CN101544372A - 多晶硅制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多晶硅制造装置，其不需增加电极数即可保持较多的硅芯棒。将沿上下方向延伸的硅芯棒(4)分别立设于配设在反应炉底板部(2)的多个电极上，向反应炉内供给原料气体，并从电极对硅芯棒通电来使硅芯棒发热，利用原料气体使该硅芯棒的表面析出多晶硅，其中，多个电极中的至少一部分是保持两根硅芯棒的两根用电极(5B)，并且该两根用电极具有以插入状态设于形成在底板部(2)上的贯通孔(25)内的电极座(26)、和隔开相互间隔地设于该电极座的上端部的一对芯棒保持部(27)，电极座的内部形成有供冷却介质流通的冷却流路(40)，与冷却流路(40)连通的冷却配管与贯通底板部(2)的电极座(26)的下端部连接。

Description

多晶硅制造装置
技术领域
本发明涉及一种使加热后的硅芯棒表面析出多晶硅来制造多晶硅棒的多晶硅制造装置。
背景技术
以往，作为这种多晶硅制造装置，公知有采用西门子法的制造装置。根据采用该西门子法的多晶硅制造装置，在密闭的反应炉内配设许多硅种(seed)并将其加热，将由氯硅烷气体和氢气的混合气体构成的原料气体供给到该反应炉中，使其与加热后的硅芯棒接触，通过原料气体的热分解和氢还原而使硅芯棒表面析出多晶硅。
在这样的多晶硅制造装置中，作为晶种的硅芯棒以立设状态固定于配设在反应炉内底部的电极上，由该电极对硅芯棒通电，利用其电阻使硅芯棒发热，使从下方喷出的原料气体与硅芯棒表面接触来形成多晶硅棒。保持该硅芯棒的电极以在反应炉内底面的大致整个区域范围内分散的方式设有多个，如专利文献1所示，各电极在反应炉的底板部的贯通孔内以被环状绝缘材料包围的状态设置。
专利文献1：日本特开2007-107030号公报。
然而，在上述的多晶硅制造装置中，为了提高生产率，以较高的密度在反应炉内设置硅芯棒是有利的。但是，要将更多的硅芯棒设置于反应炉内，则需要在底板部设置更多的贯通孔，该贯通孔越多，则底板部的强度越低，容易导致底板部的变形。而且，在每个电极上连接有通电用的电源线和电极内部冷却用的冷却配管，若在反应炉内设置更多的电极，则在反应炉下方有许多电源线、配管密集，导致有损其维护时的操作性。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种不需增加贯通反应炉底板部的电极数，就能保持较多硅芯棒的多晶硅制造装置。
为了达到上述目的，本发明的多晶硅制造装置，将沿上下方向延伸的硅芯棒分别立设于配设在反应炉底板部的多个电极上，向反应炉内供给原料气体，并且从上述电极对上述硅芯棒通电来使硅芯棒发热，利用上述原料气体使该硅芯棒的表面析出多晶硅，其特征在于，上述多个电极中的至少一部分是保持两根上述硅芯棒的两根用电极，并且该两根用电极具有电极座和一对芯棒保持部，所述电极座以插入状态设于形成在上述底板部的贯通孔内，所述一对芯棒保持部隔开相互间隔地设于该电极座的上端部，上述电极座的内部形成有供冷却介质流通的冷却流路，与上述冷却流路连通的冷却配管连接在贯通上述底板部的上述电极座的下端部。
即，在该多晶硅制造装置中，具有一根用电极和两根用电极，由该两根用电极分别保持两根硅芯棒，因此与使所有电极分别保持1根硅芯棒的构造相比，可减少贯通反应炉底板部的电极数，也可减少应形成于反应炉底板部的贯通孔、和设于其下方的电源线和冷却配管。
在本发明的多晶硅制造装置中，其特征在于，上述硅芯棒构成种棒组装体，每个所述种棒组装体通过将两根硅芯棒的上端部借助连结构件设成连结状态而构成，在上述两根用电极的一个芯棒保持部上保持一组种棒组装体的1根硅芯棒，在上述两根用电极的另一个芯棒保持部上保持另一组种棒组装体的1根硅芯棒，这些芯棒保持部之间经由上述电极座而成为电连接状态。
