(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体シリコンを製造するための還元炉内で使用された後のカーボン部品に対し、当該カーボン部品の表面に付着した付着物を除去する処理を行い、しかる後に、流通型反応炉内で塩素ガス処理を行うことを特徴とする半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法。
【請求項２】
前記カーボン部品の表面に付着した付着物をカーボン母材ごと削り取り、削り取るカーボン母材の平均厚さがカーボン母材の表面からの深さで０．１〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法。
【請求項３】
前記塩素ガス処理での処理時間が３５〜５０時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用の多結晶シリコンを製造する際に使用される電極、ヒータ等のカーボン部品を再使用するための半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体用の多結晶シリコンは、還元炉内でＣＶＤ法により工業的に製造されている。この製造では、還元炉内でシリコン棒が通電加熱により約１０００℃に保持され、この状態でシリコン棒の表面にシリコンが気相反応により析出されることにより、シリコン棒が次第に太く成長し製品となる。原料ガスとしてはＳｉＨＣｌ3 （ＴＣＳ）やＳｉＣｌ4 等がＨ2 と混合されて使用される。
【０００３】
このような多結晶シリコンの製造で重要なことは、炉内で成長するシリコンを汚染しないことである。この観点から、還元炉内に装備される通電部品としては、カーボン製のものが多用されている。例えば、シリコン棒と水冷された金属電極との間には、カーボン製の電極が介装されており、シリコン棒の予熱のために使用されるヒータもカーボン製である。
【０００４】
このようなカーボン部品はＣＶＤ反応の全過程を通して高温の炉内ガスにさらされ、シリコン棒の汚染源となる可能性が高いため、高純度であることが求められる。この要求に応えるため、出願人は、塩素ガス処理によるカーボン部品の精製方法を先に開発した（特許第２６４９１６６号）。
【０００５】
この精製方法は、電極、ヒータ等のカーボン部品を流通型反応炉内で８００〜１１００℃の温度で塩素ガス処理するものであり、工場に入荷される新品部品を更に高いレベルに精製することができる。また、その後の研究により、この精製方法は使用後の部品についても高いレベルに精製可能であり、その部品の再生方法としても有効なことが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この塩素ガス処理による精製方法で高純度化したカーボン部品の品質は、新品部品の場合も再生部品の場合も、製造された多結晶シリコンの品質で表してＮ−１０００Ωｃｍ（Ｐｈｏｓ濃度  ０．１ｐｐｂａ）が限度であり、これ以上の品質を得ることはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は、使用後の部品につき、塩素ガス処理による精製方法よりも格段に高いレベルの純度を付与できる半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
塩素ガス処理による精製方法の能力を高めるべく操業実績の解析等を重ねた結果、本発明者は、カーボン部品の精製に還元炉内でのＣＶＤ反応が関係している可能性のあることを見いだし、この観点から種々の実験研究を繰り返した。その結果、還元炉内で使用されたカーボン部品の表面に付着した付着物を除去した後に、当該カーボン部品を塩素ガス処理すると、そのカーボン部品の純度が飛躍的に向上し、製造された多結晶シリコンの品質レベルでＮ−２０００Ωｃｍを超える品質も可能なことが判明した。
【０００９】
本発明の半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法は、かかる知見に基づいて開発されたもので、半導体シリコンを製造するための還元炉内で使用された後のカーボン部品に対し、当該カーボン部品の表面に付着した付着物を除去する処理を行い、しかる後に、流通型反応炉内で塩素ガス処理を行うことにより、塩素ガス処理を受けた新品部品よりも更に高い純度の再生部品を提供することができる。
