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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen polykristallinen Siliziumstab, der nach dem Siemens-Verfahren gezüchtet wurde, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs, der als Rohmaterial zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem Floating-Zone-Verfahren (FZ-Verfahren) geeignet ist.
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Einschlägige Technik
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr.
2019-111794 , eingereicht am 17. Juni 2019, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Polykristallines Silizium ist ein Rohmaterial für monokristallines Silizium zur Herstellung von Halbleitern oder Silizium zur Herstellung von Solarbatterien. Das Siemens-Verfahren ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium. Nach diesem Verfahren wird ein Rohmaterialgas auf Silanbasis üblicherweise mit einem Siliziumkerndraht, der erhitzt wird, in Kontakt gebracht, wodurch durch einen Prozess der chemischen Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) polykristallines Silizium auf einer Oberfläche des Siliziumkerndrahtes abgeschieden wird.
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Nach dem Siemens-Verfahren werden zwei Siliziumkerndrähte vertikal angeordnet und ein Siliziumkerndraht wird horizontal angeordnet, wodurch eine Anordnung in einer umgekehrten U-Form gebildet wird. Dann werden gegenüberliegende Enden der Anordnung mit einem Kerndrahthalter verbunden und an einem Paar Metallelektroden befestigt, die auf einer Grundplatte angeordnet sind. Typischerweise ist das Design derart, dass mehrere Sätze, die jeweils Siliziumkerndrähte in einer umgekehrten U-Form aufweisen, in einem Reaktionsofen platziert werden.
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Den Siliziumkerndrähten in einer umgekehrten U-Form wird Energie zugeführt, um sie auf eine Abscheidungstemperatur zu erhitzen, und es wird ein Gemisch, beispielsweise aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas, mit den Siliziumkerndrähten in Kontakt gebracht. Dies bewirkt ein Wachstum von polykristallinem Silizium auf den Siliziumkerndrähten in der Dampfphase, sodass ein polykristalliner Siliziumstab mit einem gewünschten Durchmesser in einer umgekehrten U-Form gebildet wird.
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Zur Herstellung von monokristallinem Silizium mit einem FZ-Verfahren werden die jeweiligen Enden von zwei polykristallinen Siliziumstäben, die in polykristallinem, in einer umgekehrten U-Form gebildetem Silizium vertikal angeordnet sind, abgeschnitten, wodurch zylindrische polykristalline Siliziumstäbe gebildet werden. Diese werden als Rohmaterial zum Züchten von monokristallinem Silizium verwendet. Natürlich ist ein längerer zylindrischer polykristalliner Siliziumstab als Rohmaterial besser geeignet, da es ein solcher Stab ermöglicht, in einem Arbeitsgang längeres monokristallines Silizium zu erhalten.
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In der
JP 2008-285403 A , in der die Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs mit einem Durchmesser von mehr als 120 mm erörtert wird, wird vorgeschlagen, die Temperatur der Abscheidungsreaktion von polykristallinem Silizium zu einem Zeitpunkt, an dem der polykristalline Siliziumstab einen bestimmten Durchmesser hat, zu verringern, um zu verhindern, dass in dem Stab aufgrund von thermischer Beanspruchung, die durch einen Temperaturunterschied zwischen einem Innenteil und einer Oberfläche der Stange verursacht wird, ein Riss oder Bruch auftritt.
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Unterdessen offenbart
WO 97-44277 A , die dazu ausgelegt ist, die in einem polykristallinen Siliziumstab vorhandene Verzerrung zu verringern, ein Verfahren, bei dem nach der Siliziumabscheidungsreaktion dem polykristallinen Siliziumstab in Gegenwart eines Wasserstoffgases oder eines Inertgases Energie zugeführt wird, um ihn zu erhitzen, bis mindestens ein Teil einer Oberfläche des polykristallinen Siliziumstabs eine Temperatur von 1030 °C oder höher aufweist.
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Ferner wird in der
JP S63-74909 , die dazu ausgelegt ist, das Auftreten eines Risses zu verhindern, ein Verfahren vorgeschlagen, in dem Hochfrequenzstrom direkt durch einen Siliziumkernstab geleitet wird, um den Siliziumkernstab in einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium zu erhitzen, um dadurch zu bewirken, dass aufgrund der Hauteffekte eine große Strommenge in der Nähe einer Oberfläche des Siliziumstabs fließt.
