JP2003119015A - 棒状高純度多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
棒状高純度多結晶シリコンの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新たに析出するシリコン層に発生する欠陥を
防止できる棒状高純度多結晶シリコンの製造方法を提供
する。 【解決手段】 モノシランガスの熱分解反応により棒状
シリコン芯体上にシリコンを析出させる棒状高純度多結
晶シリコンの製造方法において、使用する棒状シリコン
芯体の表面に気相成長法により、あらかじめ、無定形シ
リコン層及び結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子に
よって構成される多結晶シリコン層のいずれか一種類の
シリコン層を析出させることにより特定のシリコン層で
被覆し、特定のシリコン層で被覆した芯体を使用して、
多結晶シリコンを析出させる。
防止できる棒状高純度多結晶シリコンの製造方法を提供
する。 【解決手段】 モノシランガスの熱分解反応により棒状
シリコン芯体上にシリコンを析出させる棒状高純度多結
晶シリコンの製造方法において、使用する棒状シリコン
芯体の表面に気相成長法により、あらかじめ、無定形シ
リコン層及び結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子に
よって構成される多結晶シリコン層のいずれか一種類の
シリコン層を析出させることにより特定のシリコン層で
被覆し、特定のシリコン層で被覆した芯体を使用して、
多結晶シリコンを析出させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
基盤材料として大量に使用されている高純度多結晶シリ
コンに関し、特に、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料
とする棒状高純度多結晶シリコンの製造方法に関する。
基盤材料として大量に使用されている高純度多結晶シリ
コンに関し、特に、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料
とする棒状高純度多結晶シリコンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高純度シリコンが半導体デバイスに使用
されるようになって既に半世紀になろうとしている。そ
の間、半導体デバイスの著しい発展に支えられて高純度
シリコンの利用分野が広がり、需要が著しく増大した。
また、半導体デバイスの性能の高度化に伴って、その基
体であるシリコンウエーハの高品質化が要求され、その
原料である多結晶シリコンの更なる高品質化が要求され
されるようになっている。
されるようになって既に半世紀になろうとしている。そ
の間、半導体デバイスの著しい発展に支えられて高純度
シリコンの利用分野が広がり、需要が著しく増大した。
また、半導体デバイスの性能の高度化に伴って、その基
体であるシリコンウエーハの高品質化が要求され、その
原料である多結晶シリコンの更なる高品質化が要求され
されるようになっている。
【０００３】高純度多結晶シリコンを溶融し単結晶に造
り換え、半導体デバイスとして使用される。単結晶シリ
コンの製造方法には浮遊帯溶融法（以下ＦＺ法という）
とチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）とがあり、
使用される多結晶シリコンの形状がそれぞれ異なる。Ｆ
Ｚ法には直径数十ｍｍ以上、長さ１〜２ｍの棒状の多結
晶シリコンが使用され、ＣＺ法には棒状を砕いた塊状の
多結晶シリコンが使用される。
り換え、半導体デバイスとして使用される。単結晶シリ
コンの製造方法には浮遊帯溶融法（以下ＦＺ法という）
とチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）とがあり、
使用される多結晶シリコンの形状がそれぞれ異なる。Ｆ
Ｚ法には直径数十ｍｍ以上、長さ１〜２ｍの棒状の多結
晶シリコンが使用され、ＣＺ法には棒状を砕いた塊状の
多結晶シリコンが使用される。
【０００４】ＦＺ法ではＣＺ法のように石英製るつぼで
シリコンを溶融するのではなく、棒状シリコンの一部を
帯状に溶融し、その融体を融体自身の表面張力で支え単
結晶とする。そのため、使用する多結晶の品質が単結晶
化に大きく影響する。そして従来は、例えば特公昭４５
−１９５６２号公報に示されているように、多結晶を単
結晶にするため少なくともＦＺ法を２回実施していた。
すなわち、少なくとも１回の予備的ＦＺ法で多結晶成長
中の欠陥を消滅させ、続く２回目に種結晶を用いた少な
くとも１回のＦＺ法で単結晶化していた。
シリコンを溶融するのではなく、棒状シリコンの一部を
帯状に溶融し、その融体を融体自身の表面張力で支え単
結晶とする。そのため、使用する多結晶の品質が単結晶
化に大きく影響する。そして従来は、例えば特公昭４５
−１９５６２号公報に示されているように、多結晶を単
結晶にするため少なくともＦＺ法を２回実施していた。
すなわち、少なくとも１回の予備的ＦＺ法で多結晶成長
中の欠陥を消滅させ、続く２回目に種結晶を用いた少な
くとも１回のＦＺ法で単結晶化していた。
【０００５】また、例えば特公昭５６−４５８５２号公
報に示されているように、多結晶の成長初期すなわち、
新たに析出するシリコンでシリコン芯体の全表面が覆わ
れる間、シリコン芯体の温度を通常の熱分解反応の温度
より数十°Ｃ低い温度に保持している。これによって、
シリコン芯体表面と新たに成長した多結晶との界面近傍
の欠陥を少なくする方法が試みられていた。
報に示されているように、多結晶の成長初期すなわち、
新たに析出するシリコンでシリコン芯体の全表面が覆わ
れる間、シリコン芯体の温度を通常の熱分解反応の温度
