JP2005067939A

JP2005067939A - シリコン製造装置

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Publication number: JP2005067939A
Application number: JP2003298642A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Nakajima; 島淳一郎中; Haruyuki Oda; 田開行小
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP4261289B2

Abstract

【課題】シリコンを効率よく製造可能であり、且つ装置サイズがコンパクトなシリコン製造装置を提供する。
【解決手段】クロロシラン類と水素とを管内部へ供給して反応させ、管内面にシリコンを析出させる、炭素材料を基材とする反応管２と、反応管２を加熱する高周波加熱コイル３とを備える多結晶シリコンの製造装置において、複数本の反応管２、２・・・を並設するとともに、高周波加熱コイル４を、これらの反応管２、２・・・によって形成される反応管部２ａの外周に、各反応管２と間隙をあけて巻回して設ける構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多結晶シリコンを製造するためのシリコン製造装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、高周波加熱コイルで加熱された反応管へ原料ガスを供給して、反応管の内面にシリコンを析出させ、反応管の下端部を含む少なくとも一部をシリコンの融点以上に加熱した状態で、析出したシリコンを反応管の下方に設けた回収部へ落下させて回収するシリコンの製造装置に関する。

従来より、半導体、太陽光発電用電池などの原料として使用されるシリコンを製造するための種々の方法が知られており、これらのうちで、幾つかの方法は既に工業的に実施されている。

例えば、その一つはジーメンス法と呼ばれる方法であり、この方法では、通電によりシリコンの析出温度に加熱したシリコン棒をベルジャーの内部に配置し、このシリコン棒にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）やモノシラン（ＳｉＨ₄）を、水素等の還元性ガスとともに接触させてシリコンを析出させる。

この方法では高純度なシリコンが得られ、最も一般的な方法として工業的に実施されているが、バッチ式でシリコンの析出を行うため、種となるシリコン棒の設置、シリコン棒の通電加熱、析出、冷却、取り出し、ベルジャーの洗浄などの一連の工程を、バッチごとに繰り返す必要があり、煩雑な操作を要する。

一方、連続的に多結晶シリコンを製造可能な方法として、図５に示した装置による方法が提案されている（例えば特許文献１〜４を参照）。このシリコン製造装置１００は、密閉容器１１１内に、クロロシラン類と水素とを管内部へ供給して反応させる反応管１０２と、反応管１０２の外周に設置した高周波加熱コイル１０３とを備えている。

反応管１０２は、グラファイトなどの炭素材料を基材として形成され、その外周の高周波加熱コイル１０３からの高周波による電磁誘導で加熱される。高周波加熱コイル１０３による加熱で反応管１０２の内面はシリコンの融点（概ね１４１０〜１４３０℃）以上の温度か、あるいはこれ未満のシリコンが析出可能な温度に加熱される。

そして、この加熱された反応管１０２の内面へ、ガス供給管１０６のガス供給口１０４から供給された、例えばモノクロロシラン（ＳｉＨ₃Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄）などのク
ロロシラン類を接触させてシリコンを析出させる。

反応管１０２の内面をシリコンの融点以上の温度にしてシリコン析出を行う場合（第１の方法）では、溶融状態で析出したシリコン融液を、反応管１０２の下端部の開口から連続的に落下させて、落下方向に設置されたシリコン回収部１０５で回収する。

また、反応管１０２の内面をシリコンが析出可能な融点未満の温度にしてシリコン析出を行う場合（第２の方法）では、反応管１０２の内面に一度シリコンを固体として析出させた後、この内面をシリコンの融点以上に加熱して、析出物の一部または全部を溶融させて落下させ、落下方向に設置されたシリコン回収部１０５で回収する。

なお、反応装置１００内における、例えば反応管１０２とガス供給管１０６との間隙１
０７などの、シリコンの析出を防止する必要がある領域には水素等のシールガスを供給して満たしている。また、反応管１０２での反応後の排ガスは、密閉容器１１１に設けられたガス排出管１０８から外部へ排出される。
特開２００２−２９７２６号公報特願２００２−１７６６５３号公報特願２００２−３００８０５号公報特願２００３−５０３５５１号公報

