ポリシリコン製造装置及びポリシリコンの製造方法
【課題】大気圧から超臨界雰囲気において行うプラズマＣＶＤによりポリシリコンを製造する。
【解決手段】ポリシリコン製造装置であって、高周波電力が印加される電極と、前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、前記電極にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させることを特徴とするポリシリコン製造装置。
【解決手段】ポリシリコン製造装置であって、高周波電力が印加される電極と、前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、前記電極にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させることを特徴とするポリシリコン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコン製造装置及びポリシリコンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）の多結晶体（ポリシリコン）を得る製造方法の一つとして、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）が知られている。例えば、特許文献１には、半導体装置のポリシリコン膜をＣＶＤ法により形成している。また、特許文献２には、ハロゲン化ケイ素化合物の超臨界流体状態においてプラズマ放電を行うポリシリコンの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１８３５２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマＣＶＤは、通常、減圧下で行われる。このため、原料ガスの濃度が極めて低く、ポリシリコンの結晶成長速度が遅いという問題がある。また、超臨界流体状態におけるプラズマ放電では、ポリシリコンが高速で得られるものの、高圧反応器の設置等、装置が大型化する傾向がある。
本発明の目的は、プラズマＣＶＤによりポリシリコンを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、下記請求項１〜請求項６に係る発明が提供される。
［１］請求項１に係る発明は、ポリシリコン製造装置であって、高周波電力が印加される電極を備えた反応容器と、前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、前記反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、前記反応容器中において前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させることを特徴とするポリシリコン製造装置である。
［２］請求項２に係る発明は、前記反応ガス中に水素を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン製造装置である。
［３］請求項３に係る発明は、前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリシリコン製造装置である。
【０００６】
［４］請求項４に係る発明は、ポリシリコンの製造方法であって、電極を備えた反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス導入工程と、前記反応容器の前記電極に高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させるとともに前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させるプラズマ反応工程と、前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵工程と、を有することを特徴とするポリシリコンの製造方法である。
［５］請求項５に係る発明は、前記反応ガス導入工程において、前記反応容器中に水素を供給することを特徴とする請求項４に記載のポリシリコンの製造方法である。
［６］請求項６に係る発明は、前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項４又は５に記載のポリシリコンの製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プラズマＣＶＤによりポリシリコンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態が適用されるポリシリコン製造装置の一例を説明する図である。
【図２】図１のポリシリコン製造装置に設けた反応容器の一例を説明する図である。
【図３】図２の反応容器に取り付けた電極の先端部の一例を説明する図である。
【図４】実施例１で用いた反応容器を説明する図である。
【図５】実施例２で用いた反応容器を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１０】
＜ポリシリコン製造装置＞
図１は、本実施の形態が適用されるポリシリコン製造装置１の一例を説明する図である。
図１に示すように、ポリシリコン製造装置１は、内部でプラズマを発生させる反応容器１０と、反応容器１０中に反応ガス１０ｇを供給する反応ガス供給部２０と、反応容器１０中に設けられた電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を供給する電力供給部としての高周波電源３０を備えている。ポリシリコン製造装置１は、反応ガス供給部２０から反応容器１０中に反応ガス１０ｇを導入するための反応ガス供給管１６を備えている。反応容器１０は、電極が取り付けられる容器本体１１と、反応ガス１０ｇが導入される反応ガス導入部１２と、ポリシリコン１０ｓが排出されるポリシリコン排出部１３を有している。
【００１１】
図１に示すように、ポリシリコン製造装置１は、並列に設置された複数の反応容器１０を備え、ポリシリコンの量産が可能となるように構成されている。複数の反応容器１０と反応ガス供給管１６は、アルゴン等の不活性ガスによりシールされた筐体１００内に収容されている。また、ポリシリコン製造装置１は、反応容器１０から落下する粒状のポリシリコン１０ｓを貯蔵するポリシリコン貯蔵部４０を備えている。
【００１２】
（反応ガス供給部２０）
反応ガス供給部２０は、原料となるハロゲン化ケイ素化合物を貯蔵する反応ガス貯槽２１と、キャリアガスを貯蔵するキャリアガス貯槽２２と、水素ガスを貯蔵する水素ガス貯槽２３を有している。反応ガス供給部２０は、各貯槽に設けられた連結管２１Ｌ，２２Ｌ，２３Ｌと筐体１００内に設けられた反応ガス供給管１６とを結合する反応ガス連結管２４を有している。
【００１３】
反応ガス貯槽２１に貯蔵されるハロゲン化ケイ素化合物としては、例えば、フッ化ケイ素、塩化ケイ素、臭化ケイ素、ヨウ化ケイ素が挙げられる。これらの中でも、塩化ケイ素、臭化ケイ素が好ましい。
塩化ケイ素としては、例えば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロルジシラン、オクタクロルトリシラン、デカクロルトリシラン、ドデカクロルペンタシラン等が挙げられる。また、クロルシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）等のシラン誘導体が挙げられる。臭化ケイ素としては、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）、六臭化二ケイ素、八臭化三ケイ素、十臭化四ケイ素等が挙げられる。さらに、臭化三塩化ケイ素、二臭化二塩化ケイ素、三臭化塩化ケイ素、ヨウ化三塩化ケイ素、塩化硫化水素ケイ素、ヘキサクロルジシロキサン等も挙げられる。
