JP2009062251A

JP2009062251A - 多結晶シリコンの製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2009062251A
Application number: JP2007233881A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Endo; 俊秀遠藤; Toshiyuki Ishii; 敏由記石井; Masaaki Sakaguchi; 昌晃坂口; Naoki Hatakeyama; 直紀畠山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】反応炉に対をなして立設されているシリコン芯棒の対向側面にも原料ガスを十分に行き渡らせて、シリコン芯棒の上端部にも多結晶シリコンを有効にかつ表面状態良く析出させ、シリコンロッド表面の凹凸の発生を防止する。
【解決手段】反応炉の内底部に配設された少なくとも一対の電極５にシリコン芯棒４をそれぞれ立設状態に取り付けるとともに、これらシリコン芯棒４の上端部間を繋ぐ連結部材１２を取り付け、電極５に通電することによりシリコン芯棒４を発熱させて、シリコン芯棒４の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンの製造装置において、連結部材１２における両シリコン芯棒４の取り付け間隔Ｌ１が、これらシリコン芯棒４が立設される一対の電極５における取り付け間隔Ｌ２よりも大きく設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は加熱したシリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させて多結晶シリコンのロッドを製造する多結晶シリコンの製造装置及び製造方法に関する。

従来、この種の多結晶シリコン製造装置としては、シーメンス法による製造装置が知られており、例えば特許文献１〜３に示されるものがある。これら特許文献に示される多結晶シリコンの製造装置では、密閉された反応炉内にシリコン芯棒からなるシードを多数配設して加熱しておき、この反応炉にクロロシランガスと水素ガスとの混合ガスからなる原料ガスを供給して、加熱したシリコン芯棒に接触させ、その表面に原料ガスの加熱分解によって生じた多結晶シリコンを析出させる構成である。

このような多結晶シリコン製造装置において、シードとなるシリコン芯棒は、反応炉の内底部に配設した電極に立設状態に固定され、その上端部が、短尺の連結部材によって一対ずつ連結されることにより、全体として鳥居形状となるように固定されている。このように組み立てられたシード組み立て体は、運転時には電極から通電することでシリコン芯棒の抵抗熱によって発熱を起こし、シリコン芯棒全体を原料ガスの分解温度である例えば１０５０度までに加熱することにより、表面に多結晶シリコンを析出させるようになっている。
特開２００６−２０６３８７号公報特開２００１−２７８６１１号公報特開２００２−３３８２２６号公報

ところで、上述した多結晶シリコン製造装置において、反応炉の内底部には、シリコン芯棒を固定する電極とともに、炉内に原料ガスを供給するノズルが多数配設され、また反応後のガスを炉外に排出するための排気口も設けられる。このため、シリコン芯棒が狭い相互間隔の下に密集して立設されることになり、このシリコン芯棒の表面、特に対をなしている両シリコン芯棒の対向側面に原料ガスが十分に行き渡りにくい。しかも、ノズルから噴出された原料ガスは、シリコン芯棒の表面に接触しながら上方に流れ、その間に多結晶シリコンの析出反応が進むため、シリコン芯棒の上部においては原料ガスの濃度が低下する傾向にある。また、シリコン芯棒の上部と連結部材とで囲まれた領域では周囲からの輻射熱のために表面温度が高くなる傾向がある。このため、シリコン芯棒の上端部、特に連結部材で囲まれた領域は、原料ガス濃度が低い上に表面温度が高く、それ故にシリコンロッドの表面が凹凸になる傾向があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、反応炉に対をなして立設されているシリコン芯棒の対向側面にも原料ガスを十分に行き渡らせて、シリコン芯棒の上端部にも多結晶シリコンを有効にかつ表面状態良く析出させ、シリコンロッド表面の凹凸の発生を防止することができる多結晶シリコン製造装置及び製造方法の提供を目的とする。

本発明の多結晶シリコン製造装置は、反応炉の内底部に配設された少なくとも一対の電極にシリコン芯棒をそれぞれ立設状態に取り付けるとともに、これらシリコン芯棒の上端部間を繋ぐ連結部材を取り付け、前記電極に通電することによりシリコン芯棒を発熱させて、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンの製造装置において、前記連結部材における両シリコン芯棒の取り付け間隔が、これらシリコン芯棒が立設される前記一対の電極における取り付け間隔よりも大きく設定されていることを特徴とする。