より数十°Ｃ低い温度に保持している。これによって、
シリコン芯体表面と新たに成長した多結晶との界面近傍
の欠陥を少なくする方法が試みられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。前記特公昭４５−１
９５６２号公報に開示された製造方法では、ＦＺ法を少
なくとも２回実施している。その場合の製造コストは、
ＦＺ装置費、ＦＺの費用(経費及び労務費)及びＦＺ法の
都度発生する多結晶を整形するための材料の損失等によ
り、非常に多額となるという欠点がある。また、前記特
公昭５６−４５８５２号公報に開示された製造方法で得
られた棒状多結晶シリコンでは、１回のＦＺにより満足
する単結晶化を達成することができない。この為、同様
に製造コストが非常に高くなるという欠点がある。以上
のことから、最近では、１回のＦＺ法のみで単結晶化の
容易な高品質の棒状多結晶シリコン製品が強く要望され
ている。
来技術には次のような問題がある。前記特公昭４５−１
９５６２号公報に開示された製造方法では、ＦＺ法を少
なくとも２回実施している。その場合の製造コストは、
ＦＺ装置費、ＦＺの費用(経費及び労務費)及びＦＺ法の
都度発生する多結晶を整形するための材料の損失等によ
り、非常に多額となるという欠点がある。また、前記特
公昭５６−４５８５２号公報に開示された製造方法で得
られた棒状多結晶シリコンでは、１回のＦＺにより満足
する単結晶化を達成することができない。この為、同様
に製造コストが非常に高くなるという欠点がある。以上
のことから、最近では、１回のＦＺ法のみで単結晶化の
容易な高品質の棒状多結晶シリコン製品が強く要望され
ている。
【０００７】上記の要望を満たすため、本願発明者等は
多結晶シリコンの欠陥と単結晶化率、使用するシリコン
化合物、その化合物に適合したシリコンの成長条件、更
には多種の芯体等との種々の相関関係を詳細に研究し
た。その結果、シリコン芯体と新たに成長した多結晶シ
リコンとの界面の近傍に発生するウイスカー状欠陥や気
孔等の欠陥が単結晶化率を低下させること、芯体表面の
清浄度が良好であれば欠陥の発生率を下げること、基体
の種類により欠陥の発生が著しく異なること等の研究結
果を得た。また、現状のシリコン芯体表面の清浄化とそ
れを工業用熱分解反応炉中で維持する技術では、前記欠
陥を我々の要求する殆ど零の水準に下げることは不可能
であるとの結論も得た。
多結晶シリコンの欠陥と単結晶化率、使用するシリコン
化合物、その化合物に適合したシリコンの成長条件、更
には多種の芯体等との種々の相関関係を詳細に研究し
た。その結果、シリコン芯体と新たに成長した多結晶シ
リコンとの界面の近傍に発生するウイスカー状欠陥や気
孔等の欠陥が単結晶化率を低下させること、芯体表面の
清浄度が良好であれば欠陥の発生率を下げること、基体
の種類により欠陥の発生が著しく異なること等の研究結
果を得た。また、現状のシリコン芯体表面の清浄化とそ
れを工業用熱分解反応炉中で維持する技術では、前記欠
陥を我々の要求する殆ど零の水準に下げることは不可能
であるとの結論も得た。
【０００８】以上説明した如く、本発明はこのような経
過を経て達成された製造方法であり、多結晶シリコンの
製造に際し、特定のシリコン表面を有するシリコン芯体
を使用することにより、新たに析出するシリコン層に発
生する欠陥を防止できる棒状高純度多結晶シリコンの製
造方法を提供することを目的とする。
過を経て達成された製造方法であり、多結晶シリコンの
製造に際し、特定のシリコン表面を有するシリコン芯体
を使用することにより、新たに析出するシリコン層に発
生する欠陥を防止できる棒状高純度多結晶シリコンの製
造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記目的
を達成するため、本発明に係る棒状高純度シリコンの製
造方法は、モノシランガスの熱分解反応により棒状シリ
コン芯体上にシリコンを析出させる棒状高純度多結晶シ
リコンの製造方法において、使用する棒状シリコン芯体
の表面に気相成長法により、あらかじめ、無定形シリコ
ン層及び結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子によっ
て構成される多結晶シリコン層のいずれか一種類のシリ
コン層を析出させることにより特定のシリコン層で被覆
し、特定のシリコン層で被覆した芯体を使用して、多結
晶シリコンを析出させることを特徴としている。
を達成するため、本発明に係る棒状高純度シリコンの製
造方法は、モノシランガスの熱分解反応により棒状シリ
コン芯体上にシリコンを析出させる棒状高純度多結晶シ
リコンの製造方法において、使用する棒状シリコン芯体
の表面に気相成長法により、あらかじめ、無定形シリコ
ン層及び結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子によっ
て構成される多結晶シリコン層のいずれか一種類のシリ
コン層を析出させることにより特定のシリコン層で被覆
し、特定のシリコン層で被覆した芯体を使用して、多結
晶シリコンを析出させることを特徴としている。
【００１０】かかる発明方法（以下、“本発明方法”と
いう）は、種々の異なる表面を有する基体を使用したモ
ノシランガスの熱分解反応初期の微視的解析の結果、得
られた方法である。すなわち、シリコン芯体上に新たに
析出するシリコン層は、初期の数十μｍ析出の間、使用
した基体の表面構造に類似の構造が最初に析出し、その
後徐々に本来の多結晶構造である樹枝晶に移行する性質
を利用した方法である。そして、基体の表面が無定形シ
リコンか結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子によっ
て構成される多結晶シリコン層等の特定のシリコン層で
被覆されている場合、異常成長による欠陥の発生が殆ど
