JPH07109198A - Device and method for producing bar-like high-purity silicon for semiconductor - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To produce a bigger rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors in a short time while maintaining the purity of gaseous monosilane refined to a high purity.

CONSTITUTION: A reaction furnace is internally provided with powder catchers 5, 6 consisting of cylindrical water-cooled jackets and many reaction chambers 3 concentrically near the outer periphery. The temps. in the respective parts in the furnace are so regulated as to be higher in order of the powder catchers 5, 6, the water-cooled jacket 4 and an upper cap 1a. The gaseous monosilane is partly blown from plural gas blow-off ports 13 to a horizontal direction and the gas is stirred by the descending streams generated around the powder catchers 5, 6. The gas ascends in the respective reaction chambers 3 at a uniform concn. and grows polycrystalline silicon 19 around a silicon core wire in the short time. The silicon powder formed at this time is adhered and captured to the wall surfaces of the additionally cooled powder catchers 5, 6 and is hardly adhered to the wall of the reaction chambers 3 and the ceiling section of the reaction furnace. The effect may be further enhanced by installing a fan 20.

COPYRIGHT: (C)1995,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法
（以下ＣＺ法という）またはフローティングゾーン法
（以下ＦＺ法という）により半導体用単結晶シリコンを
製造する際、原料として用いられる半導体用棒状多結晶
シリコンの製造装置および製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rod-shaped polycrystal for semiconductors used as a raw material when manufacturing single crystal silicon for semiconductors by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method) or the floating zone method (hereinafter referred to as FZ method). The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of crystalline silicon.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体用単結晶シリコンの原料である多
結晶シリコンの製造方法として、トリクロロシラン等の
塩化物系シランの熱分解および水素還元により、シリコ
ン芯線上にシリコンを析出し、大径シリコン棒を製造す
る方法が従来から主体的であった。塩化物系シランを用
いる反応炉として、円形平板上に多数の電極を配設し、
逆Ｕ字状もしくは角形逆Ｕ字状に多数のシリコン芯線を
置く構造が、特開昭５６−１０５６２２号公報に開示さ
れている。この技術は、モノシランガスに対して工業的
に適用することはできない。モノシランガスの場合、ガ
ス温度が数百度以上になると微細なパウダーを生成し、
棒状シリコンの成長を著しく阻害する。また、高温のシ
リコン棒が互いに対向する側面は凹凸の激しい面が生成
し製品品質を悪化する。2. Description of the Related Art As a method for producing polycrystalline silicon, which is a raw material of single crystal silicon for semiconductors, a large diameter silicon is prepared by depositing silicon on a silicon core wire by thermal decomposition and hydrogen reduction of chloride silane such as trichlorosilane. Traditionally, the method of manufacturing the rod has been predominant. As a reaction furnace using chloride-based silane, arrange a large number of electrodes on a circular flat plate,
A structure in which a large number of silicon core wires are arranged in an inverted U shape or a square inverted U shape is disclosed in JP-A-56-105622. This technique cannot be industrially applied to monosilane gas. In the case of monosilane gas, when the gas temperature exceeds several hundred degrees, fine powder is generated,
It significantly inhibits the growth of rod-shaped silicon. In addition, the side surfaces of the high temperature silicon rods facing each other are highly uneven, which deteriorates the product quality.

【０００３】上記不具合を回避する手段を備えた、モノ
シランガスの熱分解に適した技術として、ＵＳＰ４１５
０１６８が知られている。この方法は、赤熱したシリコ
ン芯線を互いに熱遮蔽することによって気相の温度上昇
を防ぐとともに、隣接する加熱されたシリコン棒から受
ける熱影響をなくし、均一な棒状シリコンを得るもので
ある。しかしながら、モノシランの熱分解法によって棒
状シリコンを製造する場合、前記技術によってもシリコ
ンパウダーの生成を零とすることは工業的に不可能であ
る。生成されたシリコンパウダーは反応炉の炉壁に析出
し、数ｍｍの厚さになると自然に剥離して落下し、その
一部はシリコン棒に付着する。前記付着部分はパウダー
の噛み込みや異常なデンドライト成長を起こし、不良品
となる。As a technique suitable for the thermal decomposition of monosilane gas, which is equipped with means for avoiding the above-mentioned problems, USP415
0168 is known. This method is to obtain a uniform rod-shaped silicon by preventing the temperature rise of the vapor phase by shielding the red-heated silicon cores from each other by heat and eliminating the thermal influence from the adjacent heated silicon rods. However, when rod-shaped silicon is produced by the thermal decomposition method of monosilane, it is industrially impossible to reduce the generation of silicon powder to zero even by the above-mentioned technique. The generated silicon powder deposits on the furnace wall of the reaction furnace, and when it reaches a thickness of several mm, it spontaneously peels off and falls, and part of it adheres to the silicon rod. The adhered portion causes a powder bite and abnormal dendrite growth, resulting in a defective product.

【０００４】また、特開昭６１−１０１４１０号公報に
よるものは、反応炉の形状から見ると、熱遮蔽する構造
が上記ＵＳＰ４１５０１６８より若干改良されている。
しかしＨｏｇｎｅｓｓらの文献（Ｈｏｇｎｅｓｓ，Ｔ．
Ｒ．，Ｗｉｌｓｏｎ，Ｔ．Ｌ．，Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｗ．
Ｃ．：Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌａｎｅ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．５８：１０８〜１１２，１９３６）から考察する
と、前記方法はシリコンパウダーの成長を抑えるために
反応速度が著しく遅くなると予想される。Further, in view of the shape of the reaction furnace, the structure according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-101410 is slightly improved from the structure of USP 4150168.
However, Hogness et al. (Hogness, T. et al.
R. Wilson, T .; L. Johnson, W.M.
C. : The thermal decomposit
ion of Silane, J.M. Am. Chem. S
oc. 58: 108-112, 1936), it is expected that the above method will significantly slow the reaction rate to suppress the growth of silicon powder.

【０００５】シリコンパウダーを反応炉の外で捕集する
技術として、特公昭４４−３１７１７号公報が開示され
ている。この技術は、多結晶シリコン棒の製造に伴って
生成するシリコンパウダーを反応ガスとともに反応炉外
に引き出し、フィルターを用いてシリコンパウダーを捕
集し、パウダーを除去した反応炉内に再循環する方法で
ある。同様な技術に、ＵＳＰ４８３１９６４が知られて
いるが、これらの技術を利用する装置は大がかりにな
り、その結果、部材が増えて汚染を受ける機会が増加す
るという欠点がある。更に、装置の各部材に付着したシ
リコンパウダーは、掃除しても除去しにくい箇所、ある
いは簡単に掃除できない箇所に蓄積し、汚染の機会が増
加する。のみならず、気相で生成したシリコンパウダー
は非常に活性であり、静電気等によって容易に着火する
性質を持っている。特に、空気との混合状態にあるシリ
コンパウダーは着火すると爆発を起こす。また、このシ
リコンパウダーはシリコン棒取り出し作業、掃除作業等
の際に、反応炉と反応炉外の装置とを分離するために使
用するバルブのシール性を悪くする。Japanese Patent Publication No. Sho 41-31717 discloses a technique for collecting silicon powder outside the reaction furnace. This technology is a method in which the silicon powder generated during the production of polycrystalline silicon rods is pulled out together with the reaction gas to the outside of the reaction furnace, the silicon powder is collected using a filter, and the powder is removed and recycled into the reaction furnace. Is. A similar technique is known from US Pat. No. 4,831,964, but the disadvantage is that devices utilizing these techniques are bulky, resulting in an increase in the number of components and an increased chance of contamination. Further, the silicon powder adhered to each member of the device accumulates in a portion that is difficult to remove even after cleaning or a portion that cannot be easily cleaned, and the chance of contamination increases. In addition, the silicon powder produced in the gas phase is very active and has the property of being easily ignited by static electricity. In particular, silicon powder mixed with air will explode when ignited. Further, this silicon powder deteriorates the sealing property of the valve used for separating the reaction furnace and the apparatus outside the reaction furnace during the work of taking out the silicon rod, the cleaning work and the like.

