多晶硅制造装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种通过西门子法来制造多晶硅的装置，详细来说，是涉及一种将芯线夹(holder)与金属电极进行电连接的电极适配器的结构。


背景技术：

[0002]
多晶硅是一种用于制造半导体的单晶硅和用于制造太阳能电池的硅原料。作为多晶硅的制造方法，西门子法是一种已知的技术。西门子法一般是通过使基于硅烷基的原料气与加热后的硅芯线接触，从而利用cvd(化学气相沉积)法将多晶硅沉积在硅芯线的表面上。
[0003]
西门子法是在垂直方向上组装2条、在水平方向上组装1条鸟居形(倒u型)的硅芯线后，将其两端部分别连接于芯线夹，并将它们固定到设置在基板上的一对金属制的电极上。通常，在反应炉内会形成为配置有多组倒u型硅芯线的结构。这种结构例如已被特开2010-235438号公报所公开。
[0004]
在通过通电将倒u型硅芯线加热至沉积温度，并使作为原料气体的例如三氯硅烷和氢的混合气体接触于硅芯线上后，多晶硅就会气相沉积在硅芯线上，最终使具有期望直径的多晶硅棒形成为倒u形。
[0005]
电极夹着绝缘物贯通基板，并被连接于另一电极，或被连接于配置在反应炉外的电源。在多晶硅的沉积工序中，为了达到防止在该电极部沉积多晶硅、防止因电极部的温度上升而导致使沉积中的多晶硅产生金属污染等目的，会通过水等冷却媒介来对电极、基板与钟罩进行冷却。
[0006]
图1是用于例示说明以往技术中的电极夹被安装于电极后保持芯线夹的形态概念图。在该图所示的图例中，金属制的电极20与碳制的芯线夹24经由电极适配器23来连接，并通过螺合将电极适配器23固定于电极20，从而达到抑制电极20的消耗等目的。
[0007]
从电极20经由芯线夹24向保持在芯线夹24的顶部的硅芯线(不图示)提供电流，并通过焦耳热将硅芯线的表面在氢气氛中加热至900℃～1200℃左右的温度范围。在该状态下，通过向反应炉内提供作为原料气体的例如三氯硅烷和氢气的混合气体，使高纯度的硅气相沉积在硅芯线上并培育多晶硅棒。
[0008]
在该工序中，随着多晶硅棒的直径的增大，在碳制的芯线夹24侧也会进行多晶硅的沉积，并逐渐与芯线夹24一体化。此外，由于电阻会随着多晶硅棒的生长而下降，因此为了将多晶硅棒的表面温度维持在适于沉积反应的温度，就需要将提供的电流逐渐升高。
[0009]
此外，一般来说，提供至多晶硅棒的电流在沉积反应结束时会成为2000安培～4000安培的大电流。随着多晶硅棒的直径变大，来自棒表面的散热量也会增大，因此为了保持沉积反应所需的温度(900～1200℃)，就必须将提供至多晶硅棒的电能升高，从而来补偿因该散热所损失的热量。
[0010]
由于上述情况，金属制电极、电极适配器以及芯线夹的连接结构被要求为能够承受：上述的大电流供给、随着大口径化而重量化的多晶硅棒的重量。
[0011]
因此，由于电极适配器由自润滑性较高的碳制成，所以就必须对其进行牢固地固定。特别是在通过螺合来连接金属电极与适配器的情况下，如果螺钉产生松动，在其松动所产生的间隙处会引起放电从而导致金属电极与适配器这两方受损，并且伴随着该放电，扩散到反应炉内的金属和碳有时会成为引起多晶硅中的污染的原因。
[0012]
关于金属制电极、电极适配器以及芯线夹的连接，迄今为止也提出了新的结构。
[0013]
例如，在特开2010-235438号公报中公开了一种使用形成有使芯棒保持部螺合的内螺纹孔的夹部来进行固定的形态，其中，在该芯棒保持部的上端部形成有插入硅芯线的保持孔，并且在该周面上形成有螺纹。在该形态中，芯棒保持部与夹部都是由导电材料组成，并且在螺合部也流通着电流。但是，本发明人发现：近年来，随着大口径化的日益发展，由于螺合部在其表面形成有凹凸，而如果在其中流通大电流，即使将芯棒保持部与夹部稳固地卡合，在因例如金属电极与碳制的电极适配器的热膨胀率的差所产生的螺合部的细微间隙处也会发生放电。
[0014]
此外，在特开2010-235438号公报中虽然公开了一种使用螺合于夹部主体的螺母部件来将芯棒保持部支撑于底板部的形态，其中，在夹部主体的保持孔插入芯棒保持部的下部，并且在夹部主体的外周面形成有外螺纹，但是，由于其与上述的形态同样也是使这些部件具有导电性，因此，在该形态中也会发现如上所述的如果在螺合部流通大电流，就会容易发生放电的问题。
[0015]
另外，在特开2002―338226号公报中虽然公开了一种支撑种子(seed)的下端部的支架被由外螺纹部件构成的第一支承台来进行支撑，并且该第一支承台被由内螺纹部件构成的固定式第二支承台可升降地支撑的形态，但是，由于第一以及第二支承台都被作为通电流路，因此其与特开2010-235438号公报所公开的形态同样会因在螺合部流通大电流而引起放电。
[0016]
如上所述，以往技术中的电极适配器与金属电极的连接结构对于放电的对策不充分。因此，一旦因放电而导致炉内部件产生损伤，事后处理就会极为麻烦。具体来说，除了必须要将电极换为新品，多晶硅棒也会被污染。此外，钟罩与基板也被污染的结果就会导致在回收循环的反应废气中会含有作为掺杂物的碳氢化合物，这对后续批次的多晶硅制造也会产生不利影响。
[0017]
本专利鉴于上述情况，目的是提供一种电极适配器的新结构，其虽然结构简单，但是却能够在金属电极及芯线夹之间进行稳定通电。


技术实现要素：

[0018]
【概念一】
[0019]
本发明涉及的多晶硅制造装置是一种通过西门子法来制造多晶硅的装置，其具备将芯线夹与金属电极电连接的电极适配器，并且所述电极适配器与设置在所述金属电极的螺合部之间可以被设为非导通。
[0020]
【概念二】
[0021]
本发明涉及的多晶硅制造装置是一种通过西门子法来制造多晶硅的装置，其具备将芯线夹与金属电极电连接的电极适配器，所述电极适配器通过固定机构部被固定于所述金属电极，并且所述电极适配器与所述固定机构部之间可以被设为非导通。
[0022]
【概念三】
[0023]
在概念一以及概念二的多晶硅制造装置中，适配器与所述芯线夹可以由相同材料构成。
[0024]
【概念四】
[0025]
在概念一至概念三的任意一个多晶硅制造装置中，所述电极适配器与所述芯线夹中的至少一方由碳材料构成。
[0026]
【概念五】
[0027]
在概念一至概念四的任意一个多晶硅制造装置中，在所述电极适配器与所述金属电极的导通部中插入有导电性部件。
[0028]
【概念六】
[0029]
在概念一至概念五的任意一个多晶硅制造装置中，所述电极适配器通过绝缘性夹具被固定于所述金属电极。
[0030]
【概念七】
[0031]
在概念二至概念六的任意一个多晶硅制造装置中，所述固定机构部至少其表面被绝缘处理。
[0032]
发明效果
[0033]
本发明提供能够在金属电极及芯线夹之间进行稳定通电的电极适配器。并且，由于其结构极为简单，因此芯线夹的拆卸也会很容易。
附图说明
[0034]
图1是用于示意性说明以往技术中的电极夹被安装于电极后保持芯线夹的形态概念图。
[0035]
图2是用于说明本发明涉及的多晶硅制造装置的构成例的示意图。
[0036]
图3是展示电极夹被安装于电极后保持芯线夹的一种形态概念图。
[0037]
图4是展示电极夹被安装于电极后保持芯线夹的另一种形态概念图。
[0038]
图5是展示电极夹被安装于电极后保持芯线夹的另一种形态概念图。
[0039]
图6是展示电极夹被安装于电极后保持芯线夹的另一种形态概念图。
[0040]
图7是展示在电极适配器与金属电极的导通部插入导电性部件后的形态概念图。
具体实施方式
[0041]
图2是说明本发明涉及的多晶硅制造装置的反应炉的构成例的概略图。反应炉100在设置于钟罩1的下部的基板5上具有与基板5绝缘的电极10，该电极10通过由绝缘体材料构成的固定机构部17来连接于电极夹13，并且保持着硅芯线15的碳制的芯线夹14被固定于电极夹13。从电极10提供的电流被连接为使其通过电极夹13、芯线夹14，并通过原料气体的反应在硅芯线15上沉积多晶硅16。
[0042]
在图1中以符号2表示的是观察窗。从冷却媒介入口3提供钟罩1的用于冷却的冷却媒介并将其从冷却媒介出口4向炉外排出，从冷却媒介入口6提供基板5的用于冷却的冷却媒介并将其从冷却媒介出口7向炉外排出，从冷却媒介入口11提供电极10的用于冷却的冷却媒介并将其从冷却媒介出口12向炉外排出。此外，从原料气体供给喷嘴9提供多晶硅的沉
积原料气体并将其从反应废气出口8向炉外排出。
[0043]
图3～6是展示本发明涉及的多晶硅制造装置所具备的电极夹被安装于电极后保持芯线夹的形态概念图。
[0044]
在图3所示的形态中，在电极10的顶部形成有螺合部，通过螺合于该螺合部的固定机构部17来固定电极适配器13，在设置于该电极适配器13的顶部的凸部处嵌合有形成于芯线夹14的下端部的凹部。由于固定机构部17由绝缘材料构成，因此上述螺合部非导通，并且从电极10至芯线夹14的电力供给经由除电极适配器13的螺合部以外的部位进行。这样一来，在容易引起放电的螺合部(表面凹凸剧烈的部分)处的通电就会被完全抑制，从而就能够防止因放电所造成的损伤。
[0045]
在图4所示的形态中，在电极10的顶部形成有具有螺合部(内螺纹部)的孔部，在该孔部螺合有具有螺合部(外螺纹部)的固定机构部17。电极适配器13被该固定机构部17固定，在设置于该电极适配器13的顶部的凹部处嵌合有形成于芯线夹14的下端部的凸部。由于该固定机构部17也是由绝缘材料构成，因此上述螺合部非导通，并且从电极10至芯线夹14的电力供给经由除电极适配器13的螺合部以外的部位进行。这样一来，在容易引起放电的螺合部(表面凹凸剧烈的部分)处的通电就会被完全抑制，从而就能够防止因放电所造成的损伤。
[0046]
在图5所示的形态中，在电极10的顶部形成有螺合部(外螺纹部)，在该螺合部(外螺纹部)的顶部载置有电极适配器13。电极适配器13被在内面形成有螺合部的固定机构部17固定，在设置于该电极适配器13的顶部的凸部处嵌合有形成于芯线夹14的下端部的凹部。由于该固定机构部17也是由绝缘材料构成，因此上述螺合部非导通，并且从电极10至芯线夹14的电力供给经由除电极适配器13的螺合部以外的部位进行。这样一来，在容易引起放电的螺合部(表面凹凸剧烈的部分)处的通电就会被完全抑制，从而就能够防止因放电所造成的损伤。
[0047]
在图6所示的形态中，在电极10的顶部形成有螺合部(外螺纹部)，形成于电极适配器13的内面的螺合部通过绝缘性的固定机构部17螺合于所述螺合部。这时，通过对形成于电极适配器13的内面的螺合部进行绝缘处理，也可以使该电极适配器13的内面区域作为固定机构部17来发挥作用。在电极适配器13的顶部设置有凸部，在该凸部嵌合有形成于芯线夹14的下端部的凹部。在这种情况下，由于该固定机构部17也是由绝缘材料构成，因此上述螺合部非导通，并且从电极10至芯线夹14的电力供给经由除电极适配器13的螺合部以外的部位进行。这样一来，在容易引起放电的螺合部(表面凹凸剧烈的部分)处的通电就会被完全抑制，从而就能够防止因放电所造成的损伤。
[0048]
如上所述，本发明是一种通过西门子法来制造多晶硅的装置，其具备将芯线夹与金属电极进行电连接的电极适配器，并且所述电极适配器与设置在所述金属电极的螺合部之间被设为非导通。
[0049]
此外，本发明是一种通过西门子法来制造多晶硅的装置，其具备将芯线夹与金属电极进行电连接的电极适配器，所述电极适配器通过固定机构部来固定于所述金属电极，并且所述电极适配器与所述固定机构部之间被设为非导通。
[0050]
在这种情况下，所述电极适配器与所述芯线夹可以由相同材料形成。
[0051]
此外，可以将所述电极适配器与所述芯线夹中的至少一方由碳材料来形成。当芯
线夹与电极适配器的连接部彼此都为碳的情况下，在设置它们时可以通过使其滑动来使接触面适应。因此，即使芯线夹与电极适配器的连接部仅是锥形形状也能够充分固定，并且还能够有效地抑制放电。
[0052]
为了有效地对芯线夹进行电力供给，可以在所述电极适配器与所述金属电极的导通部插入例如碳片那样的导电性部件30。
[0053]
可以如图5所示的形态那样构成为将所述电极适配器通过绝缘性夹具来固定于所述金属电极。
[0054]
此外，虽然可以将所述固定机构部整体通过绝缘性材料来形成，但是只要至少其表面被绝缘处理即可。
[0055]
上述的绝缘性材料只要是电阻率远远高于碳的电阻率(约10μωm)的材料即可。而作为这种材料，能够示例例如氮化硅(约1
×
10
15
μωm)或石英玻璃(约1
×
10
18
μωm)。此外，也能够使用锗(约5
×
105μωm)这种程度的电阻率来作为上述绝缘性材料。
[0056]
【实施例】
[0057]
通过西门子法来进行20个批次的使一对多晶硅棒的重量生长至80～200kg的反应，在确认金属电极中是否有被认为是放电原因所造成的缺损后的结果是：在使用了图3所示的结构(固定机构部由氮化硅组成)后没有发现金属电极的缺损，而在使用了图1所示的结构后在相当于10％的2个批次中发现了破损部位，在引起了这些破损的批次中，确认有可能是因金属电极的螺纹放电而造成的破损。
[0058]
本发明提供能够在金属电极及芯线夹之间进行稳定通电的电极适配器。
[0059]
符号说明
[0060]1ꢀꢀ
钟罩
[0061]2ꢀꢀ
观察窗
[0062]3ꢀꢀ
冷却媒介入口(钟罩)
[0063]4ꢀꢀ
冷却媒介出口(钟罩)
[0064]5ꢀꢀ
基板
[0065]6ꢀꢀ
冷却媒介入口(钟罩)
[0066]7ꢀꢀ
冷却媒介出口(钟罩)
[0067]8ꢀꢀ
反应废气出口
[0068]9ꢀꢀ
原料气体供给喷嘴
[0069]
10、20
ꢀꢀ
金属电极
[0070]
11
ꢀꢀ
冷却媒介入口(电极)
[0071]
12
ꢀꢀ
冷却媒介出口(电极)
[0072]
13、23
ꢀꢀ
电极适配器
[0073]
14、24
ꢀꢀ
芯线夹
[0074]
15
ꢀꢀ
硅芯线
[0075]
16
ꢀꢀ
多晶硅
[0076]
17
ꢀꢀ
固定机构部
[0077]
30
ꢀꢀ
导电性部件
[0078]
100
ꢀꢀ
反应炉