JPS61127617A - 超高純度シリコン棒の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、超高純度シリコン棒の製造方法に関する。

よ＃）＃細には、この発明は、赤熱した長いシリコン担
体上でモノシランを熱分解することによるシリコン棒の
製造に関する。そうして得られたシリコン棒は半導体電
子工業に有用である。

〔従来の技術〕

四塩化珪素又はトリクロルシランのような気体状ハロゲ
ン化シリコンの水素による還元及びシリコン製又は高融
点の金属（例えばタングステン）製の赤熱した担体上へ
の高純度シリコンの析出によって、半導体工業に有用な
超高純度シリコン俸を製造することが知られている。と
のような方法は、例えば米国特許第３．０２へ０８号、
同第４、１７５．９４４号、同第４．１７９．５５０号
、同第４、５１１．５４５号に記載されている。

しかしながら、電子的純度のシリコン棒を製造するため
に赤熱した担体上でモノシランを熱分解する分解反応は
、へロゲン化シリコン化合物から出発する反応とは、特
に出発物質、生成する非常に様々な副生成物及び気体と
棒の温度（これらもまた非常に様々である）という点で
異なっている。

モノシラン分解用装置はすでに米国特許第４１４ス１４
１号に提案されている。この装置で実施する方法では、
経済的に受容できる条件下で大きな棒を得るための分解
を効果的な速度で行うことができず、さらにその上、高
いエネルギーを要し、水素吸着用装置の使用を必要とす
る。

これらの不利な作用を減するために、シリコン捧を得る
ための純粋シラン分解方法及びその装置が米国特許第４
，１４ス８１４号及び同第４．１５へ１６８号に提案さ
れている。この方法においては、純粋な、即ち希釈され
ていないモノシランを、分解器に沿って数箇所に配置し
た注入器によル、分解用分解用益中に導入する。さらに
、直径の増大につれて棒から放散する熱が実質的に増大
するにもかかわらず、できる限シ正規の形状に近い棒を
得るために、分解器には水の循環によって冷却される内
部熱シールドを棒間に位置せしめる。

しかしながら、このようなシリコン析出方法には次のよ
うな欠点がある。

特に、モノシランが気相分解して分解器の満足な作動に
有害な粉末に変わる結果として、錐状容器の物質の収率
、即ちモノシランの形で装入するシリコンの童に対する
析出シリコンの生産鮎が不充分になる。

さらに、シリコンの析出速度及び析出が終わった時に得
られる棒の直径が不充分である。

〔発明の目的〕

上記従来技術の方法及び装置に関して、本発明は特に次
の目的： シリコンの析出速度を増大せしめ、それによりミ力の消
費を減少させ、析出シリコンの生産性を増加させること
、 得られる棒の最終直径を増大させること、副生成物の量
を減する仁と（即ち、分解器の物質の収率を増大させる
こと） を達成せんとするものである。

〔発明の概要〕

本出願人は、本発明の目的を達成するには、従来技術に
記載されたものとは対照的に、冷却した内部熱シールド
の存在及びモノシランの段階的な注入が必要ないという
驚くべき事実を見い出した。

本発明は、゛供給するモノシランを予め赤熱した担体棒
上で熱分解することによって分解器中でシリコンを製造
する方法において、分解器から出る反応混合物の大部分
を分解器の供給流に再循環させることを特徴とする前記
シリスン棒の製造方法に関する。

本発明の方法に使用する分解器社、通常のモノシラン熱
分解用反応器、即ち、例えば、通電などにより担体棒を
加熱するための手段と、さらに例えば水の循環によって
冷却される二重ジャケットのような外部ジャケット冷却
手段を備えたものである。このような分解器は特に、米
国特許第３，１４７．１４１号に記載されている。拒体
棒の種類は超高純度シリコンが好ましいが、例えばこの
種の分解器に通常使用されているタングステンのような
他の金属もこの発明の範囲に属する。

本発明によって、分解器から出る反応混合物の大部分が
分解器への供給流に再循環される。とこでいう大部分と
は、少なくとも５ｏ容量％、好ましくは８５〜９５容置
％とする。再循環の流量は棒へのシリコンの析出の進行
に従って調節する。

かくして、この流速は、１時間当たシの析出シリコン１
Ｋｆにつき２０　ｍ”／　ｂｒ　　より大きくすべきで
ある。この流速以下では、析出速度が効果的ではなくな
る。この流量は好ましくは１時間当たシの析出シリコン
１ＫＰにつき２０〜２０００　ｍ３／ｈｒ）より好まし
くは３００〜１２００　ｍ”／　ｈｒ　　である。

