d) 통 형상 용기의 내벽과 클로로실란류 공급관의 외벽에 의해 형성되는 갭에 밀봉 가스를 공급하는 제 1 밀봉 가스 공급관, 및 경우에 따라, (e) 상기 통 형상 용기 내에 수소 가스를 공급하는 수소 공급관을 더 구비한다.
도 1 에는 수직형 환원 반응기의 유형에 속하는 폴리실리콘의 제조 장치가 개략적으로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 폴리실리콘의 제조 장치는 반응기(10)의 상부 부분(10a)에 반응 가스 유입구(11)가 구비되고, 반응기(10)의 중간 부분(10b)의 일측에 진공 도관(12) 및 배출 도관(13)이 구비되어 있다. 반응기(10)의 하부 부분(10c)에는 용융실리콘의 포집, 냉각, 캐스팅부가 형성되어 있다.
상기 반응 가스 유입구(11)를 통해 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 또는 사염화실란(STC)과 같은 실란계 가스인 반응 가스를 공급한다. 반응기(10의 운전 후 내부 공간의 클리닝, 퍼징을 위한 진공 분위기를 형성하기 위하여 진공 도관(12)이 이용될 수 있고, 반응시에 발생되는 폐가스를 배출하기 위하여 배출 도관(13)이 이용될 수 있다. 반응기(10)의 상부 부분(10a)에는 가열 코일(14)이 구비된다. 상기 유도 가열 코일(14)에 RF 전기가 인가됨으로써 반응관(21)에 맴돌이 전류가 생성되어 발열되고 고온으로 가열된 반응관(21) 벽면을 통하여 가스 유입구로 유입되는 가스에 열을 가하여 석출반응을 유도한다.
도 2 에는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분(10a)이 개략적인 단면도로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 반응기의 상부 부분(10a)에는 반응관(21)이 구비되며, 상기 반응관(21)에는 반응 가스 공급관(11)을 통해 실란계 가스와 같은 반응 가스가 공급된다. 반응관(21)의 외측에는 절연관(22)의 표면에 가열 코일(23)이 배치된다. 도면에 도시되지 않은 밀봉 가스 공급관을 통해 밀봉 가스(25)가 공급되어, 반응관(21)과 절연관(22)의 사이 및, 절연관(22)과 외측 용기(26)사이에 충전된다. 밀봉 가스(25)는 반응 가스가 반응관(21)과 절연관(22) 사이 및 절연관(22)과 외측 용기(26) 사이의 간극을 통해 누설되는 것을 억제하기 위하여 공급된다. 또한 도면에 도시되지 않은 환원 가스 공급관을 통하여 수소와 같은 환원 가스가 공급되거나 환원 가스와 실란 가스의 혼합 형태로 공급된다.
도 2 의 단면도에서 A 로 표시된 반응관(21)의 상부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있지 않은 반면에, B 로 표시된 반응관(21)의 하부 영역에는 가열 코일(21)이 감겨있다. 이러한 구조는 공급관의 열적 안정성과 전체적인 등온 분포를 위한 것이고, B 영역은 반응관 직경의 3~4 배의 길이가 필요하다.
따라서 가열 코일(21)에 의해 반응관(21)으로 전달되는 열은 A 로 표시된 상부 영역보다는 B 로 표시된 하부 영역에 집중된다. 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 폴리실리콘의 제조 장치에서는 반응관(21)의 내부에 유입된 반응 가스 및 환원 가스가 벽면과 접촉하여 고온에서의 석출 반응이 진행되지 못하고 단순 통과되는 양이 많아지는 문제점을 가지고 있다. 즉, 가열 코일(23)로부터의 거리가 가장 멀리 있는 반응관(21)의 중심부를 통해 유동하는 가스에 대해서는 열전달이 원활하지 않으므로 환원 반응이 느리게 발생되며, 따라서 전체적인 생산 효율이 저하되고 에너지 효율도 저하된다. 또한 반응 가스 및 환원 가스는 단순히 가열에 의해서만 반응 에너지를 얻기 때문에 충분한 반응이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 2 중 플라즈마 발생기를 구비한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폴리실리콘의 생산 효율이 향상될 수 있는 2 중 플라즈마 발생기를 구비한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반응 가스의 반응 이전에 반응 가스를 해리시킬 수 있는 2 중 플라즈마 발생기를 구비한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
