JP6513842B2 - Apparatus for producing silicon core wire and polycrystalline silicon rod for producing polycrystalline silicon rod - Google Patents

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Description

本発明は多結晶シリコン棒の製造技術に関し、より詳細には、CVD反応によりシリコン芯線上に多結晶シリコンを析出させる際のシリコン芯線の破損や転倒等を防止して、安定的な多結晶シリコン棒の製造を可能とするための技術に関する。   The present invention relates to a polycrystalline silicon rod manufacturing technique, and more particularly, to prevent a silicon core wire from being broken or toppled over when depositing polycrystalline silicon on a silicon core wire by a CVD reaction, thereby ensuring stable polycrystalline silicon. It relates to the technology for enabling the production of rods.

半導体製造用の単結晶シリコン基板や太陽電池製造用のシリコン基板の原料となる多結晶シリコンの製造方法として、シーメンス法やユニオンカーバイト法が知られている。   The Siemens method and the union carbide method are known as a manufacturing method of the polycrystalline silicon used as a raw material of the monocrystal silicon substrate for semiconductor manufacture, and the silicon substrate for solar cell manufacture.

言うまでもなく、シーメンス法は、クロロシランを含む原料ガスを、加熱したシリコン芯線(シリコンスタータフィラメント)に接触させ、CVD反応により当該シリコン芯線の表面に多結晶シリコンを気相成長させる方法である。   Needless to say, the Siemens method is a method in which a source gas containing chlorosilane is brought into contact with a heated silicon core wire (silicon starter filament), and polycrystalline silicon is vapor-phase grown on the surface of the silicon core wire by a CVD reaction.

ユニオンカーバイト法は、モノシランを含むガス(実質的にクロルフリーのガス)を原料として、シーメンス法と同様に、加熱したシリコン芯線に接触させてCVD反応によりシリコン芯線表面に多結晶シリコンを気相成長させる方法である(例えば、特開2010−269994号公報(特許文献1)を参照)。   In the union carbide method, a gas containing monosilane (substantially chlorine free gas) is used as a raw material, and in the same manner as the Siemens method, polycrystalline silicon is brought into the gas phase on the silicon core surface by CVD reaction by contacting it with a heated silicon core. It is a method to make it grow (for example, refer to JP, 2010-269994, A (patent documents 1)).

近年、多結晶シリコン棒の大口径化や多結晶シリコンの析出速度を高めることによる、多結晶シリコンの製造コストの低減の試みがなされてきている。多結晶シリコンの析出速度を高めるためには、多結晶シリコンの成長層表面に形成される「境膜」を著しく薄くすること、および、析出反応温度を高くする必要がある。ここで、「境膜」とは、多結晶シリコン棒の表面を層流状態で原料ガスが流れている極薄領域のことである。   In recent years, attempts have been made to reduce the manufacturing cost of polycrystalline silicon by increasing the diameter of polycrystalline silicon rods and increasing the deposition rate of polycrystalline silicon. In order to increase the deposition rate of polycrystalline silicon, it is necessary to make the "film" formed on the surface of the growth layer of polycrystalline silicon extremely thin and to increase the deposition reaction temperature. Here, the "film" is an extremely thin area in which the source gas flows in a laminar flow on the surface of the polycrystalline silicon rod.

高速成長条件を満足させるように反応炉内への原料ガス供給を行う場合、必然的に、ガスの運動エネルギーは大きくなる。シリコン芯線の直径は僅か数ミリであるという事情もあり、高速成長条件下では、逆U字型のシリコン芯線の端部の保持部材であるグラファイトチャックとの接続部分が折損し易い。   In the case of supplying the source gas into the reactor so as to satisfy the high-speed growth conditions, kinetic energy of the gas inevitably increases. There is also a circumstance that the diameter of the silicon core wire is only a few millimeters, and under high speed growth conditions, the connection portion with the graphite chuck which is the holding member of the end of the inverted U-shaped silicon core wire is easily broken.

また、シリコン芯線を700〜1200℃に加熱するための通電には数千ボルトの電圧が掛るため、シリコン芯線とその保持部材(グラファイトチャック)との接続部(接触部)や、シリコン芯線に通電するための金属電極と上記保持部材との接続に用いられる支持部材との接続部(接触部)において、スパーク等が発生し易い。これは、上記シリコン芯線と保持部材ないし保持部材と支持部材の固有抵抗差や接触抵抗が大きいほど顕著となる。   In addition, since a voltage of several thousand volts is applied to the conduction to heat the silicon core wire to 700 to 1200 ° C., the connection portion (contact portion) between the silicon core wire and its holding member (graphite chuck) and the silicon core wire are energized. In the connection portion (contact portion) between the metal electrode to be used and the support member used to connect the holding member, sparks and the like are easily generated. This becomes remarkable as the specific resistance difference or the contact resistance between the silicon core wire and the holding member or between the holding member and the support member increases.

このようなスパーク等が発生すると、シリコン芯線が局部的に溶断したり構造的にダメージを受けるなどして、相互の接続強度が著しく低下し、最悪の場合には、析出反応の初期段階でシリコン芯線が転倒したり破損したりする。   When such a spark or the like occurs, the silicon core wire is locally fused or structurally damaged, and the connection strength significantly decreases. In the worst case, silicon is released at the initial stage of the precipitation reaction. The core may fall over or be damaged.

この様なシリコン芯線の折損、転倒、破損が生じると、その後の多結晶シリコンの析出反応は不可能となるため、斯かる不都合を防止するべく、種々の方法が提案されている。   When such breakage, fall, or breakage of the silicon core wire occurs, the subsequent precipitation reaction of polycrystalline silicon becomes impossible, and various methods have been proposed to prevent such inconvenience.

特開2009−256191号公報(特許文献2)には、「シリコン芯棒を保持する電極の表面に析出した多結晶シリコンが、ロッドの自重を支えるとともに、シリコン芯棒から剥がれ落ちることを防止することができる多結晶シリコン反応炉」であって、「炉内に設けたシリコン芯棒を通電加熱し、炉内に供給した原料ガスを反応させて、前記シリコン芯棒表面に多結晶シリコンを生成させる多結晶シリコン反応炉であって、炉の底板部に、該底板部に対して電気絶縁状態に設けた電極ホルダと、該電極ホルダに連結され、前記シリコン芯棒を上方に向けて保持する芯棒保持電極とを備え、前記芯棒保持電極の外周面に炉内雰囲気に露呈する凹凸部が設けられたことを特徴としている」る多結晶シリコン反応炉の発明が開示されており、「前記芯棒保持電極の上端部には、上方に向かって縮径するテーパ部が設けられ、このテーパ部のテーパ角度が70°以上130°以下であること」によって、「芯棒保持電極を高温に保つことができ、芯棒保持電極の外周側面の全域において多結晶シリコンを析出し易くさせる一方で、傾斜が必要以上に急勾配とされていないため、テーパ部に析出した多結晶シリコンが剥離することはない。」とされている。   JP-A-2009-256191 (patent document 2): "The polycrystalline silicon deposited on the surface of the electrode holding the silicon core rod supports the weight of the rod while preventing peeling off from the silicon core rod. The silicon core rod provided in the furnace is electrically heated, and the raw material gas supplied into the furnace is reacted to generate polycrystalline silicon on the surface of the silicon core rod. Polycrystalline silicon reaction furnace, wherein the bottom plate portion of the furnace is connected to an electrode holder provided in an electrically insulated state with respect to the bottom plate portion, and the electrode holder, and the silicon core rod is held upward The invention of a polycrystalline silicon reactor is disclosed which is characterized in that a core rod holding electrode is provided, and an uneven portion exposed to the atmosphere in the furnace is provided on the outer peripheral surface of the core rod holding electrode. The upper end portion of the core rod holding electrode is provided with a tapered portion whose diameter decreases upward, and the taper angle of the tapered portion is 70 ° or more and 130 ° or less. While it is easy to deposit polycrystalline silicon over the entire area of the outer peripheral side surface of the core rod holding electrode, polycrystalline silicon deposited in the tapered portion is peeled off because the slope is not made to be steeper than necessary. There is nothing to do. "