これらのなかでも、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が特に好ましい。
【００１４】
尚、本実施の形態において、原料として使用するハロゲン化ケイ素化合物が固体の場合、予め、原料を所定の温度に加温してガス化した状態で反応容器１０に供給することもできる。
【００１５】
キャリアガス貯槽２２に貯蔵されるキャリアガスは、原料として使用するハロゲン化ケイ素化合物に対し不活性であるものが好ましい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。本実施の形態では、アルゴン、ヘリウムを使用している。
【００１６】
本実施の形態では、水素ガス貯槽２３から反応ガス１０ｇの一部として水素ガスが供給されている。後述するように、水素ガスを反応容器１０中に導入すると、水素ガスを導入しない場合と比較してポリシリコン１０ｓの生成量が増大する。
【００１７】
（反応容器１０）
図２は、図１のポリシリコン製造装置１に設けた反応容器１０の一例を説明する図である。図２に示すように、反応容器１０は、容器本体１１と、容器本体１１の内部に収容された電極（給電電極１４，グランド電極１５）と、反応ガス１０ｇの導入口である反応ガス導入部１２と、大気圧プラズマ反応により生成したポリシリコン１０ｓが排出されるポリシリコン排出部１３とを備えている。尚、図２中の電極（給電電極１４，グランド電極１５）は複数組の電極構造にすることを制限するものではない。
【００１８】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）は、所定の間隔を設けた各電極の先端部１４ｅ，１５ｅ（図３参照）が容器本体１１の略中央部分に配置されるように容器本体１１に取り付けられている。先端部１４ｅ，１５ｅの間は、プラズマを発生させるプラズマエリア（ＰＡ）である。
【００１９】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）を構成する材料は、大気圧においてプラズマ放電が可能な材料であれば特に限定されない。例えば、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、アルミニウム、タングステン、白金、金、炭素、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン、及びこれらの混合物等が挙げられる。被めっき電極を構成する材料としては、銀めっき鉄、亜鉛めっき鉄、スズめっき鉄等が挙げられる。合金電極を構成する材料としては、真鍮、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、マグネシウム合金等が挙げられる。これらの中でも、マンガン、銅、亜鉛、白金、金、亜鉛めっき鉄、真鍮、が好ましい。複合材料としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃ、Ｗ、ＷＣ、Ｎ４Ｓｉ３、ＮＢ、ＢＺｒ等が少なくとも一つ混合されたものが好ましい。さらに、これらの複合材料にメッキ処理をすることを制限するものではない。
【００２０】
また、本実施の形態では、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅが取り外し可能な構造とすることもできる。この場合、先端部１４ｅ，１５ｅは、例えば、炭素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の電極（給電電極１４，グランド電極１５）を構成する材料を用いて形成されている。
尚、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅを取り付ける部分（電極ロッド）は導電性を有する材料により構成される。例えば、シリコン（Ｓｉ）または、ＳｉにＳｉＣ；Ｗ、ＷＣ、ＢＺｒ等が少なくとも一つ混合された複合材料を用いることができる。
【００２１】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの電極間距離は、反応容器１０内の温度、放電条件によって適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、通常、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で設定される。
【００２２】
反応ガス導入部１２は、反応ガス１０ｇが電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの間に形成されるプラズマエリア（ＰＡ）に供給されるように、容器本体１１の略中央部分であって容器本体１１の上側に形成されている。
【００２３】
ポリシリコン排出部１３は、プラズマエリア（ＰＡ）において生じたプラズマ反応により生成したポリシリコン１０ｓが容器本体１１から排出されるように容器本体１１の下側に形成されている。
【００２４】
図２に示すように、反応ガス１０ｇは、反応ガス導入部１２から反応容器１０中に導入され、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅのプラズマエリア（ＰＡ）に供給される。次に、反応容器１０中において電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を印加し、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの間に電界を発生させた状態で反応ガス１０ｇをプラズマ化させ、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの表面にシリコンを析出させる。そして、析出したシリコンが、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下し、粒状のポリシリコン１０ｓとしてポリシリコン排出部１３から排出され、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵される。
【００２５】
図３は、図２の反応容器１０に取り付けた電極の先端部１４ｅ，１５ｅの一例を説明する図である。
図３（ａ）は、プラズマエリア（ＰＡ）における電極（給電電極１４，グランド電極１５）の各先端部１４ｅ，１５ｅが先端突起型の形状を有する例を説明する図である。プラズマエリア（ＰＡ）に供給された反応ガス１０ｇ（図２参照）中のハロゲン化ケイ素化合物は、プラズマ（Ｐ）により分解し、電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に熔融シリコン１０ｐが析出する（図３（ａ）の右側の図）。
電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に析出した熔融シリコン１０ｐは、プラズマ（Ｐ）の熱により下方向に移動する。析出した熔融シリコン１０ｐは、粒状のポリシリコン１０ｓとなって電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下する。
【００２６】