この再循環によって分解器内部の気体が３００℃以下、
一般的には５０〜２００℃の温度に保たれる。

この再循環流量は、あらゆる適当な手段、例えば流量調
節装置を備えた低圧ファンによって達成できる。

再循環しない気体は、例えば分解器内の圧力を一定に保
つ流出装置によって系の外部に放出する。

また、例えば選択的に水素を吸着する吸着剤を使用する
か又は気体浸透によって分離することによって気体中に
存在する水素のみを流出させる装置を使用することも可
能である。

さらに、本発明の好ましい具体例によれば、分解器内の
モノシランの濃度を、分解器への供給時における希釈し
ていないモノシランの補給流量を調節することによって
一定値に保つ。分解器内のモノシランの濃度は、好まし
くはα５〜５モル％、より好ましくは１５〜３，５モル
襲に保つ。１時間当たＪ）　Ｉ　Ｋｐのシリコンが析出
するだめのモノクラン補給流量は１．１５〜１５に２４
ｒ１好ましくは＄　１５〜１５５　ＫＰ　／　ｈｒ　　
である。

本発明の他の好ましい具体例によれば、分解器から出て
且つ再循環する気体を濾過（好ましくは冷却後に濾過）
してそれらが運ぶ可能性のあるシリコン粉末を除去する
。との濾過によって、分解器内のシリコン粉末の存在と
堆積に伴う従来の欠点、特にエネルギー経費を増大せし
め、好ましくない副生成物の生成を促進し且つ析出時間
を制限してしまう熱損失を取り除くことが可能になる。

さらに、との濾過によって、棒上べのシリコンの析出の
均一性を改善できる。

との濾過は、例えばバッグフィルターの使用のようなあ
らゆる適当な手段によって達成される。

本発明の方法は、別の装置の圧力降下により増加した大
気圧下又は絶対圧１０バールまでの高圧下のいずれかに
おいて実施することができる。

さらに、再循環しない気体を放出（流出）する箇所は特
に重要ではない。しかしながら、冷却、−過及び再循環
操作よりも上流の箇所で行うことが好ましい。

次に、本発明の特に好ましい具体例を、第１図のフロー
・ダイア−グラムに基いて説明する。

（１）分解器（ロ）はステンレス鋼製で水の循環によっ
て冷却される二重ジャケット式の囲いよりなる。

この囲いには、寸法を増大せしめるべきシリコン俸又は
シリコン橋をジュール（Ｊｏｕｌｅ　）効果によって加
熱するために電流導管が備えられている。

電流の強さはシリコン棒の温度を一定に保つように調節
する。シリコン棒の温度は光高温測定によって測定する
。

（２）気体の再循環（ｒ）は、フィルター（ト）の次に
あシ流量調節装置を備えた低圧ファン（７）によって起
こる。この再循環気体は熱交換器（日中で冷却される。

（５）　　分解器内部の気体中のモノシラン濃度を一定
に保つように調節した設定値を有する流量ゲージを使用
して、加圧予備供給タングから純粋シランを補給する（
ａ）。この濃度の測定社ガス・クロマトグラフイーによ
って行う。上流の圧力を一定に保つ気体流出装置によっ
て流出φ）が起こる。

本発明の方法により、特にシリコンの析出速度５＾１５
層佃ｎ１一般的には約９〜１０鯛ん１ｎが達成でき、棒
の最終直径５〜１５１、一般的には約１０〜１２Ｑｌが
得られ、一方、析出シリコン１りにつきｊ　２０　ｋｗ
ｈ以下、しばしばＩ　ＣＩ　Ｏｋｗｈ以下の電力消費で
、分解器の物質の収率が９０％以上、一般的には９５％
以上になる。

〔実施例〕

以下の実施例は本発明の一例を示すものであり、これを
何ら限定するものではない。

実施例１ 使用した分解器は、全体がステンレス鋼製で、水の循環
によって冷却される二重ジャフット式基板より成る。こ
の基板に社； −それぞれが棒を支持する装置を備えた、水の循環によ
って冷却される４本の気密性電流導管、−水の循環によ
って冷却される二重ジャケット式モノシラン注入器、 −円筒状（高さｉ、　２　ｍ　）で、半球形の端部を上
に載せた形状で、全体に水の循環によって冷却される二
重ジャケットが備えられた垂直シェルが備えられている
。シェルの垂直部には、棒の温度を光高温測定によって
測定できる穴が設けられている。この垂直部は、析出が
終了した時に析出したシリコンを回収するために取）外
すことのできる７ランジによって、基板に連結されてい
る。

