WO2014168116A1 - シリコン製造用芯線ホルダ - Google Patents

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WO2014168116A1
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core wire
silicon
wire holder
conductive layer
heat conductive
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Inventor
恭正 相本
哲也 井村
晴之 石田
Original Assignee
株式会社トクヤマ
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035—Preparation 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

Definitions

  • the present invention relates to a novel core wire holder used in a silicon manufacturing apparatus by the Siemens method.
  • a polycrystalline silicon manufacturing method called a Siemens method is known as one of methods for manufacturing polycrystalline silicon used as a raw material for semiconductors or wafers for photovoltaic power generation.
  • This method is characterized in that high-purity polycrystalline silicon can be obtained, and is the most common method.
  • the silicon manufacturing apparatus used in the above method is usually composed of a bottom board 1 in which an electrode 2 for energizing a silicon core wire 4 is disposed, and a bell jar type container 6 covering the bottom board. Is done.
  • the core wire holder 3 which has the insertion hole of a silicon core wire is being fixed by means, such as screwing, for example.
  • both ends of the silicon core wire 4 formed in an inverted U shape are fixed to the core wire holder 3, and the silicon core wire is energized through the core wire holder 3 from the electrode 2.
  • the silicon core wire is heated to the silicon deposition temperature, and in this state, a silane compound such as trichlorosilane and monosilane and a reducing gas such as hydrogen are supplied into the reaction apparatus to generate silicon on the silicon core wire. This is performed by precipitating and collecting the silicon rod 5.
  • the silicon rod has been made longer and larger in diameter.
  • the silicon rod collapses because distortion due to expansion and contraction of the silicon rod and local load load increase in the silicon deposition stage or the cooling stage after the deposition. It was happening.
  • the electrode is generally made of a metal such as SUS or copper, and has a cooling means (not shown) such as cooling the inside with water in order to protect the member from a high temperature atmosphere. Yes.
  • the core wire holder 3 fixed to the electrode 2 is cooled, and the temperature of the silicon core wire inserted into the core wire holder is lowered at the contact point with the core wire holder.
  • the core wire holder By adopting the above-mentioned core wire holder, the growth of the leg portion is improved.
  • the core wire holder is formed with an annular ridge, so that the thickness of the outer wall of the core wire holder itself is partially reduced, and the strength at the portion is increased. There is concern about the decline. Further, the core wire holder is also concerned about the problem that the processing for forming the annular ridge is complicated.
  • Patent Document 2 discloses that a silicon core wire is held in a Siemens reactor using a carbon electrode having a thermal conductivity of greater than 145 W / m ⁇ K as a core wire holder. Proposed.
  • the core wire holder is formed from a single carbon material having high thermal conductivity.
  • the heat and radiation heat from the silicon core wire are easily taken away by the cooling means under the electrode, and the thermal efficiency may be lowered. Due to the decrease in thermal efficiency, the amount of heat transmitted to the outer edge portion of the silicon core wire insertion hole is decreased, and the temperature of the base portion of the silicon rod is difficult to increase. As a result, depending on the deposition conditions, the growth of the base of the silicon rod becomes insufficient, and the rod may collapse.
  • the object of the present invention is to reduce the deposition rate of silicon at the legs of the silicon core wire and reduce the thickness of the legs of the resulting silicon rod in a silicon manufacturing apparatus using the Siemens method. It is providing the core wire holder which can be prevented.
  • the core wire holder is heated to a high temperature by forming a heat conductive layer made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the base material of the core wire holder in a range including the outer edge portion of the silicon core wire insertion hole.
  • the conduction heat and radiant heat from the silicon core wire are transmitted through the heat conduction layer faster than the speed at which the base material of the core wire holder is transmitted, and the speed at which the heat conduction layer is transmitted to the outer edge of the silicon core wire insertion hole is increased. It has been found that the temperature drop at the outer edge can be effectively prevented and the object can be achieved, and the present invention has been completed.
  • a core wire holder that is attached to a metal electrode disposed on a bottom plate of a silicon manufacturing apparatus using the Siemens method, and that holds a silicon core wire and energizes the silicon core wire, It has a silicon core wire insertion hole for holding, and within a range including the outer edge portion extending in the outer peripheral direction from the edge of the silicon core wire insertion hole
  • a core wire holder is provided in which a configured heat conductive layer is formed.
  • the material of the base material is carbon and the material of the heat conductive layer is silicon carbide.
