專利名稱：晶種保持構件及使用該晶種保持構件的多結晶硅制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及設置在利用西門子法制造多結晶硅的爐內并對作為種棒的硅芯材 (晶種)的下端部進行保持的晶種保持構件及使用該晶種保持構件的多結晶硅制造方法。
背景技術：
作為半導體材料的高純度的多結晶硅目前主要通過西門子法制造(參照下述的專利文獻1)。具體說明，在制造多結晶硅的反應爐內豎立設置多根作為種棒的倒U字型的硅芯材(以下，稱為晶種)，該晶種的兩端部經由晶種保持構件支承在爐底部的電極上。并且，通過電極及晶種保持構件對晶種通電。通過這樣對晶種進行通電，從而晶種成為高溫， 爐內的氯硅烷類及氫進行反應而在晶種的表面析出多結晶硅。隨著該反應進行而成長為多結晶硅棒。這樣，在多結晶硅析出后，將晶種保持構件折損，并將附著有多結晶硅的晶種向爐外取出，然后，進行晶種保持構件與多結晶硅的分開作業(yè)，從而將多結晶硅取出。先行技術文獻專利文獻專利文獻1日本專利2867306號公報如上所述，需要在附著多結晶硅后進行折損晶種保持構件的作業(yè)，但因晶種保持構件的強度高所以折損時的破壞載荷非常大。此外，由于可能對析出的多結晶硅造成污染， 因此無法進行例如利用敲擊某物的沖擊的折離作業(yè)，而是一個一個地進行手工作業(yè)。因此， 對于制造者而言，晶種保持構件的折離作業(yè)成為大的負擔。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述情況作出的。其目的在于提供一種晶種保持構件及使用該晶種保持構件的多結晶硅制造方法，所述晶種保持構件通過在晶種保持構件表面的任意部位形成折離用凹部，從而在施加破壞載荷時在該凹部產生應力集中，能夠以比以往小的負荷進行折離作業(yè)，能夠實現勞力及時間的減少。為了實現上述目的，本發(fā)明為一種晶種保持構件，其安裝于在利用西門子法制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上，是對作為種棒的晶種的下端部進行保持的石墨制的晶種保持構件，其特征在于，在外周面的任意部位形成有折離用凹部。在此，“外周面”是指在晶種保持于晶種保持構件上的狀況下的晶種保持構件的側面。通過形成該凹部，能夠在任意位置有意識地形成低強度的部分。在此，“凹部”是指包括洞、孔、槽等的概念。洞或孔的個數和大小等可以任意確定以達到期望的強度。晶種保持構件的強度可以通過形成洞或孔等而下降到需要的值。由此，在施加破壞載荷時，在該凹部產生應力集中，能夠以比以往小的負荷進行折離作業(yè)。更優(yōu)選，該凹部由折離用槽形成。如上述那樣，通過在晶種保持構件的外周面形成折離用槽，從而在施加破壞載荷時，在該槽處產生應力集中，能夠以比以往小的負荷進行折離作業(yè)。需要說明的是，晶種保持構件的形狀沒有特定的局限，并且，折離用槽的槽深度、 槽形狀等也沒有特定的局限，但需要形成為在施加負荷時能夠產生應力集中的程度。高度方向上的該槽形成位置優(yōu)選為比在晶種表面上析出的多結晶硅成長而遮蓋晶種保持構件的前端部表面的部分靠下方的范圍。其主要的理由在于，由于在晶種表面析出的多結晶硅成長為埋住晶種保持構件的前端部甚至折離用槽，可能在施加破壞載荷時在該槽處沒有產生應力集中而無法得到發(fā)明效果。更優(yōu)選，折離用槽形成在距離晶種保持構件前端30mm以下處。其理由是，析出作業(yè)很少能進行到析出的多結晶硅的結晶成長到覆蓋晶種保持構件 30mm以上的狀態(tài)。