観察されなかった。上記特定のシリコン層の厚さは、数
μｍ以上で効果がある。また、特定のシリコン層で被覆
した基体は、使用の直前までの保管が良好なほど、欠陥
の発生が少ない結果も得られた。本発明はこれらの結果
を工業的に展開した方法である。
いう）は、種々の異なる表面を有する基体を使用したモ
ノシランガスの熱分解反応初期の微視的解析の結果、得
られた方法である。すなわち、シリコン芯体上に新たに
析出するシリコン層は、初期の数十μｍ析出の間、使用
した基体の表面構造に類似の構造が最初に析出し、その
後徐々に本来の多結晶構造である樹枝晶に移行する性質
を利用した方法である。そして、基体の表面が無定形シ
リコンか結晶軸の互いに異なるシリコンの微粒子によっ
て構成される多結晶シリコン層等の特定のシリコン層で
被覆されている場合、異常成長による欠陥の発生が殆ど
観察されなかった。上記特定のシリコン層の厚さは、数
μｍ以上で効果がある。また、特定のシリコン層で被覆
した基体は、使用の直前までの保管が良好なほど、欠陥
の発生が少ない結果も得られた。本発明はこれらの結果
を工業的に展開した方法である。
【００１１】上記本発明方法の実施により、モノシラン
ガスの熱分解反応による多結晶シリコンの製造の初期に
おける、欠陥発生を抑制する為にトラブル誘発の恐れの
ある特殊な反応条件を採用する必要がなくなる。これに
より、多結晶シリコンの最良の析出条件でＦＺ法に適合
した欠陥の無い極めて良好な棒状高純度シリコンが得ら
れる。
ガスの熱分解反応による多結晶シリコンの製造の初期に
おける、欠陥発生を抑制する為にトラブル誘発の恐れの
ある特殊な反応条件を採用する必要がなくなる。これに
より、多結晶シリコンの最良の析出条件でＦＺ法に適合
した欠陥の無い極めて良好な棒状高純度シリコンが得ら
れる。
【００１２】また、棒状高純度多結晶シリコンの製造方
法において、気相成長法は、シリコンのガス状水素化合
物（ＳｉｎＨ２ｎ＋２，ｎ＝１，２，���）及
び該化合物の混合物のいずれか一種類のガスを使用する
化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）であってもよ
い。
法において、気相成長法は、シリコンのガス状水素化合
物（ＳｉｎＨ２ｎ＋２，ｎ＝１，２，���）及
び該化合物の混合物のいずれか一種類のガスを使用する
化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）であってもよ
い。
【００１３】かかるＣＶＤ法の実施に関し、無定形シリ
コン層をシリコン芯体に工業的に析出させる方法として
高周波プラズマＣＶＤ法が、また結晶軸の互いに異なる
シリコンの微粒子によって構成される多結晶シリコン層
の工業的析出方法として熱分解反応法が適合している。
ＣＶＤ法の原料として、上記両方法共シリコンのガス状
水素化合物又は同化合物の混合物か、これ等の化合物を
希ガス又は水素ガスで希釈したガスを使用する。シリコ
ンのガス状水素化合物で工業的に市販されているガス
は、モノシランガスとジ・シラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスで
ある。従って、工業規模の実験はこれらのガスを使用し
た。以上説明した本方法の実施により上記本発明方法と
同一の効果が得られる。
コン層をシリコン芯体に工業的に析出させる方法として
高周波プラズマＣＶＤ法が、また結晶軸の互いに異なる
シリコンの微粒子によって構成される多結晶シリコン層
の工業的析出方法として熱分解反応法が適合している。
ＣＶＤ法の原料として、上記両方法共シリコンのガス状
水素化合物又は同化合物の混合物か、これ等の化合物を
希ガス又は水素ガスで希釈したガスを使用する。シリコ
ンのガス状水素化合物で工業的に市販されているガス
は、モノシランガスとジ・シラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスで
ある。従って、工業規模の実験はこれらのガスを使用し
た。以上説明した本方法の実施により上記本発明方法と
同一の効果が得られる。
【００１４】また、棒状高純度多結晶シリコンの製造方
法において、特定のシリコン層を析出する気相成長法
は、物理気相成長法（以下、ＰＶＤ法という）でもよ
い。かかる方法において、ＰＶＤ法としては、真空蒸着
法、スパッタリング法及び昇華法があるが、真空蒸着法
が工業的に適した方法である。この場合の蒸発源には容
易に高純度が保証される棒状シリコンの高周波(HF)加熱
法が適合している。かかる本方法の実施により、上記本
発明方法と同一の効果が得られる。
法において、特定のシリコン層を析出する気相成長法
は、物理気相成長法（以下、ＰＶＤ法という）でもよ
い。かかる方法において、ＰＶＤ法としては、真空蒸着
法、スパッタリング法及び昇華法があるが、真空蒸着法
が工業的に適した方法である。この場合の蒸発源には容
易に高純度が保証される棒状シリコンの高周波(HF)加熱
法が適合している。かかる本方法の実施により、上記本
発明方法と同一の効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、実施例に使用した装置
を、その説明図に基づき説明する。図２は、棒状シリコ
ン芯体表面にプラズマＣＶＤ法により特定のシリコン層
を析出する装置の説明図である。図２において、１は棒
状シリコン芯体を、２は石英ガラス製支持具を示し、芯
体１は支持具２により両端のみで支持されている。支持
具２は駆動装置３に固定される。駆動装置３は、芯体１
をプラズマＣＶＤ部に端部から端部まで移動し、特定シ
リコン層をその表面に均一に析出させることが可能なよ
うに構成されている。ＣＶＤ反応管６の中心部にはプラ
ズマ発生用のＨＦ電極５が設置され、ＨＦ発振機４に接
続されている。一対のＨＦ電極５，５は、その間隔が調
節可能な構造となっている。１６はシリコン芯体１の加