また、本発明の多結晶シリコン製造方法は、反応炉の内底部に配設された少なくとも一対の電極にシリコン芯棒をそれぞれ立設状態に取り付けるとともに、これらシリコン芯棒の上端部間を繋ぐ連結部材を取り付け、前記電極に通電することによりシリコン芯棒を発熱させて、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンの製造方法において、前記一対の電極に取り付けた両シリコン芯棒における上端部の相互間隔を下端部の相互間隔よりも大きくした状態にして、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させることを特徴とする。

すなわち、反応炉の内底部は電極等が配置されてスペースに空きがない状態となっており、このため、各対をなしている両シリコン芯棒の下端部間の離間距離は、電極等の設置間隔によって制約を受けるが、上端部は、比較的スペースに余裕のある広い空間内に設置されるので、この上端部の相互間隔を大きくすることにより、両シリコン芯棒の対向側面間への原料ガスの通りが良くなるとともに、輻射熱による表面温度の上昇も抑えることができ、その部分に支障なく多結晶シリコンを析出させることができるものである。

本発明における多結晶シリコン製造装置及び製造方法によれば、対をなすシリコン芯棒において、電極等が設置されていることによりスペースに余裕のない下端部に比べて、スペースに余裕のある上端部の離間間隔を広くしたことにより、特に上端部の対向側面間への原料ガスの通りを良くして、シリコン芯棒の全体に多結晶シリコンを有効にかつ表面状態良く析出させることができ、シリコンロッド表面の凹凸の発生を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は本発明が適用される多結晶シリコン製造装置の反応炉１の全体図であって、炉底を構成する基台２と、この基台２上に脱着自在に取り付けられた釣鐘形状のベルジャ３とを具備している。

基台２上には、図１に示すように、生成される多結晶シリコンの種棒となるシリコン芯棒４が取り付けられる複数対の電極５と、クロロシランガスと水素ガスとを混合してなる原料ガスを炉内に噴出するための噴出ノズル６と、反応後のガスを炉外に排出するための排気口７とがそれぞれ複数設けられている。これら電極５は基台２上に一定の間隔をおいてほぼ同心円状に配置されている。また、原料ガスの噴出ノズル６は、各シリコン芯棒４に対して均一に原料ガスを供給することができるように、適宜の間隔をあけながら複数設置されている。これら噴出ノズル６は、反応炉１の外部の原料ガス供給源８に接続されている。また、排気口７も、基台２上に適宜の間隔をあけながら複数設置され、排ガス処理系９に接続されている。さらに、反応炉１の中心部には図示略のヒータが設けられる。

各電極５は、カーボンからなるほぼ円柱状に形成され、基台２に垂直に立設されており、図２に示すように、その軸心に沿って孔１１が形成され、その孔１１内に、シリコン芯棒４の下端部が挿入状態に取り付けられている。
これらシリコン芯棒４は、下端部が電極５内に差し込まれた状態に固定されることにより、図１及び図２に示すように上方に延びて立設されており、そのうちの二本ずつを対として連結するように、上端部に１本の短尺の連結部材（ワタリ）１２が取り付けられている。この連結部材１２もシリコン芯棒４と同じシリコンによって形成される。これら二本のシリコン芯棒４とこれらを連結する連結部材１２とによって、全体として逆U字の鳥居形状となるようにシード組み立て体１３が組み立てられている。
そして、両電極５間に通電することでシリコン芯棒４を発熱させ、該シリコン芯棒４全体を原料ガスの分解温度にまで上昇させることによりシリコン芯棒４の表面上に多結晶シリコンを析出させる構成である。

この場合、連結部材１２の両端部には、図２及び図３に示すように貫通孔１４が形成されている。これら貫通孔１４は、円形断面形状に形成されかつ互いが平行となる位置関係に配置されており、これら各貫通孔１４に、対をなす二本のシリコン芯棒４の上端部が挿入されている。各シリコン芯棒４は、全体としては角柱状に形成されているが、その上端部４ａは、貫通孔１４の形状に合わせて円柱形状に形成され、これにより貫通孔１４内でその軸心を中心として回転自在とされている。このため、シリコン芯棒４に連結部材１２を取り付ける際に、シリコン芯棒４を微小に回転させながら貫通孔１４に挿入したり、あるいは各シリコン芯棒４に連結部材１２を取り付けた後に、全体的な調整をする際にシリコン芯棒４を回転させながら姿勢を変えたりすることにより、各シリコン芯棒４相互の姿勢や位置関係を正しく微調整することができるようになっている。

