多晶硅制造用原料气体的供给方法和多晶硅的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多晶硅的制造技术，更详细地，涉及向用于通过西门子法制造多晶硅 的反应炉内供给原料气体的方法。
【背景技术】
[0002] 多晶硅是半导体器件制造用的单晶硅基板、太阳能电池制造用基板的原料。作为 多晶硅的制造方法，已知有西门子法。西门子法为如下方法：使含有氯硅烷的原料气体与加 热后的硅芯线接触，由此，使得通过CVD法在该硅芯线的表面上气相生长多晶硅，以硅棒的 形式得到多晶硅。
[0003] 通过西门子法气相生长多晶硅时，在气相生长装置的反应炉内，将垂直方向的两 根硅芯线和水平方向的一根硅芯线组装成牌坊型（鳥居型）。而且，将该牌坊型的硅芯线 的两端通过一对芯线夹固定到配置在反应炉底板上的一对金属电极上。引起反应的原料气 体的供给口以及反应废气的排气口也配置在该底板上。这样的构成例如公开在日本特开 2011-231005号公报（专利文献1)中。
[0004] 通常，在反应炉内设置有数十个固定在配置于底板上的一对金属电极上的牌坊型 的硅芯线，并且配置成多重环式。近年来，随着多晶硅需求的增大，为了提高生产量，反应炉 的大型化不断发展，采用了在一批次中析出大量多晶硅的方法。伴随着该倾向，配置在反应 炉内的硅芯线的数也在增多。
[0005] 但是，当设置在反应炉内的硅芯线的数量增加时，则产生的问题是，氯硅烷向各多 晶硅棒表面的供给不足。这样的原料气体的供给不稳定性，使在硅棒的表面上产生凹凸 (爆米花），其结果是，硅棒的粗细变得不均匀，产生形状不良。另外，当在硅棒表面上产生 凹凸时，则多晶硅容易发生异常生长。进一步地，多晶硅装运前清洗时的清洗效果会大幅降 低。为了消除硅棒表面的凹凸，可以降低硅棒的表面的温度（反应温度）使析出反应平稳 进行，然而在这种情况下，多晶硅的析出速度会变慢，从而使生产率和能量效率显著降低。
[0006] 鉴于这样的情况，作为用于抑制爆米花的产生且用于改善生产率的提高析出速度 的方法，作为将原料气体高效地供给至硅棒表面的方法提出了各种方法。例如在日本特开 2011-231005号公报（专利文献1)和日本特开2003-128492号公报（专利文献2)中公开 的方法中，通过调整原料气体供给喷嘴形状和供给的原料气体流量，来调整供给至硅棒表 面的原料气体的量，使析出反应高效地进行。
[0007] 这些现有技术文献都是通过调整反应温度和反应炉内的硅棒表面附近的原料气 体浓度（供给原料气体的量）来改善生产率，即，将硅多晶的析出速度保持在高的状态，且 降低爆米花现象。
[0008] 与此相对，本发明人等提出的技术是，通过防止原料气体在反应炉内的滞留，来抑 制爆米花的产生和硅粉的产生（专利文献3 :W02012/098598号小册子）。
[0009] 在该技术中，在设定底板的面积为Stl的情况下，在该底板的中央部具有中心且面 积S = /2的假想同心圆的内部中设置全部的原料供给喷嘴，使用这样设计的多晶硅制造 用反应炉，从原料气体供给喷嘴的喷出口以150m/sec以上的流速供给原料气体，以反应气 体的流动模式（7 口一- >)在反应炉中心部呈上升流且在反应炉外壁侧部呈下降流 的方式，形成反应炉内的原料气体的整体回流。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :日本特开2011-231005号公报
[0013] 专利文献2 :日本特开2003-128492号公报
[0014] 专利文献3 :W02012/098598号小册子
【发明内容】
[0015] 发明所要解决的课题
[0016] 在多晶硅的制造中，使用作为原料气体的氯硅烷和作为载气的氢气，这些气体依 照下式进行反应，当温度上升时则反应速度也会提高。因此，从提高多晶硅的生产率的观点 出发，有必要提高反应温度来提高反应速度。
[0017] HSiCl3+H2-Si+3HC1
[0018] HSiCl3+HCl - SiCl4+H2
[0019] 另一方面，当提高反应温度时，则如日本特开2011-231005号公报（专利文献I) 所示，爆米花的产生会变得显著。因此，从抑制爆米花的产生的观点出发，提高反应温度是 有界限的。
[0020] 另外，对于在多晶娃棒表面的反应而目，认为在反应炉内原料气体由其气流（气 相）通过多晶硅棒表面附近的边界层而移动（扩散）至多晶硅棒表面（固相），引起反应、 析出；该扩散速度对反应、析出速度影响最大。该扩散速度由气相的原料气体的浓度、边界 层厚度、温度、气体种类等决定。
