特開 2022-166478 多結晶シリコンの製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022166478

(43)【公開日】2022-11-02

(54)【発明の名称】多結晶シリコンの製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 33/02 20060101AFI20221026BHJP

【ＦＩ】

C01B33/02 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021071708

(22)【出願日】2021-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】相本 恭正

(72)【発明者】

【氏名】中村 靖夫

(72)【発明者】

【氏名】辻尾 賢一

(72)【発明者】

【氏名】箱守 明

【テーマコード（参考）】

4G072

【Ｆターム（参考）】

4G072AA01

4G072BB01

4G072BB12

4G072GG01

4G072GG04

4G072HH09

4G072JJ01

4G072LL01

4G072MM01

4G072NN16

4G072NN17

4G072RR04

4G072RR11

4G072RR28

4G072TT30

4G072UU01

4G072UU02

(57)【要約】

【課題】ベルジャ内壁面への副生物の付着を低減させる。
【解決手段】本発明の多結晶シリコンの製造装置の底板（２）において、複数の電極対（４）は、ｎ個の同心円上に配置されており、底板（２）の水平方向断面において、前記同心円の中心を内側、前記底板の周縁を外側としたときに、全ての供給ノズル（６）が、内側からｎ番目の同心円よりも外側に配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベルジャと円盤状の底板とにより内部が密閉される反応炉を備え、
前記底板には、シリコン芯線を保持し、当該シリコン芯線に通電するための複数の電極対と、前記ベルジャの内部空間に原料ガスを供給するための複数の供給ノズルが設けられており、
前記複数の電極対は、ｎ個の同心円上に配置されており、
前記底板の水平方向断面において、前記同心円の中心を内側、前記底板の周縁を外側としたときに、全ての前記供給ノズルが、内側からｎ番目の同心円よりも外側に配置されている、多結晶シリコンの製造装置。

【請求項2】

前記底板には、前記ベルジャの内部空間からガスを排気するための複数の排気口が設けられており、全ての前記排気口が、ｎ－１番目の同心円よりも内側に配置されている、請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

ｎ番目の同心円よりも外側に配置されている前記供給ノズルから噴出される原料ガスのガス噴出方向は、前記ベルジャの内壁方向に傾斜している、請求項１または２に記載の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は多結晶シリコンの製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体または太陽光発電用ウエハの原料として使用される多結晶シリコンを工業的に製造する方法として、シーメンス法（Ｓｉｅｍｅｎｓ法）が知られている。シーメンス法では、鐘型（ベルジャ型）の反応器内部に立設したシリコン析出用芯線（以下、「シリコン芯線」と称することがある）を通電してシリコンの析出温度（約６００℃以上）に加熱し、上記反応器内にシラン化合物のガスおよび水素を含む原料ガスを供給する。シーメンス法は、これにより、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、シリコン芯線の表面上に多結晶シリコンを析出、および気相成長させる方法である。この製造方法を実施する装置として、反応炉に多数のシリコン芯線を立設した多結晶シリコン製造用反応器が用いられている。

【0003】

当該反応器内に立設されるシリコン芯線、原料ガスの供給口および反応ガスの排出口の配置については、従来、生成される多結晶シリコンの表面形状不良の低減、製造効率などを考慮して様々な態様が提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１に記載の多結晶シリコン製造用反応炉は、炉内の円滑なガスの流れを達成するために、ガス排出口を炉内周側に設ける一方、炉内周に沿って環状に配列した原料ガス供給ノズルと電極ホルダの列を交互に多重に配列している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３２２７５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ベルジャを用いて多結晶シリコンを製造する場合、冷却されたベルジャの内壁面に副生物が付着する。ベルジャ内壁面に付着した副生物は塩化物を含み、ベルジャを開放したときに大気中の水分と加水分解反応し塩化水素を発生させるため、反応炉の内壁面が腐食する可能性がある。さらに、副生物がベルジャ内壁面に付着した状態では、ベルジャ内壁面の反射率が低下する。ベルジャ内壁面の反射率が低下すると、電力効率が悪くなるほか、多結晶シリコンの製造時にベルジャ内の温度が上がらず、多結晶シリコンを析出できない。

