JP2649166B2 - 半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法 - Google Patents
半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体用の多結晶シリコンをCVD法（気相
成長法）で製造する際に使用する電極、ヒータ等の黒鉛
材料の精製方法に関する。
成長法）で製造する際に使用する電極、ヒータ等の黒鉛
材料の精製方法に関する。
従来より半導体用の多結晶シリコンはCVD法により工
業的に製造されている。これは、反応炉内で通電加熱に
より約1000℃に保持されたシリコン棒の表面にシリコン
を気相反応により析出させて、シリコン棒を次第に太く
成長させて行く方法であり、原料ガスとしてはSiHCl3や
SiCl4等がH2と混合されて使用されている。
業的に製造されている。これは、反応炉内で通電加熱に
より約1000℃に保持されたシリコン棒の表面にシリコン
を気相反応により析出させて、シリコン棒を次第に太く
成長させて行く方法であり、原料ガスとしてはSiHCl3や
SiCl4等がH2と混合されて使用されている。
この方法において重要なのは、炉内で成長するシリコ
ンを汚染しないことである。このため、反応炉としては
石英炉や水冷式金属炉が使用され、原料ガスもテンナイ
ンあるいはそれ以上に精製されたものが用いられてい
る。また、反応炉に付帯する材料は黒鉛製のものが多
い。
ンを汚染しないことである。このため、反応炉としては
石英炉や水冷式金属炉が使用され、原料ガスもテンナイ
ンあるいはそれ以上に精製されたものが用いられてい
る。また、反応炉に付帯する材料は黒鉛製のものが多
い。
例えば黒鉛製電極はシリコン棒と水冷された金属電極
との間に介在して、シリコン棒の支持とシリコン棒への
通電とを行う。
との間に介在して、シリコン棒の支持とシリコン棒への
通電とを行う。
また、黒鉛製のヒータは、常温ではシリコンの電気抵
抗率が高いため、そのままでは通電し難いのでこれを数
百度まで予熱して、通電可能な状態にするために使用す
るものである。
抗率が高いため、そのままでは通電し難いのでこれを数
百度まで予熱して、通電可能な状態にするために使用す
るものである。
このような黒鉛材料はCVD反応の全過程を通して高温
の炉内ガスに曝される。もし、黒鉛材料が半導体シリコ
ン材料の純度上有害なリン、砒素、ボロン等に汚染され
ていると、これらの有害元素が炉内ガスと反応し、ガス
状物質となってシリコンとともにシリコン棒上に析出
し、製品の純度を低下させて製品価値を損ねることにな
る。したがって、黒鉛材料は高純度であることが重要と
なる。
の炉内ガスに曝される。もし、黒鉛材料が半導体シリコ
ン材料の純度上有害なリン、砒素、ボロン等に汚染され
ていると、これらの有害元素が炉内ガスと反応し、ガス
状物質となってシリコンとともにシリコン棒上に析出
し、製品の純度を低下させて製品価値を損ねることにな
る。したがって、黒鉛材料は高純度であることが重要と
なる。
しかるに、電極やヒータといった黒鉛材料は高純度処
理を受けた黒鉛を素材として製造されるものの、機械加
工される過程で汚染を受けることは避けられない。した
がって、電極やこれらの黒鉛部品は使用に先立って高純
度化のための十分な精製を受けることが必要となる。
理を受けた黒鉛を素材として製造されるものの、機械加
工される過程で汚染を受けることは避けられない。した
がって、電極やこれらの黒鉛部品は使用に先立って高純
度化のための十分な精製を受けることが必要となる。
また、このような黒鉛材料は高価なため、一度使用し
ても損傷のないものは再使用することが経済的である。
再使用にあたっては先の使用及び回収の過程での汚染を
除去するため、やはり精製が必要となる。
ても損傷のないものは再使用することが経済的である。
再使用にあたっては先の使用及び回収の過程での汚染を
除去するため、やはり精製が必要となる。
このような精製方法としては、SiHCl3、SiCl4、HCl等
の反応排ガスを精製媒剤として使用する方法が公知であ
る（特公昭39−12246号公報）。
の反応排ガスを精製媒剤として使用する方法が公知であ
る（特公昭39−12246号公報）。
ところが、SiHCl3、SiCl4、HClといった反応排ガスは
分離精製後、再度原料ガスとして使用されるので、この
ようなガスを黒鉛材料の精製に使用するのは経済的でな
い。
分離精製後、再度原料ガスとして使用されるので、この
ようなガスを黒鉛材料の精製に使用するのは経済的でな
い。
また、このようなガスはたとえ使用されたとしても十
分な精製能率を確保するためには高温を必要とし、高温
下では黒鉛材料の表面にシリコンを析出させる危険があ
り、精製の目的を十分に達成できない。