  • the core wire holder of the present invention has the above-described configuration, and the heat conduction layer has a higher speed than the speed at which the heat generated in the silicon core wire is transmitted through the base material of the core wire holder.
  • the speed of propagation in the surface direction it is possible to effectively prevent a temperature drop at the outer edge portion, and to maintain a high silicon growth rate in the silicon core wire at the portion that becomes the leg portion of the silicon rod.
  • the heat conductive layer having a relatively high thermal conductivity is formed on the base material made of a material having a relatively low thermal conductivity, heat can be efficiently transferred to the outer edge portion. That is, since the base material made of a material having a relatively low thermal conductivity is disposed on the cooling means side below the electrode, the amount of heat flowing to the cooling means is controlled, and the outer edge portion is efficiently heated via the heat conduction layer. Can supply. As a result, the above effect is achieved more reliably.
  • the core wire holder of the present invention has a simple structure.
  • a high thermal conductivity member is laminated on a conventional core wire holder by means such as vapor deposition or baking to form an upper member. Therefore, it can be easily manufactured, and it has characteristics that it is industrially advantageous in terms of processing and cost.
  • 1 to 4 are schematic views (sectional views) showing one embodiment of the structure of the core wire holder of the present invention.
  • the core wire holder 3 of the present invention has a silicon core wire insertion hole 7 for holding the silicon core wire 4, and the core wire holder is within a range including an outer edge portion extending from the edge of the silicon core wire insertion hole 7 in the outer peripheral direction.
  • the heat conductive layer 8 made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the base material 9 is formed.
  • the material of the base material 9 of the core wire holder 3 a known material having electrical conductivity necessary for the core wire holder is used without any particular limitation, but industrially, carbon is most preferably used.
  • the shape of a known core wire holder is not particularly limited.
  • the most common shape is a cylindrical shape as shown in FIGS. 1 to 4, and the upper part is a trapezoidal shape in a sectional view.
  • the feature of the present invention is that the heat conductive layer 8 made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the base material 9 constituting the core wire holder is formed.
  • the heat conductive layer 8 is provided in a range including an outer edge portion extending in the outer peripheral direction from the edge of the silicon core wire insertion hole 7 of the core wire holder 3 whose structure is determined by the base material 9.
  • the heat conductive layer 8 quickly transfers the heat generated by heating the silicon core wire inserted into the silicon core wire insertion hole 7 in the surface direction and keeps the outer edge portion at a high temperature, thereby generating and depositing silicon in the legs.
  • the legs of the obtained silicon rod are formed thick, and the silicon rod is effectively prevented from collapsing.
  • generation / precipitation of silicon in the leg portion occurs in a state of covering the surface of the heat conductive layer 8, thereby making it possible to form the thick leg portion.
  • Such a heat conductive layer 8 needs to be made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the base material 9 constituting the core wire holder in order to exhibit the above function.
  • the thermal conductivity of the material of the base material 9 is 1, it is preferable to select a material having a thermal conductivity of 1.03 or more, preferably 1.30 or more as the heat conduction layer.
  • the thermal conductivity of the heat conductive layer is preferably 70 times or less, more preferably 4 times or less, of the base material.
  • the base material 9 of the core wire holder carbon (sintered body) having a thermal conductivity of preferably about 90 to 130 W / mK as described above is easily available.
  • the heat conductive layer a material having a thermal conductivity obtained by multiplying the thermal conductivity of the base material 9 by the above ratio is preferably used.
  • examples of the heat conductive layer include carbon, silicon carbide, aluminum nitride, etc. In order to avoid the problem of metal contamination of the silicon rod, Silicon is preferred, with silicon carbide being most preferred.
  • the base material is made of carbon and the heat conductive layer is made of carbon
  • the heat conductivity higher than that of carbon as the base material can be formed.
  • the material constituting the base material 9 and the heat conductive layer 8 is not particularly limited as long as the above heat conduction ratio is satisfied, but the base material 9 preferably has a heat conductivity of 5 to 200 W / w as described above.
  • the material is m ⁇ s, more preferably 90 to 130 W / m ⁇ s, and carbon is particularly used.
  • the heat conductive layer 8 is preferably made of a material having a heat conductivity of 10 to 350 W / m ⁇ s, more preferably 150 to 350 W / m ⁇ s, and carbon and silicon carbide are particularly preferably used.
  • the difference in thermal conductivity between the substrate 9 and the heat conductive layer 8 is preferably 10 W / m ⁇ s or more, more preferably 30 W / m ⁇ s or more, and particularly preferably 50 W / m ⁇ s or more.