【0007】

上述のような従来技術は、ベルジャの内壁面への副生物の付着については考慮されていない。

【0008】

本発明の一態様は、ベルジャ内壁面への副生物の付着を低減させる、多結晶シリコンの製造装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る多結晶シリコンの製造装置は、ベルジャと円盤状の底板とにより内部が密閉される反応炉を備え、前記底板には、シリコン芯線を保持し、当該シリコン芯線に通電するための複数の電極対と、前記ベルジャの内部空間に原料ガスを供給するための複数の供給ノズルが設けられており、前記複数の電極対は、ｎ個の同心円上に配置されており、前記底板の水平方向断面において、前記同心円の中心を内側、前記底板の周縁を外側としたときに、全ての前記供給ノズルが、内側からｎ番目の同心円よりも外側に配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、ベルジャ内壁面への副生物の付着を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態１に係る多結晶シリコンの製造装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る底板における電極、供給ノズルおよび排気口の配置を示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態２に係る底板における電極、供給ノズルおよび排気口の配置を示す平面図である。

【図4】本発明の実施形態２に係る底板に垂直な面における部分拡大断面図である。

【図5】比較例として用いた反応炉の底板における、電極、供給ノズルおよび排気口の配置を示す平面図である。

【図6】表面コーン率の測定方法を説明するための概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔実施形態１〕
（多結晶シリコンの製造装置）
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において、「Ａ～Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。

【0013】

まず、図１を用いて、シーメンス法において用いられる多結晶シリコンロッドの製造設備の一例について概説する。図１は、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンの製造装置（以下、製造装置１００と称する）の構造を概略的に示す断面図である。

【0014】

図１に示されるように、製造装置１００は、ベルジャ３と、円盤状の底板２とにより内部が密閉される反応炉１を備える。底板２には、シリコン芯線１０を保持し、当該シリコン芯線１０に通電するための複数の電極対４と、原料ガスを供給するための複数の供給ノズル６と、排ガスを排気するための複数の排気口７とが設けられている。

【0015】

なお、図１に記載していないが、製造装置１００は、通電開始システムを備えていてもよい。当該通電開始システムは、例えば、反応炉１内に設置される補助ヒータを備えており、シリコン芯線１０を予熱し得るシステムであってよい。シリコンは、負性抵抗という物性を有する。すなわち、シリコンの電気抵抗率は、低温域において大きく、高温域では小さくなる。そのため、単相交流または三相交流によって発熱する補助ヒータを反応炉１内に設けることにより、当該補助ヒータによってシリコン芯線１０を予熱し、電気抵抗率を下げてから通電を開始することができる。あるいは、通電開始システムは、通電開始時専用の高電圧印加が可能な電源回路を備えていてもよい。通電開始時に当該電源回路にシリコン芯線１０を接続して通電開始することで、電気抵抗率が高い状態のシリコン芯線１０に対して高電圧を印加し、スムーズに温度を上昇させることができる。

【0016】

多結晶シリコンロッド８の製造にあたり、原料ガスは、供給ノズル６を介して反応炉１の内部空間に供給され得る。当該原料ガスは、シラン化合物のガスおよび水素を含む混合ガスである。シラン化合物としては、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）等のクロロシラン化合物、およびモノシラン（ＳｉＨ_４）等が挙げられる。

【0017】

シリコン芯線１０は、例えば、図１に示すように、逆Ｕ字状になるように加工されており、一対の電極対４に対して設置され、電極対４と通電可能に接続される。シリコン芯線１０は、電極対４を介して電力供給部５から電力が供給され通電加熱される。これにより、シリコン芯線１０の表面上に、多結晶シリコンが析出する。シリコン芯線１０の表面上に多結晶シリコンが析出し成長したものを多結晶シリコンロッド８と称する。より詳細には、シリコン芯線１０は、２つの柱状部１０１および１０２を備えており、１つの電極対４に接続されるシリコン芯線１０が成長することにより、２本の多結晶シリコンロッド８が得られる。すなわち、反応炉１内で生成される多結晶シリコンロッド８の本数は、底板２に配置される電極４１の数と等しい。

