多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法

专利名称：多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法
技术领域：
本发明涉及一种在多晶硅制造装置中使附着于反应炉等的内表面 上的聚合物钝化的方法。
本申请基于2008年3月28日申请的日本发明专利申请第 2008-085671号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术：
以往，作为多晶硅制造装置，公知有采用西门子法的制造装置。 在该多晶硅制造装置中，在反应炉内配设许多硅芯棒。将反应炉内的 硅芯棒预先加热，并将含有氯硅烷气体和氢气的混合气体的原料气体 供给到该反应炉中，使原料气体与加热后的硅芯棒接触。于是，在硅 芯棒的表面上，析出通过以下反应式(1) 、 (2)所示的原料气体的 氢还原反应和热分解反应产生的多晶硅。<formula>formula see original document page 3</formula>
但是，在通过反应生成的排气中，含有作为副生成物的四氯化硅 和未反应的氯硅烷气体，以及由硅粉末、Si2Cl6、 Si2H2Cl4等构成的聚 合物及氢气、氯化氢气体。其中，通过在具有夹套构造的反应炉及排 气配管的内部冷却，聚合物在反应炉和配管的内周面析出。该聚合物 与空气接触时容易着火，因此需要使其钝化。
作为使这样的使聚合物钝化的方法，以往有例如日本特许第 2818780号公报记载的方法。该方法是将SiCl4等氯硅烷注入到多晶硅 制造装置中的排气路径的配管内，利用氯硅烷将附着的聚合物溶解并 除去。
然而，由于该方法使用氯硅烷，故而需要在其处理中进行使氯硅 烷不接触空气等的严格管理。若残留的SiCl4与空气接触，则会在安全 上存在问题，如产生大量的盐酸系气体等
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提高聚合物钝化的 作业性。
本发明的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法，通过将加湿气体 供给到用于多晶硅制造的反应炉的内部，将附着于反应炉内表面的聚 合物水解。
即，通过将加湿气体送入反应炉内，通过水解反应将附着于反应
炉内表面的聚合物的硅烷类形成为近似Si02的形态。该Si02没有着火 性，比较稳定，其后只要用通常的清洗作业对反应炉内进行清洗即可。 作为加湿气体，可利用水蒸气等加湿空气、加湿氮气，都是通用气体， 因此处理较容易。
在本发明的聚合物钝化方法中，优选是在供给上述加湿气体时， 设成将上述反应炉的炉壁加热到高于炉内水蒸气露点的温度的状态。 在多晶硅的制造中产生的是氯化氢气体，但该氯化氢气体若冷凝则成 为盐酸，存在对构成设备的不锈钢等金属进行腐蚀的危险。因此，通 过使反应炉的炉壁成为加热状态，来防止在其炉壁内表面发生氯化氢 气体的冷凝。
在本发明的聚合物除去方法中，优选是对与上述反应炉连接的排 气管的内部也供给加湿气体，由此将附着于该排气管内表面的聚合物 水解。
即，在与反应炉连接的排气管中也会附着聚合物，因此与处理反 应炉的情况相同地利用加湿气体对聚合物进行水解而使其钝化。并且， 在该情况下，也是将上述排气管的管壁设成加热了的状态来供给上述 加湿气体，由此可防止氯化氢气体的冷凝。
在本发明的聚合物除去方法中，上述加湿气体的湿度在30°/。以上 为宜。这是因为，若加湿气体的湿度小于30%,则无法供给聚合物的 水解所必需的水分。
此外，优选是加湿气体的每小时供给量是反应炉的内容积的30倍 以上60倍以下。若加湿气体供给量小于30倍，则无法向炉内供给足 够的水分，若超过60倍，则气体供给设备变得大型化。
