JPH0317771B2 - - Google Patents
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- JPH0317771B2 JPH0317771B2 JP22149386A JP22149386A JPH0317771B2 JP H0317771 B2 JPH0317771 B2 JP H0317771B2 JP 22149386 A JP22149386 A JP 22149386A JP 22149386 A JP22149386 A JP 22149386A JP H0317771 B2 JPH0317771 B2 JP H0317771B2
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、電子工業上の基礎素材である半導体
多結晶シリコン棒、特に大直径シリコン棒の製造
方法に関するものである。 （従来の技術とその問題点） 従来高純度の半導体多結晶シリコン棒を製造す
るには、たとえばガス状トリクロルシランと水素
の混合ガス雰囲気中に立てたシリコン芯棒に、直
流または交流電流を直接通電して1000℃以上に昇
温し、雰囲気ガスを熱分解してシリコン芯棒上に
多結晶シリコンを析出させる方法が用いられてい
る。 （発明が解決しようとする問題点） ところが近年要求が増してきた、大直径の多結
晶シリコン棒の場合は、棒内部にクラツクが発生
し、加工、エツチング等のつぎの工程において、
クラツク内に不純物が入りこんで半導体シリコン
の純度を低下させるほか、このクラツクに起因し
て棒が折損し、つぎの工程で使用することすらで
きないことがしばしばあつた。 多結晶シリコン棒の直径が５インチを越える
と、クラツクの発生率がいちじるしく高くなり、
クラツクのない棒を製造することはきわめて困難
である。 このようなクラツク発生率増加の原因は明らか
ではないが、つぎのとおりであるとと考えられ
る。 従来多結晶シリコン棒の製造は、前記したよう
に、シリコン芯棒に直流または50〜60Hzの商用周
波数の交流を直接通電加熱して行つていた。この
ような加熱電流は、シリコン芯棒およびこの上に
析出した多結晶シリコン棒内に一様に分布して流
れ、棒全体を均一に加熱するが、棒表面は熱放散
により中心より低温となる。この状態を第２図ａ
により説明すると、始めシリコン芯棒１に電流を
流し、表面の点A0を熱分解最適温度T0に保つと、
多結晶シリコンが芯棒表面に析出し多結晶シリコ
ン棒が成長する。成長中は常に加熱電流を調節し
て表面温度をT0に保つ。棒直径がD1になつたと
き、表面の点A1の温度はT0であるが、棒内部は
曲線B1に示すような中央が高い温度分布となる。
析出工程が進み直径がD2になると、表面の点A2
の温度はT0でも内部温度分布は曲線B2に示すよ
うになり、さらに棒直径が所望値D3に達すると、
表面の点A3の温度はT0で温度分布は曲線B3に示
すようになる。この時前記の点A0、A1、A2の温
度はそれぞれT0＋ΔT0、T0＋ΔT1、T0＋ΔT2と
なり、T0より上昇しているため、棒内部に熱歪
を生じている。ここで加熱電流を切つて冷却工程
に入ると、まず表面温度が波線に示すように降下
するため、棒内の前記熱歪はさらに大きくなつ
て、棒内部にクラツクを発生するのである。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、かかるクラツク発生を防止する
手段について種々検討した結果、従来誘導加熱の
場合にしか使用されなかつた高周波電流を、シリ
コン芯棒に直接通電加熱することにより、熱歪を
緩和してクラツクの発生を防ぎ得ることを発見
し、本発明を達成したもので、これはシリコン化
合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒に高周波電流を
直接通電加熱し、該化合物ガスを熱分解して多結
晶シリコンを該芯棒上に析出させることを特徴と
する大直径多結晶シリコン棒の製造方法である。 （作用） 前記高周波加熱電流は、表皮効果のため、次式
に示すように、棒表面より内部にゆくにしたがつ
て指数関数的に減少する。 ただし I0…表面電流の大きさ、 I〓…表面よりｘだけ内部に入つた位置
の電流の大きさ、 ρ…多結晶シリコンの体積固有抵抗、 μ…多結晶シリコンの導磁率、 …電流の周波数。 したがつて、表面電流の大きさI0および周波数
を調節して、常に多結晶シリコン棒の表面と内
部との間に温度差を生じないようにして析出工程
を続けると、第２図ｂに示すように、直径がD3
になつたときでも、表面も内部も温度がすべて
T0にきわめて近くなつて熱歪はない。 ここで加熱電流を切つて冷却工程に入ると、表
面温度は波線に示すように降下するが、棒内の熱
歪は第２図ａに示す場合よりも小さいので、クラ
ツクの発生は抑制される。 冷却工程中も加熱電流を流し続け、その大きさ
と周波数を調節して、多結晶シリコン棒内の温度
勾配を小さく保つて冷却すれば、クラツクのない