【0018】

ベルジャ３は、反応炉１の一部を構成する釣鐘型のカバーである。ベルジャ３は、耐熱性および軽量性が良好であり且つ反応に悪影響を与えず、しかも容易に冷却し得る材料によって形成されていることが好ましく、例えばステンレススチールにより形成されている。ベルジャ３の外面は、冷却ジャケットで覆われていてもよい。また、ベルジャ３の内壁および反応炉１内に設置される他の部材については、部材の設置位置に応じて２００～６００℃の温度環境下においてシリコン・水素・塩素以外の、いわゆる不純物元素の放出量が少ない材料を用いて構成されることが好ましい。これにより、製造する多結晶シリコンの純度をより向上させることができる。

【0019】

底板２は、反応炉１の底面を構成する、円盤状の板である。底板２は、例えばステンレススチールにより形成されている。底板２には、シリコン芯線１０を保持し、シリコン芯線に通電するための電極対４が複数設けられている。各電極対４は、２つの電極４１から構成されている。電極４１は、カーボン、ＳＵＳ、またはＣｕなどにより形成され得る。なお、図１において、シリコン芯線１０は１個のみ示されているが、このシリコン芯線１０は、通常、反応炉１の容積に応じて複数設けられ得る。シリコン芯線１０のそれぞれが電極対４に接続して立設され、各シリコン芯線１０に通電されるように構成されている。各シリコン芯線１０の配置については後述する。

【0020】

また、底板２には、複数の供給ノズル６と、複数の排気口７が設けられている。図２は、底板２における電極４１（電極対４）、供給ノズル６および排気口７の配置を示す平面図である。電極４１の配置は、換言するとシリコン芯線１０または多結晶シリコンロッド８の配置である。図２に示すように、本実施形態において、電極４１は、底板２の中心を中心とした、半径の異なる４つの同心円上に配置されている（ｎ＝４）。底板２の水平方向断面において、当該同心円の中心を内側、底板２の周縁を外側とし、内側から数えて１番目の円Ａには、電極４１が６個（電極対４が３個）設けられている。円Ａの外側に位置する、内側から２番目の円Ｂには、電極４１が１２個（電極対４が６個）設けられている。円Ｂの外側に位置する、内側から３番目の円Ｃには、電極４１が１８個（電極対４が９個）設けられている。円Ｃの外側に位置する、内側から４番目の円Ｄには、電極４１が２４個（電極対４が１２個）設けられている。

【0021】

なお、図２では、電極４１が配置される同心円の数が４つの場合を示しているが、当該同心円の数は４つに限定されない。当該同心円の数は、通常２～７個、好ましくは３～５個である。また、各円に配置される電極４１の数または底板２に配置される電極４１の総数も図２で例示されている数に限定されない。例えば、底板２に配置される電極４１の総数は、通常１２～２１６個、好ましくは１８～１４４個、より好ましくは３６～９６個である。

【0022】

シーメンス法を用いる一般的な多結晶シリコンロッドの製造設備において、反応炉の下部は、通電ケーブル、電極冷却水配管、原料ガス配管、および排ガス配管などが密集した状態となる。そのため、電極４１が配置される同心円の数を増やすと、生産性の向上が図れる一方、漏れ点検または各種整備をする際に、点検または整備箇所への到達が困難となり、点検または整備作業が難化する傾向にある。以上のことから、生産性と作業性の両方を考慮した場合、同心円の数または電極の数は上記範囲内であることが好ましい。

【0023】

底板２に配置される１２個の供給ノズル６は、全て内側から４番目の円Ｄよりも外側に配置されている。すなわち、電極４１がｎ個の同心円上に配置されている場合、全ての供給ノズル６がｎ番目の同心円よりも外側に配置されている。なお、底板２に配置される供給ノズル６の数は図２に示される例に限定されず、反応炉１の大きさなどにより任意に設定され得る。また底板２に配置される供給ノズル６は、底板２の中心を中心とした円上にほぼ等間隔に配置されていることが好ましい。