【００１０】
半導体シリコンを製造するための還元炉内での反応はカーボン部品の高純度化に非常に有効である。更に言えば、流通型反応炉内での塩素ガス処理による高純度化の前処理として、この還元炉内での反応は有効である。その理由は次のように考えられる。高純度のＳｉＨＣｌ3 及び水素がキャリアとなり、１０００℃前後の輻射温度を使用して１００時間以上の暴露を受けることで、カーボン部品は表面から内部に向かって順次温度上昇と共に塩化物の拡散進入が進み、内部の残留不純物が除去され易くなる。
【００１１】
しかし、還元炉内での反応を受けたカーボン部品をそのまま流通型反応炉内で塩素ガス処理しても期待するような純度は得られない。期待通りの純度を得るためには、使用後のカーボン部品を流通型反応炉内で塩素ガス処理する前に、その部品の表面に付着した付着物を除去する必要がある。なぜなら、還元炉から取り出す作業時に空気中の水分と共に不純物がカーボン部品に吸着する。その除去処理をするときに表面にシリコンが付着していると、Ｃｌ2 がシリコンの塩化に消費されてしまい、不純物の除去を効果的に行うことができない。
【００１２】
使用後のカーボン部品の表面に付着した付着物を除去する処理では、塩素ガス処理後の純度向上のために、十分な除去が必要で、カーボン母材ごと削り取るのが好ましく、その母材の平均削り取り量は、カーボン母材の表面からの深さで０．１〜５．０ｍｍが好ましい。この平均削り取り量が０．１ｍｍ未満の場合は、塩素ガス処理後の純度が十分に上がらない。しかし、５．０ｍｍを超える削り取りを行っても効果が飽和し、削り取りによる母材のロスのほうが大きな問題になる。
【００１３】
流通型反応炉内での塩素ガス処理では、カーボン部品内に残留している不純物や水分、研磨作業時の汚染等が効果的に除去されることにより、カーボン部品が高純度化される。処理時間が短すぎる場合は十分な効果が得られず、長すぎる場合は効果が飽和し、経済性が悪化する。このため、処理時間は３５〜５０時間が好ましい。３５時間以上の処理で、製造された多結晶シリコンの品質レベルはＮ−２０００Ωｃｍを超える。ちなみに、新品に対する処理時間は１０〜３０時間が適当であり、２０時間以上いくら長く処理を行っても、製造された多結晶シリコンの品質レベルはＮ−１０００Ωｃｍを超えない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示すカーボン部品の使用サイクル図である。
【００１５】
本実施形態では、多結晶シリコンの製造工場に入荷したカーボン電極、カーボンヒータ等の新品のカーボン部品１０を、流通型反応炉２０で塩素ガス処理する。
【００１６】
流通型反応炉２０は、筒状の炉体２１内に石英チューブ２２を通した二重構造であり、炉体２１によって石英チューブ２２内を所定温度に加熱した状態で、石英チューブ２２内に塩素ガスを流通させることにより、石英チューブ２２内のカーボン部品１０を精製処理する。
【００１７】
流通型反応炉２０での塩素ガス処理が終わると、処理後のカーボン部品１０を還元炉３０内でのＣＶＤ法による多結晶シリコン４０の製造に使用する。
【００１８】
多結晶シリコン４０の製造が終わると、還元炉３０を解体して使用後のカーボン部品１０を取り出し、その表面に付着する付着物をカーボン母材ごと削り取る。この削り取りは、例えばサンドペーパ、耐水ペーパ、グラインダ等の研磨機器により行う。
【００１９】
付着物の削り取りが終わると、そのカーボン部品１０を再度、流通型反応炉２０で塩素ガス処理する。これにより、カーボン部品１０が再生される。
【００２０】
再度の塩素ガス処理が終わると、処理後のカーボン部品１０を還元炉３０内でのＣＶＤ法による多結晶シリコン４０の製造に再使用する。
【００２１】
再使用が終わると、再使用後のカーボン部品１０を還元炉３０内から取り出し、その表面に付着する付着物をカーボン母材ごと削り取った後、流通型反応炉２０で塩素ガス処理して、還元炉３０内でのＣＶＤ法による多結晶シリコン４０の製造に使用する。
【００２２】
これにより、カーボン部品１０は繰り返し再使用される。各再使用では、カーボン部品１０が、前回の使用での還元炉暴露と、暴露後の付着物除去と、除去後の塩素ガス処理との組み合わせにより高純度に精製されているため、高品質の多結晶シリコン４０が製造される。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を示し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００２４】