【０００６】反応炉内で反応性ガスを循環させる特殊な
方法が、特公昭５２−３６４９０号公報で開示されてい
る。これらはモノシランガスの濃度を反応炉内で均一化
させるための手段で、高濃度のモノシランガスまたはモ
ノシラン１００％の原料ガスがシリコン芯線近くの高温
部に到達することを防止して、シリコンパウダーの生成
を抑制する方法であるが、反応炉には発熱体の輻射熱を
互いに遮蔽する部分がなく、モノシランガスを熱分解さ
せるのに適した技術ではない。また、反応室ごとの仕切
りがなく広い空間となっているため、反応性ガスが均一
に供給されにくい。従って、成長したシリコン棒の断面
が真円になりにくく、シリコン棒ごとの成長径も一様で
ないという欠点をもっている。その他、反応性ガスの流
速を上げる技術として、特開昭６３−１２３８０６号公
報が開示されている。これは反応炉内上部または下部に
攪拌装置を備えるものであるが、シリコンパウダー生成
反応を起こすモノシランガス使用の場合は不適である。A special method of circulating a reactive gas in a reaction furnace is disclosed in Japanese Patent Publication No. 52-36490. These are means for making the concentration of monosilane gas uniform in the reaction furnace, and prevent high-concentration monosilane gas or 100% monosilane raw material gas from reaching the high temperature part near the silicon core wire to generate silicon powder. Although it is a method of suppressing, it is not a technique suitable for thermally decomposing the monosilane gas because the reaction furnace does not have a portion for shielding the radiant heat of the heating element from each other. Further, since there is no partition for each reaction chamber and it is a large space, it is difficult to uniformly supply the reactive gas. Therefore, the grown silicon rods have a drawback that the cross-section is unlikely to be a perfect circle, and the growth diameter of each silicon rod is not uniform. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-123806 discloses a technique for increasing the flow velocity of the reactive gas. This is equipped with a stirrer at the upper part or the lower part in the reaction furnace, but it is not suitable when using monosilane gas which causes a silicon powder forming reaction.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上の各種欠点の他、
従来の技術に共通する欠点がある。それは、モノシラン
ガスを原料として使う場合に、気相中で起こる気相均一
反応によって発生するシリコンパウダーが成長中のシリ
コン棒周辺および反応炉天井部の壁面に堆積することを
回避する手段を備えていないことである。シリコンパウ
ダーの剥落によって発生する不良品は、シリコンパウダ
ー付着部分が溶解しにくく、単結晶化が困難になるた
め、ＣＺ素材、ＦＺ素材のいずれに対しても不適であ
る。そして、成長中の多結晶シリコン棒の周囲の壁およ
び反応炉天井部の壁にシリコンパウダーが堆積しやすい
反応炉の構造も、多結晶シリコンの析出速度を遅くして
いる大きな要因の一つと考えられる。In addition to the various drawbacks described above,
There are drawbacks common to conventional techniques. When using monosilane gas as a raw material, it has no means for avoiding deposition of silicon powder generated by a homogeneous reaction in the vapor phase in the vapor phase around the growing silicon rod and the wall surface of the reactor ceiling. That is. Defective products caused by the peeling of silicon powder are not suitable for both CZ material and FZ material because the silicon powder adhered portion is difficult to dissolve and single crystallization becomes difficult. The structure of the reactor, in which silicon powder is likely to deposit on the walls around the growing polycrystalline silicon rod and the wall of the reactor ceiling, is also considered to be one of the major factors that slow the deposition rate of polycrystalline silicon. To be

