JP2015174800A - monosilane generator - Google Patents

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宏昌 大参
Hiromasa Daisan
宏昌 大参
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a monosilane generator comprising an efficient temperature keeping mechanism.SOLUTION: This invention provides a monosilane generator that generates monosilane by bringing hydrogen plasma and solid silicon into contact with each other, wherein a solid silicon installation table that is rotatable around a rotation axis in a plane substantially vertical to a cylindrical electrode is used.

Description

本発明は、モノシラン生成装置に関するものであり、特に、プラズマの投入電力や圧力を増加させても最適なシリコン表面の温度を維持することが可能な、効率のよい温度維持機構を備えたモノシラン生成装置に関するものである。   The present invention relates to a monosilane generation apparatus, and in particular, monosilane generation having an efficient temperature maintenance mechanism capable of maintaining an optimum silicon surface temperature even when the plasma input power and pressure are increased. It relates to the device.

従来、シリコン系薄膜を低温形成する際に重要となるモノシラン(SiH)ガスは、トリクロロシランを出発原料とした不均化反応、マグネシウムシリサイドと液体アンモニアを用いた反応、および、水素化リチウム・アルミニウムと四塩化ケイ素を用いた反応のいずれかを用いて製造されていた。しかし、上記従来のモノシランガスの製造法は、何れも毒性の強い塩素を用いるものであるため、結晶シリコン太陽電池の普及に伴って、シリコンの製造による環境負荷は年々増大している。また、マグネシウムシリサイドまたは水素化リチウム・アルミニウムを用いた上記製造法は、反応剤としてマグネシウム、リチウム、アルミニウムなど、シリコンよりもさらに不安定な金属を用いる必要があるので、その不安定な金属の生成のために、大きなエネルギーが消費されている。 Conventionally, monosilane (SiH 4 ) gas, which is important for forming a silicon-based thin film at low temperature, is a disproportionation reaction using trichlorosilane as a starting material, a reaction using magnesium silicide and liquid ammonia, and lithium hydride It was manufactured using either a reaction with aluminum and silicon tetrachloride. However, since all of the above conventional monosilane gas production methods use highly toxic chlorine, the environmental load due to the production of silicon is increasing year by year with the spread of crystalline silicon solar cells. In addition, the above production method using magnesium silicide or lithium / aluminum hydride requires the use of a metal that is more unstable than silicon, such as magnesium, lithium, or aluminum, as a reactant. Because of this, a lot of energy is consumed.

本願発明者らは、上記のような問題がない技術として、プラズマ中で生成される原子状水素とシリコンとのダイレクトな反応を利用してモノシランを製造する技術の開発を行っている(例えば、特許文献1参照)。当該技術によれば、モノシランの製造に必要な水素とシリコン以外の元素を一切必要としないため、大きな環境負荷を伴うことなく、また、不安定な金属を用いることによるエネルギーの消費の問題も解決できる。また、非特許文献1にも、原子状水素によるモノシランの生成反応に関する技術が記載され、シリコン表面の温度が50℃程度となったときに最も反応が進行することが報告されている。   The present inventors have developed a technique for producing monosilane by utilizing a direct reaction between atomic hydrogen generated in plasma and silicon as a technique that does not have the above-described problems (for example, Patent Document 1). According to this technology, no elements other than hydrogen and silicon necessary for monosilane production are required, so there is no significant environmental burden and the problem of energy consumption due to the use of unstable metals is solved. it can. Non-Patent Document 1 also describes a technique related to a monosilane production reaction by atomic hydrogen, and reports that the reaction proceeds most when the temperature of the silicon surface reaches about 50 ° C.

特開2011−1207号公報(2011年1月6日公開)JP 2011-1207 A (published January 6, 2011)

S.Veprek,et al., J. Vac. Sci. Technol. 26,(2008),313S. Veprek, et al., J. Vac. Sci. Technol. 26, (2008), 313

しかしながら、プラズマ中で生成される原子状水素とシリコンとの反応を利用してモノシランを製造する技術では、モノシランの生成速度を上昇させる目的でプラズマの投入電力や圧力を増加させると、原料であるシリコンの表面の温度が上昇するため、モノシラン生成に最適なシリコン表面の温度を維持するための消費エネルギーが極度に増大することとなる。そのため、モノシランの生成量が増大したとしても、モノシラン単位量当たりのエネルギー効率が悪化するという問題がある。   However, in the technology for producing monosilane by utilizing the reaction between atomic hydrogen generated in plasma and silicon, if the plasma input power or pressure is increased for the purpose of increasing the production rate of monosilane, it is a raw material. Since the temperature of the silicon surface rises, the energy consumption for maintaining the optimum silicon surface temperature for monosilane production is extremely increased. Therefore, even if the production amount of monosilane increases, there is a problem that the energy efficiency per unit amount of monosilane deteriorates.

具体的には、非特許文献1等で報告されているとおり、図2(図中、シリコン表面温度を「Si temperature」、エッチング速度を「Etch rate」と表示)に示すように、原子状水素によるモノシランの生成反応は温度依存性を有し、シリコン表面の温度が50℃程度となったときに最も反応が進行することが知られている。   Specifically, as reported in Non-Patent Document 1, etc., as shown in FIG. 2 (in the figure, the silicon surface temperature is indicated as “Si temperature” and the etching rate is indicated as “Etch rate”), atomic hydrogen is used. It is known that the production reaction of monosilane due to has temperature dependence, and the reaction proceeds most when the temperature of the silicon surface reaches about 50 ° C.

ここでシリコンの水素化気化反応を促進させるためには、シリコン表面に到達する原子状水素の密度を上昇させる必要があり、そのためには生成されるプラズマの高圧化と高電力密度化が必要となる。しかし、原子状水素の密度を上昇させるために、高圧および高電力を利用して生成したプラズマはガス温度も上昇しやすくなる。例えば、18Torrの雰囲気下、5slmの水素流量の下で、投入電力(図中、「Input power」と表示)に対してプラズマガス温度(図中、「Temperature」と表示)をプロットした図3に示すように、プラズマガス温度は電力に依存して上昇する。350Wの投入電力では、プラズマガス温度は200℃〜240℃に達する。図4は、350Wの投入電力で発生させたプラズマに曝露されたシリコン表面の温度を測定するために、シース直径160μmの熱電対をシリコン表面に接着し、プラズマ点灯後のシリコン表面の温度変化を測定し、経過時間(図中、「Elapsed time」と表示)に対して記録した結果を示している。プラズマ曝露に用いたシリコンウエハは、厚さ500μmであり、裏面は15℃の冷却水によって冷却されたアルミ製の設置台に密着させて設置した。図4より、裏面からの間接的なシリコンの冷却を行っても、投入電力350Wで生成されたプラズマに曝露されることにより、時間の経過とともに表面温度が110℃近くまで上昇してしまうことが分かる。このように、投入電力の上昇によりプラズマ中の原子状水素の密度を上昇させても、それに伴ってシリコン表面の温度が最適温度以上に上昇して、原子状水素の密度上昇による効果が相殺されるため、モノシランの効率的な生成につながらない。   Here, in order to promote the hydrogenation and vaporization reaction of silicon, it is necessary to increase the density of atomic hydrogen that reaches the silicon surface. To that end, it is necessary to increase the pressure of the generated plasma and increase the power density. Become. However, in order to increase the density of atomic hydrogen, plasma generated using high pressure and high power tends to increase the gas temperature. For example, in FIG. 3 in which the plasma gas temperature (indicated as “Temperature” in the figure) is plotted against the input power (indicated as “Input power” in the figure) under an atmosphere of 18 Torr and a hydrogen flow rate of 5 slm. As shown, the plasma gas temperature rises depending on the power. With an input power of 350 W, the plasma gas temperature reaches 200 ° C. to 240 ° C. FIG. 4 shows the temperature change of the silicon surface after the plasma is turned on by bonding a thermocouple having a sheath diameter of 160 μm to the silicon surface in order to measure the temperature of the silicon surface exposed to the plasma generated with an input power of 350 W. It shows the results measured and recorded against the elapsed time (indicated as “Elapsed time” in the figure). The silicon wafer used for the plasma exposure had a thickness of 500 μm, and the back surface was placed in close contact with an aluminum installation table cooled by 15 ° C. cooling water. As shown in FIG. 4, even when the silicon is indirectly cooled from the back surface, the surface temperature rises to near 110 ° C. over time due to exposure to plasma generated with an input power of 350 W. I understand. In this way, even if the density of atomic hydrogen in the plasma is increased by increasing the input power, the temperature of the silicon surface rises above the optimum temperature accordingly, and the effect of increasing the density of atomic hydrogen is offset. Therefore, it does not lead to efficient production of monosilane.

上記の場合、シリコン表面の温度を50℃近傍に維持するためには、−25℃の冷媒によって設置台を冷却する必要がある。このような低温の冷媒の製造には、圧縮機の運転のために多大なエネルギーが必要とされるのみならず、結露、結氷を防止するため重厚な配管システムが必要となる。また一般的な冷却システムでは、冷媒温度の低下にともなって、システムの冷却能力は低下する。それゆえ、過度に低温の冷媒を用いる手法は、モノシランの製造にかかるエネルギーの総量を増加させる。   In the above case, in order to maintain the temperature of the silicon surface in the vicinity of 50 ° C., it is necessary to cool the installation table with a refrigerant of −25 ° C. Production of such a low-temperature refrigerant not only requires a large amount of energy for the operation of the compressor, but also requires a heavy piping system to prevent condensation and icing. In a general cooling system, the cooling capacity of the system decreases as the refrigerant temperature decreases. Therefore, the technique using an excessively low temperature refrigerant increases the total amount of energy required for the production of monosilane.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマの投入電力や圧力を増加させても最適なシリコン表面の温度を維持することが可能な、効率のよい温度維持機構を備えたモノシラン生成装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to provide an efficient temperature that can maintain the optimum silicon surface temperature even when the plasma input power and pressure are increased. An object of the present invention is to provide an apparatus for producing monosilane having a maintenance mechanism.

