JPH06172093A - 半導体級多結晶シリコン製造反応炉 - Google Patents

半導体級多結晶シリコン製造反応炉

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JPH06172093A
JPH06172093A JP35221592A JP35221592A JPH06172093A JP H06172093 A JPH06172093 A JP H06172093A JP 35221592 A JP35221592 A JP 35221592A JP 35221592 A JP35221592 A JP 35221592A JP H06172093 A JPH06172093 A JP H06172093A
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輝久 北川
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 密閉反応炉の底部に複数の原料ガス供給用ノ
ズルを有し、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、ガス排出口がシリコン心棒より上方の上部
炉壁面、好ましくは炉天井部および/または炉側壁部に
複数個均等に配設さ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反応炉。 【効果】 形状不良が少なく表面が平滑な多結晶シリコ
ンロッドを一度に多量に製造できる。

Description

【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】具体的には、一般に内部が密閉されたベル
ジャ型の炉により反応を行なう。反応炉の内部にはシリ
コン心棒が立設されており、その下端は電極ホルダによ
って支えられており、製造時に該シリコン心棒が赤熱す
るように通電される。また反応炉の底部にはノズルが配
設されており、原料ガスが該ノズルを通じて炉内に供給
される。ノズルから供給された原料ガスは赤熱したシリ
コン心棒に接触して分解還元され、シリコン心棒表面に
多結晶シリコンが析出する。
【0004】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、全シリコン心棒表面に原料ガスを安定に供
給することが難しくなり、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。
【0005】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は炉内のガス流を撹拌してシリコン
心棒表面へのガス接触を良好にするという着想に基づ
き、原料ガス供給用ノズルとガス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
大部分はガス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り、また排ガス
の一部が必然的に原料ガスと共に上昇することとなる。
その結果、シリコン心棒表面に供給される原料ガスの組
成が悪化し、ロッドの形状不良を生じ易くなる。
【0006】このように、従来の方法ではその製造反応
炉を大型化した場合、表面が滑らかで凹凸がなく均一な
シリコンロッドを効率よく製造できない問題がある。本
発明は、このような従来の課題を解決するものであり、
表面が滑らかで形状不良のない大型の多結晶シリコンロ
ッドを製造するのに適した反応炉を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】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、電極ホル
ダ、原料ガス供給用ノズルおよびガス排出口の相対的な
配置について検討し、炉内のガス循環を減少させること
により前記目的が達成され、シリコンロッド表面が滑ら
かで形状不良のない多結晶シリコンロッドが製造できる
ことを見出した。
【0008】すなわち、本発明は、密閉反応炉の底部に
複数の原料ガス供給用ノズルを有し、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、ガス排出口がシリ
コン心棒より上方の上部炉壁面、好ましくは炉天井部お
よび/または炉側壁部に複数個均等に配設されているこ
とを特徴とする半導体級多結晶シリコン製造反応炉を提
供するものである。
【0009】本発明の反応炉はその基本構造として、複
数の原料ガス供給用ノズルおよびシリコン心棒を逆U字
型に立設するための複数の電極ホルダを炉底部に有する
密閉型の反応炉であり、複数のガス排出口はシリコン心
棒より上方の炉上部に設けられている。
【0010】原料ガス供給用ノズルとしては、通常のノ
ズルを用いることができるが、シリコン心棒上部とシリ
コン心棒下部へ独立して原料ガスを供給し、シリコン心
棒上部での原料ガス濃度低下を防止し得るノズル、例え
ば多段ノズル、異流速ノズル、2重ノズル等(特願平3-
326976号,特願平3-326977号,特公昭57-12288号など)
を用いてもよい。これらの特殊なノズルを使用すること
により、さらに表面形状の良好なシリコンロッドを製造
することが可能である。また、炉底部に配設される原料
ガス供給用ノズルと電極ホルダは、全シリコン心棒表面
に対して原料ガス供給の過不足面ができないように配置
することが好ましい。
【0011】ガス排出口については、従来の反応炉では
前記したように炉底部の特に中央部に配置し、炉内での
ガス循環が起こり易くしていたが、本発明の反応炉にお
いては、そのガス排出口は炉の上部、特にシリコン心棒
の最上部より上部の炉壁面に配置し、ガス循環を抑制す
る。炉底部のノズルより供給される原料ガスは、赤熱し
たシリコン心棒と接触して熱分解あるいは水素還元によ