熱用ヒーターであり、１７は原料ガスを希釈したガスと
同一のガス（ベースガス）及び保安用希ガスの加熱用ヒ
ーターである。１８は特定シリコン層の析出用原料ガス
の加熱用ヒーターである。８、９は原料ガスの流入口と
流出口である。１０、１１は原料ガスを希釈したガス
（Ｈ２，Ａｒ又はＨｅ）と同一のガスの流入口と流出口
である。１２，１４は保安用希ガス（Ｈｅ又はＡｒ）の
流入口で、１３，１５はそれの流出口である。ＣＶＤ
部、ガスの流入口（供給口）、流出口（排出口）等を有
するＣＶＤ反応管６は、石英ガラス製で内部は各ガスの
流路を制限する仕切板７で区切られている。シリコン芯
体１の温度は、覗窓１９よりパイロメーター（図示せ
ず）で測定される。以上、説明した装置は保安のため真
空にすることのできる真空槽２０に収納され、芯体１の
取り付け、取り出し、一時保管等ＣＶＤにかかわる全操
作が自動化されている。
を、その説明図に基づき説明する。図２は、棒状シリコ
ン芯体表面にプラズマＣＶＤ法により特定のシリコン層
を析出する装置の説明図である。図２において、１は棒
状シリコン芯体を、２は石英ガラス製支持具を示し、芯
体１は支持具２により両端のみで支持されている。支持
具２は駆動装置３に固定される。駆動装置３は、芯体１
をプラズマＣＶＤ部に端部から端部まで移動し、特定シ
リコン層をその表面に均一に析出させることが可能なよ
うに構成されている。ＣＶＤ反応管６の中心部にはプラ
ズマ発生用のＨＦ電極５が設置され、ＨＦ発振機４に接
続されている。一対のＨＦ電極５，５は、その間隔が調
節可能な構造となっている。１６はシリコン芯体１の加
熱用ヒーターであり、１７は原料ガスを希釈したガスと
同一のガス（ベースガス）及び保安用希ガスの加熱用ヒ
ーターである。１８は特定シリコン層の析出用原料ガス
の加熱用ヒーターである。８、９は原料ガスの流入口と
流出口である。１０、１１は原料ガスを希釈したガス
（Ｈ２，Ａｒ又はＨｅ）と同一のガスの流入口と流出口
である。１２，１４は保安用希ガス（Ｈｅ又はＡｒ）の
流入口で、１３，１５はそれの流出口である。ＣＶＤ
部、ガスの流入口（供給口）、流出口（排出口）等を有
するＣＶＤ反応管６は、石英ガラス製で内部は各ガスの
流路を制限する仕切板７で区切られている。シリコン芯
体１の温度は、覗窓１９よりパイロメーター（図示せ
ず）で測定される。以上、説明した装置は保安のため真
空にすることのできる真空槽２０に収納され、芯体１の
取り付け、取り出し、一時保管等ＣＶＤにかかわる全操
作が自動化されている。
【００１６】図３及び図４は、シリコンのガス状水素化
合物の熱分解反応により、棒状シリコン芯体上に結晶軸
の互いに異なるシリコンの微粒子によって構成される多
結晶シリコン層を析出する、熱分解炉の説明図である。
図３は熱分解炉の部分断面正面図を、図４は図３のＡ−
Ａ断面図をそれぞれ表す。この熱分解炉は、特公昭５６
−４５８５０号公報（USP４，１５０，１６８）や特公
昭５６−４５８５１号公報（USP４，１４７，８１４）
に開示されているモノシランガスの熱分解反応による多
結晶シリコンの製造炉に特有なシリコン芯体間を熱遮蔽
する水冷熱遮蔽板を、備えていない。１は多数取り付け
られている棒状シリコン芯体を、３２は２本の芯体１を
その上端部で連結しているシリコン製ブリッジを、それ
ぞれ示す。３３は芯体１と接続する水冷電極を示す。シ
リコン芯体１は水冷電極３３より供給される電力により
加熱され、その温度は覗窓１９の外に置かれたパイロメ
ーター（図示せず）により測定される。多数の水冷電極
３３は水冷ベースフランジ３７に取り付けられている。
合物の熱分解反応により、棒状シリコン芯体上に結晶軸
の互いに異なるシリコンの微粒子によって構成される多
結晶シリコン層を析出する、熱分解炉の説明図である。
図３は熱分解炉の部分断面正面図を、図４は図３のＡ−
Ａ断面図をそれぞれ表す。この熱分解炉は、特公昭５６
−４５８５０号公報（USP４，１５０，１６８）や特公
昭５６−４５８５１号公報（USP４，１４７，８１４）
に開示されているモノシランガスの熱分解反応による多
結晶シリコンの製造炉に特有なシリコン芯体間を熱遮蔽
する水冷熱遮蔽板を、備えていない。１は多数取り付け
られている棒状シリコン芯体を、３２は２本の芯体１を
その上端部で連結しているシリコン製ブリッジを、それ
ぞれ示す。３３は芯体１と接続する水冷電極を示す。シ
リコン芯体１は水冷電極３３より供給される電力により
加熱され、その温度は覗窓１９の外に置かれたパイロメ
ーター（図示せず）により測定される。多数の水冷電極
３３は水冷ベースフランジ３７に取り付けられている。
【００１７】シリコン芯体１を取り付け後、水冷ベルジ
ャ３８を閉じ、炉内を真空にし、希ガス置換、水素ガス
置換を実施した後、シリコン芯体１が加熱される。炉内
へのガスの流入は、水冷ベースフランジ３７に設けられ
た多数のガス流入口３５より、炉全体に均一に流入され
る。そのガスは、ベルジャ３８上部に多数設けられた排
出部を経て集められ、流出口３６より炉外に排出され
る。ＣＶＤ法のためのシリコン芯体１の加熱は、初め炉
の中心部に設置されたグラファイトヒーター３４を昇温
し、近接したシリコン芯体１を輻射加熱する事より始め
る。次に、加熱したシリコン芯体１に電流を流し昇温す
る。この段階でグラファイトヒーター３４の加熱は終了
する。次に、昇温したシリコン芯体１により、その外周
のシリコン芯体１を輻射過熱してから、そのシリコン芯
体１に電流を流し昇温する。以後、同様の操作の繰り返
しにより全シリコン芯体１を昇温する。この様な、煩雑
な操作を繰り返す理由はシリコン芯体１が半導体のた
め、芯体１に直接電流を流して室温から加熱するのが困
難であるからである。室温から直接昇温する為には、高
価な特殊高電圧電源装置と高度の電気絶縁対策を施した
装置が必要となる。全シリコン芯体１の昇温後、シリコ
ン芯体１の温度を一定に保ちＣＶＤ法を実施する。