此外，为了进行充分的水解反应，以供给至少6小时以上的加湿 气体为宜。但是，没有必要连续供给加湿气体6小时以上，根据作业 情况也可以分多次供给。根据本发明的聚合物钝化方法，可通过水解反应使聚合物中的硅 烷类成为近似Si02的形态。因此，应用了本发明的聚合物钝化方法的 反应炉中，其后只要用通常的清洗作业对反应炉内进行清洗即可。而 且，作为加湿气体，可使用水蒸气、加湿氮气等通用气体，非常简便。


图1是表示应用本发明一实施方式的聚合物钝化方法的多晶硅制
造装置的例子的纵剖;现图。
图2A是沿图1的A-A线的视图，是表示安装了加湿气体供给管的 状态的主视图。
图2B是沿图1的A-A线的视图，是表示关闭了窗单元的状态的主 视图。
附图标记说明
1反应炉；2基座；3钟罩部；4硅芯棒；5电极；6喷出喷嘴； 7气体排出口； 8原料气体供给源；9排气处理系统；11流 路；12热介质供给管；13热介质排出管；14开口部；15窗板； 16观测窗单元；17铰链；18观测窗；19把手；21排气管； 22流路；23热介质供给管；24热介质排出管；25套管； 31加湿气体供给管；32排出管；33安装板；34加湿气体供给 机；35排气处理系统；S多晶硅。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方 法的一实施方式。
首先，说明适用该聚合物钝化方法的多晶硅制造装置的 一 例。
图1是多晶硅制造装置的整体图。该多晶硅制造装置的反应炉1 具有基座2和钟罩部3。基座2构成炉底，钟罩部3可自由装卸地安装 于该基座2上，呈吊钟形状。
基座2上设有多对电极5、多个喷出喷嘴6和多个气体排出口 7。 多对电极5上安装有硅芯棒4。喷出喷嘴6是为了将含有氯硅烷气体和 氢气的原料气体喷出到炉内而设置的，气体排出口 7是为了将反应后 的气体排出到炉外而设置的。
此外，为了可相对于各硅芯棒4均匀地供给原料气体，而在反应炉1的基座2的上表面的大致全部区域分散并隔开适当间隔地设置多 个原料气体的喷出喷嘴6。这些喷出喷嘴6与反应炉1外部的原料气体 供给源8连接。此外，虽然在图1中仅图示了 1个气体排出口 7，但在 基座2的外周部附近之上隔开适当间隔地设置有多个气体排出口 7，并 且该气体排出口 7与外部的排气处理系统9连接。
此外，钟罩部3的炉壁是双重壁的夹套构造，内部形成有供热介 质流通的流路ll，其炉壁与热介质供给管12和热介质排出管13连接。 作为热介质，在多晶硅制造的运转中流通冷却水。在多晶硅制造结束 后对内部进行水解时，水蒸气等高温热介质流通。
并且，在钟罩部3的壁的多个部位一体地设有环状的窗板15，该 窗板15在中央部具有可观测炉内的开口部14。该窗板15上设有可由 铰链17开闭的观测窗单元16。如图2(b)所示，该观测窗单元16在 中央具有面对反应炉1的开口部14的观测窗18，并设有开闭用的把手 19。观测窗单元16由螺栓(省略图示)紧固固定于反应炉1的窗板15 上。
另一方面，从气体排出口 7到排气处理系统9的排气管21形成为 沿上下方向贯通反应炉1的基座2并延伸到基座2的下方。排气管21 的管壁也与钟罩部3的壁相同，为双重壁的夹套构造，内部形成有供 热介质流通的流路22，其管壁与热介质供给管23和热介质排出管24 连接。作为热介质，与反应炉1的情况相同，在多晶硅制造的运转中 流通冷却水。在多晶硅制造结束后的清扫时流通水蒸气等高温热介质。 另外，该排气管21中从气体排出口 7沿上下方向延续的直线部分上， 以从气体排出口 7悬挂的状态可装卸地插入有比排气管21的内径稍小 的碳制的套管25，由该套管25覆盖排气管21的内周面。
排气处理系统9是用于从排气中含有的未反应的氯硅烷气体、氢 气分离出氯硅烷的系统。利用排气处理系统9，将氢气回收并精炼后再 次作为原料利用，并且对于氯硅烷也可将其蒸馏而设成可用作原料等 的状态。
接着，说明在这样构成的多晶硅制造装置中，将反应炉1的内表 面、排气管21的内表面上附着的聚合物钝化的方法。
该聚合物的钝化作业是在多晶硅制造装置中的反应炉1内的多晶 硅制造结束后、将钟罩部3从基座2拆下而使内部为敞开状态之前进行的。首先，停止了多晶硅制造装置的运转后，取代冷却水而将水蒸