図３（ｂ）は、プラズマエリア（ＰＡ）における電極（給電電極１４，グランド電極１５）の各先端部１４ｅ，１５ｅが先端鏃型の形状を有する例を説明する図である。反応ガス１０ｇ（図２参照）中のハロゲン化ケイ素化合物の分解により、先端鏃型の形状を有する電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に熔融シリコン１０ｐが析出する（図３（ｂ）の右側の図）。析出した熔融シリコン１０ｐは、粒状のポリシリコン１０ｓとなって電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下する。
【００２７】
＜ポリシリコンの製造方法＞
次に、上述したポリシリコン製造装置１を用いてポリシリコンを製造する方法について説明する。本実施の形態では、ハロゲン化ケイ素化合物として四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を使用し、キャリアガスとしてアルゴンを使用し、ポリシリコンを製造する例について説明する。
【００２８】
先ず、反応ガス供給部２０から反応ガス１０ｇが反応ガス供給管１６を介し、複数の反応容器１０の各反応ガス導入部１２から容器本体１１中に供給される（反応ガス導入工程）。反応ガス１０ｇは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と不活性なキャリアガスであるアルゴン、ヘリウムと、水素ガスとを含む。
【００２９】
反応ガス導入部１２から供給される反応ガス１０ｇの供給量、キャリアガスの供給量は、反応容器１０の容量、プラズマ（Ｐ）の性状、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の処理量等に応じて適宜選択され、特に限定されない。また、本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、反応容器１０に供給される前に、所定の温度に加熱されることが好ましい。加熱される四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の温度は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、３００Ｋ（２７℃）〜５７０Ｋ（２９７℃）、好ましくは、３３０Ｋ（５７℃）〜５２０Ｋ（２４７℃）の範囲である。
【００３０】
また、反応容器１０に供給する反応ガス１０ｇ中の四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）とキャリアガスであるアルゴンとの割合は特に限定されない。本実施の形態では、通常、アルゴン５０ｍｌ〜１０００ｍｌに対し、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）０．１ｍｌ〜１００，０００ｍｌ、好ましくは、１０ｍｌ〜５，０００ｍｌ、より好ましくは、２０ｍｌ〜２００ｍｌの範囲である。アルゴンに対する四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の割合が過度に小さいと、ポリシリコンの生成速度が遅くなる傾向がある。アルゴンに対する四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の割合が過度に大きいと、大気圧雰囲気下においてプラズマ（Ｐ）の形成が不安定となる傾向がある。
【００３１】
次に、反応容器１０に取り付けた電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を印加し、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの間に電界を発生させるとともに反応ガス１０ｇをプラズマ化させ、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの表面にシリコンを析出させる（プラズマ反応工程）。
電極（給電電極１４，グランド電極１５）に印加される高周波電源３０の高周波（周波数）及び電圧（または電力）は適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、電極（給電電極１４，グランド電極１５）に印加される高周波電圧の高周波（周波数）は１〜２０ｋＨｚであり、消費電力は０．１ｋＷ〜１ｋＷである。
【００３２】
反応ガス導入部１２から供給される反応ガスの供給量、キャリアガスの供給量は、反応容器１０の容量、プラズマ（Ｐ）の性状、反応ガスの処理量等に応じて適宜選択され、特に限定されない。また、本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、反応容器１０に供給される前に、所定の温度に加熱されることが好ましい。加熱される四塩化ケイ素の温度は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、３００Ｋ（２７℃）〜５７０Ｋ（２９７℃）、好ましくは、３３０Ｋ（５７℃）〜５２０Ｋ（２４７℃）の範囲である。
【００３３】
本実施の形態では、反応容器１０中に、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を含む反応ガスを導入する際、同時に、水素ガスを反応容器１０中に供給することが好ましい。反応容器１０中に水素を供給することにより、プラズマ（Ｐ）によって分解した四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）から発生する塩素を捕捉することが可能となる。反応容器１０中に供給する水素の量は、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の供給量に応じ適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）１モルに対し、水素２モル以上、好ましくは、２０モル以上、より好ましくは１００モル以上が反応容器１０に供給される。
【００３４】
上述したように、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）はプラズマ（Ｐ）により分解し、生成したシリコンは、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの表面に析出し、その後、粒状のポリシリコン１０ｓとなって下方に落下し、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵される。
【００３５】
本実施の形態では、プラズマ反応は、通常、大気圧雰囲気下（約０．１ＭＰａ）で行うことが好ましい。但し、ポリシリコン製造装置１が備える反応容器１０を保温し、又は外部から加熱し、あるいは、加圧した反応ガス１０ｇを反応容器１０内に供給し、ハロゲン化ケイ素化合物の濃度を増大する等の処理により、シリコンの生成が促進される。この場合、反応部の圧力は、０．１ＭＰａ〜２．９ＭＰａ、好ましくは０．１ＭＰａ〜１ＭＰａ、より好ましくは０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａに加圧される。
反応容器１０を加熱する手段としては、例えば、電気ヒータ等の抵抗加熱、磁気材料を用いた誘導加熱、マイクロ波照射、赤外線（近赤外線、遠赤外線を含む）照射、レーザ照射、燃焼炎等が挙げられる。
また、プラズマ近傍に、例えば、Ｓｉ、炭素、ＳｉＣ等のＳｉ成長の種を配置してシリコンの生成を促すことを妨げるものではない。
【００３６】
反応容器１０内に加圧した反応ガス１０ｇを供給し、プラズマ反応を発生させる圧力の条件を大気圧雰囲気下から超臨界雰囲気未満の範囲から適宜選択される。