ャ３８を閉じ、炉内を真空にし、希ガス置換、水素ガス
置換を実施した後、シリコン芯体１が加熱される。炉内
へのガスの流入は、水冷ベースフランジ３７に設けられ
た多数のガス流入口３５より、炉全体に均一に流入され
る。そのガスは、ベルジャ３８上部に多数設けられた排
出部を経て集められ、流出口３６より炉外に排出され
る。ＣＶＤ法のためのシリコン芯体１の加熱は、初め炉
の中心部に設置されたグラファイトヒーター３４を昇温
し、近接したシリコン芯体１を輻射加熱する事より始め
る。次に、加熱したシリコン芯体１に電流を流し昇温す
る。この段階でグラファイトヒーター３４の加熱は終了
する。次に、昇温したシリコン芯体１により、その外周
のシリコン芯体１を輻射過熱してから、そのシリコン芯
体１に電流を流し昇温する。以後、同様の操作の繰り返
しにより全シリコン芯体１を昇温する。この様な、煩雑
な操作を繰り返す理由はシリコン芯体１が半導体のた
め、芯体１に直接電流を流して室温から加熱するのが困
難であるからである。室温から直接昇温する為には、高
価な特殊高電圧電源装置と高度の電気絶縁対策を施した
装置が必要となる。全シリコン芯体１の昇温後、シリコ
ン芯体１の温度を一定に保ちＣＶＤ法を実施する。
【００１８】図５に、真空蒸着法により棒状シリコン芯
体表面に特定のシリコン層を析出する装置の説明図を示
す。図５において、１は棒状シリコン芯体を、２は棒状
シリコン芯体１を回転しながら支持する石英ガラス製支
持具を、３は支持具２を支え駆動する駆動装置を、４１
は支持具２を回転させる回転機構を、それぞれ示してい
る。１６は棒状シリコン芯体１を加熱するヒーターを、
４６はシリコン芯体１の温度を測定するパイロメーター
を、４３はシリコンの蒸発源であるシリコン棒を、４５
はシリコン棒４３の上部先端を溶融するためのＨＦ加熱
用コイルを、それぞれ示している。４２は石英ガラス製
の蒸発シリコン飛散防止用の遮蔽板を、４４はシリコン
棒４３を支持しながら上下に移動させる機構を備える支
持台を、それぞれ示している。以上説明した全装置は真
空槽２０に収納され、各操作は真空槽２０外より自動で
操作できるように工夫されている。
体表面に特定のシリコン層を析出する装置の説明図を示
す。図５において、１は棒状シリコン芯体を、２は棒状
シリコン芯体１を回転しながら支持する石英ガラス製支
持具を、３は支持具２を支え駆動する駆動装置を、４１
は支持具２を回転させる回転機構を、それぞれ示してい
る。１６は棒状シリコン芯体１を加熱するヒーターを、
４６はシリコン芯体１の温度を測定するパイロメーター
を、４３はシリコンの蒸発源であるシリコン棒を、４５
はシリコン棒４３の上部先端を溶融するためのＨＦ加熱
用コイルを、それぞれ示している。４２は石英ガラス製
の蒸発シリコン飛散防止用の遮蔽板を、４４はシリコン
棒４３を支持しながら上下に移動させる機構を備える支
持台を、それぞれ示している。以上説明した全装置は真
空槽２０に収納され、各操作は真空槽２０外より自動で
操作できるように工夫されている。
【００１９】以下に、本発明係る棒状高純度多結晶シリ
コンの製造方法の具体的実施例について説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例の工程順序を表すフ
ローチャートである。図１において、Ｓ１，Ｓ２，…，
Ｓ５は本発明の各工程を表し、本発明の特徴である棒状
シリコン芯体１に特定のシリコン層を析出する工程は工
程Ｓ３である。以下順を追って実施例を説明する。特殊
なＦＺ法（スリムロッド法）で製造された直径７ｍｍ、
長さ２ｍの棒状シリコン芯体１は、工程Ｓ１において、
両端の機械加工、清浄化のため弗酸と硝酸との混合液に
よるエッチング、純水洗浄、及び乾燥が行われる。工程
Ｓ２（すなわち、保管I）に於いて、清浄な棒状シリコ
ン芯体１は両端のみで支えられる治具のついた密閉容器
に一次保管される。この密閉容器は、棒状シリコン芯体
１の品質を維持するため高純度窒素ガスで置換され、陽
圧の状態に保持される。窒素ガスの代わりに、ヘリウム
ガスやアルゴンガスでもよい。工程Ｓ３は、棒状シリコ
ン芯体１に特定のシリコン層を析出する気相成長工程で
ある。本実施例では図２に示した装置を使用し、プラズ
マＣＶＤ法により無定形シリコンを芯体１に2.5〜3.5μ
ｍの厚さ析出した。ＣＶＤ法の条件の詳細は、反応管６
の直径５０ｍｍ、ＨＦ発振機４の出力が８ＭＨｚ・１Ｋ
Ｗ、電極５間隔３０ｍｍ、真空槽２０の圧力５００Ｐ
ａ、希釈ガスが水素ガス、モノシランガスの濃度２０
％、希ガスがアルゴン、芯体１の温度が３３０〜３５０
°Ｃ、等である。また、水素ガスの流出口１１には少量
のモノシランガスが混入するように、アルゴンガスの流
出口１３，１５には殆ど水素ガスの漏洩の無いように、
各ガスの流量を調整した。図２のＣＶＤ装置より取り出
された特定のシリコン層を析出した芯体１は、工程Ｓ２
の保管Iと同一の条件である工程Ｓ４（すなわち、保管I
I）で清浄な条件で保管した。工程Ｓ５はモノシランガ
スによる棒状多結晶シリコンを製造する工程であり、本
実施例では直径が１００ｍｍになるまでモノシランガス
の熱分解反応によってシリコンを成長させた。
コンの製造方法の具体的実施例について説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例の工程順序を表すフ
ローチャートである。図１において、Ｓ１，Ｓ２，…，
Ｓ５は本発明の各工程を表し、本発明の特徴である棒状
シリコン芯体１に特定のシリコン層を析出する工程は工
程Ｓ３である。以下順を追って実施例を説明する。特殊
なＦＺ法（スリムロッド法）で製造された直径７ｍｍ、
長さ２ｍの棒状シリコン芯体１は、工程Ｓ１において、
両端の機械加工、清浄化のため弗酸と硝酸との混合液に
よるエッチング、純水洗浄、及び乾燥が行われる。工程
Ｓ２（すなわち、保管I）に於いて、清浄な棒状シリコ
ン芯体１は両端のみで支えられる治具のついた密閉容器
