JP5502294B2 - Polycrystalline body manufacturing apparatus and polycrystalline body manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、多結晶体の製造装置等に関し、より詳しくは、周期表14族元素の多結晶体の製造装置等に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing a polycrystalline body, and more particularly to an apparatus for producing a polycrystalline body of a periodic table group 14 element.
近年、周期表14族元素の多結晶体であるポリシリコンの製造方法として、CVD法(Chemical Vapour Deposition:化学気相成長法)により形成されたポリシリコン膜を有する半導体装置が報告されている(特許文献1参照)。
また、最近、四塩化ケイ素(SiCl4)の還元方法が見直され、特許文献2には、四塩化ケイ素と亜鉛(Zn)の気相合成反応による針状結晶性シリコンの製造方法が記載されている。さらに、特許文献3には、塩化亜鉛ガス中で四塩化ケイ素と金属亜鉛との気相反応を行う高純度シリコンの製造方法が記載されている。
In recent years, a semiconductor device having a polysilicon film formed by a CVD method (Chemical Vapor Deposition) has been reported as a method for producing polysilicon, which is a polycrystal of a group 14 element of the periodic table ( Patent Document 1).
Recently, a method for reducing silicon tetrachloride (SiCl 4 ) has been reviewed, and Patent Document 2 describes a method for producing acicular crystalline silicon by a gas phase synthesis reaction of silicon tetrachloride and zinc (Zn). Yes. Further, Patent Document 3 describes a method for producing high-purity silicon in which a gas phase reaction between silicon tetrachloride and zinc metal is performed in zinc chloride gas.
ところで、周期表14族元素の多結晶体であるポリシリコンは、太陽電池や電子材料等の分野の応用が拡大している。このため、高純度のポリシリコンの高速合成が可能な製造方法が望まれている。
しかし、従来のCVD法は、通常、数十〜数百パスカルの減圧下で行われるため、原料ガスの濃度が極めて低く、結晶成長速度が遅いという問題がある。また、四塩化ケイ素の還元方法を利用する気相合成反応では、生成物の回収や副生成物である塩化亜鉛の分離において問題があり、得られるポリシリコンの純度が不十分である。
本発明の目的は、シリコン等の周期表14族元素の高純度な多結晶体を高速で得ることが可能な製造装置及び多結晶体の製造方法を提供することにある。
By the way, polysilicon, which is a polycrystal of a group 14 element of the periodic table, is expanding its application in fields such as solar cells and electronic materials. Therefore, a manufacturing method capable of high-speed synthesis of high-purity polysilicon is desired.
However, since the conventional CVD method is usually performed under a reduced pressure of several tens to several hundreds of pascals, there is a problem that the concentration of the source gas is extremely low and the crystal growth rate is slow. Further, in the gas phase synthesis reaction using the silicon tetrachloride reduction method, there is a problem in the recovery of the product and the separation of zinc chloride as a by-product, and the purity of the obtained polysilicon is insufficient.
The objective of this invention is providing the manufacturing apparatus and the manufacturing method of a polycrystal which can obtain the high purity polycrystal of the periodic table 14 group elements, such as a silicon | silicone, at high speed.
本発明によれば、多結晶体の製造装置であって、内部に導入された周期表14族元素のハロゲン化物の超臨界流体状態を形成するための反応容器本体と、反応容器本体の内部に設けられプラズマ放電を行うための電極と、反応容器本体の内部に設けられプラズマ放電で分解したシリコンを表面上で析出させる種結晶と、を有することを特徴とする多結晶体の製造装置が提供される。
ここで、本発明が適用される多結晶体の製造装置において、種結晶に所定の電圧を印加する外部電源を有することが好ましい。
また、種結晶は、シリコン単結晶から構成されることが好ましい。
According to the present invention, there is provided an apparatus for producing a polycrystalline body, wherein a reaction vessel body for forming a supercritical fluid state of a halide of a group 14 element of the periodic table introduced therein, and an inside of the reaction vessel body Provided is an apparatus for producing a polycrystalline body, comprising: an electrode for performing plasma discharge; and a seed crystal that is provided inside a reaction vessel body and deposits silicon decomposed by plasma discharge on the surface. Is done.