  • the thermal conductivity of general carbon is about 5 to 200 W / m ⁇ s, about 70 to 270 W / m ⁇ s for aluminum nitride, and about 150 to 350 W / m ⁇ s for silicon carbide.
  • the material of a base material and a heat conductive layer suitably from various heat resistant heat conductive materials based on said preferable aspect.
  • the range which forms the heat conductive layer 8 is based also on the magnitude
  • the range in which the heat conductive layer 8 is formed is narrower than the above range, there is a tendency that the legs of the resulting polycrystalline rod are not sufficiently grown.
  • the heat conductive layer 8 is formed in a very wide range, the effect reaches a peak, and the upper limit value differs depending on the size and shape of the core wire holder.
  • 1 to 4 show typical forms of the heat conductive layer 8 when the core wire holder 3 has a trapezoidal cross-sectional shape.
  • the heat conductive layer 8 is provided so as to cover the entire upper surface of the core wire holder 3, or although not shown, the heat conductive layer 8 is heated on the upper surface of the core wire holder.
  • the aspect of covering the inner wall of the silicon core wire insertion hole is the original of the present invention by forming the heat conductive layer 8 in a range including the outer edge portion extending from the edge of the silicon core wire insertion hole 7 in the outer peripheral direction.
  • the heat conductive layer 8 preferably has a thickness that can sufficiently transfer heat in the surface direction, and specifically has a thickness of 5 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more, and more preferably 40 ⁇ m or more. It is recommended to do. However, even if the thickness of the heat conductive layer 8 is too large, not only does the effect reach a peak, but the material is also uneconomical. Therefore, the thickness of the heat conductive layer is preferably 5 mm or less, preferably 1 mm or less, and more preferably 0.5 mm or less.
  • the method for forming the heat conductive layer 8 on the base material 9 of the core wire holder 3 is not particularly limited, and a known method such as a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, or a sintering method can be adopted without limitation.
  • a chemical vapor deposition method when the base material 9 of the core wire holder 3 is carbon and the heat conductive layer 8 is silicon carbide, it is preferable to form the heat conductive layer 8 by a chemical vapor deposition method or the like.
  • the heat conductive layer 8 is applied to the carbon base material 9 by, for example, a sintering method in which a carbon-containing paste is applied and baked. Is preferably formed.
  • the size of the core wire holder may be sufficient to support the silicon rod in consideration of the diameter of the silicon rod after the silicon precipitation reaction, the load applied by the silicon rod, and the like.
  • the diameter of the cylinder is 35 mm to 60 mm, and the height is 50 mm to 150 mm.
  • the diameter and depth of the silicon core wire insertion hole provided in the core wire holder are appropriately determined in consideration of the diameter of the silicon core wire to be used and the expansion of the core wire under high temperature and the load applied by the silicon rod during the silicon precipitation reaction. Just decide.
  • the core wire holder of the present invention is joined to the metal electrode.
  • the structure of the joining portion is not particularly limited as long as the energization is smoothly performed, and examples thereof include an embodiment in which joining is performed by a shape such as a screw type (screwing type), an anastomosis type, or a mortar type.
  • the electrode usually has a structure capable of being cooled by water cooling or the like in order to protect the member from a high temperature atmosphere as described above, and is cooled while silicon is deposited.
  • the core wire holder of the present invention is effective when a silicon core wire having a diameter of 5 to 12 mm is used and a silicon rod having a diameter of 80 mm or more, particularly 120 mm or more is manufactured.
  • R (%) (number of collapsed silicon rods) / (total number of silicon rods) ⁇ 100
  • the thermal conductivity is a value measured by a laser flash method.
  • Example 1 As shown in FIG. 1, the upper surface surrounding the silicon core wire insertion hole 7 (in the range of 10 mm from the edge of the silicon core wire insertion hole toward the outer periphery) is covered with a carbon sintered body having a thermal conductivity of 135 W / mK and heated to 50 ⁇ m. Conductive layer 8 was formed. Here, a carbon sintered body having a thermal conductivity of 130 W / mK was used as the base material.
  • Example 2 In Example 1, except that the thermal conductive layer 8 was formed by covering 50 ⁇ m with a silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 170 W / mK, the polycrystalline silicon was deposited in the same manner. The rate was 2.0%.