進而，折離用槽可以沿晶種保持構件的周向延伸(換言之，折離用槽可以存在于晶種保持構件的相對于軸芯傾斜的平面內)，此外，更優(yōu)選折離用槽存在于晶種保持構件的相對于軸芯垂直的平面內。這是因為折離用槽的形成加工最容易。例如，作為折離用槽形成加工法，可以通過使切削工具與晶種保持構件接觸并使晶種保持構件旋轉這樣簡單的加工來形成折離用槽。在現有的晶種保持構件的折離作業(yè)中，破裂的部位和破裂的傳播方向千差萬別。 因此，破裂時常在晶種表面析出的多結晶硅的結晶成長至覆蓋晶種保持構件表面的部位傳播。若產生附著有晶種保持構件和硅結晶的破片，則必須對該破片另行進行多結晶硅與晶種保持構件的分開作業(yè)，導致作業(yè)負擔的增加。通過在晶種保持構件的表面形成折離用槽， 在施加破壞載荷時在該槽處產生應力集中而產生破裂。并且，破裂沿著該槽傳播。通過根據不同的情況設計折離用槽的位置和延伸的方向，能夠緩和以往的不良情況。所述折離用槽的周向上的形成范圍可以為周向整周或其一部分。通常，以使晶種保持構件沿固定的方向折斷的方式施加破壞載荷。因此，在僅局部形成有折離用槽的情況下，優(yōu)選將晶種保持構件設置成在施加破壞載荷的方向(負荷力矩)的一側具有槽。這是因為，能夠在施加破壞載荷時在折離用槽處最大限度地利用應力集中而以比以往小的負荷折斷晶種保持構件。在局部形成折離用槽在晶種保持構件的外徑細的情況下尤為有效。在局部形成折離用槽的情況下，能夠在確保晶種保持構件的強度的同時防止在通電時過度的電壓施加在形成有折離用槽的部分，能夠防止過熱的不良情況。在因形成該槽而使晶種保持構件的強度過弱時，可能因意外的沖擊導致破損。此外，在晶種保持構件的一部分發(fā)生過熱時，可能因該熱而熔解硅結晶。優(yōu)選所述晶種保持構件的前端形成為截頭圓錐臺狀。當采用這樣的結構時，與前端為圓柱狀的情況相比，從覆蓋晶種保持構件前端的硅結晶挖出晶種保持構件的作業(yè)因石墨的量少而變容易。雖然晶種保持構件前端部可能比形成有折離用槽的部位細，但因通電時電流向晶種流動，因此不會發(fā)生過熱的不良情況。此外，為了實現上述目的，本發(fā)明還可以是以下的多結晶硅制造方法。即，本發(fā)明的多結晶硅制造方法的特征在于，具有預先在對作為種棒的晶種的下端部進行保持的晶種保持構件的外周面的任意部位形成折離用凹部，將形成有該凹部的晶種保持構件安裝于在制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上的步驟；在晶種的表面析出多結晶硅的步驟； 在晶種的表面析出多結晶硅后，從凹部折損晶種保持構件，并將附著有多結晶硅的晶種取出到爐外的步驟；從取出到爐外的晶種進行晶種保持構件和多結晶硅的分離作業(yè)的步驟。優(yōu)選該凹部為折離用槽。此外，本發(fā)明的多結晶硅制造方法的特征還可以在于，具有預先在對作為種棒的晶種的下端部進行保持的晶種保持構件的外周面的任意部位形成折離用凹部，將形成有該凹部的晶種保持構件安裝于在制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上的步驟；在晶種的表面析出多結晶硅的步驟；在多結晶硅析出后，在保持晶種的狀態(tài)下從電極部拆下晶種保持構件而取出到爐外的步驟；在取出到爐外后，從凹部將晶種保持狀態(tài)的晶種保持構件折損，進行晶種保持構件與多結晶硅的分離作業(yè)的步驟。優(yōu)選該凹部為折離用槽。發(fā)明效果根據本發(fā)明，通過在晶種保持構件的外周面的任意部位形成折離用凹部，從而在施加破壞載荷時在該凹部產生應力集中，能夠以比以往小的負荷進行折離作業(yè)。


圖1是在本發(fā)明所涉及的多結晶硅制造方法中使用的制造裝置的示意結構圖。圖2是在圖1的制造裝置中使用的晶種保持構件的俯視圖。圖3是圖2的Al-Al線向視剖視圖。圖4是表示晶種保持構件的折損時的破裂狀態(tài)的圖。圖5是表示實驗例的結構的圖。圖6是表示槽深度和破壞載荷的關系的圖表。圖7是表示現有例的晶種保持構件在折損時產生了包括晶種保持構件和硅結晶的破片的狀態(tài)的示意圖。
具體實施例方式以下，根據實施方式詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，本發(fā)明不局限于以下的實施方式。(實施方式1)圖1是在本發(fā)明所涉及的多結晶硅制造方法中使用的制造裝置的示意結構圖。圖 2是在圖1的制造裝置中使用的晶種保持構件的俯視圖。圖3是圖2的Al-Al線向視剖視圖。如圖1所示，反應爐1以覆蓋爐底2的方式設置有鐘形罩(《^ ” ~ )3，其，內部被密閉。在爐內豎立設置有多根作為種棒的倒U字型的硅芯材(以下，稱為晶種)4，該晶種4的兩端部經由晶種保持構件6支承于爐底部的電極部5。即，在電極部5的前端安裝有由石墨 (各向同性石墨、各向異性石墨中的任一種均可)構成的晶種保持構件6，晶種4的下端部插入該晶種保持構件6。在爐底2設置有向爐內的晶種4供給原料氣體的噴嘴7和排出爐內的廢氣的排出口 8。需要說明的是，在圖1中，20表示在晶種4的表面析出有硅的硅析出部。晶種保持構件6的形狀包括各種形狀，如電極載置部(相當于后述的臺座部6a) 較粗的圖3所示那樣的形狀、在后述的實驗中使用的圖5所示那樣的同一圓柱狀的形狀。在本實施方式中，例示出圖3所示的形狀。即，晶種保持構件6包括具有供電極部5插入的第一嵌合孔10的臺座部6a、與臺座部6a相連的主體部6b、與主體部6b相連的前端部6c。 晶種保持構件6因被通電而被施加了整體均一的電源，并且從整體強度等理由考慮，臺座
5部6a、主體部6b和前端部6c更優(yōu)選圓柱而非多棱柱等。更優(yōu)選設定晶種保持構件6的從主體部6b的軸芯到外周面的最短距離為1. 5cm以上且最長距離為5cm以內的范圍內。前端部6c更優(yōu)選為截頭圓錐臺狀。這是因為，在晶種保持構件6與多結晶硅的分離作業(yè)中， 由于石墨的量少，所以從覆蓋晶種保持構件前端的硅結晶挖出晶種保持構件的作業(yè)變得容
易ο在臺座部6a上形成有除氣用孔11。在前端部6c上形成有供晶種4的下端部插入的第二嵌合孔13。該第二嵌合孔13在前端面具有開口，其沿著晶種保持構件6的軸芯方向延伸。此外，在前端部6c形成有貫通孔14，在該貫通孔14中螺入用于固定插入于第二嵌合孔13中的晶種4的固定螺釘15。在此應當注意的是，在晶種保持構件6的外周面上形成有折離用槽16。通過這樣形成折離用槽16，從而存在強度上的弱點。因此，在折損晶種保持構件6時，通過破壞載荷在折離用槽16處產生應力集中，能夠利用比以往小的負荷進行折離作業(yè)。此外，產生的破裂沿著折離用槽16向固定方向傳播。其結果是，能夠防止向不希望的方向傳播破裂地將晶種保持構件6折斷。由于能夠防止產生包括晶種保持構件和多結晶硅的破片，因此能夠實現折離作業(yè)的減輕。需要說明的是，在折離用槽16形成在比插入晶種保持構件6中的晶種4的下端靠下側的位置的本實施方式的情況下，成為圖4(1)那樣的破裂狀態(tài)。在折離用槽16形成在比插入晶種保持構件6中的晶種4的下端靠上側的位置時(后述的實驗例的情況)，成為圖 4(2)那樣的破裂狀態(tài)。