多晶硅的制造方法和多晶硅制造用反應爐技術

在本發明專利技術中，使硅在硅芯線上析出而得到多晶硅棒的多晶硅的制造方法中，在析出反應的初期階段(前段工序)中通過將原料氣體大量供給至反應爐內而在不提高反應速度的情況下使供給的原料氣體的濃度為高濃度，由此提高反應速度，在該前段工序之后的后段工序中利用將原料氣體高速吹入反應爐內所產生的高速強制對流的效果將爆米花的產生概率抑制在較低水平。由此，即使在高壓化、高負荷化、高速化的反應體系中，也能夠在不降低生產效率的情況下制造爆米花少且高純度的多晶硅棒。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】在本專利技術中，使硅在硅芯線上析出而得到多晶硅棒的多晶硅的制造方法中，在析出反應的初期階段(前段工序)中通過將原料氣體大量供給至反應爐內而在不提高反應速度的情況下使供給的原料氣體的濃度為高濃度，由此提高反應速度，在該前段工序之后的后段工序中利用將原料氣體高速吹入反應爐內所產生的高速強制對流的效果將爆米花的產生概率抑制在較低水平。由此，即使在高壓化、高負荷化、高速化的反應體系中，也能夠在不降低生產效率的情況下制造爆米花少且高純度的多晶硅棒。【專利說明】多晶硅的制造方法和多晶硅制造用反應爐
本專利技術涉及多晶硅的制造技術，特別是涉及用于通過西門子法將原料氣體供給至加熱后的娃芯線的表面而使多晶娃析出從而制造多晶娃棒的方法和反應爐。
技術介紹
作為半導體用單晶硅或作為太陽能電池用硅的原料的多晶硅的制造方法，已知有西門子法。西門子法是通過使含有氯硅烷的原料氣體與加熱后的硅芯線接觸并使用CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)法使多晶娃在該娃芯線的表面上氣相生長的方法。利用西門子法使多晶硅氣相生長時，在由稱為鐘罩的上部結構體和稱為底板的下部結構體(底板)構成的反應空間內，將兩條垂直方向、一條水平方向的硅芯線組裝成牌坊型，將該牌坊型的硅芯線的兩端借助一對碳制的芯線支架固定到配置在底板上的一對金屬制的電極上。原料氣體 的供給口和反應廢氣的排氣口也配置在該底板上。這樣的構成例如公開在日本特開2011-68553號公報(專利文獻I)中。通常，在反應爐內設置有數十個固定在配置在底板上的一對金屬電極上的牌坊型的硅芯線，并且配置成多重環式。近年來，隨著多晶硅需求的增大，要求增加一爐獲得的多晶硅的量，結果，存在反應爐大型化、配置在反應爐內的硅芯線數增加的趨勢。關于這些方面，詳見日本特開2003-128492號公報(專利文獻2)。但是，為了提高每一爐的生產量而增加設置在反應爐內的硅芯線的數量時，難以穩定地將原料氣體供給至硅芯線的表面(多晶硅棒的表面)。在原料供給不穩定的狀態下，容易在硅棒的表面上產生稱為爆米花的凹凸，結果會使硅棒的直徑(粗度)在長度方向上存在例如約Imm~約5mm的差異,從而產生形狀不良。另外，每一個凹凸(每一個玉米粒)的表面積為20mm2~200mm2，在玉米粒間有時會產生深達硅棒內部的裂紋狀的間隙(所謂的“縫隙”)。雖然多晶硅在出庫前進行了清洗，但是進入到這種間隙內的清洗藥液不太容易被除去，從而大幅降低了清洗操作效率。此外，在多晶硅中存在間隙時，還存在妨礙硅單晶的生長工序中的均勻熔融的問題。為了防止這種爆米花的產生，在上述的專利文獻2中，為了在析出反應的整個期間內將娃棒表面的溫度維持在一定的范圍、并且將娃棒表面的娃原料的濃度保持恒定，提出了根據隨析出反應的進行而增大的硅棒表面積來增加原料氣體的供給量的方法。另外，在日本特開平11-43317號公報(專利文獻3)中，提出了以在容易產生粒徑較大的晶粒的時期先大幅降低硅棒的表面溫度、從而只產生粒徑較小的晶粒的方式對析出條件進行控制的方法。另外，雖然是在僅使用單一硅芯線制造多晶硅棒的時代的極初期的研究，但也提出過通過緩慢地降低在析出反應的開始時設定的反應溫度而防止產生粒徑較大的晶粒的方案(專利文獻4:日本特開昭55-15999號公報)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2011-68553號公報專利文獻2:日本特開2003-128492號公報專利文獻3:日本特開平11-43317號公報專利文獻4:日本特開昭55-15999號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的問題如上所述，迄今為止提出了若干防止爆米花產生的對策，但在反應爐的大型化和配置在反應爐內的硅芯線數增加的趨勢下，難以應用現有的方法。例如，在反應爐內配置有多數硅芯線的情況下，對于各個硅芯線進行如專利文獻3中提出的、使硅棒的表面溫度在析出工序的中途大幅降低的操作是極其困難的。另外，在接近大氣壓的壓力下進行析出反應的情況下，認為硅棒表面的物質遷移主要是由自然對流引起的原料氣體的流動，因此，對條件進行控制以達到不產生爆米花的狀態也是可能的。