Here, the polycrystalline body manufacturing apparatus to which the present invention is applied preferably has an external power supply for applying a predetermined voltage to the seed crystal.
The seed crystal is preferably composed of a silicon single crystal.
次に、本発明によれば、多結晶体の製造方法であって、内部に電極と種結晶とを備える反応容器中で周期表14族元素のハロゲン化物の超臨界流体状態を形成する超臨界流体状態形成工程と、形成された超臨界流体状態においてプラズマ放電を行い種結晶上に周期表14族元素の多結晶体を析出させる結晶析出工程と、を有することを特徴とする多結晶体の製造方法が提供される。 Next, according to the present invention, there is provided a method for producing a polycrystal, which forms a supercritical fluid state of a halide of a periodic table group 14 element in a reaction vessel having an electrode and a seed crystal therein. A polycrystalline structure comprising: a fluid state forming step; and a crystal precipitation step of performing plasma discharge in the formed supercritical fluid state to deposit a polycrystal of a group 14 element of a periodic table on a seed crystal. A manufacturing method is provided.
ここで、本発明が適用される多結晶体の製造方法において、反応容器中の圧力が3MPa以上、反応容器中の温度が80K以上に保持されることが好ましい。
さらに、本発明が適用される多結晶体の製造方法では、超臨界流体状態形成工程において、反応容器中に不活性ガスを導入することが好ましい。
この場合、周期表14族元素のハロゲン化物0.1ml〜100,000mlに対し不活性ガス50mlを導入することが好ましい。
Here, in the method for producing a polycrystalline body to which the present invention is applied, it is preferable that the pressure in the reaction vessel is maintained at 3 MPa or higher and the temperature in the reaction vessel is maintained at 80 K or higher.
Furthermore, in the method for producing a polycrystalline body to which the present invention is applied, it is preferable to introduce an inert gas into the reaction vessel in the supercritical fluid state forming step.
In this case, it is preferable to introduce 50 ml of an inert gas per 0.1 ml to 100,000 ml of the halide of the group 14 element of the periodic table.
また、結晶析出工程において、種結晶の温度を450K以上に保持することが好ましい。
また、周期表14族元素が、ケイ素(Si)及びゲルマニウム(Ge)から選ばれることが好ましい。この場合、周期表14族元素のハロゲン化物が、塩化物又は臭化物であることが好ましい。さらに、周期表14族元素のハロゲン化物が、四塩化ケイ素であることが好ましい。
In the crystal precipitation step, the seed crystal temperature is preferably maintained at 450K or higher.
Moreover, it is preferable that the periodic table group 14 element is selected from silicon (Si) and germanium (Ge). In this case, the halide of the group 14 element of the periodic table is preferably chloride or bromide. Furthermore, the halide of the group 14 element of the periodic table is preferably silicon tetrachloride.
本発明の多結晶体の製造装置によれば、高純度のポリシリコン等の周期表14族元素の多結晶体を高純度で且つ高速で得ることが可能となる。 According to the polycrystalline body manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to obtain a polycrystalline body of a periodic table group 14 element such as high-purity polysilicon with high purity and high speed.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. The drawings used are for explaining the present embodiment and do not represent the actual size.
(製造装置)
図1は、本実施の形態が適用される多結晶体の製造方法を実施するための製造装置の一例を説明する図である。
図1に示すように、製造装置Iは、後述する周期表14族元素のハロゲン化物の超臨界流体状態を保つことが可能な耐圧を有する反応容器(反応容器本体)10と、反応容器10内で形成される超臨界流体状態においてプラズマ放電を発生させるために平行に配置された1対の電極11,12と、反応容器10内に供給される周期表14族元素のハロゲン化物を貯蔵する原料貯槽21と、反応容器10内に供給されるキャリアガス(不活性ガス)を貯蔵するキャリアガス貯槽22と、を有している。
(manufacturing device)
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a production apparatus for carrying out a method for producing a polycrystalline body to which the present embodiment is applied.