分な精製能率を確保するためには高温を必要とし、高温
下では黒鉛材料の表面にシリコンを析出させる危険があ
り、精製の目的を十分に達成できない。
本発明は斯かる状況に鑑み、安価なガスで能率よくし
かもシリコンの析出や炉の腐食を生じさせることなく黒
鉛材料を精製できる方法を提供するものである。
かもシリコンの析出や炉の腐食を生じさせることなく黒
鉛材料を精製できる方法を提供するものである。
本発明の方法は、半導体シリコンの製造に用いる黒鉛
材料を収容した流通型反応炉内に塩素ガスを800〜1100
℃で流通させることに特徴がある。
材料を収容した流通型反応炉内に塩素ガスを800〜1100
℃で流通させることに特徴がある。
塩素は黒鉛材料に含まれる不純物との反応性が反応排
ガスより高く、高温下でも黒鉛材料に析出物を生じさせ
ない。
ガスより高く、高温下でも黒鉛材料に析出物を生じさせ
ない。
本発明の方法は、半導体用シリコンの製造に用いられ
る多種多数の黒鉛材料をこの塩素ガスで精製するもので
あり、工業的規模で能率よくしかも高純度の精製を可能
にする。
る多種多数の黒鉛材料をこの塩素ガスで精製するもので
あり、工業的規模で能率よくしかも高純度の精製を可能
にする。
第１図は本発明の方法を実施するのに適した処理容器
の１例を示したものである。
の１例を示したものである。
容器１は石英製で、外筒２とその中に外筒２より短
く、かつ取り出し可能に挿入される内筒３とからなる。
外筒２の両端には水冷式のステンレス鋼製端面蓋4,5が
弾性シール材６を介して圧着して、外筒２内を封止する
とともに、弾性シール材６およびその近傍の外筒部分を
冷却する。一方の端面蓋４にはガス導入管７が設けら
れ、他方の端面蓋５にはガス排出管８が設けられ、ガス
排出管８はアルカリによる中和設備（図示せず）に接続
されている。９は容器１を収容する電気炉である。
く、かつ取り出し可能に挿入される内筒３とからなる。
外筒２の両端には水冷式のステンレス鋼製端面蓋4,5が
弾性シール材６を介して圧着して、外筒２内を封止する
とともに、弾性シール材６およびその近傍の外筒部分を
冷却する。一方の端面蓋４にはガス導入管７が設けら
れ、他方の端面蓋５にはガス排出管８が設けられ、ガス
排出管８はアルカリによる中和設備（図示せず）に接続
されている。９は容器１を収容する電気炉である。
第１図の処理容器にて本発明の方法を実施するには、
先ず端面蓋4,5を外し、外筒２の中から内筒３を抜き出
す。そして、内筒３の中に精製しようとする電極、予熱
ヒータ等の黒鉛材料10を装入する。
先ず端面蓋4,5を外し、外筒２の中から内筒３を抜き出
す。そして、内筒３の中に精製しようとする電極、予熱
ヒータ等の黒鉛材料10を装入する。
次に、内筒３を外筒２の中に挿入し、端面蓋4,5で内
部をシールした後、ガス導入管７より筒内にN2等の不活
性ガスを注入する。
部をシールした後、ガス導入管７より筒内にN2等の不活
性ガスを注入する。
筒内が不活性ガスで置換された後電気炉９にて筒内を
加熱し、加熱温度に保持しながら、筒内にガス導入管７
より塩素ガスを注入する。
加熱し、加熱温度に保持しながら、筒内にガス導入管７
より塩素ガスを注入する。
このときの加熱温度は800〜1100℃とする。800℃未満
では塩素ガスと不純物元素との反応が十分でなく，精製
が不十分となり易く、1100℃超では精製効果に大きな差
がなく加熱のための電力使用量が多くなるため不利であ
る。
では塩素ガスと不純物元素との反応が十分でなく，精製
が不十分となり易く、1100℃超では精製効果に大きな差
がなく加熱のための電力使用量が多くなるため不利であ
る。
また、塩素ガス注入量は黒鉛材料中の不純物量が微量
であるため、塩素の消費量が僅かであるため管内を塩素
ガス雰囲気に保持する程度の１〜２／分で十分であ
る。
であるため、塩素の消費量が僅かであるため管内を塩素
ガス雰囲気に保持する程度の１〜２／分で十分であ
る。
注入された塩素ガスは、内筒３内の黒鉛材料を塩化処
理にて精製した後、ガス排出管８より筒外へ排出され
る。筒外へ排出された塩素ガスは中和設備を経て排出さ
れる。
理にて精製した後、ガス排出管８より筒外へ排出され
る。筒外へ排出された塩素ガスは中和設備を経て排出さ
れる。
処理時間は10時間〜30時間が適当で黒鉛部品の形状が
大きい場合には、内部からの不純物の拡散に時間を要す
るので処理時間を長くすることが望ましい。
大きい場合には、内部からの不純物の拡散に時間を要す
るので処理時間を長くすることが望ましい。
塩素ガス注入を所定時間行ったなら、通常は注入ガス
を塩素ガスからN2ガス等の不活性ガスに切り換え、筒内
を不活性ガスで通換する。
を塩素ガスからN2ガス等の不活性ガスに切り換え、筒内
を不活性ガスで通換する。
不活性ガス置換を終えると、加熱を停止し、筒内を冷