本発明に係るモノシラン生成装置は、上記課題を解決するために、水素ガス雰囲気下にて生成した水素プラズマと、固体シリコンとを接触させてモノシランを生成させるモノシラン生成装置において、前記固体シリコンとの間に水素プラズマを発生させるための筒状電極と、前記固体シリコンを設置するための、前記筒状電極に略垂直な面内で回転軸を中心に回転可能な固体シリコン設置台と、を備えていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a monosilane generation apparatus according to the present invention is a monosilane generation apparatus that generates monosilane by bringing hydrogen plasma generated in a hydrogen gas atmosphere into contact with solid silicon. A cylindrical electrode for generating hydrogen plasma in between, and a solid silicon installation table for installing the solid silicon, which is rotatable about a rotation axis in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode. It is characterized by having.

上記の構成によれば、モノシランの生成速度を上昇させるためにプラズマの投入電力や圧力を増加させても、固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動による間断的な加熱、および固体シリコンの回転による対流冷却効果を利用することにより、冷凍機により作られる冷媒を用いた冷却法に比べて、エネルギー効率良く、最適なシリコン表面の温度を維持することができるという効果を奏する。   According to the above configuration, even if the input power and pressure of the plasma are increased in order to increase the production rate of monosilane, intermittent heating due to relative motion of solid silicon with respect to hydrogen plasma, and convective cooling due to rotation of solid silicon By utilizing this effect, the optimum temperature of the silicon surface can be maintained in an energy efficient manner as compared with a cooling method using a refrigerant produced by a refrigerator.

本発明に係るモノシラン生成装置では、前記固体シリコン設置台を回転することにより、当該固体シリコン設置台に設置された固体シリコンと水素プラズマとの接触位置が、筒状電極に略垂直な面内で、前記回転軸を中心とする円の円周上を移動するようになっていることが好ましい。   In the monosilane production apparatus according to the present invention, by rotating the solid silicon installation table, the contact position between the solid silicon installed on the solid silicon installation table and the hydrogen plasma is within a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode. It is preferable to move on the circumference of a circle centered on the rotation axis.

本発明に係るモノシラン生成装置では、上記筒状電極は、その長手方向が略鉛直方向に延びるように備えられていることが好ましい。   In the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the said cylindrical electrode is equipped so that the longitudinal direction may extend in a substantially perpendicular direction.

上記構成により、固体シリコンを水平に載置することができるため、固体シリコンの設置が容易であるという効果を奏する。   With the above configuration, since the solid silicon can be placed horizontally, there is an effect that the installation of the solid silicon is easy.

本発明に係るモノシラン生成装置では、前記固体シリコン設置台は、固体シリコンを固定可能となっていることが好ましい。   In the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the said solid silicon installation stand can fix solid silicon.

上記構成により、固体シリコン設置台の回転時に起こりうる固体シリコンの位置ずれを確実に防ぐことができるという効果を奏する。   With the above-described configuration, there is an effect that it is possible to reliably prevent the displacement of the solid silicon that may occur during the rotation of the solid silicon installation table.

本発明に係るモノシラン生成装置では、前記固体シリコン設置台は、前記筒状電極に対向する面に、固体シリコンを収容するための、前記回転軸を中心とする円環状の溝が形成されていることが好ましい。   In the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention, the said solid silicon installation stand is formed in the surface facing the said cylindrical electrode the annular groove | channel centering on the said rotating shaft for accommodating solid silicon. It is preferable.

上記構成により、従来プラズマによるモノシラン生成の原料としては利用が困難であり、さらにはその生産量も豊富で廉価な粒状の固体シリコンを上記溝に収容することにより、板状に成形することなくそのまま利用することができる。   Due to the above configuration, it is difficult to use as a raw material for monosilane production by plasma in the past, and further, it is possible to produce a solid production of abundant and inexpensive granular solid silicon in the groove as it is without forming into a plate shape. Can be used.

本発明に係るモノシラン生成装置では、上記固体シリコンとして、粒状の固体シリコンが設置されていることが好ましい。   In the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention, it is preferable that granular solid silicon is installed as said solid silicon.

上記構成により、粒子間に間隙が存在するため、熱伝導率が極度に低く、冷却効率が悪いシリコン原料である粒状のシリコンを有効に利用することができる。   With the above configuration, since there is a gap between the particles, it is possible to effectively use granular silicon, which is a silicon raw material with extremely low thermal conductivity and poor cooling efficiency.

本発明に係るモノシラン生成装置では、前記固体シリコン設置台には、冷却機構が設けられていることが好ましい。   In the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the cooling mechanism is provided in the said solid silicon installation stand.

上記冷却機構を、固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動による間断的な加熱、および固体シリコンの回転による対流冷却効果と組み合わせることにより、さらにエネルギー効率良く、最適なシリコン表面の温度を維持することができるという効果を奏する。   By combining the above cooling mechanism with intermittent heating by relative motion of solid silicon with respect to hydrogen plasma and convection cooling effect by rotation of solid silicon, it is possible to maintain the optimum silicon surface temperature more efficiently. There is an effect.

本発明に係るモノシラン生成装置は、以上のように、水素ガス雰囲気下にて生成した水素プラズマと、固体シリコンとを接触させてモノシランを生成させるモノシラン生成装置において、前記固体シリコンとの間に水素プラズマを発生させるための筒状電極と、前記固体シリコンを設置するための、前記筒状電極に略垂直な面内で回転軸を中心に回転可能な固体シリコン設置台と、を備えているので、水素プラズマの局在性と、原料である固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動とにより、固体シリコンの同一箇所が常時水素プラズマに暴露されることがなくなるため、水素プラズマによる加熱効果は間断的となり、固体シリコンの表面の到達温度を低下させることができる。   As described above, the monosilane generation apparatus according to the present invention is a monosilane generation apparatus that generates monosilane by bringing hydrogen plasma generated in a hydrogen gas atmosphere into contact with solid silicon to generate hydrogen between the solid silicon. Since it includes a cylindrical electrode for generating plasma, and a solid silicon mounting base that can rotate around a rotation axis in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode for installing the solid silicon. Because of the localization of the hydrogen plasma and the relative movement of the solid silicon, which is the raw material, with respect to the hydrogen plasma, the same location of the solid silicon is not always exposed to the hydrogen plasma, so the heating effect of the hydrogen plasma becomes intermittent. The temperature reached on the surface of solid silicon can be lowered.

また、固体シリコンを回転させることにより、固体シリコンと反応炉雰囲気ガスとの間の摩擦により、固体シリコンの表面近傍にガスの流れが誘起され、このガスの流れにより対流による熱伝達が促進されるので、冷却効果がさらに向上する。   Also, by rotating the solid silicon, a gas flow is induced near the surface of the solid silicon due to friction between the solid silicon and the reactor atmosphere gas, and heat transfer by convection is promoted by this gas flow. Therefore, the cooling effect is further improved.

さらに、原料である固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動の機構として回転機構を採用することにより、相対運動を維持するために必要なエネルギーは、軸受けによる転がり摩擦と反応容器内の気体との摩擦のみであるため、冷凍機により作られる冷媒を用いた冷却法に比べて極めてエネルギー効率が良い。   Furthermore, by adopting a rotation mechanism as a mechanism for the relative movement of the raw material solid silicon with respect to hydrogen plasma, the only energy required to maintain the relative movement is the rolling friction caused by the bearing and the friction between the gas in the reaction vessel. Therefore, it is extremely energy efficient compared to a cooling method using a refrigerant produced by a refrigerator.

すなわち、本発明によれば、モノシランの生成速度を上昇させるためにプラズマの投入電力や圧力を増加させても、固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動による間断的な加熱、および固体シリコンの回転による対流冷却効果を利用することにより、冷凍機により作られる冷媒を用いた冷却法に比べて、エネルギー効率良く、最適なシリコン表面の温度を維持することができるという効果を奏する。   That is, according to the present invention, even if the input power and pressure of the plasma are increased to increase the production rate of monosilane, intermittent heating due to relative motion of solid silicon with respect to hydrogen plasma, and convection due to rotation of solid silicon By utilizing the cooling effect, it is possible to maintain the optimum silicon surface temperature in an energy efficient manner as compared with a cooling method using a refrigerant produced by a refrigerator.

本発明に係るモノシラン生成装置の一実施形態を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view showing one embodiment of the monosilane generating device concerning the present invention. 原子状水素によるモノシランの生成反応の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the production | generation reaction of monosilane by atomic hydrogen. プラズマガス温度の投入電力依存性を示す図である。It is a figure which shows the input electric power dependence of plasma gas temperature. プラズマ点灯後のシリコン表面の温度変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the temperature change of the silicon surface after plasma lighting. 本発明の実施例において、固体シリコンのエッチング量の原料回転数依存性を測定した結果を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the result of having measured the raw material rotation speed dependence of the etching amount of solid silicon. 本発明の実施例において、水素プラズマに曝露された固体シリコンの表面温度を測定した結果を示す図であり、(a)は固体シリコンを回転させたときの、水素プラズマ通過に伴う固体シリコンの表面温度の変化を測定した結果を示す図であり、(b)は(a)で観察された温度上昇を示す1つの昇温ピークに着目して、筒状電極のノズル中心からの位置に対応する固体シリコンの表面温度の変化を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the result of having measured the surface temperature of the solid silicon exposed to hydrogen plasma, (a) is the surface of the solid silicon accompanying hydrogen plasma passage when rotating solid silicon It is a figure which shows the result of having measured the change of temperature, (b) pays attention to one temperature rising peak which shows the temperature rise observed by (a), and respond | corresponds to the position from the nozzle center of a cylindrical electrode. It is a figure which shows the change of the surface temperature of solid silicon. 本発明の実施例において、固体シリコンの表面温度の回転数依存性を測定した結果を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the result of having measured the rotation speed dependence of the surface temperature of solid silicon. 本発明の実施例において、無回転時と回転時のエッチング量の原料シリコン厚み依存性を測定した結果を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the result of having measured the raw material silicon | silicone thickness dependence of the etching amount at the time of no rotation and rotation. 本発明に係るモノシラン生成装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るモノシラン生成装置の一実施形態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically one Embodiment of the monosilane production | generation apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図および実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または同じ機能を有する部分を表すものとする。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意味する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same parts or parts having the same function. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” indicating a numerical range means “A or more and B or less”.