As shown in FIG. 1, the production apparatus I includes a reaction vessel (reaction vessel body) 10 having a pressure resistance capable of maintaining a supercritical fluid state of a halide of a periodic table 14 group element described later, A pair of
図1に示すように、電極11,12には、プラズマ放電のための電力を供給する高周波電源27が整合器26を介して接続されている。本実施の形態では、原料貯槽21内に貯蔵された周期表14族元素のハロゲン化物は原料供給弁21aを開き、加熱器23により加熱され、所定の供給機24により原料供給管21Lを介して反応容器10に供給される。キャリアガス貯槽22内に貯蔵されたキャリアガスは、圧力調整弁22aを開きガス供給管22Lを介して反応容器10に供給される。反応容器10内の圧力は、排圧調整弁25により調整している。
As shown in FIG. 1, a high-
本実施の形態では、反応容器10内の電極11,12の近傍に、周期表14族元素の多結晶体を析出させるための種結晶30を設け、反応容器10外に、種結晶30の両端部に取り付けた炭素電極31に所定の電圧を印加する外部電源32と、を設けている。
尚、図示しないが、反応容器10を所定の温度に加熱するための加熱装置が設けられている。加熱装置としては、所定の熱媒を使用するジャケット式加熱器、カートリッジ式ヒータ等が挙げられる。また、反応容器10を恒温槽内に設置してもよい。
In the present embodiment, a
Although not shown, a heating device for heating the
電極11,12を構成する材料は、プラズマ放電が可能な材料であれば特に限定されない。例えば、純金属電極を構成する材料としては、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、アルミニウム、タングステン、白金、金等が挙げられる。被めっき電極を構成する材料としては、銀めっき鉄、亜鉛めっき鉄、スズめっき鉄等が挙げられる。合金電極を構成する材料としては、真鍮、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、マグネシウム合金等が挙げられる。これらの中でも、マンガン、銅、亜鉛、白金、金、亜鉛めっき鉄、真鍮、が好ましい。
また、電極11,12の電極間距離は、反応容器10内の温度、圧力又は放電条件によって適宜選択され、特に限定されないが、通常、0.002mm〜5mmの範囲内で設定される。
The material which comprises the
The distance between the
反応容器10を構成する材料は、周期表14族元素のハロゲン化物の超臨界流体状態を保つことが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、ステンレス等が挙げられる。本実施の形態では、塩素ガスによる腐食を考慮し、ハステロイC(登録商標)を使用している。
The material constituting the
図1に示すように、本実施の形態では、種結晶30は両端部が反応容器10の底部に固定され、逆U字状に形成された中間部が電極11,12側に向くように取り付けられている。種結晶30の両端部には、それぞれ炭素電極31が接合され、これらは反応容器10の外部に設けた外部電源32と電気的に接合されている。
種結晶30を構成する材料は、析出させる周期表14族元素の単結晶が好ましく、例えば、シリコン単結晶、ゲルマニウム単結晶等が挙げられる。さらに、炭化ケイ素(SiC)等も使用可能である。後述するように、種結晶30の表面に到達した周期表14族元素のラジカルは、種結晶30により結晶化を誘発され、固相エピタキシャル成長が起こり、最終的に多結晶体が得られると考えられる。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the
The material constituting the
周期表14族元素が析出する種結晶30の大きさは特に限定されないが、本実施の形態では、一片5mm程度の角柱を逆U字状に曲げ、高さ約20mm程度になるように形成している。尚、種結晶として、粒径数nm〜数百nm程度の結晶粒子を使用することもできる。
The size of the
種結晶30の両端部に取り付けた炭素電極31を構成する材料は、特に限定されないが、本実施の形態では、カーボン電極材を使用している。
Although the material which comprises the
また、種結晶30は、種結晶30の両端部に取り付けた炭素電極31に外部電源32を用いて所定の電圧を印加することにより、通常、450K(473℃)以上、好ましくは500K(273℃)以上の温度に保持されている。但し、例えば、周期表14族元素がケイ素(Si)の場合、ポリシリコンの融点1,687K(1,414℃)未満の温度に保たれる。
The
キャリアガスは、原料として使用する周期表14族元素のハロゲン化物に対し不活性であるものが好ましく、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。本実施の形態では、キャリアガスとしてアルゴンを使用している。 The carrier gas is preferably inert to the halide of the Group 14 element used as a raw material, and examples thereof include helium, neon, and argon. In this embodiment, argon is used as the carrier gas.
