JPH0475161B2 - - Google Patents

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JPH0475161B2
JPH0475161B2 JP59223177A JP22317784A JPH0475161B2 JP H0475161 B2 JPH0475161 B2 JP H0475161B2 JP 59223177 A JP59223177 A JP 59223177A JP 22317784 A JP22317784 A JP 22317784A JP H0475161 B2 JPH0475161 B2 JP H0475161B2
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    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/027Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24Deposition of silicon only

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水素化珪素、特にシランの熱分解によ
る多結晶珪素の製造法及びこの方法の実施に適し
た装置に関する。
多結晶珪素は一般に、珪素又は高融点金属のフ
イラメントからなる芯体を通電によつて約800℃
以上の赤熱状態とし、この表面上に水素化珪素
(SiH4,Si2H6等)のガスを導き、芯体上に分解
析出させることにより棒状珪素を得る方法が広く
工業的に用いられているが、この工程は通常ステ
ンレス鋼製の容器内で行われ、器壁は水冷によつ
て室温近くまで冷却される。つまり気相の水素化
珪素は容易に熱分解して微粒状の珪素となるの
で、棒状に析出する珪素の歩留り低下を防ぐた
め、また芯体上の析出珪素が器壁材で汚染される
のを防ぐため、器壁及び内部の気相の温度は、で
きる限り冷却されている。
従つて芯体の加熱に投入したエネルギーは、ご
く一部分のみが反応の進行に利用され、残りの大
部分は冷却材の水によつて持去られることにな
り、これが珪素の析出量に対し多量の電力を消費
する原因となつている。
またこのような芯体の材質としては高純度の珪
素線を用いることが多いが、珪素は常温付近では
電気抵抗が大きいので、珪素の芯体を用いる場合
は高電圧を印加するか、或は珪素の抵抗が小さく
なる400℃付近にまで、特別な加熱装置を用いて
芯体を予熱することが必要である。
従つて本発明はこのような水素化珪素の熱分解
法における従来技術の問題点を解決した、エネル
ギー効率のよい方法及びその実施に適したコンパ
クトな装置を提供することを主な目的とする。
本発明者の知見によれば、例えばSiH4の熱分
解は約380℃位から徐々に生じるが、約450℃以下
の温度ではその速度は充分に小さく、700℃の場
合に比べると1/2000以下であり、800℃以上の
芯体温度に対して器壁を400℃に保つても、芯体
外の容器内で析出する珪素の量は実際上無視でき
る。また他の水素化珪素についても同様のことが
言える。
本発明はこのような知見に基いて達成されたも
のであつて、本発明方法の要旨とするところは、
ガス状の水素化珪素を金属製容器内へ導入し、該
水素化珪素を通電により赤熱させた芯体の表面で
熱分解して該芯体上に単体珪素として析出させる
方法において、該容器外壁面の温度を100〜450℃
の範囲とし、かつ該芯体との間に100〜700℃の温
度差を保つて珪素の析出を行うことを特徴とす
る、多結晶珪素の製造法に存する。
この方法に適用可能な水素化珪素としてはモノ
シラン、ジシラン、その他塩素等の鋼材腐食性生
成物を発生しないシラン系の化合物が挙げられ
る。
鋼製の反応容器は、内部で珪素の析出を行う期
間を通じて、器壁の温度を上記範囲、特に300〜
450℃の間に保ち、かつ赤熱状態の芯体に対して
は300〜500℃の範囲の温度差を保つのが好まし
い。このような温度条件は次のように構成された
装置を用いることにより、特に好適に実施するこ
とができる。即ち本発明の第二の要旨は、一端に
着脱可能な蓋を持つ本質的に密閉した縦長の金属
製反応容器及び該反応容器を包囲して設けた保温
空間並びに該保温空間内又は該保温空間と径路を
介して接続され、かつガスの加熱及び冷却が可能
な温度制御装置を有し、該反応容器には該蓋から