【0024】

供給ノズル６が電極４１よりも外側に配置されていることにより、ベルジャ３の内壁への副生物の付着または残留が低減される。これにより、反応炉１を開放したときに大気中の水分と副生物とが加水分解反応し、発生する塩化水素を低減することができ、反応炉内壁の腐食などの設備劣化が低減され得る。また、反応炉１の内壁に付着した副生物を除去するクリーニング作業が軽減され得る。さらに、全ての供給ノズル６が、電極４１が配置される同心円の外側に配置されることにより、反応炉１の下部に作業スペースが確保され、作業者が立ち入りやすくなるため、漏れ点検などの作業が容易となる。また、原料ガス配管および排ガス配管を、反応炉１の下部（底板２の裏面）近傍において分岐もしくは合流させる、および／または電極冷却水配管を柔軟な樹脂チューブに置き換えて束ねる等の配管経路の整理を行なってもよい。これにより、さらなる作業性の改善が達成され得る。

【0025】

さらに、全ての供給ノズル６が電極４１よりも外側に配置されていることにより、得られる多結晶シリコンロッド８は、底板２側が太く、上方に向かうほど細い、すなわち重心が低い安定した形状となる。この形状となるのは、以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、上記供給ノズル６の配置により、ベルジャ３の上部に低温の原料ガスが到達する流れが形成される。これによりシリコン芯線１０の上部は冷却され、一方、加熱された下降流が通過するシリコン芯線１０下部の表面温度は、相対的に高温となる。多結晶シリコンは、充分な原料が供給されている場合、析出表面の温度が高いほど堆積スピードが増加するため、得られる多結晶シリコンロッド８は、前記安定した形状となる。

【0026】

なお、多結晶シリコンロッド８は、通電終了後、冷却過程において、物質の熱膨張係数分の収縮が起こる。一方、多結晶シリコンロッド８の両端は電極対４によって固定されているため、上方の矩形部を中心に熱応力がかかり、しばしば破断する。このような事象が生じた場合、重心の高い多結晶シリコンロッドの場合、バランスを崩して倒壊する可能性がある。本実施形態に係る反応炉１内で生産される多結晶シリコンロッドは、重心が低いため、このような倒壊の危険性が低減され得る。

【0027】

また、底板２に設けられている１２個の排気口７は、全て、電極４１が配置される同心円のうち内側から３番目の円Ｃよりも内側に配置されている。より具体的には、図２に示すように、円Ａよりも外側かつ円Ｂよりも内側に６個、円Ｂよりも外側かつ円Ｃよりも内側に６個配置されている。すなわち、電極４１が、ｎ個の同心円上に配置されている場合、全ての排気口７は、ｎ－１番目の同心円よりも内側に配置されている。なお、底板２に配置される排気口７の数は図２に示される例に限定されず、反応炉１の大きさなどにより任意に設定され得る。また底板２に配置される排気口７は、底板２の中心を中心とした複数の同心円上に設けられ、各同心円においてほぼ等間隔に配置されていることが好ましい。

【0028】

供給ノズル６が、最外周のみに設けられている場合、より内側に配置されるシリコン芯線１０への原料供給が不足する場合がある。排気口７を上述のように配置することにより、より内側に配置されるシリコン芯線１０への原料供給が促進され、シリコン芯線１０間の原料供給のばらつきが低減され得る。

【0029】

反応炉１内および反応炉１と連通する配管内の圧力、シラン化合物および水素の混合比および供給量、ならびにシリコン芯線１０の表面温度などの反応条件は、必要な設計要件を満たす限り、開示されている従来技術に準じたものをほぼ制限なく使用できる。

【0030】

反応炉１内の圧力は、ガス供給量に対応する配管寸法・強度・冷却効率のバランスを考慮する設計要件に基づき、大気圧～１０００ｋＰａＧ、好ましくは１００～６００ｋＰａＧの圧力が好適に採用される。原料ガスにおけるシラン化合物および水素の混合比は、原料ガス配管・ベルジャ・排ガス配管それぞれにおいて、その圧力・温度環境によりシラン化合物が液化せず、かつ限られた配管容積で反応に十分なシラン化合物原料を供給できる混合比であることが好ましい。例えば、シラン化合物対水素のモル比は、シラン化合物１に対して３以上１５以下、好ましくは３以上９以下であってもよい。

【0031】

供給ノズル６から供給される原料ガスの温度は、シラン化合物の液化の可能性を低減し、かつ保温による原料配管の巨大化を抑える観点から、０～１５０℃であり得る。なお、前述の安定した形状のロッドが形成される効果を得るためには、原料ガスの温度は、０～６０℃であることが好ましい。