(周期表14族元素のハロゲン化物)
次に、本実施の形態において原料として使用する周期表14族元素のハロゲン化物について説明する。
本実施の形態で使用する周期表14族元素のハロゲン化物としては、ハロゲン化炭素化合物、ハロゲン化ケイ素化合物、ハロゲン化ゲルマニウム化合物等が挙げられる。これらの中でも、ハロゲン化ケイ素化合物、ハロゲン化ゲルマニウム化合物が好ましく、さらに、ハロゲン化ケイ素化合物が特に好ましい。
(Halides of group 14 elements of the periodic table)
Next, the halide of the 14th group element of the periodic table used as a raw material in this Embodiment is demonstrated.
Examples of the halide of the group 14 element in the periodic table used in this embodiment include a halogenated carbon compound, a halogenated silicon compound, and a halogenated germanium compound. Among these, a halogenated silicon compound and a halogenated germanium compound are preferable, and a silicon halide compound is particularly preferable.
(ハロゲン化ケイ素化合物)
ハロゲン化ケイ素化合物としては、フッ化ケイ素、塩化ケイ素、臭化ケイ素、ヨウ化ケイ素が挙げられる。これらの中でも、塩化ケイ素、臭化ケイ素が好ましい。
塩化ケイ素としては、例えば、四塩化ケイ素(SiCl4)、ヘキサクロルジシラン、オクタクロルトリシラン、デカクロルトリシラン、ドデカクロルペンタシラン等が挙げられる。また、クロルシラン(SiH3Cl)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、トリクロルシラン(SiHCl3)等のシラン誘導体が挙げられる。
臭化ケイ素としては、四臭化ケイ素(SiBr4)、六臭化二ケイ素、八臭化三ケイ素、十臭化四ケイ素等が挙げられる。
さらに、臭化三塩化ケイ素、二臭化二塩化ケイ素、三臭化塩化ケイ素、ヨウ化三塩化ケイ素、塩化硫化水素ケイ素、ヘキサクロルジシロキサン等も挙げられる。
これらのなかでも、四塩化ケイ素(SiCl4)が特に好ましい。
(Halogenated silicon compounds)
Examples of the silicon halide compound include silicon fluoride, silicon chloride, silicon bromide, and silicon iodide. Among these, silicon chloride and silicon bromide are preferable.
Examples of silicon chloride include silicon tetrachloride (SiCl 4 ), hexachlorodisilane, octachlorotrisilane, decachlorotrisilane, dodecachloropentasilane, and the like. Further, silane derivatives such as chlorosilane (SiH 3 Cl), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and trichlorosilane (SiHCl 3 ) can be given.
Examples of silicon bromide include silicon tetrabromide (SiBr 4 ), disilicon hexabromide, trisilicon octabromide, tetrasilicon decabromide and the like.
Furthermore, silicon bromide trichloride, silicon dibromide dichloride, silicon tribromide chloride, silicon iodide trichloride, silicon chlorosulfide, hexachlorodisiloxane and the like can be mentioned.
Among these, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) is particularly preferable.