軸に沿つた延びた導電発熱性の芯体を備え、こう
して調温された保温ガスを該保温空間に保持せし
めることによつて器壁を100〜450℃の温度範囲に
保温しつゝ、芯体上に水素化珪素の熱分解により
生成する珪素を析出させるべく構成したことを特
徴とする、多結晶珪素の製造装置に存する。
本発明装置においては反応容器の周囲にジヤケ
ツトを設け、あるいは反応容器をより大きな容器
に挿入して中間の空間を保温空間として用い、こ
れらの保温空間に調温したガスを保持又は通過さ
せることによつて器壁面及び内方の温度調節を行
う。利用するガスとしては万一反応容器内へ漏入
した場合の製品の汚染を考慮して、H2やArとす
るのが好ましい。また大気混入による汚染防止及
び熱交換効率の観点から、保温ガスの圧力は大気
圧に対して正圧とするのがよい。
保温ガスの加熱には内蔵の、又は保温空間から
分離してガスの循環路上に設けた電熱ヒーター
を、また冷却には水冷式の熱交換器を用いること
ができる。
本発明装置においては吊下げ、又は据付方式に
て1個又は複数個の芯体が設置される。複数の芯
体を併設する場合、隣接芯体に挾まれた容器内空
間は、反応時に双方の赤熱状態の芯体から強い熱
放射を受けるため極度の高温となり、無効な珪素
の析出を生じやすいが、本発明によれば次のよう
にしてこれを防ぐ。つまり隣接芯体間に、あるい
はさらに各芯体の垂直部分間に軸に沿つて延びた
中空の隔壁を設け、この空洞を器壁周囲の保温空
間と連結する。調温した保温ガスをこのような隔
壁内へ送りこみ、この芯体中間領域を器壁と同程
度の温度に保つことによつて、珪素のこの部分で
の無効な熱分解反応を大巾に抑制することができ
るのである。
本発明に従つて構成された保温空間は、芯体へ
の通電に先立ち調温された高温ガスを満たすこと
によつて、芯体を電気抵抗が減少する400℃程度
まで加熱することができる。これによつて従来必
要とされていたような特別な芯体予熱装置を用い
なくとも、低電圧にて芯体の起動が可能となる。
本発明装置に用いられる反応系は金属材に対し
て腐食性を示さないので、反応容器の構成材とし
ては500℃付近の温度で成分の蒸気圧が低いもの
であれば特に制限はないが、入手及び保守の面か
らSUS系鋼材を用いるのが好ましい。
次に本発明を添付の図面によつて説明する。
第1図は本発明方法の実施に適した装置の一例
を略示する縦断面図、第2図は別の例を示す縦断
面図、第3図は第2図の装置のA−Aにおける平
面断面図である。これらは同時に本発明装置の例
でもある。第1図において全体を1として示す反
応容器1は本質的に円筒状の密閉構造で、この大
部分を包囲するジヤケツト2を有する。ジヤケツ
ト2の頂部及び低部は温度調節器3に連結されて
いる。反応容器1の上部はジヤケツト4を備えた
蓋5で密閉され、この蓋を貫通して2組の電極集
合体が取付けられる。電極集合体は冷却のため入
口612及び出口712を経て水を流通可能とし、
絶縁材812で保護されている。銅電極の端部は
Taの接続具912を介して、一対の垂直部分及び
これらを接続する水平部分を有する高純度珪素製
の芯体10が張られている。供給管11を経て導
入される水素化珪素のガスは加熱分解により珪素
を生じ、これは芯体上に析出する。析出を行う間
を通じてジヤケツト2及び4には保温媒として
100〜450℃の温度に調温されたガスが送りこま
れ、ガスの調温は温度調節器3のヒーター12又
は熱交換器13を作動させて行う。反応副生成物
H2の除去、並びに容器内の減圧のために、蓋5
にはさらに排気口14が設けられている。反応の
監視は覗き窓15から行う。
第2図及び第3図は同一反応容器内に二組の芯
体16,17を設けた場合の構成例である。第1
図の場合との相違点を中心に説明すると、これら
の芯体は反応容器18の底部を閉鎖する蓋19上
に据付けられている。両芯体16,17の中間に
は中空板状の隔壁部分2012が、また各芯体の
2本の垂直部分の間にはこの隔壁部分に直角に第
二の中空隔壁部分2112が配置される。これら
の各隔壁部分内の空洞には、例えば細管2213
の挿入によつてガスの径路を設け、径路の下端を
蓋19のジヤケツト23と連結し、これらはさら
に送風機25及び温度調節器26と連結する。隔
壁の高さ及び幅は、芯体相互間の輻射熱の大半を
遮断するに充分な寸法とすればよい。電極集合体
27,28は、第1図の場合とほゞ同様の冷却機
構及び絶縁構成をもつ。水素化珪素の供給は供給
管29を介して、H2の排出及び容器内の減圧は
