(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉の底部に立設された少なくとも一対のシリコン芯棒それぞれの先端を、連結部材に形成された一対の挿入口それぞれに挿入して互いに連結し、
前記シリコン芯棒の周面に多結晶シリコンを成長させる多結晶シリコンロッドの製造方法であって、
前記一対のシリコン芯棒それぞれを前記底部に立設する工程と、
立設した該一対のシリコン芯棒それぞれの先端を、前記一対の挿入口の間隔が前記立設した一対のシリコン芯棒それぞれにおける先端の間隔よりも短い前記連結部材で連結する工程とを有す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】
前記一対のシリコン芯棒それぞれの先端を、前記連結部材から突出させることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンロッドの製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料となる高純度の多結晶シリコンの製造方法としてシーメンス法がある。シーメンス法は、クロロシランと水素との混合ガスからなる原料ガスを加熱したシリコン芯棒に接触させ、その表面に原料ガスの加熱分解によって生じた多結晶シリコンを析出させる製造方法であり、密閉した反応炉に多数のシリコン芯棒を立設した多結晶シリコン反応炉が用いられている。一般にシリコン芯棒は、柱状に形成されており、その先端を隣り合う他のシリコン芯棒の先端と連結部材により連結されている。そして、シリコン芯棒の基端は、反応炉の炉底に設置された電極に固定されている。操業時には、この両端に電極からシリコン芯棒全体に通電し、そのジュール熱によってシリコン芯棒全体を原料ガスの加熱分解温度まで加熱する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３８８１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の多結晶シリコンロッドの製造方法には、以下の課題がある。すなわち、上記従来の多結晶シリコンロッドの製造方法は、一対のシリコン芯棒を連結部材により連結させることで互いに導通させるが、シリコン芯棒と連結部材との導通状態を良好にしてシリコン芯棒の加熱状態を均一にすることが望まれている。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、シリコン芯棒と連結部材との導通状態を良好にした多結晶シリコンロッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の多結晶シリコンロッドの製造方法は、反応炉の底部に立設された少なくとも一対のシリコン芯棒それぞれの先端を、連結部材に形成された一対の挿入口それぞれに挿入して互いに連結し、前記シリコン芯棒の周面に多結晶シリコンを成長させる多結晶シリコンロッドの製造方法であって、前記一対のシリコン芯棒それぞれを、前記底部に立設する工程と、立設した該一対のシリコン芯棒それぞれの先端を前記一対の挿入口の間隔が前記立設した一対のシリコン芯棒それぞれにおける先端の間隔よりも短い前記連結部材で連結する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、連結部材により一対のシリコン芯棒を連結させた際、一対のシリコン芯棒それぞれの先端と挿入口の内周面とをより確実に接触させることができる。したがって、一対のシリコン芯棒の導通状態が向上し、通電加熱時に一対のシリコン芯棒を良好に加熱できる。すなわち、一対のシリコン芯棒それぞれの先端を連結部材で連結する際、一対の挿入口の間隔が立設した一対のシリコン芯棒それぞれにおける先端の間隔よりも短いため、一対のシリコン芯棒それぞれの先端を接近させた状態で連結部材により連結する。このとき、一対のシリコン芯棒が撓んだ状態で連結されるため、連結部材が一対のシリコン芯棒の離間方向に引っ張られる。これにより、先端部における一対のシリコン芯棒が離間する側の外周面と、挿入口における一対のシリコン芯棒が離間する側の内周面とが良好に接触する。したがって、シリコン芯棒と連結部材とが良好に接触する。