(ハロゲン化ゲルマニウム化合物)
ハロゲン化ゲルマニウム化合物としては、フッ化ゲルマニウム、塩化ゲルマニウム、臭化ゲルマニウム、ヨウ化ゲルマニウムが挙げられる。これらの中でも、塩化ゲルマニウム、臭化ゲルマニウムが好ましい。
塩化ゲルマニウムとしては、二塩化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウムが挙げられる。臭化ゲルマニウムとしては、二臭化ゲルマニウム、四臭化ゲルマニウムが挙げられる。
(Halogenated germanium compound)
Examples of the halogenated germanium compound include germanium fluoride, germanium chloride, germanium bromide, and germanium iodide. Among these, germanium chloride and germanium bromide are preferable.
Examples of germanium chloride include germanium dichloride and germanium tetrachloride. Examples of germanium bromide include germanium dibromide and germanium tetrabromide.
尚、本実施の形態において、原料として使用する周期表14族元素のハロゲン化物が固体の場合、予め原料を所定の溶媒に溶解させた溶液を調製し、この溶液を反応容器10に供給することもできる。使用可能な溶媒は、周期表14族元素のハロゲン化物を溶解するものであれば特に限定されない。好ましくは、後述する超臨界流体状態におけるその溶媒に固有の臨界温度、臨界圧力を考慮し、公知の物質の中から選択する。具体例として、二酸化炭素、3フッ化メタン(フルオロホルム)、エタン、プロパン、ブタン、ベンゼン、メチルエーテル、クロロホルム等が挙げられる。
In the present embodiment, when the halide of the group 14 element of the periodic table used as a raw material is solid, a solution in which the raw material is dissolved in a predetermined solvent is prepared in advance, and this solution is supplied to the
(多結晶体の製造方法)
次に、上述した製造装置Iを用いて周期表14族元素の多結晶体を製造する方法について説明する。本実施の形態では、周期表14族元素のハロゲン化物として四塩化ケイ素(SiCl4)を使用し、キャリアガスとしてアルゴンを使用し、多結晶シリコン(ポリシリコン)を製造する例について説明する。
(Polycrystalline production method)
Next, a method for producing a polycrystal of a periodic table group 14 element using the production apparatus I described above will be described. In the present embodiment, an example in which polycrystalline silicon (polysilicon) is manufactured using silicon tetrachloride (SiCl 4 ) as a halide of a group 14 element of the periodic table and argon as a carrier gas will be described.
本実施の形態では、初めに、圧力調整弁22aを開き、キャリアガス貯槽22に貯蔵されているアルゴンを、ガス供給管22Lを介して反応容器10に供給する。続いて、原料供給弁21aを開き、原料貯槽21に貯蔵されている四塩化ケイ素を供給機24により原料供給管21Lを介して反応容器10に供給する。本実施の形態では、供給機24として送液ポンプを使用している。四塩化ケイ素は、反応容器10に供給される前に、加熱器23により所定の温度に加熱される。これにより、目的とする圧力まで速やかに加圧し、圧力を安定させることができる。加熱器23により加熱される四塩化ケイ素の温度は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、300K(27℃)〜570K(297℃)、好ましくは、330(57℃)〜520K(247℃)の範囲である。
In the present embodiment, first, the
反応容器10に供給する四塩化ケイ素とアルゴンとの割合は特に限定されないが、通常、アルゴン50mlに対し、四塩化ケイ素0.1ml〜100,000ml、好ましくは、10ml〜5,000ml、より好ましくは、10ml〜200mlである。アルゴンに対する四塩化ケイ素の割合が過度に小さいと、ポリシリコンの生成速度が遅くなる傾向がある。アルゴンに対する四塩化ケイ素の割合が過度に大きいと、プラズマ放電が不安定となる傾向がある。
The ratio of silicon tetrachloride and argon supplied to the
尚、四塩化ケイ素とアルゴンとが供給された反応容器10内の圧力は、圧力調整弁22a及び排圧調整弁25を用いて調整する。反応容器10内の圧力は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、3MPa〜20MPa、好ましくは、5MPa〜10MPaの範囲で調整する。
Note that the pressure in the
次に、所定の加熱器(図示せず)を用いて反応容器10を加熱し、反応容器10に供給された四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の超臨界流体状態を形成する。
ここで超臨界流体状態とは、物質固有の気液の臨界温度を超えた非凝縮性流体と定義される。即ち、密閉容器内に気体と液体とが存在すると、温度上昇とともに液体は熱膨張しその密度は低下する。一方、気体は、蒸気圧の増加によりその密度が増大する。そして最後に、両者の密度が等しくなり、気体とも液体とも区別の付かない均一な状態になる。物質の温度−圧力線図(図示せず)では、このような状態になる点を臨界点といい、臨界点の温度を臨界温度(Tc)、臨界点の圧力を臨界圧力(Pc)という。超臨界流体状態とは、物質の温度及び圧力が臨界点を超えた状態にあることをいう。
Next, the
