[发明专利]多晶硅制造用反应炉及多晶硅的制造方法

说明书

本发明的反应炉(200)具备作为能够收容硅芯线的初始加热用的碳加热器的空间部的加热器收纳部。在该反应炉(200)中，仅在需要硅芯线(12)的初始加热时将碳加热器(13)向析出反应空间(20)载入，在硅芯线(12)的初始加热结束后将碳加热器(13)从析出反应空间向加热器收纳部(30)卸载。由此，碳加热器(13)在反应炉内不会受到必要以上的损害，能抑制劣化，而且能抑制与炉内的氢气的反应，因此抑制甲烷的产生，也抑制向多晶硅的碳污染。

技术领域

本发明涉及多晶硅的制造技术，更详细而言，涉及为了降低通过西门子法制造的多晶硅中含有的碳浓度而优选的技术。

背景技术

多晶硅是半导体器件制造用单晶硅基板、太阳能电池制造用硅基板的原料。通常，多晶硅的制造通过使含有氯硅烷的原料气体与加热后的硅芯线接触而使多晶硅在该硅芯线的表面进行气相生长(CVD：Chemical Vapor Deposition)的西门子法进行。

在通过西门子法使多晶硅气相生长的情况下，沿铅垂方向将2根硅芯线、沿水平方向将1根硅芯线在反应炉内组装成神社大门型(倒U字型)，将该组装成神社大门型的硅芯线的两端分别经由碳制的芯线支架而固定于在底板上设置的金属电极。并且，通过从这些金属电极向上述神社大门型硅芯线通电而进行加热。需要说明的是，通常多个神社大门型硅芯线配置在底板上。这样的芯线支架虽然可以直接固定于电极，但是从防止电极的损伤的目的出发，有时也在电极与芯线支架之间设置碳制的适配器(参照专利文献1：日本特开2006-206387号公报，专利文献2：日本特开2013-71856号公报等)。

在反应炉(反应器)内，由上述的底板和半球型的容器(钟罩)形成的密闭空间成为用于使多晶硅气相生长的反应空间。金属电极隔着绝缘物而贯通底板，通过配线而与其他的金属电极连接，或者与配置于反应炉外的电源连接。在反应空间内使多晶硅气相生长时，为了防止在神社大门型硅芯线以外的部分也析出多晶硅，而且为了防止装置材料的高温引起的损伤，金属电极、底板及钟罩使用水、油等冷却介质来冷却。芯线支架经由金属电极而被冷却。

使反应炉内为氢气氛，使电流从上述金属电极导通而将硅芯线加热成900℃以上且1200℃以下的温度范围并将原料气体从气体喷嘴向反应炉内供给时，硅在硅芯线上进行气相生长，所希望的直径的多晶硅形成为倒U字状。作为上述原料气体，使用例如三氯硅烷与氢的混合气体。需要说明的是，多晶硅的析出工序时的反应炉内的反应压力通常选定0.1MPa～0.9MPa。在多晶硅的析出工序结束后，将反应炉内冷却之后进行大气开放，从反应炉取出多晶硅。

另外，硅芯线由多晶或单晶的硅等制作，但是为了高纯度多晶硅制造而使用的硅芯线需要不纯物浓度低的高纯度的硅芯线，具体而言，要求比电阻为500Ωcm以上的高电阻的硅芯线。这样的高电阻的硅芯线的通电通常在常温下比电阻高(导电性低)，因此通电需要非常高的电压。因此，通常使用比电阻低的芯进行通电，或者预先将硅芯线初始加热成200～400℃而降低比电阻(提高导电性)之后开始通电。

为了这样的初始加热，进行如下情况：在反应炉的中央或内周面预先设置初始加热用的碳加热器，在反应开始时，首先通过通电使该碳加热器发热，通过此时产生的辐射热而将配置于碳加热器周边的硅芯线加热至所希望的温度(例如，参照专利文献3)。

如果一旦开始向硅芯线的通电，则即使之后不继续进行使用了碳加热器的加热，通过硅芯线自身的发热也能维持表面温度，因此析出反应持续进展。因此，上述的向硅芯线的通电开始后，将碳加热器的电源切断。

然后，向反应工序转移而多晶硅向硅芯线上的析出继续，但是加热用碳加热器在初始加热这样的作用结束之后也以原封不动的状态保持在反应炉内。因此，加热用碳加热器尽管不再用于反应，但是曝露于反应炉内的严苛(高温且高速气体流)的环境中，其劣化激烈。在较多的情况下，在1次的使用(一个批次的析出反应)中发生劣化，难以进行多次的使用，成为多晶硅制造的成本上升的主要原因之一。