【０００８】ＣＺ法、ＦＺ法によるシリコン単結晶の製
造に用いられる原料として、棒状またはこれを破砕した
ものが多く採用されている。そして、半導体用多結晶シ
リコンに対して特に高純度とコストダウンとが要求され
ているが、この二つの要求は年々厳しさを増して来てい
る。本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもの
で、高純度に精製されたモノシランガスの純度を維持し
ながら、短い時間で、より太い半導体用棒状高純度多結
晶シリコンを製造することができる製造方法および製造
装置を提供することを目的としている。As a raw material used for producing a silicon single crystal by the CZ method and the FZ method, a rod-shaped material or a crushed material is often adopted. Further, particularly high purity and cost reduction are required for polycrystalline silicon for semiconductors, and these two requirements are becoming more and more severe year by year. The present invention has been made in view of the above conventional problems, and while maintaining the purity of highly purified monosilane gas, it is possible to produce a thicker rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for a semiconductor in a short time. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus that can be manufactured.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体用棒状高純度多結晶シリコン製
造方法および製造装置は、高純度に精製されたモノシラ
ンガスを熱分解して半導体用棒状多結晶シリコンを製造
する方法および装置であって、反応炉内に、棒状多結晶
シリコンを生成する多数の反応室と、モノシランガスの
熱分解中に生成されるシリコンパウダーを捕集するパウ
ダーキャッチャーとをそれぞれ反応ガス流に沿って分離
して設けるものとし、具体的な一例としては、反応炉内
に、円筒状の水冷ジャケットからなるパウダーキャッチ
ャーを同心円状に複数個配設し、これらのパウダーキャ
ッチャーを包囲するように設けた円筒状の水冷ジャケッ
トに、多数の円柱状空間からなる反応室を配設し、前記
パウダーキャッチャーおよび反応室を備えた上下面にそ
れぞれ空間を設ける構成とした。そして、このような構
成において、望ましくは、パウダーキャッチャーの総空
間断面積を反応室の総空間断面積より大きい構造とし、
パウダーキャッチャーの総表面積を反応室の総表面積よ
り大きい構造とした。反応室下端、パウダーキャッチャ
ーの上端または下端のいずれかに、モノシランガスの流
れを調節する抵抗板を取着するものとし、反応室の上方
に、断熱板として金属あるいはセラミックスの板を設
け、反応炉内に原料モノシランガスの一部を供給する配
管の吹き出し口を、パウダーキャッチャーの同一円周方
向に向けて、パウダーキャッチャー上部に複数個配設す
るものとした。また、上記半導体用棒状高純度多結晶シ
リコン製造装置を用いる棒状多結晶シリコンの製造方法
として、反応室の壁温度をＴ1 、パウダーキャッチャー
の壁温度をＴ2 、反応炉天井部の壁温度をＴ3 としたと
き、モノシランガスの熱分解中Ｔ2 ≦Ｔ1 ≦Ｔ3 の関係
を保持することとし、望ましくは、上記温度条件を、Ｔ
1 が２５°Ｃ以上、Ｔ2 が２５°Ｃ以下、Ｔ3 が７０°
Ｃ以上になるように制御するものとした。具体的な二つ
めの例として、反応ガスの流れに沿った場所、具体的に
はパウダーキャッチャーの下方にファンを取着し、反応
炉内の反応ガス流の循環を回転数によって制御する方法
および装置とした。従って反応性ガスの流れがファンを
通過するようにパウダーキャッチャーと反応室を分離す
るシュラウドを配設した。In order to achieve the above object, a method and an apparatus for producing a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for a semiconductor according to the present invention are provided by thermally decomposing highly purified monosilane gas into a rod-shaped semiconductor. A method and an apparatus for producing polycrystalline silicon, comprising a reaction furnace having a large number of reaction chambers for producing rod-shaped polycrystalline silicon and a powder catcher for collecting silicon powder produced during pyrolysis of monosilane gas. It is assumed that they are provided separately along the reaction gas flow, and as a specific example, a plurality of powder catchers consisting of a cylindrical water cooling jacket are concentrically arranged in the reaction furnace, and these powder catchers are arranged. A cylindrical water-cooling jacket provided so as to surround the reaction chamber having a large number of columnar spaces is provided. And it was on the upper and lower surfaces with the reaction chamber and each provided with a spatial composition. And, in such a configuration, desirably, the total space cross-sectional area of the powder catcher is made larger than the total space cross-sectional area of the reaction chamber,
The total surface area of the powder catcher was made larger than that of the reaction chamber. A resistance plate that regulates the flow of monosilane gas shall be attached to either the lower end of the reaction chamber or the upper or lower end of the powder catcher, and a metal or ceramic plate as a heat insulating plate shall be installed above the reaction chamber in the reaction furnace. A plurality of outlets of a pipe for supplying a part of the raw material monosilane gas are arranged above the powder catcher in the same circumferential direction of the powder catcher. Further, as a method for producing rod-shaped polycrystalline silicon using the above-mentioned rod-shaped high-purity polycrystalline silicon production apparatus for semiconductors, the wall temperature of the reaction chamber is T1, the wall temperature of the powder catcher is T2, and the wall temperature of the reactor ceiling is T3. Then, the relationship of T2 ≤ T1 ≤ T3 is maintained during the thermal decomposition of the monosilane gas.
1 is 25 ° C or higher, T2 is 25 ° C or lower, T3 is 70 °
The control is performed so as to be C or higher. As a second specific example, a method in which a fan is attached at a place along the flow of the reaction gas, specifically, below the powder catcher, and the circulation of the reaction gas flow in the reactor is controlled by the number of revolutions and The device. Therefore, a shroud that separates the powder catcher and the reaction chamber is provided so that the flow of the reactive gas passes through the fan.

【００１０】[0010]

【作用】上記各手段はそれぞれ次のように作用する。 （１）棒状多結晶シリコンを生成する多数の反応室と、
シリコンパウダーを捕集するパウダーキャッチャーとを
反応ガス流に沿って分離して設けることとし、具体的に
は、円筒状の水冷ジャケットからなるパウダーキャッチ
ャーを同心円状に複数個配設し、これらのパウダーキャ
ッチャーを包囲するように設けた円筒状の水冷ジャケッ
トに多数の円柱状反応室を配設したので、従来に比べて
反応条件設定の自由度が大幅に増大する。 （２）パウダーキャッチャーの総空間断面積を反応室の
総空間断面積より大きくすることによって、モノシラン
ガス下降流の抵抗が小さくなり、これに伴って反応室内
を上昇するガスの流速が増加する。従って、より多くの
原料ガスを供給することができるようになり、多結晶シ
リコンの成長速度を早めることができる。また、反応室
壁にシリコンパウダーが付着しにくくなる。 （３）パウダーキャッチャーの総表面積を反応室の総表
面積より大きくすることによって、パウダーキャッチャ
ーによるシリコンパウダーの捕集が容易になる。 （４）パウダーキャッチャー間の隙間が多少不揃いであ
っても、反応室下端、およびパウダーキャッチャーの上
端または下端のいずれかに、モノシランガスの流れを調
節する抵抗板を取着するこによって、各反応室に所定量
の均一な流量の原料ガスを供給することができる。 （５）反応室にの上方に遮断板を設けたので、反応炉の
天井部分をより高温度に維持することができ、反応炉の
天井部分に対するシリコンパウダー付着をより確実に防
止することができる。 （６）反応炉内に原料モノシランガスの一部を供給する
配管の吹き出し口を、パウダーキャッチャーの同一円周
方向にむけてパウダーキャッチャー上部に複数個配設し
たので、原料ガスはパウダーキャッチャー部分の下流に
対して９０°の角度で噴出される。これにより原料ガス
は攪拌され、より均一なガス濃度とすることができる。 （７）モノシランガスの熱分解時、反応室の壁温度Ｔ1
が２５℃以上、パウダーキャッチャーの外壁温度Ｔ2 が
２５℃以下、反応炉天井部の壁温度Ｔ3 が７０℃以上と
なるように制御することにしたので、パウダーキャッチ
ャーの壁に沿って下降するモノシランガスの速度が速く
なり、これに伴って反応室内を上昇するガス流速も速く
なる。これにより、ガス供給量を増大させて短時間に大
径の多結晶シリコン棒を製造することができる。また、
反応室におけるガス流速が増大すると、ガスの停滞がな
くなり、反応室壁へのシリコンパウダー付着を防止する
ことができる。パウダーキャッチャーの温度は他の部分
より低く設定されているので、シリコンパウダー捕集効
果を著しく向上させることができる。 （８）パウダーキャッチャーの下方にファンを取着し、
パウダーキャッチャーと反応室を分離するシュラウドを
配設することで、反応室に送り込むガス流速が、ファン
回転数により制御できる。これにより原料ガスを更に増
大することができる。Each of the above means operates as follows. (1) A large number of reaction chambers for producing rod-shaped polycrystalline silicon,
A powder catcher that collects the silicon powder is provided separately along the reaction gas flow. Specifically, a plurality of powder catchers consisting of a cylindrical water cooling jacket are concentrically arranged, and the powder Since a large number of cylindrical reaction chambers are arranged in a cylindrical water-cooled jacket provided so as to surround the catcher, the degree of freedom in setting reaction conditions is greatly increased compared to the conventional case. (2) By making the total space cross-sectional area of the powder catcher larger than the total space cross-sectional area of the reaction chamber, the resistance of the downward flow of monosilane gas decreases, and the flow velocity of the gas rising in the reaction chamber increases accordingly. Therefore, it becomes possible to supply a larger amount of raw material gas, and it is possible to accelerate the growth rate of polycrystalline silicon. Further, it becomes difficult for silicon powder to adhere to the reaction chamber wall. (3) By making the total surface area of the powder catcher larger than the total surface area of the reaction chamber, collection of silicon powder by the powder catcher becomes easy. (4) Even if the gaps between the powder catchers are somewhat uneven, by attaching a resistance plate that regulates the flow of monosilane gas to the lower end of the reaction chamber and either the upper end or the lower end of the powder catcher, It is possible to supply a predetermined amount of the raw material gas at a uniform flow rate. (5) Since the shutoff plate is provided above the reaction chamber, the ceiling portion of the reaction furnace can be maintained at a higher temperature, and silicon powder adhesion to the ceiling portion of the reaction furnace can be prevented more reliably. . (6) Since a plurality of outlets of the pipe for supplying a part of the raw material monosilane gas to the reaction furnace are arranged on the upper part of the powder catcher in the same circumferential direction of the powder catcher, the raw material gas is downstream of the powder catcher part. Is jetted at an angle of 90 °. As a result, the raw material gas is agitated, and a more uniform gas concentration can be obtained. (7) Wall temperature T1 of the reaction chamber during pyrolysis of monosilane gas
Is controlled to be 25 ° C or higher, the outer wall temperature T2 of the powder catcher is 25 ° C or lower, and the wall temperature T3 of the reactor ceiling is 70 ° C or higher. Therefore, the monosilane gas falling along the wall of the powder catcher is controlled. The velocity increases, and the gas flow velocity rising in the reaction chamber also increases accordingly. Thereby, the gas supply amount can be increased and a large-diameter polycrystalline silicon rod can be manufactured in a short time. Also,
When the gas flow velocity in the reaction chamber is increased, there is no stagnation of the gas, and it is possible to prevent silicon powder from adhering to the reaction chamber wall. Since the temperature of the powder catcher is set lower than the other parts, the silicon powder collecting effect can be remarkably improved. (8) Install a fan below the powder catcher,
By disposing a shroud that separates the powder catcher from the reaction chamber, the flow velocity of the gas fed into the reaction chamber can be controlled by the fan rotation speed. Thereby, the raw material gas can be further increased.