Here, the supercritical fluid state is defined as a non-condensable fluid that exceeds the gas-liquid critical temperature inherent to the substance. That is, when gas and liquid are present in the sealed container, the liquid thermally expands as the temperature rises, and its density decreases. On the other hand, the density of gas increases as the vapor pressure increases. And finally, the density of both becomes equal, and it becomes a uniform state indistinguishable from gas and liquid. In the temperature-pressure diagram (not shown) of the substance, the point at which such a state is reached is called the critical point, the critical point temperature is called the critical temperature (Tc), and the critical point pressure is called the critical pressure (Pc). A supercritical fluid state means that the temperature and pressure of a substance exceed a critical point.
本実施の形態では、四塩化ケイ素の臨界温度(Tc)は506.75K(233.6℃)、臨界圧力(Pc)は3.73MPaである。また、アルゴンの臨界温度(Tc)は87.45K(−185.7℃)、臨界圧力(Pc)は4.86MPaである。
四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の場合、混合物の臨界温度(Tc)と臨界圧力(Pc)とは、四塩化ケイ素とアルゴンの組成により、それぞれの物質の臨界温度(Tc)と臨界圧力(Pc)との間で適宜調整することができる。
In the present embodiment, silicon tetrachloride has a critical temperature (Tc) of 506.75 K (233.6 ° C.) and a critical pressure (Pc) of 3.73 MPa. The critical temperature (Tc) of argon is 87.45K (-185.7 ° C.), and the critical pressure (Pc) is 4.86 MPa.
In the case of a mixture of silicon tetrachloride and argon, the critical temperature (Tc) and critical pressure (Pc) of the mixture depend on the composition of silicon tetrachloride and argon, and the critical temperature (Tc) and critical pressure (Pc) of each substance. ) Can be adjusted accordingly.
本実施の形態では、反応容器10の温度は、通常、80K以上、好ましくは、300K〜600K、より好ましくは、313K〜510Kの範囲になるように加熱される。また、反応容器10内の圧力は、通常、3MPa以上、好ましくは4.86MPa〜40MPa、より好ましくは4MPa〜10MPaの範囲で保持される。このような条件下、反応容器10内で、四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の超臨界流体状態が形成される。
In the present embodiment, the temperature of the
続いて、高周波電源27により電極11,12間に電力を印加し、プラズマ放電を発生させる。プラズマ放電を発生させる放電条件は、電極11,12間の距離や反応容器10内の圧力により適宜選択され特に限定されない。本実施の形態では、例えば、電源の周波数を13.56MHz、電力を100W〜200W程度に設定した場合、プラズマ放電時間は、数秒間〜数時間程度とすることが適当である。
Subsequently, electric power is applied between the
上述したように、四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の超臨界流体状態において電極11,12間に電力を印加し、プラズマ放電を発生させることにより、四塩化ケイ素は分解・反応する。そして、分解後に反応容器10内に設けたシリコン単結晶からなる種結晶30の表面に到達したケイ素ラジカルは、種結晶30の表面上で析出する。そして、種結晶30のシリコン単結晶によって結晶化が誘発され、固相エピタキシャル成長が起こり、最終的にポリシリコンが形成される。
As described above, silicon tetrachloride is decomposed and reacted by applying power between the
本実施の形態では、超臨界流体状態の四塩化ケイ素にプラズマ放電を行うことにより、高濃度のケイ素ラジカルが発生し、高密度のポリシリコンの形成が可能となる。
また、超臨界流体状態の四塩化ケイ素は、高い拡散性を有するため、種結晶30等の表面にケイ素ラジカルを効率よく供給することが可能となる。さらに、四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の超臨界流体状態を形成することにより、反応系内が均一濃度に保たれ、生成するポリシリコンの緻密性が向上する。
また、種結晶30としてシリコン単結晶を用いることにより、ポリシリコンの成長が促進される。
In this embodiment, by performing plasma discharge on silicon tetrachloride in a supercritical fluid state, high concentration silicon radicals are generated, and high density polysilicon can be formed.
