JP3227549B2 - 半導体級多結晶シリコン製造用反応炉 - Google Patents

半導体級多結晶シリコン製造用反応炉

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JP3227549B2
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秀男 伊藤
輝久 北川
和人 井垣
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三菱マテリアルポリシリコン株式会社
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、形状不良が少なく表面
が平滑な多結晶シリコンロッドを製造するのに適した半
導体級多結晶シリコン製造反応炉に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体級多結晶シリコンは密閉
反応炉の底部に設けたノズルから原料ガスを高温下の反
応炉内に供給し、炉内に設けた赤熱したシリコン心棒表
面で原料ガスを熱分解ないし水素還元させ、シリコン心
棒表面に多結晶シリコンを析出し成長させることにより
製造されている。すなわち、分解してシリコンを析出す
る気体材料、例えば高純度に精製したモノシラン、ジシ
ラン、トリクロルシラン、四塩化珪素、あるいはこれら
と水素の混合物などからなる原料ガスを、高純度のシリ
コン基体に高温下で接触させて熱分解ないし水素還元さ
せ、基体表面にシリコン結晶を析出させて製造する。
【0003】最近、半導体級多結晶シリコンの需要が増
大するのに伴い、生産量を高めるために反応炉を大型化
し、反応炉中に数十本のシリコン心棒を設置し、一度に
多量の多結晶シリコンを析出成長させる方法が採られて
いる。ところが、炉内に設置するシリコン心棒の本数が
多くなると、各シリコン心棒表面に原料ガスを安定に供
給するのが難しくなり、このため、シリコンロッド表面
に凹凸(ポップコーン)が発生し、またロッドの太さが
不均一となり形状不良を生じる。ロッド表面に凹凸が発
生すると異常成長を生じ易く、またロッド表面の洗浄効
果が大幅に低下するので好ましくない。ロッド表面の凹
凸をなくすにはシリコン心棒の表面温度を低くし析出反
応を穏やかにすれば良いが、この場合にはシリコンの析
出速度が遅くなり生産性とエネルギー効率を著しく低下
させることになる。
【0004】そこで、従来の反応炉は、多数のシリコン
心棒を設けた場合にも炉内のガス流を攪拌してシリコン
心棒表面へのガス接触を良好にする着想に基づき、原料
ガスの供給ノズルと排気口とを炉底中央部に設けた構造
を有するものが多い。この構造では、炉内に供給された
原料ガスはシリコン心棒に沿って上昇し、反応後、炉上
部から炉底中央部に向かって反転し、その大部分は排気
口から外部に導かれる一方、新たな原料ガスが上昇する
循環流が形成される。ところが、上記構造は反応炉が大
型化すると炉内側方部分へのガス供給が排ガスの循環に
よって妨げられ易くなる。また排ガスの一部が必然的に
原料ガスと共に上昇するので副生ガスの比率が次第に高
くなり、ロッドの形状不良を生じ易くなる。
【0005】
【課題の解決手段】反応炉内の多数のシリコン心棒に安
定に原料ガスを供給するには、反応時に炉内に供給され
る原料ガスが各シリコン心棒に対して均一に流れると共
に排ガスが原料ガスの流れを乱さずに炉外に排出される
ことが必要である。本発明者らは、炉内の円滑なガスの
流れを達成するノズル配置について種々検討し、原料ガ
スの供給ノズルを該ノズルに隣接する複数の電極ホルダ
に対して幾何学的に対称な一定距離の位置に設けること
によりシリコン心棒の各々に対して均一な原料ガスの供
給を確保し、また排気口を炉内周壁に沿って配置するこ
とにより、炉内での循環流を抑制し、原料ガスの上昇流
を妨げずに副生ガスおよび未反応ガスを炉上部から炉内
壁に沿って炉底に導き、炉底周縁部に配置した排気口か
ら抜出すようにすれば、ロッド表面が滑らかで形状不良
のない大型のシリコンロッドを製造できることを見出だ
した。
【0006】本発明によれば、(1) 密閉反応炉の底部に
複数の原料ガス供給用ノズルと複数のガス排出口を有
し、炉底部の電極ホルダによって逆U字型に立設された
複数のシリコン心棒に多結晶シリコンを高温下で析出さ
せる半導体級の多結晶シリコンを製造する反応炉におい
て、ガス排出口を炉内周側に設ける一方、炉内周に沿っ
て環状に配列した原料ガス供給ノズルと電極ホルダの列
を交互に多重に配列したことを特徴とする半導体級多結
晶シリコン製造用反応炉が提供される。また本発明によ
れば、(2) 密閉反応炉の底部に複数の原料ガス供給用ノ
ズルと複数のガス排出口を有し、炉底部の電極ホルダに
よって逆U字型に立設された複数のシリコン心棒に多結
晶シリコンを高温下で析出させる半導体級の多結晶シリ
コンを製造する反応炉において、1個の原料ガス供給用
ノズルに対して少なくとも2個の電極ホルダが等間隔に
配置されており、ガス排出口が炉内周側に設けられてい
ることを特徴とする半導体級多結晶シリコン製造用反応
炉が提供される。また本発明によればその好適な実施態
様として、(3) 上記3個の電極ホルダが互いに正三角形
を形成することにより電極ホルダ全体が六角形に配置さ
れており、各正三角形をなす3個の電極ホルダに対して
1個の原料ガス供給用ノズルが等間隔に配置されている
上記(2) の反応炉、(4) 電極ホルダと原料ガス供給ノズ
ルが交互に正方形の格子状の交点に配置され、1個の原
料ガス供給用ノズルに対して正方形をなす4個の電極ホ
ルダが等間隔に配置されている上記(2) の反応炉が提供
される。
【0007】本発明の反応炉はその基本構造として、底
部に複数の原料ガス供給用ノズルと複数のガス排出口を
有し、炉底部の電極ホルダによって逆U字型に立設され
た複数のシリコン心棒に多結晶シリコンを高温下で析出
させる密閉型の反応炉であって、ガス排出口が炉内周側
に沿って設けられており、該排気口の配列の内側に複数
の電極ホルダと原料ガスの供給ノズルが配置されてい
る。原料ガスの供給ノズルは、シリコン心棒の各々に対
して均一な原料ガスの供給を確保するように、該ノズル
に隣接する複数の電極ホルダに対して幾何学的に対称な
一定距離の位置に設けられる。その一例として、炉内周
に沿って環状に配列した原料ガス供給ノズルと電極ホル
ダの列を交互に多重に配列したことを特徴とする半導体
級多結晶シリコン製造用反応炉が提供される。また他の
例において、最も基本的な単位として、1個の原料ガス
供給用ノズルに対して少なくとも2個の電極ホルダが等
間隔に配置される。好適な態様としては、1個の原料ガ
ス供給ノズルに対して3個ないし4個の電極ホルダが等
間隔をなすように配置し、多重に配列した電極ホルダ列
と原料ガス供給ノズル列との間で、電極ホルダが複数の
原料ガス供給ノズルに囲まれるように構成するとよい。
【0008】以下、図面に示す実施例を参照して本発明
を詳細に説明する。 実施例1 図1は、本発明に係る反応炉のノズル配置を示す炉底の
概略図であり、図中、1は反応炉の内壁、2はシリコン
心棒を支える電極ホルダ、3は原料ガスの供給ノズル、
4は排気口である。本実施例では、図示するように、8
個の排気口4が炉内壁に沿って等間隔に配置されてお
り、この排気口4より内側の範囲に、炉内周に沿って環
状に配列した原料ガス供給ノズルと電極ホルダの列が交
互に多重に配列されている。炉底中央部には原料ガス供
給ノズルおよび排気口は設けられていない。本実施例に
おいて、最内側の電極ホルダに支えられたシリコン心棒
(図示せず)は、その前後に設けた供給ノズル3を通じ
て炉内に供給された原料ガスが前後から該心棒を囲むよ
うに上昇し、その間に赤熱した心棒表面に接触して熱分
解し、シリコン結晶を析出させる。反応後、未反応ガス
および副生ガスは炉上部で反転し炉内周壁に沿って下降
して排気口から外部に排出される。最外周の電極ホルダ
2に支えられたシリコン心棒はその外周側表面が未反応
の原料ガスと反応して中央部分のシリコン心棒と同様に
シリコン結晶が表面に析出する。
【0009】実施例2 図2は、本発明に係る他のノズル配置を示す炉底の概略
図であり、本実施例では、図示するように、6個の排気
口4が炉内壁に沿って等間隔に配置され、この排気口4
より内側の範囲に複数の電極ホルダ2と原料ガス供給ノ
ズル3が均一に一定形状に分散して配置されている。実
施例1と同様に炉底中央部には原料ガス供給ノズルおよ
び排気口は設けられていない。具体的には、36個の電
極ホルダ2が、排気口4より内側の範囲で、3重の正六
角形を形成するように配置されており、隣接する3個の
電極ホルダ2は互いに正三角形を形成し、その頂点に位
置している。各電極ホルダ2は隣接する任意の一対が正
極と負極に接続されて1組の電極として使用される。一
方、54個の原料ガスの供給ノズル3は、上記電極ホル
ダ2が形成した3重の正六角形の間に位置し、図示する
ように、該電極ホルダ2は1個の原料ガス供給用ノズル
に対して少なくとも2個、本実施例においては3個の電
極ホルダが等間隔に配置されており、即ち、3個の電極
ホルダ2のなす各正三角形の中心に原料ガス供給ノズル
3が設けられている。このように最外周の電極ホルダ2
を除き、最内周と中間部の電極ホルダ2は各々原料ガス
供給ノズル3によって囲まれている。炉内に供給された
原料ガスは電極ホルダ2に支えられたシリコン心棒(図
示せず)を囲むように該心棒に沿って上昇し、その間に
赤熱した心棒表面に接触して熱分解し、シリコン結晶を
析出させる。反応後、未反応ガスおよび副生ガスは炉上
部で反転し炉内周壁に沿って下降して排気口から外部に
排出される。なお、実施例1と同様に、最外周の電極ホ
ルダ2に支えられたシリコン心棒はその外周側表面が未
反応の原料ガスと反応して中央部分のシリコン心棒と同
様にシリコン結晶が表面に析出する。
【0010】実施例3 図3の配置例では、8個の排気口4が炉内周壁1に沿っ
て配列されると共に、該排気口4の配列の内側に電極ホ
ルダ2と原料供給ノズル3とが正方形の格子状に配列さ
れ、各交点に電極ホルダ2と原料供給ノズル3とが交互
に配置されている。上記配列において、最外周の列は炉
内周壁1に沿って正八角形に形成されており、この列を
除き、各電極ホルダ2は4個の原料ガス供給ノズル3に
よって囲まれており、即ち、電極ホルダ2は4個の原料
ガス供給ノズル3が形成する正四角形の中心に位置す
る。実施例1と同様に各電極ホルダ2は隣接する任意の
一対が正極と負極に接続されて1組の電極として使用さ
れる。炉内に供給された原料ガスは電極ホルダ2に支え
られたシリコン心棒(図示せず)を囲むように該心棒に
沿って上昇し、その間に赤熱した心棒表面に接触して熱
分解し、シリコン結晶を析出させる。反応後、未反応ガ
スおよび副生ガスは炉上部で反転し炉内周壁に沿って下
降し、最外周の電極ホルダに支えられたシリコン心棒の
外周側表面に未反応の原料ガスが熱分解してシリコンを
析出させ、排ガスは排気口から外部に排出される。
【0011】
【発明の効果】本発明の反応炉によれば、ロッド表面の
形状不良が少なく、表面が平滑な多結晶シリコンロッド
を多量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施例1の反応炉の炉底を示す
概略平面図。
【図2】 本発明に係る実施例2の反応炉の炉底を示す
概略平面図。
【図3】 本発明に係る実施例3の反応炉の炉底を示す
概略平面図。
【符号の説明】
1−反応炉内周壁 2−電極ホルダ 3−原料ガス供給ノズル 4−排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−138015(JP,A) 特開 平1−208312(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 C01B 33/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉反応炉の底部に複数の原料ガス供給
    用ノズルと複数のガス排出口を有し、炉底部の電極ホル
    ダによって逆U字型に立設された複数のシリコン心棒に
    多結晶シリコンを高温下で析出させる半導体級の多結晶
    シリコンを製造する反応炉において、ガス排出口を炉内
    周側に設ける一方、炉内周に沿って環状に配列した原料
    ガス供給ノズルと電極ホルダの列を交互に多重に配列し
    たことを特徴とする半導体級多結晶シリコン製造用反応
    炉。
  2. 【請求項2】 密閉反応炉の底部に複数の原料ガス供給
    用ノズルと複数のガス排出口を有し、炉底部の電極ホル
    ダによって逆U字型に立設された複数のシリコン心棒に
    多結晶シリコンを高温下で析出させる半導体級の多結晶
    シリコンを製造する反応炉において、1個の原料ガス供
    給用ノズルに対して少なくとも2個の電極ホルダが等間
    隔に配置されており、ガス排出口が炉内周側に設けられ
    ていることを特徴とする半導体級多結晶シリコン製造用
    反応炉。
  3. 【請求項3】 上記3個の電極ホルダが互いに正三角形
    を形成することにより電極ホルダ全体が六角形に配置さ
    れており、各正三角形をなす3個の電極ホルダに対して
    1個の原料ガス供給用ノズルが等間隔に配置されている
    請求項2の反応炉。
  4. 【請求項4】 電極ホルダと原料ガス供給ノズルが交互
    に正方形の格子状の交点に配置され、1個の原料ガス供
    給用ノズルに対して正方形をなす4個の電極ホルダが等
    間隔に配置されている請求項2の反応炉。
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