〔実施の形態1〕
図1は本実施の形態に係るモノシラン生成装置100の好ましい一例を示す模式的な斜視図である。モノシラン生成装置100は、水素ガス雰囲気下にて生成した水素プラズマ3と、固体シリコン2とを接触させてモノシランを生成させる装置である。モノシラン生成装置100は、固体シリコン2を水素プラズマ3と接触させてモノシランを生成させる反応場となる内部空間が設けられた図示しない反応容器内に、図1に示すように、固体シリコン2との間に水素プラズマ3を発生させるための筒状電極1と、固体シリコン2を設置するための、筒状電極1に略垂直な面内で回転軸Aを中心に回転可能な固体シリコン設置台4とを備えている。筒状電極1は、その長手方向が略鉛直方向に延びるように、固体シリコン2に対向して備えられ、固体シリコン2との間に生成した水素プラズマを固体シリコン2の表面に接触させる。筒状電極1には、その筒内を通って筒状電極1の先端出口に水素を供給する図示しない水素ガス供給手段と、筒状電極1にマイクロ波電力を供給する図示しないマイクロ波発生手段とが備えられている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a preferred example of a monosilane generation apparatus 100 according to the present embodiment. The monosilane generation apparatus 100 is an apparatus that generates monosilane by bringing the hydrogen plasma 3 generated in a hydrogen gas atmosphere into contact with the solid silicon 2. As shown in FIG. 1, the monosilane generation apparatus 100 is connected to the solid silicon 2 in a reaction vessel (not shown) provided with an internal space serving as a reaction field for generating the monosilane by bringing the solid silicon 2 into contact with the hydrogen plasma 3. A cylindrical electrode 1 for generating a hydrogen plasma 3 in between, and a solid silicon installation table 4 for installing a solid silicon 2 around a rotation axis A in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1. And. The cylindrical electrode 1 is provided so as to face the solid silicon 2 so that its longitudinal direction extends in a substantially vertical direction, and brings the hydrogen plasma generated between the cylindrical electrode 1 and the surface of the solid silicon 2 into contact with the solid silicon 2. The cylindrical electrode 1 includes a hydrogen gas supply means (not shown) for supplying hydrogen to the tip outlet of the cylindrical electrode 1 through the cylinder, and a microwave generation means (not shown) for supplying microwave power to the cylindrical electrode 1. And are provided.

固体シリコン設置台4は、回転軸体5に取り付けられており、回転軸体5に連結された図示しないモータに駆動されて、略鉛直方向に延びる回転軸Aを中心として、筒状電極1に略垂直な面内で回転する。言い換えれば、筒状電極1は、固体シリコン設置台4の上方に固体シリコン設置台4に対して略垂直になるように設けられている。また、筒状電極1は上下方向に移動可能に構成されており、筒状電極1が上下方向に移動することにより、下方の固体シリコン2と筒状電極1の先端出口との距離を適宜変更することができるようになっている。   The solid silicon installation base 4 is attached to the rotating shaft body 5 and is driven by a motor (not shown) connected to the rotating shaft body 5 so as to be attached to the cylindrical electrode 1 around the rotating shaft A extending in a substantially vertical direction. Rotates in a nearly vertical plane. In other words, the cylindrical electrode 1 is provided above the solid silicon installation table 4 so as to be substantially perpendicular to the solid silicon installation table 4. Further, the cylindrical electrode 1 is configured to be movable in the vertical direction. When the cylindrical electrode 1 moves in the vertical direction, the distance between the lower solid silicon 2 and the tip outlet of the cylindrical electrode 1 is appropriately changed. Can be done.

本発明では、固体シリコン設置台4を回転することにより、固体シリコン設置台4に設置された固体シリコン2と水素プラズマ3との接触位置が、筒状電極1に略垂直な面内で、前記回転軸Aを中心とする円の円周上を移動するようになっている。すなわち、本発明では、筒状電極1を固定し、固体シリコン設置台4に設置された固体シリコン2を水素プラズマ3に対して、相対運動させる。   In the present invention, by rotating the solid silicon installation table 4, the contact position between the solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4 and the hydrogen plasma 3 is within the plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1. It moves on the circumference of a circle centered on the rotation axis A. That is, in the present invention, the cylindrical electrode 1 is fixed, and the solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4 is moved relative to the hydrogen plasma 3.

本実施形態では、固体シリコン設置台4には、板状の固体シリコン2が載置されている。そして、固体シリコン設置台4を回転することにより、固体シリコン設置台4に設置された板状の固体シリコン2と水素プラズマ3とが接触する位置が、筒状電極1に略垂直な面である、板状の固体シリコン2の筒状電極1に対向する表面上で、前記回転軸Aを中心とし、回転軸Aと筒状電極1の中心軸との間隔を半径とする円の円周上を移動する。   In the present embodiment, a plate-like solid silicon 2 is placed on the solid silicon installation table 4. Then, by rotating the solid silicon installation table 4, the position where the plate-like solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4 and the hydrogen plasma 3 are in contact with each other is a surface substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1. On the surface of the plate-like solid silicon 2 facing the cylindrical electrode 1, on the circumference of a circle centered on the rotational axis A and having a radius between the rotational axis A and the central axis of the cylindrical electrode 1 To move.

さらに、固体シリコン設置台4は接地されていると共に、固体シリコン設置台4には、固体シリコン設置台4上に設置される固体シリコン2を冷却するための冷却機構が設けられている。前記冷却機構の冷媒としては15℃の水が使用される。   Further, the solid silicon installation table 4 is grounded, and the solid silicon installation table 4 is provided with a cooling mechanism for cooling the solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4. Water of 15 ° C. is used as the refrigerant for the cooling mechanism.

本実施形態の構成によれば、水素プラズマの局在性と、原料である固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動とにより、固体シリコンの同一箇所が常時水素プラズマに暴露されることがなくなるため、水素プラズマによる加熱効果は間断的となり、固体シリコンの表面の到達温度も低下することとなる。   According to the configuration of this embodiment, the same location of the solid silicon is not always exposed to the hydrogen plasma due to the localization of the hydrogen plasma and the relative movement of the solid silicon as a raw material with respect to the hydrogen plasma. The heating effect by the plasma becomes intermittent, and the temperature reached on the surface of the solid silicon is also lowered.

また、固体シリコンを回転させることにより、固体シリコンと反応炉雰囲気ガスとの間の摩擦により、固体シリコンの表面近傍にガスの流れが誘起され、このガスの流れにより対流による熱伝達が促進されるので、冷却効果がさらに向上する。   Also, by rotating the solid silicon, a gas flow is induced near the surface of the solid silicon due to friction between the solid silicon and the reactor atmosphere gas, and heat transfer by convection is promoted by this gas flow. Therefore, the cooling effect is further improved.

さらに、原料である固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動の機構として回転機構を採用することにより、相対運動を維持するために必要なエネルギーは、軸受けによる転がり摩擦と反応容器内の気体との摩擦のみであるため、冷凍機により作られる冷媒を用いた冷却法に比べて極めてエネルギー効率が良い。   Furthermore, by adopting a rotation mechanism as a mechanism for the relative movement of the raw material solid silicon with respect to hydrogen plasma, the only energy required to maintain the relative movement is the rolling friction caused by the bearing and the friction between the gas in the reaction vessel. Therefore, it is extremely energy efficient compared to a cooling method using a refrigerant produced by a refrigerator.

具体的には、上記相対運動を維持するために必要なエネルギーQbear(kW)は軸受けの発熱量として下記式(1):
bear=1.03×10−6×M×R ・・・(1)
(式(1)中、Mは下記式(2)により表される摩擦モーメント(N・mm)であり、Rは回転数(rpm)である。)により表される。ここで摩擦モーメントMは下記式(2):
=μ×P×r ・・・(2)
(式(2)中、μは摩擦係数であり、Pは軸受け荷重(N)であり、rは軸受け半径(mm)である。)により表されるため、エネルギーQbearは、固体シリコン設置台および固体シリコンの質量が小さく、回転数が極度に高くない場合、冷凍機を稼働させた場合に比べて極めて小さな値で済む。
Specifically, the energy Q bear (kW) necessary for maintaining the relative motion is expressed as the following formula (1) as the heat generation amount of the bearing:
Q bear = 1.03 × 10 −6 × M b × R (1)
(In the formula (1), M b is the friction moment represented by the following formula (2) (N · mm) , R is the rotational speed (rpm).) Represented by. Here, the friction moment M b is expressed by the following formula (2):
M b = μ × P × r a (2)
(In the formula (2), mu is the coefficient of friction, P is the bearing load (N), r a is the bearing radius (mm).) Because represented by energy Q bear the solid silicon installation When the mass of the base and the solid silicon is small and the rotational speed is not extremely high, a very small value is sufficient as compared with the case where the refrigerator is operated.

