專(zhuān)利名稱(chēng)：鐘罩清潔化方法、多晶硅的制造方法以及鐘罩用干燥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多晶硅的制造的鐘罩的清潔化技術(shù)，更詳細(xì)而言，涉及能夠有效地除去成為多晶硅中混入雜質(zhì)的原因的鐘罩內(nèi)壁面的水分的方法以及裝置。
背景技術(shù)：
高純度多晶硅是半導(dǎo)體器件制造用單晶硅基板和太陽(yáng)能電池制造用原料。高純度多晶硅通常通過(guò)如下方法(西門(mén)子法)分批式地制造，即通過(guò)熱分解或氫還原使作為原料氣體的含硅反應(yīng)氣體形成高純度硅，并使其在細(xì)的硅絲棒上析出。其中，作為含硅反應(yīng)氣體，使用單硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷等氣體、和通常用SiHnX4_n(n=0、l、2、3，X=Br> I)標(biāo)記的鹵素氣體。
用于制造高純度多晶硅的通常的析出反應(yīng)容器，由金屬性底板(基板)和設(shè)置于該基板上的金屬性鐘罩構(gòu)成，鐘罩的內(nèi)部成為反應(yīng)空間。析出反應(yīng)容器必須是能夠冷卻、并且能夠?qū)㈢娬謨?nèi)部的氣體密閉的容器。這是由于，上述反應(yīng)氣體具有腐蝕性，而且具有與空氣混合弓I起起火和爆炸的傾向。然而，在利用析出反應(yīng)容器進(jìn)行多晶硅的析出反應(yīng)時(shí)，在CVD工藝中，通過(guò)均勻成核工藝形成無(wú)定形的硅灰，硅在析出反應(yīng)容器的內(nèi)表面附著等。該硅灰含有高水平的污染物質(zhì)，在作為制品的多晶硅上沉積，從而造成表面缺陷和污染(參照日本特開(kāi)平6-216036號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。另外，上述多晶硅的析出反應(yīng)分批式地進(jìn)行，因此，在將多晶硅從鐘罩中取出時(shí)，無(wú)法避免鐘罩的內(nèi)表面與大氣接觸。在多晶硅析出反應(yīng)后的鐘罩內(nèi)表面上，殘留有作為原料氣體的含硅反應(yīng)氣體以及由析出反應(yīng)副生成的氯硅烷類(lèi)和鹵素氣體類(lèi)，已知一旦它們與大氣中的水分反應(yīng)，則成為顯示強(qiáng)腐蝕性的氣體。上述腐蝕性氣體使降低多晶硅的品質(zhì)的有害物質(zhì)(例如，硼、鋁、磷、砷、銻等)從上述鐘罩的內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中露出并活化。而且，這樣的有害物質(zhì)在下一批的析出反應(yīng)工藝中進(jìn)入多晶硅中，使多晶硅的品質(zhì)降低(例如，參照日本特開(kāi)2008-37748號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。鑒于這種情況，每一批或每幾批，使用高純度的水和二氧化碳顆粒進(jìn)行析出鐘罩的清洗，實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面的清潔化。另一方面，對(duì)于鐘罩而言，由于內(nèi)表面面積較大、在構(gòu)造上擦拭操作困難等原因，通常使用自動(dòng)化的清洗裝置。上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2和日本特開(kāi)2009-196882號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)中，公開(kāi)了這樣的清洗裝置以及使用該裝置的清洗方法的發(fā)明?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平6-216036號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2008-37748號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2009-196882號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問(wèn)題對(duì)于用于多晶硅制造的析出反應(yīng)爐(鐘罩)而言，為了從內(nèi)部取出制品，每一批均被打開(kāi)。而且，每一批或每幾批進(jìn)行清洗來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面的清潔化。