교류 전압에 의해 플라즈마 방전이 각각 이루어지는 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부와, 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 스트리머 방전에 의한 제 3 플라즈마 발생부를 구비하는 2 중 플라즈마 발생 장치가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부 각각은 유전체 튜브, 상기 유전체 튜브의 일 단부에 구비된 전원 연결 전극 및 상기 유전체 튜브의 타 단부에 구비된 접지 전극을 구비하고, 상기 제 1 플라즈마 발생부의 전원 연결 전극과 제 2 플라즈마 발생부의 전원 연결 전극에는 교류 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부에 인가되는 초기 전압의 극성이 반대로 적용됨으로써 제 3 플라즈마 발생부에 스트리머 방전이 야기될 수 있다.
본 발명은 또한,
교류 전압에 의해 플라즈마 방전이 각각 이루어지는 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부와, 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 스트리머 방전에 의한 제 3 플라즈마 발생부를 구비하는 2 중 플라즈마 발생기를 포함하며,
상기 2중 플라즈마 발생기에서 발생한 플라즈마를 이용하여 반응가스를 해리하는 폴리실리콘 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 해리된 반응 가스 및 환원 가스가 유입되어 혼합될 수 있는 반응 공간을 구비한 반응 실린더를 구비하는 반응기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 폴리실리콘을 용융 상태로 얻기 위해 상기 반응 실린더를 소정 온도 이상으로 가열하도록 상기 반응 실린더에 설치된 가열기가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 폴리실리콘을 기판 상의 박막으로 석출시키기 위해 상기 반응기 실린더의 내부에 설치되어 회전 및 승강이 가능하며 기판을 지지하는 턴테이블을 더 구비할 수 있다.
본 발명은 또한, 교류 전압에 의해 발생되는 플라즈마와 스트리머 방전이 합쳐진 강화 플라즈마에 의해 실란계 반응가스를 해리하는 단계를 포함하는 폴리실리콘 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 교류 전압에 의해 발생되는 플라즈마 방전은 초기 전압 극성이 서로 반대인 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이에서 발생되고, 상기 스트리머 방전은 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 제 3 플라즈마 발생부에서 생성될 수 있다.
본 발명의 제조 방법은 상기 강화 플라즈마에 의해 해리된 실란계 반응가스를 환원가스와 혼합시키는 단계; 및
상기 혼합 가스를 소정 온도 이상으로 가열함으로써 폴리실리콘을 석출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 실란계 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS) 및 사염화실란 중에서 선택되고, 상기 환원가스는 수소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 2 중 플라즈마 발생기를 구비한 폴리실리콘 제조 장치 및 제조 방법에서는 반응 가스를 충분히 해리시킨 후에 석출 과정을 수행하므로, 보다 효율적으로 폴리실리콘을 제조할 수 있다는 장점이 있으며, 따라서 폴리실리콘의 생산 효율 및 에너지 효율이 향상될 수 있다. 특히 본 발명에서는 2 중 플라즈마 발생기에서 아크플라즈마와 스트리머 플라즈마 방전을 복합적으로 이용하여 반응 가스를 해리시키므로, 낮은 전압에서도 화학종의 활성 및 반응성이 증가되어 수율 증가로 이어질 수 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 폴리실리콘의 제조 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 반응기의 상부 부분에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 폴리실리콘의 제조 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 4 는 도 3 에 도시된 폴리실리콘의 제조 장치에 구비된 2 중 플라즈마 발생기의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