また、水素プラズマから固体シリコンへの単位時間あたりの入射エネルギーをWsurf−si、固体シリコンの裏面からのエネルギーの流出をWcol−si、固体シリコンの質量および比熱をそれぞれmsiおよびCvpとすれば、時間t経過後の固体シリコンの温度Tsiは、下記式(3)によって表すことができる。
si=(Wsurf−si−Wcol−si)×t/(msi×Cvp) ・・・(3)
ここで、筒状電極の中心軸を、固体シリコンの回転軸から距離rを隔てて設置した場合、水素プラズマは円周2πrの円軌道を固体シリコン上に描くこととなる。筒状電極の直径をdとすれば、周回運動する固体シリコンのある点における水素プラズマ中と水素プラズマ外での滞在時間比rは、r=d/(2πr−d)となる。さらに水素プラズマ中での滞在時間をt(s)、固体シリコンの回転数をR(rpm)とすれば、t=d/v、周速度v=2πr×R/60(m/s)であるので、t=30d/πrRである。以上のようにして求めた水素プラズマ中の滞在時間tは固体シリコンの加熱時間に、水素プラズマ外での滞在時間toutは固体シリコンの冷却時間に相当する。固体シリコンの加熱に用いられるエネルギーは、水素プラズマからのみ供給され、冷却は裏面ステージへの熱伝導と、水素プラズマ外での固体シリコンから反応雰囲気への熱伝達すなわち対流による。
Also, the incident energy per unit time from hydrogen plasma to solid silicon is W surf-si , the outflow of energy from the back surface of solid silicon is W col-si , and the mass and specific heat of solid silicon are m si and C vp , respectively. Then, the temperature Tsi of the solid silicon after the elapse of time t can be expressed by the following formula (3).
Tsi = ( Wsurf-si- Wcol -si ) * t / ( msi * Cvp ) (3)
Here, when the central axis of the cylindrical electrode is set at a distance r from the rotation axis of the solid silicon, the hydrogen plasma draws a circular orbit having a circumference of 2πr on the solid silicon. When the diameter of the cylindrical electrode is d, the residence time ratio r t in the hydrogen plasma and outside the hydrogen plasma at a certain point of the solid silicon that circulates is r t = d / (2πr−d). Further, assuming that the residence time in hydrogen plasma is t p (s) and the rotation speed of solid silicon is R (rpm), t p = d / v, peripheral speed v = 2πr × R / 60 (m / s) Therefore, t p = 30d / πrR. Above residence time t p in the hydrogen plasma obtained as the heating time of the solid silicon, the residence time t out outside the hydrogen plasma is equivalent to the cooling time of the solid silicon. The energy used for heating the solid silicon is supplied only from the hydrogen plasma, and the cooling is based on heat conduction to the back stage and heat transfer from the solid silicon to the reaction atmosphere outside the hydrogen plasma, ie, convection.

初期条件として固体シリコンが室温に置かれている場合、水素プラズマ中での滞在時間t内にシリコン表面が加熱され、上記相対運動により固体シリコンのある点が水素プラズマ外に滞在している時間tout内に、シリコン表面が冷却されることとなる。すなわち水素プラズマを発生させるための投入電力、水素流量などのプラズマ生成条件に対して水素プラズマ外・内の滞在時間を制御することで、原料である固体シリコンの表面の温度を、モノシランの生成反応が最適に進行する温度に維持することが可能となる。 When a solid silicon as the initial condition is placed in room temperature, the silicon surface is heated to a residence time in t p in a hydrogen plasma, the time point in the solid silicon by the relative movement is staying outside the hydrogen plasma Within t out , the silicon surface will be cooled. In other words, by controlling the residence time outside and inside the hydrogen plasma with respect to the plasma generation conditions such as the input power and hydrogen flow rate for generating the hydrogen plasma, the surface temperature of the solid silicon that is the raw material is changed to the monosilane production reaction. It is possible to maintain the temperature at which the temperature proceeds optimally.

モノシランの原料となるシリコンは、必ずしも中実シリコンバルクに限られるものではなく、シリコン粉体の焼結体、多孔体または粒状のシリコンの形態をとる場合もある。またモノシランの原料となる固体シリコンの厚みや形状も様々である。このようなシリコン粉体の焼結体、多孔体または粒状のシリコンは、中実シリコンバルクに比べて非常に熱伝導率が悪い。また、固体シリコンの厚みが厚くなれば熱伝導率は悪化する。このような熱伝導率が悪い固体シリコンを原料として用いる系で、固体シリコンの裏面から固体シリコン設置台に備えられた冷却機構を用いた吸熱により冷却を行う場合、固体シリコンの表面を効率良く冷却することはできない。それゆえ、特にシリコン粉体の焼結体または粒状のシリコン、或いは、厚みが大きい固体シリコンを用いる場合に、加熱された固体シリコンの表面側から積極的に熱を奪うことができる、固体シリコンの回転による間断的なプラズマ暴露および対流現象による熱伝達が、固体シリコンの表面の最適な温度の維持に大きな効果を奏する。   Silicon as a raw material for monosilane is not necessarily limited to a solid silicon bulk, and may take the form of a sintered body of silicon powder, a porous body, or granular silicon. Also, the thickness and shape of solid silicon, which is a raw material for monosilane, vary. Such a silicon powder sintered body, porous body, or granular silicon has a very poor thermal conductivity compared to a solid silicon bulk. In addition, the thermal conductivity deteriorates as the thickness of the solid silicon increases. In such a system using solid silicon with poor thermal conductivity as a raw material, when cooling is performed by heat absorption using the cooling mechanism provided on the solid silicon installation base from the back side of the solid silicon, the surface of the solid silicon is efficiently cooled. I can't do it. Therefore, when using a sintered body of silicon powder, granular silicon, or solid silicon having a large thickness, it is possible to actively remove heat from the surface side of heated solid silicon. Intermittent plasma exposure due to rotation and heat transfer due to convection have a significant effect on maintaining an optimum temperature on the surface of the solid silicon.

一方、固体シリコンの表面の過昇温を抑えるため、プラズマ生成電源のオンオフを変調することでプラズマを間欠的に発生させる手法があるが、この手法では冷却時間となるプラズマオフ時間が存在することとなるため、この時間内にはモノシランの生成が不能となり、同一時間処理を行った場合に得られるモノシランの量は、シリコン冷却のためのプラズマオフ時間に依存して減少することになる。これに対して、本発明の相対運動による手法によれば、シリコン原料上のある点から観た場合には、プラズマのオンオフが繰り返されることとなるが、プラズマそのものは連続的に存在し原料シリコンと反応し続けているため、常時モノシランの生成が可能となる。即ち間欠的なプラズマ運転に比べてモノシランの収量は増大する。このため、他の手法に比べてシリコン原料を局在したプラズマに対して相対運動させる手法は、非常に効率の良いモノシラン生成を可能とする。   On the other hand, in order to suppress overheating of the surface of solid silicon, there is a method of intermittently generating plasma by modulating the on / off of the plasma generation power source, but this method has a plasma off time that is a cooling time Therefore, the production of monosilane becomes impossible within this time, and the amount of monosilane obtained when the treatment is performed for the same time decreases depending on the plasma off time for cooling the silicon. In contrast, according to the relative motion method of the present invention, when viewed from a certain point on the silicon material, the plasma is repeatedly turned on and off, but the plasma itself exists continuously and the material silicon Since the reaction continues, monosilane can always be produced. That is, the yield of monosilane increases compared to intermittent plasma operation. For this reason, as compared with other methods, the method of moving the silicon material relative to the localized plasma enables very efficient monosilane production.

なお、本実施形態において用いられる固体シリコン2は板状であるが、用いられる固体シリコン2の形状は必ずしも板状に限定されるものではなく、上述したように塊状、粒状等の形状でもあっても本発明の効果を得ることができる。また、本実施形態において用いられる固体シリコン2は、中実体に限られるものではなく、シリコン粉体の焼結体、多孔体等であっても本発明の効果を得ることができる。   In addition, although the solid silicon 2 used in this embodiment is a plate shape, the shape of the solid silicon 2 used is not necessarily limited to a plate shape, and may be a block shape, a granular shape, or the like as described above. Also, the effects of the present invention can be obtained. Further, the solid silicon 2 used in the present embodiment is not limited to the solid substance, and the effects of the present invention can be obtained even if it is a sintered body, porous body, or the like of silicon powder.

また、本実施形態において用いられる固体シリコン2は、固体シリコン設置台4に載置されているが、固体シリコン設置台の回転時に起こりうる固体シリコンの設置台からの落下を確実に防ぐために、固体シリコン設置台4は、固体シリコン2を固定可能となっていてもよい。固体シリコン2を固定するための手段も、特に限定されるものではなく、固体シリコン2を、固体シリコン設置台4に固定する部材または装置であれば特に限定されるものではない。例えば、固体シリコン2を固体シリコン設置台4に固定する装置として、固体シリコン2を吸着固定するための真空チャックが設けられていてもよい。   Further, the solid silicon 2 used in the present embodiment is placed on the solid silicon installation table 4, but in order to prevent the solid silicon from dropping from the installation table which may occur when the solid silicon installation table rotates, the solid silicon 2 is used. The silicon installation base 4 may be capable of fixing the solid silicon 2. The means for fixing the solid silicon 2 is not particularly limited as long as it is a member or apparatus for fixing the solid silicon 2 to the solid silicon installation base 4. For example, a vacuum chuck for adsorbing and fixing the solid silicon 2 may be provided as an apparatus for fixing the solid silicon 2 to the solid silicon installation base 4.

