使用高效混合式水平反应器的多晶硅制造装置和方法与流程

本发明涉及一种多晶硅生产装置和方法，更具体地说，涉及一种使用水平式反应器生产多晶硅的设备和方法。

背景技术：

近年来，在诸如半导体器件和光伏器件的电子器件的制备中，对作为原料的多晶硅的需求不断增长。已知许多方法用于生产在半导体或太阳能光伏电池的制备中作为原料的硅，并且一些方法在工业上已经实施。

目前可商用的高纯度多晶硅通常通过化学气相沉积工艺生产。具体地，可以通过使三氯氢硅气体与诸如氢气的还原气体反应来生产多晶硅，如反应式1：

[反应式1]

sihcl3(气体)+h2(气体)→si(固体)+3hcl(气体)

sih2cl2→si+2hcl

sicl4+2h2→si+4hcl

sih4→si+2h2

西门子法是一种示例性的可商用的多晶硅生产方法。根据西门子方法，将作为反应气体的硅烷气体和作为还原气体的氢气供给到钟罩反应器中，并且将放置在钟罩反应器中的硅棒加热至或高于硅的沉积温度。当热量传递到反应气体和还原气体时，减少反应气体以沉积多晶硅。

然而，西门子反应器消耗很多能量，通常是大约65kwh/kg至大约200kwh/kg的电能。这些电能成本占多晶硅的总生产成本的很大一部分。另一个问题是批量沉积需要极其费力的过程，包括硅棒安装、欧姆加热、沉积、冷却、提取和钟罩反应器清洁。

另一种方法与使用流化床的多晶硅沉积有关。根据该方法，在提供尺寸约100微米的精细硅颗粒作为沉积核的同时提供硅烷以在精细硅颗粒上沉积硅，结果，连续生产出尺寸为1mm至2mm的硅晶粒。该方法的优点在于可以连续地操作相对长的时间。然而，由于其沉积温度低，作为硅源的甲硅烷即使在低温下也会热分解，易于在反应器壁上形成精细分离的硅或沉积硅。因此，需要定期清洁或更换反应容器。

在韩国专利no.10-0692444中公开了使用垂直还原反应器生产多晶硅的装置。该装置使用其上沉积有硅的加热器。该加热器为圆柱形以具有高热效率。具体地，所述装置包括：(a)具有开口的圆柱形容器，该开口是位于下端的硅取出端口；(b)加热器，用于以温度等于或高于硅的熔点的温度将圆柱形容器的内壁从下端加热到所需高度；(c)氯硅烷供给管，其由外径比所述圆柱形容器的内径更小的内管构成，并且构造成使得所述内管的一个开口在由被加热到等于或高于硅熔点的温度的内壁所包围的空间内朝向下方；以及(d)第一密封气体供给管，其用于将密封气体供给到由圆柱形容器的内壁和氯硅烷供给管的外壁所限定的间隙中。该装置可选地还包括(e)用于将氢气供应到上述圆柱形容器中的氢气供给管。

图1示意性地示出了垂直还原反应器类型的多晶硅生产装置。

参照该图，多晶硅生产装置包括布置在反应器10的上部10a中的反应气体入口11、布置在反应器10的中部10b的一侧的真空管12、以及布置在反应器10的另一侧的出口管13。用于收集、冷却和铸造熔融硅的单元布置在反应器10的下部10c中。

作为反应气体的硅烷气体通过入口11供应。硅烷气体可以是甲硅烷、二氯甲硅烷、三氯甲硅烷(tcs)或四氯甲硅烷(stc)。在反应器10操作之后，真空管12可以用于产生用于清洁和净化反应器10的内部空间的真空，并且出口管13可以用于释放反应期间生成的废气。感应加热线圈14设置在反应器10的上部10a中。当rf电流施加到感应加热线圈14时，在反应管21中生成涡电流以释放热量。该热量被应用到通过气体入口和反应管21的壁面进入的气体，以诱导多晶硅的沉积。