在圖4(1)、⑵任一種破裂狀態(tài)下，都能夠防止如圖7所示那樣破裂在晶種表面析出的多結晶硅的結晶以覆蓋晶種保持構件的方式成長的部位傳播而形成包括石墨和硅的破片，能夠顯著減少晶種保持構件與多結晶硅的分離作業(yè)的勞力和時間。接下來，對折離用槽16、具體而言對槽深度、槽形狀、高度方向上的槽形成位置、圓周向上的槽形成位置進行說明。(1)折離用槽16的槽深度槽深度沒有特別的局限，只要計算出折損時的基于應力集中的負荷并與晶種保持構件6的外徑配合地確定槽的深度即可。(2)折離用槽16的槽形狀槽形狀可以為任意形狀。例如，可以為圓形槽、矩形槽、V形槽等任一種。(3)折離用槽16的高度方向上的槽形成位置折離用槽16優(yōu)選在晶種保持構件6的表面形成于比從晶種表面析出的硅結晶的成長部靠下側的位置。換言之，折離用槽16的高度方向上的形成位置優(yōu)選在下述范圍內， 所述范圍是比在晶種表面上析出的硅結晶成長并覆蓋遮隱晶種保持構件6的前端部的部分靠下方的范圍。更優(yōu)選折離用槽16形成在距離晶種保持構件6的前端30mm以下處。其理由是， 析出作業(yè)很少進行到成長至析出的多結晶硅的結晶從前端將晶種保持構件6覆蓋30mm以上的覆蓋狀態(tài)。進而，形成在比供固定螺釘15插入的貫通孔14靠上側的位置更容易在從硅結晶挖出晶種保持構件6時進行作業(yè)。(4)折離用槽16的圓周方向上的槽形成位置
可以在晶種保持構件6的外周面的周向整周形成，也可以在其一部分上形成。需要說明的是，折離用槽16可以沿著晶種保持構件6的周向延伸(換言之，折離用槽16存在于晶種保持構件6的相對于軸芯傾斜的平面內)，優(yōu)選折離用槽16存在于晶種保持構件6的相對于軸芯垂直的平面內。接下來，對使用上述結構的制造裝置來制造多結晶硅的方法進行說明。制造多結晶硅的方法基本上與現有例相同。即，晶種4通過電極5及晶種保持構件6而被通電，被加熱到表面為1000°C以上的赤熱程度。向爐內供給的原料氣體與赤熱的晶種4的表面接觸而熱分解或氫還原，由此在晶種4的表面析出多結晶硅。隨著該反應的進行而成長為多結晶硅棒。這樣，在多結晶硅析出后，通過折離用槽16將晶種保持構件6折損，將附著有多結晶硅的晶種4取出到爐外。在施加破壞載荷而折損該晶種保持構件6時，在折離用槽16處產生應力集中，能夠通過比以往小的負荷來進行折離作業(yè)。此外，破裂沿著該槽傳播。因此， 能夠防止破裂傳播至晶種保持構件表面上成長附著有硅結晶的部位，能夠防止包括石墨和硅的破片的產生，顯著地減少晶種保持構件和多結晶硅的分離作業(yè)的勞力和時間。需要說明的是，作為上述的制造例，在多結晶硅析出后，從折離用槽16折損晶種保持構件6，將附著有多結晶硅的晶種4取出到爐外，但也可以在多結晶硅析出后，在保持晶種4的狀態(tài)下直接將晶種保持構件6從電極部5拆下并取出到爐外，然后，從折離用槽16 將保持有晶種4的狀態(tài)的晶種保持構件6折損，進行晶種保持構件與多結晶硅的分離作業(yè)。(實驗例)如圖5所示，使荷重跨度為lm，折離用槽16遍及整周形成，并且對槽深度為0cm、 1. OcmU. 5cm的三種晶種保持構件6分別作用載荷而測定破壞載荷，其結果在表1及圖6中示出。需要說明的是，在本實驗中，作為晶種保持構件6使用圖5所示的不具有臺座部6a 的同一圓柱狀型的構件進行了實驗。此外，在本實驗中，對于不具有貫通孔14的情況也進行了與具有貫通孔14的情況同樣的實驗，因此其結果也一并在表1及圖6中記載。需要說明的是，在圖6中，三角標記表示具有貫通孔14的情況的破壞載荷的測定值，四角標記表示不具有貫通孔14的情況的破壞載荷的測定值。表1
權利要求