多結晶シリコン棒の収率をさらに高めることもで
きる。 また前記高周波電流に従来の直流または商用周
波数電流を重畳して加熱することにより、装置を
簡易化し電力効率を上げることができる。 以下本発明を、これを実施する装置を示す第１
図に基いて説明する。 反応容器２内にシリコン芯棒１を立て、電極３
を介して高周波電源４より通電し、電流の大きさ
および周波数を調節してシリコン芯棒１の温度を
1000℃以上（反応ガスの熱分解温度）に保持しな
がらノズル５より反応ガスを供給すると、反応ガ
スは熱分解し、シリコン芯棒１のまわりに多結晶
シリコンが析出し、多結晶シリコン棒が成長肥大
する。成長中は加熱電流の大きさを調節して多結
晶シリコン棒表面を常に前記熱分解温度に保つ。
この棒６の直径が５インチ以上の所望の値となつ
たとき、加熱電流と反応ガスの供給を止めて冷却
すると、棒の表面と中心間の温度差したがつて熱
歪が小さいので、クラツク発生のない多結晶シリ
コン棒を収率よく製造することができる。棒の直
径が大きくなるにつれ周波数を調節すれば、棒の
表面と内部間の温度差を小さくし、熱歪を減少し
てクラツクの発生防止に有効である。500Hz以下
の高周波の表皮効果では棒内部の均熱効果が不充
分であり、10000Hz以上では表皮効果が過度とな
り、弊害を生じ易い。 前記高周波数電流の大きさおよび周波数を計測
したシリコン棒の直径の増大に合わせてコンピユ
ータ制御すれば、一層容易かつ収率よく多結晶シ
リコン棒を製造することができる。 （実施例 １） 直径５インチの超大直径の多結晶シリコン棒
を、本発明法および従来法によつて製造したとき
の収率を、第１表に比較して示す。
多結晶シリコン棒、特に大直径シリコン棒の製造
方法に関するものである。 （従来の技術とその問題点） 従来高純度の半導体多結晶シリコン棒を製造す
るには、たとえばガス状トリクロルシランと水素
の混合ガス雰囲気中に立てたシリコン芯棒に、直
流または交流電流を直接通電して1000℃以上に昇
温し、雰囲気ガスを熱分解してシリコン芯棒上に
多結晶シリコンを析出させる方法が用いられてい
る。 （発明が解決しようとする問題点） ところが近年要求が増してきた、大直径の多結
晶シリコン棒の場合は、棒内部にクラツクが発生
し、加工、エツチング等のつぎの工程において、
クラツク内に不純物が入りこんで半導体シリコン
の純度を低下させるほか、このクラツクに起因し
て棒が折損し、つぎの工程で使用することすらで
きないことがしばしばあつた。 多結晶シリコン棒の直径が５インチを越える
と、クラツクの発生率がいちじるしく高くなり、
クラツクのない棒を製造することはきわめて困難
である。 このようなクラツク発生率増加の原因は明らか
ではないが、つぎのとおりであるとと考えられ
る。 従来多結晶シリコン棒の製造は、前記したよう
に、シリコン芯棒に直流または50〜60Hzの商用周
波数の交流を直接通電加熱して行つていた。この
ような加熱電流は、シリコン芯棒およびこの上に
析出した多結晶シリコン棒内に一様に分布して流
れ、棒全体を均一に加熱するが、棒表面は熱放散
により中心より低温となる。この状態を第２図ａ
により説明すると、始めシリコン芯棒１に電流を
流し、表面の点A0を熱分解最適温度T0に保つと、
多結晶シリコンが芯棒表面に析出し多結晶シリコ
ン棒が成長する。成長中は常に加熱電流を調節し
て表面温度をT0に保つ。棒直径がD1になつたと
き、表面の点A1の温度はT0であるが、棒内部は
曲線B1に示すような中央が高い温度分布となる。
析出工程が進み直径がD2になると、表面の点A2
の温度はT0でも内部温度分布は曲線B2に示すよ
うになり、さらに棒直径が所望値D3に達すると、
表面の点A3の温度はT0で温度分布は曲線B3に示
すようになる。この時前記の点A0、A1、A2の温
度はそれぞれT0＋ΔT0、T0＋ΔT1、T0＋ΔT2と
なり、T0より上昇しているため、棒内部に熱歪
を生じている。ここで加熱電流を切つて冷却工程
に入ると、まず表面温度が波線に示すように降下
するため、棒内の前記熱歪はさらに大きくなつ
て、棒内部にクラツクを発生するのである。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、かかるクラツク発生を防止する
手段について種々検討した結果、従来誘導加熱の
場合にしか使用されなかつた高周波電流を、シリ
コン芯棒に直接通電加熱することにより、熱歪を
緩和してクラツクの発生を防ぎ得ることを発見
し、本発明を達成したもので、これはシリコン化
合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒に高周波電流を
直接通電加熱し、該化合物ガスを熱分解して多結
晶シリコンを該芯棒上に析出させることを特徴と
する大直径多結晶シリコン棒の製造方法である。 （作用） 前記高周波加熱電流は、表皮効果のため、次式
に示すように、棒表面より内部にゆくにしたがつ
て指数関数的に減少する。 ただし I0…表面電流の大きさ、 I〓…表面よりｘだけ内部に入つた位置