特開2010−235438号公報(特許文献3)には、「作業性に優れ、高品質のシリコン製品を製造できる多結晶シリコン製造装置を提供することを目的」とした発明であって、「反応炉内で加熱された上下方向に沿うシリコン芯棒に原料ガスを接触させることにより前記シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコン製造装置であって、前記シリコン芯棒の下端部が挿入される保持孔が形成された導電材からなる芯棒保持部を備え、この芯棒保持部において、前記保持孔は水平方向に沿う断面が複数の角部を有する形状であり、2つ以上の前記角部に、前記芯棒保持部の外面から連通するねじ穴が形成されており、これらのねじ穴の少なくともいずれかに、前記シリコン芯棒を固定する固定ねじが螺合される。」構成の多結晶シリコン製造装置が開示されており、「この発明によれば、連結部材が取り付けられても一対のシリコン芯棒の撓みが十分に矯正されない場合や、シリコン芯棒の保持孔に位置ずれや傾き等が生じている場合等に、固定ねじを螺合するねじ穴を変更することにより、シリコン芯棒と保持孔との寸法差に応じて、シリコン芯棒の立設位置や姿勢を調整できる。したがって、連結部材によって連結された一対のシリコン芯棒の撓みを、固定ねじの螺合位置を変更するという簡易な作業によって矯正することができる。」とされている。   JP-A-2010-235438 (Patent Document 3) is an invention directed to "providing an apparatus for producing polycrystalline silicon capable of producing a silicon product excellent in workability and high quality", which is "reaction" A polycrystalline silicon manufacturing apparatus for depositing polycrystalline silicon on the surface of a silicon core rod by bringing a raw material gas into contact with a silicon core rod along a vertical direction heated in a furnace, the lower end portion of the silicon core rod In the core rod holding portion, the holding hole has a shape in which the cross section along the horizontal direction has a plurality of corner portions; A screw hole communicating with the outer surface of the core rod holding portion is formed in the corner portion described above, and a fixing screw for fixing the silicon core rod is screwed into at least one of these screw holes. " A polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to the present invention, "according to the present invention, the deflection of the pair of silicon core rods is not sufficiently corrected even when the connecting member is attached, or Adjust the standing position and posture of the silicon core rod according to the dimensional difference between the silicon core rod and the holding hole by changing the screw hole to which the fixing screw is screwed, etc. when there is a tilt or the like. Therefore, the deflection of the pair of silicon core rods connected by the connecting member can be corrected by the simple operation of changing the screwing position of the fixing screw.

特開2010−235440号公報(特許文献4)には、「保持部とシリコン芯棒との間の電気抵抗を小さくして、効率よくシリコンシードを加熱することが求められる。」という事情に鑑み、「効率よくシリコンシードを加熱し、高品質のシリコン製品を製造できる多結晶シリコン製造装置を提供することを目的」として、「反応炉内で加熱された上下方向に沿うシリコン芯棒に原料ガスを接触させることにより前記シリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコン製造装置であって、前記シリコン芯棒の下端部が挿入される保持孔が形成された導電材からなる芯棒保持部を備え、前記シリコン芯棒が断面多角形状に形成されているとともに、前記芯棒保持部において、前記保持孔は前記上下方向に交差する断面が前記シリコン芯棒に対応する多角形であり、前記芯棒保持部の外面から連通するねじ穴が形成されており、このねじ穴に、前記シリコン芯棒の側面を前記保持孔の内面に押圧する固定ねじが螺合されている」構造の多結晶シリコン製造装置の発明が開示されており、「この発明によれば、シリコン芯棒の側面が芯棒保持部の保持孔の内面に面接触するので、シリコン芯棒と芯棒保持部との電気抵抗が小さく、シリコン芯棒に対して効率よく電力を供給することができる。」とされている。   In view of the situation that "the electrical resistance between the holding portion and the silicon core rod is reduced and the silicon seed is efficiently heated" is proposed in JP 2010-235440 A (patent document 4). , “For the purpose of providing a polycrystalline silicon manufacturing apparatus capable of efficiently heating a silicon seed and producing high quality silicon products”, “raw material gas is applied to the silicon core rod along the vertical direction heated in the reactor. A polycrystalline silicon manufacturing apparatus for depositing polycrystalline silicon on the surface of the silicon core rod by contacting the core rod, wherein the core rod is made of a conductive material in which a holding hole into which the lower end portion of the silicon core rod is inserted is formed. And a holding section, wherein the silicon core rod is formed in a polygonal shape in cross section, and in the core rod holding section, the holding hole has a cross section intersecting in the vertical direction. It is a polygon corresponding to a core rod, and a screw hole communicating with the outer surface of the core rod holding portion is formed, and the screw hole is fixed to press the side surface of the silicon core rod to the inner surface of the holding hole. The invention of a polycrystalline silicon manufacturing apparatus having a structure in which a screw is screwed in is disclosed, "According to this invention, the side surface of the silicon core rod is in surface contact with the inner surface of the holding hole of the core rod holding portion. The electric resistance between the silicon core rod and the core rod holding portion is small, and power can be efficiently supplied to the silicon core rod.

しかし、上述の特許文献2〜4に開示の発明のものは、保持部材(グラファイトチャック)の構造が複雑であり、セッティング作業に要する時間も長いことに加え、保持部材を固定するネジの僅かな緩みや偏った過大な締め付け等により、局部的に過大な密度の電流が流れてスパークし易いという欠点がある。   However, in the inventions disclosed in Patent Documents 2 to 4 described above, the structure of the holding member (graphite chuck) is complicated and the time required for the setting operation is also long, and a small number of screws for fixing the holding member are used. There is a disadvantage that a current of an excessive density flows locally and it is easy to spark due to looseness, biased excessive tightening, or the like.

特開2011−195438号公報(特許文献5)には、「従来の構造様式の電極に比べて転倒確率が格段に低減された電極を提供すること」を目的として、「円錐状先端部または角錐状先端部を有する、炭素から成る電極であって、当該電極は、フィラメントロッドを収容する手段を有しており、前記円錐状先端部または角錐状先端部の側面は、少なくとも1つの、盛り上げられた縁部によって取り囲まれている、ことを特徴とする電極」の発明が開示されている。   JP 2011-195438 A (patent document 5) aims at "providing an electrode with a significantly reduced overturning probability compared to an electrode of a conventional structure type", "a conical tip or a pyramid. A carbon-made electrode, the electrode comprising means for accommodating a filament rod, the sides of the conical tip or the pyramidal tip being raised at least one The invention of "electrode characterized in that it is surrounded by an edge" is disclosed.

しかし、特許文献5に開示のものは、電極形状が複雑であるために高価にならざるを得ないことに加え、特許文献5には、多結晶シリコンの析出初期の転倒等の防止に最も重要となる、フィラメントロッドと電極の接触部分をどのように工夫するかに関しては言及がない。   However, in addition to the fact that the one disclosed in Patent Document 5 has to be expensive because the electrode shape is complicated, Patent Document 5 is most important for preventing overturning and the like in the initial stage of deposition of polycrystalline silicon. There is no mention of how to devise the contact portion between the filament rod and the electrode.