却した後、端面蓋4,5を開き、外筒２内より内筒３を抜
き出して、その内部より黒鉛材料10を取り出す。
却した後、端面蓋4,5を開き、外筒２内より内筒３を抜
き出して、その内部より黒鉛材料10を取り出す。
内筒３内より取り出された黒鉛材料10は半導体用多結
晶シリコンの製造に使用される。
晶シリコンの製造に使用される。
第１図に示されたような２筒式の処理容器は、黒鉛材
料10の出し入れが容易で、しかも塩素ガスとの反応効率
が高く、黒鉛材料10を工業的規模で精製するのが好適と
言える。
料10の出し入れが容易で、しかも塩素ガスとの反応効率
が高く、黒鉛材料10を工業的規模で精製するのが好適と
言える。
以上に記した方法により、黒鉛電極を実際に精製した
結果を次に述べる。黒鉛電極は、十分精製された黒鉛素
材を機械加工したものである。
結果を次に述べる。黒鉛電極は、十分精製された黒鉛素
材を機械加工したものである。
内径170mm、長さ1200mm、厚さ13mmの石英製内筒の中
に黒鉛電極を装入した後、内筒を内径250mm、長さ2500m
m、厚さ15mmの石英製外筒の中に挿入設置し、外筒内を
端面蓋でシールした後、筒内の空気をN2ガスでバージし
た後、加熱を開始した。
に黒鉛電極を装入した後、内筒を内径250mm、長さ2500m
m、厚さ15mmの石英製外筒の中に挿入設置し、外筒内を
端面蓋でシールした後、筒内の空気をN2ガスでバージし
た後、加熱を開始した。
そして、筒内が300℃に達するまでN2ガスを２／分
で流した後、塩素ガスに切り換え、300〜900℃の間は２
／分、900℃に達した後は１／分で10時間塩素ガス
を流し続けた。
で流した後、塩素ガスに切り換え、300〜900℃の間は２
／分、900℃に達した後は１／分で10時間塩素ガス
を流し続けた。
その後、N2ガスに切り換えて10／分で、３時間流
し、しかる後、加熱を停止して常温まで冷却した。冷却
の間、筒内へはN2ガスを３／分の割合で流し続けた。
し、しかる後、加熱を停止して常温まで冷却した。冷却
の間、筒内へはN2ガスを３／分の割合で流し続けた。
精製を終えた黒鉛電極を用いて小型実験用反応炉で直
径20mmの多結晶シリコン製造を行い、フロートゾーン法
で単結晶化し、その比抵抗を測定したところＮ−1000Ω
cm（0.1ppba相当）であり、黒鉛電極の精製が十分に行
われていたことを確認できた。ちなみに、機械加工をし
たままの黒鉛電極を使用して同様のシリコン製造を行っ
た場合はＮ型不純物をＮ−100Ωcm（1ppba相当）含むも
のであった。
径20mmの多結晶シリコン製造を行い、フロートゾーン法
で単結晶化し、その比抵抗を測定したところＮ−1000Ω
cm（0.1ppba相当）であり、黒鉛電極の精製が十分に行
われていたことを確認できた。ちなみに、機械加工をし
たままの黒鉛電極を使用して同様のシリコン製造を行っ
た場合はＮ型不純物をＮ−100Ωcm（1ppba相当）含むも
のであった。
以上の説明から明らかなように、本発明の方法は多結
晶シリコンの製造で使用する黒鉛材料を安価な塩素ガス
を用いて、しかも反応性よく精製するものであり、これ
により精製コストの低減および多結晶シリコンの品質向
上に多大の効果を発揮するものである。
晶シリコンの製造で使用する黒鉛材料を安価な塩素ガス
を用いて、しかも反応性よく精製するものであり、これ
により精製コストの低減および多結晶シリコンの品質向
上に多大の効果を発揮するものである。
第１図は本発明の方法を実施するのに適した処理容器の
１例を示す断面図である。 図中、2:外筒、3:内筒、4,5:端面蓋、7:ガス導入管、8:
ガス排出管、9:電気炉、10:黒鉛材料。
１例を示す断面図である。 図中、2:外筒、3:内筒、4,5:端面蓋、7:ガス導入管、8:
ガス排出管、9:電気炉、10:黒鉛材料。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体シリコンの製造に用いる黒鉛材料を
収容した流通型反応炉内に塩素ガスを800〜1100℃で流
通させることを特徴とする半導体シリコン製造用黒鉛材
料の精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63011350A JP2649166B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63011350A JP2649166B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01188413A JPH01188413A (ja) | 1989-07-27 |