【００１１】現在使われている反応炉は、装置コスト、
取扱い、安全等を考慮して、大部分の装置が金属製であ
る。本発明による製造装置では腐食性が強い塩化物系シ
ランガスを使用せず、モノシランガスを使うことによっ
て、反応炉の腐食による多結晶シリコンの二次的な汚染
を避けることができる。また、モノシランガスの熱分解
反応は、気相均一分解というシリコンパウダーの生成反
応を伴っているため、塩化物系シランガスの熱分解反応
炉とは著しく異なる。従って、塩化物系シランガスを使
用する反応炉と同一形態では反応速度が遅い上、収率が
著しく低下する。The reactor used at present has equipment cost,
Most of the devices are made of metal in consideration of handling and safety. The production apparatus according to the present invention does not use a chloride-type silane gas having a strong corrosive property, but uses a monosilane gas, whereby secondary contamination of polycrystalline silicon due to corrosion of a reaction furnace can be avoided. Further, the thermal decomposition reaction of monosilane gas is significantly different from the thermal decomposition reaction furnace of chloride-based silane gas, because it is accompanied by a gas powder homogeneous reaction of silicon powder generation reaction. Therefore, the reaction rate is slow and the yield is remarkably reduced in the same form as the reaction furnace using the chloride-based silane gas.

【００１２】[0012]

【実施例】以下に、本発明に係る半導体用棒状高純度多
結晶シリコン製造方法および製造装置の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図１は半導体用棒状高純
度多結晶シリコン製造装置の概略構成を示す断面図、図
２は反応室上部の部分斜視図である。これらの図におい
て、ベルジャータイプの蓋１と円形の基板２とによって
仕切られた円柱状の空間すなわち反応炉内に、多数の反
応室３を備えた円筒状の水冷ジャケット４と、円筒状の
パウダーキャッチャー５，６とが同心円状に設けられて
いる。前記反応室３は、水冷ジャケット４の外周付近に
等間隔に設けられた円柱状の空間で、水冷ジャケット４
外周から各反応室３に通じる開口部４ａは、成長が完了
した半導体用多結晶シリコン棒を取り出すために設けら
れている。前記蓋１、パウダーキャッチャー５，６はい
ずれも水冷ジャケットであり、蓋１は上部蓋１ａと下部
蓋１ｂとを連結して構成されている。上部蓋１ａには冷
却水入口１ｃと冷却水出口１ｄとが設けられ、下部蓋１
ｂには冷却水入口１ｅと冷却水出口１ｆとが設けられて
いて、蓋の内部を冷却水が流通するようになっている。
前記水冷ジャケット４およびパウダーキャッチャー５，
６の下面には、基板２の下方から基板２を貫通する冷却
水供給配管７ａ，７ｂとが接続されている。前記配管７
ｂ、７ｄはパウダーキャッチャー５，６に対する冷却水
の供給、排出を行う。また、前記反応室３の中心に当た
る位置に、基板２の下方から絶縁体８を介して基板２を
貫通する電極９が配設され、電極９の先端にはチャック
１０が取着されている。水冷ジャケットに流す水の代わ
りに冷媒体でも熱媒体でもよい。また、パウダーキャッ
チャーはパイプを複数本束ねたものでも、蛇管タイプの
ものでもよい。図１には、更に効果を引き出すためのフ
ァン２０とシュラウド２１がパウダーキャッチャー６の
下方に配設されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of a method and an apparatus for manufacturing a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon manufacturing apparatus for semiconductors, and FIG. 2 is a partial perspective view of an upper portion of a reaction chamber. In these figures, a cylindrical water-cooled jacket 4 having a large number of reaction chambers 3 in a cylindrical space partitioned by a bell jar type lid 1 and a circular substrate 2, that is, a reaction furnace, and a cylindrical powder. Catchers 5 and 6 are concentrically provided. The reaction chamber 3 is a cylindrical space provided at equal intervals in the vicinity of the outer circumference of the water cooling jacket 4, and the water cooling jacket 4
An opening 4a leading from the outer periphery to each reaction chamber 3 is provided to take out the grown polycrystalline silicon rod for semiconductor. Each of the lid 1 and the powder catchers 5 and 6 is a water cooling jacket, and the lid 1 is configured by connecting an upper lid 1a and a lower lid 1b. The upper lid 1a is provided with a cooling water inlet 1c and a cooling water outlet 1d, and the lower lid 1
A cooling water inlet 1e and a cooling water outlet 1f are provided in b so that the cooling water flows through the inside of the lid.
The water cooling jacket 4 and the powder catcher 5,
Cooling water supply pipes 7 a and 7 b penetrating the substrate 2 from below the substrate 2 are connected to the lower surface of the substrate 6. The pipe 7
b and 7d supply and discharge cooling water to the powder catchers 5 and 6. An electrode 9 penetrating the substrate 2 from below the substrate 2 via an insulator 8 is arranged at a position corresponding to the center of the reaction chamber 3, and a chuck 10 is attached to the tip of the electrode 9. A coolant or a heat medium may be used instead of the water flowing through the water cooling jacket. Further, the powder catcher may be a bundle of a plurality of pipes or a spiral tube type. In FIG. 1, a fan 20 and a shroud 21 are arranged below the powder catcher 6 for further enhancing the effect.