特開2011−195439号公報(特許文献6)には、「従来の構造様式の電極に比べて転倒確率が格段に低減された電極を提供すること」を目的とした炭素から成る電極であって、「当該電極は、異なる固有熱伝導率を有する、少なくとも2つの異なる領域から成り、外側の領域(A)は電極の基礎部分を形成し、1つまたは複数の内側領域を支持し、最も内側の領域(B)は上方で、領域(A)から突出し、領域(A)よりも低い固有熱伝導率を有している、ことを特徴とする電極」の発明が開示されている。   JP-A-2011-195439 (Patent Document 6) is an electrode made of carbon for the purpose of "providing an electrode whose falling probability is significantly reduced as compared with an electrode of a conventional structure". “The electrode consists of at least two different regions with different inherent thermal conductivities, the outer region (A) forms the base of the electrode and supports one or more inner regions, the innermost The invention of "electrode" is disclosed, characterized in that the region (B) of the upper part protrudes from the region (A) and has a lower inherent thermal conductivity than the region (A).

そして、特許文献6によれば、「成長の開始時、ひいてはロッド直径が小さい時には、ロッド脚部はまずは、低い熱伝導率を有するはめ込み部分上でのみ成長する。使用されている黒鉛が低い固有熱伝導率を有しているので、はめ込み部分(領域B)を介した熱導出性が低くなり、成長の開始時には、電極全体にわたって、およびその電極保持部にわたって導出される熱は僅かであり、まだロッド直径が小さい場合でも、シリコンロッドへ電極の接続部で高い温度が得られる。過度に低い温度故にエッチングプロセスが生じ得る、ロッド脚部での冷たい領域は存在しない。これによってロッド脚部は迅速に、かつ誤りなく、領域(B)における電極先端部と合体する。 これによって、析出プロセスの前または間のロッド直径が小さい場合の転倒が完全に阻止される。」とされる。   And, according to Patent Document 6, "At the beginning of growth, and hence when the rod diameter is small, the rod legs initially grow only on the inset with low thermal conductivity. Because of the thermal conductivity, heat dissipation through the inset (region B) is low, and at the start of growth, little heat is dissipated across the electrode and across its electrode holder, Even if the rod diameter is still small, high temperatures can be obtained at the connection of the electrodes to the silicon rod: there is no cold area at the rod legs where an etching process can occur because of the excessively low temperature. Quickly and without error merge with the electrode tip in region (B), thereby reducing the rod diameter before or during the deposition process Debt is to be completely blocked. ".

しかし、特許文献6に開示の電極は、異なる固有熱伝導率を有する領域から成るため複雑な形状とならざるを得ないし、特許文献5と同様に、多結晶シリコンの析出初期の転倒等の防止に最も重要となる、フィラメントロッドと電極の接触部分をどのように工夫するかに関しては言及がない。   However, the electrode disclosed in Patent Document 6 has a complicated shape because it has regions having different inherent thermal conductivities, and as in Patent Document 5, prevention of fall of the initial stage of deposition of polycrystalline silicon, etc. is prevented. There is no mention of how to devise the contact portion between the filament rod and the electrode, which is the most important.

特許第2671235号明細書(特許文献7)には、「長寸のスターターフィラメント上でガス状ケイ素化合物を熱分解することによって多結晶ケイ素棒を製造する際に前記スターターフィラメントを装着するのに適した黒鉛製チャックにおいて、水素不透過製外側被覆層を有することを特徴とする黒鉛製チャック」であって、「前記黒鉛製チャックが前記スターターフィラメントを加熱するための電流を供給する電極上へ前記黒鉛製チャックを装着するのに適した下側溝を有することを特徴とする」黒鉛製チャックが開示されている。   Patent No. 2671235 (patent document 7) "suitable for mounting the said starter filament in the production of polycrystalline silicon rods by pyrolyzing gaseous silicon compounds on long starter filaments A graphite-made chuck having a hydrogen-impermeable outer covering layer, said "chuck made of graphite" on the electrode for supplying a current for heating the starter filament. A graphite chuck is disclosed that is characterized by having a lower groove suitable for mounting a graphite chuck.

しかし、特許文献7に開示のチャック構造のものでは、上部の円錐状黒鉛製チャック先端部に設けられた溝とスターターフィラメントの接触抵抗が大きく、破損や転倒確率が極めて高い。   However, in the chuck structure disclosed in Patent Document 7, the contact resistance between the groove provided at the top end of the conical graphite chuck and the starter filament is large, and the probability of breakage or falling is extremely high.

特許第3909242号明細書(特許文献8)には、「析出装置の基板に導通され、固定された電流通路と電極ホルダーを有し、この電極ホルダーは電流通路の上に配置されている下面および炭素電極と接続されている上面を有し、この炭素電極に支持体をはめ込むことができる装置により解決され、この装置は、炭素電極が145W/m・Kより大きい熱伝導率を有し、かつシリコンの熱膨張率に適合している熱膨張率を有することを特徴とする。」半導体材料を析出する装置の発明が開示されている。   Japanese Patent No. 3909242 (patent document 8) describes that “the lower surface of the deposition apparatus has a current passage and an electrode holder which are electrically connected and fixed to the substrate of the deposition apparatus, and the electrode holder is disposed above the current passage. The problem is solved by a device having a top surface connected to a carbon electrode and in which a support can be fitted to this carbon electrode, wherein the carbon electrode has a thermal conductivity greater than 145 W / m · K and It is characterized by having a coefficient of thermal expansion adapted to the coefficient of thermal expansion of silicon. "The invention of an apparatus for depositing semiconductor material is disclosed.

そして、特許文献8によれば、上記発明により、「試験の際に、多くの場合に棒の脚の破砕によりポリシリコン棒が傾倒することが示された。一般的な炭素電極と前記の材料特性を有する炭素電極との交換によってのみ棒脚部の破砕の発生を著しく減少することができた。破裂した棒の脚部による多結晶シリコン棒の傾倒は本発明の装置により阻止される。」とされている。   And, according to Patent Document 8, according to the above-mentioned invention, "during testing, it was shown that the polysilicon rod is inclined due to the breakage of the rod leg in many cases. A general carbon electrode and the above-mentioned material The occurrence of breakage of the rod legs could be significantly reduced only by exchanging with the carbon electrode having the characteristics: tilting of the polycrystalline silicon rod by the ruptured rod legs is prevented by the device according to the invention ". It is assumed.

しかし、特許文献8も、多結晶シリコンの析出初期の転倒等の防止に最も重要となる、フィラメントロッドと電極の接触部分をどのように工夫するかに関しては言及がない。   However, Patent Document 8 also does not mention how to devise the contact portion between the filament rod and the electrode, which is most important for preventing a fall or the like in the initial stage of deposition of polycrystalline silicon.

特表2012−521950号公報(特許文献9)には、「特にシリコン蒸着反応器内で、細シリコンロッドを組み込みシリコンロッドと電気的に接触させるものであり、細シリコンロッドの一端部を支えるロッドホルダーを備え、ロッドホルダーは、細いシリコンロッドを支える支持スペースの周りに配置された少なくとも3個の接触要素を備え、各接触要素は、電気的機械的に細シリコンロッドと接触するように支持スペース方向に面する接触面を形成し、隣り合った接触要素の接触面は間隔をおいて位置している。」構成の接触型クランプ装置の発明が開示されている。   As disclosed in JP 2012-521950 A (Patent Document 9), “a rod that incorporates a fine silicon rod and makes electrical contact with the silicon rod in a silicon deposition reactor in particular, and supports a rod end of the thin silicon rod Provided with a holder, the rod holder comprising at least three contact elements arranged around a support space supporting a thin silicon rod, each contact element supporting space so as to contact the thin silicon rod electrically and mechanically The invention of a contact-type clamping device is disclosed which forms a directionally facing contact surface and the contact surfaces of adjacent contact elements are spaced apart.

しかし、特許文献9に開示のものは、クランプ構造が複雑であるために高価にならざるを得ない。   However, the one disclosed in Patent Document 9 has to be expensive because the clamp structure is complicated.