图2是图1所示的反应器的上部10a的示意性剖面图。

参照该图，反应管21设置在反应器的上部10a中，诸如硅烷气体的反应气体通过反应气体供给口11供给到反应管21。加热线圈23布设于设置在反应管21外侧的绝缘管22的表面上。密封气体25通过密封气体供给管(未示出)供给并且填充在反应管21和绝缘管22之间以及绝缘管22和外部容器26之间。密封气体25用于防止反应气体通过反应管21和绝缘管22之间以及绝缘管22和外部容器26之间的间隙泄漏。诸如氢气的还原气体通过还原气体供给管(未示出)供给。还原气体可以与硅烷气体混合供给。

如图2的剖面图所示，加热线圈23不缠绕在反应管21的上部区域a中，而是缠绕在反应管21的下部区域b中。这种结构确保了反应管的热稳定性和基本等温分布。区域b需要具有比反应管的直径大3～4倍的长度。

因此，从加热线圈23传递到反应管21的热量集中在下部区域b上，而不是上部区域a上。然而，图1和图2所示的多晶硅生产装置的问题在于：进入反应管21的大量反应气体和还原气体通过反应管而不与反应管21的壁表面接触，因而在高温下不能进行充分的沉积。

也就是说，由于热量不能充分地传递到流过反应管21的离加热线圈23最远的中心部分的气体，所以发生慢还原反应，导致整体生产效率和能量效率低。

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个目的是提供一种改进的多晶硅生产装置和方法，以消除现有技术中遇到的问题。

本发明的又一个目的是提供一种用于高效地生产多晶硅的装置和方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种多晶硅制造装置，其包括：

水平反应管，位于绝缘管中并具有入口、出口、反应表面和底部开口，通过所述入口供应包括反应气体和还原气体的气态原料，残余气体通过所述出口放出，所述气态原料与反应表面接触，通过所述气态原料的反应产生的熔融多晶硅通过所述底部开口排出；以及

第一加热设备，适于加热所述水平反应管的所述反应表面，

其中，所述水平反应管包括由第一反应区域和第二反应区域组成的反应区域，在所述第一反应区域中沉积多晶硅，在所述第二反应区域中将反应副产物转化为所述反应气体，所述第一反应区域与所述第二反应区域串联连接。

根据一个实施例，可以将所述第一反应区域的反应温度独立于所述第二反应区域的反应温度进行控制。

根据一个实施例，所述装置进一步包括适于收集通过所述水平反应管的所述底部开口排出的熔融多晶硅的容器。

所述第二反应区域中的每一个还可以具有供应还原气体的开口。

所述反应气体可以包括三氯甲硅烷(tcs)，所述反应副产物可以包括甲硅烷、一氯甲硅烷、二氯甲硅烷(dtc)和四氯甲硅烷(stc)中的一种或多种。所述还原气体可以包括氢气。

根据一个实施例，所述水平反应管的所述底部开口可以形成在所述第一反应区域中。

所述水平反应管的所述第一反应区域和所述第二反应区域交替地布设，并且最后的反应区域被所述第一反应区域占据。

所述第二反应区域可以包括能够促进所述反应副产物到所述反应气体的转化的催化剂。

所述催化剂可以是在多晶硅沉积期间不提供杂质的si、sic或其混合物。

当所述第二反应区域包括催化剂时，将内部结构放置于所述第二反应区域中以提供附加的反应表面，使得与所述催化剂的接触面积增加。

根据一个实施例，多晶硅收集容器可以包括第二加热设备，该第二加热设备适于将所收集的多晶硅保持在熔融状态或将所收集的多晶硅保持在固态而不需要附加的加热设备。

所述反应表面可以是水平反应管的内表面或外表面或这两者。

所述多晶硅可以通过所述底部开口以微滴的形式被排出，并可以被收集在所述收集容器中。

所述水平反应管和多晶硅收集容器都可以位于所述绝缘管中。

根据本发明的又一方面，提供了一种多晶硅生产方法，包括：

将包含反应气体和还原气体的气态原料通过气体入口供给到水平反应管的第一反应区域中，所述水平反应管位于绝缘管中并具有由第一反应区域和第二反应区域组成的反应区域，在所述第一反应区域中沉积多晶硅，在所述第二反应区域中将反应副产物转化为所述反应气体，所述第一反应区域与所述第二反应区域串联连接；