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Ferner ist die
JP 2002-508294 A dazu ausgelegt, einen peripheren Bereich eines Siliziumstabs, der mit einer Elektrodengruppe verbunden ist, auf eine höhere Temperatur zu erhitzen als einen Innenteil des Siliziumstabs. Zu diesem Zweck wird hochfrequenter Wechselstrom mit einer Frequenz zugeführt, die hoch genug ist, um Beschichtungseffekte zu erzielen, während in einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium ein größerer Teil des Stroms durch eine Außenfläche neben dem peripheren Bereich des Siliziumstabs fließt. In der
JP 2002-508294 A wird berichtet, dass dann ein polykristalliner Siliziumstab erhalten werden kann, der eine Spannung von weniger als 11 MPa und einen maximalen Durchmesser von 300 mm aufweist.
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Weiterhin offenbaren Ausführungsformen von
JP 2013-170117 A und
JP 2013-170118 A ein allmähliches Verringern einer Temperatur zum Abkühlen von polykristallinem Silizium, während unter den gleichen Bedingungen wie am Ende eines Schrittes mit Abscheidung von polykristallinem Silizium, Hochfrequenzstrom durch das polykristalline Silizium geleitet wird, wodurch ein polykristalliner Siliziumstab ohne Riss erhalten wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das in
JP 2008-285403 A beschriebene Verfahren erfordert jedoch die Reduzierung einer Temperatur der Reaktion mit Abscheidung von polykristallinem Silizium, was ein Problem in Verbindung mit der eingeschränkten Kontrolle des Werts einer physikalischen Eigenschaft eines zu erhaltenden Kristalls verursacht.
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Ferner tritt in einem Fall, in dem eine Oberflächentemperatur eines Stabs durch Erhitzen bei einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz auf dieselbe Weise wie in dem in der
WO 97-44277 A offenbarten Verfahren auf 1030 °C oder höher erhöht wird, ein Problem in Verbindung mit einem erhöhten Risiko der Kristallschmelze aufgrund eines Stabdurchmessers, wie er nach einem Abscheidungsschritt bereitgestellt wird, auf.
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Die Verfahren, welche die Hauteffekte von Hochfrequenzstrom nutzen, wie es in der
JP S63-74909 A ,
JP 2002-508294 A ,
JP 2013-170117 A und
JP 2013 -
170118 A offenbart ist, reduzieren effektiv einen Temperaturunterschied zwischen einer Oberfläche und einem zentralen Teil eines polykristallinen Siliziumstabs.
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Jedoch geht aus der Beschreibung in den vorstehend genannten Bezugsquellen in dem offenbarten Umfang nicht unbedingt klar hervor, welcher Zustand der Energiezuführung oder welcher Erhitzungszustand in einem Schritt nach einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium geeignet ist, um dem Auftreten eines Risses oder Bruchs zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme ersonnen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zum Verhindern des Auftretens eines Risses oder Bruchs durch Optimieren verschiedener Bedingungen eines Schritts nach einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium bereitzustellen.
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Zur Überwindung der vorstehend beschriebenen Probleme handelt es sich bei einem Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs in einer ersten Erscheinungsform gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs mit dem Siemens-Verfahren, das einen Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung umfasst, bei dem nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium die Energiezuführung unter einer Bedingung erfolgt, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher ist als eine Hauttiefe Do, die zu einem Zeitpunkt vorgesehen wird, an dem der Abscheidungsschritt endet.
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In einer anderen Erscheinungsform wird der Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung durchgeführt, indem Strom mit einer Frequenz f hindurch geleitet wird, die höher ist als eine Frequenz fo des Stroms, der zu einem Zeitpunkt hindurch geleitet wird, an dem der Abscheidungsschritt endet.
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Ferner ist in einer anderen Erscheinungsform der Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung als Schritt enthalten, der in einer Zeitspanne durchgeführt wird, in welcher der polykristalline Siliziumstab nach Beendigung des Abscheidungsschritts auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und es wird eine Zeitspanne vorgesehen, in welcher die Frequenz f zur Energiezuführung in dem Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung als Reaktion auf die Senkung einer Kristalltemperatur des polykristallinen Siliziumstabs höher eingestellt ist.