  • Example 3 In Example 1, the thermal conductive layer 8 was formed by coating 50 ⁇ m with silicon carbide having a thermal conductivity of 250 W / mK, and a carbon sintered body having a thermal conductivity of 90 W / mK was used as the substrate. In the same manner, when polycrystalline silicon was deposited, the collapse rate of the silicon rod was 0.8%.
  • Example 4 the polycrystalline silicon was deposited in the same manner except that the heat conductive layer 8 was formed on the inner wall of the silicon core insertion hole as shown in FIG. The rate was 0.6%.
  • Example 5 the heat conductive layer 8 was formed by coating 50 ⁇ m with silicon carbide having a heat conductivity of 250 W / mK, and a carbon sintered body having a heat conductivity of 160 W / mK was used as the substrate. In the same manner, when polycrystalline silicon was deposited, the collapse rate of the silicon rod was 1.5%.
  • Example 1 when the deposition of polycrystalline silicon was performed using a carbon core wire holder having a thermal conductivity of 130 W / mK in which the thermal conductive layer 8 was not formed, the collapse rate of the silicon rod was It was 3.5%.

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Abstract

【課題】　シリコン芯線にシリコンを気相成長させ、成長したシリコンロッドを回収するまでの間に発生するシリコンロッドの下部の径成長を促し、成長時のロッドの倒壊を効果的に低減することが可能な芯線ホルダを提供する。 【解決手段】　ジーメンス法によるシリコン製造装置の底盤に取り付けられ、シリコン芯線の保持とシリコン芯線への通電を行うための芯線ホルダ３であって、上記シリコン芯線を保持するためのシリコン芯線挿入穴７を有し、該シリコン芯線挿入穴７の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に、芯線ホルダを構成する基材９の材質より熱伝導率が大きい材質により構成された熱伝導層８を形成した。

Description

シリコン製造用芯線ホルダ
　本発明は、ジーメンス法によるシリコンの製造装置に用いられる新規な芯線ホルダに関する。
　従来から、半導体あるいは太陽光発電用ウェハーの原料として使用される多結晶シリコンを製造する方法のひとつとして、ジーメンス法と呼ばれる多結晶シリコンの製造方法が知られている。この方法は、高純度な多結晶シリコンが得られることが特徴であり、最も一般的な方法として実施されている。上記方法に使用されるシリコン製造装置は、図５に示すように、通常、シリコン芯線４に通電を行うための電極２を配置した底盤１と、該底盤を覆うベルジャー型の容器６とより構成される。また、上記電極には、シリコン芯線４の端部を保持し、通電するために、シリコン芯線の挿入穴を有する芯線ホルダ３が、例えば、ネジ止めなどの手段により固定されている。
　そして、多結晶シリコンロッドの製造は、前記芯線ホルダ３に、逆Ｕ字型に形成されたシリコン芯線４の両端を固定し、該シリコン芯線に、電極２より芯線ホルダ３を介して通電を行うことにより、該シリコン芯線をシリコンの析出温度に加熱し、この状態で、反応装置内にトリクロロシランやモノシラン等のシラン化合物と水素等の還元性ガスとを供給し、シリコン芯線上にシリコンを生成、析出させ、シリコンロッド５として回収することにより行われる。