在该多晶硅制造装置中，使两根用电极保持两组种棒组装体的各1根硅芯棒，从而将这两个种棒组装体经由电极座串联连接。其余的硅芯棒可以分别由一根用电极保持，也可以另外经由两根用电极而与其他组棒组装体连接。如此，利用两根用电极作为将多个种棒组装体以串联状态连接时的中继点，从而成为中继点的电极不需要电源线，可进一步减少底板部下方的电源线。
在本发明的多晶硅制造装置中，可以构成为：能够利用一对上述一根用电极和配置于这对一根用电极之间的上述两根用电极，将多组上述种棒组装体作为一个单元而以串联连接状态进行支承，对这些种棒组装体供给电流的电源电路分别与上述一根用电极和两根用电极连接，能够切换成对上述一个单元供给电流的形态、和将该一个单元分割为多个分割单元而对每个分割单元供给电流的形态。
对于低温时电阻较大的硅芯棒，可进行根据其成长状态而切换通电的单元等控制，可迅速且高效地加热。
根据本发明的多晶硅制造装置，具有两根用电极，因此与将所有的硅芯棒分别单根保持的构造相比，可减少贯通反应炉底板部的电极数，可减少应形成于反应炉底板部的贯通孔。因此，可在将底板部维持为刚性构造不变的状态下立设更多的硅芯棒，可提高多晶硅的生产率。此外，由于还可减少设于反应炉下方的电源线和冷却配管，因此还可提高其维护操作性。
附图说明
图1是本发明的多晶硅制造装置的第一实施方式的电极部分的剖视图。
图2是表示使用图1的电极将硅芯棒串联连接的状态的示意图。
图3是表示多晶硅制造装置的第一实施方式的整体结构的纵剖视图。
图4是表示图3的多晶硅制造装置中的底板部上的电极配置的例子的俯视图。
图5是表示本发明的第二实施方式的整体结构的纵剖视图。
附图标记说明
1反应炉；2底板部；3钟罩部；4硅芯棒；5A一根用电极；
5B两根用电极；6喷出喷嘴；7排气口；8原料气体供给源；
9排气处理系统；10电源电路；12连结构件；13种棒组装体；
21贯通孔；22电极座；23芯棒保持部；24螺母构件；
25贯通孔；26电极座；27芯棒保持部；31棒部；32臂部；
33扩径部；34外螺纹部；35锥部；36锪孔部；37环状绝缘材料；
38螺母构件；39内螺纹孔；40冷却流路；41外螺纹部；42孔；
43螺母构件；44止动螺钉；45电源线；46冷却流路；47供水管；
48排水管；50电源电路。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的多晶硅制造装置的实施方式。
图3是表示应用了本发明的多晶硅制造装置的第一实施方式的整体图。该多晶硅制造装置的反应炉1具有构成炉底的底板部2、可自由装卸地安装于该底板部2上的吊钟形状的钟罩部3。在该情况下，底板部2的上表面是大致平坦的水平面，钟罩部3整体呈吊钟形状，顶部形成拱顶型。此外，底板部2和钟罩部3的壁为夹套构造，被冷却水冷却。
底板部2上设有安装硅芯棒4的多个电极5A、5B、用于将含有氯硅烷气体和氢气的原料气体喷出到炉内的多个喷出喷嘴(气体供给口)6、用于将反应后的气体排出到炉外的多个气体排出口7，该硅芯棒4作为所生成的多晶硅的种棒。
在该情况下，为了可相对于各硅芯棒4均匀地供给原料气体，而在反应炉1的底板部2的上表面的大致全部区域分散并隔开适当间隔地设置多个原料气体的喷出喷嘴6，喷出喷嘴6分别与反应炉1外部的原料气体供给源8连接。此外，在底板部2上的外周部附近沿周向隔开适当间隔地设置多个气体排出口7，并且该气体排出口7与外部的排气处理系统9连接。另外，图3中附图标记10表示与电极5A、5B连接的电源电路。