この従来の製造装置１００では、図６、７に示したように、１つの反応管１０２を設置してその外周に高周波加熱コイル１０３を巻回した構成としている。そして、反応管１０２の内部にクロロシラン類と水素とを供給して、この反応管１０２の内面にシリコンを析出させている。このシリコンを析出させる反応管１０２の内面の表面積は、生産性の向上の観点からすれば大きくすることが望ましい。

しかし、反応管１０２のサイズを大きくすることによりその内面の表面積を広げようとしても、表面積の増加に伴う反応管１０２のサイズの増加が大きいために、これによる弊害が生じてしまう。

一方、シリコンの析出を効率よく行う方法として、従来のように製造装置に１つの反応管を設置するのではなく、複数の反応管を並設して、各反応管の内面でシリコンを析出させることで、シリコンの析出のための表面積を大きくすることが考えられる。

しかしながら、反応管ごとにその外周へ高周波加熱コイルを巻回設置して、各反応管にそれぞれ巻回された各高周波加熱コイルによって加熱を行う構成とすると、これらが占める空間が大きく、これに伴い装置サイズも大きくなる。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、その目的は、シリコンを効率よく製造可能であり、且つ装置サイズがコンパクトなシリコン製造装置を提供することにある。

本発明のシリコン製造装置は、炭素材料を基材とする反応管と、
前記反応管を加熱する高周波加熱コイルとを備え、クロロシラン類と水素とを前記反応管の内部へ供給して反応させ、管内面にシリコンを析出させる多結晶シリコンの製造装置であって、
前記反応管は複数本の反応管を並設して構成され、且つ、前記高周波加熱コイルは前記複数本の反応管によって形成される反応管部の外周に、各反応管と間隙をあけて巻回して設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の反応管を、その全体を囲うように巻回した一つの高周波加熱コイルで加熱することとしたので、シリコンを効率よく製造可能であるとともに、装置サイズがコンパクトなシリコン製造装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のシリコン製造装置の一実施例における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図、図２は、図１の正面図である。なお、前述した従来のシリコン製造装置の構成と対応する部分は符
号１００を省略して示し、その詳細な説明を省略する。

図１、２に示したように、本実施例では、反応管２、２・・・を水平方向へ一列に配置して、この一列に並ぶ反応管２、２・・・からなる反応管部２ａ（一点鎖線内）の外周に沿って高周波加熱コイル３を巻回している。

これらの反応管２、２・・・は、高周波加熱コイル３からの高周波により電磁誘導で加熱される。このように、複数本の反応管２、２・・・が、これらの加熱を行う高周波加熱コイル３を共有するように構成されている。反応ガスは、反応管２の上部側開口２１から管内部へ供給され、各反応管２、２・・・の内壁にシリコンを析出させる。反応ガスの供給方法としては、単一のガス供給源から複数のガス供給路により各反応管２、２・・・へ反応ガスを分配してもよく、また、各反応管２、２・・・ごとにガス供給源を別途設けて、それぞれのガス供給源から対応する反応管２へ反応ガスを供給するようにしてもよい。

図３、４は、本発明のシリコン製造装置の他の実施例における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図である。図１の実施例では反応管２、２・・・を一列に配置しているが、配置の仕方はこれに限定されず、例えば、図３に示した実施例のように配置してもよい。この実施例では、反応管２、２・・・を二列に配置して、この二列に並ぶ反応管２、２・・・によって形成された反応管部２ａの外周に沿って高周波加熱コイル３を巻回している。