ここで超臨界雰囲気とは、物質がその物質固有の気液の臨界温度を超えた非凝縮性の流体状態に至る雰囲気と定義される。即ち、密閉容器内に気体と液体とが存在すると、温度上昇とともに液体は熱膨張しその密度は低下する。一方、気体は、蒸気圧の増加によりその密度が増大する。そして最後に、両者の密度が等しくなり、気体とも液体とも区別の付かない均一な状態になる。物質の温度−圧力線図（図示せず）では、このような状態になる点を臨界点といい、臨界点の温度を臨界温度（Ｔｃ）、臨界点の圧力を臨界圧力（Ｐｃ）という。超臨界雰囲気とは、物質の温度及び圧力が臨界点を超えた超臨界状態にあることをいう。
【００３７】
本実施の形態の場合、四塩化ケイ素の臨界温度（Ｔｃ）は５０６．７５Ｋ（２３３．６℃）、臨界圧力（Ｐｃ）は３．７３ＭＰａである。また、アルゴンの臨界温度（Ｔｃ）は８７．４５Ｋ（−１８５．７℃）、臨界圧力（Ｐｃ）は４．８６ＭＰａである。
四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の場合、混合物の臨界温度（Ｔｃ）と臨界圧力（Ｐｃ）とは、四塩化ケイ素とアルゴンの組成により、それぞれの物質の臨界温度（Ｔｃ）と臨界圧力（Ｐｃ）との間で適宜調整することができる。
【００３８】
尚、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）のプラズマ処理により分解した塩素は、所定の排気浄化装置（図示せず）により回収され、アルゴン等のキャリアガスは排気される。さらに、未反応の四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、所定の回収装置（図示せず）により回収され、反応ガス供給部２０へリサイクルされる。
【００３９】
また、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵された粒状のポリシリコン１０ｓは、例えば、坩堝等の所定の耐熱容器内に移され、ポリシリコン１０ｓの融点（約１，６８７Ｋ（１，４１４℃））より高温の約１，８００Ｋ以上の温度で融解され、例えば、インゴッドに成形される。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例に基づき本発明を説明する。尚、本発明は実施例に限定されない。
【００４１】
（実施例１）
図４は、実施例１で用いた反応容器を説明する図である。図４に示す反応容器は、反応容器本体としての石英ガラス管１０ｅ０、突起型の先端電極部１４ｅを設けた給電電極１４、同様に突起型の先端電極部１５ｅを設けたグランド電極１５、高周波電源３０を備えている。
【００４２】
石英ガラス管１０ｅ０は、厚さ４ｍｍの石英ガラス板を用いて形成した管状構造を有し、外径φ４８ｍｍ×内径φ４４ｍｍ×長さ５００ｍｍである。電極（給電電極１４、グランド電極１５）は、１０ｍｍ角のシリコン製であって、抵抗１ｍΩ〜１ＭΩである。先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅとの電極間距離は５ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００４３】
高周波電源３０により電極に印加される電力は、周波数５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ、電力１０Ｗ〜１０００Ｗである。石英ガラス管１０ｅ０内に供給される反応ガス１０ｇの成分と供給量とは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）（０．０１リットル／分〜０．１リットル／分）−水素ガス（Ｈ２）（０．２リットル／分〜１リットル／分）−アルゴン（Ａｒ）（０．２リットル／分〜１リットル／分）−ヘリウム（Ｈｅ）（０．１リットル／分〜１リットル／分）である。反応ガス１０ｇは、石英ガラス管１０ｅ０の給電電極１４側から石英ガラス管１０ｅ０内に供給され、グランド電極１５側から排出される（ｅｖａｃ）。
上記の条件下、１０時間に亘る大気圧のプラズマ（Ｐ）により、粒状のポリシリコン１０ｓが１０ｇ得られた。
【００４４】
（実施例２）
図５は、実施例２で用いた反応容器を説明する図である。図４に示した反応容器と同様の構成は同じ符号を用い、その説明を省略する。
図５に示す反応容器は、石英ガラス管１０ｅ０と、その内側に設けた内管１０ｅ１とを備えた二重管構造を有している。内管１０ｅ１は、厚さ３ｍｍの石英ガラス板を用いて形成した管状構造を有し、外径φ３２ｍｍ×内径φ２９ｍｍ×長さ１４０ｍｍである。尚、反応容器の構造は二重管に限定するものではなく、三重管以上の多重管構造を採用してもよい。
【００４５】
図５に示す反応容器では、電極（給電電極１４、グランド電極１５）は、先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅが内管１０ｅ１内に収容されるように配置され、さらに、先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅの間にバイポーラ電極１０ｂｅが独立した電極として設けられている。バイポーラ電極１０ｂｅは、炭素及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成されている。バイポーラ電極１０ｂｅを設けることにより、先端電極部１５ｅとバイポーラ電極１０ｂｅの間で大気圧プラズマ放電（Ｐ１）が生じ、さらに、先端電極部１４ｅとバイポーラ電極１０ｂｅの間で大気圧プラズマ放電（Ｐ２）が生じる。
【００４６】
先端電極部１４ｅとバイポーラ電極１０ｂｅとの電極間距離と、バイポーラ電極１０ｂｅと先端電極部１５ｅとの電極間距離は、いずれも５ｍｍ〜２０ｍｍである。
電極に印加される電力、反応ガス１０ｇの成分と供給量は実施例１と同様の条件下、６時間に亘る大気圧におけるプラズマ放電により、粒状のポリシリコン１０ｓが３ｇ〜５ｇ得られた。
【符号の説明】
【００４７】
１…ポリシリコン製造装置、１０…反応容器、１１…容器本体、１２…反応ガス導入部、１３…ポリシリコン排出部、１４…給電電極、１５…グランド電極、１６…反応ガス供給管、２０…反応ガス供給部、３０…高周波電源、４０…ポリシリコン貯蔵部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコン製造装置及びポリシリコンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）の多結晶体（ポリシリコン）を得る製造方法の一つとして、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）が知られている。例えば、特許文献１には、半導体装置のポリシリコン膜をＣＶＤ法により形成している。また、特許文献２には、ハロゲン化ケイ素化合物の超臨界流体状態においてプラズマ放電を行うポリシリコンの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１８３５２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマＣＶＤは、通常、減圧下で行われる。このため、原料ガスの濃度が極めて低く、ポリシリコンの結晶成長速度が遅いという問題がある。また、超臨界流体状態におけるプラズマ放電では、ポリシリコンが高速で得られるものの、高圧反応器の設置等、装置が大型化する傾向がある。
本発明の目的は、プラズマＣＶＤによりポリシリコンを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、下記請求項１〜請求項６に係る発明が提供される。