【0032】

シリコン芯線１０の表面温度は、工業的に成立するシリコンの堆積速度が得られ、かつシリコンが融解しない温度であることが好ましい。シリコン芯線１０の表面温度は、例えば、８００～１４１０℃であり、局所的な温度偏差の抑制、および後述するポップコーン発生の低減のためには、９００～１１５０℃であることが好ましい。原料供給量に関する条件としては、単位時間あたりにシリコン芯線１０上に堆積するシリコン原子数の５～１００倍のシリコン原子を含むシラン化合物が、常に供給され得る条件が一般的である。なお、原料供給量については、前述の表面温度の変化に伴う多結晶シリコンの生産量の変動を考慮すべきであることは当業者に容易に理解され得る。

【0033】

（実施形態２）
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0034】

多結晶シリコンロッド８が成長する過程において、各シリコン芯線１０表面に対して原料ガスが安定して供給されない場合、シリコンロッド表面に凹凸（ポップコーンとも称する）が発生する可能性がある。ポップコーンが生じると、通電経路が変化して電流に偏りが生じ、局所的に高温の部分が発生することで、シリコンロッド表面に部分的な溶融が生じる場合がある。また、ポップコーンの凹部の上に多結晶シリコンが析出することで閉気孔が形成される場合がある。このように、ポップコーンの発生は、多結晶シリコンロッド８の形状不良を引き起こす虞がある。そのため、ポップコーンの発生を低減し得るように原料ガスが供給されることが好ましい。

【0035】

発明者らは、鋭意検討した結果、供給ノズル６を、そのガス噴出方向が、ベルジャ３の内壁方向、すなわち底板２の径方向外向きに傾斜したものとすることにより、生成した多結晶シリコンロッド８の表面コーン率を低減し得ることを見出した。表面コーン率とは、多結晶シリコンロッド８の表面におけるポップコーン発生面積の割合の指標となる値であり、算出方法については後述する。

【0036】

図３は、実施形態２に係る反応炉１Ａが備える底板２Ａにおける、電極４１、供給ノズル６Ａおよび排気口７の配置を示す平面図である。実施形態２に係る反応炉１Ａは、傾斜した供給ノズル６Ａを備えている。反応炉１Ａは、供給ノズル６Ａが傾斜している点を除いては、実施形態１に係る反応炉１と同様の構成である。なお、図３に示されている矢印は、各供給ノズル６Ａの傾斜方向を示している。

【0037】

図４は、反応炉１Ａの底板２Ａに垂直な面における部分拡大断面図である。図４は、供給ノズル６Ａがベルジャ３の内壁方向、すなわち底板２Ａの径方向外向きに傾斜し、これによりそのガス噴出方向は、同方向に傾斜したものになる例を示している。換言すると、供給ノズル６Ａから噴出される原料ガスのガス噴出方向は、ベルジャ３の内壁方向に傾斜している。供給ノズル６Ａのガス噴出方向の傾斜は、供給ノズル６Ａの原料ガスの噴出方向を伸長した線と、ベルジャ３の内壁とがなす角度θ（図３参照）が、１２°以下、好ましくは２．５～８°である。また、供給ノズル６Ａの端部からベルジャ３の内壁までの、原料ガスの経路の距離Ｌ（ｍ）は、当該端部における原料ガスの供給速度（ｍ／ｓ）の４０分の１以下、好ましくは１００分の１～５０分の１である。

【0038】

なお、原料ガスの経路とは、原料ガスの代表的な経路であり、原料ガスの噴出方向を伸長した線に沿った経路である。原料ガスの経路は、図４において破線で示されている。実際の設備の形態として、供給ノズル６Ａは、底板２Ａの内部流路（配管）および底板２Ａ上に突出するノズル部を含み得る。図４に図示するように、底板２Ａの内部流路および供給ノズル６Ａが鉛直方向に対して角度θで傾斜していても良い。あるいは、底板２Ａの内部流路は鉛直方向に形成されており、当該内部経路上端に、鉛直方向に対して角度θで傾斜する経路を含む継手を取り付けてもよい。上記構成のいずれを採用しても、供給ノズル６Ａから噴出される原料ガスの噴出方向は、鉛直方向に対して角度θ分傾斜し得る。