また、本実施形態において、固体シリコン設置台4を構成する材料も特に限定されるものではないが、例えばアルミニウム、銅、シリコン、グラファイト等を好適に用いることができる。   Moreover, in this embodiment, although the material which comprises the solid silicon installation stand 4 is not specifically limited, For example, aluminum, copper, silicon, graphite etc. can be used suitably.

さらに、本実施形態において、固体シリコン設置台4上に設置される固体シリコン2を冷却するための冷却機構の冷媒としては15℃の水が使用されるが、冷媒は必ずしもこれに限定されるものではなく、エチレングリコール、フロリナート、シリコンオイル等、他の冷媒を用いてもよい。また、冷媒として水の温度も、特に限定されるものではなく、好ましくは−5℃〜40℃である。   Further, in the present embodiment, 15 ° C. water is used as a coolant of the cooling mechanism for cooling the solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4, but the coolant is not necessarily limited to this. Instead, other refrigerants such as ethylene glycol, fluorinate, and silicone oil may be used. Moreover, the temperature of water as a refrigerant | coolant is also not specifically limited, Preferably it is -5 degreeC-40 degreeC.

本実施形態では、筒状電極1は、筒状であればその形状は特に限定されるものではないが、例えば円筒状電極を好適に用いることができる。しかし、筒状電極1は、これに限定されるものではなく、その長手方向に垂直な断面の形状はどのような形状でもよい。長手方向に垂直な断面の形状は、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形、楕円形等である。   In this embodiment, if the cylindrical electrode 1 is cylindrical, the shape will not be specifically limited, For example, a cylindrical electrode can be used suitably. However, the cylindrical electrode 1 is not limited to this, and the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction may be any shape. The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is, for example, a polygon such as a triangle, a quadrangle, or a pentagon, or an ellipse.

また、本実施形態では、筒状電極1は、その長手方向が略鉛直方向に延びるように備えられているが、その方向もこれに限定されるものではなく、固体シリコン設置台4の回転面と垂直であれば、どのような方向に延びていてもよい。筒状電極1が、その長手方向が略鉛直方向に延びるように、備えられている場合は、固体シリコン2を水平に載置することができるため、固体シリコンの設置が容易である。   In the present embodiment, the cylindrical electrode 1 is provided such that its longitudinal direction extends in a substantially vertical direction. However, the direction is not limited to this, and the rotation surface of the solid silicon installation table 4 is not limited thereto. As long as they are perpendicular to each other, they may extend in any direction. When the cylindrical electrode 1 is provided such that its longitudinal direction extends in a substantially vertical direction, the solid silicon 2 can be placed horizontally, so that the installation of the solid silicon is easy.

なお、筒状電極1が、固体シリコン設置台4の回転面と垂直であれば、固体シリコン設置台4に載せた固体シリコンと筒状電極の先端出口との間のみにプラズマを局在化させて生成しやすくすることができるため、非常に好ましい。しかし、筒状電極1と、固体シリコン設置台4の回転面とは、固体シリコンと筒状電極の先端出口との間にプラズマを局在化させて生成することができる限り、必ずしも垂直でなくてもよい。好ましくは、略垂直であればよく、例えば、筒状電極の中心軸と、固体シリコン設置台4の回転面の垂線とは、15度以下、より好ましくは5度以下の角度をなしていてもよい。   In addition, if the cylindrical electrode 1 is perpendicular to the rotation surface of the solid silicon installation table 4, the plasma is localized only between the solid silicon placed on the solid silicon installation table 4 and the tip outlet of the cylindrical electrode. This is very preferable. However, the cylindrical electrode 1 and the rotating surface of the solid silicon mounting base 4 are not necessarily perpendicular as long as plasma can be generated between the solid silicon and the tip outlet of the cylindrical electrode. May be. Preferably, it may be substantially vertical. For example, the central axis of the cylindrical electrode and the perpendicular to the rotation surface of the solid silicon mounting table 4 may be at an angle of 15 degrees or less, more preferably 5 degrees or less. Good.

上記本実施形態に係るモノシラン生成装置100を用いて、モノシランを生成させる方法の一例について以下に説明する。   An example of a method for producing monosilane using the monosilane production apparatus 100 according to the present embodiment will be described below.

まず、反応容器の内部のガスを十分に排気した後、水素ガス供給手段から筒状電極1の内部を通し、水素ガスを反応容器の内部に導入する。ここで、水素ガスの供給とガスの排気を同時に行うことにより、反応容器の内部の圧力を所定の圧力に維持する。   First, after sufficiently exhausting the gas inside the reaction vessel, hydrogen gas is introduced into the reaction vessel through the inside of the cylindrical electrode 1 from the hydrogen gas supply means. Here, the pressure inside the reaction vessel is maintained at a predetermined pressure by simultaneously supplying the hydrogen gas and exhausting the gas.

次いで、反応容器の外部に設けられたマイクロ波発生手段からマイクロ波電力を筒状電極1に印加する。このマイクロ波電力が筒状電極1に印加されると、筒状電極1と固体シリコン設置台4との間に電場が生じる。   Next, microwave power is applied to the cylindrical electrode 1 from microwave generation means provided outside the reaction vessel. When this microwave power is applied to the cylindrical electrode 1, an electric field is generated between the cylindrical electrode 1 and the solid silicon mounting table 4.

筒状電極1と固体シリコン設置台4との間に形成された電場は、筒状電極1と固体シリコン2の表面との間に供給された水素ガスを分解及び励起して、筒状電極1と固体シリコン2の表面との間に水素プラズマ3を形成する。この水素プラズマ3が固体シリコン2の表面に接触し、水素プラズマ3によって生成した原子状水素が固体シリコン2の表面に作用し、モノシランガスを生成させる。   The electric field formed between the cylindrical electrode 1 and the solid silicon mounting table 4 decomposes and excites the hydrogen gas supplied between the cylindrical electrode 1 and the surface of the solid silicon 2, and thereby the cylindrical electrode 1. And a hydrogen plasma 3 is formed between the surface of the solid silicon 2. The hydrogen plasma 3 comes into contact with the surface of the solid silicon 2, and atomic hydrogen generated by the hydrogen plasma 3 acts on the surface of the solid silicon 2 to generate monosilane gas.

このとき、固体シリコン設置台4を回転することにより、固体シリコン設置台4に設置された固体シリコン2と水素プラズマ3との接触位置を、筒状電極1に略垂直な面内で、前記回転軸Aを中心とする円の円周上を移動させる。これにより、固体シリコン2のある点が、水素プラズマ中に滞在してモノシランの生成反応が起こるときに固体シリコン表面が加熱され、当該点が水素プラズマ外に滞在しているときに、固体シリコン表面が冷却されることとなる。   At this time, by rotating the solid silicon installation table 4, the contact position between the solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4 and the hydrogen plasma 3 is rotated in the plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1. A circle on the axis A is moved on the circumference. Thereby, the solid silicon surface is heated when a certain point of the solid silicon 2 stays in the hydrogen plasma and the monosilane production reaction occurs, and when the point stays outside the hydrogen plasma, Will be cooled.

なお、本実施形態に係るモノシラン生成装置100では、反応容器内の圧力は、10Torr(1.33kPa)〜大気圧であればよい。   In the monosilane production apparatus 100 according to the present embodiment, the pressure in the reaction vessel may be 10 Torr (1.33 kPa) to atmospheric pressure.

〔実施の形態2〕
図9は本発明の他の実施の形態に係るモノシラン生成装置20の好ましい一例を示す模式的な断面図である。本実施形態に係るモノシラン生成装置20は、実施の形態1に係るモノシラン生成装置100とは、固体シリコン設置台4の構成が異なる。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a preferred example of a monosilane generation apparatus 20 according to another embodiment of the present invention. The monosilane production | generation apparatus 20 which concerns on this embodiment differs in the structure of the solid silicon installation stand 4 from the monosilane production | generation apparatus 100 which concerns on Embodiment 1. FIG.

本実施形態に係るモノシラン生成装置20では、図9に示すように、固体シリコン設置台4、4´には、筒状電極1に対向する面に、固体シリコンを収容するための、回転軸Aを中心とする円環状の溝15が形成されている。溝15には、固体シリコン2として粒状の固体シリコン2が収容されている。粒状の固体シリコンは、板状に加工された固体シリコンに比べ、非常に廉価で豊富に生産されている固体シリコンである。   In the monosilane production | generation apparatus 20 which concerns on this embodiment, as shown in FIG. 9, the rotation axis A for accommodating solid silicon in the surface facing the cylindrical electrode 1 in the solid silicon installation stand 4 and 4 '. An annular groove 15 is formed around the center. The groove 15 contains granular solid silicon 2 as the solid silicon 2. Granular solid silicon is solid silicon that is very inexpensive and abundantly produced compared to solid silicon processed into a plate shape.