[0021] 但是，以往虽然可以见到通过调整反应温度、气相气体浓度来控制上述扩散速度 的反应设计，但是通过调整边界层的厚度来控制扩散速度的反应设计却几乎没有见到。在 这样的以往的反应设计中，从通过高温（1000~1200°C )的硅棒表面和低温（400°C~ 700°C )的气相原料气体的温度差而产生的硅棒表面的上升流（自然对流），得到原料气体 的流动。
[0022] 另一方面，本发明人在专利文献3中提出的多晶硅的制造方法为根据原料气体所 携带的能量来改变反应炉内的气体流动状态，从而形成反应炉内的原料气体的整体回流的 方法。本发明人认为，如果采用该方法，在将原料气体供给至反应炉内时能够利用强制对 流，通过该强制对流能够调整在硅棒表面上产生的边界层厚度。
[0023] 本发明是基于上述考虑而完成的，其目的在于，使在用于通过西门子法制造多晶 硅的反应炉内产生原料气体的强制对流，通过该强制对流所携带的能量，控制在气相和固 相之间形成的边界层（原料气体的扩散层）的厚度，从而抑制爆米花的产生。
[0024] 用于解决课题的手段
[0025] 为了解决上述课题，本发明的多晶硅制造用原料气的供给方法为向用于通过西门 子法制造多晶硅的反应炉中供给原料气体的方法，其特征在于，使用配置有一个以上原料 气体供给喷嘴的反应炉，使得反应炉内的所述原料气体的流动模式在反应炉中心部呈上升 流且在反应炉外壁侧部呈下降流；在0. 25MPa~0. 9MPa的反应压力下进行多晶硅的析出反 应时，在所述原料气体供给喷嘴的气体供给口处的原料气体的流速设为u (m/sec)、原料气 体供给量设为Q(kg/SeC)、所述反应炉的内部容积设为V(m3)时，以使得值QXuVV的合计 2(QXu 2/V)为2500(kg/m*sec3)以上的方式设定所述原料气体供给喷嘴各自的u和Q值。
[0026] 优选地，设置在所述反应炉中的所述一个以上原料气体供给喷嘴都设置在如下假 想同心圆的内侧，该假想同心圆是在所述反应炉的底板的面积设为S tl时在该底板的中央部 具有中心且面积S为/2的假想同心圆。
[0027] 另外，优选地，将在0. 25MPa~0. 9MPa的反应压力下进行多晶硅的析出反应时的 反应温度设定在980 °C~1150 °C的范围。
[0028] 优选地，在以使得所述合计Σ (QXu2/V)为2500(kg/m · sec3)以上的方式得到 所述原料气体流速u时，将供给至所述原料气体供给喷嘴的原料气体压力设定为IMPa~ 2MPa〇
[0029] 另外，可以将所述IMPa~2MPa的原料气体压力的设定基于由原料气体压缩机提 供的压缩升压或者液体原料在高温下的气化中的至少一者来设定。
[0030] 发明的效果
[0031] 在本发明的方法中，通过调整供给至反应炉中的原料气体的动能（原料气体供给 喷嘴喷出口处的原料气体的流速和供给量），能够控制爆米花的产生率。因此，如果利用本 发明的方法供给原料气体并通过西门子法来制造多晶娃，可抑制爆米花的产生。而且，上述 原料气体的动能也成为进行反应炉的规模放大时的指标。
【附图说明】
[0032] 图1为用于说明本发明的多晶硅制造用反应炉的构成例的截面示意图，图中的箭 头为预想的由在多晶硅棒周边产生的自然对流而产生的反应炉内循环流。
[0033] 图2A为表示实施例中使用的反应炉1的炉内循环流的图。
[0034] 图2B为表示实施例中使用的反应炉2的炉内循环流的图。
[0035] 图3为将实施例的各批次中得到的多晶硅棒的爆米花的产生率和指标Σ (QXu2/ V)的值之间的关系制图之后所得的图。
【具体实施方式】
[0036] 以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0037] 图1为用于说明本发明的多晶硅制造用反应炉100的构成例的截面示意图。反应 炉100为通过西门子法使多晶硅在硅芯线12的表面上气相生长而得到多晶硅棒13的装 置，通过具有用于确认内部状态的窥视窗2的钟罩1和底板5而将内部密闭，在该密闭空间 内配置多个组成牌坊型的硅芯线12,从而使多晶硅在该硅芯线（或硅棒13)的表面上析出。
[0038] 在底板5上设置：用于从硅芯线12的两端通电而使其生热的芯线夹11和金属电 极10,向钟罩1内部供给氮气、氢气、三氯硅烷气体等工艺气体的供给喷嘴9,用于将反应后 的气体排出至钟罩1的外部的反应排气口 8。需要说明的是，虽然在图1中图示了 3个喷嘴 9,但是只要喷嘴9为1个以上即可。
[0039] 通常，底板5为圆盘状，设置在该底板5上的金属电极10、喷