【００１３】モノシランガス配管１１は、前記基板２の
下方から基板２を貫通してパウダーキャッチャー５とパ
ウダーキャッチャー６との間に立ち上がり、モノシラン
ガス配管１１の上端に接続された環状のヘッダー１２に
は、同一円周方向に開口する複数個のガス吹き出し口１
３が接続されている。前記ガス吹き出し口１３にはそれ
ぞれキャピラリまたはオリフィスが内蔵され、各ガス吹
き出し口１３からモノシランガスを均等に吹き出すこと
ができるようになっている。パウダーキャッチャー５、
６の上端にはそれぞれ適当な間隔をおいて適当な角度で
抵抗板１４が固着され、水冷ジャケット４、パウダーキ
ャッチャー５，６の上端にはそれぞれ適当な間隔をおい
て適当な角度で抵抗板１４が固着され、水冷ジャケット
４上方の空間には断熱板１５が設けられている。前記抵
抗板１４は、水冷ジャケット４あるいはパウダーキャッ
チャー５，６の下端に固着してもよく、前記モノシラン
ガス配管１１を、パウダーキャッチャー６の内側に設置
してヘッダー１２に接続してもよい。なお、基板２には
排気用配管１６が取着されている。その他にモノシラン
ガス配管１１ａによって、水冷ジャケット４の任意の場
所１３ａより各反応室にモノシランガスを均等に吹き出
すようになっている。The monosilane gas pipe 11 penetrates through the substrate 2 from below the substrate 2, rises between the powder catcher 5 and the powder catcher 6, and the same ring header 12 is connected to the upper end of the monosilane gas pipe 11. Multiple gas outlets 1 open in the circumferential direction
3 is connected. Each of the gas outlets 13 has a built-in capillary or orifice so that the monosilane gas can be evenly ejected from each gas outlet 13. Powder catcher 5,
The resistance plates 14 are fixed to the upper ends of the water cooling jackets 6 at appropriate intervals and at appropriate angles, and the resistance plates 14 are fixed to the upper ends of the water cooling jacket 4, the powder catchers 5 and 6 at appropriate angles. And a heat insulating plate 15 is provided in the space above the water cooling jacket 4. The resistance plate 14 may be fixed to the lower end of the water cooling jacket 4 or the powder catchers 5 and 6, or the monosilane gas pipe 11 may be installed inside the powder catcher 6 and connected to the header 12. An exhaust pipe 16 is attached to the substrate 2. In addition, a monosilane gas pipe 11a is used to uniformly blow out monosilane gas into each reaction chamber from an arbitrary place 13a of the water cooling jacket 4.

【００１４】次に、上記多結晶シリコン製造装置を用い
る多結晶シリコン棒の製造方法について説明する。多結
晶シリコン棒の製作時、前記チャック１０にそれぞれシ
リコン芯線１７を取り付け、水冷ジャケット４の段付き
部４ｂの上方でシリコン芯線１７の上端を２本ずつシリ
コンブリッジ１８によって連結する。蓋１、水ジャケッ
ト４およびパウダーキャッチャー５，６内にそれぞれ冷
却水を循環させ、電極９を通してシリコン芯線１７を直
接通電加熱した上、モノシランガスをモノシランガス配
管１１、ヘッダー１２を介してガス吹き出し口１３から
反応炉内に供給する。水平方向に吹き出したモノシラン
ガスは、パウダーキャッチャー５，６の壁面に沿って発
生する下降流によって攪拌され、円周方向に更に均一な
濃度となる。そして、シリコン芯線１７によって加熱さ
れた反応室３内を上昇しつつ、シリコン芯線１７の回り
に多結晶シリコン１９を成長させる。反応室３の上方に
吹き上げられたモノシランガスは、パウダーキャッチャ
ー５，６の壁面に沿って下降した後、再び反応室３に戻
る。多結晶シリコン棒自体の直径のバラツキをおさえる
ために、モノシランガス配管１１ａ，ガス吹き出し口１
３ａからの供給により捕足制御を行う。Next, a method of manufacturing a polycrystalline silicon rod using the above-described polycrystalline silicon manufacturing apparatus will be described. When manufacturing a polycrystalline silicon rod, silicon cores 17 are attached to the chucks 10, and two upper ends of the silicon cores 17 are connected by a silicon bridge 18 above the stepped portion 4b of the water cooling jacket 4. Cooling water was circulated in each of the lid 1, the water jacket 4, and the powder catchers 5 and 6, and the silicon core wire 17 was directly energized and heated through the electrode 9, and monosilane gas was supplied from the gas outlet 13 through the monosilane gas pipe 11 and the header 12. Supply into the reactor. The monosilane gas blown out in the horizontal direction is agitated by the downward flow generated along the wall surfaces of the powder catchers 5 and 6, so that the concentration becomes more uniform in the circumferential direction. Then, while rising in the reaction chamber 3 heated by the silicon core wire 17, the polycrystalline silicon 19 is grown around the silicon core wire 17. The monosilane gas blown up above the reaction chamber 3 descends along the wall surfaces of the powder catchers 5, 6 and then returns to the reaction chamber 3 again. In order to suppress variations in the diameter of the polycrystalline silicon rod itself, monosilane gas pipe 11a and gas outlet 1
The catching control is performed by the supply from 3a.

【００１５】パウダーキャッチャー５，６は気相均一反
応で生じたシリコンパウダーの捕集と熱交換という二つ
の役割を兼ね備えている。従って、反応室３内の温度は
多結晶シリコン棒の成長条件が良くなることだけを考慮
して決めることができる。パウダーキャッチャー５，６
を他の部分より低い温度で冷却すると、この部分を流れ
る下降流の速度が速くなるので、これに伴って反応室３
内の上昇流の速度が増加する。その結果、原料ガスをよ
り多く供給することができる。更に、浮遊しているシリ
コンパウダーは冷たい所に捕集されやすいため、反応室
３の壁や反応炉の天井部には堆積しにくくなる。The powder catchers 5 and 6 have the dual roles of collecting the silicon powder generated by the gas phase homogeneous reaction and heat exchange. Therefore, the temperature in the reaction chamber 3 can be determined only by considering that the growth conditions of the polycrystalline silicon rod are improved. Powder catcher 5,6
If the cooling is carried out at a lower temperature than the other parts, the speed of the downward flow flowing through this part becomes faster, and accordingly, the reaction chamber 3
The speed of updraft within increases. As a result, more source gas can be supplied. Furthermore, since the floating silicon powder is easily collected in a cold place, it is less likely to be deposited on the wall of the reaction chamber 3 or the ceiling of the reaction furnace.