［１］請求項１に係る発明は、ポリシリコン製造装置であって、高周波電力が印加される電極を備えた反応容器と、前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、前記反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、前記反応容器中において前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させることを特徴とするポリシリコン製造装置である。
［２］請求項２に係る発明は、前記反応ガス中に水素を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン製造装置である。
［３］請求項３に係る発明は、前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリシリコン製造装置である。
【０００６】
［４］請求項４に係る発明は、ポリシリコンの製造方法であって、電極を備えた反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス導入工程と、前記反応容器の前記電極に高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させるとともに前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させるプラズマ反応工程と、前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵工程と、を有することを特徴とするポリシリコンの製造方法である。
［５］請求項５に係る発明は、前記反応ガス導入工程において、前記反応容器中に水素を供給することを特徴とする請求項４に記載のポリシリコンの製造方法である。
［６］請求項６に係る発明は、前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項４又は５に記載のポリシリコンの製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プラズマＣＶＤによりポリシリコンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態が適用されるポリシリコン製造装置の一例を説明する図である。
【図２】図１のポリシリコン製造装置に設けた反応容器の一例を説明する図である。
【図３】図２の反応容器に取り付けた電極の先端部の一例を説明する図である。
【図４】実施例１で用いた反応容器を説明する図である。
【図５】実施例２で用いた反応容器を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１０】
＜ポリシリコン製造装置＞
図１は、本実施の形態が適用されるポリシリコン製造装置１の一例を説明する図である。
図１に示すように、ポリシリコン製造装置１は、内部でプラズマを発生させる反応容器１０と、反応容器１０中に反応ガス１０ｇを供給する反応ガス供給部２０と、反応容器１０中に設けられた電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を供給する電力供給部としての高周波電源３０を備えている。ポリシリコン製造装置１は、反応ガス供給部２０から反応容器１０中に反応ガス１０ｇを導入するための反応ガス供給管１６を備えている。反応容器１０は、電極が取り付けられる容器本体１１と、反応ガス１０ｇが導入される反応ガス導入部１２と、ポリシリコン１０ｓが排出されるポリシリコン排出部１３を有している。
【００１１】
図１に示すように、ポリシリコン製造装置１は、並列に設置された複数の反応容器１０を備え、ポリシリコンの量産が可能となるように構成されている。複数の反応容器１０と反応ガス供給管１６は、アルゴン等の不活性ガスによりシールされた筐体１００内に収容されている。また、ポリシリコン製造装置１は、反応容器１０から落下する粒状のポリシリコン１０ｓを貯蔵するポリシリコン貯蔵部４０を備えている。
【００１２】
（反応ガス供給部２０）
反応ガス供給部２０は、原料となるハロゲン化ケイ素化合物を貯蔵する反応ガス貯槽２１と、キャリアガスを貯蔵するキャリアガス貯槽２２と、水素ガスを貯蔵する水素ガス貯槽２３を有している。反応ガス供給部２０は、各貯槽に設けられた連結管２１Ｌ，２２Ｌ，２３Ｌと筐体１００内に設けられた反応ガス供給管１６とを結合する反応ガス連結管２４を有している。
【００１３】
反応ガス貯槽２１に貯蔵されるハロゲン化ケイ素化合物としては、例えば、フッ化ケイ素、塩化ケイ素、臭化ケイ素、ヨウ化ケイ素が挙げられる。これらの中でも、塩化ケイ素、臭化ケイ素が好ましい。
塩化ケイ素としては、例えば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロルジシラン、オクタクロルトリシラン、デカクロルトリシラン、ドデカクロルペンタシラン等が挙げられる。また、クロルシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）等のシラン誘導体が挙げられる。臭化ケイ素としては、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）、六臭化二ケイ素、八臭化三ケイ素、十臭化四ケイ素等が挙げられる。さらに、臭化三塩化ケイ素、二臭化二塩化ケイ素、三臭化塩化ケイ素、ヨウ化三塩化ケイ素、塩化硫化水素ケイ素、ヘキサクロルジシロキサン等も挙げられる。
これらのなかでも、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が特に好ましい。
【００１４】
尚、本実施の形態において、原料として使用するハロゲン化ケイ素化合物が固体の場合、予め、原料を所定の温度に加温してガス化した状態で反応容器１０に供給することもできる。
【００１５】
キャリアガス貯槽２２に貯蔵されるキャリアガスは、原料として使用するハロゲン化ケイ素化合物に対し不活性であるものが好ましい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。本実施の形態では、アルゴン、ヘリウムを使用している。
【００１６】
本実施の形態では、水素ガス貯槽２３から反応ガス１０ｇの一部として水素ガスが供給されている。後述するように、水素ガスを反応容器１０中に導入すると、水素ガスを導入しない場合と比較してポリシリコン１０ｓの生成量が増大する。
【００１７】
（反応容器１０）
図２は、図１のポリシリコン製造装置１に設けた反応容器１０の一例を説明する図である。図２に示すように、反応容器１０は、容器本体１１と、容器本体１１の内部に収容された電極（給電電極１４，グランド電極１５）と、反応ガス１０ｇの導入口である反応ガス導入部１２と、大気圧プラズマ反応により生成したポリシリコン１０ｓが排出されるポリシリコン排出部１３とを備えている。尚、図２中の電極（給電電極１４，グランド電極１５）は複数組の電極構造にすることを制限するものではない。
【００１８】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）は、所定の間隔を設けた各電極の先端部１４ｅ，１５ｅ（図３参照）が容器本体１１の略中央部分に配置されるように容器本体１１に取り付けられている。先端部１４ｅ，１５ｅの間は、プラズマを発生させるプラズマエリア（ＰＡ）である。