特表2014−504582号公報(特許文献10)には、「ウェルおよびフィラメントチャネルを備える第1のセクションと、電極チャネルを有する第2のセクションとを備えるチャック」であって、「前記ウェルは、前記ウェルの底部表面から前記第1のセクションの一方の端部まで円周方向に延在する複数のスラットによって画定され」、「前記複数のスラットの各々がウィンドウによって分離され、各ウィンドウが隣接するスラットの長さに少なくとも部分的に沿って延在する」構成の、「化学蒸着中に作られるロッドを支持するウェルを有するチャック」の発明が開示されている。   Japanese Patent Publication No. 2014-504582 (Patent Document 10) describes “a chuck comprising a first section comprising a well and a filament channel and a second section comprising an electrode channel”, wherein “the well is Defined by a plurality of slats extending circumferentially from the bottom surface of the well to one end of the first section, “each of the plurality of slats is separated by a window, each window being adjacent The invention of "a chuck having a well supporting a rod made during chemical vapor deposition" is disclosed, extending at least partially along the length of the slat.

しかし、特許文献10に開示のチャック構造は、支持されるシリコン芯線(フィラメント)の炉内での揺れに対する考慮がなされておらず、大口径化する多結晶シリコン棒の製造には適さないものと考えられる。   However, the chuck structure disclosed in Patent Document 10 does not take into consideration the swaying of the supported silicon core wire (filament) in the furnace, and is not suitable for the production of a polycrystalline silicon rod having a large diameter. Conceivable.

特開2010−269994号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-269994 特開2009−256191号公報JP, 2009-256191, A 特開2010−235438号公報JP, 2010-235438, A 特開2010−235440号公報JP, 2010-235440, A 特開2011−195438号公報JP, 2011-195438, A 特開2011−195439号公報JP, 2011-195439, A 特許第2671235号明細書Patent No. 2671235 specification 特許第3909242号明細書Patent No. 3909242 Specification 特表2012−521950号公報JP 2012-521950 gazette 特表2014−504582号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-504582

以上のべたように、従来技術のものは何れも、近年の多結晶シリコン棒の大口径化や多結晶シリコンの高速析出化(例えば13μm/分以上)の要求には充分に応えきれないのが実情である。   As described above, all of the prior art can not sufficiently meet the recent demands for increasing the diameter of polycrystalline silicon rods and high speed deposition of polycrystalline silicon (for example, 13 μm / min or more). It is a fact.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、CVD法によりシリコン芯線上に多結晶シリコンを析出させる際の、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージを防止し、とりわけ析出反応の初期段階でのシリコン芯線の転倒や破損を防止して、安定した生産に寄与する技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the purpose of the present invention is to locally melt the silicon core wire due to generation of sparks or the like when depositing polycrystalline silicon on the silicon core wire by the CVD method. And to prevent structural damage, and in particular, to provide a technology that contributes to stable production by preventing tipping and breakage of the silicon core wire at the initial stage of the precipitation reaction.

上記の課題を解決するために、本発明に係るシリコン芯線は、CVD反応により多結晶シリコンを析出させるためのシードとなるシリコン芯線であって、反応炉内に設けられる保持部材に挿入される側の端部に、プラスのテーパー角となるテーパー部を有している。   In order to solve the above problems, a silicon core wire according to the present invention is a silicon core wire serving as a seed for depositing polycrystalline silicon by a CVD reaction, and a side inserted into a holding member provided in a reaction furnace At the end of the head, there is a tapered portion that has a positive taper angle.

好ましくは、前記テーパー部のテーパーは1/100(テーパー角0.5729°)以上で1/10(テーパー角5.725°)以下であり、より好ましくは、1/80(テーパー角0.7162°)以上で1/20(テーパー角2.864°)以下であり、さらに好ましくは、1/60(テーパー角0.9548°)以上で1/35(テーパー角1.6366°)以下である。   Preferably, the taper of the tapered portion is 1/100 (taper angle 0.5729 °) or more and 1/10 (taper angle 5.725 °) or less, more preferably 1/80 (taper angle 0.7162) Or more and 1/20 (taper angle 2.864 °) or less, more preferably 1/60 (taper angle 0.9548 °) or more and 1/35 (taper angle 1.6366 °) or less .

また、好ましくは、前記テーパー部のテーパー長は20mm以上で100mm以下であり、より好ましくは、20mm以上で80mm以下であり、さらに好ましくは、20mm以上で60mm以下である。   In addition, preferably, the taper length of the tapered portion is 20 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 80 mm or less, and still more preferably 20 mm or more and 60 mm or less.

また、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置は、CVD反応により多結晶シリコンを析出させるためのシードとなるシリコン芯線の保持部材を備え、前記保持部材は、前記シリコン芯線の端部を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方としシリコン芯線の端部挿入方向を下方としたときに、プラスのテーパー角となるテーパーを有している。   The apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon rod according to the present invention further includes a holding member of a silicon core wire serving as a seed for depositing polycrystalline silicon by a CVD reaction, and the holding member inserts the end portion of the silicon core wire. The inner surface of the hole has a taper with a positive taper angle when the opening side of the hole is upward and the end insertion direction of the silicon core wire is downward.

上記と同様に、好ましくは、前記テーパー部のテーパーは1/100(テーパー角0.5729°)以上で1/10(テーパー角5.725°)以下であり、より好ましくは、1/80(テーパー角0.7162°)以上で1/20(テーパー角2.864°)以下であり、さらに好ましくは、1/60(テーパー角0.9548°)以上で1/35(テーパー角1.6366°)以下である。   Similarly to the above, preferably, the taper of the tapered portion is 1/100 (taper angle 0.5729 °) or more and 1/10 (taper angle 5.725 °) or less, more preferably 1/80 (a taper angle). The taper angle is 0.7162 ° or more and 1/20 (taper angle 2.864 °) or less, and more preferably 1/60 (taper angle 0.9548 °) or more 1/35 (taper angle 1.6366) °) or less.

また、上記と同様に、好ましくは、前記テーパー部のテーパー長は20mm以上で100mm以下であり、より好ましくは、20mm以上で80mm以下であり、さらに好ましくは、20mm以上で60mm以下である。   In addition, as in the above, preferably, the taper length of the tapered portion is 20 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 80 mm or less, and still more preferably 20 mm or more and 60 mm or less.

上述の多結晶シリコン棒の製造装置は、前記シリコン芯線に通電するための金属電極と前記保持部材との接続に用いられる支持部材を備え、前記保持部材は、下端部が、プラスのテーパー角となるテーパーを有しており、前記支持部材は、前記保持部材の下端部を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方とし保持部材の下端部挿入方向を下方としたときに、テーパー角がプラスのテーパーを有している態様としてもよい。   The above-described polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus includes a support member used for connection between the metal electrode for energizing the silicon core wire and the holding member, and the lower end portion of the holding member has a positive taper angle. When the inner surface of the hole into which the lower end of the holding member is inserted has the opening side of the hole upward and the lower end insertion direction of the holding member downward. The taper angle may have a positive taper.

また、上述の多結晶シリコン棒の製造装置は、前記シリコン芯線に通電するための金属電極と前記保持部材との接続に用いられる支持部材を備え、前記保持部材は、下端部に設けられた凹部であって、該凹部の開口側を下方としたときに、その内面がプラスのテーパー角となるテーパーを有しており、前記支持部材は、前記保持部材の凹部を受け入れる凸部であって、該凸部の表面がプラスのテーパー角となるテーパーを有している態様としてもよい。   The above-mentioned polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus further includes a support member used for connection between the metal electrode for energizing the silicon core wire and the holding member, and the holding member is a recess provided at the lower end portion. When the opening side of the recess is a lower side, the inner surface has a taper with a positive taper angle, and the support member is a protrusion that receives the recess of the holding member, The surface of the projection may have a taper having a positive taper angle.

好ましくは、前記保持部材および前記支持部材の少なくとも一方がグラファイトからなる。   Preferably, at least one of the holding member and the support member is made of graphite.