本実施形態では、固体シリコン設置台4を回転することにより、固体シリコン設置台4に設置された粒状の固体シリコン2と水素プラズマ3との接触位置が、筒状電極1に略垂直な面である、粒状の固体シリコン2の筒状電極1に対向する表面上で、前記回転軸Aを中心とし、回転軸Aと筒状電極1の中心軸との間隔を半径とする円の円周上を移動する。これにより、溝15が形成されていない通常の固体シリコン設置台では、設置が困難である粒状の固体シリコン2を水素プラズマ3と良好に接触させることができる。それゆえ、従来プラズマによるモノシラン生成の原料としては利用が困難であった粒状の固体シリコンをそのまま利用することができる。さらに、塊状または板状の固体シリコンと比較すると、粒状の固体シリコンは、粒子間に間隙が存在するため、熱伝導率が極度に低く、冷却効率が悪い。それゆえ、本実施形態に係るモノシラン生成装置20によれば、加熱された固体シリコンの表面側から積極的に熱を奪うことができる、固体シリコンの回転による間断的なプラズマ暴露および対流現象による熱伝達が、固体シリコンの表面の最適な温度の維持に大きな効果を奏する。   In this embodiment, by rotating the solid silicon installation table 4, the contact position between the granular solid silicon 2 installed on the solid silicon installation table 4 and the hydrogen plasma 3 is a surface substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1. On the surface of the granular solid silicon 2 facing the cylindrical electrode 1, on the circumference of a circle centered on the rotational axis A and having a radius between the rotational axis A and the central axis of the cylindrical electrode 1. To move. Thereby, in the normal solid silicon installation stand in which the groove 15 is not formed, the granular solid silicon 2 which is difficult to install can be brought into good contact with the hydrogen plasma 3. Therefore, granular solid silicon, which has been difficult to use as a raw material for monosilane generation by plasma, can be used as it is. Furthermore, compared with bulk or plate-like solid silicon, granular solid silicon has extremely low thermal conductivity and poor cooling efficiency because there are gaps between the particles. Therefore, according to the monosilane generation apparatus 20 according to the present embodiment, heat can be actively taken from the surface side of the heated solid silicon, and heat caused by intermittent plasma exposure and convection due to rotation of the solid silicon. The transmission has a great effect on maintaining the optimum temperature of the surface of the solid silicon.

なお、本発明において、粒状のシリコンとは、平均粒子径が5mm以下、より好ましくは1mm〜2mmの粒状のシリコンをいう。ここで、用いる固体シリコンの平均粒子径は、上記粒径に当該するJIS Z8801等で規定された公称目開きを持つ標準ふるいを用いたふるい分け法による選別で得られた粒子の粒径として定義する。   In the present invention, the granular silicon means granular silicon having an average particle diameter of 5 mm or less, more preferably 1 mm to 2 mm. Here, the average particle size of the solid silicon to be used is defined as the particle size of the particles obtained by screening by a screening method using a standard sieve having a nominal opening defined in JIS Z8801 or the like corresponding to the above particle size. .

本実施形態では、固体シリコン設置台4、4´は、下部部材4および上部部材4´の2つの部材からなっているが、固体シリコン設置台は、下部部材4および上部部材4´が一体となった単一部材からなるものであってもよい。固体シリコン設置台4、4´が、2つの部材からなっていることにより、上部部材4´を着脱するだけで、実施の形態1のような構成にも、本実施形態のような構成にも用いることができる。   In the present embodiment, the solid silicon installation base 4, 4 ′ is composed of two members, a lower member 4 and an upper member 4 ′. However, the solid silicon installation base is such that the lower member 4 and the upper member 4 ′ are integrated. It may consist of a single member. Since the solid silicon installation base 4, 4 ′ is composed of two members, both the configuration as in the first embodiment and the configuration as in this embodiment can be achieved by simply attaching and detaching the upper member 4 ′. Can be used.

本実施形態において、回転軸Aを含む面で切断したときの溝15の断面形状は矩形であるが、溝15の断面形状はこれに限定されるものではなく、矩形の隅の部分に丸みを持たせた形状、半円形、溝15の底部を頂点とする三角形、台形等であってもよい。また、溝15の深さや幅も特に限定されるものではない。   In this embodiment, the cross-sectional shape of the groove 15 when cut along the plane including the rotation axis A is a rectangle, but the cross-sectional shape of the groove 15 is not limited to this, and the corner portion of the rectangle is rounded. It may be a shaped shape, a semicircular shape, a triangle having the bottom of the groove 15 as a vertex, a trapezoid, or the like. Further, the depth and width of the groove 15 are not particularly limited.

なお、本実施形態において用いられる固体シリコン2は、粒状であることが好ましいが、必ずしも粒状である必要はなく、溝15に収容できる限りにおいて、板状、塊状等であってもよい。   The solid silicon 2 used in the present embodiment is preferably in the form of particles, but is not necessarily in the form of particles, and may be in the form of a plate or a lump as long as it can be accommodated in the groove 15.

また、本実施形態において用いられる固体シリコン2は、固体シリコン設置台4に形成された溝15に収容することにより設置されているが、固体シリコン設置台4は、固体シリコン2を溝15に固定可能となっていてもよい。また、固体シリコン2を固定するための手段も、特に限定されるものではない。   Further, the solid silicon 2 used in the present embodiment is installed by being accommodated in the groove 15 formed in the solid silicon installation table 4, but the solid silicon installation table 4 fixes the solid silicon 2 to the groove 15. It may be possible. Further, the means for fixing the solid silicon 2 is not particularly limited.

本実施形態に係るモノシラン生成装置20の固体シリコン設置台4以外の構成、およびモノシランを生成させる方法については、実施の形態1と同じであるので、ここでは説明を省略する。   Since the configuration other than the solid silicon installation base 4 of the monosilane generation apparatus 20 according to the present embodiment and the method for generating monosilane are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by an Example.

なお、本実施例において、固体シリコンのエッチング量は以下の方法により決定した。   In this example, the etching amount of solid silicon was determined by the following method.

〔固体シリコンのエッチング量〕
水素プラズマの固体シリコンへの曝露開始前の固体シリコンの重量と、水素プラズマの固体シリコンへの曝露終了後の重量を電子天秤により測定し、曝露開始前と曝露終了後の重量の差を固体シリコンのエッチング量とした。
[Etching amount of solid silicon]
The weight of the solid silicon before the exposure of the hydrogen plasma to the solid silicon and the weight of the hydrogen plasma after the exposure to the solid silicon are measured by an electronic balance, and the difference between the weight before the start of the exposure and the end of the exposure is determined by the solid silicon. It was set as the etching amount.

〔実施例1〕
筒状電極1の筒内を通って筒状電極1の先端出口に水素を供給する水素ガス供給手段としての水素導入ライン8と、筒状電極1出口への水素の供給量を調整するマスフローコントローラ14と、筒状電極1にマイクロ波電力を供給するマイクロ波発振器7とを備えた筒状電極1と、筒状電極1に略垂直な面内で回転軸Aを中心に回転する固体シリコン設置台4とを反応容器6内に備えた図10に示すモノシラン生成装置30を用いて、水素ガス雰囲気下にて生成した水素プラズマ3と、固体シリコン2とを接触させてモノシランを生成させた。なお、モノシラン生成装置30は、マイクロ波発振器7が、マイクロ波整合器11及び可動短絡端12が設けられた導波管10と誘電体13とを介して、筒状電極1にマイクロ波電力を供給するように構成されている。
[Example 1]
A hydrogen introduction line 8 as a hydrogen gas supply means for supplying hydrogen to the tip outlet of the cylindrical electrode 1 through the inside of the cylindrical electrode 1 and a mass flow controller for adjusting the supply amount of hydrogen to the outlet of the cylindrical electrode 1 14 and a cylindrical electrode 1 provided with a microwave oscillator 7 for supplying microwave power to the cylindrical electrode 1, and solid silicon that rotates about a rotation axis A in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1 A monosilane was produced by bringing the hydrogen plasma 3 produced in a hydrogen gas atmosphere into contact with the solid silicon 2 using the monosilane production apparatus 30 shown in FIG. In the monosilane generation apparatus 30, the microwave oscillator 7 applies microwave power to the cylindrical electrode 1 through the waveguide 10 provided with the microwave matching unit 11 and the movable short-circuited end 12 and the dielectric 13. It is configured to supply.

回転軸体5に取り付けられ、回転軸体5に連結された図示しないモータに駆動されて、略鉛直方向に延びる回転軸Aを中心として、筒状電極1に略垂直な面内で回転する固体シリコン設置台4に板状の固体シリコン2を設置した。固体シリコン2は、固体シリコン設置台4に設けられた15℃の水を冷媒として使用する冷却機構によって冷却した。   A solid attached to the rotating shaft 5 and driven by a motor (not shown) connected to the rotating shaft 5 so as to rotate in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode 1 about a rotating shaft A extending in a substantially vertical direction. The plate-shaped solid silicon 2 was installed on the silicon installation table 4. The solid silicon 2 was cooled by a cooling mechanism using 15 ° C. water provided on the solid silicon installation table 4 as a refrigerant.

まず、反応容器6の内部のガスをガス排気ライン9によって十分に排気した後、水素導入ライン8から筒状電極1の内部を通して、水素ガスを反応容器6の内部に導入した。   First, after the gas inside the reaction vessel 6 was sufficiently exhausted by the gas exhaust line 9, hydrogen gas was introduced into the reaction vessel 6 from the hydrogen introduction line 8 through the inside of the cylindrical electrode 1.

次いで、固体シリコン設置台4を回転させながら、マイクロ波発振器7からマイクロ波電力を、導波管10を介して筒状電極1に印加して、筒状電極1と固体シリコン2の表面との間に水素プラズマ3を形成し、固体シリコン2と反応させた。誘電体13は、導波管10と反応容器6、さらには反応容器6と外気の雰囲気の遮断と筒状電極1を介したマイクロ波電力の伝送のために設置されている。   Next, while rotating the solid silicon mounting table 4, microwave power is applied from the microwave oscillator 7 to the cylindrical electrode 1 through the waveguide 10, so that the cylindrical electrode 1 and the surface of the solid silicon 2 are A hydrogen plasma 3 was formed between them and reacted with the solid silicon 2. The dielectric 13 is installed for blocking the atmosphere of the waveguide 10 and the reaction vessel 6, and also the reaction vessel 6 and the outside air, and transmitting microwave power via the cylindrical electrode 1.