排気口30から行い、反応は覗き窓3112から
監視する。
以上、本発明方法の実施に適した装置の例を示
したが、このほかにも芯体を除く反応容器内空間
を100〜450℃に保温するという、本発明の思想に
沿つて構成された装置も本発明の実施に適するこ
とは言うまでもない。
実施例 1 本質的に第1図に示す装置を用いた。反応容器
は内径1.2m、長さ2.0mのSUS316種鋼製で、周
囲及び底部を幅10cmのジヤケツトで覆つた。この
ジヤケツトを適当な加熱・冷却能力をもつ電熱・
水冷タイプの温度調節器と接続した。一方、直径
5mm、長さ120cmの高純度珪素2本を、同径で長
さ60cmの同様の珪素棒で接続し、芯体として全体
を蓋から吊下げた。ジヤケツト内のArガスを加
熱し器壁面で500℃とし、内方の芯体を予熱した。
芯体の温度が約450℃に達した段階で通電を開始
し、約900℃まで加熱し、一方容器外壁面を400℃
に保ちながら芯体上方から、SiH4/H2=1/10
の混合ガスを供給した。芯体表面での珪素の析出
速度は8〜10μm/分で、直径が100mmに達する
までの所要時間は約90時間であつた。これは器壁
を室温近くまで冷却して反応を行う従来法の約半
分であり、また使用電力量も約70%節減され、し
かも従来同様良質の棒状高純度珪素が得られた。
実施例 2 上記実施例において、ジヤケツトのガス温度を
同一に保ちながら、一方芯体の温度を約1000℃に
保つてSiH4の分解反応を行なつた。この場合、
析出速度を上記の2倍にしても同様の良質の高純
度珪素が得られた。
実施例 3 実施例1の条件でSiH4の分解反応を、直径が
150mmに達するまで続行した。所要時間は約130時
間で従来法の約45%に短縮され、使用電力も約75
%節約でき、しかも品質は実施例1の場合とほゞ
同一であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従つて構成された多結晶珪素
の製造装置の一例を略示する縦断面図、第2図及
び第3図は別の例の概略縦断面図及び第2図のA
−Aにおける平面断面図である。 1……反応容器;3……温度調節器;5……
蓋;10……芯体;11……供給管;16,17
……芯体;18……反応容器;19……蓋;2
0,21……隔壁部分;25……送風機;26…
…温度調節器;27,28……電極集合体;29
……供給管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガス状の水素化珪素を金属製容器内へ導入
    し、該水素化珪素を通電により赤熱させた芯体の
    表面で熱分解して該芯体上に単体珪素として析出
    させる方法において、該容器外壁面の温度を100
    〜450℃の範囲とし、かつ該芯体との間に100〜
    700℃の温度差を保つて珪素の析出を行うことを
    特徴とする、多結晶珪素の製造法。 2 上記容器外壁面の温度が300〜450℃である、
    特許請求の範囲第1項記載の多結晶珪素の製造
    法。 3 上記温度差が300〜500℃である、特許請求の
    範囲第1項記載の多結晶珪素の製造法。 4 上記水素化珪素がモノ又はジシランである、
    特許請求の範囲第1項記載の多結晶珪素の析出
    法。 5 一端に着脱可能な蓋を持つ本質的に密閉した
    縦長の金属製容器及び該容器を包囲して設けた保
    温空間並びに該保温空間内又は該保温空間と径路
    を介して接続され、かつガスの加熱及び冷却が可
    能な温度制御装置を有し、該容器には該蓋から軸
    に沿つて延びた導電発熱性の芯体を備え、こうし
    て調温された保温ガスを該保温空間に保持せしめ
    ることによつて器壁を100〜450℃の温度範囲に保
    温しつゝ、芯体上に水素化珪素の熱分解により生
    成する珪素を析出させるべく構成したことを特徴
    とする、多結晶珪素の製造装置。 6 同一容器内に配設された上記芯体が全体とし
    て、軸方向に延びた複数の芯体部分を有し、隣接
    芯体部分は軸方向に延びた隔壁によつて互に隔て
    られ、該隔壁は内部に上記の保温空間と連結した
    空洞を有し、こうして隔壁付近の温度を所定のレ
    ベルに制御できるようにした、特許請求の範囲第
    5項記載の多結晶珪素の製造装置。
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