また、図４に示した実施例では、反応管２、２・・・を環状に配置して、この環状に並ぶ反応管２、２・・・によって形成された反応管部２ａの外周に沿って高周波加熱コイル３を巻回している。このように反応管２、２・・・を環状に配置する態様では、環状の反応管部２ａの内側に、さらに同心円状に高周波加熱コイル３を設置するとともにその内周に沿って反応管２、２・・・を配置するようにしてもよく、このように高周波加熱コイル３の内周に沿って反応管２、２・・・を配置した構成を同心円状に何重に設けてもよい。

このように、高周波加熱コイル３の内周に沿った位置に複数本の反応管２、２・・・が水平方向に並設されていれば、反応管２、２・・・が並設される仕方は、図１のような直線状、図３のような二列状、図４のような環状など特に限定されないが、高周波加熱コイル３からの高周波によって効率的に加熱を行うためには、各反応管２の管壁の少なくとも一部を高周波加熱コイル３の内周面と近接させることが好ましい。

また、各反応管２は、高周波加熱コイル３による加熱を効率よく行うために、互いの管壁を接することなく離間して配置することが望ましい。

高周波加熱コイル３のコイル形状（コイル軸に対する横断面の形状）は特に限定されず、真円状、楕円状、矩形状、三角形状など種々の形状とすることができるが、例えば、楕円状のコイルの内周面に沿って、楕円状の反応管部２ａを形成するように各反応管２を均等配置する態様などが望ましい。

また、反応管２の形状も特に限定されず、その横断面が真円状、楕円状または矩形状のものなどが使用可能である。

このように、複数の反応管２、２・・・を並設し、これらの反応管群の最外側に沿ったラインの外周に高周波加熱コイル３を巻回した構成を導入してシリコン製造装置を構成し、各反応管２、２・・・を高周波加熱コイル３で加熱した状態で各管内へクロロシラン類と水素とを供給して、管内面にシリコンを析出させる。そして、前述した第１の方法では溶融状態のシリコンを各反応管２、２・・・の下端部の開口から落下させて下方に設けら
れたシリコン回収部で連続的に回収する。一方、前述した第２の方法では、各反応管２、２・・・の内面に一度シリコンを固体として析出させた後、この内面をシリコンの融点以上に加熱して、析出物の一部または全部を溶融させて落下させ、落下方向に設けられたシリコン回収部で回収する。

本発明のシリコン製造装置において、それぞれの反応管へのガスの供給と排出、および反応析出物であるシリコンの取り出しは、反応管毎に個別に行ってもよいが、反応管上部と反応管下部のいずれか、あるいはその両方を共通した室に接続して、反応管上部に接続された共通室からそれぞれの反応管に同時にガスを供給し、反応管下部に接続された共通室から各反応管からの排ガスおよび反応析出物を同時に回収することも可能である。

図１は、本発明のシリコン製造装置の一実施例における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図である。図２は、図１の正面図である。図３は、本発明のシリコン製造装置の他の実施例における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図である。図４は、本発明のシリコン製造装置の他の実施例における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図である。図５は、従来のシリコン製造装置を示した概略断面図である。図６は、従来のシリコン製造装置における反応管と高周波加熱コイルとの配置関係を示した上面図である。図７は、図６の正面図である。

符号の説明

２反応管
２ａ反応管部
３高周波加熱コイル
２１上部開口
１００シリコン製造装置
１０２反応管
１０３高周波加熱コイル
１０４ガス供給口
１０５回収部
１０６ガス供給管
１０７間隙
１０８ガス排出口
１０９回収シリコン
１１１密閉容器

Claims

炭素材料を基材とする反応管と、
前記反応管を加熱する高周波加熱コイルとを備え、クロロシラン類と水素とを前記反応管の内部へ供給して反応させ、管内面にシリコンを析出させる多結晶シリコンの製造装置であって、
前記反応管は複数本の反応管を並設して構成され、且つ、前記高周波加熱コイルは前記複数本の反応管によって形成される反応管部の外周に、各反応管と間隙をあけて巻回して設けられたことを特徴とするシリコン製造装置。