此外，硅芯棒4以下端部插入电极5A、5B内的状态固定，从而使硅芯棒4以向上方延伸的状态立设，以将其中每两根硅芯棒作为一对连结的方式，在每两根硅芯棒的上端部安装一根短的连结构件12。该连结构件12也与硅芯棒4相同由硅形成。由这两根硅芯棒4和将它们连结的连结构件12组装成整体为倒U字形或п字形的种棒组装体13，由于电极5A、5B相对于反应炉1的中心呈同心圆状配置，因此这些种棒组装体13整体上也呈大致同心圆状地配置。
如图2所示，作为保持该硅芯棒4的电极5A、5B，配设有保持一根硅芯棒4的一根用电极5A、和保持两根硅芯棒4的两根用电极5B。
一根用电极5A包括以插入状态设于形成在反应炉1的底板部2上的贯通孔21内的电极座22、和设于该电极座22上端部的芯棒保持部23。电极座22由不锈钢等导电材料形成，芯棒保持部23由碳等形成。这些电极座22和芯棒保持部23分别形成为棒状，在电极座22的上端部同轴地螺纹接合芯棒保持部23，借助螺母构件24而将电极座22和芯棒保持部23固定。
如图1放大所示，两根用电极5B包括以插入状态设于形成在反应炉1的底板部2上的贯通孔25内的电极座26、和设于该电极座26上端部的芯棒保持部27，这方面与一根用电极5A相同，但电极座26的上端部分支为两叉状，其两端部分别设有芯棒保持部27。
电极座26由不锈钢等导电材料形成，一体形成有整体呈棒状的棒部31和形成为与该棒部31的上端正交的臂部32。在棒部31的长度方向中途位置一体形成有扩径部33，并且在该扩径部33的下方位置的外周形成有外螺纹部34。
另一方面，在插入了该电极座26的状态下的底板部2的贯通孔25的上端开口部，形成有锪孔部36。在该锪孔部36的下方，形成有往上方逐渐扩径的锥部35。并且，在该贯通孔25的内周面与电极座26的棒部31之间，以包围电极座26的方式设有环状绝缘材料37，通过在棒部31的扩径部33与螺纹接合于外螺纹部34的螺母构件38之间紧固来将环状绝缘材料37固定于底板部2。
此外，臂部32从棒部31的上端向左右方向分别水平延伸，从而与棒部31正交，与该棒部31一起形成为整体呈T字形，在其左右两端部分别垂直地形成有内螺纹孔39。该棒部31与臂部32形成T字形，从而支承于底板部2的棒部31和芯棒保持部27在水平方向上分离开，可缓和其间的应力。此外，该电极座26内形成有使冷却介质从其棒部31经臂部32的内螺纹孔39周围流通的冷却流路40。
另一方面，芯棒保持部27由碳等形成为圆柱状，其外周部形成有与电极座26的内螺纹孔39螺纹接合的外螺纹部41，在上端部沿轴心形成有以插入状态固定硅芯棒4的孔42。并且，外螺纹部41与电极座26的内螺纹孔39螺纹接合，并由螺母构件43进行固定，从而用止动螺钉44将插入于上端部的孔42中的硅芯棒4固定。
并且，如图2所示，这些一根用电极5A和两根用电极5B例如将3组种棒组装体13作为一个单元，以从该单元的列端起按1个一根用电极5A、2个两根用电极5B、1个一根用电极5A的顺序排列的方式串联连接。在该情况下，各种棒组装体13以下述方式三组串联连接：从一根用电极5A到两根用电极5B，再从两根用电极5B到两根用电极5B，进而从两根用电极5B到一根用电极5A，1个种棒组装体13的两个硅芯棒4分别由相邻状态的不同电极保持。即，一根用电极5A保持种棒组装体13的两根硅芯棒4中的1根，两根用电极5B保持两组种棒组装体13中的各1根硅芯棒4。并且，列两端的一根用电极5A与电源线45连接，如图2的虚线箭头所示那样流过电流。此时，在两根用电极5B中，两个芯棒保持部27之间经由臂部32流过电流。
另外，在图1中，附图标记46表示做成夹套构造的底板部2的冷却流路，在图2中，附图标记47表示向电极座内的冷却流路供给冷却水的供水管，附图标记48表示流经电极座内的冷却水的排水管。
在如此构成的多晶硅制造装置中，从各电极5A、5B向硅芯棒4通电而使硅芯棒4成为电阻发热状态，并且在各硅芯棒4相互之间也受到来自相邻的硅芯棒4的辐射热而被加热，这些作用叠加使硅芯棒成为高温状态，与该高温状态的硅芯棒4的表面接触的原料气体发生反应，析出多晶硅。