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Vorzugsweise ist die Hauttiefe D flacher als ein Radius R des polykristallinen Siliziumstabs, der nach Beendigung des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs in einer zweiten Erscheinungsform gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs mit dem Siemens-Verfahren, das einen Wärmebehandlungsschritt nach der Abscheidung umfasst, bei dem nach einem Ende eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium der polykristalline Siliziumstab bei einer Temperatur T behandelt wird, die höher als eine Kristalltemperatur To zu einem Zeitpunkt, an dem der Abscheidungsschritt endet, und niedriger als eine Schmelztemperatur von polykristallinem Silizium ist, wobei der Wärmebehandlungsschritt nach der Abscheidung durchgeführt wird, während dem polykristallinen Siliziumstab unter einer Bedingung, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher als ein Radius R des polykristallinen Siliziumstabs ist, der nach Beendigung des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird, Energie zugeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs bereit, der als Rohmaterial zur Herstellung von monokristallinem Silizium mit einem FZ-Verfahren geeignet ist, während das Auftreten eines Risses oder Bruchs effektiv verhindert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem ersten Beispiel;
- 2 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem zweiten Beispiel;
- 3 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem dritten Beispiel;
- 4 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem vierten Beispiel;
- 5 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem ersten Vergleichsbeispiel;
- 6 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem zweiten Vergleichsbeispiel; und
- 7 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem dritten Vergleichsbeispiel.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die vorliegenden Erfinder haben bei der Suche nach Studien zu einem Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs, der lang genug ist, um geeignet als Rohmaterial für die Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem FZ-Verfahren verwendet zu werden, festgestellt, dass es schwierig ist, das Auftreten eines Risses mit den bislang vorgeschlagenen Verfahren zufriedenstellend zu unterdrücken.
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Daher haben die Erfinder im Rahmen der weiteren Beschäftigung mit den Studien festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Risses reduziert wird, indem in einem Abkühlungsschritt nach dem Abscheidungsschritt unter einer Bedingung, die eine Hauttiefe bereitstellt, die flacher ist als eine Hauttiefe, die am Ende eines Schrittes mit Abscheidung von polykristallinem Silizium bereit gestellt wird, Hochfrequenzstrom durch einen polykristallinen Siliziumstab geleitet wird.
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Eine Hauttiefe δ (m) ist gegeben durch δ = [ρ/(π • f • µ)]1/2. In dieser Gleichung steht ρ□für den spezifischen Widerstand (Ωm), f für eine Frequenz (Hz) und µ für die Permeabilität (H/m) eines Leiters.
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Demnach kann eine Hauttiefe verringert werden, indem eine Frequenz eines zuzuführenden Stroms erhöht wird. Ferner wird der spezifische elektrische Widerstand eines Siliziumkristalls mit steigender Temperatur niedriger. Somit kann eine Hauttiefe auch durch Erhöhung einer Kristalltemperatur verringert (flacher gemacht) werden. Mit anderen Worten können für die Verringerung einer Hauttiefe zwei Optionen (Bedingungen) vorgesehen werden, das Erhöhen einer Stromfrequenz und das Erhöhen einer Kristalltemperatur. Zusätzlich wird im Fall der letzteren Option eine Kristalltemperatur auf eine Temperatur eingestellt, die niedriger als eine Schmelztemperatur von polykristallinem Silizium ist, um ein Schmelzen von Silizium zu verhindern.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass durch eine Energiezuführung unter den vorstehend beschriebenen beiden Bedingungen das Auftreten eines Risses nicht nur in einem Schritt der Abscheidung von Silizium, sondern auch in einem Schritt nach dem Abscheidungsschritt (der Schritt wird aus praktischen Gründen als „Abkühlungsschritt“ bezeichnet) effektiv unterdrückt werden kann, und haben die vorliegende Erfindung ersonnen.
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Je flacher eine Hauttiefe ist, desto mehr Strom fließt in der Nähe einer Oberfläche eines polykristallinen Siliziumstabs, während in einem inneren Bereich des Stabs kein Strom fließt. Somit wird ein Temperaturunterschied zwischen einer Oberfläche und einem zentralen Teil des polykristallinen Siliziumstabs verringert. Dies führt zur Unterdrückung des Auftretens eines Risses.
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Zusätzlich ist es in der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich, dass in einem Schritt des Abkühlens eines polykristallinen Siliziumstabs auf eine Raumtemperatur (d. h. in einem in der vorliegenden Beschreibung genannten „Abkühlungsschritt“) nach einem Abscheidungsschritt ständig ein Hochfrequenzstrom fließt. Hochfrequenzstrom kann unter einer Bedingung angelegt werden, bei der eine Hauttiefe nur in einem Teil einer Zeitspanne zum Abkühlen eines polykristallinen Siliziumstabs auf Raumtemperatur verringert wird.