本発明では、シリコン芯線とその端部を保持する保持部材の接触部分が、テーパーを有するように設計する。このような収容状態では、ネジ等の外力による固定ではなく、シリコン芯線の自重により保持されることとなる。その結果、シリコン芯線と保持部材の材料間の固有抵抗の差が大きい場合でも、実質的な接触抵抗差が小さくなり、多結晶シリコンを析出させる際のスパークの発生等が抑制され、シリコン芯線の転倒や破損が防止される。   In the present invention, the contact portion of the silicon core wire and the holding member holding the end is designed to have a taper. In such a storage state, the silicon core wire is held by its own weight instead of being fixed by an external force such as a screw. As a result, even when the difference in specific resistance between the material of the silicon core wire and the holding member is large, the substantial difference in contact resistance becomes small, and generation of sparks and the like when depositing polycrystalline silicon is suppressed. Overturning and breakage are prevented.

図1(A)は本発明に係るシリコン芯線の例を示す図であり、図1(B)はテーパー部の拡大図である。FIG. 1 (A) is a view showing an example of a silicon core wire according to the present invention, and FIG. 1 (B) is an enlarged view of a tapered portion. 図2は、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置である反応炉の構成の一例を示す概略説明図である。FIG. 2: is a schematic explanatory drawing which shows an example of a structure of the reaction furnace which is a manufacturing apparatus of the polycrystalline silicon stick which concerns on this invention. 図3(A)は、シリコン芯線を保持する芯線ホルダ、および、この芯線ホルダを載置するアダプタの一態様例の図で、図3(B)は、芯線ホルダにシリコン芯線の端部を挿入する様子を示す図である。FIG. 3 (A) is a view of a core wire holder for holding a silicon core wire, and an embodiment of an adapter for mounting the core wire holder, and FIG. 3 (B) is an end of the silicon core wire inserted into the core wire holder. It is a figure which shows a mode that it does. 図4(A)は、シリコン芯線を保持する芯線ホルダ、および、この芯線ホルダを載置するアダプタの他の態様例の図で、図4(B)は、芯線ホルダにシリコン芯線の端部を挿入する様子を示す図である。FIG. 4 (A) is a view of another embodiment of a core holder for holding a silicon core and an adapter for mounting the core holder, and FIG. 4 (B) is an end of the silicon core on the core holder. It is a figure which shows a mode that it inserts.

以下に、図面を参照して、本発明に係るシリコン芯線および多結晶シリコン棒の製造装置について説明する。   Hereinafter, with reference to the drawings, an apparatus for manufacturing a silicon core wire and a polycrystalline silicon rod according to the present invention will be described.

本発明者らは、シリコン芯線とその端部を保持する部材の接続部分に適切な勾配を設けることが、CVD法によりシリコン芯線上に多結晶シリコンを析出させる際の、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージを防止することに効果的であるという知見を得るに至った。   The inventors of the present invention have found that providing a suitable gradient at the connecting portion of the silicon core wire and the member holding the end thereof is caused by the generation of a spark or the like when depositing polycrystalline silicon on the silicon core wire by the CVD method. We have found that it is effective in preventing local fusion and structural damage of the core wire.

図1(A)は、本発明に係るシリコン芯線の例を示す図で、このシリコン芯線100は逆U字型を有し、その両端部にプラスのテーパー角となるテーパー部(10a、10b)を有している。   FIG. 1A is a view showing an example of a silicon core wire according to the present invention, wherein the silicon core wire 100 has an inverted U-shape, and taper portions (10a, 10b) having positive taper angles at both ends thereof. have.

図1(B)は、上記テーパー部10の拡大図で、このテーパー部のテーパー長はL、テーパー角はθであり、テーパーは[(α+1)−α]/L(=1/L)で定義される。テーパー部10のテーパーは、好ましくは1/100(テーパー角θ=0.5729°)以上で1/10(テーパー角5.725°)以下に設定され、より好ましくは1/80(テーパー角0.7162°)以上で1/20(テーパー角2.864°)以下に設定され、さらに好ましくは1/60(テーパー角0.9548°)以上で1/35(テーパー角1.6366°)以下に設定される。また、テーパー長Lは、好ましくは20mm以上で100mm以下とされ、より好ましくは20mm以上で80mm以下とされ、さらに好ましくは20mm以上で60mm以下とされる。   FIG. 1B is an enlarged view of the tapered portion 10, where the tapered length of the tapered portion is L, the taper angle is θ, and the taper is [(α + 1) −α] / L (= 1 / L). It is defined. The taper of the taper portion 10 is preferably set to 1/100 (taper angle θ = 0.5729 °) or more and 1/10 (taper angle 5.725 °) or less, more preferably 1/80 (taper angle 0) Is set to 1/20 (taper angle 2.864 °) or less, more preferably 1/60 (taper angle 0.9548 °) to 1/35 (taper angle 1.6366 °) Set to The taper length L is preferably 20 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 80 mm or less, and still more preferably 20 mm or more and 60 mm or less.

図2は、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置である反応炉200の構成の一例を示す概略説明図である。この図に示した反応炉200は、シーメンス法によりシリコン芯線100の表面にCVD反応により多結晶シリコンを析出させて多結晶シリコン棒120を得るための装置であり、ベースプレート25とベルジャー21により構成される。   FIG. 2: is a schematic explanatory drawing which shows an example of a structure of the reaction furnace 200 which is a manufacturing apparatus of the polycrystalline silicon stick which concerns on this invention. The reaction furnace 200 shown in this figure is an apparatus for depositing polycrystalline silicon on the surface of the silicon core wire 100 by the CVD reaction by the Siemens method to obtain the polycrystalline silicon rod 120, and is constituted by the base plate 25 and the bell jar 21. Ru.

ベースプレート25には、シリコン芯線100に電流を供給する金属電極30と、窒素ガス、水素ガス、トリクロロシランガスなどのプロセスガスを供給するガスノズル29と、排気ガスを排出する排気口28が配置されている。また、ベースプレート25には、自身を冷却するための冷媒の入口部26と出口部27が設けられている。   The base plate 25 is provided with a metal electrode 30 for supplying a current to the silicon core wire 100, a gas nozzle 29 for supplying a process gas such as nitrogen gas, hydrogen gas or trichlorosilane gas, and an exhaust port 28 for discharging exhaust gas. . Further, the base plate 25 is provided with an inlet portion 26 and an outlet portion 27 of a refrigerant for cooling itself.

ベルジャー21は、自身を冷却するための冷媒の入口部23と出口部24を有し、さらに、外部から内部を目視確認するためののぞき窓22を有している。   The bell jar 21 has a refrigerant inlet 23 and an outlet 24 for cooling itself, and further has a viewing window 22 for visually confirming the inside from the outside.

金属製の電極30はシリコン芯線100に通電するためのもので、自身を冷却するための冷媒の入口31と出口32を有しており、絶縁物35を介してベースプレート25に取り付けられており、上部には、この金属電極30と、シリコン芯線100の端部10を保持する芯線ホルダ(保持部材)34と、の間に設けられるアダプタ(芯線ホルダ34の支持部材)33を載置できる構造になっている。   The metal electrode 30 is for supplying electricity to the silicon core wire 100, has an inlet 31 and an outlet 32 of a refrigerant for cooling itself, and is attached to the base plate 25 through the insulator 35, In the upper part, an adapter (supporting member of core wire holder 34) 33 provided between metal electrode 30 and core wire holder (holding member) 34 for holding end 10 of silicon core wire 100 can be mounted. It has become.

つまり、アダプタ33の上部には芯線ホルダ34が固定され、この芯線ホルダ34にシリコン芯線100の端部10が固定され、金属製の電極30からのシリコン芯線100への通電は、アダプタ33および芯線ホルダ34を介してなされることになる。   That is, the core holder 34 is fixed to the upper part of the adapter 33, the end 10 of the silicon core 100 is fixed to the core holder 34, and the adapter 33 and the core are supplied with electricity from the metal electrode 30 to the silicon core 100. It will be done via the holder 34.