　近年、上記多結晶シリコンロッドの製造方法において、大量のシリコンを得るために、前記シリコンロッドの長尺化及び大口径化が図られている。このようなシリコンロッドの大型化に際し、シリコンの析出段階、または析出後の冷却段階において、シリコンロッドの膨張、収縮による歪みや局所的な負荷加重が増加するため、シリコンロッドが倒壊するといった問題が生じていた。
　このシリコンロッド倒壊という問題の一因として、電極２の冷却構造に起因するシリコンロッド５の脚部、即ち、シリコンロッド５（シリコン芯線４）と前記芯線ホルダ３との境界部分におけるシリコンの成長不足が挙げられる。即ち、前記シリコン製造装置において、電極は、一般に、ＳＵＳ、銅などの金属製であり、該部材を高温雰囲気から保護するため、内部を水冷するなどの冷却手段（図示せず）を有している。その結果、電極２に固定される芯線ホルダ３は冷却され、更に、該芯線ホルダに挿入されたシリコン芯線も、芯線ホルダとの接触箇所において温度が低下する。そのため、かかるシリコン芯線を加熱してシリコンを析出する際、前記シリコンロッドの脚部においてシリコンの析出速度が低下し、得られるシリコンロッドの脚部が細くなるという現象を生ずる。そして、かかる現象により、シリコンロッドの大型化に伴う内部歪みや局所的な負荷加重の増加に対し、シリコンロッド脚部が耐え切れず、ロッドが倒壊するという問題を招いていた。
　上記問題を解決する方法として、従来、環状の襞を設けた芯線ホルダを使用することにより、芯線ホルダの外壁の厚みを部分的に薄くし、伝熱性を低下させると共に、襞間に形成された空気層を断熱部として作用せしめ、電極からの熱伝導を抑制する手法が提案されている（特許文献１参照）。
　上記芯線ホルダを採用することにより、脚部の成長は改善されるが、該芯線ホルダは、環状の襞の形成により、芯線ホルダ自体の外壁の厚みが部分的に薄くなり、該部分での強度低下が懸念される。また、上記芯線ホルダは、環状の襞を形成するための加工が複雑であるという問題も懸念されるところである。
　また、同様の問題を解決する方法として、特許文献２には、ジーメンス法の反応装置において、熱伝導率が１４５Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きな炭素電極を芯線ホルダとして、シリコン芯線を保持することも提案されている。この提案では、芯線ホルダが熱伝導率の高い単一の炭素素材から形成されている。しかし、芯線ホルダが熱伝導率の高い単一の炭素素材で形成されていると、シリコン芯線からの伝導熱や輻射熱が、電極下部の冷却手段により奪われ易く熱効率が低下することがある。熱効率の低下によりシリコン芯線挿入穴の外縁部に伝わる熱量が低下になり、シリコンロッドの基部の温度が上昇し難くなる。この結果、析出条件によっては、シリコンロッドの基部の成長が不十分になり、ロッドの倒壊に至る虞がある。
特開２０１１‐８４４１９号公報 特開２００２－２３４７２０号公報
　従って、本発明の目的は、ジーメンス法によるシリコンの製造装置において、簡単な構造により、シリコン芯線の脚部でのシリコンの析出速度が低下し、得られるシリコンロッドの脚部が細くなるという現象を防止することができる芯線ホルダを提供することにある。
　本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、芯線ホルダにおいて、シリコン芯線挿入穴の外縁部を含む範囲で、芯線ホルダの基材の材質よりも、熱伝導率が高い材質よりなる熱伝導層を形成することにより、高温に加熱されたシリコン芯線からの伝導熱や輻射熱が、芯線ホルダの基材を伝わる速度より、該熱伝導層を伝わり、前記シリコン芯線挿入穴の外縁部に伝わる速度が速くなり、従来は温度低下が著しかった該外縁部における温度低下を効果的に防止でき、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
　即ち、本発明によれば、ジーメンス法によるシリコン製造装置の底盤に配置された金属電極に取り付けられ、シリコン芯線の保持とシリコン芯線への通電を行うための芯線ホルダであって、上記シリコン芯線を保持するためのシリコン芯線挿入穴を有し、該シリコン芯線挿入穴の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に、芯線ホルダを構成する基材の材質より熱伝導率が大きい材質により構成された熱伝導層を形成したことを特徴とする芯線ホルダが提供される。
　上記芯線ホルダにおいて、前記基材の材質がカーボンであり、熱伝導層の材質が炭化ケイ素であることが好ましい。
　ジーメンス法によるシリコン製造装置を用いた多結晶シリコンロッドの製造において、本発明の芯線ホルダは、前記構成により、シリコン芯線で発生する熱を、芯線ホルダの基材を伝わる速度より、前記熱伝導層を面方向に伝わる速度を速くすることにより、該外縁部における温度低下を効果的に防止でき、シリコンロッドの脚部となる部分のシリコン芯線におけるシリコンの成長速度を高く維持できる。その結果、得られるシリコンロッドの脚部を太くすることが可能となり、前記シリコンロッドの倒壊を効果的に防止することが可能となる。また、熱伝導率が比較的低い材質の基材上に、熱伝導率が比較的高い熱伝導層を形成しているため、該外縁部には効率的に伝熱できる。すなわち、電極下部の冷却手段側には、熱伝導率が比較的低い材質の基材が配置されるため、冷却手段に流れる熱量が制御され、熱伝導層を介して外縁部に効率的に熱を供給できる。この結果、上記効果がより確実に達成される。
　また、本発明の芯線ホルダは、構造も簡単であり、例えば、後述するように、従来の芯線ホルダに、高熱伝導性部材を、蒸着や焼付等の手段によって積層して上部部材を形成することにより、容易に製造することが可能であり、加工面、コスト面においても、工業的に有利であるという特徴をも有する。
本発明の芯線ホルダの一態様を示す概略図 本発明の芯線ホルダの他の一態様を示す概略図 本発明の芯線ホルダの他の一態様を示す概略図 本発明の芯線ホルダの他の一態様を示す概略図 ジーメンス法によるシリコン製造装置の概略図
　以下、本発明の芯線ホルダを、その実施態様を示す図に基づいて説明するが、本発明は図に示す態様に限定されるものではない。
　図１～４は、本発明の芯線ホルダの構造の一態様を示す概略図（断面図）である。
　本発明の芯線ホルダ３は、シリコン芯線４を保持するためのシリコン芯線挿入穴７を有し、該シリコン芯線挿入穴７の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に、芯線ホルダを構成する基材９の材質より熱伝導率が大きい材質により構成された熱伝導層８を形成したことを特徴とする。
　本発明において、芯線ホルダ３の基材９の材質は、芯線ホルダとして必要な電気伝導性を有する、公知の材質が特に制限なく使用されるが、工業的には、カーボンが最も好適に使用される。
　また、芯線ホルダ３の形状は、前記したように、シリコン芯線挿入穴７を有するものであれば、公知の芯線ホルダの形状が特に制限なく採用される。最も一般的な形状は、図１～４に示す、円筒状を成し、上部が断面視で台形状を成すものである。
　本発明の特徴は、芯線ホルダを構成する基材９の材質より熱伝導率が大きい材質により構成された熱伝導層８を形成したことにある。
　上記熱伝導層８は、基材９によって構造が決定される芯線ホルダ３のシリコン芯線挿入穴７の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に設けられる。
　上記熱伝導層８は、シリコン芯線挿入穴７に挿入されたシリコン芯線の加熱による熱を、面方向に迅速に伝え、その外縁部を高温に保つ作用をし、脚部におけるシリコンの生成・析出の速度を高く維持することによって、得られるシリコンロッドの脚部が太く形成され、シリコンロッドの倒壊が効果的に防止される。本発明者らの確認によれば、脚部におけるシリコンの生成・析出は、熱伝導層８の表面を覆う状態で起こっており、これにより、上記太い脚部の形成が可能となる。
　かかる熱伝導層８は、上記機能を発揮するために、芯線ホルダを構成する基材９の材質より熱伝導率が大きい材質により構成することが必要である。特に、基材９の材質の熱伝導率を１としたとき、熱伝導層としては、１．０３以上、好ましくは、１．３０以上の熱伝導率を有する材質を選定することが好ましい。また、基材の耐熱性を維持する観点から、熱伝導層の熱伝導率は、基材の熱伝導率の７０倍以下であることが好ましく、４倍以下であることがより好ましい。因みに、芯線ホルダの基材９の材質として一般的な、カーボン（焼結体）は、上記のように好ましくは９０～１３０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有するものが容易に入手できる。熱伝導層としては、基材９の有する熱伝導率に上記比率を乗じた熱伝導率を有する材質が好適に使用される。上記カーボンを基材とする場合、具体的には、熱伝導層としては、カーボン、炭化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられるが、シリコンロッドの金属汚染の問題を回避するためには、カーボン、炭化ケイ素が好ましく、就中、炭化ケイ素が最も好ましい。基材をカーボンで構成し、熱伝導層をカーボンで構成する場合であっても、熱伝導層としてカーボン膜の製膜条件を適宜に設定することで、基材としてのカーボンよりも高い熱伝導率を有する熱伝導層を形成できる。
　基材９および熱伝導層８を構成する材料は、上記の熱伝導比率を満足する限り、特に限定はされないが、基材９は、上記のように、好ましくは熱伝導率が５～２００Ｗ／ｍ・ｓ、さらに好ましくは９０～１３０Ｗ／ｍ・ｓの材質からなり、特にカーボンが用いられる。また、熱伝導層８は、好ましくは熱伝導率が１０～３５０Ｗ／ｍ・ｓ、さらに好ましくは１５０～３５０Ｗ／ｍ・ｓの材質からなり、特にカーボン、炭化ケイ素が好ましく用いられる。基材９と熱伝導層８との熱伝導率の差は、好ましくは１０Ｗ／ｍ・ｓ以上、さらに好ましくは３０Ｗ／ｍ・ｓ以上、特に好ましくは５０Ｗ／ｍ・ｓ以上が望ましい。
　なお、一般的なカーボンの熱伝導率は５～２００Ｗ／ｍ・ｓ程度であり、窒化アルミニウムでは７０～２７０Ｗ／ｍ・ｓ程度であり、炭化ケイ素では１５０～３５０Ｗ／ｍ・ｓ程度である。本発明では、各種の耐熱性熱伝導材料から、上記の好ましい態様に基づいて適宜に基材、熱伝導層の材質を選定すればよい。
　また、熱伝導層８を形成する範囲は、芯線ホルダの大きさや形状にもよるが、一般には、該開口の縁から外周に向かって２ｍｍ以上、好ましくは、５ｍｍ以上、更に好ましくは、１０ｍｍ以上のエリアを含むように形成することが好ましい。熱伝導層８を形成する範囲が、上記範囲より狭い場合、得られる多結晶ロッドの脚部の成長が十分成されなくなる傾向がある。一方、熱伝導層８をあまり広範囲に形成しても、効果は頭打ちとなり、また、芯線ホルダの大きさや形状によって、その上限値は異なるため、予め実験を行い、脚部の成長が十分起こる適当な範囲を決定することが好ましい。図１～４は、芯線ホルダ３が台形の断面形状を有する場合の熱伝導層８の代表的な形成態様を示すものである。上記芯線ホルダ３に対して熱伝導層８は、例えば、図２に示すように、該芯線ホルダの上面全体を覆うように設ける態様、或いは、図示していないが、該芯線ホルダの上面に熱伝導層を部分的に設ける態様、また、図２に示すように、芯線ホルダの上面とシリコン芯線挿入穴の内壁とを覆うように熱伝導層を設ける態様、図３に示すように、芯線ホルダの上面とこれに続く斜面とを覆うように熱伝導層を設ける態様、また、図４に示すように、芯線ホルダの上面とこれに続く斜面、更には、シリコン芯線挿入穴の内壁を覆うように熱伝導層を設ける態様などが挙げられる。
　上記態様において、シリコン芯線挿入穴の内壁を覆う態様は、シリコン芯線挿入穴７の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に熱伝導層８を形成することによる本発明の元来の効果に併せ、シリコンロッドと接触することにより熱伝導層８に供給される、高温の熱量をより大量に熱伝導層に供給することができ、前記効果をより助長することができるため、特に好ましい態様である。
　また、前記熱伝導層８は、熱を面方向に十分伝達できる程度の厚みを有することが好ましく、具体的には、５μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上、更に好ましくは、４０μｍ以上の厚みで形成することが推奨される。但し、熱伝導層８の厚みは、あまり厚くしても、効果が頭打ちとなるばかりでなく、材料的にも不経済である。それ故、該熱伝導層の厚みは、５ｍｍ以下、好ましくは、１ｍｍ以下、更に好ましくは、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
　本発明において、芯線ホルダ３の基材９に熱伝導層８を形成する方法は、特に制限されず、化学蒸着法、物理蒸着法、焼結法などの公知の方法が制限なく採用される。具体的には、芯線ホルダ３の基材９がカーボンであり、熱伝導層８が炭化ケイ素である場合、化学蒸着法などにより熱伝導層８を形成することが好ましい。また、芯線ホルダ３の基材９がカーボンであり、熱伝導層８がカーボンである場合、カーボン製基材９上に、カーボン含有ペーストを塗工し、焼き付ける焼結法などにより熱伝導層８を形成することが好ましい。
　本発明において、芯線ホルダの大きさは、シリコン析出反応後のシリコンロッドの径やシリコンロッドよりかかる負荷加重等を考慮し、該シリコンロッドを支えるに十分な大きさとすればよい。一般には、円筒の径が３５ｍｍ～６０ｍｍ、高さが５０ｍｍ～１５０ｍｍである。該芯線ホルダに設けられるシリコン芯線挿入穴の径と深さは、使用するシリコン芯線の径と、シリコン析出反応させる間、高温下での芯線の膨張、及びシリコンロッドよりかかる負荷加重を考慮し適宜決定すればよい。
　また、本発明の芯線ホルダは、金属電極と接合される。該接合部の構造は、通電がスムーズに行われれば特に制限されないが、例えば、スクリュー型（螺合型）、吻合型、すり鉢型等の形状により接合する態様が挙げられる。
　尚、上記電極は、前述の通り部材を高温雰囲気から保護するため、通常は、水冷等により冷却可能な構造を有しており、シリコンが析出する間冷却されている。
