JP2009227547A

JP2009227547A - 多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体

Info

Publication number: JP2009227547A
Application number: JP2008078083A
Authority: JP
Inventors: Koji Shirota; 巧二城田; Masayuki Take; 昌之手計; Yoshitaka Takahashi; 義登高橋
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】シリコン芯棒と連結部材との接続を簡便にすることで、シリコン芯棒と連結部材との接触面積を確保し、その結果、シリコン芯棒および連結部材の組立ての際の接触状態を改善し、シリコン芯棒組立体への通電時に接触不良により発生する溶断をなくし、シリコン析出反応のスタート作業の中断をなくすことで、反応の生産性を向上する。
【解決手段】気相成長法による多結晶シリコンの製造に用いられるシリコン芯棒組立体１であって、前記シリコン芯棒組立体１は、二本の棒状のシリコン芯棒２と、これらシリコン芯棒２間に架設される連結部材３とを備えており、前記連結部材３には、この連結部材３を貫通しない有底穴で形成される挿入口４が設けられており、前記挿入口４の底面４ａに、前記シリコン芯棒２の先端面２ａが当接されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、多結晶シリコン反応炉で多結晶シリコンを製造するためのシリコン芯棒組立体に関する。

一般に、半導体材料となる高純度の多結晶シリコンの製造方法として、シーメンス法が知られている。シーメンス法は、クロロシランと水素との混合ガスからなる原料ガスを、加熱したシリコン芯棒組立体に接触させ、その表面に原料ガスの反応によって生じた多結晶シリコンを析出させる製造方法であり、この製造方法を実施する装置として、密閉した反応炉に多数（例えば５０組程度）のシリコン芯棒組立体を立設した多結晶シリコン反応炉が用いられている（特許文献１、２参照）。

これらシリコン芯棒組立体は、２本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒の上端部同士を接続する連結部材とにより鳥居状に形成されている。そして、シリコン芯棒の下端部が多結晶シリコン反応炉の炉底に設置された電極に固定されている。これら棒状のシリコン芯棒の断面形状は、四角形、円形、または四角形の角部をＲ加工したもの等があるが、一般に、その上端の連結部材との接続部分については、特許文献３に記載されているような連結子を用いる方法などが紹介されている。
特許第３８１９２５２号公報特許第３８８１６４７号公報実開昭５９−２８５６１号公報

前述のシリコン芯棒と連結部材の接続方法については、その形状により色々な方法があるが、例えば連結部材に設けられる丸孔状の貫通孔（挿入口）にシリコン芯棒の先端部分を挿通させこの連結部材を支持させる必要性から、該シリコン芯棒の先端部分を前記挿入口よりも細径の円柱状に加工して挿入するものが知られている。そして、２本のシリコン芯棒は連結部材の挿入口にこの加工部分を挿通して支持し、シリコン芯棒組立体が形成されている。

前述のシリコン芯棒と連結部材との接続方法では、シリコン芯棒の先端を円柱状に加工し、且つ連結部材の挿入口を円柱穴状の貫通孔に加工してこれらを係合させ、シリコン芯棒の先端の外周面と連結部材の挿入口の内周面とを接触させている。そしてシリコン芯棒は、その先端の加工部分と本体部分との間に設けられる段部を、連結部材の挿入口周りの下面部分に当接させて該連結部材を支持している。

このシリコン芯棒と連結部材の当接による接触状態の確保では、シリコン芯棒組立体に
通電を行いシリコン芯棒および連結部材の加熱によりその表面にシリコンを析出させ、安定した操業を行うために重要な部分である。すなわち、シリコン芯棒と連結部材の接触状態が部分的に接触している状態や一定以上の接触面積が確保されていない場合では、シリコン芯棒および連結部材への通電を行う際に、部分的に電流が流れることによりその通電部分が局所的に過熱・溶断に至る場合がある（特許文献１）。

前述の特許文献１では、シリコン芯棒および連結部材の組み立てにおいて、棒状のシリコン芯棒（シリコンシード）上下移動を可能とし、それによりシリコン芯棒の高さを調整し、連結部材（接続治具）を水平に保持することでシリコン芯棒と連結部材の接触状態を確保することとしている。この場合、例えばシリコン芯棒の調整により連結部材が水平になってもシリコン芯棒と連結部材のはめ込み部で、お互いの接触する部分の面がある程度確保できるような状態になっていないと、連結部材の水平度が出せた場合でもシリコン芯棒と連結部材の接触面積を確実に確保することが難しい場合もある。