應(yīng)當(dāng)通過(guò)清洗除去的是在鐘罩的內(nèi)表面上附著的非晶硅和氯硅烷聚合物等，但已知它們與水分反應(yīng)最終得到微粉狀物質(zhì)，完全除去被該微粉狀物質(zhì)吸收的水分非常困難?！ち硗?，根據(jù)本發(fā)明人的研究可知，對(duì)于使用蒸汽等對(duì)鐘罩進(jìn)行加熱的同時(shí)用高純度氮?dú)獾戎脫Q鐘罩內(nèi)部的現(xiàn)有的清洗方法而言，難以在短時(shí)間內(nèi)完全除去水分，而另一方面，如果延長(zhǎng)干燥時(shí)間，下一批制造的多晶硅的品質(zhì)容易降低。本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的鐘罩清潔化技術(shù)的問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種技術(shù)，即從鐘罩內(nèi)表面上有效地除去水分，使鐘罩的清潔化在短時(shí)間內(nèi)完成，結(jié)果通過(guò)提聞鐘罩內(nèi)表面的清潔度而有助于聞純度多晶娃的制造。用于解決問(wèn)題的方法為了解決這樣的問(wèn)題，本發(fā)明的鐘罩的清潔化方法是在利用西門(mén)子法的多晶硅制造中使用的鐘罩的清潔化方法，其中，上述鐘罩的使用水的清洗工序后，具備干燥工序，即以使該鐘罩內(nèi)部達(dá)到低于內(nèi)表面溫度下的水的蒸氣壓的壓力的方式進(jìn)行減壓來(lái)除去水分。優(yōu)選的是，上述干燥工序如下使用具有200Pa以下的真空達(dá)到能力的真空泵，進(jìn)行使上述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下的減壓操作。本發(fā)明的鐘罩的清潔化方法，優(yōu)選繼上述干燥工序之后具備向上述鐘罩的內(nèi)部導(dǎo)入降低了水分的高純度惰性氣體來(lái)使內(nèi)壓回到大氣壓的工序。本發(fā)明的多晶硅的制造方法，多次反復(fù)進(jìn)行利用西門(mén)子法的多晶硅的析出工序，所述制造方法的特征在于，在上述析出工序結(jié)束后且在下一批的析出工序之前，具有對(duì)用于上述多晶硅的析出的鐘罩進(jìn)行清潔化的工序，該鐘罩的清潔化工序具備使用水對(duì)上述鐘罩進(jìn)行清洗的水清洗工序和繼該水清洗工序之后的干燥工序，上述干燥工序如下在上述水清洗工序后，使用具有200Pa以下的真空達(dá)到能力的真空泵，進(jìn)行使上述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下的減壓操作，由此，以使上述鐘罩內(nèi)部達(dá)到低于內(nèi)表面溫度下的水的蒸氣壓的壓力的方式進(jìn)行減壓來(lái)除去水分，并且將從上述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為I. 2小時(shí)以下。優(yōu)選的是，上述鐘罩的清潔化工序，繼上述干燥工序之后，還具備向上述鐘罩的內(nèi)部導(dǎo)入降低了水分的高純度惰性氣體來(lái)使內(nèi)壓回到大氣壓的工序。另外，優(yōu)選的是，將從上述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為O. 8小時(shí)以下。進(jìn)一步優(yōu)選將從上述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為O. 4小時(shí)以下。本發(fā)明中，例如使上述干燥工序在上述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下后經(jīng)過(guò)5分鐘的時(shí)間點(diǎn)結(jié)束。本發(fā)明的鐘罩用干燥裝置，用于使利用西門(mén)子法的多晶硅制造中使用的鐘罩干燥，所述干燥裝置的特征在于，該裝置能夠通過(guò)載置上述鐘罩來(lái)形成氣密空間，同時(shí)具有用于對(duì)上述氣密空間內(nèi)的氣壓進(jìn)行減壓的真空管路、和用于使上述氣密空間內(nèi)的氣壓回到常壓的干燥氣體管路。發(fā)明效果本發(fā)明中，采用通過(guò)將鐘罩內(nèi)部的壓力降低至水的沸點(diǎn)以下來(lái)有效地除去水分的方法，來(lái)代替通過(guò)提高鐘罩表面的溫度除去水分的現(xiàn)有方法，因此，能夠從鐘罩內(nèi)表面上有效地除去水分，并且使鐘罩的清潔化在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束。其結(jié)果，使鐘罩內(nèi)表面的清潔度提聞，極大有助于所制造的聞純度多晶娃的品質(zhì)提聞。


