JP4081879B2 - Nozzle structure used in polycrystalline silicon rod manufacturing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用の高純度多結晶シリコン棒を製造する装置の反応炉に取付けられたステンレス鋼製の供給管の端部を覆うグラファイトからなるノズルの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
多結晶シリコンを原料として半導体用のシリコン単結晶を育成させる方法としてチョクラルスキー法及びフロートゾーン法が知られており、この原料となる多結晶シリコンはトリクロロシラン等のハロシラン化合物の熱分解により芯棒上にシリコンを析出させて直径の大きな多結晶シリコン棒を製造している。この多結晶シリコン棒の製造における装置として、芯棒が備えられた反応炉内にシラン化合物を含有するガスを導入するステンレス鋼からなる供給管が貫通して取付けられたものが知られている。ステンレス鋼が炉の内部で露出すると、ステンレス鋼が多結晶シリコン棒の製造中に炉の内部を汚染する。このため、この装置の供給管の反応炉内の端部にはこの端部を覆うようにグラファイトからなるノズルが螺着される。
【0003】
図3に示すように、従来多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル1は、雌ねじ2aが内周面に形成された環状部2と、供給管3の端部に螺着状態で供給管3の端縁に当接する覆い部4とを有し、ノズル1はバルク状のグラファイトを切削加工することにより作られる。ノズル1の覆い部4には供給管3に連通する貫通孔4aが環状部2と同心状に形成される。このように構造のノズル1を供給管3の端部に螺着することにより、炉の内部に突出するステンレス鋼の炉の内部への汚染を防止し、かつ供給管3から供給されるシラン化合物を含有するガスを反応炉内に有効に拡散して多結晶シリコン棒を有効に製造し得るようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のノズル1は、シリコンを析出させた後の反応炉の水洗時に水が付着することを回避するため供給管3から取外している。しかし、このノズル1はグラファイトにより作られているため、ステンレス鋼からなる供給管3に螺着状態でその接触部分にセメンタイト(Fe3C)が生成される不具合がある。即ち、ステンレス鋼におけるFeとノズル1におけるCが多結晶シリコン棒の製造時の熱により反応してセメンタイトが生成され、このセメンタイトの生成に起因して螺着されたノズル1が供給管3の端部に付着し、ノズル1の取外しが困難になる不具合がある。このように、ノズル1が供給管3の端部に付着すると、このノズル1を取外す場合に多大なトルクをノズル1に加える必要があり、この多大なトルクによりノズル1の破損率が比較的高い問題点がある。
【0005】
また、従来のノズル1は上記接触部分の面積が大きいため、反応炉の基板の熱が供給管3を介して直接ノズル1に伝わり高温になる。多結晶シリコン棒を製造した後、反応炉を急冷すると、高温のノズル1も急冷され、ノズル1は熱衝撃(熱応力)を受ける。一方、ノズルを構成するグラファイトの熱伝導率は1000Kの温度で垂直方向64W/m・K、水平方向49W/m・Kと極めて小さく、一般的に熱衝撃は材料の熱伝導率に反比例するため、グラファイトからなるノズル1には多大の熱応力が加わり、表面に微小のクラックを生じていた。
本発明の目的は、ノズルの取外し時又は熱衝撃に起因する破損を有効に軽減しうる多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図2に示すように、棒状の多結晶シリコンを製造するための反応炉11に貫通して取付けられシラン化合物を含有するガスを反応炉内に導入するステンレス鋼からなる供給管12の反応炉内の端部にこの端部を覆うように螺着するグラファイトからなるノズル16であって、図1に示すように、ノズル16が、雌ねじ17aが内周面に形成された環状部17と、環状部17と一体的に形成され供給管12に連通する貫通孔18aが環状部17と同心状に形成されかつ螺着状態で供給管12の端縁に当接する覆い部18とを有する多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル構造の改良である。
その特徴ある構成は、覆い部18に供給管12の端縁12aに臨みかつ螺着状態でこの端縁12aに先端が当接する環状の膨出部19が貫通孔18aを包囲するように形成されたところにある。
【0007】
多結晶シリコンの生成に際し、グラファイトにより作られたノズル16はステンレス鋼からなる供給管12との接触部分、即ち供給管12の端縁12aに接触している膨出部19の先端部分にのみにセメンタイトが生成し、従来のノズルに比較してセメンタイトの生成面積が小さくなる。セメンタイトの生成面積が縮小することにより供給管12の端部に付着したノズル16の取外しは、従来より小さいトルクで容易に行うことができる。
また、膨出部19の形成により覆い部18と供給管12の端縁12aとの間にガス層が形成され、ガス層がない従来のノズルと比較して直接接触することに起因する熱衝撃が軽減され、ノズル16の熱衝撃によるクラックの発生を抑制することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図2に示すように、多結晶シリコン棒の製造装置10は反応炉11と、この反応炉11に貫通して取付けられた供給管12とを備える。反応炉11は底部を構成する基板11aと、上側がドーム状に閉止された円筒体からなるベルジャ11bとにより構成される。基板11aには逆U字状の芯棒13の下端を保持する一対のチャック11cが設けられ、このチャック11cに保持させることにより芯棒13は反応炉11の内部に固定される。一対のチャック11cには給電装置14の出力端子が配線され、芯棒13は給電装置14からの電力により加熱可能に構成される。供給管12はステンレス鋼により作られ、基板11aを貫通して取付けられる。供給管12の反応炉11内の端部外周面には雄ねじが形成され、供給管12はシラン化合物を含有するガス、例えば三塩化シランと水素の混合ガスを反応炉11内に導入するように構成される。なお、供給管12の反応炉11内の端部における雄ねじにはこの端部を覆うようにノズル16が螺着される。