図3(A)は、シリコン芯線100を保持する芯線ホルダ34、および、この芯線ホルダ34を載置するアダプタ33の一態様例の図で、図3(B)は、芯線ホルダ34にシリコン芯線100の端部10を挿入する様子を示す図である。   FIG. 3A is a view showing an example of one embodiment of a core holder 34 holding the silicon core 100 and an adapter 33 on which the core holder 34 is placed. FIG. It is a figure which shows a mode that the edge part 10 of 100 is inserted.

シリコン芯線の保持部材である芯線ホルダ34には、シリコン芯線の端部10を挿入する孔部が設けられており、その内面は、該孔部の開口側を上方としシリコン芯線の端部10の挿入方向を下方としたときに、プラスのテーパー角となるテーパーを有している。   The core wire holder 34, which is a holding member of the silicon core wire, is provided with a hole for inserting the end 10 of the silicon core wire, and the inner surface of the core wire holder 34 has the opening side of the hole upward. When the insertion direction is downward, a taper having a positive taper angle is provided.

このテーパーは、上述のシリコン芯線の端部10を受け入れるべく、上記と同様に、好ましくは、1/100(テーパー角0.5729°)以上で1/10(テーパー角5.725°)以下とされ、より好ましくは、1/80(テーパー角0.7162°)以上で1/20(テーパー角2.864°)以下とされ、さらに好ましくは、1/60(テーパー角0.9548°)以上で1/35(テーパー角1.6366°)以下とされる。   This taper is preferably 1/100 (taper angle 0.5729 °) or more and 1/10 (taper angle 5.725 °) or less, as described above, to receive the end 10 of the silicon core wire described above. Is more preferably 1/80 (taper angle 0.7162 °) or more and 1/20 (taper angle 2.864 °) or less, and still more preferably 1/60 (taper angle 0.9548 °) or more And is less than or equal to 1/35 (a taper angle of 1.6,366 °).

テーパー長も、上記と同様に、好ましくは20mm以上で100mm以下とされ、より好ましくは20mm以上で80mm以下とされ、さらに好ましくは20mm以上で60mm以下とされる。   Similarly to the above, the taper length is preferably 20 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 80 mm or less, and still more preferably 20 mm or more and 60 mm or less.

この図に示した態様では、芯線ホルダ34(保持部材)は、その下端部が、プラスのテーパー角となるテーパーを有している。一方、シリコン芯線100に通電するための金属電極30と芯線ホルダ34(保持部材)との接続に用いられるアダプタ33(支持部材)は、芯線ホルダ34(保持部材)の下端部を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方とし保持部材の下端部挿入方向を下方としたときに、テーパー角がプラスのテーパーを有している。芯線ホルダ34(保持部材)の下端部は、このアダプタ33(支持部材)の孔部に挿入されてシリコン芯線100が固定される。   In the aspect shown in this figure, the core wire holder 34 (holding member) has a taper whose lower end portion has a positive taper angle. On the other hand, the adapter 33 (supporting member) used to connect the metal electrode 30 for energizing the silicon core wire 100 and the core wire holder 34 (holding member) is a hole for inserting the lower end portion of the core wire holder 34 (holding member) When the opening side of the hole is upward and the lower end insertion direction of the holding member is downward, the inner surface has a positive taper angle. The lower end portion of the core holder 34 (holding member) is inserted into the hole of the adapter 33 (supporting member) to fix the silicon core 100.

これらのテーパー(テーパー角)およびテーパー長は、シリコン芯線をホールドする芯線ホルダ34を強固に保持するに十分な範囲に設定される。   The taper (taper angle) and taper length are set in a range sufficient to firmly hold the core holder 34 holding the silicon core.

図4(A)は、シリコン芯線100を保持する芯線ホルダ34、および、この芯線ホルダ34を載置するアダプタ33の他の態様例の図で、図4(B)は、芯線ホルダ34にシリコン芯線100の端部10を挿入する様子を示す図である。   FIG. 4A is a view of another example of the core wire holder 34 for holding the silicon core wire 100 and the adapter 33 for mounting the core wire holder 34, and FIG. 4B is a view of the core wire holder 34 with silicon. It is a figure which shows a mode that the edge part 10 of the core wire 100 is inserted.

この態様においても、シリコン芯線の保持部材である芯線ホルダ34には、シリコン芯線の端部10を挿入する孔部が設けられており、その内面は、該孔部の開口側を上方としシリコン芯線の端部10の挿入方向を下方としたときに、プラスのテーパー角となるテーパーを有している。   Also in this embodiment, the core wire holder 34, which is a holding member of the silicon core wire, is provided with a hole for inserting the end 10 of the silicon core wire, and the inner surface of the silicon core wire is the opening side of the hole is the upper side. When the insertion direction of the end portion 10 of the is the downward direction, it has a taper which is a positive taper angle.

このテーパーもまた、上述のシリコン芯線の端部10を受け入れるべく、上記と同様に、好ましくは、1/100(テーパー角0.5729°)以上で1/10(テーパー角5.725°)以下とされ、より好ましくは、1/80(テーパー角0.7162°)以上で1/20(テーパー角2.864°)以下とされ、さらに好ましくは、1/60(テーパー角0.9548°)以上で1/35(テーパー角1.6366°)以下とされる。   This taper is also preferably 1/100 (taper angle 0.5729 °) or more and 1/10 (taper angle 5.725 °) or less to receive the end portion 10 of the silicon core wire described above. And more preferably 1/80 (taper angle 0.7162 °) or more and 1/20 (taper angle 2.864 °) or less, still more preferably 1/60 (taper angle 0.9548 °) Above, it is set to 1/35 (taper angle 1.6366 degrees) or less.

テーパー長も、上記と同様に、好ましくは20mm以上で100mm以下とされ、より好ましくは20mm以上で80mm以下とされ、さらに好ましくは20mm以上で60mm以下とされる。   Similarly to the above, the taper length is preferably 20 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 80 mm or less, and still more preferably 20 mm or more and 60 mm or less.

図4(A)に図示した態様では、芯線ホルダ34(保持部材)は、その下端部に凹部が設けられており、該凹部の開口側を下方としたときに、その内面がプラスのテーパー角となるテーパーを有している。   In the embodiment illustrated in FIG. 4A, the core wire holder 34 (holding member) is provided with a recess at its lower end, and when the opening side of the recess is downward, the taper angle of the inner surface is plus Has a taper.

一方、シリコン芯線100に通電するための金属電極30と芯線ホルダ34(保持部材)との接続に用いられるアダプタ33(支持部材)の上部には、芯線ホルダ34(保持部材)の凹部を受け入れる凸部を有しており、該凸部の表面はプラスのテーパー角となるテーパーを有している。芯線ホルダ34(保持部材)の下端部の凹部がアダプタ33(支持部材)の凸部を受け入れて、シリコン芯線100が固定される。   On the other hand, on the upper part of the adapter 33 (supporting member) used for connection between the metal electrode 30 for energizing the silicon core wire 100 and the core wire holder 34 (holding member), a convex for receiving the recess of the core wire holder 34 (holding member) The surface of the convex portion has a taper having a positive taper angle. The concave portion of the lower end portion of the core holder 34 (holding member) receives the convex portion of the adapter 33 (supporting member), and the silicon core wire 100 is fixed.

これらのテーパー(テーパー角)およびテーパー長もまた、シリコン芯線をホールドする芯線ホルダ34を強固に保持するに十分な範囲に設定される。   These tapers (taper angles) and taper lengths are also set in a range sufficient to firmly hold the core holder 34 holding the silicon core.