圖I是用于對(duì)本發(fā)明的鐘罩干燥裝置的構(gòu)成例進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖2是用于對(duì)考察鐘罩的打開(kāi)時(shí)間與多晶硅的電阻率的關(guān)系的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明的圖?！D3是用于對(duì)考察從鐘罩的水清洗工序結(jié)束后至作為下一批多晶硅制造用反應(yīng)爐組裝而使內(nèi)部達(dá)到真空狀態(tài)的時(shí)間與多晶硅的電阻率的關(guān)系的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖4是用于對(duì)蒸汽干燥中使用的鐘罩干燥裝置的構(gòu)成例進(jìn)行說(shuō)明的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參考附圖，對(duì)本發(fā)明的鐘罩清潔化方法以及鐘罩干燥裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖I是用于對(duì)本發(fā)明的鐘罩干燥裝置的構(gòu)成例進(jìn)行說(shuō)明的圖。該鐘罩干燥裝置為用于多晶硅制造的鐘罩的干燥裝置，鐘罩具備金屬性鐘罩I和用于設(shè)置該鐘罩I的金屬性底板(基板)2，通過(guò)用符號(hào)3表示的填料使容器內(nèi)部密閉。設(shè)置于基板2上的狀態(tài)的鐘罩I的內(nèi)部成為用于多晶硅的析出反應(yīng)的空間。在基板2上連接壓力計(jì)4、氣體導(dǎo)入管路5、氣體排氣管路6，使鐘罩I的內(nèi)部壓力的監(jiān)測(cè)以及氣體的導(dǎo)入和排氣成為可能。在氣體排氣管路6的路線上設(shè)置有真空泵7，通過(guò)該真空泵7能夠?qū)㈢娬值膬?nèi)部壓力減壓至低于水的蒸氣壓。通常，在真空泵7的吸入側(cè)設(shè)置自動(dòng)閥等，以使真空泵7停止時(shí)真空泵7內(nèi)的油分等不會(huì)逆流至鐘罩I側(cè)。但是，在多次反復(fù)真空泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止時(shí)，也已知油分等順著配管內(nèi)表面逆流的現(xiàn)象等。因此，真空泵7優(yōu)選為干燥真空泵等低污染型的真空泵。另外，對(duì)于真空泵的能力而言，配合所使用的鐘罩的大小來(lái)選擇排氣能力即可，只要是具有約200Pa以下的真空達(dá)到能力的真空泵即可。需要說(shuō)明的是，圖I所示的方式中，用于多晶硅制造的鐘罩本身也構(gòu)成干燥裝置的一部分，但本發(fā)明并不限定于該方式。如上所述，本發(fā)明中，通過(guò)真空泵7以使鐘罩的內(nèi)部壓力低于水的蒸氣壓的方式進(jìn)行減壓，由此，有效地進(jìn)行水分的除去，在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束鐘罩的干燥。如上所述，在多晶硅的析出反應(yīng)中使用的鐘罩的內(nèi)表面上附著有微量的非晶硅和氯硅烷聚合物等，它們?cè)谒值拇嬖谙率箤?duì)上述多晶硅的品質(zhì)有害的物質(zhì)從鐘罩表面露出并活化，成為鐘罩的清潔化的障礙。因此，為了制造高純度的多晶硅，需要在清洗結(jié)束后有效地除去在鐘罩的內(nèi)表面上附著的水分，從而抑制上述污染物質(zhì)的產(chǎn)生。本發(fā)明人反復(fù)進(jìn)行研究，采用通過(guò)將鐘罩內(nèi)部的壓力降低至水的沸點(diǎn)以下來(lái)有效地除去水分的方法，來(lái)代替通過(guò)提高鐘罩表面的溫度來(lái)除去水分的現(xiàn)有方法。