に一次保管される。この密閉容器は、棒状シリコン芯体
１の品質を維持するため高純度窒素ガスで置換され、陽
圧の状態に保持される。窒素ガスの代わりに、ヘリウム
ガスやアルゴンガスでもよい。工程Ｓ３は、棒状シリコ
ン芯体１に特定のシリコン層を析出する気相成長工程で
ある。本実施例では図２に示した装置を使用し、プラズ
マＣＶＤ法により無定形シリコンを芯体１に2.5〜3.5μ
ｍの厚さ析出した。ＣＶＤ法の条件の詳細は、反応管６
の直径５０ｍｍ、ＨＦ発振機４の出力が８ＭＨｚ・１Ｋ
Ｗ、電極５間隔３０ｍｍ、真空槽２０の圧力５００Ｐ
ａ、希釈ガスが水素ガス、モノシランガスの濃度２０
％、希ガスがアルゴン、芯体１の温度が３３０〜３５０
°Ｃ、等である。また、水素ガスの流出口１１には少量
のモノシランガスが混入するように、アルゴンガスの流
出口１３，１５には殆ど水素ガスの漏洩の無いように、
各ガスの流量を調整した。図２のＣＶＤ装置より取り出
された特定のシリコン層を析出した芯体１は、工程Ｓ２
の保管Iと同一の条件である工程Ｓ４（すなわち、保管I
I）で清浄な条件で保管した。工程Ｓ５はモノシランガ
スによる棒状多結晶シリコンを製造する工程であり、本
実施例では直径が１００ｍｍになるまでモノシランガス
の熱分解反応によってシリコンを成長させた。
【００２０】特定のシリコン層の上に成長させた棒状多
結晶シリコン製品には、外観上、全く欠陥が観察されな
かった。製品の内部を詳細に観察するため、得られた棒
状多結晶シリコンの両端部より長さ１０ｃｍの試料を採
取し、その試料を軸方向に２分割してその分割面をラッ
ピング後エッチングし、シリコン芯体１近傍の欠陥を観
察した。いずれの試料からも異常成長や気孔による欠陥
は観察されなかった。また、残った棒状多結晶シリコン
はＦＺ法によって単結晶が製造され、収率１００％の結
果を得た。同時に使用した従来法で製造した棒状多結晶
シリコンの結果は９２〜９４％の値で、顕著な差が認め
られた。
結晶シリコン製品には、外観上、全く欠陥が観察されな
かった。製品の内部を詳細に観察するため、得られた棒
状多結晶シリコンの両端部より長さ１０ｃｍの試料を採
取し、その試料を軸方向に２分割してその分割面をラッ
ピング後エッチングし、シリコン芯体１近傍の欠陥を観
察した。いずれの試料からも異常成長や気孔による欠陥
は観察されなかった。また、残った棒状多結晶シリコン
はＦＺ法によって単結晶が製造され、収率１００％の結
果を得た。同時に使用した従来法で製造した棒状多結晶
シリコンの結果は９２〜９４％の値で、顕著な差が認め
られた。
【００２１】（実施例２）実施例１のモノシランガスを
濃度１０％のジ・シランガスに変え使用した。その他の
条件は、実施例１と同一にした。実施例１と本実施例の
原料流出口より排気されたガス中のモノシランガス及び
ジ・シランガスの残量分析の結果より、ジ・シランガス
がモノシランガスより分解され易いことが判った。得ら
れた無定形シリコンを析出した棒状シリコン芯体１を使
用して、実施例１と同一の条件で棒状多結晶シリコンを
製造した。実施例１と同一の検査を実施し、実施例１と
一致する検査結果を得た。
濃度１０％のジ・シランガスに変え使用した。その他の
条件は、実施例１と同一にした。実施例１と本実施例の
原料流出口より排気されたガス中のモノシランガス及び
ジ・シランガスの残量分析の結果より、ジ・シランガス
がモノシランガスより分解され易いことが判った。得ら
れた無定形シリコンを析出した棒状シリコン芯体１を使
用して、実施例１と同一の条件で棒状多結晶シリコンを
製造した。実施例１と同一の検査を実施し、実施例１と
一致する検査結果を得た。
【００２２】（実施例３）実施例１のモノシランガス
を、濃度５％のジ・シランと濃度１０％のモノシランガ
スとの混合ガスに変え使用した。その他の条件は同一に
し、シリコン芯体１に無定形シリコンを析出させ、その
析出させた芯体１を使用して多結晶シリコンを製造し
た。実施例１と同一の検査を実施し、実施例１と一致す
る満足な結果を得た。
を、濃度５％のジ・シランと濃度１０％のモノシランガ
スとの混合ガスに変え使用した。その他の条件は同一に
し、シリコン芯体１に無定形シリコンを析出させ、その
析出させた芯体１を使用して多結晶シリコンを製造し
た。実施例１と同一の検査を実施し、実施例１と一致す
る満足な結果を得た。
【００２３】（実施例４）実施例１の工程Ｓ３の気相成
長法を、図３及び図４に示す装置を使用してモノシラン
ガスの熱分解反応によるＣＶＤ法を実施した。棒状シリ
コン芯体１を図１の保管I容器より取り出し、特定のシ
リコン層を析出する為の熱分解炉に装填した。ベルジャ
３８を閉じ、炉内を真空にし、アルゴンガスを満たし
た。更に、原料ガス流入口３５と原料ガス流出口３６と
を使用してプレッシャー・スウィング法により、炉内を
水素ガスで充分に置換してから、水素ガスを流しながら
炉内の圧力を５００Ｐａに保持した。シリコン芯体１及
びグラファイト・ヒーター３４がオーミックに接続して
いること、熱分解炉の各部の水冷が充分であることを確
認し、次に、既に説明した操作手順に従って全部の芯体
１を昇温して、７００°ＣでＣＶＤを実施した。原料ガ
スのモノシランガスは、水素ガスで２０％に希釈して多
数のガス流入口３５より均一に流した。結晶軸の互いに
異なるシリコンの微粒子によって構成される多結晶シリ
コン層を２.５〜３.５μｍの厚さ析出した。モノシラン
ガスの流入停止後、排気される水素ガス中にモノシラン
ガスが検出されなくなってから、シリコン芯体１を冷却
した。熱分解炉より取り出したシリコン芯体１は保管II
の後、多結晶析出を実施例１と同一の条件で実施した。
得られ製品は多結晶の状態で実施例１と同一の検査を
し、ＦＺ法による単結晶化も実施した。得られた結果は
実施例１と同様の好結果であった。
長法を、図３及び図４に示す装置を使用してモノシラン
ガスの熱分解反応によるＣＶＤ法を実施した。棒状シリ