将所述水平反应管的所述第一反应区域加热至所述气态原料的反应温度以沉积多晶硅；

在所述第二反应区域中将所述第一反应区域中的反应的副产物转化为所述反应气体，并允许所述反应气体参与多晶硅沉积；以及

通过所述水平反应管的所述底部开口以微滴的形式排出所沉积的多晶硅。

所述方法可以进一步包括将以微滴的形式所排出的多晶硅收集在收集容器中。

所述方法可以进一步包括加热所述收集容器以将所收集的多晶硅保持在液态，或将收集在所述收集容器中的多晶硅保持在固态。

可以将所述第一反应区域加热至适于多晶硅沉积的温度，并可以将所述第二反应区域加热至适于反应副产物转化的温度，将所述两个温度相互独立地控制。

所述方法包括向所述第二反应区域供应附加还原气体，以用于在没有催化剂的情况下转化所述反应副产物，或者向所述第二反应区域供应催化剂，以用于转化所述反应副产物。

技术效果

如上所述，与使用立式反应器的常规装置和方法不同，本发明的多晶硅生产装置和方法使用水平反应管。使用水平式反应管增加了用于气态原料反应的反应表面的接触面积，导致硅转化的增加并且有助于对反应表面的温度的控制。根据本发明，熔融硅可以被收集并被供应到下游过程。这样可以减少硅再熔融所需的能量的量，并且可以通过在上方的水平反应管和下方的收集容器之间的热补偿而有助于节能。另外，设置多个反应区域，在每个反应区域中可以独立地控制温度、气态原料和副产物，从而有助于提高多晶硅的沉积效率。

附图说明

图1是根据现有技术的多晶硅生产装置的示意性透视图。

图2是示意性地示出图1所示的反应器的上部的剖视图。

图3是示出根据本发明一个实施例的多晶硅生产装置的结构的示意图。

图4是示出根据本发明又一实施例的多晶硅生产装置的结构的示意图。

图5是示出根据本发明另一个实施例的多晶硅生产装置的结构的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的实施例更详细地描述本发明。然而，这并不旨在将本发明限制为特定的实践模式，并且应当理解，不脱离本发明的精神和范围的所有改变、等同物和替代物都包括在本发明中。

在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

虽然术语“第一”、“第二”、“a”、“b”等可以用于描述各种元件，但是这些元件不限于上述术语。上述术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。

术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任一和所有组合。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。

如本文所使用的，单数使用的表达包括复数的表达，除非上下文另有明确指示。

术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”，“包括(includes)”，“包括(including)”“具有(has)”、“具有(having)”等旨在表示在说明书中公开的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，并且不旨在排除可以存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的可能性。

本发明提供一种多晶硅生产装置，包括：水平反应管，该水平反应管位于绝缘管中并具有入口、出口、反应表面和底部开口，通过所述入口供应包括反应气体和还原气体的气态原料，残余气体通过所述出口放出，气态原料与反应表面接触，通过所述气态原料的反应所产生的熔融多晶硅通过所述底部开口排出；以及

第一加热设备，该第一加热设备适于加热所述水平反应管的所述反应表面，

其中，所述水平反应管包括由第一反应区域和第二反应区域组成的反应区域，在所述第一反应区域中沉积多晶硅，在所述第二反应区域中将反应副产物转化为所述反应气体，所述第一反应区域与所述第二反应区域串联连接。改造的示意图。

