[发明专利]高纯度多晶硅的制造装置及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯度多晶硅的制造装置及制造方法。

背景技术

多晶硅被用作半导体用单晶硅的原料，且被用作太阳能电池(solar cell)用硅的原料。特别是近年来，伴随太阳能电池的广泛普及，对作为 原料的多晶硅的需求也不断增加。

然而，对于作为太阳能电池用硅的原料、即多晶硅而言，现状为，所 使用的是提取半导体用单晶硅之后所残留的坩埚残渣、或单晶硅铸块 (ingot)的切削碎片等废料(scrap)品。因此，用于太阳能电池的多晶硅 在质和量方面均依存于半导体业界的动态，其结果是陷于长期不足的状况 中。

因此，关于作为半导体用单晶硅的原料的高纯度多晶硅的代表性制造 方法，可列举西门子法(Siemens method，三氯氢硅还原法)。此西门子法 中，利用三氯硅烷(HSiCl₃)的氢还原来获得高纯度多晶硅(例如，参照专 利第2867306号公报(日本专利特开平5-139891号公报))。

一般的西门子法中，如图5所示的制造装置10所示，在经水冷却的钟 罩式的反应器30中设置硅的种棒50，对所述硅的种棒50通电后将种棒50 加热到1000℃左右，从下方将三氯硅烷(HSiCl₃)及作为还原剂的氢(H₂) 导入到反应器30内以使氯化硅还原，并选择性地将所生成的硅附着在种棒 50的表面，由此获得棒状的多晶硅。所述西门子法，除了具有以较低的温 度使原料气体气化的优点之外，且因反应器30本身可水冷却，所以还具有 可容易对环境进行密封的此类装置方面的优点，因此至今被广泛普及采用。

然而，在西门子法中，是利用通电来使种棒50发热的，因此，因附着 了多晶硅而使棒状硅成长且使电阻逐渐降低，随之，为了加热则必须流通 非常大的电流。因此，从与能源成本的平衡方面考虑，成长有限，且制造 设备的运转是分批式(batch-wise)地，所以存在生产效率差，且作为产 品的多晶硅的价格中电功率消耗率(electrical power consumption rate) 所占的部分较大的问题。

关于西门子法以外的多晶硅的制造方法，例如，有使用金属还原剂来 还原四氯化硅(SiCl₄)的方法(例如，参照日本专利特开2003-34519号公 报及日本专利特开2003-342016号公报)。具体而言，是如下方法：通过将 四氯化硅及锌(Zn)的气体提供到加热到1000℃左右的石英制的横式反应 器中，使多晶硅在反应器内成长。

所述方法中，利用电解等方法将副生的氯化锌(ZnCl₂)分离成锌和氯， 并再次将所获得的锌作为还原剂使用，且通过使所得的氯与廉价的金属硅 反应而合成为四氯化硅，只要可用作原料气体即可，因构筑为循环式的工 序，所以可能廉价地制造多晶硅。

此处，为了使金属从固体变为气体，一般采用的方法是在一个容器内 将所述金属从固体熔化为液体，进而在同一容器内使此液体气化(例如， 参照日本专利特开昭60-161327号公报)。

当利用此种方法使锌气化时，锌气体的生产效率差，而且，在将锌粒 投入到加热到大于等于沸点的容器内的情况下，部分粉末或粒状的锌可能 会在容器内燃烧。而且，也难以掌握追加锌的投入量的增减，当投入量过 多时，容器内的熔融温度会大幅降低，从而产生无法获得稳定的锌气体的 蒸发量等问题。

另外，在采用此种锌熔融蒸发装置的高纯度多晶硅的制造装置中，由 反应所获得的多晶硅，是从反应器的器壁开始成长的，因此容易受到反应 器材质的污染，从而存在多晶硅的生产效率差的问题。

发明内容

本发明是鉴于此种实际情况而完成的，其目的在于提供一种高纯度多 晶硅的制造装置及制造方法，其可连续且稳定地提供作为还原剂的锌气体， 由此，能以紧密的构造来连续地、大量地、且廉价地制造高纯度多晶硅。

为了达成所述目的，本发明的高纯度多晶硅的制造装置的特征在于包 括：

氯化硅的气化装置；

锌熔融蒸发装置；

立式反应器(vertical reactor)，外周面具备加热机构；

氯化硅气体供给喷嘴，以连接在所述氯化硅的气化装置和所述立式反 应器之间的方式而配置，将所述氯化硅的气化装置提供的氯化硅气体供应 到所述立式反应器内；