In addition, since silicon tetrachloride in a supercritical fluid state has high diffusibility, silicon radicals can be efficiently supplied to the surface of the
In addition, by using a silicon single crystal as the
尚、本実施の形態では、プラズマ放電を行う際に高周波電源27を用いる場合について説明したが、これに代えて直流電源を用いることもできる。
また、超臨界流体状態におけるプラズマ放電により分解した塩素は、所定の塩素ガス回収装置(図示せず)により回収される。さらに、未反応の四塩化ケイ素回収装置(図示せず)により回収され、原料貯槽21へリサイクルされる。
In the present embodiment, the case where the high-
Further, chlorine decomposed by plasma discharge in the supercritical fluid state is recovered by a predetermined chlorine gas recovery device (not shown). Furthermore, it is recovered by an unreacted silicon tetrachloride recovery device (not shown) and recycled to the raw
以下、実施例に基づき本実施の形態についてさらに詳述する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例)
図1に示す製造装置Iを使用し、以下の操作によりポリシリコンを製造する。
反応容器10として、通電可能なハステロイC製の耐圧セル(内容量:50ml)を使用する。供給機24として送液ポンプ(日本分光株式会社製)、圧力調整弁22aとして全自動圧力調整弁(日本分光株式会社製)、排圧調整弁25として全自動排圧調整弁(日本分光株式会社製)を用いる。
(Example)
Polysilicon is manufactured by the following operation using the manufacturing apparatus I shown in FIG.
As the
電極11,12として、幅10mm×長さ20mmである平行平板電極を反応容器10に取付ける。電極11,12の材質として、SUSを使用する。電極11,12の間隔を、0.01mmに設定する。シリコン単結晶からなる種結晶30を炭素電極31上に取り付ける。原料用貯槽21に純度99.9%の四塩化ケイ素を充填する。キャリアガス貯槽22に、純度99.9%のアルゴンガスを充填する。
尚、高周波電源27として、交流発生器(東京ハイパワー株式会社製PSG−1301)、高周波発生器(東京ハイパワー株式会社製PA−150)及び直流変換器(東京ハイパワー株式会社製PS−330)を用い、整合器26として東京ハイパワー株式会社製HC−2000を用いる。
As the
As the high
初めに、反応容器10中にキャリアガス貯槽22からアルゴンガスを供給し、続いて、原料貯槽21から反応容器10中に四塩化ケイ素を供給する。次に、反応容器10中の圧力が5MPaになるように加圧し、温度を308Kに昇温し、四塩化ケイ素とアルゴンガスとの混合物の超臨界流体状態を形成し、約20分間放置する。
続いて、四塩化ケイ素とアルゴンガスとの混合物の超臨界流体状態において、高周波電源27(13.56MHz)により、電極11,12に100Wの電力を約3分間印加し、プラズマ放電を発生させる。その後、反応容器10を冷却し、反応容器10中の圧力を、0.1MPa/分の速度で減圧する。
反応終了後、反応容器10内に設けたシリコン単結晶からなる種結晶30の表面上にポリシリコンが形成される。
First, argon gas is supplied from the carrier
Subsequently, in a supercritical fluid state of a mixture of silicon tetrachloride and argon gas, 100 W of power is applied to the
After the reaction is completed, polysilicon is formed on the surface of the
図2は、四塩化ケイ素とアルゴンガスとの混合物の超臨界流体状態におけるプラズマ発光スペクトルを示す。図2に示すプラズマ発光スペクトルによれば、ケイ素原子に対応するピーク(212.1nm、221.3nm、251.9nm、288.4nm)が見られる。この中でも、221.3nmと251.9nmとに、非常に強いピークが検出される。これにより、四塩化ケイ素が原子状に分解していることが分かる。 FIG. 2 shows a plasma emission spectrum in a supercritical fluid state of a mixture of silicon tetrachloride and argon gas. According to the plasma emission spectrum shown in FIG. 2, peaks corresponding to silicon atoms (212.1 nm, 221.3 nm, 251.9 nm, and 288.4 nm) are observed. Among these, very strong peaks are detected at 221.3 nm and 251.9 nm. Thereby, it turns out that silicon tetrachloride has decomposed | disassembled into atomic form.