气作为热介质供给到反应炉1的热介质供给管12和排气管21的热介 质供给管23,从而成为由水蒸气对反应炉1的炉壁和排气管21的管壁 进行加热的状态。此外，向反应炉l内供给氮气，将未反应气体赶出， 成为将反应炉1及排气管2内部置换为氮气的状态。
然后，将反应炉1内置换为氮气后，打开反应炉1的多个部位的 》见测窗单元16而将各开口部14敞开，在此状态下向这些开口部14插 入并安装加湿气体供给管31和排出管32。加湿气体供给管31由波紋 管等形成为可挠曲的形式，并且在其末端如图1和图2 (a)所示那样 具有用于借助螺栓固定于拆下了观测窗单元16后的窗板15上的安装 板33。此外，在中途设有具有作为高性能过滤器的HEPA过滤器(高 效微粒空气过滤器)等过滤器的加湿气体供给机34，经由该加湿气体 供给机34供给加湿气体。作为加湿气体，可使用水蒸气等加湿空气、 加湿氮气，使湿度为30%以上。排出管32由与加湿气体供给管31相 同的波紋管等形成为可挠曲的形式，并且安装于在周向上从加湿气体 供给管31的安装位置离开的、加湿气体供给管31的安装位置的相反 侧，与具有洗气机等的排气处理系统35连接。
然后，当从加湿气体供给管31向反应炉1内供给加湿气体时，附 着于反应炉1内表面的聚合物或硅烷类产生水解反应，硅烷类变化成 近似Si02的形态。
作为该水解反应，有以下的反应式(3)至反应式(5)所示的反应。
Si2Cl6 + 4H20—6HCl+Si2H204. … (3)
SiHCl3+2H20—3HC1+H2+Si02 (4)
SiCl4+2H20—4HC1+Si02 (5)
之所以将加湿气体的湿度设为30%以上是因为，若小于30%，则 不能供给聚合物的水解所必需的水分。
此外，在作业时若炉壁产生结露，则炉内气氛中残留的气体等会 变成盐酸。但是，因为在炉壁的流路11内流通热介质，故而炉壁成为 被加热到高于炉内水蒸气露点的温度的状态，可防止盐酸的产生。在 该情况下，由于通用性较高而将水蒸气用作热介质，但要防止盐酸的 产生，只要能加热到所导入的加湿气体温度以上即可。另一方面，对排气管21也进行同样的处理。对该排气管21进行 处理时，根据需要关闭与反应炉1连接的排出管32等，从而只要使供 给到反应炉1内的加湿气体流通到排气管21内即可。在该情况下，也 取代冷却水而将热介质注入排气管21的管壁内，对管壁进行加热，由 此来防止盐酸的产生。在该排气管21的情况下，由于在与反应炉l连 接的直线部分以插入状态设有碳制的套管25，因此在该套管25的内表 面附着有Si02。
如此将反应炉1、排气管21内的聚合物变为Si02那样的稳定组成 后，在反应炉1中，拆下钟罩部3进行多晶硅棒S的搬出操作。将这 些多晶硅棒S全部搬出后，进行内表面的清扫作业。该清扫作业是对 基座2的上表面及钟罩部3的内表面吹喷高压清洗水来从炉壁等剥离 并除去SK)2等附着物的作业。该清扫作业也是在使水蒸气等热介质流 通到钟罩部3的炉壁内而将炉壁加热了的状态下进行的。通过设成加 热状态，使清洗后附着于炉壁的水分也蒸发而可高效率地将其除去。
另一方面，在排气管21中，由聚合物与加湿气体的接触而产生的 Si02等附着物形成在插入排气管21内的套管25内。因此，在Si02等 附着物的附着量较多时，可更换新的套管25。
如上所述，本实施方式的聚合物钝化方法是通过使加湿气体与附 着于反应炉1内表面和排气管21内表面的聚合物接触而产生水解反 应，将硅烷类变化为稳定的Si02的方法。由于SK)2不具有着火性，因 此，聚合物钝化后，只要用通常的清洗作业对反应炉1内进行清洗而 将其除去即可。在排气管21中，由于SK)2附着于套管25上，因此根 据需要更换套管即可。此外，本实施方式的聚合物钝化方法是使用水 蒸气等加湿气体的方法，因此供给到反应炉1内后，在敞开反应炉1 的情况下也不需要特别将其置换为其他气体等的后处理，作业性极其 优良。
实施例
对内容积为171113的反应炉，在反应过程结束后，应用本发明的方 法使反应炉内的聚合物钝化。以下，标注在实施方式的说明中使用的 附图标记进行说明。