コン芯体１を図１の保管I容器より取り出し、特定のシ
リコン層を析出する為の熱分解炉に装填した。ベルジャ
３８を閉じ、炉内を真空にし、アルゴンガスを満たし
た。更に、原料ガス流入口３５と原料ガス流出口３６と
を使用してプレッシャー・スウィング法により、炉内を
水素ガスで充分に置換してから、水素ガスを流しながら
炉内の圧力を５００Ｐａに保持した。シリコン芯体１及
びグラファイト・ヒーター３４がオーミックに接続して
いること、熱分解炉の各部の水冷が充分であることを確
認し、次に、既に説明した操作手順に従って全部の芯体
１を昇温して、７００°ＣでＣＶＤを実施した。原料ガ
スのモノシランガスは、水素ガスで２０％に希釈して多
数のガス流入口３５より均一に流した。結晶軸の互いに
異なるシリコンの微粒子によって構成される多結晶シリ
コン層を２.５〜３.５μｍの厚さ析出した。モノシラン
ガスの流入停止後、排気される水素ガス中にモノシラン
ガスが検出されなくなってから、シリコン芯体１を冷却
した。熱分解炉より取り出したシリコン芯体１は保管II
の後、多結晶析出を実施例１と同一の条件で実施した。
得られ製品は多結晶の状態で実施例１と同一の検査を
し、ＦＺ法による単結晶化も実施した。得られた結果は
実施例１と同様の好結果であった。
【００２４】（実施例５）実施例４の濃度２０％のモノ
シランガスを濃度８％のジ・シランガスに変更し、その
他の条件は実施例４と同一で実験した。得られた製品の
多結晶の状態に於ける検査結果及びＦＺ法による単結晶
化の結果共、実施例１と同様の好結果であった。
シランガスを濃度８％のジ・シランガスに変更し、その
他の条件は実施例４と同一で実験した。得られた製品の
多結晶の状態に於ける検査結果及びＦＺ法による単結晶
化の結果共、実施例１と同様の好結果であった。
【００２５】（実施例６）実施例４の濃度２０％のモノ
シランガスを、濃度１０％のモノシランガスと濃度５％
のジ・シランガスとの混合ガスに変更し、その他の条件
は実施例４と同一の条件で実験した。得られた製品の多
結晶の状態に於ける検査結果及びＦＺ法による単結晶化
の結果共、実施例１と同様の好結果であった。
シランガスを、濃度１０％のモノシランガスと濃度５％
のジ・シランガスとの混合ガスに変更し、その他の条件
は実施例４と同一の条件で実験した。得られた製品の多
結晶の状態に於ける検査結果及びＦＺ法による単結晶化
の結果共、実施例１と同様の好結果であった。
【００２６】（実施例７）実施例１の気相成長工程Ｓ３
を、図５に示す装置を使用して真空蒸着法で実施した。
工程Ｓ１の棒状シリコン芯体１を真空槽２０内の支持具
２に、ＦＺ法により溶融したシリコン棒４３を支持台４
４に、それぞれ取り付けた。真空槽２０内を真空にした
後、ヒーター１６により芯体１を３００〜３３０°Ｃに
加熱し、その温度の測定はパイロメーター４６で行っ
た。シリコンの蒸着中、芯体１は３ｒｐｍで回転した。
シリコン棒４３の加熱は、最初、シリコン棒４３の近く
に設置した炭化シリコン片（図示せず）をＨＦ加熱用コ
イル４５で加熱し、その輻射熱でシリコン棒４３を予備
加熱してから、コイル４５で加熱した。無定形シリコン
層の析出速度は、シリコン棒４３の直径と、シリコン棒
４３及びシリコン芯体１間の距離とにより調節した。無
定形シリコン層は実施例１と同様2.5〜3.5μｍ析出し、
棒状高純度多結晶シリコンの製造も実施例１と同一の条
件で実施した。得られた製品の多結晶の状態に於ける検
査結果及びＦＺ法による単結晶化の結果共、実施例１と
同様の好結果であった。
を、図５に示す装置を使用して真空蒸着法で実施した。
工程Ｓ１の棒状シリコン芯体１を真空槽２０内の支持具
２に、ＦＺ法により溶融したシリコン棒４３を支持台４
４に、それぞれ取り付けた。真空槽２０内を真空にした
後、ヒーター１６により芯体１を３００〜３３０°Ｃに
加熱し、その温度の測定はパイロメーター４６で行っ
た。シリコンの蒸着中、芯体１は３ｒｐｍで回転した。
シリコン棒４３の加熱は、最初、シリコン棒４３の近く
に設置した炭化シリコン片（図示せず）をＨＦ加熱用コ
イル４５で加熱し、その輻射熱でシリコン棒４３を予備
加熱してから、コイル４５で加熱した。無定形シリコン
層の析出速度は、シリコン棒４３の直径と、シリコン棒
４３及びシリコン芯体１間の距離とにより調節した。無
定形シリコン層は実施例１と同様2.5〜3.5μｍ析出し、
棒状高純度多結晶シリコンの製造も実施例１と同一の条
件で実施した。得られた製品の多結晶の状態に於ける検
査結果及びＦＺ法による単結晶化の結果共、実施例１と
同様の好結果であった。
【００２７】以上説明した本発明の実施により、1）熱
分解反応の初期における、欠陥を抑制する特殊な熱分解
反応条件の導入が不必要となり、しかもその特殊条件に
伴うトラブルが無くなり、2）シリコン芯体近傍に生成
する欠陥が抑制され、3）酸素含有量が低減され、及び
4）ＦＺ法による単結晶化の良好な棒状高純度多結晶シ
リコンが得ることができる。
分解反応の初期における、欠陥を抑制する特殊な熱分解
反応条件の導入が不必要となり、しかもその特殊条件に
伴うトラブルが無くなり、2）シリコン芯体近傍に生成
する欠陥が抑制され、3）酸素含有量が低減され、及び
4）ＦＺ法による単結晶化の良好な棒状高純度多結晶シ
リコンが得ることができる。
【図１】本発明の実施例の工程順序を示すフローチャー
トである。
トである。
【図２】本発明のプラズマＣＶＤ法による無定形シリコ
ン層を析出する装置の説明図である。
ン層を析出する装置の説明図である。
【図３】本発明のガス状シリコン化合物による、結晶軸
の互いに異なるシリコンの微粒子によって構成される多
結晶シリコン層の析出を説明する装置の部分断面正面図
である。
の互いに異なるシリコンの微粒子によって構成される多
結晶シリコン層の析出を説明する装置の部分断面正面図
である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の真空蒸着法による無定形シリコン層を