图3示意性地示出了根据本发明一个实施例的多晶硅生产装置的结构。

参照该图，多晶硅生产装置30包括：水平反应管33，该水平反应管位于绝缘管32中并具有入口31a、出口31b、反应表面和底部开口36，通过入口31a供应包括反应气体和还原气体的气态原料，残余气体通过出口31b放出，气态原料与反应表面接触，通过所述气态原料的反应所产生的熔融多晶硅通过底部开口36排出；以及第一加热设备(未示出)，该第一加热设备适于加热水平反应管33的反应表面，其中，水平反应管33包括由第一反应区域33a，33b和33c和第二反应区域34a和34b组成的反应区域，在第一反应区域33a，33b和33c中沉积多晶硅，在第二反应区域34a和34b中将反应副产物转化为所述反应气体，所述第一反应区域与所述第二反应区域串联连接。

水平反应管可以进一步包括容器39，该容器39适于收集通过底部开口36排出的熔融多晶硅37。收集容器39不是必需的并且可以被移除。

反应气体可以包括甲硅烷、一氯甲硅烷、二氯甲硅烷(dcs)、三氯甲硅烷(tcs)和四氯甲硅烷(stc)中的一种或多种，通常为三氯甲硅烷，还原气体可以包括氢气。

如图3所示，根据本发明的多晶硅生产装置的水平式反应管被分成多个反应区域，其由仅产生硅的第一反应区域和将副产物转化为反应气体的第二反应区域组成。可以控制每个反应区域的反应条件(例如，反应温度)，使得硅沉积效率进一步提高。

加热设备可以单独地设置在第一反应区域和第二反应区域中，以单独地控制反应区域的反应温度。例如，可以根据随着含硅反应气体和还原气体的反应进行而产生的副产物的量来控制反应条件。

具体地，以下沉积反应可以主要发生在第一反应区域中：

4sihcl3+h2→si(s)+sihcl3+sicl4+sih2cl2+3hcl

以下转化反应可以主要发生在第二反应区域中：

sicl4+h2→sihcl3+hcl

当催化剂用于第二反应区域中的转化反应时，可进行以下反应：

3sicl4+3h2+si→4sihcl3+h2

si+3hcl→sihcl3+h2

催化剂优选为si、sic或其混合物，其在多晶硅沉积期间不提供杂质，同时提供可以促进对三氯甲硅烷的转化反应的表面。

将第一反应区域中的反应控制为有利于将三氯甲硅烷(tcs)转化为硅(s)的条件，并将第二反应区域中的反应控制为有利于将四氯甲硅烷(stc)和/或二氯甲硅烷(dcs)转化为tcs的条件，这导致总的硅沉积效率增加。

根据反应区域中主反应的特性，第一反应区域和第二反应区域也分别被称为“沉积区域”和“转化区域”。

可以重复第一反应区域和第二反应区域的一种或多种组合。具体地，第一反应区域和第二反应区域交替布设，并且最后的反应区域优选由第一反应区域占据。将参照图3所示的装置说明反应区域的布设。反应气体和还原气体通过入口31a供给，并在初级沉积区域(第一反应区域：33a)中相互反应。作为反应的结果，硅被沉积并且产生了包括stc和dcs的副产物。tcs是反应气体中的主要成分。作为副反应的结果产生的副产物(stc、dcs等)被送至初级转化区域(第二反应区域：34a)，在那里副产物被转化为tcs。将获得的tcs送至沉积硅的次级沉积区域(第一反应区域：33b)，并产生包括stc的副产物。在次级沉积区域(第一反应区域：33b)中产生的副产物stc被送至次级转化区域(第二反应区域：34b)，在那里副产物可以转化为tcs。将获得的tcs送至可以沉积硅的三级沉积区域(第一反应区域：33c)。

这样，水平反应管的最后反应区域被第一反应区域占据。通过这种布设，从诸如stc的副产物转换的tcs可以在用于多晶硅沉积的反应中用尽，结果是多晶硅沉积效率的提高。

在反应管的转化区域中，stc到tcs的转化效率可以低于用于废气处理的转化反应的转化效率。鉴于此，可以适当地控制串联连接的第一反应区域和第二反应区域的数量。

硅主要在被供给到初级沉积区域的气态原料的反应的初始阶段被沉积。鉴于此，可以控制沉积区域(第一反应区域)和转化区域(第二反应区域)的相对尺寸(长度)。例如，可以将沉积区域的长度与转化区域的长度的比率调节到1:1至1:10的范围，但不限于该范围。