采用該方法的優(yōu)點(diǎn)首先在于由除去水分的高效化帶來(lái)的干燥時(shí)間的縮短。鐘罩的清潔化操作時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，鐘罩內(nèi)部處于打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間必然延長(zhǎng)，可以認(rèn)為成為降低鐘罩內(nèi)壁的清潔度的主要原因。干燥時(shí)間的縮短化是指清潔化操作時(shí)間的縮短化，因此對(duì)鐘罩內(nèi)壁的清潔度的提高有效。此外，根據(jù)本發(fā)明人的研究，在多晶硅制造工序結(jié)束后對(duì)鐘罩進(jìn)行清潔化后，在進(jìn)入之后的多晶硅制造工序的準(zhǔn)備的階段的鐘罩內(nèi)壁的清潔度，與其說(shuō)依賴(lài)于這期間的鐘罩內(nèi)部的總打開(kāi)時(shí)間，不如說(shuō)依賴(lài)于從鐘罩清洗后至干燥結(jié)束的時(shí)間。因此，像現(xiàn)有干燥方法那樣干燥工序需要長(zhǎng)時(shí)間的情況下，無(wú)法維持鐘罩內(nèi)壁清潔，在之后的制造工序中，使多晶硅的品質(zhì)降低的風(fēng)險(xiǎn)提高。從這層意義來(lái)看，通過(guò)使鐘罩內(nèi)表面的水分除去變高效來(lái)縮短干燥時(shí)間，對(duì)于制造高純度的多晶硅極有效。需要說(shuō)明的是，對(duì)于鐘罩的干燥狀態(tài)，作為最簡(jiǎn)便的方法，可以通過(guò)減壓表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。更準(zhǔn)確的干燥狀態(tài)的判定，可以根據(jù)減壓度進(jìn)行。具體而言，由于水分的蒸發(fā)結(jié)束，可以通過(guò)減壓度達(dá)到包含真空泵和鐘罩的干燥裝置固有的值來(lái)判定。 另外，在中途停止鐘罩的減壓干燥，利用干燥氣體回到常壓，然后，測(cè)定達(dá)到常壓的干燥裝置內(nèi)的氣體的露點(diǎn)，由此也能夠確認(rèn)裝置的干燥狀態(tài)?；谶@樣的數(shù)據(jù)，例如，也可以制作用于使露點(diǎn)為-40°C以下或者_(dá)60°C以下的干燥工序的操作標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行大型的鐘罩、特別是Im3以上的容量的鐘罩的干燥的情況下，通過(guò)如上所述的解除減壓來(lái)確認(rèn)干燥狀態(tài)在實(shí)用上較難。因此，優(yōu)選在減壓狀態(tài)下直接監(jiān)測(cè)干燥狀態(tài)。這樣的情況下，通過(guò)減壓度進(jìn)行干燥狀態(tài)的確認(rèn)，例如，將減壓度達(dá)到IOOOPa以下后經(jīng)過(guò)5分鐘的時(shí)間點(diǎn)作為露點(diǎn)達(dá)到_40°C以下的時(shí)間點(diǎn)，設(shè)定為干燥結(jié)束等。除了上述干燥時(shí)間的縮短化的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有不需要用于加熱的蒸汽的優(yōu)點(diǎn)。鐘罩逐年大型化，該大型化使鐘罩自身的熱容量增大。而且，通常在鐘罩中設(shè)置有內(nèi)部包含冷卻水和熱介質(zhì)的夾套，因此，用于加熱鐘罩的總熱容量進(jìn)一步增大。要通過(guò)蒸汽加熱使這樣的大熱容量的鐘罩干燥時(shí)，不僅需要提高蒸汽溫度，而且設(shè)備也變得大規(guī)模。另外，在夾套中直接導(dǎo)入蒸汽的情況下，還需要之后的抽出操作等。相對(duì)于此，如本發(fā)明所述，在采用通過(guò)將鐘罩內(nèi)部的壓力降低至水的沸點(diǎn)以下來(lái)有效地除去水分的方法的情況下，優(yōu)選鐘罩整體的熱容量大。這是由于，即使由于水分的蒸發(fā)而奪走熱量，鐘罩內(nèi)表面的溫度也不易發(fā)生變化。采用將鐘罩內(nèi)壓力降低至水的沸點(diǎn)以下來(lái)除去水分的方法的優(yōu)點(diǎn)還在于，能夠大幅節(jié)約干燥操作中消耗的高純度氣體的量。對(duì)于現(xiàn)有的蒸汽加熱方式而言，作為用于將蒸發(fā)的水分向鐘罩外部排出的載氣和用于防止除去水分后的鐘罩內(nèi)部再吸附水分等的置換氣體，需要大量高純度的惰性氣體。相對(duì)于此，根據(jù)通過(guò)使鐘罩內(nèi)部達(dá)到減壓狀態(tài)來(lái)除去水分的上述方法，為了將水分向鐘罩外部排出，不需要特意使用載氣，而且，鐘罩內(nèi)部向惰性氣體的置換，僅通過(guò)在干燥操作結(jié)束后使鐘罩內(nèi)部回到大氣壓時(shí)使用高純度惰性氣體，就能夠充分地達(dá)到目的。以下，對(duì)本發(fā)明的通過(guò)縮短清潔化工序所需要的時(shí)間帶來(lái)的多晶硅的高品質(zhì)化進(jìn)行說(shuō)明。表I基于12批次多晶硅制造，對(duì)考察鐘罩的打開(kāi)時(shí)間以及從鐘罩的水清洗工序結(jié)束后至作為下一批多晶硅制造用反應(yīng)爐組裝的時(shí)間、和多晶硅的電阻率的結(jié)果進(jìn)行了歸納。