在该情况下，将电极设为两种，设置各保持两根硅芯棒4的两根用电极5B，从而与使所有电极各保持1根硅芯棒的情况相比，能够减少贯通反应炉1的底板部2的电极数，相应地，也可减少形成于反应炉1的底板部2的贯通孔，可将底板部2维持为刚性构造。反过来说，由于能够以较少的电极数保持较多的硅芯棒4，因此可以在反应炉1内设置更多的硅芯棒4，能够提高生产率。而且，由于电极数较少，还可减少配置于底板部2下方的冷却配管47、48和电源线45，提高了其维护操作性。
图4表示反应炉1的底板部2上的各电极配置的例子，一根用电极5A和两根用电极5B各配置32根，由这些电极5A、5B保持共计96根硅芯棒。在底板部2上形成64个插入这些电极5A、5B的贯通孔。与此相对，在做成所有电极均为一根用电极5A的情况下，需要96个贯通孔，通过组合两根用电极5B，贯通孔的个数减少到三分之二。此外，在底板部2的下方配置于各电极下端部的冷却配管等的数量也减少了。
本发明不限于上述第一实施方式的构成，关于细节结构，在不脱离本发明的要旨的范围内可加以各种变更。例如，在图2所示例子中，使用两根一根用电极和两根两根用电极，来将3组种棒组装体串联连接作为1个单元，但也可以增多中间位置的两根用电极，用4组以上的种棒组装体构成1个单元。此外，在上述第一实施方式中，是两根用电极不与电源线连接的例子，但也可以如图5所示的第二实施方式所示，两根用电极5B也与电源线45连接，将1个单元分割成多个(图5的例子中为2个)分割单元来形成电连接状态。在该情况下，由于硅芯棒4在运转初期电阻较大，硅芯棒4的直径越大，电阻越降低，因此可构成为，根据该硅芯棒4的直径增大来用电源电路50切换电流的供给路径，从而可以选择对1个单元都以串联状态供给电流的形态，或是将1个单元分割成多个分割单元而对每个分割单元供给电流的形态。
本发明中，所谓电极，不仅包括如上述第一实施方式的一根用电极、图5所示第二实施方式的一根用电极及两根用电极那样从外部对硅芯棒供给电流的部分，还包括如第一实施方式中的两根用电极那样将硅芯棒相互电连接的部分。

Claims (3)

1.一种多晶硅制造装置，将沿上下方向延伸的硅芯棒分别立设于配设在反应炉底板部的多个电极上，向反应炉内供给原料气体，并且从上述电极对上述硅芯棒通电来使硅芯棒发热，利用上述原料气体使该硅芯棒的表面析出多晶硅，其特征在于，
上述多个电极中的至少一部分是保持两根上述硅芯棒的两根用电极，并且该两根用电极具有电极座和一对芯棒保持部，所述电极座以插入状态设于形成在上述底板部的贯通孔内，所述一对芯棒保持部隔开相互间隔地设于该电极座的上端部，
上述电极座的内部形成有供冷却介质流通的冷却流路，与上述冷却流路连通的冷却配管连接在贯通上述底板部的上述电极座的下端部。
2.根据权利要求1所述的多晶硅制造装置，其特征在于，上述硅芯棒构成种棒组装体，每个所述种棒组装体通过将两根硅芯棒的上端部设成连结状态而构成，在上述两根用电极的一个芯棒保持部上保持一组种棒组装体的1根硅芯棒，在上述两根用电极的另一个芯棒保持部上保持另一组种棒组装体的1根硅芯棒，这些芯棒保持部之间经由上述电极座而成为电连接状态。
3.根据权利要求2所述的多晶硅制造装置，其特征在于，能够利用一对上述一根用电极和配置于这对一根用电极之间的上述两根用电极，将多组上述种棒组装体作为一个单元而以串联连接状态进行支承，对这些种棒组装体供给电流的电源电路分别与上述一根用电极和两根用电极连接，能够切换成对上述一个单元供给电流的形态、和将该一个单元分割为多个分割单元而对每个分割单元供给电流的形态。
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