析出する装置の説明図である。
析出する装置の説明図である。
１…棒状シリコン芯体、２…支持具、３…駆動装置、４
…ＨＦ発振機、５…ＨＦ電極、６…ＣＶＤ反応管、７…
仕切板、１６，１７…加熱用ヒーター、１９…覗窓、２
０…真空槽、３２…シリコン製ブリッジ、３３…水冷電
極、３４…グラファイトヒーター、３７…水冷ベースフ
ランジ、３８…ベルジャ、４１…回転機構、４２…遮蔽
板、４３…シリコン棒、４４…支持台、４５…ＨＦ加熱
用コイル、４６…パイロメーター。
…ＨＦ発振機、５…ＨＦ電極、６…ＣＶＤ反応管、７…
仕切板、１６，１７…加熱用ヒーター、１９…覗窓、２
０…真空槽、３２…シリコン製ブリッジ、３３…水冷電
極、３４…グラファイトヒーター、３７…水冷ベースフ
ランジ、３８…ベルジャ、４１…回転機構、４２…遮蔽
板、４３…シリコン棒、４４…支持台、４５…ＨＦ加熱
用コイル、４６…パイロメーター。
Claims (3)
- 【請求項１】 モノシランガスの熱分解反応により棒状
シリコン芯体上にシリコンを析出させる棒状高純度多結
晶シリコンの製造方法において、 使用する棒状シリコン芯体の表面に気相成長法により、
あらかじめ、無定形シリコン層及び結晶軸の互いに異な
るシリコンの微粒子によって構成される多結晶シリコン
層のいずれか一種類のシリコン層を析出させることによ
り特定のシリコン層で被覆し、 特定のシリコン層で被覆した芯体を使用して、多結晶シ
リコンを析出させることを特徴とする棒状高純度多結晶
シリコンの製造方法。 - 【請求項２】 気相成長法は、シリコンのガス状水素化
合物及び該化合物の混合物のいずれか一種類のガスを使
用する化学気相成長法であることを特徴とする請求項１
記載の棒状高純度多結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項３】 気相成長法は、物理気相成長法であるこ
とを特徴とする請求項１記載の棒状高純度多結晶シリコ
ンの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/971801 | 2001-10-09 | ||
| US09/971,801 US6503563B1 (en) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | Method of producing polycrystalline silicon for semiconductors from saline gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003119015A true JP2003119015A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=25518810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002003706A Pending JP2003119015A (ja) | 2001-10-09 | 2002-01-10 | 棒状高純度多結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6503563B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003119015A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005517621A (ja) * | 2002-02-14 | 2005-06-16 | アドヴァンスド シリコン マテリアルズ エルエルシー | 多結晶シリコンのエネルギー効率的製造方法 |
| KR100768148B1 (ko) | 2006-05-22 | 2007-10-17 | 한국화학연구원 | 금속 코어수단을 이용한 다결정 실리콘 봉의 제조방법 |
| JP2008058314A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Wacker Chemie Ag | ポリシリコン成形体の汚染および破壊のない試験法および欠陥のないポリシリコン成形体 |
| JP2009221058A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Mitsubishi Materials Corp | 多結晶シリコン製造装置 |
| KR101096178B1 (ko) | 2008-07-21 | 2011-12-22 | 한국과학기술원 | 다결정 실리콘의 제조장치에 사용되는 불순물 방지막이있는 금속 심재 |
| JP2012516276A (ja) * | 2009-01-29 | 2012-07-19 | セントローテルム・ジーテック・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | シリコン堆積炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置及び方法 |
| JP2017030983A (ja) * | 2015-07-28 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン製造用反応炉及び多結晶シリコンの製造方法 |
| JP2018150236A (ja) * | 2018-05-21 | 2018-09-27 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン、多結晶シリコン製造用反応炉及び多結晶シリコンの製造方法 |
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