比較例１として、工場に入荷した無処理のカーボン部品を使用して多結晶シリコンを製造した。比較例２，３として、工場に入荷したカーボン部品を塩素ガス処理して多結晶シリコンを製造した。比較例４として、一度使用したカーボン部品を、付着物を除去せず、塩素ガス処理もせずに、多結晶シリコンの製造に再使用した。比較例５として、一度使用したカーボン部品を、付着物を除去せず、塩素ガス処理をして、多結晶シリコンの製造に再使用した。
【００２５】
これらに対し、本発明例では、一度使用したカーボン部品を、付着物の除去の後、塩素ガス処理して、多結晶シリコンの製造に再使用した。付着物の除去では、カーボン母材ごと研磨する作業を行い、母材研磨量を種々変更した。塩素ガス処理では、処理時間を種々変更した。
【００２６】
比較例及び本発明例でのカーボン部品の使用条件、即ち多結晶シリコンの製造条件は下記に統一した。
温度        多結晶シリコン棒の温度で１０００℃
時間        １６０時間
ＴＳＣ流量  １８００リットル／時間（液体流量）
水素流量    ２０００ｍ3 ／時間（気体流量）
【００２７】
また、塩素ガス処理条件は、時間以外を下記に統一した。
温度              ９００℃
塩素ガス流量      １．５リットル／分
石英チューブ内径  １７０ｍｍ
均熱帯の長さ      ２．５ｍ
【００２８】
各例で製造された多結晶シリコンの品質を調査した結果を、カーボン部品の処理条件と共に表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003654418.tif 000002
【００３０】
工場入荷の無処理カーボン部品を使用した比較例１では、多結晶シリコンの品質はＮ−１９０Ωｃｍである。これに塩素ガス処理を行った比較例２，３では、多結晶シリコンの品質はＮ−１０００Ωｃｍ程度になるが、処理時間を増やしてもこれ以上の品質を確保することはできない。一度使用したカーボン部品をそのまま再使用した比較例４では、多結晶シリコンの品質はＮ−３６０Ωｃｍに低下する。一度使用したカーボン部品を塩素ガス処理して再使用した比較例５，６では、多結晶シリコンの品質は向上するが、その程度は４０時間の処理を行っても、新品を塩素ガス処理した場合と同等のＮ−１０５０Ωｃｍである。
【００３１】
これらに対し、一度使用したカーボン部品を、付着物の除去の後、塩素ガス処理して、多結晶シリコンの製造に再使用した本発明例１〜９では、２０時間の塩素ガス処理で、多結晶シリコンの品質はＮ−１４００Ωｃｍに向上する。３０時間の塩素ガス処理では、多結晶シリコンの品質はＮ−１７００Ωｃｍに大幅向上し、３５時間以上の塩素ガス処理ではＮ−２０００Ωｃｍを超える。
【００３２】
ただし、塩素ガス処理時間の５０時間を超える延長は、多結晶シリコンの品質向上に殆ど影響しない（本発明例８，９参照）。同様に、付着物除去でのカーボン母材の削り取り量の増大も、多結晶シリコンの品質向上に与える影響が少ない（本発明例５，６，７参照）。
【００３３】
また、本発明例１０は、２回の再生を行ったカーボン部品の使用結果であり、同一条件で１回の再生を行った本発明例４と同等の結晶品質を得ている。これから分かるように、本発明によればカーボン部品の２回以上の繰り返し使用が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明の半導体シリコン製造用カーボン部品の再生方法は、半導体シリコンを製造するための還元炉内で使用された後のカーボン部品に対し、当該カーボン部品の表面に付着した付着物を除去する処理を行い、しかる後に、流通型反応炉内で塩素ガス処理を行うことにより、塩素ガス処理を受けた新品部品よりも更に高い純度の再生部品を提供でき、部品コストの低減と合わせ、製造される半導体シリコンの品質向上に大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すカーボン部品の使用サイクル図である。
【符号の説明】
１０  カーボン部品
２０  流通型反応炉
３０  還元炉
４０  多結晶シリコン
【図１】
0003654418.tif 000003