[发明专利]制造固体产物的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及使用具有多个组分的气态原料的反应来制造具有高纯度的固体产物的方法和设备。 

背景技术

作为使用具有多个组分的气态原料的反应来制造固体产物的技术，已知一种通过金属氯化物气体与还原剂气体的气相反应来制造具有高纯度的金属的技术。 

举例来说，揭露一种通过用氢气气相还原氯化镍气体来制造超细镍粉的技术(例如，参见专利文件1和2)以及一种通过用氢气或硫化氢气体气相还原氯化镍、氯化铜或氯化银气体来制造镍、铜或银粉的技术(例如，参见专利文件3)。 

此外，指示一种用锌或其它金属的蒸气气相还原氯化镓气体的技术(例如，参见专利文件4)，且此外，揭露一种通过用诸如锌气体的金属还原剂气相还原四氯化硅(SiCl4)气体来制造多晶硅的方法(例如，参见专利文件5和6)。 

具体来说，使用具有高纯度的多晶硅作为用于半导体的单晶硅的原料，且作为用于太阳能电池的硅的原料。除对用于电子装置和信息技术装置中所用的高集成半导体的多晶硅的需求增加外，对作为用于太阳能电池的硅的多晶硅的需求近来也快速扩大，但此时，多晶硅的供应能力不足且存在不能满足市场需要的情形。多晶硅优先向半导体用途供应，且因此用作生产太阳能电池的原料的多晶硅必须为拉起用于半导体的单晶硅后坩埚中用过的残余物和诸如单晶硅锭的切割废料的碎片，从而用于太阳能电池的多晶硅处于依赖于半导体工业在数量和品质两者方面的变化的情形，且始终短缺。已强烈地需要开发一种以较大量且以低于现有技术的成本制造作为用于太阳能电池的硅的原料的多晶硅的技术。 

现今，商业上进行的多晶硅的制造已通过西门子法(Siemens process)进行，但这种工艺具有制造消耗率的高电力消耗率且制造装置的操作为分批类型，所以其生产效率低。因此，其不适合作为大量且低成本的制造方法。 

相比之下，关注使用用诸如锌气体的金属还原剂气相还原四氯化硅(SiCl4)来制造多晶硅的方法，例如将四氯化硅和锌(Zn)气体馈入由石英制成的水平反应器中以使多晶硅在所述反应器中生长。此外，通过诸如 电解的方法将作为副产物的氯化锌(ZnCl2)分离为锌和氯，且将所获得的锌再用作还原剂且将所获得的氯用于四氯化硅的合成，由此使得能够以再循环方法以大量且以低成本制造多晶硅。 

然而，在这种使用气态原料的反应来制造固体产物的技术中，存在所得固体产物容易被反应器的材料污染以及被由反应所产生的副产物气体以及未反应的气态原料污染的问题。 

专利文件1：日本专利JP H4-365806 A(1992) 

专利文件2：日本专利JP H8-246001(1996) 

专利文件3：日本专利JP 2000-345218 A 

专利文件4：日本专利JP H1-25922 A(1989) 

专利文件5：日本专利JP 2003-34519 A 

专利文件6：日本专利JP 2003-342016 A 

本发明的发明者已进行许多研究以解决在使用锌气体作为还原剂且使用四氯化硅气体作为原料来制造多晶硅的方法中由反应器的材料引起的污染问题，且发现所述问题通过将氯化硅气体和还原剂气体馈入特定垂直反应器中，在氯化硅气体进料喷嘴的尖端处产生多晶硅，且多晶硅从所述喷嘴的尖端向下生长以防止多晶硅接触反应器壁的方式得以解决。然而，为进一步改善品质，希望建立一种尽可能多地降低由反应产生的副产物气体和未反应的气态原料的影响的方法。此外，希望实现允许将落于反应器的下部中的多晶硅从反应器中连续取出，同时维持反应器的温度的方法。 

由此可见，上述现有的制造固体产物的方法和设备在制造方法、设备的结构及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造固体产物的方法及设备又没有适切的方法及结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的制造固体产物的方法和设备，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 

有鉴于上述现有的制造固体产物的方法和设备存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的制造固体产物的方法和设备，能够改进一般现有的制造固体产物的方法和设备，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。