[發明專利]碳電極和多晶硅棒的制造裝置

無效

• 申請號: 201410092928.7
• 申請日: 2010-10-22
• 公開（公告）號: CN103936010A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 禰津茂義;黑谷伸一;小黑曉二;久米史高;平原勝
• 申請（專利權）人: 信越化學工業株式會社
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 戚傳江;謝麗娜

本申請是優先權日為2009年11月26日、申請日為2010年10月22日、于2012年4月28日進入中國國家階段的、PCT申請號為PCT/JP2010/006270、中國申請號為201080049198.2、發明名稱為“碳電極和多晶硅棒的制造裝置”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于制造多晶硅的碳電極和使用該碳電極的多晶硅棒的制造裝置。

背景技術

作為制造半導體制造用的單晶硅或太陽能電池制造用的以硅為原料的多晶硅的方法，已知有西門子法。西門子法是通過使含有氯硅烷的原料氣與加熱的硅芯線接觸，利用CVD（Chemical?Vapor?Deposition，化學氣相沉積）法在該硅芯線的表面使多晶硅氣相生長的方法。

通過西門子法氣相生長多晶硅時，在氣相生長裝置的反應爐內將硅芯線組裝成垂直方向2根、水平方向1根的反U字形（torii?gate），該反U字形的硅芯線的兩端通過一對芯線固定器固定在配置于基板上的一對金屬電極上。

然后，導通來自金屬電極的電流后，將硅芯線在氫氣氣氛中、900℃以上1200℃以下的溫度范圍進行加熱，同時將例如三氯硅烷與氫氣的混合氣作為原料氣通過氣體噴嘴供給到反應爐內，硅在硅芯線上氣相生長，形成反U形的期望直徑的多晶硅棒。在反應爐內冷卻后，從反應爐取出多晶硅棒。

近年來，隨著多晶硅棒的大口徑化，氣相生長過程中或者多晶硅棒冷卻過程中，容易發生該多晶硅棒斷裂或破裂的情況。

其原因被認為是由于通過西門子法制作多晶硅棒時，氣相生長過程中或者生長結束后，硅棒的生長方向（半徑方向）上中心與表面溫度產生溫度差，由此多晶硅棒的熱膨脹或者收縮所產生的應力造成的。

多晶硅棒破裂，倒在反應爐內時，不僅會與反應爐內壁及基板或者構成金屬電極的金屬發生接觸而引起重金屬污染，獲取倒下破壞的多晶硅棒以及清掃基板還花費時間，從而會大幅延長作業的周期，顯著降低生產率。

為防止上述多晶硅棒的裂縫或破裂的發生，提出了各種方案。

例如，特開平8-45847號專利公報（專利文獻1）提出支架部件（芯線）的裝配器具，其特征在于在電流引導部（金屬電極）與電極固定器（芯線固定器的保持器具）之間設置至少一個彈性部件，該彈性部件允許電極固定器相對于電流引導部的運動，并且吸收該運動。

特開2006-16243號專利公報（專利文獻2）提出使用由碳制的晶種固定器和金屬制的電極構成的晶種保持電極，由此可以防止由在多晶硅生長后的冷卻過程中發生的熱扭曲引起的、多晶硅或者晶種保持電極中使用的碳制部件的斷裂，其中上述晶種保持電極的特征在于，形成為晶種固定器和金屬制的電極呈楔形的相互配合的接合構造，在它們之間使貴金屬板滑配合來接合。

特開2006-240934號專利公報（專利文獻3）提出，硅芯線的端部通過保持它的導電性的固定器與電極電連接，并且至少一側的固定器使用在電極面上至少在連接反U形的硅芯線的兩端的直線方向上可以向左右任意方向滑動的碳制固定器，由此可以減少多晶硅棒破裂情況的發生。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平8-45847號專利公報

專利文獻2：日本特開2006-16243號專利公報

專利文獻3：日本特開2006-240934號專利公報

發明內容

發明要解決的技術問題

如上所述，在基于現有的普通西門子法氣相生長多晶硅的過程中，反U字形的硅芯線的兩端經由一對芯線固定器固定在配置于基板上的一對金屬電極上。然而，反U形的多晶硅棒（以下也簡稱為“U形棒”）的兩端固定在金屬電極上時，U形棒在水平面方向上的伸縮會受到阻礙。此處所說的水平面方向上的伸縮，是指例如連接U形棒的兩端的直線方向上的伸縮。

并且，U形棒在水平面方向上的伸縮并不限于連接U形棒兩端的直線方向。例如，如果靠近U形棒的內側有其他U形棒，則來自該U形棒的輻射熱容易引起內側的伸張。而且，如果U形棒的外側被反應爐的爐壁冷卻的話，外側容易收縮。也就是說，由于其所處環境，U形棒會在水平面方向的所有方位發生伸縮。