可以用整体或单独的方式地控制第一反应区域和第二反应区域的温度。例如，可以通过感应加热或电阻加热来直接或间接地加热第一反应区域和第二反应区域。然而，加热模式没有特别限制。

可以向第二反应区域供应第二反应区域中的转化反应所需的适量的附加还原气体，以促进向tcs的转化。为此，可以在一个或多个第二反应区域中形成供应附加还原气体的入口(未示出)。

通常，来自tcs的多晶硅的沉积反应在约1400℃或更高温度下进行。因此，沉积反应中的副产物可以在高达约1400℃的温度下供应到转化区域。转化反应在约1000℃或更低的温度下进行。附加还原气体的供应在冷却第二反应区域方面是有效的，这也有利于将第二反应区域的温度降低到适当的水平。

根据本发明的又一个实施例，可以在第二反应区域中填充催化剂以促进stc到tcs的转化。同样在该实施例中，反应温度达到约1000℃。从沉积区域释放的气体的温度超过约1000℃，这可以用于stc的转化。由于从转化区释放的气体的温度为约1000℃，因此沉积反应需要加热，但是加热所需的能量可以减少。

即使当在第二反应区域中进行基于氢氯化反应的混合转化过程时，反应温度为约600℃或更高。高的反应温度可以通过上游区域和下游区域之间的热补偿而有助于节能，如在催化反应中。如本文所使用的，混合转化过程是指通过供应作为还原气体的氢气的stc转化过程。混合转化过程可以在没有催化剂的情况下在约600℃至约650℃下进行。

在水平反应管中，第一反应区域可以通过用作热障的结构与第二反应区域隔开，通过该结构，第一反应区域的温度与第二反应区域的温度相差几百℃。该结构可以部分地阻挡气流。

根据本发明的又一实施例，第二反应区域可以包含催化剂。在该实施例中，内部结构可以放置在第二反应区域中以提供额外的反应表面。该内部结构增大与催化剂的接触面积以促进反应。该内部结构(internalstructure)可以具有各种形状，例如杆、网格和倒“u”形。图4示出了其中倒u形内部结构安装在第二反应区域中的装置。图4的装置的其它元件与在图3的装置中说明的相同，因而在此省略其详细说明。

如图3所示，多晶硅收集容器39，49在水平反应管的下方一体地设置。尽管未示出，但是可以在与沉积区域和转换区域对应的位置处设置单独的多晶硅收集容器。

在将收集容器设置为一体的情况下，可以在收集容器的后部布置硅排出端口35，45(参见图3和图4)。在将单独的收集容器49a、49b和49c设置在与单位(unit)反应区域相对应的位置处的情况下，如图5所示，硅排出端口45a、45b和45c可以布置在收集容器的侧面，即沿垂直于气流的方向。

收集在多晶硅收集容器39中的多晶硅38也可以在多晶硅收集容器中保持固态，但更优选的是多晶硅收集容器39还包括第二加热设备(未示出)，以将所收集的多晶硅38保持在熔融状态。

根据本发明的优选实施例，水平反应管33和多晶硅收集容器39都布设在绝缘管32中，如图3所示。这种布设是优选的，因为可以阻止与外部的热传递以防止能量损失，并且可以通过水平反应管33与多晶硅收集容器39之间的热干扰(thermalinterference)来补偿热量，以实现节能。

在本发明的装置中，底部开口36形成在水平反应管33中。由于这种结构，气态原料的反应可以发生在水平反应管33的内表面或外表面上，或这两者上。当反应表面被加热到接近多晶硅的熔融温度时，通过含硅反应气体与还原气体的反应产生硅，并且硅沿着反应表面以熔融状态向下流动。