前述のようにシリコン析出反応が前記シリコン芯棒及び連結部材の接触部分で溶断した場合、シリコン芯棒および連結部材の組み直しにより、シリコン析出反応の中断に至り、生産性の低下が課題となる。

また、前述の特許文献３では、新たにシリコン芯棒と連結部材を接続するための連結部材を加工する必要もあり、作業負荷となる。
また、前述のシリコン芯棒と連結部材の接続方法において、シリコン芯棒の先端部分を連結部材に挿入させる場合、連結部材にはシリコン芯棒先端部を挿入させるための孔加工を行う必要があることから、例えば、ドリルなどで連結部材を貫通する際に、貫通方向先端側の面の孔周縁に花弁状の欠損を生じさせる場合があり、このような欠損状態が発生すると、シリコン芯棒と連結部材を組み立てた後の通電時に、この欠損部を基点として連結部材が割れ、反応の生産性を低下させることもある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、シリコン芯棒と連結部材との接続を簡便にすることで、シリコン芯棒と連結部材との接触面積を確保し、その結果、シリコン芯棒および連結部材の組立ての際の接触状態を改善し、シリコン芯棒組立体への通電時に接触不良により発生する溶断をなくし、シリコン析出反応のスタート作業の中断をなくし、さらには、連結部材の加工において貫通孔を形成することがないため、シリコン芯棒および連結部材への通電時に連結部材の割れなどの発生を防ぐことで、反応の生産性を向上することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。すなわち本発明は、気相成長法による多結晶シリコンの製造に用いられるシリコン芯棒組立体であって、前記シリコン芯棒組立体は、二本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒間に架設される連結部材とを備えており、前記連結部材には、この連結部材を貫通しない有底穴で形成される挿入口が設けられており、前記挿入口の底面に、前記シリコン芯棒の先端面が当接されていることを特徴とする。

この発明に係るシリコン芯棒組立体によれば、前記連結部材はその挿入口が有底穴で形成され、その底面にシリコン芯棒の先端面を当接させてこれらシリコン芯棒間に架設されている。すなわちこれらシリコン芯棒は、連結部材を貫通することなく支持している。従って、これらシリコン芯棒は、その先端を加工しその加工部分と本体部分との間に設けられる段部で連結部材を支持する必要はなく、連結部材の挿入口のみ加工すれば該連結部材を支持することができ、合わせて、シリコン芯棒先端および連結部材との当接部の接触面積も確保できる。

また本発明のシリコン芯棒組立体において、前記シリコン芯棒組立体は、二本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒間に架設される連結部材とを備えており、前記シリコン芯棒先端は端面に向かうにつれて縮径する切頭円錐状に形成され、更に前記連結部材には連結部材を貫通せず前記シリコン芯棒先端部の縮径する切頭円錐状の傾斜面に接触するように縮径に加工された有底穴で形成される挿入口が設けられており、前記挿入口の底面に、前記シリコン芯棒の先端面が当接されていることとしてもよい。

この発明に係るシリコン芯棒組立体によれば、シリコン芯棒の先端は端面（先端面）に向かうにつれ縮径する切頭円錐状に形成されており、また該シリコン芯棒の先端が挿入される連結部材の挿入口は、このシリコン芯棒の先端の形状に対応して底面に向かうにつれ縮径する切頭円錐穴状の有底穴で形成されているので、これらシリコン芯棒と連結部材とが嵌め合わされた際の接触面積が充分に確保される。すなわち、シリコン芯棒の先端面と連結部材の挿入口の底面とが当接し、かつ、シリコン芯棒の先端部分の傾斜面（外周）と連結部材の有底穴の傾斜面（内周）とが接触しているので、通電時により安定した反応が行える。
また、このようにシリコン芯棒の先端を切頭円錐状に形成した場合、切頭円錐状に加工した部分の根元部の強度が充分に確保されるので、従来のようにシリコン芯棒の先端を円柱状等に加工する場合と比べて、先端の加工による折れなどの不良が防止される。