“및/또는”이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명은 아크플라즈마와 스트리머방전을 복합적으로 이용한 2중 플라즈 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2 중 플라즈마 발생장치는 SiC, Al2O3, 폴리실리콘 등의 무기 소재 제조에 활용될 수 있는데, 본 발명에서는 특히 폴리실리콘 제조에 적용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 3 에는 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치(30)는 투입된 반응 가스를 해리시키기 위한 2 중 플라즈마 발생기(31)와, 상기 2 중 플라즈마 발생기(31)로부터 유입된 반응 가스를 가열하여 폴리실리콘을 생성하는 반응기(32)를 구비한다.
2 중 플라즈마 발생기(31)에는 이후에 설명되고 도 4 에 도시된 바와 같이 제 1 플라즈마 발생부(51), 제 2 플라즈마 발생부(52) 및 제 3 플라즈마 발생부(53)을 구비한다. 반응기(32)는 2 중 플라즈마 발생기(31)로부터 유입된 반응 가스를 수용하여 가열 석출 반응이 발생될 수 있는 반응 실린더(32a)를 구비한다. 상기 반응 실린더(32a)의 내부에는 반응 공간(32b)이 형성된다.
2 중 플라즈마 발생기(31)의 일측에는 반응 가스 유입구(31a)가 구비되고, 다른 일측에는 반응 가스 유출부(31b)가 구비된다, 상기 반응 가스 유입구(31a)를 통하여 실란계 가스와 같은 반응 가스(A)가 2 중 플라즈마 발생기(31)의 내부로 유입된다. 실란계 가스는 예를 들어 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS), 및 사염화실란 중 어느 하나를 포함한다.
2 중 플라즈마 발생기(31)의 내부에는 이후에 설명되는 바와 같이 스트리머 방전을 포함하는 플라즈마 방전에 의해 반응 가스의 해리가 발생되며, 해리된 반응 가스는 반응 가스 유출부(31b)를 통해 반응기(32)의 반응 실린더(32a)로 유출된다. 한편, 도면에 도시되지 않았으나, 이후에 설명되는 바와 같이 2 중 플라즈마 발생기(31)에서의 플라즈마 방전을 위한 방전 가스 유입부가 2 중 플라즈마 발생기(31)에 구비된다.
반응기(32)의 반응 실린더(32a)에는 환원 가스 유입부(32c)가 구비된다. 상기 환원 가스 유입부(32c)를 통하여, 화살표 C 로 표시된 바와 같이 수소와 같은 환원 가스가 반응기(32)의 내부로 유입된다. 수소와 같은 환원 가스(C)는 2 중 플라즈마 발생기(31)에서 해리된 반응 가스(B)와 혼합되며, 반응기(32) 내부에서 가열시에 서로 환원 반응하여 폴리실리콘을 생성할 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 반응 실린더(32a)에는 반응 공간(32b)을 진공 상태로 만들기 위한 진공 배기구가 구비될 수 있으며, 배출 가스를 배출하기 위한 배출 배기구도 구비될 수 있다.
반응 공간(32b)내에서 폴리실리콘은 다양한 형태로 석출 생성될 수 있다. 예를 들어, 실린더(32) 외부 가열기 등을 이용하여 폴리실리콘의 석출 온도인 섭씨 1430 도보다 높은 소정 온도로 반응 실린더(32)의 내부 온도를 유지하면 폴리실리콘은 석출 이후에 용융되어 액체 상태를 유지할 수 있다. 도면에 도시되지 않은 예에서, 액체 상태로 석출된 폴리실리콘은 몰드를 이용하여 주조됨으로써 소정 형상을 가지고 제조될 수도 있다. 또한 반응 공간(32b) 내부의 온도를 조절함으로써 입자 형태로 석출될 수도 있다.
도면에 도시된 예에서는 반응 실린더(32a)의 내부에 턴테이블(34)을 설치하고, 상기 턴테이블(34)의 상부에 기판(37)을 배치함으로써 석출된 폴리실리콘이 기판(37)의 표면에 박막의 형태로 증착될 수 있게 한다. 턴테이블(34)은 구동부(35)에 의하여 회전 및 승강될 수 있으며, 이와 같은 턴테이블(34)의 구동에 의해 기판(37)상의 폴리실리콘 증착이 균일하게 이루어질 수 있다.
도 4 에 도시된 것은 도 3 에 도시된 2 중 플라즈마 발생기(31)의 개략적인 구성도이다.
도면을 참조하면, 2 중 플라즈마 발생기(31)는 제 1 플라즈마 발생부(51). 제 2 플라즈마 발생부(52) 및 제 3 플라즈마 발생부(53)를 구비한다. 제 1 플라즈마 발생부(51)는 전극(51a,51c)이 양 단부에 구비된 유전체 튜브(51b)를 구비하여 구성된다. 또한 제 2 플라즈마 발생부(52)는 전극(52a,52c)이 양 단부에 구비된 유전체 튜브(52b)를 구비하여 구성된다. 상기 유전체 튜브(51b,52b)는 예를 들어 석영으로 제작된 튜브일 수 있다.
상기 제 1 플라즈마 발생부(51)의 전극(51a)과 제 2 플라즈마 발생부(52)의 전극(52a)은 전원 연결 전극으로서 구성되며, 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가된다. 상기 유전체 튜브(51b,52b)의 내부로 플라즈마 방전 가스(P,P')가 유동한다. 제 1 플라즈마 발생부(51)의 전극(51c) 및 제 2 플라즈마 발생부(52)의 전극(52c)은 접지 전극으로서 구성되어 접지된다.
전원(50)으로부터 교류 전압이 인가된 상태에서 제 1 유전체 튜브(51b)와 제 2 유전체 튜브(52b)를 통해 방전 가스(P,P')의 유동이 이루어지면, 제 1 유전체 튜브(51b)의 내부에 형성된 제 1 영역(I) 및 제 2 유전체 튜브(52b)의 내부에 형성된 제 2 영역(II)에서는 플라즈마 방전이 발생된다. 이때, 제 1 영역(I)에서 플라즈마 방전 가스가 E1 의 에너지에 의해 플라즈마 방전이 이루어지고, 제 2 영역(II)에서플라즈마 방전 가스는 E2 의 에너지에 의해 플라즈마 방전이 이루어진다고 가정할 수 있다.
제 1 플라즈마 발생부(51)와 제 2 플라즈마 발생부(52)는 교류 전원을 이용한 아크 플라즈마를 발생하게 되는데 이 때 초기 전압의 극성을 반대로 적용하면 상기 2개의 플라즈마관 사이의 제 3 플라즈마 발생부(53)에서 스트리머 방전(streamer discharge)을 유도할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 유전체 튜브(51b)로부터 유출된 방전 가스 및 제 2 유전체 튜브(52b)로부터 유출된 방전 가스가 합쳐지는 제 3 영역(III)에서는 스트리머 방전의 에너지(E3)가 더해질 수 있으며, 결과적으로 제 3 영역(III)에는 ETOT=E1+E2+E3 의 에너지에 의해 강화된 플라즈마 상태가 이루어진다. 또한 E3는 E1, E2 방전시 손실되는 에너지를 활용한 것이므로 추가적인 에너지 소비 없이 E3의 스트리머 방전이 가능한 장점을 가진다.
위에서 설명된 바와 같이, 2 개의 플라즈마 발생부(51,52)가 구비됨으로써 2 개의 플라즈마 발생부(51,52) 사이에 스트리머 방전이 발생될 수 있으며, 따라서 2 중 플라즈마 발생기(31)의 방전 에너지는 강화된다.
이러한 강화된 방전 에너지를 이용하여 폴리실리콘을 생성하기 위한 반응 가스로서 실란계 가스(A)를 해리한다. 이는 2 중 플라즈마 발생기(31)의 강화된 방전 에너지에 의해 화학종의 활동도와 반응성이 증가되는 결과를 가져온다. 2 중 플라즈마 발생기(31)에서 해리된 반응 가스는 도 3 에 도시된 바와 같이 반응 가스 유출부(31b)를 통해 반응 실린더(32a)의 반응 공간(32b)으로 유동할 수 있다. 반응 가스는 충분히 해리된 상태이므로, 반응 공간(32b)에서 환원 가스와 환원 반응하여 석출될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 2 중 플라즈마 발생기를 구비한 폴리실리콘 제조 장치를 이용하는 폴리실리콘의 제조 방법을 개략적으로 설명하기로 한다.
본원 발명에 따라서 폴리실리콘을 제조하려면 우선 반응 실린더(32a)의 내부를 진공 상태로 만든다. 진공 펌프(미도시)를 이용하여 진공 배기구(미도시)를 통해 진공 상태로 만들 수 있다. 다음에 2 중 플라즈마 발생기(31)의 반응 가스 유입부(31a)를 통해 실란계 가스를 투입한다. 2 중 플라즈마 발생기(31)에서 제 1 플라즈마 발생부(51) 및 제 2 플라즈마 발생부(51)에 방전 가스를 유동시키면서 교류 전압으로 아크 플라즈마 방전을 발생시키되, 초기 전압의 극성을 반대로 적용하면, 제 1 플라즈마 발생부(51) 및 제 2 플라즈마 발생부(52) 사이의 제 3 플라즈마 발생부(53)에서 스트리머 방전이 발생된다. 따라서 제 1 플라즈마 발생부(51) 및 제 2 플라즈마 발생부(52)에 의한 아크 플라즈마와 제 3 플라즈마 발생부(53)의 스트리머 플라즈마 방전이 합쳐진 강화 플라즈마에 의해 반응 가스의 해리가 발생된다.
해리된 반응 가스는 2 중 플라즈마 발생기(31)의 반응 가스 유출부(31b)를 통해 반응 실린더(32a)의 반응 공간(32b) 내부로 유동한다. 또한 환원 가스(C)가 환원 가스 유입부(32c)를 통해 반응 실린더(32a)의 반응 공간(32b) 내부로 유동한다. 반응 공간(32b)은 가열기(33)에 의해 폴리실리콘의 석출 온도 이상으로 가열되며, 따라서 반응 가스 및 환원 가스의 환원 반응이 이루어짐으로써 폴리실리콘의 석출이 발생된다. 이때 반응 가스는 충분히 해리된 상태이므로, 환원 반응이 상대적으로 활발히 이루어질 수 있으며, 따라서 폴리실리콘의 수율이 증가될 수 있다.
반응 공간(32b)의 내부에 기판(37)이 구비되어 있는 경우라면, 석출된 폴리실리콘은 기판(37)의 표면에 박막의 형태로 증착될 수 있다. 도면에 도시되지 않은 다른 예에서, 폴리실리콘은 용융된 상태로 석출될 수 있거나 또는 고체 상태로 석출될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
31. 2 중 플라즈마 발생기 32. 반응기
33. 가열기 37. 기판
51. 제 1 플라즈마 발생부 52. 제 2 플라즈마 발생부
53. 제 3 플라즈마 발생부
51a.52a. 전극 51b.52b. 튜브