根据一个实施例，水平反应管的底部开口优选地形成在第一反应区域中。在本实施方式中，可以防止来自第二反应区域的杂质被收集在收集容器39中。

熔融硅向下流动并以微滴37的形式通过水平反应管33的底部开口36排出。所排出的熔融硅可以收集在收集容器39中。

开口36布设在反应区域中，其中设置有适于加热水平反应管33的反应表面的第一加热设备。这种布设优选用于以微滴的形式排出熔融硅。

虽然在图中未示出，但是水平反应管33平行于水平面放置。替代性地，水平反应管33可以相对于水平面以一定角度倾斜，使得保留在水平反应管上的熔融硅向下流动并且容易通过开口36排出。

与立式反应装置相比，使用水平式反应管的多晶硅生产装置的优点在于诸如反应气体和还原气体的温度和压力等反应条件易于控制。

根据本发明的又一方面，提供一种使用该装置的多晶硅生产方法。

具体地，本发明的方法包括：

将包括反应气体和还原气体的气态原料通过气体入口供给到水平反应管的第一反应区域中，该水平反应管位于绝缘管中并具有由第一反应区域和第二反应区域组成的反应区域，在所述第一反应区域中沉积多晶硅，在所述第二反应区域中将反应副产物转化为反应气体，所述第一反应区域与所述第二反应区域串联连接；

将所述水平反应管的第一反应区域加热至所述气态原料的反应温度以沉积多晶硅；

将所述第一反应区域中的反应的副产物转化为所述第二反应区域中的反应气体，并允许所述反应气体参与多晶硅沉积；以及

以微滴的形式通过所述水平反应管的底部开口排出所沉积的多晶硅。

根据一个实施例，所述方法可以进一步包括将通过所述水平反应管的底部开口以微滴形式所排出的多晶硅收集到收集容器中。

所收集的多晶硅38可以在多晶硅收集容器39中保持固态，或者可以通过加热收集容器而处于熔融状态。

可以独立地控制水平反应管的反应区域的温度。具体地，可以将第一反应区域加热至适于多晶硅沉积的温度，并且可以将第二反应区域加热至适于转化反应副产物的温度，这两个温度被相互独立地控制。

所述方法可以包括将附加的还原气体供应到一个或多个第二反应区域。这可以确保最大的硅沉积效率。

在本发明的方法中使用的气态原料可以包括含硅反应气体。例如，含硅反应气体可以包括选自甲硅烷，一氯甲硅烷，二氯甲硅烷(dcs)，三氯甲硅烷(tcs)和四氯甲硅烷中的一种或多种硅气体。还原气体通常包括氢气。作为另一示例，还原气体可以包括zn或na。然而，对还原气体的种类没有特别限制。

在使用本发明的装置的多晶硅生产方法中，对于多晶硅熔融，沉积区域的温度可以调节到1400℃至2000℃，更优选1400℃至1800℃的范围。在该范围内，熔融硅保持其粘度使得其易于移动到反应管的底部并从反应管的底部落下。转化区域的温度可以调节到600℃至1000℃。所述方法可以在1atm至5atm的过程压力下进行。

例如，感应加热或电阻加热可以用作加热源，以将反应管加热至硅的熔融温度或高于硅的熔融温度。考虑到反应器的结构，优选通过电阻加热直接加热反应管。然而，对加热模式没有特别限制，并且感应加热也是可以的。具体地，反应管(即，反应表面)和下方的收集容器可以通过电阻加热而被单独地加热。对于感应加热，应考虑感应线圈的形式。在这种情况下，反应管和下方的收集容器位于单个线圈中，使得反应管和收集容器的温度可以由单个线圈控制。

对用于根据本发明的装置的反应管、内部结构、收集容器和其它元件的材料没有特别限制。优选使用与气态原料或熔融多晶硅较少反应的材料来制造反应管和收集容器。这种材料的示例包括诸如石墨、玻璃碳和聚碳酸酯的碳材料、碳化硅(sic)、氮化硅(si3n4)、氮化硼(bn)、涂覆sic的石墨、钼(mo)、钽(ta)、和石英。