【0009】
図1に示すように、ノズル16はバルク状のグラファイトを切削加工することにより作られ、雌ねじ17aが内周面に形成された環状部17と、供給管12の端部に螺着状態で供給管12の端縁12aに当接する覆い部18とを有する。ノズル16の覆い部18には供給管12に連通する貫通孔18aが環状部17と同心状に形成され、このノズル16を供給管12の端部に螺着することにより、供給管12により供給される三塩化シランと水素の混合ガスを反応炉11内に有効に拡散し得るように構成される。
本発明の特徴ある構成は、覆い部18に環状の膨出部19が形成されたところにある。膨出部19は供給管12の端縁12aに臨むように形成され、ノズル16が供給管12の端部に螺着状態で供給管12の端縁12aに先端が当接するように先端面が略同一平面に形成される。膨出部19はノズル16の製造における切削加工時に覆い部18とともに一体的に作られ、この実施の形態における環状の膨出部19は貫通孔18aと同一の内径を有し、貫通孔18aを包囲するように貫通孔18aと同心状に形成される。
【0010】
このように構成された多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル構造の動作を説明する。
まず、多結晶シリコン棒を製造するために、芯棒13を反応炉11に設置する。芯棒13の設置は、基板11aに設けられたチャック11cに芯棒13の下端を保持させることにより行われる。その後、給電装置14によりチャック11cを介して通電して芯棒13を加熱する。芯棒13の加熱後、三塩化シランと水素の混合ガスを供給管12から反応炉11内に導入する。供給管12に供給されたガスはノズル16の貫通孔18aを介して反応炉11内に導入され、そのガスは芯棒13の加熱により加熱されている反応炉11の内部を上昇し、ガスが上昇している間に三塩化シランガスは水素による還元反応を起し、芯棒13の表面に多結晶シリコン20(図2)が付着して生成される。
【0011】
多結晶シリコン20の生成に際し、グラファイトにより作られたノズル16はステンレス鋼からなる供給管12との接触部分にセメンタイトが生成されるが、セメンタイトの生成は供給管12の端縁12aに接触している膨出部19の先端部分にのみ生成され、図3に示す従来のノズル1におけるセメンタイトの生成面積より少ない面積範囲に限られる。このセメンタイトの生成に起因して螺着されたノズル16は供給管12の端部に付着するが、付着面積が従来より狭いことに起因して取外し時にノズル16に加えるトルクを低減することができる。特に、膨出部19を貫通孔18aと同一の内径をもって貫通孔18aを包囲するように形成したので、ノズル16の回転中心に対する付着部分までの距離を小さくすることができ、ノズル16に加えるトルクが従来より小さくても容易にノズル16を供給管12から取外すことができる。
【0012】
また、供給管12の端縁12aに接触する部分は膨出部19の先端部分であり、その他の覆い部18と供給管12の端縁12aとの間にはガス層が形成される。このため、多結晶シリコン棒が製造された後の反応炉11内の冷却に基づくノズル16が受ける熱衝撃値は、覆い部18と供給管12の端縁12aとの間にガス層がない従来と比較して軽減し、ノズル16の熱衝撃によるクラックの発生を抑制することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ノズルの覆い部に供給管の端縁に臨みかつ螺着状態でこの端縁に先端が当接する環状の膨出部を貫通孔を包囲するように形成したので、ステンレス鋼からなる供給管との接触部分を膨出部の先端部分に限定することができ、接触部分におけるセメンタイトの生成面積を小さくすることができる。このセメンタイトの生成面積の縮小に基づき、供給管の端部に付着したノズルの取外しは、従来より小さいトルクで容易に行うことができる。
また、膨出部を形成することにより覆い部と供給管の端縁との間にガス層が形成され、ガス層がない従来のノズルと比較して直接接触することに起因する熱衝撃を軽減することができる。この結果、使用後のノズルの供給管からの取外し時又は熱衝撃に起因するノズルのクラックに起因する破損を有効に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のノズル構造を示す縦断面図。
【図2】そのノズルを使用した多結晶シリコン棒の製造装置の概念図。
【図3】従来のノズル構造を示す図1に対応する縦断面図。
【符号の説明】
11 反応炉
12 供給管
12a 端縁
16 ノズル
17 環状部
17a 雌ねじ
18 覆い部
18a 貫通孔
19 膨出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a nozzle made of graphite covering an end of a stainless steel supply pipe attached to a reaction furnace of an apparatus for producing a high purity polycrystalline silicon rod for semiconductor.