本発明に係る多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体によれば、シリコン芯棒と連結部材との接続を簡便にすることでシリコン芯棒と連結部材との接触面積を確保し、その結果、シリコン芯棒および連結部材の組立ての際の接触状態を改善し、シリコン芯棒組立体への通電スタート時に接触面積不足（接触不良）により発生する溶断をなくし、シリコン析出反応のスタート作業の中断をなくすことで、反応の生産性を向上することができる。
さらに、連結部材の加工において貫通孔を形成することがないため、シリコン芯棒および連結部材への通電時に連結部材の割れなどの発生を防ぐことで、反応の生産性を向上することができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン反応炉の構成を示す概略斜視図、図２は多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の要部を示す正面図、図３は多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の要部を示す平面図、図４は本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の概要図を示す正面図、図５は図４のシリコン芯棒組立体のシリコン芯棒の先端部分の加工を説明する概略図である。

図１に示すように、多結晶シリコン反応炉１０は、円形に設置された炉底１１の上方全域を覆うようにして釣鐘状の形状を有するベルジャ１２が設けられており、該炉底１１及びベルジャ１２によって多結晶シリコン反応炉１０の内部は密封されている。このように密封された内部には、上端で連結されてほぼ鳥居状の形状であって、生成される多結晶シリコンの種棒となるシリコン芯棒組立体１が複数本立設されており、該シリコン芯棒組立体１の両基端部は炉底１１の電極１３に支持されている。

また、炉底１１には、多結晶シリコン反応炉１０内部のシリコン芯棒組立体１に向かって、トリクロロシランと水素との混合ガスからなる原料ガスを供給する導入口となる複数の原料ガス供給口１４が設けられている。これら原料ガス供給口１４は、複数のシリコン芯棒組立体１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、適宜間隔を開けながら配置されている。

また図示しないが、これら原料ガス供給口１４は、原料ガス供給管路に接続されており、該原料ガス供給管路は流量調整弁を介して原料ガスの供給源に通じている。従って、原料ガスは、流量調整弁によりその供給量が調整されながら、原料ガス供給管路を経て原料ガス供給口１４に送出され、多結晶シリコン反応炉１０内部に供給される。また、炉底１１には原料ガス供給口１４から供給された原料ガスがシリコン芯棒組立体１と反応した後のガスを排出するための複数の排気口（不図示）が設けられている。これら排気口も、反応後のガスを均等に排出することができるよう、適宜間隔を開けながら配置されている。

本実施形態のシリコン芯棒組立体１（１ａ）は、図２に示すように、略平行に配置される２本の角棒状のシリコン芯棒（シード芯棒）２と、これらシリコン芯棒２の上端に架設される角棒状の連結部材３とを備えており、全体として鳥居状或いは逆Ｕ字状をなしている。これらシリコン芯棒２は、予め製造された多結晶シリコン製品をカットすることにより作製されており、その長手方向の両端は平らな四角形面とされている。

シリコン芯棒組立体１（１ａ）は、その連結部材３の下面３ａの長手方向の両端部に、シリコン芯棒２の先端を挿入するための挿入口４を夫々設けている。また連結部材３の上面３ｂには、挿入口４は設けられていない。挿入口４は下面３ａに開口する有底円柱穴状とされており、その穴底が平らで下面３ａと平行な円形面で形成される底面４ａとされている。そして、二本のシリコン芯棒２の上端の平らな四角形面の先端面２ａが、夫々の挿入口４に挿入され、底面４ａと当接されて、連結部材３を支持するようになっている。

また図３において、シリコン芯棒２は、従来のように先端部分を円柱状に加工していないため、その本体部分の断面と先端部２ａの断面とが同一形状（四角形）に形成されている。また、連結部材３の挿入口４は、下面３ａと平行に切った断面形状が、前記四角形の角部に接する外接円よりも若干径方向に大きい円形とされている。そして、これら角部の１箇所または２箇所が挿入口４の内周面に当接して、この当接部分の互いの摩擦力により連結部材３が上方に外れ落ちるのを防止し、該連結部材３をシリコン芯棒２の先端に固定させている。またシリコン芯棒２の先端の角部と連結部材３の挿入口４の内周面との若干の間隙によって、これらシリコン芯棒２はその軸線回りに回転可能とされて配設されている。