| JP2649166B2 true JP2649166B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=11775589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63011350A Expired - Fee Related JP2649166B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649166B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2163519A2 (en) | 2008-09-16 | 2010-03-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Method of refining carbon parts for production of polycrystalline silicon |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0374159A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-28 | Mabuchi Motor Co Ltd | 小型モータ用金属黒鉛ブラシとその製法 |
| CN104556015B (zh) * | 2015-01-19 | 2016-11-23 | 黑龙江科技大学 | 一种无氟低污染混酸制备高纯石墨的方法 |
| CN113735110B (zh) * | 2021-11-08 | 2022-05-13 | 山西烁科晶体有限公司 | 一种半导体级石墨粉的纯化方法 |
-
1988
- 1988-01-21 JP JP63011350A patent/JP2649166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2163519A2 (en) | 2008-09-16 | 2010-03-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Method of refining carbon parts for production of polycrystalline silicon |
| KR20100032319A (ko) * | 2008-09-16 | 2010-03-25 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 다결정 실리콘 제조용 카본 부품의 정제 방법 |
| CN101683975A (zh) * | 2008-09-16 | 2010-03-31 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | 多晶硅制备用碳部件的净化方法 |
| EP2163519A3 (en) * | 2008-09-16 | 2011-12-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Method of refining carbon parts for production of polycrystalline silicon |
| EP2505555A1 (en) | 2008-09-16 | 2012-10-03 | Mitsubishi Materials Corporation | Method of refining carbon parts for production of polycrystalline silicon |
| CN101683975B (zh) * | 2008-09-16 | 2013-09-25 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | 多晶硅制备用碳部件的净化方法 |
| US8551439B2 (en) | 2008-09-16 | 2013-10-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Method of refining carbon parts for production of polycrystalline silicon |
| KR101632441B1 (ko) * | 2008-09-16 | 2016-06-21 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 다결정 실리콘 제조용 카본 부품의 정제 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01188413A (ja) | 1989-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |