(57)【要約】  ポリシリコンをチューブ又は他の中空体上に堆積させる。該中空体は、従来のジーメンス型反応器のスリムロッドに取って代わり、簡単な抵抗素子で内部加熱することができる。該中空体の直径は、シリコンのスリムロッドの表面積よりも非常に大きな表面積をもたらすように選択される。該中空体の材料は、冷却すると直ぐに、収縮差に起因して、堆積したポリシリコンが中空体から容易に剥がれて、回収容器中に落下するように選択することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの反応室を含み、該反応室内にケイ素含有ガスを送るための注入口を画成している反応器と、
前記反応室内に支持された基材本体であって、空洞を画成しており且つ１つの外面を有する少なくとも１つの基材本体と、
前記空洞内に設置されており、前記反応室内に供給されたケイ素含有ガスが化学気相成長によって前記基材本体の外面上に多結晶シリコンを堆積させるように前記外面を加熱するために配置された熱源と
を具える、シリコンの製造装置。
【請求項２】
前記基材本体の少なくとも外面がモリブデンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記基材本体の少なくとも外面が炭素であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記基材本体の少なくとも外面がタンタルであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記基材本体は、熱膨張係数が多結晶シリコンの熱膨張係数と少なくとも20％異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基材本体は、水平方向外側の断面寸法が25 mmよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記反応容器は、前記空洞中にパージガスが入れるように設置された注入口を画成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記多結晶シリコンが拡散防止層の上に堆積するように、前記基材本体の外面上に拡散防止層を更に具えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記基材本体が開口を画成しており、該開口を通して前記空洞中に熱源が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの反応室を含み、該反応室内にケイ素含有ガスを送るための注入口を画成しており、且つ生成物の排出口を画成している反応器と、
１つの外面を有する基材本体であって、前記生成物排出口の高さよりも上方において前記反応室内に支持されており、重力により該基材本体から落下する多結晶シリコンが前記排出口に落下するように設置された少なくとも１つの基材本体と、
前記反応室内に供給されたケイ素含有ガスが化学気相成長によって前記基材本体の外面上に多結晶シリコンを堆積させるように前記外面を十分加熱するために配置された熱源と、
前記生成物排出口の開閉を操作可能なバルブと
を具える、シリコンの製造装置。
【請求項１１】
前記生成物排出口を通して出てきた多結晶シリコンが回収容器中に収容されるように、前記生成物排出口と連通した開口を有する回収容器を更に具えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記バルブがスライドバルブであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの反応室を含み、該反応室内にケイ素含有ガスを送るための注入口を画成している反応器と、
前記反応室内に支持された基材本体であって、１つの外面を有し、該外面の少なくとも一部がフレア加工されて仰角が変化している少なくとも１つの基材本体と、
前記反応室内に供給されたケイ素含有ガスが化学気相成長によって前記基材本体の外面上に多結晶シリコンを堆積させるように前記外面を加熱するために設置された熱源と
を具える、シリコンの製造装置。
【請求項１４】
前記外面のフレア加工された部分が下方に向かって拡がっていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記外面のフレア加工された部分が略円錐台状であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
ジーメンス反応器の内側で用いられる基材本体であって、
堆積する多結晶シリコンを受けるための基材として機能するのに適切な外面を有し、
前記外面を加熱する熱源を収容するための寸法及び形状で設置された空洞を画成している、
基材本体。
【請求項１７】
拡散防止層が多結晶シリコンの堆積する面を提供するように、前記外面上に拡散防止層を更に具えることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項１８】
前記基材本体の少なくとも外面がモリブデンであることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項１９】
前記基材本体の少なくとも外面が炭素であることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２０】
前記基材本体の少なくとも外面がタンタルであることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２１】
前記基材本体は、熱膨張係数が多結晶シリコンの熱膨張係数と少なくとも20％異なることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２２】
前記基材本体は、ジーメンス反応器中に設置される際、水平方向の断面寸法が25 mmよりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２３】
前記外面の少なくとも一部が略円錐台状であることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２４】
前記外面の少なくとも一部が、略円形の断面を有する略円筒状であることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２５】
前記外面が、堆積する多結晶シリコンを受けるために配置された拡散防止層を具えることを特徴とする請求項１６に記載の基材本体。
【請求項２６】
反応器内の堆積面上に多結晶シリコンを堆積させることによる多結晶シリコンの製造方法であって、
前記反応器内に、空洞を画成しており且つ１つの外面を有する基材本体を少なくとも１つ準備し、
前記空洞内に熱を供給して、前記外面を加熱し、
ケイ素含有ガスの熱分解に起因するシリコンの化学気相成長によって、前記加熱された外面上に多結晶シリコンを堆積させ、該外面上に多結晶シリコンの層を成長させる、
多結晶シリコンの製造方法。
【請求項２７】
更に、前記基材本体を冷却し、前記堆積した多結晶シリコン層とは異なる量の収縮を該基材本体に引き起こして、該多結晶シリコン層を前記外面から分離することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
更に、前記基材本体を加熱し、前記多結晶シリコン層とは異なる程度の膨張を該基材本体に引き起こして、該多結晶シリコン層を前記外面から分離することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記基材本体上にシリコンを堆積させる前に、更に、該基材本体の外面上に拡散防止層を堆積させて、該拡散防止層上に前記多結晶シリコンを堆積させることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
更に、ＳｉＮからなる拡散防止層が形成されるように、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）の共存下でケイ素含有ガスからシリコンを堆積させることによって前記拡散防止層を形成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
更に、ＳｉＣからなる拡散防止層が形成されるように、メチル（−ＣＨ3）基を含むケイ素含有ガス状化合物からシリコンを堆積させることによって前記拡散防止層を形成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多結晶シリコン乃至ポリシリコンは、太陽電池産業用の重要な原料である。現在、この新興の高成長産業に、需要に見合った十分なポリシリコンの供給をもたらすことが、太陽電池産業全体に対するボトルネック要因となっている。
【０００２】
今までのところ、太陽電池用シリコンは、半導体産業の余剰分から主に得られる。しかしながら、半導体用シリコンの少数の製造業者は、従来のプロセスを用いて太陽電池用材料を工業的に生産している。従来プロセスの一つは、冶金シリコンをシラン又はポリシラン又はクロロシラン化合物の一種に変換している。該シラン、ポリシラン又はクロロシランを、高純度のポリシリコンを生成するジーメンス型反応器中で熱分解させる。
【０００３】
ジーメンスプロセスでは、スリムロッドとも呼ばれるフィラメント基材上に、シラン又はポリシラン又はクロロシラン等のガス状ケイ素化合物の熱分解によってポリシリコンの棒を製造する。これらのスリムロッドは、製品の純度レベルを確保するため、主としてポリシリコン製である。
【０００４】
前記プロセスは、以下を含む。
ａ）偶数の電極がベースプレートに取り付けられており、各電極には、原料フィラメント（スリムロッド）を取り付けることができる。これらのシリコンのスリムロッドは、典型的には、直径が10 mm未満である。
ｂ）前記スリムロッドは、連結ブリッジにより、二つ一組で連結される。各ブリッジは、スリムロッド材の一片であり、連結されて２つのスリムロッドとなる。こうして、２本のスリムロッド及び１つのブリッジの各セットは、逆Ｕ字形の部材となり、通常は、ヘアピンと呼ばれる。各ヘアピン組立体に対して、反応器内の一対の電極間に電気経路を形成する。そして、電極間に印加された電位は、取り付けられたヘアピンを抵抗加熱するのに必要な電流を供給できる。
ｃ）前記ヘアピンは、ベースプレートと一緒になって回分反応器を画成するベルジャーの囲いの中に収容され、該回分反応器は、真空下、或いは陽圧条件下での操作を可能とする。
ｄ）ガス状のシリコン前駆体化合物及び所望により他のガスを、前記反応器に供給する。
ｅ）前記Ｕ字形の部材を、前記ガス状前駆体化合物が分解するのに十分な温度に電気的に加熱して、同時に前記ヘアピン上に半導体材料を堆積させ（化学気相成長乃至ＣＶＤ）、それによって、十分な直径を有するＵ字形のポリシリコンの棒を製造する。
ｆ）いかなる副生ガス及び未反応前駆体化合物をも、反応器から排出する。
【０００５】
シラン及びクロロシラン類の熱分解用の発明リアクターのデザインの原理が、例えば、米国特許第４,１５０,１６８号、第４,１７９,５３０号、第４,７２４,１６０号、及び第４,８２６,６６８号に説明されている。
【０００６】
成長プロセスの開始においては、スリムロッド（典型的には、直径が10 mm未満）の曝露加熱表面積は、スリムロッドが完全に成長した際に成長プロセスの最後に有するであろう曝露加熱表面積のほんの少しに過ぎない。反応器の供給ガスとして使用するシラン、ポリシラン又はクロロシラン化合物の瞬間供給速度は、ロッドの表面積が消費できる速度に制限される。従って、反応器の供給ガスは、典型的には、スリムロッドが小さい時は低い質量流量でスタートし、成長するロッドの表面積が増加するに従って増加される。そのため、平均生産速度は、各直径での瞬間成長速度の総計である。また、反応に利用可能な表面積は、如何なるジーメンス型反応器の容積をも限定する。
【０００７】
シラン、ポリシラン又はクロロシランの供給ガスをオーバーフローさせることは、反応容器内での供給物の濃度が上昇することによって、速度論的な分解を増加させる。しかしながら、それは、また、未反応の供給ガスを生ずる原因となり、該未反応ガスは、反応器から排出される。未反応の排出シラン、ポリシラン又はクロロシランは、無駄となるか、或いは、高価なガス分離及び回収プロセスを使用して回収することもできる。未反応供給ガスの浪費又は回収コストは、過剰供給の速度論的な増幅率に対して評価され、最適条件が選択される。この最適条件は、通常、シラン、ポリシラン又はクロロシランの供給速度が成長プロセスの始まりで低く、最後がより高いことを必要とする。
【０００８】
スリムロッドのＵ字型部材乃至ヘアピンの電気的なスタートにおいては、多くの場合、壊れ易いポリシリコン部材は、部材が室温から分解温度に電気的に加熱されるに従い、熱的なストレスを受けることによって破壊される。また、長く細いスリムロッドの構成要素は、反応器ガスの自然な対流流れが加熱されたスリムロッドを上方に通過する、並びに壁を下方に戻るに従い、曲がる。この湾曲は、壊れ易い構成要素に破壊をもたらし得る。スリムロッドの長さ及び直径、ロッド温度の上昇速度及びスリムロッドの連結ブリッジの配置によっては、破損頻度が非常に高くなり得る。
【０００９】
どのＵ字型スリムロッド構成要素が破損したとしても、反応器は不活性でなければならず、反応器を開放して、プロセスを再スタートする前に破損した部材を交換する。破損したスリムロッドを含む電気回路中の他のロッドも交換しなければならない可能性があり、このことが、生産の累積損失をもたらす。
【００１０】
従前のジーメンス反応器は、複雑で高価な電源を採用している。スリムロッドが小さい場合、これらの電源は、小さなスリムロッドの電気抵抗が高いことが原因で、高い電圧及び低いアンペア数を供給するに違いない。該ロッドの抵抗は、ロッドの直径が大きくなるに従い減少するので、ロッドの成長サイクルの最後においては、スリムロッドが小さい場合に必要な電圧及びアンペア数に比べて低レベルの電圧及び高レベルのアンペア数を供与して、ロッドの表面温度を維持する。この機能を有する電源は、複雑で高価である。
【００１１】
ロッドが最終直径に達した場合、新しい反応器バッチを開始することは、時間のかかるプロセスである。最初に、反応物質及び生成ガスを取り除いて、反応室を不活性にしなければならない。このことは、典型的には、圧力スイング又はアルゴン若しくは窒素を用いた通過パージで行われる。反応容器の不活性化と同時に、ロッドを取り扱う前に、ロッドを冷却しなければならない。分解温度及びロッドの直径にもよるが、ロッドの冷却には、４〜１０時間を要する。ロッドを冷却してすぐに、反応容器を開放し、ロッドを取り除く。ロッドを除去してすぐに、反応器の内部を清掃し、新しいスリムロッドを組み立て、新しいバッチを開始しなければならない。次のバッチ操作を開始する前に、再度、反応器の内部容積を不活性化しなければならない。
【００１２】
不活性化、冷却、回収、新スリムロッドのセッティング及び再不活性化のプロセスは、時間のかかる工程であり、通常、反応器での利用可能な分解時間の5〜15％を消費してしまう。
【特許文献１】米国特許第４,１５０,１６８号
【特許文献２】米国特許第４,１７９,５３０号
【特許文献３】米国特許第４,７２４,１６０号
【特許文献４】米国特許第４,８２６,６６８号
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、加熱されたシリコンのスリムロッドを用いる代わりに、中空チューブや他の中空体をジーメンス反応器内に設置し、中空チューブや他の中空体を内部から加熱してチューブの外面温度をＣＶＤに通常用いる析出温度に到達させる、装置及び方法に関するものである。該中空体は、プロセスガスが、加熱要素が存在する内径容積に入り込まないように、例えば、末端キャップでシールされていることが最も良好である。
【００１４】
シラン、ポリシラン又はクロロシラン等のケイ素含有ガスの分裂によってもたらされるシリコン自体は、堆積チューブ又は中空体の外側に堆積する。
【００１５】
この方法の利点は、中空体の直径を従前のスリムロッドの直径よりも非常に大きくでき、そのため、中空体がスリムロッドの何倍も大きな有効外周表面積を有し得ることである。ジーメンス反応器の生産性は、ＣＶＤ反応に利用可能な表面積によって限定されるので、生産性が向上する。シランやクロロシラン等のケイ素含有ガスの速度論的分解速度は、供与される加熱表面積に対して線形性を有するので、このことは利点となる。
【００１６】
中空体の形状は、加熱表面積が増大し、ポリシリコン生成物の除去が改良されるような如何なる幾何学形状でもよい。しかし、ここに記載される特定の形状が有益であるかもしれない。
【００１７】
他の利点は、従前のジーメンス反応器において必要であったように、中空体をブリッジに取り付ける必要がなく、再度、Ｕ字型要素又はヘアピンを形成する第２スリムロッドに取り付ける必要がないことである。従前のジーメンス反応器と異なり、中空体は、抵抗素子を用いて内側から加熱され、第２ロッドに対する伝導加熱用の電気的パスを必要としない。中空体内には、総ての回路を収容できる。
【００１８】
前記中空体は、硬く、また、反応容器に取り付けられているので、従前のジーメンス反応器の一般的なＵ字型部材又はヘアピンのように、破損したり、倒れこんだりしない。
【００１９】
他の利点は、従前のジーメンス型技術で要求されるよりも、非常に簡単な電源を中空体の加熱に使用して、分解プロセスを実行できることである。内側から加熱される中空体は、抵抗素子で加熱でき、該抵抗素子は、簡単で且つ安価である。中空体の外面温度は、比例制御で素子をオン又はオフすることでコントロールされる。如何なる内部抵抗加熱素子の電圧及びアンペア数要件も、運転中は、一定のままである。
【００２０】
他の利点は、中空体の外面上にポリシリコンを堆積させた後（ポリシランの厚さが所望の堆積厚さに到達した後）、中空体の外周から堆積したポリシリコンを引き離すことができ、その後、離脱物が重力で落下することである。落下するポリシリコンを収容するために、中空体の下方に回収容器を設置することができる。多量のシリコンを収容した後、スライドバルブを介して反応室から回収容器を隔離することができ、また、反応室内で起こるポリシリコンの成長プロセスを妨害しない時間に渡って、回収室から生成したポリシリコンを除去できる。
【００２１】
中空体からのポリシリコンの離脱は、中空体の内部ヒーターのスイッチを切り、中空体及びポリシリコン堆積層を冷却させた際に、中空体の材質と堆積したポリシリコンの間で熱収縮が違うことに起因して起こる。
【００２２】
シラン供給及び電源を停止し、ガス媒体を用いて、中空体を中空体の内部から冷却することによって、十分に成長したポリシリコンのチューブを回収することができる。中空体とポリシリコンの成長層との間で熱膨張係数が異なるため、ポリシリコン自体が基材から剥がれ、回収容器内に落下する。その後、スライドバルブ又は他の適切な隔離手段を用いて反応容器から回収容器を隔離してすぐに、反応器を他のケイ素含有ガスの分解に利用できる。一方で、反応器を運転しつつ、回収容器を不活性化し、冷却し、手動で取り出すことができる。