【００１６】パウダーキャッチャーを水平方向に多重構
造としたので、下降流の抵抗を極力抑えながら冷却効果
とシリコンパウダーの付着力とをより大きくすることが
できる。しかし、複数個のパウダーキャッチャーの同心
度を高精度に保って反応炉に取り付けることは困難であ
り、各パウダーキャッチャー間の隙間が必ずしも均一に
ならないため、モノシランガスを反応炉内各部に均一に
流すことができない。そこで水冷ジャケット４の下端、
パウダーキャッチャー５，６の上端または下端に抵抗板
１４を取着し、ガスの流れを制御する。前記抵抗板１４
は、幅、長さ、取り付け角度をそれぞれ最適に定める。
なお抵抗板１４は、強度上の要求から水冷ジャケット
４、パウダーキャッチャー５，６に取着したサポート等
によって起こるガス流の乱れを制御することもできる。Since the powder catcher has a horizontal multiple structure, the cooling effect and the adhesive force of the silicon powder can be increased while suppressing the resistance of the downward flow as much as possible. However, it is difficult to attach multiple powder catchers to the reaction furnace with high concentricity, and the gaps between the powder catchers are not always uniform. I can't. Therefore, the lower end of the water cooling jacket 4,
A resistance plate 14 is attached to the upper or lower ends of the powder catchers 5 and 6 to control the gas flow. The resistance plate 14
Determines the width, length, and mounting angle optimally.
Note that the resistance plate 14 can also control the turbulence of the gas flow caused by the support or the like attached to the water cooling jacket 4, the powder catchers 5 and 6 due to the requirement for strength.

【００１７】反応室３の壁温度をＴ1 、パウダーキャッ
チャー５，６の壁温度をＴ2 、ベルジャータイプの蓋１
の上部すなわち反応炉天井部の壁温度をＴ3 としたと
き、モノシランガスの熱分解中Ｔ2 ≦Ｔ1 ≦Ｔ3 の関係
を保持することが特に重要である。パウダーキャッチャ
ー５，６の壁温度Ｔ2 を反応室３の壁温度Ｔ1 より下げ
ることにより、下降ガス流の速度が増加し、反応炉の天
井部にはガスの流れが行きにくくなるので、天井部への
シリコンパウダー付着が減少する。そして、反応炉天井
部の壁温度Ｔ3 を高くすることで天井部へのシリコンパ
ウダー付着は更に少なくなる。反応室３の壁温度Ｔ1
は、２５°Ｃ以上が望ましい。なお、これに伴って反応
室３に対向する下部蓋１ｂの温度も２５°Ｃ以上とす
る。３０°Ｃ〜４０°Ｃの冷却水はクーリングタワー等
の設備を利用することで容易に得られる。パウダーキャ
ッチャー５，６の壁温度Ｔ2 は、２５°Ｃ以下が望まし
い。これも井戸から汲み上げた水を直ちに使えば、１０
°Ｃ〜１５°Ｃの冷却水は容易に準備することができる
し、５°Ｃ程度の冷却水ならばチラー等の設備を利用し
て容易に供給できる。気相中のシリコンパウダーは、よ
り低温側の壁に付着、堆積しやすい性質をもつことが実
験的に分かっており、低温であればある程その効果が大
きいが、５°Ｃ前後が経済的である。反応炉天井部の壁
温度すなわち上部蓋１ａの温度Ｔ3 は、７０°Ｃ以上が
望ましい。水を使用する場合、条件によっては８５°Ｃ
位から沸騰現象が現れるので、８５°Ｃ以上の温度にす
る場合は水以外の熱媒体を使う方が良い。前記Ｔ1 とＴ
3 との差が約３０°Ｃ以上になると、シリコンパウダー
が反応炉天井部に付着しにくくなる効果が顕著になる。The wall temperature of the reaction chamber 3 is T1, the wall temperature of the powder catchers 5, 6 is T2, and the bell jar type lid 1 is used.
It is particularly important to maintain the relationship of T2≤T1≤T3 during the thermal decomposition of monosilane gas, where T3 is the wall temperature of the upper part of the reactor, that is, the wall of the reactor ceiling. By lowering the wall temperature T2 of the powder catchers 5 and 6 below the wall temperature T1 of the reaction chamber 3, the velocity of the descending gas flow increases, and it becomes difficult for the gas to flow to the ceiling of the reaction furnace. Adhesion of silicone powder is reduced. Then, by increasing the wall temperature T3 of the ceiling of the reactor, the adhesion of silicon powder to the ceiling is further reduced. Wall temperature T1 of reaction chamber 3
Is preferably 25 ° C. or higher. Along with this, the temperature of the lower lid 1b facing the reaction chamber 3 is also set to 25 ° C or higher. Cooling water at 30 ° C to 40 ° C can be easily obtained by using equipment such as a cooling tower. The wall temperature T2 of the powder catchers 5, 6 is preferably 25 ° C or lower. This is also 10 if you immediately use the water drawn from the well
Cooling water at ° C to 15 ° C can be easily prepared, and cooling water at about 5 ° C can be easily supplied by using a chiller or the like. It has been experimentally found that the silicon powder in the vapor phase has a property of easily adhering to and depositing on the wall on the lower temperature side. The effect is greater at lower temperatures, but it is economical at around 5 ° C. Is. The wall temperature of the ceiling of the reactor, that is, the temperature T3 of the upper lid 1a is preferably 70 ° C or higher. 85 ° C depending on conditions when using water
Since a boiling phenomenon appears from the position, it is better to use a heat medium other than water when making the temperature above 85 ° C. The T1 and T
When the difference from 3 is about 30 ° C or more, the effect that silicon powder is less likely to adhere to the ceiling of the reaction furnace becomes remarkable.

【００１８】また、反応室３の上方に断熱板１５を設置
し、特にシリコンパウダーを付着させたくない反応室３
上部を高温に保つことによって、この部分へのシリコン
パウダー付着防止効果が増大する。前記断熱板１５に
は、反射率の高い磨かれた金属板たとえば耐熱性、耐腐
食性に優れたステンレス板、あるいは耐熱性に優れたセ
ラミックス板たとえば石英ガラス板が用いられる。Further, a heat insulating plate 15 is installed above the reaction chamber 3 so that the silicon powder is not particularly desired to be attached.
By keeping the upper part at a high temperature, the effect of preventing silicon powder from adhering to this part is increased. As the heat insulating plate 15, a polished metal plate having a high reflectance such as a stainless plate having excellent heat resistance and corrosion resistance, or a ceramic plate having excellent heat resistance such as a quartz glass plate is used.

【００１９】本実施例では反応室３を、水冷ジャケット
４の外周面に垂直方向の開口部を有する円柱状空間と
し、成長した多結晶シリコン棒を前記開口部から取り出
す方式としたが、これに限るものではなく、反応室を前
記開口部のない完全な円柱の空間とし、成長した多結晶
シリコン棒を反応室上方に引き抜いて取り出すようにし
てもよい。また、水冷ジャケット４の外周面と内周面の
双方に反応室を設けてもよく、あるいは、反応室を備え
た水冷ジャケットを反応炉の中心部に設け、その周囲に
パウダーキャッチャーを設ける構造でもよい。In this embodiment, the reaction chamber 3 is a cylindrical space having an opening in the vertical direction on the outer peripheral surface of the water cooling jacket 4 and the grown polycrystalline silicon rod is taken out from the opening. The present invention is not limited to this, and the reaction chamber may be a completely cylindrical space without the opening, and the grown polycrystalline silicon rod may be pulled out above the reaction chamber and taken out. Further, a reaction chamber may be provided on both the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the water cooling jacket 4, or a structure in which a water cooling jacket equipped with the reaction chamber is provided in the center of the reaction furnace and a powder catcher is provided around it. Good.