の電流の大きさ、 ρ…多結晶シリコンの体積固有抵抗、 μ…多結晶シリコンの導磁率、 …電流の周波数。 したがつて、表面電流の大きさI0および周波数
を調節して、常に多結晶シリコン棒の表面と内
部との間に温度差を生じないようにして析出工程
を続けると、第２図ｂに示すように、直径がD3
になつたときでも、表面も内部も温度がすべて
T0にきわめて近くなつて熱歪はない。 ここで加熱電流を切つて冷却工程に入ると、表
面温度は波線に示すように降下するが、棒内の熱
歪は第２図ａに示す場合よりも小さいので、クラ
ツクの発生は抑制される。 冷却工程中も加熱電流を流し続け、その大きさ
と周波数を調節して、多結晶シリコン棒内の温度
勾配を小さく保つて冷却すれば、クラツクのない
多結晶シリコン棒の収率をさらに高めることもで
きる。 また前記高周波電流に従来の直流または商用周
波数電流を重畳して加熱することにより、装置を
簡易化し電力効率を上げることができる。 以下本発明を、これを実施する装置を示す第１
図に基いて説明する。 反応容器２内にシリコン芯棒１を立て、電極３
を介して高周波電源４より通電し、電流の大きさ
および周波数を調節してシリコン芯棒１の温度を
1000℃以上（反応ガスの熱分解温度）に保持しな
がらノズル５より反応ガスを供給すると、反応ガ
スは熱分解し、シリコン芯棒１のまわりに多結晶
シリコンが析出し、多結晶シリコン棒が成長肥大
する。成長中は加熱電流の大きさを調節して多結
晶シリコン棒表面を常に前記熱分解温度に保つ。
この棒６の直径が５インチ以上の所望の値となつ
たとき、加熱電流と反応ガスの供給を止めて冷却
すると、棒の表面と中心間の温度差したがつて熱
歪が小さいので、クラツク発生のない多結晶シリ
コン棒を収率よく製造することができる。棒の直
径が大きくなるにつれ周波数を調節すれば、棒の
表面と内部間の温度差を小さくし、熱歪を減少し
てクラツクの発生防止に有効である。500Hz以下
の高周波の表皮効果では棒内部の均熱効果が不充
分であり、10000Hz以上では表皮効果が過度とな
り、弊害を生じ易い。 前記高周波数電流の大きさおよび周波数を計測
したシリコン棒の直径の増大に合わせてコンピユ
ータ制御すれば、一層容易かつ収率よく多結晶シ
リコン棒を製造することができる。 （実施例 １） 直径５インチの超大直径の多結晶シリコン棒
を、本発明法および従来法によつて製造したとき
の収率を、第１表に比較して示す。
【表】
この実施例では、加熱電流の周波数を終始一定
（2000Hz）にして行なつたが、第１表に示すよう
に、従来法に比して本発明法の場合の収率は約25
％向上し、ほとんど100％に近くすることができ
た。 （実施例 ２） 直径６インチ（150mm）の超大直径多結晶シリ
コン棒を、本発明法および従来法によつて製造
し、収率を第２表に比較して示す。
（2000Hz）にして行なつたが、第１表に示すよう
に、従来法に比して本発明法の場合の収率は約25
％向上し、ほとんど100％に近くすることができ
た。 （実施例 ２） 直径６インチ（150mm）の超大直径多結晶シリ
コン棒を、本発明法および従来法によつて製造
し、収率を第２表に比較して示す。
【表】
この実施例でも、加熱電流の周波数を終始一定
（5000Hz）にしたが、６インチの超大直径多結晶
シリコン棒の製造を収率よく行うことが可能であ
るのに対し、従来法では直径が140mmまで成長し
た時点で、多結晶棒内部の温度が上昇し過ぎてシ
リコンの一部が溶解し、これ以上析出反応を進め
ることが不可能となり、結局６インチ（150mm）
の棒を製造することはできなかつた。 （発明の効果） 上記したように、加熱電流を高周波とし、その
大きさおよび周波数を調節する本発明の方法によ
り、クラツクのない多結晶シリコン棒を収率よく
しかも短時間に製造することができ、本発明の生
産性向上への寄与はきわめて大きい。
（5000Hz）にしたが、６インチの超大直径多結晶
シリコン棒の製造を収率よく行うことが可能であ
るのに対し、従来法では直径が140mmまで成長し
た時点で、多結晶棒内部の温度が上昇し過ぎてシ
リコンの一部が溶解し、これ以上析出反応を進め
ることが不可能となり、結局６インチ（150mm）
の棒を製造することはできなかつた。 （発明の効果） 上記したように、加熱電流を高周波とし、その
大きさおよび周波数を調節する本発明の方法によ
り、クラツクのない多結晶シリコン棒を収率よく
しかも短時間に製造することができ、本発明の生
産性向上への寄与はきわめて大きい。
第１図は本発明を実施するための多結晶シリコ
ン棒製造用反応容器の説明図を、第２図ａは従来
法による多結晶シリコン棒内の温度分布図を、第
２図ｂは本発明法による多結晶シリコン棒内の温
度分布図を示す。 １……シリコン芯棒、２……反応容器、３……
電極、４……高周波電源、５……ノズル、６……
多結晶シリコン棒。
ン棒製造用反応容器の説明図を、第２図ａは従来
法による多結晶シリコン棒内の温度分布図を、第
２図ｂは本発明法による多結晶シリコン棒内の温