【００１９】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）を構成する材料は、大気圧においてプラズマ放電が可能な材料であれば特に限定されない。例えば、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、アルミニウム、タングステン、白金、金、炭素、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン、及びこれらの混合物等が挙げられる。被めっき電極を構成する材料としては、銀めっき鉄、亜鉛めっき鉄、スズめっき鉄等が挙げられる。合金電極を構成する材料としては、真鍮、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、マグネシウム合金等が挙げられる。これらの中でも、マンガン、銅、亜鉛、白金、金、亜鉛めっき鉄、真鍮、が好ましい。複合材料としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃ、Ｗ、ＷＣ、Ｎ４Ｓｉ３、ＮＢ、ＢＺｒ等が少なくとも一つ混合されたものが好ましい。さらに、これらの複合材料にメッキ処理をすることを制限するものではない。
【００２０】
また、本実施の形態では、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅが取り外し可能な構造とすることもできる。この場合、先端部１４ｅ，１５ｅは、例えば、炭素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の電極（給電電極１４，グランド電極１５）を構成する材料を用いて形成されている。
尚、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅを取り付ける部分（電極ロッド）は導電性を有する材料により構成される。例えば、シリコン（Ｓｉ）または、ＳｉにＳｉＣ；Ｗ、ＷＣ、ＢＺｒ等が少なくとも一つ混合された複合材料を用いることができる。
【００２１】
電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの電極間距離は、反応容器１０内の温度、放電条件によって適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、通常、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で設定される。
【００２２】
反応ガス導入部１２は、反応ガス１０ｇが電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの間に形成されるプラズマエリア（ＰＡ）に供給されるように、容器本体１１の略中央部分であって容器本体１１の上側に形成されている。
【００２３】
ポリシリコン排出部１３は、プラズマエリア（ＰＡ）において生じたプラズマ反応により生成したポリシリコン１０ｓが容器本体１１から排出されるように容器本体１１の下側に形成されている。
【００２４】
図２に示すように、反応ガス１０ｇは、反応ガス導入部１２から反応容器１０中に導入され、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅのプラズマエリア（ＰＡ）に供給される。次に、反応容器１０中において電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を印加し、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの間に電界を発生させた状態で反応ガス１０ｇをプラズマ化させ、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの表面にシリコンを析出させる。そして、析出したシリコンが、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下し、粒状のポリシリコン１０ｓとしてポリシリコン排出部１３から排出され、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵される。
【００２５】
図３は、図２の反応容器１０に取り付けた電極の先端部１４ｅ，１５ｅの一例を説明する図である。
図３（ａ）は、プラズマエリア（ＰＡ）における電極（給電電極１４，グランド電極１５）の各先端部１４ｅ，１５ｅが先端突起型の形状を有する例を説明する図である。プラズマエリア（ＰＡ）に供給された反応ガス１０ｇ（図２参照）中のハロゲン化ケイ素化合物は、プラズマ（Ｐ）により分解し、電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に熔融シリコン１０ｐが析出する（図３（ａ）の右側の図）。
電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に析出した熔融シリコン１０ｐは、プラズマ（Ｐ）の熱により下方向に移動する。析出した熔融シリコン１０ｐは、粒状のポリシリコン１０ｓとなって電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下する。
【００２６】
図３（ｂ）は、プラズマエリア（ＰＡ）における電極（給電電極１４，グランド電極１５）の各先端部１４ｅ，１５ｅが先端鏃型の形状を有する例を説明する図である。反応ガス１０ｇ（図２参照）中のハロゲン化ケイ素化合物の分解により、先端鏃型の形状を有する電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面に熔融シリコン１０ｐが析出する（図３（ｂ）の右側の図）。析出した熔融シリコン１０ｐは、粒状のポリシリコン１０ｓとなって電極の各先端部１４ｅ，１５ｅの表面から落下する。
【００２７】
＜ポリシリコンの製造方法＞
次に、上述したポリシリコン製造装置１を用いてポリシリコンを製造する方法について説明する。本実施の形態では、ハロゲン化ケイ素化合物として四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を使用し、キャリアガスとしてアルゴンを使用し、ポリシリコンを製造する例について説明する。
【００２８】
先ず、反応ガス供給部２０から反応ガス１０ｇが反応ガス供給管１６を介し、複数の反応容器１０の各反応ガス導入部１２から容器本体１１中に供給される（反応ガス導入工程）。反応ガス１０ｇは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と不活性なキャリアガスであるアルゴン、ヘリウムと、水素ガスとを含む。
【００２９】
反応ガス導入部１２から供給される反応ガス１０ｇの供給量、キャリアガスの供給量は、反応容器１０の容量、プラズマ（Ｐ）の性状、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の処理量等に応じて適宜選択され、特に限定されない。また、本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、反応容器１０に供給される前に、所定の温度に加熱されることが好ましい。加熱される四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の温度は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、３００Ｋ（２７℃）〜５７０Ｋ（２９７℃）、好ましくは、３３０Ｋ（５７℃）〜５２０Ｋ（２４７℃）の範囲である。
【００３０】