【００２０】更に、効果を引き出すためのファンの取り
付け方は、ファン２０の回転軸を、基板２を貫通させ
て、駆動用のモーター（図示していない）に接続させ
る。そして、空気とふれると着火するモノシランガスの
安全を保つために外部と遮断する。この機構は磁気シー
ル等既成の技術で充分反応ができる。Further, as to how to install the fan to bring out the effect, the rotary shaft of the fan 20 is connected to a driving motor (not shown) through the substrate 2. Then, in order to keep the safety of the monosilane gas that ignites when it is exposed to air, it is cut off from the outside. This mechanism can sufficiently react with existing technology such as magnetic sealing.

【００２１】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による多結
晶シリコン製造方法および製造装置を利用することによ
り、下記の効果を得ることができる。 （１）反応室とパウダーキャッチャーとを分離して、同
一反応炉内に設置したので、それぞれの役割に対して最
適な条件を与えることができる。すなわち、パウダーキ
ャッチャーの冷却温度を反応室の冷却温度より低くする
ことにより、下降ガスの流速が速くなり、これに伴って
反応室におけるガス流の上昇速度が速くなる。従って、
原料ガスの供給量を増やすことができ、短時間で、より
太い多結晶シリコン棒を製造することができ、製造コス
トの低減が可能となる。 （２）パウダーキャッチャーの壁面を垂直とし、その総
空間断面積と総表面積を反応室の総空間断面積、総表面
積より広くとることで、ガス流の抵抗を小さくしつつ、
シリコンパウダーの捕集効率を上げることができる。そ
の結果、反応室でのガス上昇速度が増加するとともに、
シリコンパウダー付着を少なくすることができる。 （３）モノシランガスの吹き出し口をパウダーキャッチ
ャーの円周方向に向けたので、反応炉内のガス濃度が均
一になり、最良の条件で多量の原料ガスを供給すること
ができる。従って、多結晶シリコン棒の成長速度を更に
上げることが可能となる。 （４）パウダーキャッチャーまたは反応室を備えた水冷
ジャケットの端部に抵抗板を取り付けることで、ガス流
を容易に調節することができる。その結果、反応炉内の
ガス流が均一化され、多結晶シリコンの成長条件を最適
なところに合わせることができるとともに、製作精度を
緩和できるので、本製造装置の加工、組立精度に関する
コストが大幅に低減する。 （５）反応炉内各部の冷却水温度を所定の値にコントロ
ールすることにより、反応室における原料ガスの上昇速
度が増加し、反応速度の増加と多結晶シリコン棒の大径
化を実現させることができる。また、シリコンパウダー
の捕集効率向上により、多結晶シリコン棒の品質を大幅
に向上させることができる。 （６）ファンをつけることにより、ガス流速が更に速く
できるとともに、回転数で風量を制御することで最適な
条件に合わすことができる。これにより多結晶シリコン
棒の成長速度を更に上げることができる。As described above, the following effects can be obtained by using the polycrystalline silicon manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present invention. (1) Since the reaction chamber and the powder catcher are separated and installed in the same reaction furnace, optimum conditions can be given to their respective roles. That is, by making the cooling temperature of the powder catcher lower than the cooling temperature of the reaction chamber, the flow velocity of the descending gas becomes faster, and accordingly, the rising speed of the gas flow in the reaction chamber becomes faster. Therefore,
The supply amount of the raw material gas can be increased, a thicker polycrystalline silicon rod can be manufactured in a short time, and the manufacturing cost can be reduced. (2) By making the wall surface of the powder catcher vertical and making the total space cross-sectional area and total surface area wider than the total space cross-sectional area and total surface area of the reaction chamber, while reducing the resistance to gas flow,
The collection efficiency of silicon powder can be improved. As a result, the rate of gas rise in the reaction chamber increases and
Silicon powder adhesion can be reduced. (3) Since the outlet of the monosilane gas is directed in the circumferential direction of the powder catcher, the gas concentration in the reaction furnace becomes uniform, and a large amount of raw material gas can be supplied under the best conditions. Therefore, it becomes possible to further increase the growth rate of the polycrystalline silicon rod. (4) The gas flow can be easily adjusted by attaching a resistance plate to the end of a water cooling jacket equipped with a powder catcher or a reaction chamber. As a result, the gas flow in the reaction furnace is made uniform, the growth conditions of polycrystalline silicon can be adjusted to the optimum place, and the manufacturing accuracy can be relaxed, so that the cost related to the processing and assembly accuracy of the present manufacturing apparatus is greatly reduced. Reduce to. (5) By controlling the cooling water temperature of each part in the reaction furnace to a predetermined value, the rising speed of the raw material gas in the reaction chamber is increased, and the reaction speed is increased and the diameter of the polycrystalline silicon rod is increased. You can In addition, the quality of the polycrystalline silicon rod can be significantly improved by improving the collection efficiency of the silicon powder. (6) By adding a fan, the gas flow velocity can be further increased, and the air flow rate can be controlled by the rotation speed to meet the optimum conditions. Thereby, the growth rate of the polycrystalline silicon rod can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】半導体用棒状高純度多結晶シリコン製造装置の
概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon manufacturing apparatus for semiconductors.

【図２】反応室上部の部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view of the upper part of the reaction chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 蓋 ２ 基板 ３ 反応室 ４ 水冷ジャケット ５，６ パウダーキャッチャー １１ モノシランガス配管 １３ ガス吹き出し口 １４ 抵抗板 １５ 断熱板 １９ 多結晶シリコン ２０ ファン ２１ シュラウド 1 Lid 2 Substrate 3 Reaction Chamber 4 Water Cooling Jacket 5, 6 Powder Catcher 11 Monosilane Gas Pipe 13 Gas Blowout Port 14 Resistance Plate 15 Insulation Plate 19 Polycrystalline Silicon 20 Fan 21 Shroud

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森原 宏 アメリカ合衆国 ワシントン，バンクーバ ー，78アベニュー，エス イー，1410 (72)発明者 井澤 淳二 神奈川県奏野市戸川429−４ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Morihara Washington, Bankover, USA 78 Ave, S, E 1410 (72) Inventor Junji Izawa 429-4 Togawa, Kanano, Kanagawa

