[发明专利]多晶硅制造装置以及多晶硅

说明书

一种通过西门子法制造多晶硅的装置，其具备芯线保持器(14)，其中，芯线保持器(14)的下端侧与向芯线保持器(14)通电的电极部(10)的顶部(18)接触，进一步，设置有固定部(17)，其从芯线保持器(14)的下端侧向下方延伸，用于将芯线保持器(14)固定至电极部(10)，其中，固定部(17)的下端部构成螺纹连接部(17a)，该螺纹连接部(17a)位于芯线保持器(14)与电极部(10)的顶部接触的表面的下方。芯线保持器(14)的下端侧与电极部(10)的顶部(18)接触的表面的电阻被设计成低于紧固螺纹连接部(17a)的部位的电阻。通过该装置能够提供一种避免电极的损坏或硅棒的污染的技术。

技术领域

本发明涉及一种通过西门子法制造多晶硅的装置，特别涉及该装置中所使用的碳制芯线保持器。

背景技术

作为多晶硅的制造方法，已知的有西门子法，该多晶硅作为半导体用单晶硅或太阳能电池用硅的原料。西门子法是通过使含有氯硅烷的原料气体与被加热的硅芯线接触，使用CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法在该硅芯线的表面上使多晶硅气相生长的方法。

通过西门子法气相生长多晶硅时的反应炉，在由被称为钟罩的上部结构体和被称为基板的下部结构体(底板)构成的空间内，将硅芯线组装成铅直方向2根、水平方向1根的鸟居型，该鸟居型的硅芯线的两端通过一对碳制芯线保持器固定到配置于基板上的一对金属制的电极上。例如该结构被公开于专利文献1(日本特许公开第2009-256191号公报)中。

电极隔着绝缘物贯通基板，通过配线与其他电极连接，或者与配置在反应炉外的电源连接。为了防止多晶硅在气相生长期间沉积，或者为了防止金属的温度升高而引起多晶硅中的重金属污染，电极、基板和钟罩使用水等的冷却剂冷却。

电极和碳制芯线保持器通过嵌入等被固定。碳制芯线保持器可以直接连接至电极，但为了抑制电极的消耗等目的，也可以经由被称为适配器的结构体连接。适配器的材料大多使用碳，另外，适配器通过嵌入到电极等中而被固定。

电流经由芯线保持器从电极传导到硅芯线，通过焦耳热在氢气氛中将硅芯线表面加热到900℃～1200℃左右的温度范围，并且从气体喷嘴向反应炉内供给例如三氯硅烷和氢气的混合气体作为原料气体，从而在硅芯线上气相生长高纯度的硅。此时，硅棒随着直径的增大也沉积在碳制芯线保持器侧，并逐渐与碳制芯线保持器成为一体。另外，随着硅棒的生长，电阻也减小，为了将硅棒表面维持在反应温度，需要将伴随硅棒直径的电流提高到形成为所期望的直径。

目前，施加到硅棒上的电流在反应结束时为2000A～4000A。随着硅棒的直径变大，从硅棒表面的散热增加，并且为了维持反应所需的900-1200℃的温度，有必要向硅棒增加与散热相对应的电能，在反应过程中，连接金属制电极和多晶硅棒的碳制芯线保持器需要具有能够承受这些电流和重量增加的结构和连接方法。

由于碳制芯线保持器和电极的电流密度上升，并且根据电极和碳制芯线的接触状态，能够形成局部的通电部位，因此芯线保持器和电极的温度变得比预期的高，并成为引起多晶硅中的重金属污染的原因。进一步，当被设置为不稳定的接触状态的情况、或者由于硅棒的重量增加而导致接触面变得不稳定的情况时，则在芯线保持器与电极之间发生放电，从而对二者造成损伤，并导致多晶硅中的诸如重金属污染或者碳等的污染。

根据现有技术，例如如专利文献2(日本特许公开平5-213697号公报)或专利文献3(日本特许公开2011-195439号公报)那样，电极和碳制芯线保持器的连接通常通过嵌合连接。该连接方法的优点在于设置简便，但另一方面，电极与碳制芯线保持器的接触面的状态不稳定。即，例如由于不能进行与由螺钉接合中相对应的“通过紧固转矩的管理”的管理，因此不能确认对接触面施加了足够的表面压力。另外，由于嵌合面的微小的形状的不同或设置方法、以及由多晶硅棒的生长的偏差引起的施加在芯线保持器上的力的变化，使接触面本身或施加在其上的压力的分布发生变化，因此存在接触面和非接触面模糊且不稳定，进而容易形成局部的通电部和由此形成的高温部的缺点。