度分布図を示す。 １……シリコン芯棒、２……反応容器、３……
電極、４……高周波電源、５……ノズル、６……
多結晶シリコン棒。
Claims (1)
- １ シリコン化合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒
に高周波電流を直接通電加熱し、該化合物ガスを
熱分解して多結晶シリコンを該芯棒上に析出させ
ることを特徴とする大直径多結晶シリコン棒の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22149386A JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22149386A JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6374909A JPS6374909A (ja) | 1988-04-05 |
| JPH0317771B2 true JPH0317771B2 (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16767576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22149386A Granted JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6374909A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4812938B2 (ja) * | 1997-12-15 | 2011-11-09 | レック シリコン インコーポレイテッド | 多結晶シリコン棒製造用化学的蒸気析着方式 |
| RU2499768C2 (ru) * | 2008-03-10 | 2013-11-27 | Аег Пауэр Солюшнс Б.В. | Устройство и способ равномерного электропитания кремниевого стержня |
| US8961689B2 (en) * | 2008-03-26 | 2015-02-24 | Gtat Corporation | Systems and methods for distributing gas in a chemical vapor deposition reactor |
| JP5308288B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2013-10-09 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン製造用反応炉、多結晶シリコン製造システム、および多結晶シリコンの製造方法 |
| DE102010003068A1 (de) | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur Herstellung von rissfreien polykristallinen Siliciumstäben |
| EP2549638A1 (de) * | 2011-07-19 | 2013-01-23 | AEG Power Solutions B.V. | Stromversorgungsanordnung für einen Reaktor zur Polysiliciumherstellung mit einem Frequenzumrichter |
| JP5792657B2 (ja) | 2012-02-23 | 2015-10-14 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒の製造方法 |
| JP5792658B2 (ja) * | 2012-02-23 | 2015-10-14 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒の製造方法 |
| JP6378147B2 (ja) * | 2015-09-04 | 2018-08-22 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒の製造方法およびｃｚ単結晶シリコンの製造方法 |
| JP7191780B2 (ja) | 2019-06-17 | 2022-12-19 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコンロッドの製造方法 |
-
1986
- 1986-09-19 JP JP22149386A patent/JPS6374909A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6374909A (ja) | 1988-04-05 |
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