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 高純度に精製されたモノシランガスを、
熱分解して半導体用の棒状多結晶シリコンを、製造する
装置において、棒状多結晶シリコンが、生成される多数
の冷却された、円筒状反応部（以下、多数の冷却された
円筒状反応部を反応室という）と、モノシランガスの熱
分解中に生成される、シリコンパウダーを捕集するた
め、炉内の他の部分より、より冷却されたパウダー補集
部（以下、冷却されたパウダー補集部をパウダーキャッ
チャーという）とを、反応ガス流に沿って、分離して同
一反応炉内に、有することを特徴とする、半導体用棒状
高純度多結晶シリコンの製造装置。1. A monosilane gas purified to high purity,
In a device for pyrolyzing rod-shaped polycrystalline silicon for semiconductors, rod-shaped polycrystalline silicon is produced in a large number of cooled cylindrical reaction parts (hereinafter, referred to as a large number of cooled cylindrical reaction parts. In order to collect the silicon powder generated during the thermal decomposition of the reaction chamber) and monosilane gas, the powder collection part is cooled more than other parts in the furnace (hereinafter, the cooled powder collection part). Is referred to as a powder catcher) and is separated in the same reaction furnace along the reaction gas flow, and a manufacturing apparatus for rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors is provided. 【請求項２】 反応室の下端、パウダーキャッチャーの
上端または、下端のいずれかに、ガスの流れを調節する
抵抗板を取着することを特徴とする請求項１の半導体用
棒状高純度多結晶シリコン製造装置。2. A rod-shaped high-purity polycrystal for semiconductors according to claim 1, wherein a resistance plate for adjusting gas flow is attached to either the lower end of the reaction chamber, the upper end or the lower end of the powder catcher. Silicon manufacturing equipment. 【請求項３】 反応室の上方に、断熱板として金属ある
いはセラミックの板を設けることを特徴とする請求項１
の半導体用棒状高純度多結晶シリコンの製造装置。3. A metal or ceramic plate is provided as a heat insulating plate above the reaction chamber.
Manufacturing equipment for rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors. 【請求項４】 反応炉内に、原料モノシランガスの一部
を供給する配管の吹出し口を、パウダーキャッチャーの
上部に配設して、その供給口が、パウダーキャッチャー
の同一円周方向に向けられたことを特徴とする請求項１
の半導体用棒状高純度多結晶シリコン製造装置。4. An outlet of a pipe for supplying a part of the raw material monosilane gas is provided in an upper part of the powder catcher in the reaction furnace, and the supply port is oriented in the same circumferential direction of the powder catcher. Claim 1 characterized by the above.
High-purity polycrystalline silicon production system for semiconductors. 【請求項５】 反応室の壁温度をＴ１、パウダーキャッ
チャーの壁温度をＴ２、反応炉天井部の壁温度をＴ３と
したとき、モノシランガスの熱分解中、Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ
３の関係を保持することを特徴とする請求項１の半導体
用棒状高純度多結晶シリコン製造装置を用いて行う半導
体用高純度多結晶シリコンの製造方法。5. When the wall temperature of the reaction chamber is T1, the wall temperature of the powder catcher is T2, and the wall temperature of the reactor ceiling is T3, T2 ≦ T1 ≦ T during the thermal decomposition of monosilane gas.
3. The method for producing high-purity polycrystalline silicon for semiconductors, which is performed by using the rod-shaped high-purity polycrystalline silicon production apparatus for semiconductors according to claim 1, wherein the relationship of 3 is maintained. 【請求項６】 請求項５の温度条件を、Ｔ１が２５℃以
上、Ｔ２が２５℃以下Ｔ３が７０℃以上になるように制
御することを特徴とする半導体用高純度多結晶シリコン
の製造方法。6. The method for producing high-purity polycrystalline silicon for semiconductors, wherein the temperature condition of claim 5 is controlled so that T1 is 25 ° C. or higher, T2 is 25 ° C. or lower, and T3 is 70 ° C. or higher. . 【請求項７】 高純度に精製されたモノシランガスを、
熱分解して半導体用棒状高純度多結晶シリコンを、製造
する装置において、棒状多結晶シリコンが、生成される
多数の反応室と、モノシランガスの熱分解中に、生成さ
れるシリコンパウダーを補集するため、炉内の他の部分
より、より冷却されたパウダーキャッチャーと、パウダ
ーキャッチャーの下方に配設された、再循環用のファン
とを、反応ガス流に沿って、分離して同一反応炉内に、
有することを特徴とする、半導体用棒状高純度多結晶シ
リコンの製造装置。7. A monosilane gas purified to a high purity,
In an apparatus for producing rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors by thermal decomposition, rod-shaped polycrystalline silicon collects a large number of reaction chambers produced and silicon powder produced during thermal decomposition of monosilane gas. Therefore, the powder catcher, which is cooled more than other parts in the furnace, and the recirculation fan, which is arranged below the powder catcher, are separated in the same reaction furnace along the reaction gas flow. To
An apparatus for manufacturing rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors, which comprises: 【請求項８】 パウダーキャッチャーと反応室を分離す
るシュラウドを配設することを特徴とする請求項７の半
導体用棒状高純度多結晶シリコンの製造装置。8. The apparatus for producing rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors according to claim 7, further comprising a shroud for separating the powder catcher and the reaction chamber. 【請求項９】 反応室の上方に、断熱板として金属ある
いはセラミックスの板を設けることを特徴とする請求項
７の半導体用棒状高純度多結晶シリコンの製造装置。9. The manufacturing apparatus for rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors according to claim 7, wherein a metal or ceramic plate is provided as a heat insulating plate above the reaction chamber. 【請求項１０】 反応炉内に、原料モノシランガスの一
部を供給する配管の吹き出し口を、パウダーキャッチャ
ーの上部に配設して、その供給口が、パウダーキャッチ
ャーの同一円周方向に、向けられたことを特徴とする請
求項７の半導体用棒状高純度多結晶シリコンの製造装
置。10. A blowout port of a pipe for supplying a part of the raw material monosilane gas is provided in an upper part of the powder catcher in the reaction furnace, and the supply port is directed in the same circumferential direction of the powder catcher. 8. The manufacturing apparatus for rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors according to claim 7. 【請求項１１】 反応室の壁温度をＴ１、パウダーキャ
ッチャーの壁温度をＴ２、反応炉天井部の壁温度をＴ３
としたとき、モノシランガスの熱分解中、Ｔ２≦Ｔ１≦
Ｔ３の関係を保持することを特徴とする請求項７の半導
体用棒状高純度多結晶シリコンの製造装置を用いて行な
う半導体用棒状高純度多結晶シリコンの製造方法。11. The reaction chamber wall temperature is T1, the powder catcher wall temperature is T2, and the reactor ceiling wall temperature is T3.
Is defined as T2 ≦ T1 ≦ during the thermal decomposition of monosilane gas.
The method for producing a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for semiconductors, which is performed by using the rod-shaped highly-purified polycrystalline silicon for semiconductors manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the relationship of T3 is maintained. 【請求項１２】 請求項１１の温度条件を、Ｔ１が２５
℃以上、Ｔ２が２５℃以下、Ｔ３が７０℃以上になるよ
うに制御することを特徴とする半導体用棒状高純度多結
晶シリコンの製造方法。12. The temperature condition according to claim 11, wherein T1 is 25
A method for producing a rod-shaped high-purity polycrystalline silicon for a semiconductor, which is controlled so that T2 is 25 ° C or lower and T3 is 70 ° C or higher.