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 교류 전압에 의해 플라즈마 방전이 각각 이루어지는 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부와, 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 스트리머 방전에 의한 제 3 플라즈마 발생부를 구비하는 2 중 플라즈마 발생기를 포함하며,
    상기 교류 전압에 의해 발생되는 플라즈마 방전과 상기 스트리머 방전이 합쳐진 강화 플라즈마에 의해 실란계 반응가스를 해리하는 폴리실리콘 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부 각각은 유전체 튜브, 상기 유전체 튜브의 일 단부에 구비된 전원 연결 전극 및 상기 유전체 튜브의 타 단부에 구비된 접지 전극을 구비하고, 상기 제 1 플라즈마 발생부의 전원 연결 전극과 제 2 플라즈마 발생부의 전원 연결 전극에는 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 폴리실리콘 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 발생부 및 제 2 플라즈마 발생부에 인가되는 초기 전압의 극성이 반대로 적용됨으로써 제 3 플라즈마 발생부에 스트리머 방전이 야기되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 해리된 반응 가스 및 환원 가스가 유입되어 혼합될 수 있는 반응 공간을 구비한 반응 실린더를 구비하는 반응기를 더 포함하는 폴리실리콘 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응 실린더를 소정 온도 이상으로 가열하도록 상기 반응 실린더에 설치된 가열기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 폴리실리콘 제조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응기 실린더의 내부에 설치되어 회전 및 승강이 가능하며 기판을 지지하는 턴테이블을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 폴리실리콘 제조 장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여,
    교류 전압에 의해 발생되는 플라즈마와 스트리머 방전이 합쳐진 강화 플라즈마에 의해 실란계 반응가스를 해리하는 단계를 포함하는 폴리실리콘 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 교류 전압에 의해 발생되는 플라즈마 방전은 초기 전압 극성이 서로 반대인 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이에서 발생되고, 상기 스트리머 방전은 상기 제 1 플라즈마 발생부와 제 2 플라즈마 발생부 사이의 제 3 플라즈마 발생부에서 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 강화 플라즈마에 의해 해리된 실란계 반응가스를 환원가스와 혼합시키는 단계; 및
    상기 혼합 가스를 소정 온도 이상으로 가열함으로써 폴리실리콘을 석출시키는 단계;를 포함하는 폴리실리콘의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 실란계 가스는 모노실란(monosilane), 이염화실란, 삼염화실란(TCS) 및 사염화실란 중에서 선택되고, 상기 환원가스는 수소를 포함하는 폴리실리콘의 제조 방법.
KR1020130097419A 2013-08-16 2013-08-16 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법 Active KR101590679B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130097419A KR101590679B1 (ko) 2013-08-16 2013-08-16 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130097419A KR101590679B1 (ko) 2013-08-16 2013-08-16 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150019935A KR20150019935A (ko) 2015-02-25
KR101590679B1 true KR101590679B1 (ko) 2016-02-01