10…反応容器(反応容器本体)、11,12…電極、21…原料貯槽、22…キャリアガス貯槽、27…高周波電源、30…種結晶、31…炭素電極、32…外部電源
DESCRIPTION OF
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内部に導入されたケイ素(Si)及びゲルマニウム(Ge)から選ばれる周期表14族元素のハロゲン化物とヘリウム、ネオン、アルゴンから選ばれる不活性ガスからなるキャリアガスとの混合物の超臨界流体状態を形成するための反応容器本体と、
前記反応容器本体中に供給される前記キャリアガスを貯蔵するキャリアガス貯槽と、
前記反応容器本体の内部に設けられプラズマ放電を行うための電極と、
前記反応容器本体の内部に設けられ前記プラズマ放電で分解した前記周期表14族元素を表面上で析出させる種結晶と、を有する
ことを特徴とする多結晶体の製造装置。 An apparatus for producing a polycrystalline body,
A supercritical fluid state of a mixture of a halide of a periodic table group 14 element selected from silicon (Si) and germanium (Ge) introduced into the inside and a carrier gas consisting of an inert gas selected from helium, neon, and argon A reaction vessel body for forming;
A carrier gas storage tank for storing the carrier gas supplied into the reaction vessel body;
An electrode provided inside the reaction vessel body for performing plasma discharge;
And a seed crystal that is provided inside the reaction vessel main body and precipitates on the surface the group 14 element of the periodic table decomposed by the plasma discharge.
内部に電極と種結晶とを備える反応容器中に、キャリアガスとしてヘリウム、ネオン、アルゴンから選ばれる不活性ガスと、ケイ素(Si)及びゲルマニウム(Ge)から選ばれる周期表14族元素のハロゲン化物を供給し、当該不活性ガスと当該周期表14族元素のハロゲン化物との混合物の超臨界流体状態を形成する超臨界流体状態形成工程と、
形成された前記超臨界流体状態においてプラズマ放電を行い前記種結晶上に周期表14族元素の多結晶体を析出させる結晶析出工程と、を有する
ことを特徴とする多結晶体の製造方法。 A method for producing a polycrystal, comprising:
In a reaction vessel having an electrode and a seed crystal inside, an inert gas selected from helium, neon, and argon as a carrier gas, and a halide of a group 14 element in the periodic table selected from silicon (Si) and germanium (Ge) A supercritical fluid state forming step of forming a supercritical fluid state of a mixture of the inert gas and the halide of the group 14 element of the periodic table ;
A crystal precipitation step of performing plasma discharge in the formed supercritical fluid state to deposit a polycrystal of a group 14 element of the periodic table on the seed crystal.
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