このように、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置は、CVD反応により多結晶シリコンを析出させるためのシードとなるシリコン芯線100の保持部材34を備えており、この保持部材34は、シリコン芯線100の端部10を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方としシリコン芯線100の端部挿入方向を下方としたときに、プラスのテーパー角となるテーパーを有しているという特徴を有する。   As described above, the apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon rod according to the present invention includes the holding member 34 of the silicon core wire 100 serving as a seed for depositing polycrystalline silicon by the CVD reaction, and the holding member 34 is silicon The inner surface of the hole into which the end 10 of the core wire 100 is inserted has a taper with a positive taper angle when the opening side of the hole is up and the end insertion direction of the silicon core 100 is down. Have the characteristic of

なお、上記保持部材34および支持部材33は金属性のものであってもよいが、少なくとも一方はグラファイトからなることが好ましい。   The holding member 34 and the support member 33 may be metallic, but at least one is preferably made of graphite.

[実施例1]
図3に示した態様で、シリコン芯線100を反応炉200内にセットした。シリコン芯線100の高さ(長さ)は1850mmであり、断面は一辺が7mmの矩形を有している。このシリコン芯線100の端部10には、テーパーが1/50(テーパー角1.1459°)でテーパー長が45mmのテーパー部が設けられている。
Example 1
The silicon core wire 100 was set in the reaction furnace 200 in the mode shown in FIG. The height (length) of the silicon core wire 100 is 1850 mm, and the cross section has a rectangle with one side of 7 mm. The end portion 10 of the silicon core wire 100 is provided with a tapered portion having a taper of 1/50 (a taper angle of 1.1459 °) and a taper length of 45 mm.

シリコン芯線100の端部10を収容する芯線ホルダ34の開口部の断面は矩形とされ、当該開口部は、テーパーが1/50(テーパー角1.1459°)でテーパー長が40mmのテーパー形状に加工されており、シリコン芯線100はその自重により保持されることとなる。   The cross section of the opening of the core holder 34 for accommodating the end 10 of the silicon core 100 is rectangular, and the opening has a taper of 1/50 (a taper angle of 1.459 °) and a taper length of 40 mm. The silicon core wire 100 is processed and held by its own weight.

反応炉200内を水素で置換した後、シリコン芯線100に2000Vの電圧を印加して通電(点火)した。その後、トリクロロシランを水素で希釈した原料ガスを炉内に供給し、シリコン芯線100の表面温度を1100℃に保持し、析出速度13μm/分で多結晶シリコンを析出させ、直径が45mmの多結晶シリコン棒120を製造した。   After replacing the inside of the reaction furnace 200 with hydrogen, a voltage of 2000 V was applied to the silicon core wire 100 to conduct electricity (ignition). Thereafter, a raw material gas obtained by diluting trichlorosilane with hydrogen is supplied into the furnace, the surface temperature of the silicon core wire 100 is maintained at 1100 ° C., polycrystalline silicon is deposited at a deposition rate of 13 μm / min, and polycrystalline 45 mm in diameter A silicon rod 120 was manufactured.

上記条件で10バッチの多結晶シリコン棒の製造を行ったが、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージは認められず、シリコン芯線100の転倒や破損はなかった。   Although 10 batches of polycrystalline silicon rods were produced under the above conditions, no local melting or structural damage of the silicon core wire due to the occurrence of sparks or the like was observed, and there was no falling or breakage of the silicon core wire 100.

[実施例2]
析出速度15μm/分で多結晶シリコンを析出させた以外は実施例1と同様の条件で、直径が45mmの多結晶シリコン棒120の製造を10バッチ行ったが、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージは認められず、シリコン芯線100の転倒や破損はなかった。
Example 2
Ten batches of 45 mm diameter polycrystalline silicon rods 120 were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that polycrystalline silicon was deposited at a deposition rate of 15 μm / min. No local melting or structural damage was observed, and the silicon core wire 100 did not fall or break.

[比較例1]
用いたシリコン芯線は、高さ(長さ)が1850mmであり、断面は一辺が7mmの矩形を有している。このシリコン芯線は従来どおり、端部にテーパー部は設けられていない。このシリコン芯線の端部を芯線ホルダの開口部に挿入し、横方からネジ留めして固定した。なお、この芯線ホルダの開口部も、実施例1と同様に、断面が矩形の開口部は、テーパーが1/50(テーパー角1.1459°)でテーパー長が40mmのテーパー形状に加工されている。
Comparative Example 1
The silicon core wire used has a height (length) of 1850 mm, and a cross section has a rectangular shape with one side of 7 mm. As in the prior art, this silicon core wire is not provided with a taper at its end. The end of this silicon core wire was inserted into the opening of the core wire holder and fixed by screwing from the side. In the opening of the core holder, as in Example 1, the opening having a rectangular cross section is processed into a tapered shape having a taper of 1/50 (a taper angle of 1.1459 °) and a taper length of 40 mm. There is.

反応炉200内を水素で置換した後、シリコン芯線に2000Vの電圧を印加して通電(点火)した。その後、トリクロロシランを水素で希釈した原料ガスを炉内に供給し、シリコン芯線の表面温度を1100℃に保持し、析出速度13μm/分で多結晶シリコンを析出させ、直径が45mmの多結晶シリコン棒を製造した。   After replacing the inside of the reaction furnace 200 with hydrogen, a voltage of 2000 V was applied to the silicon core wire to conduct (ignition) electricity. Thereafter, a raw material gas prepared by diluting trichlorosilane with hydrogen is supplied into the furnace, the surface temperature of the silicon core wire is maintained at 1100 ° C., and polycrystalline silicon is deposited at a deposition rate of 13 μm / min. I made a stick.

上記条件で複数バッチの多結晶シリコン棒の製造を行ったところ、スパークの発生によるシリコン芯線の局部的な溶断により、5バッチ目でシリコン芯線の転倒が生じた。   When a plurality of batches of polycrystalline silicon rods were manufactured under the above conditions, the silicon core wires were tipped over in the fifth batch due to local melting and cutting of the silicon core wires due to the generation of sparks.

[比較例2]
析出速度15μm/分で多結晶シリコンを析出させた以外は比較例1と同様の条件で、直径が45mmの多結晶シリコン棒の製造を複数バッチ行ったところ、スパークの発生によるシリコン芯線の局部的な溶断により、8バッチ目でシリコン芯線の転倒が生じた。
Comparative Example 2
A plurality of batches of polycrystalline silicon rods 45 mm in diameter were produced under the same conditions as in Comparative Example 1 except that polycrystalline silicon was deposited at a deposition rate of 15 μm / min. As a result of the melting, the silicon core wire fell over in the eighth batch.

[実施例3]
図3に示した態様で、シリコン芯線100を反応炉200内にセットした。シリコン芯線100の高さ(長さ)は2000mmであり、断面は一辺が7mmの矩形を有している。このシリコン芯線100の端部10には、テーパーが1/50(テーパー角1.1459°)でテーパー長が45mmのテーパー部が設けられている。
[Example 3]
The silicon core wire 100 was set in the reaction furnace 200 in the mode shown in FIG. The height (length) of the silicon core wire 100 is 2000 mm, and the cross section has a rectangle with one side of 7 mm. The end portion 10 of the silicon core wire 100 is provided with a tapered portion having a taper of 1/50 (a taper angle of 1.1459 °) and a taper length of 45 mm.

シリコン芯線100の端部10を収容する芯線ホルダ34の開口部の断面は矩形とされ、当該開口部は、テーパーが1/50(テーパー角1.1459°)でテーパー長が45mmのテーパー形状に加工されており、シリコン芯線100はその自重により保持されることとなる。   The cross section of the opening of the core holder 34 accommodating the end portion 10 of the silicon core 100 is rectangular, and the opening has a taper of 1/50 (a taper angle of 1.459 °) and a taper length of 45 mm. The silicon core wire 100 is processed and held by its own weight.