表I
權(quán)利要求
1.一種鐘罩清潔化方法，是在利用西門(mén)子法的多晶硅制造中使用的鐘罩的清潔化方法，其中，所述鐘罩的使用水的清洗工序后，具備干燥工序，即以使該鐘罩內(nèi)部達(dá)到低于內(nèi)表面溫度下的水的蒸氣壓的壓力的方式進(jìn)行減壓來(lái)除去水分。
2.如權(quán)利要求I所述的鐘罩清潔化方法，其中，所述干燥工序如下使用具有200Pa以下的真空達(dá)到能力的真空泵，進(jìn)行所述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下的減壓操作。
3.如權(quán)利要求I或2所述的鐘罩清潔化方法，其中，繼所述干燥工序之后具備向所述鐘罩的內(nèi)部導(dǎo)入降低了水分的高純度惰性氣體來(lái)使內(nèi)壓回到大氣壓的工序。
4.一種多晶硅的制造方法，多次反復(fù)進(jìn)行利用西門(mén)子法的多晶硅的析出工序，所述制造方法的特征在于， 在所述析出工序結(jié)束后且在下一批的析出工序之前，具有對(duì)用于所述多晶硅的析出的鐘罩進(jìn)行清潔化的工序， 該鐘罩的清潔化工序，具備使用水對(duì)所述鐘罩進(jìn)行清洗的水清洗工序和繼該水清洗工序之后的干燥工序， 所述干燥工序如下在所述水清洗工序后，使用具有200Pa以下的真空達(dá)到能力的真空泵，進(jìn)行使所述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下的減壓操作，由此，以使所述鐘罩內(nèi)部達(dá)到低于內(nèi)表面溫度下的水的蒸氣壓的壓力的方式進(jìn)行減壓來(lái)除去水分，并且將從所述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為I. 2小時(shí)以下。
5.如權(quán)利要求4所述的多晶硅的制造方法，其中，所述鐘罩的清潔化工序，繼所述干燥工序之后，還具備向所述鐘罩的內(nèi)部導(dǎo)入降低了水分的高純度惰性氣體來(lái)使內(nèi)壓回到大氣壓的工序。
6.如權(quán)利要求4或5所述的多晶硅的制造方法，其中，將從所述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為O. 8小時(shí)以下。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅的制造方法，其中，將從所述水清洗工序結(jié)束后至干燥工序結(jié)束的時(shí)間設(shè)定為O. 4小時(shí)以下。
8.如權(quán)利要求4或5所述的多晶硅的制造方法，其中，使所述干燥工序在所述鐘罩內(nèi)部的氣壓達(dá)到IOOOPa以下后經(jīng)過(guò)5分鐘的時(shí)間點(diǎn)結(jié)束。
9.一種鐘罩用干燥裝置，用于使利用西門(mén)子法的多晶硅制造中使用的鐘罩干燥，所述裝置的特征在于，該裝置能夠通過(guò)載置所述鐘罩來(lái)形成氣密空間，同時(shí)具有用于對(duì)所述氣密空間內(nèi)的氣壓進(jìn)行減壓的真空管路、和用于使所述氣密空間內(nèi)的氣壓回到常壓的干燥氣體管路。
全文摘要
鐘罩具備金屬性鐘罩(1)和用于設(shè)置該鐘罩(1)的金屬性基板(2)，通過(guò)填料(3)使容器內(nèi)部密閉。在基板(2)上連接壓力計(jì)(4)、氣體導(dǎo)入管路(5)、氣體排氣管路(6)，使鐘罩(1)的內(nèi)部壓力的監(jiān)測(cè)以及氣體的導(dǎo)入和排氣成為可能。在氣體排氣管路(6)的路線上設(shè)置真空泵(7)，通過(guò)該真空泵(7)，以使鐘罩的內(nèi)部壓力低于水的蒸氣壓的方式進(jìn)行減壓。通過(guò)該真空泵(7)，以使鐘罩的內(nèi)部壓力低于水的蒸氣壓的方式進(jìn)行減壓，由此有效地進(jìn)行水分除去，在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束鐘罩的干燥。通過(guò)本發(fā)明，提供提高鐘罩內(nèi)表面的清潔度從而有助于高純度多晶硅的制造的技術(shù)。
文檔編號(hào)C01B33/035GK102985364SQ20118002991
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者黑澤靖志, 小黑曉二, 黑谷伸一, 禰津茂義 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社