Family

ID=52578938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130097419A Active KR101590679B1 (ko) 2013-08-16 2013-08-16 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101590679B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114455587B (zh) * 2022-01-26 2023-07-21 何良雨 一种高纯多晶硅生产装置和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949797B1 (ko) 2009-12-29 2010-03-30 주식회사 원일공기정화 플라스마를 이용한 탈취 및 살균장치
JP2012180233A (ja) 2011-02-28 2012-09-20 Silicon Plus Corp ポリシリコン製造装置及びポリシリコンの製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2664886B2 (ja) * 1994-10-19 1997-10-22 松下電器産業株式会社 シリコン膜の形成方法及びシリコン膜形成装置
KR101133094B1 (ko) * 2010-07-26 2012-04-04 광운대학교 산학협력단 다중 채널 플라즈마 제트 발생 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949797B1 (ko) 2009-12-29 2010-03-30 주식회사 원일공기정화 플라스마를 이용한 탈취 및 살균장치
JP2012180233A (ja) 2011-02-28 2012-09-20 Silicon Plus Corp ポリシリコン製造装置及びポリシリコンの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150019935A (ko) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5550903B2 (ja) 多結晶シリコンを作製するためのプラズマ堆積装置及び方法
WO2014169705A1 (zh) 流化床反应器及用其制备高纯粒状多晶硅的方法
CN102272047B (zh) 多晶硅的制造方法
JP2011515590A (ja) 化学気相蒸着反応器内にガスを流通させるためのシステムおよび方法
US20070251447A1 (en) Reactor and Method for Manufacturing Silicon
CN106283180A (zh) 多晶硅的制造方法以及单晶硅的制造方法
CN103990422A (zh) 流化床反应器及其用于制备粒状多晶硅和三氯氢硅的方法
CN201125165Y (zh) 有双重冷却系统的多晶硅还原炉
KR101590679B1 (ko) 2 중 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조 방법
WO2018076139A1 (zh) 多晶硅的制造方法以及单晶硅的制造方法
JP6356908B2 (ja) 高効率ハイブリッド水平型反応器を利用したポリシリコン製造装置及び製造方法
KR101640286B1 (ko) 스트리머 방전을 이용한 폴리실리콘의 제조 장치 및 제조 방법
CN102060298B (zh) 一种多晶硅生产装置及多晶硅生产方法
CN106458607B (zh) 使用卧式反应器制造多晶硅的装置以及该多晶硅的制造方法
KR101755764B1 (ko) 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법
KR101871019B1 (ko) 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법
KR101626645B1 (ko) 폴리실리콘의 제조 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법
KR101945882B1 (ko) 폴리실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 폴리실리콘 제조 방법
KR101034030B1 (ko) 폴리 실리콘 증착장치
KR101938772B1 (ko) 폴리실리콘 제조용 반응 장치 및 그에 의한 폴리실리콘 제조 방법
CN201428008Y (zh) 一种多晶硅化学气相沉积装置
KR101311739B1 (ko) 폴리실리콘 제조장치
JP5335074B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコン製造用の反応炉
KR101538205B1 (ko) 히터 기능을 구비한 가스 공급 노즐 및 이를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치
CN106517211A (zh) 一种生产多晶硅的装置及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20130816

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20140819

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20130816

Comment text: Patent Application

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20150822

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20151221

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20160126

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20160126

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190116

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190116

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210118

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220120

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20221226

Start annual number: 8

End annual number: 8