反応炉200内を水素で置換した後、シリコン芯線100に2000Vの電圧を印加して通電(点火)した。その後、トリクロロシランを水素で希釈した原料ガスを炉内に供給し、シリコン芯線100の表面温度を1100℃に保持し、直径45mmまでは析出速度15μm/分で、その後は析出速度14μm/分に維持して直径が145mmの多結晶シリコン棒120を製造した。   After replacing the inside of the reaction furnace 200 with hydrogen, a voltage of 2000 V was applied to the silicon core wire 100 to conduct electricity (ignition). Thereafter, the source gas obtained by diluting trichlorosilane with hydrogen is supplied into the furnace, the surface temperature of the silicon core wire 100 is maintained at 1100 ° C., the deposition rate is 15 μm / min up to 45 mm in diameter, and thereafter the deposition rate is 14 μm / min. Maintained, a polycrystalline silicon rod 120 with a diameter of 145 mm was manufactured.

上記条件で10バッチの多結晶シリコン棒の製造を行ったが、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージは認められず、シリコン芯線100の転倒や破損はなかった。   Although 10 batches of polycrystalline silicon rods were produced under the above conditions, no local melting or structural damage of the silicon core wire due to the occurrence of sparks or the like was observed, and there was no falling or breakage of the silicon core wire 100.

[実施例4]
シリコン芯線100のテーパー部のテーパーを1/35(テーパー角1.6366°)とした以外は実施例3と同様の条件で、直径が145mmの多結晶シリコン棒120の製造を10バッチ行ったが、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージは認められず、シリコン芯線100の転倒や破損はなかった。
Example 4
Ten batches of polycrystalline silicon rods 120 with a diameter of 145 mm were produced under the same conditions as in Example 3 except that the taper of the tapered portion of silicon core wire 100 was changed to 1/35 (taper angle 1.6366 °). There was no local melting or structural damage to the silicon core wire due to the occurrence of sparks or the like, and there was no falling or breakage of the silicon core wire 100.

上述のように、本発明では、シリコン芯線とその端部を保持する保持部材の接触部分が、テーパーを有するように設計する。このような収容状態では、ネジ等の外力による固定ではなく、シリコン芯線の自重により保持されることとなる。その結果、シリコン芯線と保持部材の材料間の固有抵抗の差が大きい場合でも、実質的な接触抵抗差が小さくなり、多結晶シリコンを析出させる際のスパークの発生等が抑制され、シリコン芯線の転倒や破損が防止される。   As described above, in the present invention, the contact portion of the silicon core wire and the holding member holding the end thereof is designed to have a taper. In such a storage state, the silicon core wire is held by its own weight instead of being fixed by an external force such as a screw. As a result, even when the difference in specific resistance between the material of the silicon core wire and the holding member is large, the substantial difference in contact resistance becomes small, and generation of sparks and the like when depositing polycrystalline silicon is suppressed. Overturning and breakage are prevented.

本発明は、CVD法によりシリコン芯線上に多結晶シリコンを析出させる際の、スパークの発生等によるシリコン芯線の局部的な溶断や構造的ダメージを防止し、とりわけ析出反応の初期段階でのシリコン芯線の転倒や破損を防止して、安定した生産に寄与する技術を提供する。   The present invention prevents local melting and structural damage of the silicon core wire due to the generation of sparks and the like when depositing polycrystalline silicon on the silicon core wire by the CVD method, and in particular, the silicon core wire at the initial stage of the precipitation reaction. To provide technology that contributes to stable production by preventing overturning and breakage.

10 端部
21 ベルジャー
22 のぞき窓
23、26、31 冷媒の入口部
24、27、32 冷媒の出口部
25 ベースプレート
28 排気口
29 ガスノズル
30 金属電極
33 アダプタ(支持部材)
34 芯線ホルダ(保持部材)
35 絶縁物
100 シリコン芯線
120 多結晶シリコン棒
200 反応炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 edge part 21 bell jar 22 peephole 23, 26, 31 refrigerant inlet part 24, 27, 32 refrigerant outlet part 25 base plate 28 exhaust port 29 gas nozzle 30 metal electrode 33 adapter (support member)
34 core holder (holding member)
35 insulator 100 silicon core 120 polycrystalline silicon rod 200 reactor

Claims (4)

多結晶シリコン棒の製造装置であって、
CVD反応により多結晶シリコンを析出させるためのシードとなるシリコン芯線の保持部材を備え、
前記シリコン芯線は、断面形状が矩形であり、テーパー角が0.5729°以上で5.725°以下であり且つテーパー長が20mm以上で100mm以下であるテーパー部を端部に有するシリコン芯線であり、
前記保持部材の開口部の断面は矩形とされ、前記シリコン芯線の端部を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方としシリコン芯線の端部挿入方向を下方としたときに、プラスのテーパー角となるテーパーを有しており、
前記テーパー部のテーパー角が0.5729°以上で5.725°以下で、かつ、前記テーパー部のテーパー長が20mm以上で100mm以下であり、
前記シリコン芯線の表面に多結晶シリコンの析出速度が13〜15μm/分の範囲となるように原料ガスを供給するノズルを備えている、
多結晶シリコン棒の製造装置。
An apparatus for producing polycrystalline silicon rods,
A holding member of a silicon core wire serving as a seed for depositing polycrystalline silicon by a CVD reaction ,
The silicon core wire is a silicon core wire having a rectangular cross section, a taper angle of 0.5729 ° to 5.725 ° and a taper length of 20 mm to 100 mm at an end . ,
The cross section of the opening of the holding member is rectangular, and the inner surface of the hole into which the end of the silicon core wire is inserted has the opening side of the hole upward and the end insertion direction of the silicon core downward. , Has a taper that results in a positive taper angle,
The taper angle of the tapered portion is 0.5729 ° to 5.725 °, and the taper length of the tapered portion is 20 mm to 100 mm,
A nozzle for supplying a source gas so that the deposition rate of polycrystalline silicon is in the range of 13 to 15 μm / minute on the surface of the silicon core wire;
Production equipment for polycrystalline silicon rods.
前記シリコン芯線に通電するための金属電極と前記保持部材との接続に用いられる支持部材を備え、
前記保持部材は、下端部が、プラスのテーパー角となるテーパーを有しており、
前記支持部材は、前記保持部材の下端部を挿入する孔部の内面が、該孔部の開口側を上方とし保持部材の下端部挿入方向を下方としたときに、テーパー角がプラスのテーパーを有している、請求項1に記載の多結晶シリコン棒の製造装置。
And a support member used for connection between the metal electrode for energizing the silicon core wire and the holding member,
The holding member has a taper whose lower end portion has a positive taper angle,
The support member has a taper with a positive taper angle when the inner surface of the hole into which the lower end of the holding member is inserted has the opening side of the hole upward and the lower end insertion direction of the holding member downward. The manufacturing apparatus of the polycrystalline-silicon rod of Claim 1 which it has.
前記シリコン芯線に通電するための金属電極と前記保持部材との接続に用いられる支持部材を備え、
前記保持部材は、下端部に設けられた凹部であって、該凹部の開口側を下方としたときに、その内面がプラスのテーパー角となるテーパーを有しており、
前記支持部材は、前記保持部材の凹部を受け入れる凸部であって、該凸部の表面がプラスのテーパー角となるテーパーを有している、
請求項1に記載の多結晶シリコン棒の製造装置。
And a support member used for connection between the metal electrode for energizing the silicon core wire and the holding member,
The holding member is a recess provided at the lower end portion, and has a taper whose inner surface has a positive taper angle when the opening side of the recess is downward.
The support member is a convex portion for receiving the concave portion of the holding member, and the surface of the convex portion has a taper with a positive taper angle.
The manufacturing apparatus of the polycrystalline-silicon rod of Claim 1.
前記保持部材および前記支持部材の少なくとも一方がグラファイトからなる、請求項2または3に記載の多結晶シリコン棒の製造装置。   The apparatus for producing a polycrystalline silicon rod according to claim 2, wherein at least one of the holding member and the support member is made of graphite.
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