って表面にシリコンを析出しながら上昇する。また同時
に反応副生ガスが発生する。炉上部に達した排ガスは、
炉内を循環することなく炉上部壁面に設けられたガス排
出口を通じて炉外に排出される。この結果、排ガスを含
んだガス循環が大幅に減少し、常にシリコン心棒表面に
新鮮な原料ガスが供給される。
【0012】炉内でのガス循環を最小限に抑えるために
は、排ガスを効率良く排出することが必要であり、ガス
排出口の配置数、配置場所、排出口の管径等を調整する
ことにより行なわれる。ガス排出口の配置数および配置
場所に関しては、炉内ガスの流れについて偏流やショー
トパスが起きないようにすることが重要であり、このた
め本発明では炉上部に排出口を設ける。具体的な装置構
成においては、ガス排出口の数、管径等は原料ガス供給
用ノズルとシリコン心棒の配置を考慮して定められる
が、概ね炉の上部に均等に配置することが好ましい。ま
た、排出口の管径に関しては排出配管等の圧力損失差に
よる排出量の偏りが生じないように大きくとることが好
ましい。また、シリコン心棒上部と炉天井との空間は、
排出口へのガスの流れを良くするため、およびシリコン
心棒上部先端まで入口ノズルからのガス流れが届くよう
にするため、空間を広くとることが好ましい。
【0013】
【実施例】本発明反応炉の好適な態様としては、ガス排
出口を炉天井部に配設するもの、またはガス排出口を炉
側壁上部に配設するものが挙げられる。以下に図面に示
す実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明
はこれらに限定されるものではない。
【0014】実施例1 図1(a)は本発明に係る反応炉を示す炉天井部の概略
平面図、図1(b)は炉側面の概略縦断面図であり、図
中、1は反応炉の内壁、2はガス排出口、3はシリコン
心棒、4はシリコン心棒を支える電極ホルダ、5は原料
ガス供給用ノズル、6は炉天井部、7は排気管である。
本実施例では、図示するように、ベルジャ型の密閉型反
応炉内に同心円上に等間隔にシリコン心棒3が配列して
おり、炉底部には原料ガス供給用ノズル5が前記シリコ
ン心棒3を支える電極ホルダ4と交互に配列されてい
る。炉天井部6にはガス排出口2が均等に設置されてお
り、該ガス排出口2は、炉天井のほぼ中央、多重に設け
たシリコン心棒の配列の間に対応する位置、および炉内
壁に沿った位置にそれぞれ配設されている。各排出口に
は排気管7が接続している。なお、炉底部には、ガス排
出口は設けられていない。
【0015】本実施例においては、炉底部のノズルより
供給される原料ガスがシリコン心棒3の周囲を囲むよう
に上昇し、その間に赤熱したシリコン心棒表面に接触し
て熱分解ないし水素還元によりシリコンを析出させる。
反応後、未反応ガスおよび副生ガスは炉上部に達し、炉
天井部に設けられたガス排出口2より外部に排出され
る。シリコン心棒上部と炉天井との間に十分な広さの空
間が設けられているので、炉上部での排ガスの偏流がな
く、円滑なガスの流れとなっている。
【0016】従って、炉上部に達した排ガスは炉下部方
向に反転循環させることなく排出されるので、原料ガス
流が排ガスによって乱されずシリコン心棒表面に常に新
鮮な原料ガスが供給されることになり、形状不良のない
大型の多結晶シリコンが得られる。
【0017】実施例2 図2は、本発明の他の実施例に係る反応炉を示し、同図
(a)は炉天井部の概略平面図、同図(b)はその概略
縦断面図(b)である。本実施例では、図示するように
シリコン心棒3および原料ガス供給用ノズル5は実施例
1と同様の配置になっているが、ガス排出口2が炉天井
部に近い炉側壁部8に等間隔に設けられている。本実施
例においては、炉底部のノズル5より供給される原料ガ
スがシリコン心棒3の周囲を囲むように上昇し、その間
に赤熱したシリコン心棒表面に接触して熱分解ないし水
素還元によりシリコンを析出させる。反応後、未反応ガ
スおよび副生ガスは炉上部に達し、炉側壁部に設けられ
たガス排出口より外部に排出される。本実施例では、ガ
ス排出口が炉天井部に近い炉側壁部に設けられているの
で、実施例1とほぼ同様の効果を示す。また、シリコン
心棒上部と炉天井部との空間を十分とることによって、
実施例1と同様、炉上部での排ガスの偏流をなくし、ガ
スの流れをさらに良好なものとしている。
【0018】
【発明の効果】本発明の半導体級多結晶シリコン製造反
応炉は、形状不良が少なく表面が平滑な多結晶シリコン
ロッドを一度に多量に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)本発明に係る実施例1の反応炉の炉天
井部の概略平面図および(b)その概略縦断面図。
【図2】 (a)本発明に係る実施例2の反応炉の炉天
井部の概略平面図および(b)その概略縦断面図。
【符号の説明】
1 反応炉内壁 2 ガス排出口 3 シリコン心棒 4 電極ホルダ 5 原料ガス供給用ノズル 6 炉天井部 7 ガス排気管 8 炉側壁部

Claims (3)

    【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、ガス排出口がシリコン心棒より上方の
    炉上部に複数個均等に配設さ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反応炉。
  2. 【請求項2】 ガス排出口が炉天井部に複数個均等に配
    設されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    級多結晶シリコン製造反応炉。
  3. 【請求項3】 ガス排出口が炉上部側壁に複数個均等に
    配設されていることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体級多結晶シリコン製造反応炉。
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