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Zum Beispiel kann das Design derart sein, dass während der Abscheidungsreaktion Strom beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz hindurch geleitet wird und unter einer Bedingung, bei der eine Hauttiefe in einer vorab festgelegten Zeitspanne nach der Abscheidungsreaktion verringert wird, Hochfrequenzstrom fließt.
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Wenn Strom mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz fließt, wird eine Hauttiefe gleich oder größer als ein Radius eines polykristallinen Siliziumstabs. Somit fließt Strom nicht nur durch eine Oberfläche des polykristallinen Siliziumstabs, sondern auch durch einen zentralen Teil davon, was einen Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem zentralen Teil des polykristallinen Siliziumstabs erhöht. Dadurch wiederum erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Risses. Indem jedoch ein Hochfrequenzstrom unter einer Bedingung angelegt wird, bei der eine Hauttiefe in mindestens einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beendigung der Abscheidungsreaktion verringert wird, ist es möglich, einen Zustand zu erzeugen, in dem ein Temperaturunterschied zwischen einer Oberfläche und einem zentralen Teil eines polykristallinen Siliziumstabs gering ist. Dies verringert thermische Verzerrung und unterdrückt dadurch das Auftreten eines Risses.
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Wie vorstehend beschrieben, wird der spezifische elektrische Widerstand eines Siliziumkristalls mit steigender Temperatur niedriger und umgekehrt mit sinkender Temperatur höher. Ferner wird eine Hauttiefe größer (tiefer), wenn der spezifische elektrische Widerstand höher wird.
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Somit ist es beim Hindurchleiten von Hochfrequenzstrom in einem „Abkühlungsschritt“ bevorzugt, eine Frequenz des hindurch zu leitenden Stroms als Reaktion auf die Verringerung der Kristalltemperatur zu erhöhen. Ferner ist es auch bevorzugt, einen polykristallinen Siliziumstab, der durch Kristallwachstum bei einer Temperatur, die niedriger als eine Schmelztemperatur ist, erhalten wurde, zu erhitzen und den spezifischen elektrischen Widerstand einer Oberfläche des polykristallinen Siliziumstabs zu verringern, ohne eine Frequenz des hindurch zu leitenden Stroms zu verändern, um dem polykristallinen Siliziumstab unter einer Bedingung, die eine Hauttiefe bereitstellt, die flacher als eine Hauttiefe Do ist, die am Ende eines Abscheidungsschritts bereitgestellt wird, Energie zuzuführen. Darüber hinaus ist es auch bevorzugt, eine Frequenz eines hindurch zu leitenden Stroms zu erhöhen und einen polykristallinen Siliziumstab, der durch Kristallwachstum bei einer Temperatur, die niedriger als eine Schmelztemperatur ist, erhalten wurde, zu erhitzen.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs kann wie folgt zusammengefasst werden.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs nach der vorliegenden Erfindung handelt es sich also um ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs in einer ersten Erscheinungsform gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs mit dem Siemens-Verfahren, das einen Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung umfasst, bei dem nach einem Ende eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium die Energiezuführung unter einer Bedingung erfolgt, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher ist als eine Hauttiefe Do, die zu einem Zeitpunkt vorgesehen wird, an dem der Abscheidungsschritt endet.
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Der Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung wird zum Beispiel durchgeführt, indem Strom mit einer Frequenz f hindurch geleitet wird, die höher ist als eine Frequenz fo des Stroms, der zu einem Zeitpunkt hindurch geleitet wird, an dem der Abscheidungsschritt endet.
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Ferner ist in einer bestimmten Erscheinungsform der Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung als Schritt enthalten, der durchgeführt wird, bis der polykristalline Siliziumstab nach Beendigung des Abscheidungsschritts auf Raumtemperatur abgekühlt ist, und es wird eine Zeitspanne vorgesehen, in welcher eine Frequenz f zur Energiezuführung in dem Energiezuführungsschritt nach der Abscheidung als Reaktion auf die Senkung einer Kristalltemperatur des polykristallinen Siliziumstabs höher eingestellt ist.
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Vorzugsweise ist die Hauttiefe D flacher als ein Radius R des polykristallinen Siliziumstabs, der nach Beendigung des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs in einer anderen Erscheinungsform gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs mit dem Siemens-Verfahren, das einen Wärmebehandlungsschritt nach der Abscheidung umfasst, bei dem nach einem Ende eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium der polykristalline Siliziumstab bei einer Temperatur T behandelt wird, die höher als eine Kristalltemperatur To zu einem Zeitpunkt, an dem der Abscheidungsschritt endet, und niedriger als eine Schmelztemperatur von polykristallinem Silizium ist. Während der Wärmebehandlungsschritt nach der Abscheidung durchgeführt wird, wird dem polykristallinen Siliziumstab unter einer Bedingung, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher als ein Radius R des polykristallinen Siliziumstabs ist, der nach Beendigung des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird, Energie zugeführt.