また、反応容器１０に供給する反応ガス１０ｇ中の四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）とキャリアガスであるアルゴンとの割合は特に限定されない。本実施の形態では、通常、アルゴン５０ｍｌ〜１０００ｍｌに対し、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）０．１ｍｌ〜１００，０００ｍｌ、好ましくは、１０ｍｌ〜５，０００ｍｌ、より好ましくは、２０ｍｌ〜２００ｍｌの範囲である。アルゴンに対する四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の割合が過度に小さいと、ポリシリコンの生成速度が遅くなる傾向がある。アルゴンに対する四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の割合が過度に大きいと、大気圧雰囲気下においてプラズマ（Ｐ）の形成が不安定となる傾向がある。
【００３１】
次に、反応容器１０に取り付けた電極（給電電極１４，グランド電極１５）に高周波電力を印加し、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの間に電界を発生させるとともに反応ガス１０ｇをプラズマ化させ、電極の先端部１４ｅ，１５ｅの表面にシリコンを析出させる（プラズマ反応工程）。
電極（給電電極１４，グランド電極１５）に印加される高周波電源３０の高周波（周波数）及び電圧（または電力）は適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、電極（給電電極１４，グランド電極１５）に印加される高周波電圧の高周波（周波数）は１〜２０ｋＨｚであり、消費電力は０．１ｋＷ〜１ｋＷである。
【００３２】
反応ガス導入部１２から供給される反応ガスの供給量、キャリアガスの供給量は、反応容器１０の容量、プラズマ（Ｐ）の性状、反応ガスの処理量等に応じて適宜選択され、特に限定されない。また、本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、反応容器１０に供給される前に、所定の温度に加熱されることが好ましい。加熱される四塩化ケイ素の温度は特に限定されないが、本実施の形態では、通常、３００Ｋ（２７℃）〜５７０Ｋ（２９７℃）、好ましくは、３３０Ｋ（５７℃）〜５２０Ｋ（２４７℃）の範囲である。
【００３３】
本実施の形態では、反応容器１０中に、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を含む反応ガスを導入する際、同時に、水素ガスを反応容器１０中に供給することが好ましい。反応容器１０中に水素を供給することにより、プラズマ（Ｐ）によって分解した四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）から発生する塩素を捕捉することが可能となる。反応容器１０中に供給する水素の量は、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）の供給量に応じ適宜選択され、特に限定されない。本実施の形態では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）１モルに対し、水素２モル以上、好ましくは、２０モル以上、より好ましくは１００モル以上が反応容器１０に供給される。
【００３４】
上述したように、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）はプラズマ（Ｐ）により分解し、生成したシリコンは、電極（給電電極１４，グランド電極１５）の先端部１４ｅ，１５ｅの表面に析出し、その後、粒状のポリシリコン１０ｓとなって下方に落下し、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵される。
【００３５】
本実施の形態では、プラズマ反応は、通常、大気圧雰囲気下（約０．１ＭＰａ）で行うことが好ましい。但し、ポリシリコン製造装置１が備える反応容器１０を保温し、又は外部から加熱し、あるいは、加圧した反応ガス１０ｇを反応容器１０内に供給し、ハロゲン化ケイ素化合物の濃度を増大する等の処理により、シリコンの生成が促進される。この場合、反応部の圧力は、０．１ＭＰａ〜２．９ＭＰａ、好ましくは０．１ＭＰａ〜１ＭＰａ、より好ましくは０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａに加圧される。
反応容器１０を加熱する手段としては、例えば、電気ヒータ等の抵抗加熱、磁気材料を用いた誘導加熱、マイクロ波照射、赤外線（近赤外線、遠赤外線を含む）照射、レーザ照射、燃焼炎等が挙げられる。
また、プラズマ近傍に、例えば、Ｓｉ、炭素、ＳｉＣ等のＳｉ成長の種を配置してシリコンの生成を促すことを妨げるものではない。
【００３６】
反応容器１０内に加圧した反応ガス１０ｇを供給し、プラズマ反応を発生させる圧力の条件を大気圧雰囲気下から超臨界雰囲気未満の範囲から適宜選択される。
ここで超臨界雰囲気とは、物質がその物質固有の気液の臨界温度を超えた非凝縮性の流体状態に至る雰囲気と定義される。即ち、密閉容器内に気体と液体とが存在すると、温度上昇とともに液体は熱膨張しその密度は低下する。一方、気体は、蒸気圧の増加によりその密度が増大する。そして最後に、両者の密度が等しくなり、気体とも液体とも区別の付かない均一な状態になる。物質の温度−圧力線図（図示せず）では、このような状態になる点を臨界点といい、臨界点の温度を臨界温度（Ｔｃ）、臨界点の圧力を臨界圧力（Ｐｃ）という。超臨界雰囲気とは、物質の温度及び圧力が臨界点を超えた超臨界状態にあることをいう。
【００３７】
本実施の形態の場合、四塩化ケイ素の臨界温度（Ｔｃ）は５０６．７５Ｋ（２３３．６℃）、臨界圧力（Ｐｃ）は３．７３ＭＰａである。また、アルゴンの臨界温度（Ｔｃ）は８７．４５Ｋ（−１８５．７℃）、臨界圧力（Ｐｃ）は４．８６ＭＰａである。
四塩化ケイ素とアルゴンとの混合物の場合、混合物の臨界温度（Ｔｃ）と臨界圧力（Ｐｃ）とは、四塩化ケイ素とアルゴンの組成により、それぞれの物質の臨界温度（Ｔｃ）と臨界圧力（Ｐｃ）との間で適宜調整することができる。
【００３８】
尚、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）のプラズマ処理により分解した塩素は、所定の排気浄化装置（図示せず）により回収され、アルゴン等のキャリアガスは排気される。さらに、未反応の四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は、所定の回収装置（図示せず）により回収され、反応ガス供給部２０へリサイクルされる。
【００３９】
また、ポリシリコン貯蔵部４０に貯蔵された粒状のポリシリコン１０ｓは、例えば、坩堝等の所定の耐熱容器内に移され、ポリシリコン１０ｓの融点（約１，６８７Ｋ（１，４１４℃））より高温の約１，８００Ｋ以上の温度で融解され、例えば、インゴッドに成形される。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例に基づき本発明を説明する。尚、本発明は実施例に限定されない。
【００４１】
（実施例１）
図４は、実施例１で用いた反応容器を説明する図である。図４に示す反応容器は、反応容器本体としての石英ガラス管１０ｅ０、突起型の先端電極部１４ｅを設けた給電電極１４、同様に突起型の先端電極部１５ｅを設けたグランド電極１５、高周波電源３０を備えている。
【００４２】
石英ガラス管１０ｅ０は、厚さ４ｍｍの石英ガラス板を用いて形成した管状構造を有し、外径φ４８ｍｍ×内径φ４４ｍｍ×長さ５００ｍｍである。電極（給電電極１４、グランド電極１５）は、１０ｍｍ角のシリコン製であって、抵抗１ｍΩ〜１ＭΩである。先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅとの電極間距離は５ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００４３】