1.一種晶種保持構件，其安裝于在利用西門子法制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上，是對作為種棒的晶種的下端部進行保持的石墨制的晶種保持構件，其特征在于，在外周面的任意部位形成有折離用凹部。
2.根據權利要求1所述的晶種保持構件，其特征在于， 所述凹部為折離用槽。
3.根據權利要求2所述的晶種保持構件，其特征在于， 所述折離用槽的周向上的形成范圍為周向整周或其一部分。
4.根據權利要求2或3所述的晶種保持構件，其特征在于， 所述折離用槽沿著晶種保持構件外周面的周向延伸。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的晶種保持構件，其特征在于，所述折離用槽在晶種保持構件的表面形成于比從晶種表面析出的硅結晶的成長部靠下側的位置。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的晶種保持構件，其特征在于， 所述晶種保持構件的前端形成為截頭圓錐臺狀。
7.一種多結晶硅制造方法，通過西門子法制造多結晶硅，其特征在于，具有預先在對作為種棒的晶種的下端部進行保持的晶種保持構件的外周面的任意部位形成折離用凹部，將形成有該凹部的晶種保持構件安裝于在制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上的步驟；在晶種的表面析出多結晶硅的步驟；在晶種的表面析出多結晶硅后，從凹部折損晶種保持構件，并將附著有多結晶硅的晶種取出到爐外的步驟；從取出到爐外的晶種進行晶種保持構件和多結晶硅的分離作業(yè)的步驟。
8.一種多結晶硅制造方法，通過西門子法制造多結晶硅，其特征在于，具有預先在對作為種棒的晶種的下端部進行保持的晶種保持構件的外周面的任意部位形成折離用凹部，將形成有該凹部的晶種保持構件安裝于在制造多結晶硅的爐的底部設置的電極部上的步驟；在晶種的表面析出多結晶硅的步驟；在多結晶硅析出后，在保持晶種的狀態(tài)下從電極部拆下晶種保持構件而取出到爐外的步驟；在取出到爐外后，從凹部將晶種保持狀態(tài)的晶種保持構件折損，進行晶種保持構件與多結晶硅的分離作業(yè)的步驟。
9.根據權利要求7或8所述的多結晶硅制造方法，其特征在于， 所述凹部為折離用槽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種晶種保持構件及使用該晶種保持構件的多結晶硅制造方法，通過在任意部位形成折離用凹部，在施加破壞載荷時能夠在該凹部產生應力集中，從而以比以往小的負荷進行折斷。此外，通過沿著該凹部傳播破裂，能夠防止在不希望的晶種保持構件的部位傳播破裂，能夠實現晶種保持構件與多結晶硅的分離作業(yè)的勞力和時間的減少。石墨制晶種保持構件(6)設置在利用西門子法制造多結晶硅的爐的底部，且保持作為種棒的晶種(4)的下端部，在石墨制晶種保持構件(6)的外周面形成有折離用槽(16)。晶種保持構件(6)包括具有供電極部(5)插入的第一嵌合孔(10)的圓柱狀臺座部(6a)、直徑比臺座部(6a)的直徑小的圓柱狀主體部(6b)、與主體部(6b)相連且具有供晶種(4)的下端部插入的第二嵌合孔(13)的截頭圓錐臺狀前端部(6c)。
文檔編號C01B31/04GK102482104SQ20108003906
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權日2009年9月2日
發(fā)明者泉宮正樹, 石崎淳 申請人:東洋炭素株式會社