【００２３】
変形例の一つは、外面の形状が底部に向かって直径が大きくなる円錐台形状の中空体を使用することである。冷却においてポリシリコンが中空体から完全に分離しない場合、この配置は、残存するポリシリコンが下方に滑り、中空体が残留ポリシリコンを楔形状に束縛するのを可能とする。その後の中空体の再加熱により中空体が膨張し、この膨張がポリシリコンの破砕を誘起し、それによって、中空体から回収容器へのポリシリコンの全体的な脱落を補助する。
【００２４】
冷却においては、ポリシリコン自体が中空体から剥がれるので、反応容器の内部は不活性である必要がある。ポリシリコンは、空気又は作業員に曝されないので、人員保護のために冷却を行う必要はない。中空体は、従前のジーメンスプロセスにおけるスリムロッドのように、シリコンが堆積するための外面を供与するが、交換を必要としないことが、中空体の利点である。反応器の内部を清掃する必要がなく、直ぐに、成長サイクルを再度開始できる。
【００２５】
ここに記載した中空体を使用することで、従前のジーメンス反応器の運転停止、冷却、不活性化、製品回収、セットアップ、及び再不活性化に通常要する時間の90％を削減できる見込みである。
【００２６】
金属又は他の材料製の中空体上に直接ポリシリコンを堆積させる場合、堆積したポリシリコンの最内層は、基材の材料で汚染され得る。この汚染層を最少化するために、反応操作を変更し、最初にＣＶＤモードで操作して拡散防止層を中空体に直接付加し、引き続き、該拡散防止層上にポリシリコンをＣＶＤ堆積させることができる。
【００２７】
前記及び他の特徴及び利点が、添付の図面を参照して展開される以下の詳細な説明でより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、基盤１２の上に載って、反応容積又は反応室１４を区画して形成する気密容器をもたらすジャケット付きカバー又はベル１０を含むシリコンの製造装置を示している。基材本体１６は、反応室１４内に支持されている。より詳しくは、基材本体１６は、基盤１２の一部の上に載っている。基材本体１６は、反応室１４内で前駆体ガスから析出する多結晶シリコンの層を受けるために配向された外面１８を有する。最も効率を良くするには、外面１８の水平方向の断面寸法を少なくとも25 mmとする。また、基材本体１６は、熱源２４を収容する空洞２２を区画して形成する内面２０を有する。空洞２２を反応室１４から隔離して、反応ガスが空洞に入れないようにする。容器は、空洞２２内へのパージガスの流入を可能とするために設置される注入口２６を区画して形成し、また、パージガスを放出するための排出口２８を区画して形成している。反応ガスは、反応ガス注入口３０を介して反応室１４に供給され、反応ガス排出口３２を介して反応室から放出される。
【００２９】
図示例の基材本体１６は、円筒形状で、外径が105 mmの中空体である。中空体１６は、略鉛直方向に延在しており、実質円形の水平方向断面を有する。図示例の中空体１６は、モリブデンからなるが、タングステン、カーボン、又はＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）高温金属合金等の他の金属、或いは、材料の組み合わせから構成されていてもよい。基材本体１６は、一体構造で、且つ全体として金属又は合金等の単一材料からなることが好ましいが、幾つかのパーツ、例えば、層を有していてもよい。基材本体１６の末端キャップ部は、側壁と共に形成されていてもよく、或いは、別々に形成されて、基材本体の開放端を封止するために取り付けられてもよい。ここに記載するような自己回収型の反応器においては、基材本体１６は、ポリシリコンの熱膨張係数と十分異なる熱膨張係数を有し、機械的な分離が引き起こされる。基材本体の熱膨張係数が多結晶シリコンの熱膨張係数と20％以上違う場合に、良好な結果が得られる。熱源２４は抵抗ヒーターであり、該抵抗ヒーターは、基材本体１６の底部に設置された開口を通して収容され、また、貫通性のヒーター連結部３１によって電源に接続されている。
【００３０】
多結晶シリコンを生成させるために、反応容積１４を不活性化し、抵抗ヒーター２４で中空体１６を化学気相成長に適した温度に加熱し、反応ガス注入口３０を通してケイ素含有ガスを流入させる。ケイ素含有ガスは、ポリシリコンのＣＶＤ形成に使用される公知の如何なるタイプのものでもよく、例えば、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、より高級のシラン類（ＳｉnＨ2n+2）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、ジブロモシラン（ＳｉＨ2Ｂｒ2）、トリブロモシラン（ＳｉＨＢｒ3）、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ4）、ジヨードシラン（ＳｉＨ2Ｉ2）、トリヨードシラン（ＳｉＨＩ3）、及び四ヨウ化ケイ素（ＳｉＩ4）からなる群から選択される一種以上の化合物を含む。