高周波電源３０により電極に印加される電力は、周波数５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ、電力１０Ｗ〜１０００Ｗである。石英ガラス管１０ｅ０内に供給される反応ガス１０ｇの成分と供給量とは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）（０．０１リットル／分〜０．１リットル／分）−水素ガス（Ｈ２）（０．２リットル／分〜１リットル／分）−アルゴン（Ａｒ）（０．２リットル／分〜１リットル／分）−ヘリウム（Ｈｅ）（０．１リットル／分〜１リットル／分）である。反応ガス１０ｇは、石英ガラス管１０ｅ０の給電電極１４側から石英ガラス管１０ｅ０内に供給され、グランド電極１５側から排出される（ｅｖａｃ）。
上記の条件下、１０時間に亘る大気圧のプラズマ（Ｐ）により、粒状のポリシリコン１０ｓが１０ｇ得られた。
【００４４】
（実施例２）
図５は、実施例２で用いた反応容器を説明する図である。図４に示した反応容器と同様の構成は同じ符号を用い、その説明を省略する。
図５に示す反応容器は、石英ガラス管１０ｅ０と、その内側に設けた内管１０ｅ１とを備えた二重管構造を有している。内管１０ｅ１は、厚さ３ｍｍの石英ガラス板を用いて形成した管状構造を有し、外径φ３２ｍｍ×内径φ２９ｍｍ×長さ１４０ｍｍである。尚、反応容器の構造は二重管に限定するものではなく、三重管以上の多重管構造を採用してもよい。
【００４５】
図５に示す反応容器では、電極（給電電極１４、グランド電極１５）は、先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅが内管１０ｅ１内に収容されるように配置され、さらに、先端電極部１４ｅと先端電極部１５ｅの間にバイポーラ電極１０ｂｅが独立した電極として設けられている。バイポーラ電極１０ｂｅは、炭素及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成されている。バイポーラ電極１０ｂｅを設けることにより、先端電極部１５ｅとバイポーラ電極１０ｂｅの間で大気圧プラズマ放電（Ｐ１）が生じ、さらに、先端電極部１４ｅとバイポーラ電極１０ｂｅの間で大気圧プラズマ放電（Ｐ２）が生じる。
【００４６】
先端電極部１４ｅとバイポーラ電極１０ｂｅとの電極間距離と、バイポーラ電極１０ｂｅと先端電極部１５ｅとの電極間距離は、いずれも５ｍｍ〜２０ｍｍである。
電極に印加される電力、反応ガス１０ｇの成分と供給量は実施例１と同様の条件下、６時間に亘る大気圧におけるプラズマ放電により、粒状のポリシリコン１０ｓが３ｇ〜５ｇ得られた。
【符号の説明】
【００４７】
１…ポリシリコン製造装置、１０…反応容器、１１…容器本体、１２…反応ガス導入部、１３…ポリシリコン排出部、１４…給電電極、１５…グランド電極、１６…反応ガス供給管、２０…反応ガス供給部、３０…高周波電源、４０…ポリシリコン貯蔵部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン製造装置であって、
高周波電力が印加される電極を備えた反応容器と、
前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、
前記反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、
前記反応容器中において前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させる
ことを特徴とするポリシリコン製造装置。
【請求項２】
前記反応ガス中に水素を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン製造装置。
【請求項３】
前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリシリコン製造装置。
【請求項４】
ポリシリコンの製造方法であって、
電極を備えた反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス導入工程と、
前記反応容器の前記電極に高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させるとともに前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させるプラズマ反応工程と、
前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵工程と、を有する
ことを特徴とするポリシリコンの製造方法。
【請求項５】
前記反応ガス導入工程において、前記反応容器中に水素を供給することを特徴とする請求項４に記載のポリシリコンの製造方法。
【請求項６】
前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項４又は５に記載のポリシリコンの製造方法。
【請求項１】
ポリシリコン製造装置であって、
高周波電力が印加される電極を備えた反応容器と、
前記電極に前記高周波電力を供給する電力供給部と、
前記反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を備え、
前記反応容器中において前記電極に前記高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させた状態で前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させる
ことを特徴とするポリシリコン製造装置。
【請求項２】
前記反応ガス中に水素を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン製造装置。
【請求項３】
前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリシリコン製造装置。
【請求項４】
ポリシリコンの製造方法であって、
電極を備えた反応容器中にハロゲン化ケイ素化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを供給する反応ガス導入工程と、
前記反応容器の前記電極に高周波電力を印加し当該電極の間に電界を発生させるとともに前記反応ガスをプラズマ化させ当該電極の表面にシリコンを析出させるプラズマ反応工程と、
前記電極の表面に析出した前記シリコンを粒状形態で貯蔵するポリシリコン貯蔵工程と、を有する
ことを特徴とするポリシリコンの製造方法。
【請求項５】
前記反応ガス導入工程において、前記反応容器中に水素を供給することを特徴とする請求項４に記載のポリシリコンの製造方法。
【請求項６】
前記ハロゲン化ケイ素化合物が四塩化ケイ素であることを特徴とする請求項４又は５に記載のポリシリコンの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８０２３３（Ｐ２０１２−１８０２３３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３２１９（Ｐ２０１１−４３２１９）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０８１７９６１５）株式会社 シリコンプラス (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０８１７９６１５）株式会社 シリコンプラス (10)
【Ｆターム（参考）】
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