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[Beispiele]
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[Erstes Beispiel] 1 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem ersten Beispiel. Es wurde ein Gemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970°°C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. Der hindurch zu leitende Strom wurde auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt, bis der Durchmesser eines Kristalls 80 mm entsprach, und anschließend wurde die Frequenz auf 80 kHz erhöht. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde dem polykristallinen Siliziumstab eine Stunde lang Energie mit einer Frequenz von 100 kHz zugeführt, um eine Energiezuführung unter einer Bedingung zu erreichen, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher als eine Hauttiefe Do ist, die am Ende des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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[Zweites Beispiel] 2 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem zweiten Beispiel. Es wurde ein Gemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. Der hindurch zu leitende Strom wurde auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt, bis der Durchmesser eines Kristalls 80 mm entsprach, und anschließend wurde die Frequenz auf 80 kHz erhöht. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde der polykristalline Siliziumstab erhitzt, während die Frequenz bei 80 kHz gehalten wurde, sodass seine Oberflächentemperatur 1020 °C erreichen konnte, um eine Energiezuführung unter einer Bedingung zu erreichen, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher als eine Hauttiefe Do ist, die am Ende des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird. Der polykristalline Siliziumstab wurde eine Stunde lang in diesem Zustand gehalten. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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[Drittes Beispiel] 3 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem dritten Beispiel. Es wurde ein Gasgemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. In einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium war der hindurch zu leitende Strom ständig auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt. Nach Beendigung des Abscheidungsschritts wurde eine Stunde lang ein Hochfrequenzstrom mit 100 kHz durch den polykristallinen Siliziumstab geleitet. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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[Viertes Beispiel] 4 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem vierten Beispiel. Es wurde ein Gasgemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. Der hindurch zu leitende Strom wurde auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt, bis der Durchmesser eines Kristalls 80 mm entsprach, und anschließend wurde die Frequenz auf 15 kHz erhöht. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde die Frequenz zur Energiezuführung während einer Zeitspanne, in der eine Oberflächentemperatur des polykristallinen Siliziumstabs von 970 °C auf 700 °C verringert wurde, stufenweise von 15 kHz auf 35 kHz erhöht, um eine Energiezuführung unter einer Bedingung zu erreichen, die eine Hauttiefe D bereitstellt, die flacher als eine Hauttiefe Do ist, die am Ende des Abscheidungsschritts bereitgestellt wird. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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[Erstes Vergleichsbeispiel] 5 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem ersten Vergleichsbeispiel. Es wurde ein Gasgemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. In einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium war der hindurch zu leitende Strom ständig auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde der polykristalline Siliziumstab erhitzt, während die Frequenz für die Energiezuführung bei 50 Hz gehalten wurde, sodass die Oberflächentemperatur des polykristallinen Siliziumstabs 1020 °C erreichen konnte. Dann wurde der polykristalline Siliziumstab eine Stunde lang in diesem Zustand gehalten. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Unter der vorstehenden Bedingung kollabierte ein Teil des polykristallinen Siliziumstabs. Dies lag vermutlich an einem erhöhten Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem Zentrum des polykristallinen Siliziumstabs aufgrund eines Anstiegs der Kristalltemperatur während des Hindurchleitens des niederfrequenten Stroms mit 50 Hz.
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[Zweites Vergleichsbeispiel] 6 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem zweiten Vergleichsbeispiel. Es wurde ein Gasgemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. In einem Schritt der Abscheidung von polykristallinem Silizium war der hindurch zu leitende Strom ständig auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde der polykristalline Siliziumstab eine Stunde lang in diesem Zustand gehalten, während die Frequenz für die Energiezuführung bei 50 Hz gehalten wurde. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Unter dieser Bedingung traten in dem polykristallinen Siliziumstab erhebliche Risse auf. Dies lag vermutlich daran, dass der polykristalline Siliziumstab abgekühlt wurde, während aufgrund des Stromflusses in einen zentralen Bereich des polykristallinen Siliziumstabs und der dortigen Erwärmung ein großer Temperaturunterschied zwischen einer Oberfläche und einem zentralen Teil davon bestand, weil das Abkühlen während des Hindurchleitens von niederfrequenten Strom mit 50 Hz begonnen wurde.