また、この連結部材１２の両端部の貫通孔１４の相互間隔（連結部材１２における両シリコン芯棒４の取り付け間隔）Ｌ１は、シリコン芯棒１１が取り付けられる電極５における取り付け間隔（両電極５の孔１１の間隔）Ｌ２よりも大きくなるように設定されており、その結果、連結部材１２をシリコン芯棒４に取り付けた場合に、対をなす二本のシリコン芯棒４の上部が、図２の右側に示したように、当該シリコン芯棒４の下部よりも開いた状態に組み立てられるようになっている。これにより、対をなす両シリコン芯棒４において対向している側面間の上部空間（図２でＡで示す空間）に対して、噴出ノズル６から上方に向けて噴出された原料ガスの通りが良くなり、シリコン芯棒４の上部内側にも原料ガスが十分に行き渡って、当該シリコン芯棒４内への多結晶シリコン析出を支障無く行うことができる。

以上詳細に説明したように本実施形態における多結晶シリコン製造装置では、連結部材１２の両貫通孔１４の間隔Ｌ１を、これが取り付けられるシリコン芯棒４に対する電極５間の設置間隔Ｌ２よりも大きく設定したので、その二本のシリコン芯棒４は、その下端部よりも上端部の相互間隔が広がって取り付けられることになる。したがって、該シリコン芯棒４の上部内側への原料ガスの通りが良くなり、これによって該シリコン芯棒４内に原料ガスが行き渡るとともに、輻射熱による表面温度の上昇も抑えることができ、当該箇所に多結晶シリコンを支障なく析出させることができる。これにより、凹凸がなく表面状態の良いシリコンロッドを製造することできる。
前述したように、反応炉１の基台２には原料ガスの噴出ノズル６、電極５などが配置されてスペースに空きがないが、シリコン芯棒４の間隔が広げられるのは、反応炉１内の上部空間であり、このスペースに余裕がある上部空間を、多結晶シリコンの析出のために有効に利用することが可能となる。

また、連結部材１２によってシリコン芯棒４の上部が広げられた状態となって、この連結部材１２を二本のシリコン芯棒４が内側に向けて挟むように押圧することになるから、これらシリコン芯棒４と連結部材１２との接触圧が高められ、その接触箇所の電気抵抗が小さくなって、シード組み立て体１３全体の通電加熱を円滑に行うことができる。

なお、本発明においては、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。例えば、シリコン芯棒を角柱状としたが、断面四角形以外の多角形や円形、楕円形でもよい。

反応炉のベルジャを一部切欠いた斜視図である。図１に示す反応炉内のシリコン芯棒の組み立て構造を示す正面図である。図２のシリコン芯棒と連結部材との連結箇所を示す斜視図である。

符号の説明

１反応炉
２基台
３ベルジャ
４シリコン芯棒
４ａ上端部
５電極
６噴出ノズル
７排気口
１１孔
１２連結部材
１３シード組み立て体
１４貫通孔

Claims

反応炉の内底部に配設された少なくとも一対の電極にシリコン芯棒をそれぞれ立設状態に取り付けるとともに、これらシリコン芯棒の上端部間を繋ぐ連結部材を取り付け、前記電極に通電することによりシリコン芯棒を発熱させて、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンの製造装置において、
前記連結部材における両シリコン芯棒の取り付け間隔が、これらシリコン芯棒が立設される前記一対の電極における取り付け間隔よりも大きく設定されていることを特徴とする多結晶シリコンの製造装置。
反応炉の内底部に配設された少なくとも一対の電極にシリコン芯棒をそれぞれ立設状態に取り付けるとともに、これらシリコン芯棒の上端部間を繋ぐ連結部材を取り付け、前記電極に通電することによりシリコン芯棒を発熱させて、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンの製造方法において、
前記一対の電極に取り付けた両シリコン芯棒における上端部の相互間隔を下端部の相互間隔よりも大きくした状態にして、該シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させることを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。