[0002]
[Prior art]
The Czochralski method and the float zone method are known as methods for growing silicon single crystals for semiconductors using polycrystalline silicon as a raw material. The polycrystalline silicon used as the raw material is formed by thermal decomposition of a halosilane compound such as trichlorosilane. A polycrystalline silicon rod having a large diameter is manufactured by depositing silicon on the rod. As an apparatus for manufacturing this polycrystalline silicon rod, there is known a device in which a supply pipe made of stainless steel for introducing a gas containing a silane compound is installed in a reaction furnace provided with a core rod. When stainless steel is exposed inside the furnace, the stainless steel contaminates the interior of the furnace during the manufacture of the polycrystalline silicon rod. For this reason, a nozzle made of graphite is screwed to an end portion of the supply pipe of the apparatus in the reaction furnace so as to cover the end portion.
[0003]
As shown in FIG. 3, a nozzle 1 used in a conventional polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus has an
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional nozzle 1 is removed from the
[0005]
Further, since the conventional nozzle 1 has a large area of the contact portion, the heat of the substrate of the reaction furnace is directly transferred to the nozzle 1 through the
An object of the present invention is to provide a nozzle structure used in an apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon rod that can effectively reduce breakage caused by removal of a nozzle or thermal shock.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 2, the invention according to claim 1 is made of stainless steel that is attached through a
The characteristic configuration is such that an
[0007]
In the production of polycrystalline silicon, the
Further, the formation of the bulging
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 2, the polycrystalline silicon
[0009]
As shown in FIG. 1, the
The characteristic configuration of the present invention is that an annular bulging
[0010]
The operation of the nozzle structure used in the polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus configured as described above will be described.
First, in order to produce a polycrystalline silicon rod, the
[0011]
When the
[0012]
Further, the portion that contacts the
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the annular bulging portion that faces the end edge of the supply pipe and is screwed to the cover portion of the nozzle is surrounded by the through hole. Since it formed, the contact part with the supply pipe | tube consisting of stainless steel can be limited to the front-end | tip part of a bulging part, and the production | generation area of the cementite in a contact part can be made small. Based on the reduction of the cementite generation area, the nozzle attached to the end of the supply pipe can be easily removed with a torque smaller than the conventional one.
In addition, by forming a bulge, a gas layer is formed between the cover and the edge of the supply pipe, reducing thermal shock caused by direct contact compared to conventional nozzles without a gas layer can do. As a result, it is possible to effectively reduce breakage caused by nozzle cracks caused by thermal shock when the nozzle is removed from the supply pipe after use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a nozzle structure of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus using the nozzle.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 1 showing a conventional nozzle structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ノズル(16)が、雌ねじ(17a)が内周面に形成された環状部(17)と、前記環状部(17)と一体的に形成され前記供給管(12)に連通する貫通孔(18a)が前記環状部(17)と同心状に形成されかつ螺着状態で前記供給管(12)の端縁に当接する覆い部(18)とを有する多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル構造において、
前記覆い部(18)に前記供給管(12)の端縁(12a)に臨みかつ螺着状態でこの端縁(12a)に先端が当接する環状の膨出部(19)が前記貫通孔(18a)を包囲するように形成されたことを特徴とする多結晶シリコン棒の製造装置に用いられるノズル構造。A feed pipe (12) made of stainless steel, which is attached through a reaction furnace (11) for producing rod-shaped polycrystalline silicon and introduced into the reaction furnace, is installed in the reaction furnace. A nozzle (16) made of graphite that is screwed onto the end so as to cover the end,
The nozzle (16) includes an annular part (17) in which an internal thread (17a) is formed on the inner peripheral surface, and a through hole (integrated with the annular part (17) and communicated with the supply pipe (12) ( 18a) is used in an apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon rod having a cover part (18) formed concentrically with the annular part (17) and in contact with the edge of the supply pipe (12) in a screwed state In the nozzle structure,
An annular bulging portion (19) that faces the end edge (12a) of the supply pipe (12) to the cover portion (18) and has a tip abutting on the end edge (12a) in the threaded state is provided in the through hole ( A nozzle structure used for an apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon rod, characterized by being formed so as to surround 18a).
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