例如，石墨的使用可能增加碳(即渗碳)渗透到熔融硅中的风险，导致硅的纯度低。然而，随着反应的进行，熔融硅与反应器表面上的石墨反应以形成sic层，其用于防止碳渗透到硅中。替代性地，可以使用涂覆sic层的石墨容器，或者可以将石英坩埚引入石墨容器中。在这种情况下，可以阻止杂质进入硅，这样可以使硅保持高纯度。

本发明的多晶硅生产装置有助于以高纯度生产熔融多晶硅。因此，熔融硅可以被供给到布置在所述装置下游的铸造区域中的模具(未示出)中，并且被冷却以获得铸造多晶硅块。替代性地，多晶硅可以在用于后续过程之前以液态储存。

在反应之后，可以回收废气。所回收的废气可以在单独的过程中被分离并转化成反应气体。所获得的反应气体可以再循环用于硅沉积。

本发明采用水平反应管代替钟罩反应器。使用水平反应管有助于控制反应器中的气态原料的反应面积和保留时间，从而高效地生产多晶硅。

用于反应管下方的硅回收的开口部分具有相比反应管的其它部分更大的散热面积和更小的热辐射面积，并且相比反应管的其它部分更难以从周围进行热补偿，增大了硅易于随下降的温度凝结的风险。也就是说，即使当反应管的中心部分(即，反应表面)的中心部分的温度等于或高于硅的熔融温度时，反应表面的底部温度降至等于或低于硅的熔融温度。结果，熔融硅不会落到下方的容器中并在反应管中凝结。这种现象可能持续因而阻塞反应表面的底部。

当旨在将钟罩反应器的底部开口保持在等于或高于硅的熔融温度的温度时，该反应器的中间部分保持在相对高的温度，导致大的温差(即，梯度)。在使用硅烷气体的常规硅沉积方法中，存在可能通过在高温下的成核(nucleation)而产生硅粉尘的风险。硅粉尘降低了硅沉积效率，并且可能在下游过程(即，废气再循环过程)中引起问题。此外，常规方法难以控制反应器的温度。在通过cvd或vld(包括llc)生产硅的一般方法中，通过反应管的表面反应沉积在反应表面上的硅可以最终以熔融状态被收集在下方的收集容器中。然而，粉尘可能通过在反应器中的特定高温区域的空间中的硅成核来形成。粉尘不会被吸附到反应管的表面，并且会夹带在气流中并与来自反应管的废气一起排出。没有回收的粉尘的排出导致硅的生产效率低。所排出的硅粉尘与废气一起可能在诸如排气管线的下游处理单元中引起问题。

当与钟罩反应器相比时，本发明中使用的水平反应管由于其在竖向方向上的长度短而在其整个高度上具有小的温度梯度，使得易于将反应管的内部温度维持在恒定水平。由于这种温度控制，可以预期增加气态原料到硅的转化。

硅收集容器位于反应器底部附近，并且硅可以在收集容器中保持液体状态。这种热补偿效应有助于节能。

在将气态原料充入反应管之后，在反应管的入口处基本完成气态原料到硅的转化。相比之下，钟罩反应器需要大量能量以将硅保持在液态，直到在反应管的上部中产生的硅沿着反应表面向下流动，落到反应管的底部，并且被收集在收集容器中为止。

虽然在充入之后，硅转化立即在水平反应器的前部基本完成，但所形成的液体硅将掉落一段距离以进行回收。该距离在水平反应器中比在钟罩反应器中短，导致热损失(即能量损失)较少。因此，水平反应器在能量效率方面是有利的。此外，反应管中的沉积区域和转化区域的布设减少了具有高能量效率的最终副产物的量，结果提高了沉积效率，并且减少了用于副产物处理的下游设施的数量，从而有助于降低生产成本。

虽然已经参照附图中所示的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，所述实施例仅仅是示例性的，并且可以对这些实施例进行各种修改和等同变形。因此，本发明的实际范围应当由所附权利要求限定。