　本発明の芯線ホルダは、直径が５～１２ｍｍのシリコン芯線を使用し、直径が８０ｍｍ以上、特に、１２０ｍｍ以上のシリコンロッドを製造する場合に有効である。
　以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
　尚、評価に用いたシリコンロッドの倒壊率（Ｒ（％））は、下記式により求めた。
　Ｒ（％）＝（倒壊したシリコンロッド本数）／（総シリコンロッド本数）×１００
　また、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定した値である。
　実施例１
　図１に示すように、シリコン芯線挿入穴７を囲む上面（シリコン芯線挿入穴の縁から外周に向かって１０ｍｍの範囲）を熱伝導率が１３５Ｗ／ｍＫのカーボン焼結体で５０μｍ被覆して熱伝導層８を形成した。ここで、基材としては、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍＫのカーボン焼結体を使用した。
　上記芯線ホルダ３を用いて、５ｍｍ角のシリコン芯線に多結晶シリコンの析出を行い、直径約１５０ｍｍのシリコンロッドを製造した結果、倒壊率は３．０％であった。
　実施例２
　実施例１において、熱伝導層８を熱伝導率が１７０Ｗ／ｍＫの炭化ケイ素焼結体で５０μｍ被覆して形成した以外は、同様にして多結晶シリコンの析出を行ったところ、シリコンロッドの倒壊率は２．０％であった。
　実施例３
　実施例１において、熱伝導層８を熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫの炭化ケイ素で５０μｍ被覆して形成し、また、基材として、熱伝導率が９０Ｗ／ｍＫのカーボン焼結体を使用した以外は、同様にして多結晶シリコンの析出を行ったところ、シリコンロッドの倒壊率は０．８％であった。
　実施例４
　実施例３において、熱伝導層８の形成を、図２に示すように、シリコン芯線挿入穴の内壁にも行った以外は、同様にして多結晶シリコンの析出を行ったところ、シリコンロッドの倒壊率は０．６％であった。
　実施例５
　実施例１において、熱伝導層８を熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫの炭化ケイ素で５０μｍ被覆して形成し、また、基材として、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍＫのカーボン焼結体を使用した以外は、同様にして多結晶シリコンの析出を行ったところ、シリコンロッドの倒壊率は１．５％であった。
　比較例
　実施例１において、熱伝導層８の形成を行っていない、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍＫのカーボン製の芯線ホルダを用いて、多結晶シリコンの析出を行ったところシリコンロッドの倒壊率は３．５％であった。
１：底盤
２：電極
３：芯線ホルダ
４：シリコン芯線
５：シリコンロッド
６：ベルジャー容器
７：シリコン芯線挿入穴
８：熱伝導層
９：基材

Claims (9)

  1. ジーメンス法によるシリコン製造装置の底盤に配置された金属電極に取り付けられ、シリコン芯線の保持とシリコン芯線への通電を行うための芯線ホルダであって、上記シリコン芯線を保持するためのシリコン芯線挿入穴を有し、該シリコン芯線挿入穴の縁から外周方向に延在する外縁部を含む範囲に、芯線ホルダを構成する基材の材質より熱伝導率が大きい材質により構成された熱伝導層を形成したことを特徴とする芯線ホルダ。
  2. 　熱伝導層を構成する材質の熱伝導率が、基材を構成する材質の熱伝導率の１．０３倍以上である請求項１に記載の芯線ホルダ。
  3. 　熱伝導層を構成する材質の熱伝導率が、基材を構成する材質の熱伝導率の１．３０倍以上である請求項１に記載の芯線ホルダ。
  4. 　基材がカーボンからなり、熱伝導層がカーボンまたは炭化ケイ素からなる請求項１～３の何れかに記載の芯線ホルダ。
  5. 　芯線ホルダが台形の断面形状を有し、芯線ホルダの上面を覆うように熱伝導層が形成されてなる請求項１～４の何れかに記載の芯線ホルダ。
  6. 　芯線ホルダのシリコン芯線挿入穴の内壁を覆うように熱伝導層が形成されてなる請求項５に記載の芯線ホルダ。
  7. 　芯線ホルダの上面とこれに続く斜面を覆うように熱伝導層が形成されてなる請求項５または６に記載の芯線ホルダ。
  8. 　熱伝導層の厚みが５μｍ以上、５ｍｍ以下である請求項１～７の何れかに記載の芯線ホルダ。
  9. 　請求項１～８の何れかに記載の芯線ホルダに、シリコン芯線を保持し、ジーメンス法により多結晶シリコンを析出する、シリコンロッドの製造方法。
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