【0039】

供給ノズル６Ａの長さは、ガス噴出方向の安定性を確保する目的と、ベルジャ３の内壁までの原料ガスの経路の距離Ｌを調節する目的とを考慮して、適宜決定され得る。底板２Ａの内部流路の傾斜がベルジャ内壁に対してθの角度を成している場合、供給ノズル６Ａは、底板２Ａから突出していなくてもよい。底板２Ａ上に突出するノズル部において角度θを調整する場合、当該ノズル部の長さは、概ね６００ｍｍを超えない範囲に設定され得る。ノズル部の長さが６００ｍｍを超えると、反応炉内のガス流動に対する強度が不足する場合があり、強度不足を回避するために肉厚を増やす必要が生じるなど、設計上好ましくない。

【0040】

供給ノズル６Ａの設置数および内径は、前述の原料ガスの経路の距離Ｌと、供給速度とを考慮して、適宜決定され得る。ベルジャ３の内壁への副生物付着を低減する効果を得るために、反応炉１は、供給ノズル６Ａを、６つ以上備えることが好ましい。また、底板２Ａの下部における配管レイアウトの過度な複雑化を避ける観点から、供給ノズル６Ａは、２４個以下であることが好ましい。供給ノズル６Ａの内径は、上述した種々の条件を選択することである程度限定され、例えば、６～３０ｍｍであり得る。

【0041】

角度θが１２°以下、距離Ｌが原料ガスの初速の４０分の１以下となるように供給ノズルの傾斜角度および原料ガスの供給速度を調節することにより、原料ガスは、供給ノズルが底板に鉛直方向に設けられている場合と比較して短い経路で内壁に近接するため、内壁に到達するまでに損失する運動エネルギーが少なくなる。また、１２°以下の小角度で衝突するため、運動エネルギーの損失を抑えた上昇流を作ることができる。内壁に近接した上昇流は、反応炉内の乱流による妨害を受けにくいため、運動エネルギーを比較的失わずに反応炉上部に到達できる。また、上昇流をシリコン芯線１０から遠ざけることで上昇流による揺動、および揺動を繰り返すことによって至る倒壊を避けることができるため初速自体を高めることができる。運動エネルギーを維持した原料ガスは、反応炉１の上部から底部に向けて下降する下降流となったときにも速度が維持され得る。これにより、多結晶シリコンロッド８においてポップコーンの発生し易い下部に対して効率よく原料ガスが供給され、表面コーン率を低減することができると考えられる。

【0042】

上記構成により、実施形態２に係る反応炉１Ａを備える製造装置は、ベルジャ３の内壁への副生物の付着または残留が低減される。また、得られる多結晶シリコンロッド８は、底板２側が太く、上方に向かうほど細い安定した形状となる。さらに生成される多結晶シリコンロッド８の表面コーン率を低減することができる。

【0043】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、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。

【0044】

〔実証試験〕
以下では、実施例としての上記実施形態に係る反応炉および比較例としての本願発明の範囲外の反応炉を用いた実証試験について説明する。以下の比較例および実施例では、原料ガスとして、水素およびトリクロロシランを含む混合ガスを用いた。当該混合ガスのトリクロロシラン対水素のモル比は、１：７．５とした。また、稼働時の各反応炉内の圧力は１３０ｋＰａＧとした。析出径の増加に伴う制御電流および原料ガス流量の増加パターンは同一とした。

【0045】

図５は、比較例として用いた反応炉１Ｂの底板２Ｂにおける、電極４１、供給ノズル６および排気口７の配置を示す平面図である。底板２Ｂにおける電極４１の配置は、実施形態１の底板２と同様であり、電極４１が配置される同心円の数ｎ＝４である。底板２Ｂの供給ノズル６は全て、電極４１が配置される最外の同心円（円Ｄ）よりも内側に配置されている。より具体的には、供給ノズル６Ａは、円Ａと円Ｂとの間、円Ｂと円Ｃとの間、または円Ｃと円Ｄとの間の、底板２Ｂの中心を中心とする同心円上に配置されている。また、排気口７は、供給ノズル６Ａと同じ同心円上に配置されている。すなわち、比較例の反応炉１Ｂは、本発明の範囲外の構成を有している。比較例の反応炉１Ｂが備える供給ノズル６の内径は１３．７ｍｍであり、供給ノズル６の端部における原料ガスの供給速度は、８８．１ｍ／ｓであった。