析出を４時間行い、総長２ｍの単独の橋上にシリコン８
９０Ｉを回収できた。この析出に際して平均直径が５ｃ
ｍから約五４１に増大した。操作条件はニ ー　分解器に装入する時の８１Ｈ４のモル濃度：工４％
−分解器から流出する時の８１Ｈ４の濃度；２．５％−
装入時の気体の温度＝４０°Ｃ１ −流出時の気体の温度：１７０℃ −再循環流量：　１８　ｒｎ”／ｂｙ −分解器内の圧カニ１１８パール（相対圧）−ｐ過によ
って回収された粉末：４時間以上で４．５２ −　エネルギー消費：１１０ｋｗｈ／Ｋｆ−物質の収率
； −モノシラン補給の平均速度：ａ２５す／ｈ−流出速度
：１３５ｍ３／ｈ（モノタラン約ａｏ　１２１１／ｈを
含ｔｒ） 実施例２ 実施例１で使用したものと同じ分解器が長時間の析出を
達成することを可能にし、そして長さ２ｍの２個の橋を
初期直径１ｃｍから最終直径約１０１へと成長させるこ
とを可能にした。５．５日間の析出において回収された
量は約７０１１Ｐだった。

フィルター中に回収された粉末は約６００Ｉで、フィル
ターによる実質的な圧力降下は起こらず、その−過面は
２０ｍ１だった。

ファンによってもたらされる再循環の流量は出発時の２
０　ｍ”／　ｈｒ　　から９５０　ｍ”／　ｈｒ　　ま
で変化した。

析出終了時の発生気体の温度は１５０℃を越えず、分解
器内の圧力は１パール（相対圧）だった。

平均エネルギー消費は、析出シリコン［Ｋｐにつき約９
５　ｋｗｈだった。

補給率： だった。

流出率： だった。

得られた物質平均収率は約９４％だった。

第１図は、本発明の方法の一興体例を示すフロー・ダイ
アグラムである。

第１図 手続補正書 昭和６０年１２Ｊ−Ｉ　　６日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 事件の表示　昭和６０年特　願第２５ｉ５５７５号発明
の名称　　超高純度シリコン棒の製造方法補正をする者

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）分解器に供給するモノシランを予め赤熱した担体
   棒上で熱分解することによつて分解器中でシリコン棒を
   製造する方法において、分解器から出る反応混合物の大
   部分を分解器の供給流に再循環させることを特徴とする
   前記シリコン棒の製造方法。
2. （２）前記再循環が８５〜９８容量％であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）前記再循環の流量が１時間当たりに析出するシリ
   コン１Ｋｇにつき２０ｍ＾３／ｈより大きいことを特徴
   とする特許請求の範囲第１又は２項のいずれかに記載の
   方法。
4. （４）前記流量が１時間当たりに析出するシリコン１Ｋ
   ｇにつき２０ｍ＾３／ｈ〜２０００ｍ＾３／ｈ、より特
   別には１時間当たりに析出するシリコン１Ｋｇにつき３
   ００ｍ＾３／ｈ〜１２００ｍ＾３／ｈであることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）分解器内の圧力を一定に保つ流出装置によつて再
   循環しない気体を系の外に放出することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。
6. （６）分解器への供給時における希釈していないモノシ
   ランの補給流量を調節することによつて分解器内のモノ
   シランの濃度を一定値に保つことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。
7. （７）分解器内のモノシランの濃度を０．５〜５モル％
   、好ましくは１．５〜３モル％に保つことを特徴とする
   特許請求の範囲第６項記載の方法。
8. （８）１時間当たり１Ｋｇのシリコン析出のためのモノ
   シラン補給流量が１．１５〜１．５Ｋｇ／ｈｒ、好まし
   くは１．１５〜１．３５Ｋｇ／ｈｒであることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の方法。
9. （９）分解器から出て且つ再循環する気体を濾過（好ま
   しくは冷却後に濾過）してそれらが運ぶ可能性のあるシ
   リコン粉末を除去することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。
10. （１０）別の装置の圧力降下により増加した大気圧にお
    いて又は絶対圧１０バール（ｂａｒ）までの範囲であり
    得る高圧下において実施することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の方法。