また、一対のシリコン芯棒が連結部材を離間方向に引っ張ることにより、シリコン芯棒の先端部の外周面と挿入口の内周面との間に摩擦力が発生する。このため、反応炉内部に反応ガスを導入して底部から上方に向かう気流が発生した際に、連結部材がシリコン芯棒から外れにくくなる。
【０００７】
また、多結晶シリコンロッドの製造方法は、前記先端部の先端が、前記連結部材から突出していることが好ましい。
この発明では、反応炉内部に反応ガスを導入して底部から上方に向かう気流が発生した際に、連結部材がシリコン芯棒からより外れにくくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の多結晶シリコンロッドの製造方法によれば、一対のシリコン芯棒それぞれの先端部と挿入口の内周面とをより確実に接触させて導通状態が向上するため、通電加熱時において一対のシリコン芯棒を良好に加熱できる。また、シリコン芯棒の先端部の外周面と挿入口の内周面との間に発生した摩擦力により、反応ガスを導入して底部から上方に向かう気流が発生した際に、連結部材がシリコン芯棒から外れにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による多結晶シリコンロッドの製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
まず、本実施形態における多結晶シリコンロッドの製造方法に用いられる多結晶シリコン反応炉（以下、反応炉と省略する）について説明する。
【００１０】
反応炉１は、図１に示すように、炉台（底部）１１と、釣鐘形状を有して炉台１１を覆うベルジャ１２とを備えている。
炉台１１には、複数対のシリコン芯棒１３それぞれを保持する電極１４と、反応炉１の内部に原料ガスを導入する導入口１５と、反応後のガスを反応炉１の外部に排出する排出口１６とがそれぞれ複数設けられている。
【００１１】
シリコン芯棒１３は、図１及び図２に示すように、多結晶シリコンにより形成されており、芯棒本体１３Ａと芯棒本体１３Ａの先端に一体的に形成された先端部１３Ｂとを有する。芯棒本体１３Ａは、一辺が例えば数ｃｍ程度のほぼ四角柱状を有している。先端部１３Ｂは、芯棒本体１３Ａと一体的に形成されて芯棒本体１３Ａの先端から突出する円柱状の凸部であって芯棒本体１３Ａよりも細い。そして、シリコン芯棒１３は、芯棒本体１３Ａの基端が電極１４に保持、固定されている。
また、シリコン芯棒１３は、隣り合う他のシリコン芯棒１３と連結部材１７により連結されている。
【００１２】
連結部材１７は、図１及び図２に示すように、平面視で矩形の板状を有しており、シリコン芯棒１３と同様に多結晶シリコンにより形成されている。そして、連結部材１７には、一対の貫通孔である挿入口１７ａが形成されている。この挿入口１７ａは、例えばドリルなどを用いて連結部材１７に穿孔することで形成されている。また、連結部材１７の挿入口１７ａには、シリコン芯棒１３の先端部１３Ｂが挿通されている。ここで、一対の挿入口１７ａの中心間隔は、連結部材１７により連結される一対のシリコン芯棒１３の基端における中心間隔とほぼ同等となっている。
また、先端部１３Ｂは、連結部材１７から突出している。ここで、連結部材１７は、一対のシリコン芯棒１３によって、一対のシリコン芯棒１３の離間方向に引っ張られている。
また、図１に示すベルジャ１２の外周には、熱損傷を防止するための水冷ジャケットなどの冷却手段（図示略）が設けられている。
【００１３】
次に、以上のような構成の反応炉１を用いた多結晶シリコンロッドの製造方法について説明する。
まず、シリコン芯棒１３を、電極１４により保持して炉台１１から立設させる。ここでは、図３に示すように、連結部材１７により連結される一対のシリコン芯棒１３を、それぞれの中心軸線が基端から先端に向かうにしたがって離間するように傾けて保持、固定する。このとき、一対のシリコン芯棒１３それぞれの先端の間隔は、連結部材１７に形成された一対の挿入口１７ａそれぞれの間隔よりも広くなっている。
【００１４】
そして、連結部材１７により、隣り合う一対のシリコン芯棒１３を連結する。ここでは、立設した一対のシリコン芯棒１３それぞれ撓ませながら互いの先端を接近させた状態で、シリコン芯棒１３の先端を一対の挿入口１７ａそれぞれに挿通する。このとき、一対のシリコン芯棒１３は、撓んだ状態で連結部材１７により連結されるため、図２に示すように、連結部材１７を一対のシリコン芯棒１３の離間方向で引っ張る。これにより、一対のシリコン芯棒１３それぞれの先端部１３Ｂにおけるシリコン芯棒１３が離間する側の外周面と、連結部材１７の挿入口１７ａにおけるシリコン芯棒１３が離間する側の内周面とが十分に接触する。