但是，近年來，析出反應有高壓化、高速化的傾向，反應爐內的壓力比以往高，并且供給的原料氣體量也大，硅棒表面的物質遷移不僅受自然對流的支配，而且還受強制對流的支配，但是尚未提出在這種反應體系內對條件進行控制以達到不產生爆米花的狀態的方法論。本專利技術是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于提出即使在高壓化、高負荷化、高速化的反應體系內也能夠抑制爆米花產生、用于穩定地制造高純度的多晶硅棒的技術。用于解決問題的方法為了解決上述問題，本專利技術的多晶硅的制造方法為一種利用西門子法的多晶硅的制造方法，其特征在于，在將由氯硅烷類氣體和氫氣構成的原料氣體從噴嘴口供給至反應爐內而使多晶硅在硅芯線上析出時，設置氣體供給量相對較低的前段工序、氣體供給量相對較高的后段工序和將氣體供給量從上述前段工序的值提高至上述后段工序的值的中間工序，上述三個工序均在反應溫度為900~1250°C、反應壓力為0.3~0.9MPa的范圍內進行，在上述后段工序中，將以最大原料氣體供給量進行氣體供給時的上述噴嘴口的流速設定為150m/秒以上，根據反應開始后隨析出反應的進行而變化的多晶硅棒的直徑D，在下述條件A~C下進行氣體供給和硅棒溫度的控制。條件A (氯硅烷類氣體的供給量):在達到15mm以上且40mm以下的預定值D1之前的期間內，以最大氯硅烷類氣體供給量的三分之一以下的量進行供給，在達到上述D1后至達到15mm以上且40mm以下并且比上述D1大的預定值D2為止的期間內，使氯硅烷類氣體供給量連續地或階梯狀地增加直至達到上述最大氯硅烷類氣體供給量，在超過上述D2之后，維持上述最大氯硅烷類氣體供給量。條件B (氫氣的供給量):在達到上述D1之前的期間內，以使上述原料氣體中的氯硅烷類氣體濃度為30摩爾％以上且小于40摩爾％的方式進行供給，在達到上述D1之后，使氫氣相對于上述氯硅烷類氣體的供給量比連續地或階梯狀地增加，在達到上述D2之后，以使上述原料氣體中的氯硅烷類氣體濃度為15摩爾％以上且小于30摩爾％的方式進行供5口 O條件C(硅棒的溫度):在達到上述D2之后，使硅棒的溫度隨上述硅棒的直徑擴大而降低。優選將上述條件C中的上述硅棒溫度的降幅設定在50~350°C的范圍內。另外，優選上述條件B中使上述氫氣相對于上述氯硅烷類氣體的供給量比增加的操作在上述硅棒的直徑達到40mm之前進行。此外，優選將上述反應開始的時刻的反應爐的鐘罩和底板的表面溫度控制在40°C以上。本專利技術的多晶硅制造用反應爐為用于利用西門子法制造多晶硅的反應爐，其中，具備:用于控制鐘罩和底板的表面溫度的制冷劑循環回路、以及能夠將在該制冷劑循環回路中流動的制冷劑的溫度控制在40~90°C的制冷劑溫度控制部。專利技術效果根據本專利技術，在使硅在硅芯線上析出而得到多晶硅棒的多晶硅的制造方法中，在析出反應的初期階段(前段工序)中通過將原料氣體大量供給至反應爐內而在不提高反應速度的情況下使原料氣體的濃度為高濃度，由此提高反應速度，在該前段工序之后的后段工序中利用將原料氣體高速吹入反應爐內所產生的高速強制對流的效果將爆米花的產生概率抑制在較低本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多晶硅的制造方法，其為利用西門子法的多晶硅的制造方法，其特征在于，在將由氯硅烷類氣體和氫氣構成的原料氣體從噴嘴口供給至反應爐內而使多晶硅在硅芯線上析出時，設置氣體供給量相對較低的前段工序、氣體供給量相對較高的后段工序和將氣體供給量從所述前段工序的值提高至所述后段工序的值的中間工序，所述三個工序均在反應溫度為900～1250℃、反應壓力為0.3～0.9MPa的范圍內進行，在所述后段工序中，將以最大原料氣體供給量進行氣體供給時的所述噴嘴口的流速設定為150m/秒以上，根據反應開始后隨析出反應的進行而變化的多晶硅棒的直徑D，在下述條件A～C下進行氣體供給和硅棒溫度的控制，條件A(氯硅烷類氣體的供給量)：在達到15mm以上且40mm以下的預定值D1之前的期間內，以最大氯硅烷類氣體供給量的三分之一以下的量進行供給，在達到所述D1后至達到15mm以上且40mm以下并且比所述D1大的預定值D2為止的期間內，使氯硅烷類氣體供給量連續地或階梯狀地增加直至達到所述最大氯硅烷類氣體供給量，在超過所述D2之后，維持所述最大氯硅烷類氣體供給量；條件B(氫氣的供給量)：在達到所述D1之前的期間內，以使所述原料氣體中的氯硅烷類氣體濃度為30摩爾％以上且小于40摩爾％的方式進行供給，在達到所述D1之后，使氫氣相對于所述氯硅烷類氣體的供給量比連續地或階梯狀地增加，在達到所述D2之后，以使所述原料氣體中的氯硅烷類氣體濃度為15摩爾％以上且小于30摩爾％的方式進行供給；條件C(硅棒的溫度)：在達到所述D2之后，使硅棒的溫度隨所述硅棒的直徑擴大而降低。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黑澤靖志，禰津茂義，星野成大，岡田哲郎，
申請(專利權)人：信越化學工業株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP