(57)【要約】【課題】シーメンス法による多結晶シリコンロッドの製造において、ガス供給ノズルからのシリコン析出用原料ガスの噴出量をより大きく改善し、それによりガス流の勢いを強めて、ベルジャ内の上部と下部における原料ガスの循環性に優れた状態で、前記製造を実施する方法を開発すること。【解決手段】  多結晶シリコンロッド製造用反応炉として、ガス供給ノズルの少なくとも１つとして、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが流量増加して吹き出す作用を備えた流量増幅ノズルを用いて、前記多結晶シリコンロッドの製造を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルジャと底板とにより内部が密閉されてなり、前記底板には、複数のシリコン芯線を保持するとともに該シリコン芯線に通電するための電極対が設けられてなり、さらに前記ベルジャの内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するための、複数のガス供給ノズルが夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造の反応炉を用い、
前記シリコン芯線に通電しながら、前記ガス供給ノズルからシリコン析出用原料ガスを噴出させることにより、前記シリコン芯線に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンロッドの製造方法において、
前記ガス供給ノズルの少なくとも1つとして、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用を有する流量増幅ノズルを用いることを特徴とする多結晶シリコンロッドの製造方法。
【請求項２】
前記流量増幅ノズルが、ノズル周壁に開口部が設けられてなり、ノズル内のシリコン析出用原料ガス流通路を、該原料ガスが先端噴出口に向かって流れた際に、該周壁開口部からノズル周囲の雰囲気を該シリコン析出用原料ガス流通路に吸い込む作用を有するものである、請求項１記載の多結晶シリコンロッドの製造方法。
【請求項３】
前記流量増幅ノズルは、前記周壁開口部の内壁側開口面上端位における、シリコン析出用原料ガス流通路の内空断面積が、該周壁開口部の内壁側開口面下端位近傍における同内空断面積よりも大きい構造である請求項２記載の多結晶シリコンロッドの製造方法。
【請求項４】
ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されて、その容量が１．１〜３．０倍に増量されるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンロッドの製造方法。
【請求項５】
ベルジャと底板とにより内部が密閉されてなり、前記底板には、複数のシリコン芯線を保持するとともに該シリコン芯線に通電するための電極対が設けられてなり、さらに前記ベルジャの内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するための、複数のガス供給ノズルが夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造の多結晶シリコンの製造用反応炉であって、
前記ガス供給ノズルの少なくとも1つが、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用を有する流量増幅ノズルであることを特徴とする多結晶シリコンロッド製造用反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンロッドの製造方法、詳しくは、反応炉内に設けられたシリコン芯材上に化学気相析出法によって多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンロッドの製造方法、及びこれを実施するための反応炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体あるいは太陽光発電用ウェハーの原料として使用されるシリコンを製造する方法は種々知られており、そのうちのいくつかは既に工業的に実施されている。例えばその一つはシーメンス法と呼ばれる方法であり、反応炉の内部に、シリコン芯線を設け、通電によってシリコン芯線をシリコンの析出温度に加熱し、この状態で反応室内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）やモノシラン（ＳｉＨ４）等のシラン化合物と還元ガスとからなるシリコン析出用原料ガスを供給し、化学気相析出法によりシリコン芯線上にシリコンを析出させるというものである。この方法は高純度な多結晶シリコンがロッドの形態で得られることが特徴であり、最も一般的な方法として実施されている。【０００３】
このシーメンス法を、工業的に実施するためには、上記反応炉は一般的に、図６に示す構造をしている。即ち、反応炉１は、ベルジャ２と底板３とにより内部が密閉されてなり、前記底板３には、複数のシリコン芯線４が保持されるとともに、該シリコン芯線４に通電するための電極対５が設けられた構造のものが使用される。さらに、前記底板３には、ベルジャ２の内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するために、複数のガス供給ノズル６が夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造をしている（特許文献１，２参照）。なお、図６ではガス供給ノズル６を一つだけ示したが、実機では底板３の上面にほぼ均等な間隔で複数のガス供給ノズル６が設けられている。【０００４】
ここで、前記ガス供給ノズル６の形態としては、内部のガス流通路が供給口から前記先端噴出口までの間、同一口径である直胴管型のものや、原料ガスの噴出圧を増加させるため、上記噴出口付近の先端部において、その口径を若干絞ったものなどが汎用されている（特許文献１、図４等参照）。【０００５】
また、製造する多結晶シリコンロッドの下端近傍に、ロッドを搬送するために利用する、吊具の引っ掛け凹部を形成する目的で、前記直胴管型ノズルにおいて、原料ガスの噴射口を、先端噴射口だけでなく、そのノズルの周壁面にも設けたもの（側壁噴射口を形成したノズル）も知られている。即ち、係る側壁噴射口を形成することにより、底板の上面と平行な横方向にもガスを吐出させて、前記多結晶シリコンロッドにおいて、その下端近傍に、前記吊具の引っ掛け用凹部を形成させる技術が公知である（特許文献２、図６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−６３８８４号公報
【特許文献２】再表２０１０／０９８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の反応炉では、ガス供給ノズルの先端噴射口からシリコン析出用原料ガスが、ある程度の噴射圧で上方空間に排出されるものの、ベルジャ上壁までは一定の距離があるため、そこに到達するまで間にその流速はかなりに低下することが避けられない。その結果、原料ガス流が上壁面に達した後、これが反転しても勢いのある下降流には至らず、ベルジャ内の上部と下部において原料ガス濃度が不均一になり易い。このため原料ガスの利用効率が劣るものになり、製造に伴う電力原単位や原料シラン化合物の原単位を悪化させていた。また、得られる多結晶シリコンロッドにおいも、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になって形状不良が生じていた。而して、このようにロッド表面に凹凸が発生すると、表面積が増し不純物による汚染の原因にもなる。【０００８】
これらの不具合を抑制するためには、ガス供給ノズルの先端噴出口からのシリコン析出用原料ガスの噴出量をできるだけ増大させ、そのガス流速を高めて、ベルジャ内の上部と下部において、原料ガスの循環性を高めることが求められる。しかし、従来の直胴管型ガス供給ノズル等を用いたのでは、この改善には自ずと限界があり、満足いくだけの効果は得られていなかった。【０００９】
また、これらの不具合は、ガス供給ノズルとして、前記先端噴射口に加えて、側壁噴射口を形成させたノズルを用いても、十分には解消できなかった。詳述すれば、こうした側壁噴射口は、原料ガスを横方向に噴射させるため、ベルジャ内下部では雰囲気の攪拌効果がある程度には高まるが、側壁噴射口から原料ガスが噴出する分、ノズル先端の噴射口からの噴出量は少なくなり、その勢いは弱まり、ベルジャ内の上部と下部での雰囲気の循環性は低下するからである。【００１０】
これらから、シーメンス法による多結晶シリコンロッドの製造において、ガス供給ノズルからのシリコン析出用原料ガスの噴出量をより大きく改善し、それによりガス流の勢いを強めて、ベルジャ内の上部と下部における原料ガスの循環性に優れた状態で、前記製造を実施する方法を開発することが、大きな課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題に鑑み鋭意研究を続けてきた。その結果、使用するガス供給ノズルとして、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが流量増加して吹き出す作用を備えた流量増幅ノズルを用いることにより、前記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１２】
即ち、本発明は、ベルジャと底板とにより内部が密閉されてなり、前記底板には、複数のシリコン芯線を保持するとともに該シリコン芯線に通電するための電極対が設けられてなり、さらに前記ベルジャの内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するための、複数のガス供給ノズルが夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造の反応炉を用い、
前記シリコン芯線に通電しながら、前記ガス供給ノズルからシリコン析出用原料ガスを噴出させることにより、前記シリコン芯線に多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコンロッドの製造方法において、
前記ガス供給ノズルの少なくとも1つとして、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用を有する流量増幅ノズルを用いることを特徴とする多結晶シリコンロッドの製造方法である。【００１３】
また、本発明は、上記製造方法を実施するために使用する反応炉として、ベルジャと底板とにより内部が密閉されてなり、前記底板には、複数のシリコン芯線を保持するとともに該シリコン芯線に通電するための電極対が設けられてなり、さらに前記ベルジャの内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するための、複数のガス供給ノズルが夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造の多結晶シリコンの製造用反応炉であって、
前記ガス供給ノズルの少なくとも1つが、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用を有する流量増幅ノズルであることを特徴とする多結晶シリコンロッド製造用反応炉も提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の多結晶シリコンロッドの製造方法によれば、ガス供給ノズルからのシリコン析出用原料ガスの噴出量がより大きく改善でき、これにより吹き出したガス流の勢いが増す。従って、ベルジャ内の上部と下部における原料ガスの循環性に優れ、原料ガスの利用効率を高めた状態で、多結晶シリコンロッドを製造できる。従って、多結晶シリコンロッドの製造に伴う電力原単位や原料シラン化合物の原単位を大きく改善できる。【００１５】
また、得られる多結晶シリコンロッドにおいても、表面への凹凸が発生し難く、ロッドの太さの安定性も向上させることができる。このためロッド表面の平滑性に優れ、表面積の増大による不純物汚染等も有意に低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明で使用される流量増幅ノズルの代表的態様の断面図（ａ）および一部切欠き斜視断面図（ｂ）である。
【図２】図２は、本発明で使用される流量増幅ノズルの別の態様の断面図（ａ）および一部切欠き斜視断面図（ｂ）である。
【図３】図３は、本発明で使用される流量増幅ノズルの、さらに別の態様の断面図（ａ）および一部切欠き斜視断面図（ｂ）である。
【図４】図４は、本発明で使用される流量増幅ノズルの、さらに別の態様の断面図（ａ）および一部切欠き斜視断面図（ｂ）である。
【図５】図５は、本発明で使用される流量増幅ノズルの、さらに別の態様の断面図（ａ）および一部切欠き斜視断面図（ｂ）である。
【図６】図６は、本発明で適用する代表的態様にある、多結晶シリコンロッド製造用反応炉の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。即ち、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上（Ａを含みかつＡより大きい）Ｂ以下（Ｂを含みかつＢより小さい）」を意味する。
【００１８】
本発明において、多結晶シリコンロッドの製造は、通電によってシリコンの析出温度に加熱したシリコン芯線に、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）やモノシラン（ＳｉＨ４）等のシラン化合物と還元ガスとからなるシリコン析出用原料ガスを接触させて、化学気相析出法によりシリコン芯線上にシリコンを析出させる、所謂、シーメンス法に従って実施する。反応炉は、前記図６示したような、ベルジャ２と底板３とにより内部が密閉されてなり、前記底板３には、複数のシリコン芯線４を保持するとともに該シリコン芯線４に通電するための電極対５が設けられてなり、さらに前記ベルジャ２の内部空間にシリコン析出用原料ガスを供給するための、複数のガス供給ノズル６が夫々に先端噴射口を上向きに設けられた構造のものを用いる。斯様な構造の反応炉１に対し、シリコン芯線４に通電しながら、前記ガス供給ノズル６からシリコン析出用原料ガスを噴出させることにより、前記シリコン芯線４に多結晶シリコン７を析出させて多結晶シリコンロッドを製造する。
【００１９】
本発明の最大の特徴は、上記反応炉１に設ける、ガス供給ノズル６の少なくとも1つとして、下記詳述する流量増幅ノズルを用いた点にある。ここで、流量増幅ノズルは、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用を有するノズルとして定義される。従って、斯様な流量増幅ノズルを用いれば、多結晶シリコンロッドの製造において、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスを、ノズル内でベルジャ内雰囲気と混合させて増量して勢いを強めて、先端噴出口から噴出させることができる。この結果、噴出された原料ガスは、ベルジャ内上部に至るまで、速いガス流速が保たれ、上壁面に達した後も強い下降流に転じることができ、ベルジャ内の上部と下部において原料ガスの循環性を大きく高めることができる。
【００２０】
流量増幅ノズルは、前記原料ガスの増幅作用を有するものであれば、如何なる構造のものも適用可能であるが、一般には、ノズル周壁に開口部が設けられてなり、ノズル内のシリコン析出用原料ガス流通路を、該原料ガスが先端噴出口に向かって流れた際に、該周壁開口部からノズル周囲の雰囲気を該シリコン析出用原料ガス流通路に吸い込む作用を有する構造のものが用いられる。
【００２１】
ここで、周壁開口部が、前記ノズル周囲の雰囲気の吸引口として作用するか、それともこれに反して、前記特許文献２に示されるような、シリコン析出用原料ガス流通路を流れる原料ガスの噴出口として作用するかは、前記周壁開口部の内壁面側開口部の圧力と外壁面側開口部の圧力のどちらが大きいかによって決まる。即ち、前記特許文献２では周壁開口部の内壁側開口面下端位における、シリコン析出用原料ガス流通路の内空断面積よりもガス供給ノズルの先端噴出口の断面積が小さい為、ノズル周囲の雰囲気よりもノズル内の圧力の方が大きくなり、前記周壁開口部は原料ガスの噴出口として作用する。一方で、流量増幅ノズルでは前記周壁開口部の内壁側開口面上端位における、シリコン析出用原料ガス流通路の内空断面積が、該周壁開口部の内壁側開口面下端位近傍における同内空断面積よりも大きい構造である為、シリコン析出用原料ガス流通路を流れる原料ガスが急拡大されて、ノズル周囲の雰囲気よりもノズル内の圧力の方が小さくなり、前記周壁開口部は雰囲気ガスの吸引口として作用する。すなわち、流量増幅ノズルはベンチュリ効果およびベルヌーイの原理により、流量を増大する。
【００２２】
さらに、周壁開口部において、ノズル周壁の内壁面と外壁面とを貫通する、開口方向も重要で、内壁面側開口から外壁面側開口に向かって下向きの開口として設ける。即ち、この開口方向が内壁面側開口から外壁面側開口に向かって水平や、上向きの開口の場合、シリコン析出用原料ガス流通路を上向きに流れる原料ガスと該開口から流入するガスが衝突して圧力損失が大きくなり、その影響で吸引作用が減少する。
【００２３】
これら周壁開口部の形成条件を調整することにより、これを吸引口として作用するものとして設ける。図１は、本発明において好適に使用される流量増幅ノズルの断面図であり、ノズル本体１１の内部空間は、シリコン析出用原料ガス流通路１２として機能し、その流路径を連続的または段階的に窄める縮径部１７を設けている。なお、ノズル本体１１は、一般には円管であるが、角管等であっても良い。シリコン析出用原料ガスは、ノズル下端の原料ガス供給口１３から流入し、先端噴出口１４から噴射される。
【００２４】
図１の流量増幅ノズルにおいて、周壁開口部１５はノズル周壁１６に対し、内壁面側開口から外壁面側開口に向かって下方向に傾斜する態様で設けられている。前記シリコン析出用原料ガス流通路１２内を流れるシリコン析出用原料ガス流が一定の速い速度にあり、周壁開口部１５の開口径が、前記吸引作用を損なわれるほどに過度に大きくなければ、ここからノズル周辺のベルジャ雰囲気がシリコン析出用原料ガス流通路１２に吸い込まれる。この結果、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスは、前記ノズル内に吸引されたベルジャ内雰囲気と混合されて増量し噴出することになる。
【００２５】
ここで、周壁開口部１５が十分な吸引作用を呈するものであるためには、シリコン析出用原料ガス流通路１２を流れる、シリコン析出用原料ガスの圧力が、少なくとも周壁開口部１５の位置において雰囲気ガスの圧力よりも０．００１〜１００００Ｐａ低いのが好ましく、１００〜２０００Ｐａ低いのが特に好ましい。
【００２６】
シリコン析出用原料ガス流通路１２の流路径を、前記原料ガスの供給ラインの口径と同じ直径の直胴型として、上記供給速度と同じ速度を維持して流れる態様にしたのでは、該原料ガスの圧力は、前記周壁開口部１５の内壁側開口付近における好適な圧力差に達しないこともあり得る。従って、シリコン析出用原料ガス流通路１２は、原料ガス供給口１３から周壁開口部１５までの全域または所定域に、その流路径を連続的または段階的に窄める縮径部１７を設けるのが好適な態様である。この場合、該周壁開口部１５の内壁側開口面下端位（Ａ２）近傍の流路径を小さくできるため、ここを流れるシリコン析出用原料ガスの流速が速くなり、該内壁側開口付近での圧力差を前記好適範囲内に調整し易い。係る縮径部１７は、原料ガス供給口１３の口径の８０％以下、より好適には５〜６０％に流路径が小さく窄められるように設けるのが好ましい。
【００２７】
また、シリコン析出用原料ガス流通路１２は、周壁開口部１５の内壁側開口面上端位（Ａ１）において、周壁開口部１５の内壁側開口面下端位（Ａ２）よりも拡径している態様であるのが好ましい。換言すれば、流量増幅ノズルの前記周壁開口部１５の内壁側開口面上端位（Ａ１）における、シリコン析出用原料ガス流通路１２の内空断面積が、該周壁開口部の内壁側開口面下端位（Ａ２）における同内空断面積よりも大きい構造であるのが好ましい。
【００２８】
このような構造であると、シリコン析出用原料ガス流通路１２を流れる原料ガスは、係る拡径により、内壁側開口面上端位（Ａ１）付近で体積膨張して一時的にその圧力が低下する。この結果、周壁開口部１５からの、ノズル周辺雰囲気の吸引作用がより高まるため好ましい。ただし、内壁側開口面上端位（Ａ１）で余り過度に大きく拡径させると、この拡げられた流路径が、先端噴射口１４まで実質維持された場合には、ノズルから噴射される原料ガスの流速低下を引き起こす。こうした観点から、前記内壁側開口面上端位（Ａ１）の内空断面積は、前記周壁開口部１５の内壁側開口面下端位（Ａ２）における内空断面積よりも１．１〜４．０倍に大きくなる割合、さらには１．１〜３．０倍に大きくなる割合、特には１．２〜３．０倍に大きくなる割合であるのが好ましい。
【００２９】
なお、図１の態様では、流量増幅ノズルの前記周壁開口部１５の内壁側開口面上端位（Ａ１）における、シリコン析出用原料ガス流通路１２の内空断面積は、該周壁開口部１５の内壁側開口面下端位（Ａ２）における内空断面積よりも大きい構造となっており、原料ガス流通路１２の拡径は、前記周壁開口部の前記下端位（Ａ２）から上端位（Ａ１）にかけて設けてある。ただし、前記原料ガスの体積膨張による圧力低下の効果が、周壁開口部１５付近に及び、該周壁開口部１５から雰囲気ガスの吸引が生じるのであれば、原料ガス流通路１２の拡径は、上記周壁開口部１５の内壁側開口面下端位（Ａ２）よりも若干流路の上流側（周壁開口部の内壁側開口面下端位方向）に設けられていてもよい。具体的には、図２に示すように、シリコン析出用原料ガス流通路１２において、拡径による流路径の増加分を「ｈ」、拡径開始箇所（Ａ３）から周壁開口部の内壁側開口面下端位（Ａ２）までの流路の長さを「Ｌ」とした場合に、Ｌ≦１５ｈ、より好適にはＬ≦１０ｈの関係であれば、前記周壁開口部の内壁側開口面下端位近傍で拡径された構造であってもよい。
【００３０】
また、流量増幅ノズルにおいて、該周壁開口部１５の開口方向は、水平面Ｈに対して、前記内壁面側開口から外壁面側開口に向かい５〜９０°の角度（図１で“α”で示す）で下方向に傾斜しているのが好ましく、１０〜６０°の角度で下方向に傾斜しているのが特に好ましい。
【００３１】
図３〜５として、本発明で用いる流量増幅ノズルの、さらに別の好適態様を示す。図３は、図１の流量増幅ノズルにおいて、シリコン析出用原料ガス流通路１２が、原料ガス供給口１３から周壁開口部１５までの間に縮径部１７を設けることなく、この間の全域を直胴型としたものの断面図である。
【００３２】
また、前記図１の流量増幅ノズルでは、周壁開口部１５が、ノズル周壁１６に対し、内壁面側開口から外壁面側開口に向かって下方向に傾斜した態様で設けられている。これに変えて、図４の流量増幅ノズルでは、該周壁開口部１５が、ノズル周壁１６に対し、真下に向けて形成させてある点で異なる態様である。すなわち、角度αが９０°の場合を示す。ノズル本体１１の周壁１６は、下端から上端までの途中に水平方向に拡径した張出部１８が設けてあり、ここに周壁開口部１５が前記開口方向を真下にして形成されている。この場合、周壁開口部１５の内壁側開口面は水平になる。
【００３３】
なお、図５は、本発明で用いる流量増幅ノズルの、さらに別の態様を示す。図５の態様は、図１の流量増幅ノズルにおいて、原料ガス供給口１３から周壁開口部１５までの、シリコン析出用原料ガス流通路１２の縮径を、その流路径を窄めることで行うのではなく、周壁開口部１５の下端から、流路の上流側に、前記原料ガス流通路を部分的に塞ぐ狭窄部１９を設けた態様である。この狭窄部１９は、その上下面を連通させる小開口２０を複数設けられてなり、小開口部以外は閉塞されている。前記複数の小開口２０の内空断面積の合計は、前記原料ガス供給口１３の内空断面積よりも小さくなっており、上記図１の態様のように、シリコン析出用原料ガス流通路１２の縮径を、その流路径を窄めることで行うのと同様な状態を得ている。
【００３４】
以上説明した流量増幅ノズルは、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ノズル内に導入されたベルジャ内雰囲気と混合されて増量される。図面に示した流量増幅ノズルは、ノズル周壁１６に開口部１５を設け、ノズル内のシリコン析出用原料ガス流通路を、該原料ガスが先端噴出口に向かって流れた際に、該周壁開口部１５に、ノズル周囲の雰囲気が吸い込まれて発現するタイプのものである。しかし、流量増幅ノズルの構造は、この構造に限定されない。例えば、ベルジャ内の排気口からベルジャ雰囲気の一部を取り出し、これを加圧して、ガス供給ノズルのシリコン析出用原料ガス流通路内に挿入された細管を通じて供給し、原料ガスと混合するような態様であっても良い。
【００３５】
これら流量増幅ノズルの材質は、供給される原料反応ガスを汚染させない材質であれば特に制限はなく、例えばシリコン製、炭化ケイ素製、石英製、グラファイト製或いはグラファイトの表面をシリコンで被覆したもの等を挙げることができる。
【００３６】
こうした流量増幅ノズルは、多結晶シリコンロッドを製造するための反応炉において、複数のガス供給ノズルの少なくとも1つとして設けることができる。即ち、反応炉において、ガス供給ノズルは、各シリコン芯線に対して均一に原料ガスを供給することができるように、底板の上面のほぼ全域に分散して適宜の間隔をあけながら複数設置されるが、その少なくとも１つとして設けられれば良い。流量増幅による効果を最大限に発揮させる観点から、その全てに適用するのが特に好ましい。
【００３７】
前記流量増幅ノズルを用いた反応炉による多結晶シリコンロッドの製造は、シリコン芯線に通電することにより、これを多結晶シリコンの析出温度である約６００℃以上に加熱して実施する。多結晶シリコンを迅速に析出させるため、一般的には、９００〜１２００℃程度の温度に加熱するのが好ましい。
【００３８】
シリコン析出用原料ガスにおいて、シラン化合物は、モノシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素、モノクロロシラン、ジクロロシランなどが使用され、一般的には、トリクロロシランが好適に使用される。また、還元ガスとしては、通常、水素ガスが使用される。例えば、シラン化合物としてトリクロロシランを使用し、シリコンの析出を１０００℃で行う場合、シリコン表面積当たりのクロロシランガス供給量として、０．０２〜０．０７ｍｏｌ／ｃｍ２・ｈの範囲で供給することが好適である。
【００３９】
流量増幅ノズルを用いることで、ノズルに供給されたシリコン析出用原料ガスが、ベルジャ内雰囲気と混合されて増量される。ベルジャ内雰囲気には未反応の原料ガスが含まれるため、ノズルから噴出されるガス中の原料ガスは増量される。この結果、原料ガスの有効利用が可能になり、原料原単位が向上する。また、ノズルに供給されるシリコン析出用原料ガスの温度は、通常は室温程度である。このため、先端噴出口近傍のシリコンロッドの表面温度を低下させ、シリコンの析出が不十分になり、ロッド径が不均一になったり、ポップコーンが生成することがある。しかし、流量増幅ノズルを用いることで、ノズルに供給された原料ガスが、ベルジャ内雰囲気ガスを吸引する。ベルジャ内雰囲気ガスは既に十分に高温である。この結果、ベルジャ内雰囲気ガスと混合された原料ガスの温度も上昇し、シリコンロッド表面温度の過度の低下が抑制され、また電力原単位も向上する。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を具体的に説明するために、実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらにより何等制限されるものではない。【００４１】
実施例１，比較例１
図６に示す構造を有しており、且つ下記仕様の反応炉を用意した。【００４２】
ベルジャの容積：３ｍ３
底板に設けられたシリコン芯線：１０本（逆Ｕ字型５対）
底板に設けられたガス供給ノズル：６個（底板の上面のほぼ全域に均等な間隔で分散配置）
ここで、上記ガス供給ノズルは全て、周壁開口部１５上端での内空断面積が、周壁開口部の下端における同内空断面積の１．３倍である図１に示した構造とした。その際のシリコン析出用原料ガス流通路１２を流れる、シリコン析出用原料ガスと雰囲気ガスとの圧力差は６００Ｐａであった。【００４３】
多結晶シリコンの製造は、シリコン芯線に通電することによりこれを１０００℃に加熱し、シリコン析出用原料ガスとしてはトリクロロシランと水素の混合ガスを用い、これを最大時に７００Ｎｍ３／ｈで供給して、シーメンス法によりシリコン析出反応を１００時間実施した。その結果、太さが１２０ｍｍの多結晶シリコンロッド１０本を得た。【００４４】
比較例として、上記多結晶シリコンの製造に変えて、使用するガス供給ノズルの全てを流量増幅ノズルではなく、周壁に周壁開口部１５を設けていない、通常の直胴型ノズルを用い、ベルジャ内雰囲気と混合されることにより増量されて吹き出す作用がない理由からシリコン析出用原料ガスの最大時の供給量を８００Ｎｍ３／ｈに変更した以外はこれと同様に実施して、多結晶シリコンロッド１０本を得た。なお、この製造では、シリコンの析出時間が１００時間経過した時点では、形成された各多結晶シリコンロッドは太さが、前記製造のように１２０ｍｍまでは成長していなかったが、そこで製造を終えた。【００４５】
その結果、前記ガス供給ノズルとして流量増幅ノズルを用いた製造では、通常の直胴型ノズルを用いた比較製造に対比して、多結晶シリコン１ｋｇあたりの使用した電力量は９８％に低下し、多結晶シリコン１ｋｇあたりの使用したトリクロロシラン量も９７％に低下した。また、得られた各多結晶シリコンロッドの表面を観察した結果、前記ガス供給ノズルとして流量増幅ノズルを用いて製造したロッドは、その全表面において、ポップコーン状の凹凸が発生した面積が、通常の直胴型ノズルを用いて製造したロッドで発生した同面積よりも７３％に低下していた。
【符号の説明】
【００４６】
１；反応炉
２；ベルジャ
３；底板
４；シリコン芯線
５；電極対
６；ガス供給ノズル
１１；ノズル本体
１２；シリコン析出用原料ガス流通路
１３；原料ガス供給口
１４；先端噴出口
１５；周壁開口部
１６；ノズル周壁
１７；縮径部
１８；張出部
１９；狭窄部
２０；小開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月6日(2020.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記流量増幅ノズルが、ノズル周壁に周壁開口部が設けられてなり、ノズル内のシリコン析出用原料ガス流通路を、該原料ガスが先端噴出口に向かって流れた際に、該周壁開口部からノズル周囲の雰囲気を該シリコン析出用原料ガス流通路に吸い込む作用を有するものである、請求項１記載の多結晶シリコンロッドの製造方法。
【国際調査報告】
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2019194045.tif 000011