【００１５】
この状態で、電極１４に電流を流し、シリコン芯棒１３を通電させることでジュール熱を発生させ、シリコン芯棒１３を１１００℃まで加熱する。そして、導入口１５から１１Ｎ（９９．９９９９９９９９９％）の純度を有するトリクロロシラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ３）と水素との混合気体である原料ガスを導入する。このとき、上述したように一対のシリコン芯棒１３と連結部材１７との接触状態が向上しているため、一対のシリコン芯棒１３が良好に加熱される。
【００１６】
導入された原料ガスは、加熱したシリコン芯棒１３及び連結部材１７に接触することで加熱分解され、シリコン芯棒１３及び連結部材１７の表面に多結晶シリコンが析出することで多結晶シリコン層を形成し、次第に太く成長して直径数十センチの多結晶シリコンロッドになる。このとき、一対のシリコン芯棒１３それぞれの先端部１３Ｂが連結部材１７の挿入口１７ａに挿通しているため、供給された反応ガスが連結部材１７に吹き当たっても連結部材１７が一対のシリコン芯棒１３から外れにくくなる。
なお、反応後のガスは、排出口１６から外部に排気される。以上のようにして、多結晶シリコンロッドを製造する。このように製造された多結晶シリコンロッドから、これをルツボ内で溶融して引き上げるＣＺ（チョクラルスキー）法によって単結晶シリコンインゴットが製造される。
【００１７】
このような多結晶シリコンロッドの製造方法によれば、一対のシリコン芯棒１３と連結部材１７との接触状態が向上するため、一対のシリコン芯棒１３を良好に加熱できる。これにより、シリコン芯棒１３の周面に、良質な多結晶シリコン層を成長させることができる。
また、一対のシリコン芯棒１３それぞれの先端部の外周面と一対の挿入口１７ａそれぞれの内周面との間に摩擦力が発生すると共に、先端部１３Ｂを挿入口１７ａに挿通させることで、連結部材１７に反応ガスが吹き当たっても連結部材１７が一対のシリコン芯棒１３から外れない。
【００１８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、芯棒本体は、四角柱状となっているが、円柱状など他の柱状であってもよい。同様に、先端部は、円柱状となっているが、芯棒本体よりも細ければ、他の柱状であってもよい。
また、シリコン芯棒は、少なくとも一対立設されていればよい。
そして、連結部材により連結される一対のシリコン芯棒それぞれは、基端から先端に向かうにしたがって互いに離間するように立設されているが、立設したときよりも互いの先端が接近するように撓ませた状態で連結部材により連結されればよく、互いの中心軸線が平行となるように立設されてもよい。
さらに、連結部材に形成された一対の挿入口の中心間隔は、立設させたときの一対のシリコン芯棒それぞれの先端の距離よりも短ければよい。
また、先端部を連結部材から突出させているが、挿入口にシリコン芯棒の先端部を挿入させることにより一対のシリコン芯棒が連結されればよく、供給される反応ガスによって一対のシリコン芯棒から連結部材が外れなければ、突出させなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明によれば、シリコン芯棒と連結部材との導通状態を良好にした多結晶シリコンロッドの製造方法に関して、産業上の利用可能性が認められる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における多結晶シリコン反応炉の部分切欠斜視図である。
【図２】連結部材によるシリコン芯棒の連結状態を示す断面図である。
【図３】連結部材によるシリコン芯棒の立設状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  反応炉（多結晶シリコン反応炉）
１１  炉台（底部）
１３  シリコン芯棒
１７  連結部材
１７ａ  挿入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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