【0046】

実施例１としては、上記実施形態１の反応炉１を用いた。反応炉１が備える供給ノズル６の内径は２７ｍｍであり、供給ノズル６の端部における原料ガスの供給速度は、８８．３ｍ／ｓであった。

【0047】

実施例２としては、上記実施形態２の反応炉１Ａを用いた。反応炉１Ａが備える供給ノズル６Ａの内径は１８．７ｍｍであり、供給ノズル６Ａの端部における原料ガスの供給速度は、１７６．５ｍ／ｓであった。なお、実施例２で用いた反応炉１Ａの供給ノズル６Ａの傾斜角度は、底板２Ｂの鉛直方向から、底板２Ｂの径方向外向きに４°とした。すなわち、上記角度θは４°である。実証試験では、比較例、実施例１および実施例２について、各反応炉内壁に付着した副生物に起因して生じた残渣の回収量、表面コーン率およびロッド形状を測定した。表１は、比較例、実施例１および実施例２についての試験結果をまとめた表である。

【0048】

【表1】

（反応炉残渣回収量）
各反応炉を開放後、塩化物を含むベルジャ内壁に付着した副生物を、温水または水蒸気によって全て酸化物の残渣として回収した。回収後の残渣を脱水し、重量を測定した。結果を表１に示している。表１における括弧内の数値は、比較例を１００％としたときの回収量（％）を示している。

【0049】

表１に示されるように、比較例と比較して、実施例１および実施例２は、残渣回収量が顕著に低減された。すなわち、本発明の範囲内の製造装置を用いることにより、ベルジャ内壁への副生物の付着が顕著に低減されることが実証された。

【0050】

（表面コーン率）
図６は、表面コーン率の測定方法を説明するための概要図である。表面コーン率の測定は以下のように実施した。まず、図６の符号６０１に示すように、多結晶シリコンロッド８を、縦方向に１００ｍｍの間隔で分割した。なお、Ｕ字の曲部を含む多結晶シリコンロッド８の上部は、符号６０１に示すように３分割した。図６の符号６０２は、分割後の１片を示す拡大図である。続いて、１００ｍｍ間隔で分割した一片をさらに略４等分した。当該４等分した塊をナゲット８１と称する。各ナゲット８１について、ロッド表面に該当する表面の中心付近領域Ｒを視認することにより、ポップコーンが発生しているか、または平滑であるかを判定した。当該判定では、３００～５００ルクスの一般的な室内照明の下で段差による影が網目を成しているものを、ポップコーンが発生していると判定した。ポップコーンが発生しているナゲット８１をナゲットＰとした場合、表面コーン率は、ナゲットＰの数を、ナゲットの総数で除することにより算出され得る。

【0051】

表１に示されるように、実施例１では、高い表面コーン率が、実施例２では顕著に低減されていることがわかる。すなわち、供給ノズルを傾斜させることにより、表面コーン率を低減することができることが実証された。

【0052】

（ロッド形状）
生成した多結晶シリコンロッド８の形状を示す値として、多結晶シリコンロッド８について、上端から４００ｍｍの位置における直径（直径Ｔと称する）と、下端から４００ｍｍの位置における直径（直径Ｂと称する）とを測定した。表１に示す結果において、分子は直径Ｔであり、分母は直径Ｂである。

【0053】

表１に示されるように、比較例では直径Ｔと直径Ｂがほぼ等しい値であり、上端から下端までがほぼ均一の太さの多結晶シリコンロッド８が得られている。一方、実施例１および実施例２では、直径Ｔよりも直径Ｂの方が大きく、多結晶シリコンロッド８の形状は、上端から下端にかけて太くなっていることがわかる。すなわち、実施例１および実施例２では、安定した形状の多結晶シリコンロッド８が得られることが実証された。

【符号の説明】

【0054】

１、１Ａ・・・反応炉
２、２Ａ・・・底板
３・・・ベルジャ
４・・・電極対
６、６Ａ・・・供給ノズル
７・・・排気口
８・・・多結晶シリコンロッド
１０・・・シリコン芯線
１００・・・製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】