【００３１】
選択する温度は、選択するケイ素含有原料ガスに依存する。例えば、シランに対しては、800℃が適切かもしないし、トリクロロシランにシランに対しては、1050℃が適切かもしれない。
【００３２】
注入口３０を通過するケイ素含有ガスの質量流量を調整して、反応容器内に特定濃度の反応物質を準備する。この特定濃度を、直径7 mmのシリコンのスリムロッド上への堆積に通常使用される濃度となるようにセットしてもよい。
【００３３】
図示例の中空体１６の加熱長さは、１メートルである。中空体の外面１８の面積は、同じ長さで7 mmの加熱シリコンスリムロッドの外面の面積の約１５倍である。速度論的な表現によれば、どのケイ素含有ガス源の分解速度も曝露加熱表面積に対して直線的であることが示唆される。
【００３４】
中空体上へのポリシリコンの瞬間分解速度は、7 mmのスリムロッドを使用した場合に通常達成される速度の約１５倍である。中空体上に堆積するポリシリコンを、10 mmの厚さに（105 mmから115 mmに）成長させ、約2.7 kgのポリシリコンを生成させることができる。これは、7 mmから47と1/2 mm（平均直径は、27と1/4 mmである）に成長して約2.7 kgのポリシリコンを生成したスリムロッドに匹敵する。全体の成長サイクルの間、平均表面積の比は、110／27と1/4又は約４である。この比は、上記の中空体反応器の平均生産量が上記の条件下で成長するスリムロッド反応器の平均生産量の４倍になる見込みであることを示している。
【００３５】
金属又は他の材料製の中空体上に直接ポリシリコンを堆積させた場合、堆積したポリシリコンの最内層は、基材の材料に汚染される可能性がある。この汚染層を最少化するために、反応操作を変更し、最初にＣＶＤモードで操作して拡散防止層を中空体に直接付加し、引き続き、拡散防止層上にポリシリコンをＣＶＤ堆積させることができる。この拡散防止層は、ＳｉＮ（窒化ケイ素）や、ＳｉＣ（炭化ケイ素）や、中空体の材料がポリシリコン中へ拡散するのを防止できる他の化合物から構成することができる。窒化ケイ素は、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）の共存下でのケイ素含有ガスのＣＶＤ堆積により形成できる。炭化ケイ素は、メチル（−ＣＨ3）基を含有するケイ素含有ガス状化合物のＣＶＤ堆積により形成できる。
【００３６】
図２は、他の反応器の配置を示しており、対応する構成要素には、図１に示すものと同様に且つ１００を増加させた番号を付している。図２の配置においては、中空体１１６は、上部から反応容積１１４に入り、上部に吊るされている。抵抗ヒーター１２４は、中空体１１６によって区画して形成された空洞１２２の内部に収容され、同様に、上方から吊るされている。
【００３７】
図示したタイプの中空体は、外面を有する側壁を具え、その少なくとも一部は、縦軸を囲み、下方に向けてフレア加工されて仰角が変化している。より詳しくは、面１１８は、円錐台のような形状で、底部における大きい方の径が115 mmで、上部における小さい方の径が105 mmである。中空体１１６の下には、生成物の回収容器１３６に通じる容器の排出口１４０を選択的に開閉するためのバルブ１３８が設置されている。図示例のバルブ１３８は、スライドバルブであるが、フルポートボールバルブ等の他の形状のバルブを用いることもできる。
【００３８】
上記のような手法で、中空体１１６上にポリシリコン１３４を堆積させる。ポリシリコンの堆積中は、スライドバルブ１３８を閉じ、反応容器の内部１１４から回収室１３６を隔離して、反応容器内のガスが回収室に入らないようにする。
【００３９】
堆積したポリシリコン１３４が中空体１１６から回収容器１３６中に落下するので、重力を生成物の回収の補助に利用する。中空体上に堆積したポリシリコンが平均外径120 mmに達したら、内部ヒーター１２４のスイッチをオフにする。パージ注入口１２６を通して窒素パージを開始し、中空体１１６の内部を通過させ、中空体の冷却を促進する。中空体１１６の下方のスライドバルブ１３８を開放して、回収容器１３６をあらわにする。
【００４０】
中空体１１６は、冷却されるに従い、堆積ポリシリコン１３４と異なる程度収縮する。例えば、モリブデン製の中空体は、モリブデンの1℃当りの平均線熱膨張係数が4.9（10-6）で、ポリシリコンの1℃当りの平均線熱膨張係数が4.0（10-6）であるので、ポリシリコンよりも収縮の度合いが大きい。この差異が原因で、ポリシリコンは、中空体１１６から剥がれ、回収容器１３６に落下したり、中空体上を下方に滑る。
【００４１】
ポリシリコンの一部又は全部が中空体１１６上に残存する場合は、中空体を再度加熱して約800℃とし、中空体をポリシリコンと異なる程度膨張させる。例えば、モリブデンはポリシリコンよりも膨張が大きく且つ速いので、ポリシリコンは、壊れて、回収容器１３６に落下する。ポリシリコン１３４が中空体１１６から剥がれ次第、スライドバルブ１３８を閉じる。これによって、落下したポリシリコンの断片１４２を収容している回収容器１３６は、反応容器の内部１１４から隔離される。生成物を回収容器１３６中に隔離した後、回収容器の内部から反応性ガスをパージして除いて、ポリシリコンの生成物１４２の回収を容易にすることができる。パージは、ガス注入口１４４を介して回収容器１３６内に不活性ガスを供給することで達成でき、これにより、排出口１４６を通してガスが流出する。
【００４２】
回収容器１３６を隔離するためにスライドバルブ１３８を閉じる工程は、製造サイクルの最後である。一旦スライドバルブを閉じたら、ポリシリコン堆積の他のサイクルのために、反応器を再スタートさせてもよい。
【実施例】
【００４３】
例として、図２に示すように、反応室内に、内側加熱のモリブデン製中空体を構成した。該中空体は、大きい径が110 mmで、小さい径が100 mmの円錐台（平均直径は105 mmである）の形状である。スライドバルブを閉じ、反応容器から回収室を隔離する。シランをケイ素含有ガス源とする。反応容積を不活性化した後、中空体を800℃に加熱する。中空体の加熱長さは1メートルである。供給シランガスの質量流量を調整して、反応容器内のシラン濃度を1％に準備する。反応容器の圧力は、26.5 psiaとする。
【００４４】
中空体の直径が平均105 mmから平均115 mmに成長するまで、中空体上にポリシリコンを成長させる。該成長サイクルで、66時間で2.7 kgが生成し、得られた平均成長速度は、41.3グラム/hrであった。これは、800℃に設定された7 mmのスリムロッド上に、平均成長速度10.1 g/hrで、266時間で47.5 mmに成長したポリシリコンに匹敵する。穴が105-115 mmの中空体と7から47.5 mmのスリムロッドの間の成長速度比は、約4である。105から115 mmの中空体の7から47.5 mmのスリムロッドに対する平均表面積の比も、約4である。成長速度の違いは、表面積の違いが原因である。
【００４５】
平均ポリシリコン直径が115 mmに達したら、内部ヒーターのスイッチを切る。冷却を補助するために、中空体の内部を通して窒素パージを開始する。中空体の下方のスライドバルブを開放し、回収容器をあらわにする。
【００４６】
モリブデン及びポリシリコンの1℃当りの平均線熱膨張係数がそれぞれ4.9（10-6）及び4.0（10-6）であるので、中空体が冷却されるに従い、モリブデン製の中空体は、ポリシリコンよりも大きく収縮する。ポリシリコンは、モリブデン製中空体から剥がれ、回収容器に落下したり、中空体上を下方に滑ったりする。
【００４７】
中空体からポリシランを解放するために、中空体を再度約800℃に加熱する。その後、モリブデンの方がポリシリコンよりも膨張が大きく且つ速いので、ポリシリコンが破損し、該ポリシリコンは、回収容器に落下する。スライドバルブを閉じ、反応容器から回収容器を隔離する。
【００４８】
スライドバルブを閉じて回収容器を隔離する工程で、バッチ操作が終了する。ここで、他の堆積サイクルのために、反応器を再スタートさせてもよい。
【００４９】
開示した発明の原理を適用可能な多くの実施態様が可能であることを考慮すれば、説明した実施態様は本発明の単なる好適例で、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでないことが分かるであろう。本発明の範囲は、むしろ、添付の請求の範囲で規定される。そのため、我々は、我々の発明として、請求項の範囲及び精神内に入る総てを請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】円筒状で、底部から反応容積に入る中空体を含む反応器の鉛直方向断面の概略図である。
【図２】円錐台のような形状で、上部から反応容積に入る中空体を含む反応器の鉛直方向断面の概略図である。
【図１】
2008535758.tif 000002
【図２】
2008535758.tif 000003
【国際調査報告】
2008535758.tif 000004
2008535758.tif 000005
2008535758.tif 000006
2008535758.tif 000007
2008535758.tif 000008