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[Drittes Vergleichsbeispiel] 7 ist eine Ansicht zum konzeptionellen Erläutern eines Überblicks über ein Verfahren in einem dritten Vergleichsbeispiel. Es wurde ein Gasgemisch aus einem Trichlorsilangas als Rohmaterialgas und Wasserstoffgas zugeführt, und die Temperatur wurde bei 970 °C gehalten, sodass mit dem Siemens-Verfahren ein polykristalliner Siliziumstab mit einem Durchmesser von 160 mm gezüchtet wurde. Der hindurch zu leitende Strom wurde auf eine niedrige Frequenz von 50 Hz eingestellt, bis der Durchmesser eines Kristalls 80 mm entsprach, anschließend wurde die Frequenz auf 15 kHz erhöht. Nach Beendigung eines Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium wurde die Frequenz zur Energiezuführung während einer Zeitspanne, in der die Oberflächentemperatur des polykristallinen Siliziumstabs von 970 °C auf 700 °C verringert wurde, bei 15 kHz gehalten. Danach wurde die Energiezuführung gestoppt, und der polykristalline Siliziumstab wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Die relativen Ausbeuten in Bezug auf die erzielten Längen der polykristallinen Siliziumstäbe (relative Kristalllängenausbeuten) in den vorstehend beschriebenen Beispielen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die relative Kristalllängenausbeute, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, ist ein Verhältnis einer Länge eines polykristallinen Siliziumstabs, die in der Form eines Bereichs ohne Riss in jedem Beispiel erzielt werden konnte, zu der (1,00) im ersten Beispiel als Bezugswert.
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Außerdem handelt es sich bei den in Tabelle 1 tabellarisch dargestellten relativen Kristalllängenausbeuten um den Durchschnitt der Ausbeute von zehn Probenpaaren in jedem Beispiel.
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[Tabelle 1]
| Beispiel/ Vergleichsbeispiel | Beispiel | Vergleichsbeispiel |
| Erstes | Zweites | Drittes | Viertes | Erstes | Zweites | Drittes |
| Relative Kristalllängenausbeute | 1,00 | 0,99 | 0,83 | 1,20 | 0,35 | 0,58 | 0,70 |
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Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, konnte in jedem der Beispiele eine Ausbeute von mehr als 0,8 erzielt werden. Im Gegensatz dazu konnte in den Vergleichsbeispielen höchstens eine Ausbeute von 0,7 erzielt werden.
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Darüber hinaus wurde im zweiten Beispiel eine hohe Ausbeute von 0,99 erzielt. Dies liegt daran, dass der polykristalline Siliziumstab erhitzt wurde, sodass die bei 970 °C gehaltene Oberflächentemperatur am Ende des Abscheidungsschritts 1020 °C erreichen kann, was einen Widerstandswert der Oberfläche des polykristallinen Siliziumstabs verringert, was dazu führte, dass die Hauttiefe D flacher als die am Ende des Abscheidungsschritts bereitgestellte Hauttiefe Do ist.
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Ferner beträgt auch die Ausbeute, die im dritten Vergleichsbeispiel erzielt wurde und unter den in den Vergleichsbeispielen erzielten Ausbeuten am höchsten ist, dennoch nur 0,70. Dies liegt daran, dass im dritten Vergleichsbeispiel nach Beendigung des Schritts der Abscheidung von polykristallinem Silizium die Oberflächentemperatur des polykristallinen Siliziumstabs von 970 °C auf 700 °C verringert wurde, während die Frequenz für die Energiezuführung bei 15 kHz gehalten wurde, wodurch sich ein Widerstandswert der Oberfläche des polykristallinen Siliziumstabs erhöhte, was dazu führte, dass die Hauttiefe D größer als der Radius R des polykristallinen Siliziumstabs war.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumstabs bereit, der als Rohmaterial zur Herstellung von monokristallinem Silizium mit einem FZ-Verfahren geeignet ist, während das Auftreten eines Risses oder Bruchs effektiv verhindert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2019111794 [0002]
- JP 2008285403 A [0007, 0012]
- WO 9744277 A [0008, 0013]
- JP 63074909 [0009]
- JP 2002508294 A [0010, 0014]
- JP 2013170117 A [0011, 0014]
- JP 2013170118 A [0011]
- JP 63074909 A [0014]
- JP 2013 [0014]
- JP 170118 A [0014]