关闭与反应炉1连通的连接于原料供给源7和排气处理系统9的 阀，使反应炉1为密闭状态后，将成为氢气和氯硅烷气体气氛的炉内气氛置换为氮气。然后，打开观测窗单元15，从具有HEPA过滤器的 加湿气体供给装置将湿度60%的加湿气体以10m"分钟的流量供给到 反应炉1内。所供给的气体通过排出管32而被送往排气处理设备。
此外，对反应炉1的炉壁的流路11和排气管的冷却水的流路22 供给水蒸气(106匸)，将反应炉1的钟罩部和排气管21加热。此时 的炉壁温度是45"C。
在该状态下，使用气体检测器调查排出管32中所含有的氯化氢气 体的浓度。在刚开始供给加湿气体不久后测定到排气中有250 ~ 450PPM的氯化氢。与之相对，供给加湿气体后经过24小时后，氯化 氢浓度降低到5PPM以下。
以同样的条件、使加湿气体的湿度为10°/。的情况下，经过24小时 后的氯化氢浓度为80PPM。
此外，供给了 4小时的60%湿度的加湿气体时，氯化氢气体浓度 为20PPM。
另外，本发明不限于上述实施方式的构成，在不脱离本发明的要 旨的范围内可加以各种变更。例如，在上述实施方式中，加湿气体供 给管仅设置在反应炉上，但也可以在排气管上也设置加湿气体供给管。 此外，将观测窗单元做成开闭式，在将其打开后的开口部上安装加湿 气体供给管和排出管，但也可以设置与观测窗单元不同的可开闭的开 口部，在其上安装加湿气体供给管和排出管。
以上说明了本发明的优选实施例，本发明不限于这些实施例。在 不脱离本发明的要旨的范围内，可进行结构的增加、省略、置换以及 其他变更。本发明不限于上述的说明，仅由权利要求书限定。
权利要求
1. 一种多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法，通过将加湿气体供给到用于多晶硅制造的反应炉的内部，将附着于反应炉内表面的聚合物水解。
2. 根据权利要求1所述的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法， 其特征在于，在供给上述加湿气体时，设成将上述反应炉的炉壁加热到高于炉内水蒸气露点的温度的状态。
3. 根据权利要求1所述的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法， 其特征在于，对与上述反应炉连接的排气管的内部也供给加湿气体， 由此将附着于该排气管的内表面的聚合物水解。
4. 根据权利要求3所述的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法， 其特征在于，设成将上述排气管的管壁加热了的状态来供给上述加湿 气体。
5. 根据权利要求1所述的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法， 其特征在于，上述加湿气体的湿度是30%以上。
6. 根据权利要求1所述的多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法， 其特征在于，上述加湿气体的每小时供给量是反应炉的内容积的30倍 以上60倍以下，进
全文摘要
本发明提供一种多晶硅制造装置中的聚合物钝化方法，该方法通过使热介质流通于用于多晶硅制造的反应炉的壁内流路来预先使壁成为加热状态，将水蒸气、加湿氮气等加湿气体供给到反应炉的内部，由此将附着于反应炉内表面的聚合物水解，然后将该附着物除去。对于与反应炉连接的排气管，也同样将管壁设成加热状态，并供给加湿气体，由此将聚合物水解而使其钝化。根据该方法，可提高聚合物钝化的作业性，并高效率地除去附着于反应炉内壁面的聚合物。
文档编号C01B33/027GK101544371SQ200910127948
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月28日
发明者坂口昌晃, 手计昌之, 石井敏由记, 远藤俊秀 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社