本実施例では、固体シリコン2の回転軸Aと筒状電極1の中心軸との距離が30mmであるため、固体シリコン設置台4を回転しながら水素プラズマ3を固体シリコン2と接触させて反応させると、固体シリコン2上に直径60mmの円環状に水素プラズマとの反応によるエッチング痕が発生した。なお、エッチング痕の形状評価は触針式粗さ計により行った。   In this embodiment, since the distance between the rotation axis A of the solid silicon 2 and the central axis of the cylindrical electrode 1 is 30 mm, the reaction is performed by bringing the hydrogen plasma 3 into contact with the solid silicon 2 while rotating the solid silicon mounting table 4. As a result, etching marks were generated on the solid silicon 2 in an annular shape with a diameter of 60 mm due to reaction with hydrogen plasma. The shape of the etching mark was evaluated with a stylus type roughness meter.

また、本実施例では、マスフローコントローラ14により水素流量を5slmに設定し、エッチング時間、すなわち水素プラズマ3の固体シリコン2への曝露開始から曝露終了までの時間を20分、プラズマギャップ、すなわち、筒状電極1の先端出口と固体シリコン2の表面との間隔を0.5mm、反応容器内の水素圧力を18Torrとすることを基本条件とした。投入電力を350Wと固定し、固体シリコン2を載置した固体シリコン設置台4を種々の回転数で回転させ、固体シリコン2のエッチング量の回転数依存性を調査した。なお、上述した基本条件下での固体シリコン2のエッチング量は、一定水素量の下、一定時間内に反応する固体シリコンの量に該当するため、モノシランの生成速度の指標となる。   In this embodiment, the mass flow controller 14 sets the hydrogen flow rate to 5 slm, the etching time, that is, the time from the start of exposure of the hydrogen plasma 3 to the solid silicon 2 to the end of exposure, and the plasma gap, that is, the cylinder The basic condition was that the distance between the tip outlet of the electrode 1 and the surface of the solid silicon 2 was 0.5 mm, and the hydrogen pressure in the reaction vessel was 18 Torr. The input power was fixed at 350 W, the solid silicon mounting table 4 on which the solid silicon 2 was placed was rotated at various rotational speeds, and the dependency of the etching amount of the solid silicon 2 on the rotational speed was investigated. Note that the etching amount of the solid silicon 2 under the basic conditions described above corresponds to the amount of solid silicon that reacts within a certain period of time under a certain amount of hydrogen, and is therefore an index of the production rate of monosilane.

<固体シリコン2のエッチング量の回転数依存性>
図5に固体シリコン2のエッチング量の回転数依存性を調査した結果を示す。図中、縦軸は固体シリコンのエッチング量(「Etching」と表示)を、横軸は回転数(「Rotation」と表示)を示す。図5より、固体シリコンを回転させながら、水素プラズマを固体シリコンと反応させたときに、原料である固体シリコンの回転運動を行うことにより、固体シリコンを回転させないときと比較してシリコンのエッチング速度、言い換えれば、モノシランの生成速度が増大することが明らかとなった。
<Depending on the rotational speed of the etching amount of the solid silicon 2>
FIG. 5 shows the result of investigating the rotational speed dependency of the etching amount of the solid silicon 2. In the figure, the vertical axis represents the etching amount of solid silicon (indicated as “Etching”), and the horizontal axis represents the number of rotations (indicated as “Rotation”). From FIG. 5, when hydrogen plasma is reacted with solid silicon while rotating solid silicon, the rotational speed of solid silicon, which is a raw material, is rotated, so that the etching rate of silicon is compared to when solid silicon is not rotated. In other words, it was revealed that the production rate of monosilane increases.

また、350Wの電力を投入した場合、回転数が30rpm近傍に設定されたときにエッチング量が最大となることが確認できた。投入電力が350Wである場合に、このような回転数の最適値が存在する理由としては、回転数が遅い場合には水素プラズマ中に固体シリコンが滞在する時間が長く固体シリコンの表面温度が最適温度以上に上昇しすぎたためであり、回転数が早い場合には、水素プラズマ中に固体シリコンが滞在する時間が短すぎ固体シリコンの表面温度が最適温度に達しなかったためであると考えられる。   Further, it was confirmed that when the power of 350 W was turned on, the etching amount was maximized when the rotation speed was set near 30 rpm. When the input power is 350 W, the reason why such an optimum value of the rotational speed exists is that when the rotational speed is slow, the solid silicon stays longer in the hydrogen plasma and the surface temperature of the solid silicon is optimal. This is because the temperature has risen too much, and when the number of revolutions is high, it is considered that the time during which the solid silicon stays in the hydrogen plasma is too short and the surface temperature of the solid silicon has not reached the optimum temperature.

〔実施例2〕
実施例1と同様の基本条件下で、投入電力を350Wと固定し、固体シリコン2を載置した固体シリコン設置台4を種々の回転数で回転させ、固体シリコン2の表面温度の回転数依存性を調べた。
[Example 2]
Under the same basic conditions as in Example 1, the input power is fixed at 350 W, the solid silicon mounting table 4 on which the solid silicon 2 is placed is rotated at various rotational speeds, and the surface temperature of the solid silicon 2 depends on the rotational speeds. I examined the sex.

なお、回転時の固体シリコン2の表面温度の変化を測定するために、固体シリコン2の表面に直径80μmのシース熱電対を接着し、固体シリコン設置台4を回転させつつ表面温度を測定した。   In order to measure the change in the surface temperature of the solid silicon 2 at the time of rotation, a sheath thermocouple having a diameter of 80 μm was bonded to the surface of the solid silicon 2 and the surface temperature was measured while rotating the solid silicon mounting table 4.

まず固体シリコン2を5rpmで回転させたときの、水素プラズマ通過に伴う固体シリコンの表面温度の変化を測定した結果を図6(a)に示す。図中、縦軸が固体シリコン2の表面温度(「Temperature」と表示)を示し、横軸は時間経過(「Elapsed time」と表示)を示す。図6の(a)に示すように、固体シリコン2の回転に伴って水素プラズマ3中に熱電対が侵入すると温度が上昇する様子が分かる。図6(b)は、図6(a)で観察された温度上昇を示す1つの昇温ピークに着目して、図6(a)の時間経過を示す横軸を、固体シリコン2の周速度が既知であることを利用して、筒状電極1の中心軸に位置するノズル中心からの位置(「Position」と表示)に変換して示す図である。図6(b)より、固体シリコンが水素プラズマ内部に侵入すると固体シリコンの表面温度が急激に上昇するが、本装置の構成により電極中心軸付近から新鮮な水素ガスが供給されているため、その近傍で一旦温度が低下する様子が観察された。このような動的計測を行うことにより得られる到達温度の最大値を10回計測した平均値を固体シリコンの表面温度として、固体シリコンの表面温度の回転数依存性を調べた。   First, FIG. 6A shows the result of measuring the change in the surface temperature of the solid silicon accompanying the passage of hydrogen plasma when the solid silicon 2 is rotated at 5 rpm. In the figure, the vertical axis indicates the surface temperature of the solid silicon 2 (indicated as “Temperature”), and the horizontal axis indicates the time elapsed (indicated as “Elapsed time”). As shown in FIG. 6A, it can be seen that the temperature rises when a thermocouple enters the hydrogen plasma 3 as the solid silicon 2 rotates. In FIG. 6B, focusing on one temperature rise peak indicating the temperature rise observed in FIG. 6A, the horizontal axis indicating the time passage of FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state converted from a nozzle center (indicated as “Position”) located on the central axis of the cylindrical electrode 1 by utilizing the fact that is known. As shown in FIG. 6B, when the solid silicon enters the hydrogen plasma, the surface temperature of the solid silicon rises rapidly. However, because of the configuration of this apparatus, fresh hydrogen gas is supplied from around the electrode center axis. It was observed that the temperature once decreased in the vicinity. The rotation speed dependence of the surface temperature of the solid silicon was examined using an average value obtained by measuring the maximum value of the ultimate temperature obtained by performing such dynamic measurement 10 times as the surface temperature of the solid silicon.

<固体シリコンの表面温度の回転数依存性>
図7にその結果を示す。図中、縦軸は上記のようにして決定した固体シリコンの表面温度(「Average peak temperature」と表示)を示し、横軸は回転数(「Rotation」と表示)を示す。図3および図7の比較により、固体シリコンを回転させながら、水素プラズマを固体シリコンと反応させたときに、原料である固体シリコンの回転運動を行うことにより、固体シリコンを回転させないときと比較して固体シリコンの表面温度が低下していることが分かる。したがって、回転数が上昇するにつれて水素プラズマへの固体シリコンの曝露時間が減少するため、水素プラズマに曝露された固体シリコンの表面温度が低下することが確認された。ここで、図7において、回転数が、エッチング量が最大となった30rpmであるときには、略最適なシリコン表面の温度に維持されていることが分かる。
<Rotational speed dependence of surface temperature of solid silicon>
FIG. 7 shows the result. In the figure, the vertical axis represents the surface temperature of solid silicon determined as described above (indicated as “Average peak temperature”), and the horizontal axis represents the number of rotations (indicated as “Rotation”). 3 and 7, when hydrogen plasma is reacted with solid silicon while solid silicon is rotated, the solid silicon as a raw material is rotated, so that the solid silicon is not rotated. It can be seen that the surface temperature of the solid silicon is lowered. Therefore, it was confirmed that the surface temperature of the solid silicon exposed to the hydrogen plasma decreases because the exposure time of the solid silicon to the hydrogen plasma decreases as the rotational speed increases. Here, in FIG. 7, it can be seen that when the rotational speed is 30 rpm at which the etching amount is maximized, the temperature of the silicon surface is maintained at an optimum level.