本実施形態に係るシリコン芯棒組立体１（１ａ）によれば、連結部材３は、その挿入口４が有底円柱穴状に形成されており、その底面４ａにシリコン芯棒２の先端面２ａを当接させてこれらシリコン芯棒２間に架設されている。すなわちこれらシリコン芯棒２は、連結部材３を貫通することなくその先端面２ａで該連結部材３を支持している。従って、これらシリコン芯棒２は、従来のようにその先端を円柱状に加工しその加工部分と本体部分との間に設けられる段部で連結部材３を支持する必要はなく、連結部材３の挿入口４のみ加工することで該連結部材３をシリコン芯棒２先端との当接によって支持することができるとともに、シリコン芯棒２と連結部材３との接触面積を確保し、その結果、シリコン芯棒２および連結部材３の組立ての際の接触状態を改善し、シリコン芯棒組立体１（１ａ）への通電スタート時に接触面積不足（接触不良）により発生する溶断をなくし、シリコン析出反応のスタート作業の中断をなくすことで、シリコン析出反応の生産性を向上することができる。

また、挿入口４の内周面は、この挿入口４に挿入されるシリコン芯棒２の先端外周の角部に対し若干の間隙を設けて大径に形成されており、シリコン芯棒２はその軸線回りに回転可能に挿入口４に挿入されているので、多結晶シリコンをシリコン芯棒２に均一に分布させて析出するためにこれらシリコン芯棒２を適宜回転調整させることができる。よって、品質が均一で良好な多結晶シリコンを製造することができる。

また従来のように、連結部材３の挿入口４を貫通孔として形成させる場合、その貫通方向先端側の面の孔周縁に花弁状の欠損を生じさせる虞があったが、本実施形態では挿入口４が有底穴で形成されているためその虞はないことから、シリコン芯棒２および連結部材３への通電時に連結部材３の割れなどの発生を防ぐことができ、反応の生産性低下を防止することができる。

図４は本発明である有底穴をもつ連結部材にシリコン芯棒２先端部を端面（先端面）２ａに向かうにつれ縮径する切頭円錐状に加工したもので、さらに連結部材の有底穴入り口（挿入口）４から底面４ａに向かってシリコン芯棒２の縮径面に接する縮径加工を行うことで、底面４ａ以外の部分でシリコン芯棒２および連結部材との接触面積確保がさらに向上し、安定した通電による反応を行うことができる。
前記シリコン芯棒２先端部分の加工については、図５に示すように、シリコン芯棒２の本体部分をガイド治具５で支持し、その先端部分の外面を砥石６で研削加工することとすれば、簡便に加工を行えるとともにその加工面を滑らかに形成することができ、前記接触面積をより確実に確保できる。また、前記シリコン芯棒２先端部を切頭円錐状に形成する場合、切頭円錐状に加工された部分の根元部の強度は、十分保持されており、従来のようなシリコン芯棒２先端部を円柱状に加工する場合と比べて、先端部の加工による折れなどの不良は発生することはない。

また、本実施形態ではシリコン芯棒２の形状を角棒状としたがこれに限らず、棒状のシリコン芯棒２の断面形状を、四角形以外の多角形や、これらの角部をＣ加工・Ｒ加工したもの、または円形・楕円形等としても構わない。また、連結部材３の形状も角棒状に限られるものではない。

本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン反応炉の構成を示す概略斜視図である。本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の要部を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の要部を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンのシリコン芯棒組立体の要部を示す正面図である。図４のシリコン芯棒組立体のシリコン芯棒の先端部分の加工を説明する概略図である。

符号の説明

１シリコン芯棒組立体
２シリコン芯棒
２ａ先端面
３連結部材
４挿入口
４ａ底面

Claims

気相成長法による多結晶シリコンの製造に用いられるシリコン芯棒組立体であって、
前記シリコン芯棒組立体は、二本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒間に架設される連結部材とを備えており、
前記連結部材には、この連結部材を貫通しない有底穴で形成される挿入口が設けられており、
前記挿入口の底面に、前記シリコン芯棒の先端面が当接されていることを特徴とするシリコン芯棒組立体。
気相成長法による多結晶シリコンの製造に用いられるシリコン芯棒組立体であって、
前記シリコン芯棒組立体は、二本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒間に架設される連結部材とを備えており、
前記シリコン芯棒先端は端面に向かうにつれて縮径する切頭円錐状に形成され、更に前記連結部材には連結部材を貫通せず前記シリコン芯棒先端部の縮径する切頭円錐状の傾斜面に接触するように縮径に加工された有底穴で形成される挿入口が設けられており、前記挿入口の底面に、前記シリコン芯棒の先端面が当接されていることを特徴とするシリコン芯棒組立体。