〔実施例3〕
実施例1と同様の基本条件下で、回転数30rpmのときと、0rpm(無回転)のときにおけるエッチング量の原料シリコン厚み依存性を比較した。
Example 3
Under the same basic conditions as in Example 1, the dependence of the etching amount on the raw material silicon thickness was compared between a rotation speed of 30 rpm and a rotation speed of 0 rpm (no rotation).

投入電力を450Wと固定し、固体シリコン2として、固体シリコンの熱伝達を変動させるために、1枚の厚みが約500μmのシリコンウエハを様々な枚数(1枚、2枚、4枚、6枚)で重ねて固体シリコン設置台4に載置することにより、放熱シンクとなる固体シリコン設置台4への熱伝導を抑制した際の、回転時と、無回転時のエッチング量の変動を調べた。   In order to change the heat transfer of solid silicon as solid silicon 2 with the input power fixed at 450 W, various numbers of silicon wafers (one, two, four, six) with a thickness of about 500 μm. ), The variation in the etching amount when rotating and when not rotating when the heat conduction to the solid silicon mounting table 4 serving as a heat sink was suppressed by stacking on the solid silicon mounting table 4 was investigated. .

<無回転時と回転時のエッチング量の原料シリコン厚み依存性>
図8にその結果を示す。図中、縦軸はエッチング量(「Etching」と表示)を示し、横軸は原料シリコンの厚みとして、1枚の厚みが約500μmのシリコンウエハを重ねた枚数(「Si wafers」と表示)、および、1枚の厚みが約500μmのシリコンウエハを重ねた時の合計の厚み(「Si thickness」と表示)を示す。本実施例では、原料シリコンは、シリコンウエハを重ねたのみで連続バルク体では無いため、シリコンウエハとシリコンウエハとの間の熱的接触は良好ではなく、枚数を重ねる毎に熱伝導に対する大きな伝熱抵抗が発生することとなる。図8より、回転時、無回転時ともシリコンウエハの枚数増大にともなって原料シリコンのエッチング量の低下が観察されるが、何れのシリコンウエハの枚数の場合にも原料シリコンを回転させた場合の方が無回転時に比べて大きなエッチング量が得られることが分かる。そして、シリコンウエハ6枚を重ね大幅に熱伝導特性を低下させた条件で回転させた時のシリコンのエッチング量と、シリコンウエハ1枚のみを設置し固体シリコン設置台4への熱伝導特性が最も良好な条件での無回転時のシリコンのエッチング量を比較すると、シリコンウエハ6枚を重ね大幅に熱伝導特性を低下させた条件で回転させた時のエッチング量の方が、シリコンウエハ1枚のみを設置し固体シリコン設置台4への熱伝導特性が最も良好な条件での無回転時のエッチング量よりも大きい。このことは、原料シリコンの回転による冷却効果は、シリコンの熱伝導に依るものが支配的では無く、シリコンの表面からの対流による放熱が大きな役割を持っていることを示唆している。
<Depending on the silicon thickness of the material during the non-rotating and rotating etching amount>
FIG. 8 shows the result. In the figure, the vertical axis indicates the etching amount (displayed as “Etching”), the horizontal axis indicates the thickness of the raw silicon, and the number of stacked silicon wafers each having a thickness of about 500 μm (displayed as “Si wafers”). In addition, the total thickness (indicated as “Si thickness”) when a single silicon wafer having a thickness of about 500 μm is stacked is shown. In this embodiment, since the raw material silicon is not a continuous bulk body formed by simply stacking silicon wafers, the thermal contact between the silicon wafer and the silicon wafer is not good, and each time the number of the stacked silicon wafers is increased, there is a large transfer of heat conduction. Thermal resistance will be generated. From FIG. 8, a decrease in the etching amount of the raw silicon is observed with an increase in the number of silicon wafers, both during rotation and without rotation. However, when the number of silicon wafers is the same, the raw silicon is rotated. It can be seen that a larger etching amount can be obtained than when no rotation is performed. Then, the silicon etching amount when the six silicon wafers are stacked and rotated under the condition of greatly reducing the heat conduction characteristic, and the heat conduction characteristic to the solid silicon installation table 4 with the single silicon wafer installed is the most. Comparing the amount of silicon etching under non-rotating conditions under good conditions, the amount of etching when rotating the silicon wafers under the condition of drastically lowering the heat conduction characteristics by stacking six silicon wafers is only one silicon wafer. The heat conduction characteristics to the solid silicon mounting table 4 are larger than the etching amount when there is no rotation under the best conditions. This suggests that the cooling effect due to the rotation of the raw material silicon is not dependent on the heat conduction of the silicon, and that the heat radiation by the convection from the silicon surface plays a major role.

本発明によれば、モノシランの生成速度を上昇させるためにプラズマの投入電力や圧力を増加させても、固体シリコンの水素プラズマに対する相対運動による間断的な加熱、および固体シリコンの回転による対流冷却効果を利用することにより、冷凍機により作られる冷媒を用いた冷却法に比べて、エネルギー効率良く、最適なシリコン表面の温度を維持することができる。したがって、極めてエネルギー効率よくモノシランガスを製造することができる。   According to the present invention, even if the plasma input power and pressure are increased in order to increase the production rate of monosilane, intermittent heating due to relative movement of solid silicon with respect to hydrogen plasma, and convective cooling effect due to rotation of solid silicon By using this, it is possible to maintain the optimum silicon surface temperature in an energy efficient manner as compared with a cooling method using a refrigerant produced by a refrigerator. Therefore, monosilane gas can be produced extremely efficiently.

それゆえ、危険で扱いにくいモノシランガスをボンベとして大量に保有すること無く、必要な時に本発明に基づくコンパクトな装置を用いて、薄膜トランジスタ、LSI、太陽電池等のモノシランガスを原料とするシリコン系薄膜を利用した電子デバイスの製造やモノシランを利用した化学品の合成に利用することができ、非常に有用である。   Therefore, without using a large amount of dangerous and difficult-to-handle monosilane gas as a cylinder, a silicon-based thin film that uses monosilane gas as a raw material, such as thin film transistors, LSIs, and solar cells, is used by using a compact device based on the present invention when necessary. It can be used for the manufacture of electronic devices and the synthesis of chemicals using monosilane.

1 筒状電極
2 固体シリコン
3 水素プラズマ
4 固体シリコン設置台
4’ 固体シリコン設置台
5 回転軸体
6 反応容器
7 マイクロ波発振器
8 水素導入ライン
9 ガス排気ライン
10 導波管
11 マイクロ波整合器
12 可動短絡端
13 誘電体
14 マスフローコントローラ
A 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylindrical electrode 2 Solid silicon 3 Hydrogen plasma 4 Solid silicon installation stand 4 'Solid silicon installation stand 5 Rotating shaft body 6 Reaction vessel 7 Microwave oscillator 8 Hydrogen introduction line 9 Gas exhaust line 10 Waveguide 11 Microwave matching device 12 Movable short-circuit end 13 Dielectric 14 Mass flow controller A Rotating shaft

Claims (7)

水素ガス雰囲気下にて生成した水素プラズマと、固体シリコンとを接触させてモノシランを生成させるモノシラン生成装置において、
前記固体シリコンとの間に水素プラズマを発生させるための筒状電極と、
前記固体シリコンを設置するための、前記筒状電極に略垂直な面内で回転軸を中心に回転可能な固体シリコン設置台と、を備えていることを特徴とするモノシラン生成装置。
In a monosilane generation apparatus that generates monosilane by contacting hydrogen plasma generated in a hydrogen gas atmosphere with solid silicon,
A cylindrical electrode for generating hydrogen plasma with the solid silicon;
A monosilane production apparatus comprising: a solid silicon installation table that is rotatable about a rotation axis in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode for installing the solid silicon.
前記固体シリコン設置台を回転することにより、当該固体シリコン設置台に設置された固体シリコンと水素プラズマとの接触位置が、筒状電極に略垂直な面内で、前記回転軸を中心とする円の円周上を移動するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のモノシラン生成装置。   By rotating the solid silicon installation table, a contact position between the solid silicon and hydrogen plasma installed on the solid silicon installation table is a circle centered on the rotation axis in a plane substantially perpendicular to the cylindrical electrode. The monosilane production | generation apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 上記筒状電極は、その長手方向が略鉛直方向に延びるように備えられていることを特徴とする請求項1または2に記載のモノシラン生成装置。   The monosilane production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the cylindrical electrode is provided such that a longitudinal direction thereof extends in a substantially vertical direction. 前記固体シリコン設置台は、固体シリコンを固定可能となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモノシラン生成装置。   The monosilane production apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid silicon installation base is capable of fixing solid silicon. 前記固体シリコン設置台は、前記筒状電極に対向する面に、固体シリコンを収容するための、前記回転軸を中心とする円環状の溝が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモノシラン生成装置。   The annular solid groove centering on the rotating shaft for housing the solid silicon is formed on the surface of the solid silicon mounting table facing the cylindrical electrode. The monosilane production | generation apparatus of any one of 4. 上記固体シリコンとして、粒状の固体シリコンが設置されていることを特徴とする請求項5に記載のモノシラン生成装置。   6. The monosilane production apparatus according to claim 5, wherein granular solid silicon is installed as the solid silicon. 前記固体シリコン設置台には、冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のモノシラン生成装置。   The monosilane production | generation apparatus of any one of Claims 1-6 by which the cooling mechanism is provided in the said solid silicon installation stand.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115140709A (en) * 2022-06-27 2022-10-04 苏州金宏气体股份有限公司 Method for producing germane by fluidization through plasma synthesis method

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