JP4941631B2

JP4941631B2 - シリコンシードおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4941631B2
Application number: JP2005335250A
Authority: JP
Inventors: 幸男山口; 敏由記石井; 哲士今村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: JP2007136909A

Description

本発明は、シーメンス法による多結晶シリコンの製造に用いられるシリコン芯材（シリコンシード）について、炉内の原料ガスの流れが良く、かつ通電状態の良いシリコンシードと、その製造方法に関する。

半導体デバイスの素材であるシリコン単結晶は工業的には主にＣＺ法により製造されており、その原料である多結晶シリコンは専らシーメンス法によって製造されている。シーメンス法による多結晶シリコンの製造では、反応炉内に棒状のシリコン芯材を立て、このシリコン芯材に通電してシリコン芯材を１０００℃前後に赤熱し、この炉内にクロルシラン類と水素ガスを導入し、シリコン芯材の表面にシリコン結晶を析出させて棒状の多結晶シリコンロッドを製造する。

この製造方法において、従来から使用されているシリコン芯材は、多結晶シリコンロッドから切り出された断面が１０mm角程度の四角形の細長い角棒（角柱）であり、これを逆Ｕ字形に組み立て炉内に設置している。ところが、角柱シード（角形断面）を用いると、原料ガスの流れがシード表面の角部によって乱されるため、シード長さに沿った多結晶シリコンの均一な成長が得られず、結晶成長の遅れによる不均一な部分が局部的に発生し、多結晶シリコンロッド表面の長さ方向に縦筋が付く場合がある。

この巻き込みの発生を防止あるいは抑制するには、反応炉内のガス流を均一にすれば良いが、角柱シードを用いたままで炉内全体のガス流を均一化するのは難しい。そこで、シードを多角形断面にしたシードや、シード表面の角部を面取りした丸形断面のシード（丸形シード）を用いることが考えられる。
また、角形断面のシードを用いると多結晶シリコンの成長時に微小な内部空隙（鬆）や歪みが生じる場合があり、これを防止するために、丸形断面や多角形断面のシードが提案されている。（特許文献１）
特開２００４−１４９３２４

ところが、多角断面や丸形断面等のシードを用いるには、多結晶シリコンロッドから直接に多角形あるいは丸形シードを切り出すことはできないので、最初に断面が四角の角形シードを切り出し、これを多角形や丸形断面に加工する必要がある。従来、断面角形のシードを丸形断面に加工するには、例えば、円盤形の砥石を用いる場合には、回転する砥石の平面をシード表面の角部に押し当てて角部を研削し、この角部の研削を繰り返して丸形に加工している。しかし、この方法は平面研削を繰り返すものであるので、手間がかかるうえに長手方向に沿って均一な多角形や丸形断面を形成するのが難しい。

また、反応炉内に逆Ｕ字型のシードを設ける場合、通常、一対の棒状シードを立設し、その上端どうしを連結用シードによって接続して組み立てているが、互いに突き合わされる接続部分のシード断面が丸形や多角形であると接続が難しく、また互いの接触面積が少ないので通電状態が不良になる虞がある。シード全体の断面を丸形や多角形に加工すると、このような問題を生じる。

本発明は、従来の上記問題を解決したものであって、多結晶シリコンの製造に用いられ、炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードについて、通電状態および原料ガスの流れが良好であるシリコンシードとその製造方法を提供する。

本発明によれば、以下の構成を有するシリコンシードが提供される。
〔１〕多結晶シリコンの製造に用いられ、炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードであって、立設部分の基端部および上端部の断面が角形であり、さらに該立設部分を接続する連結部分の断面が角形である一方、該基端部および該上端部を除く立設部分の断面が丸形ないし楕円形であることを特徴とするシリコンシード。

さらに、本発明によれば以下の構成を有するシリコンシードの製造方法が提供される。
〔２〕多結晶シリコンの製造に用いられ、炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードの製造方法であって、シリコンシードを形成する棒状芯材の外径に対応する溝幅の丸溝を外周面に有す回転砥石を用い、断面が角形の棒状芯材の側面に該回転砥石の丸溝を押し当てて長手方向に移動させて該芯材の側面を断面が丸形ないし楕円形に加工することによって、基端部および上端部を除く立設部分の断面が丸形ないし楕円形であって、該基端部と該上端部および連結部分の断面が角形であるシリコンシードを製造する方法。

本発明のシリコンシードは、炉内に立設する立設部分の基端部と上端部の断面、および該立設部分どうしを接続する連結部分の断面が角形であり、上記基端部および上端部を除く部分の断面が丸形ないし楕円形であるので、炉内に逆Ｕ字形に形成された場合に、連結部分の接続が容易であると共に接続部分の接触面積が大きいので通電状態が良い。

しかも、本発明のシリコンシードは立設部分の基端部および上端部を除く部分の断面が丸形ないし楕円形に形成されているので、炉内のガスの流れが良く、多結晶シリコンが均一に析出するので、多結晶シリコンロッド表面の長さ方向に縦筋がなく、高品質の多結晶シリコンを得ることができる。

また、本発明の製造方法は、多結晶シリコンの製造炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードについて、シリコンシードを形成する棒状芯材の外径に対応する溝幅の丸溝を外周面に有す回転砥石を用い、断面が角形の棒状芯材の側面に該回転砥石の丸溝を押し当てて長手方向に移動させて該芯材の側面を断面が丸形ないし楕円形に加工することによって、基端部および上端部を除く立設部分の断面が丸形ないし楕円形であって、該基端部と該上端部および連結部分の断面が角形であるシリコンシードを製造する方法。

本発明の製造方法で使用する回転砥石について、該砥石外周面に形成された溝部分の材質にダイヤモンド、メタルレンジ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いることによって、シリコンシードを加工する際に不純物の混入が少なく、高純度の多結晶シリコンを製造することができる。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の加工装置の一例を図１、図２に示す。図示するように、本発明の加工装置は、円盤状ないし円筒状の回転砥石１０を有しており、回転砥石１０は軸１２によって駆動部１３に連結されている。円盤状の回転砥石１０はその厚さが棒状芯材の外径Ｌに対応して該外径よりもやや大きく形成されている。円筒状の回転砥石１０はその筒長が棒状芯材の外径Ｌに対応して該外径よりもやや大きく形成されている。この回転砥石１０の外周面に溝状の研磨部１１が設けられている。この溝状研磨部１１の深さ方向の具体的な形状は丸溝にすることができる。丸溝は楕円形から真円まで任意の曲率を有する各種の湾曲形状にすることができる。上記溝部分（溝状研磨部）１１は棒状芯材の外径Ｌに対応した溝径φを有している。

この加工装置を用い、図２に示すように、回転砥石１０の外周面に設けた溝部分１１を棒状芯材２０の側面に押し当てて研削することによって、該棒状芯材２０の断面を上記溝部分１１に従った形状に成形することができる。丸溝１１を有する回転砥石１０を用いた場合には、丸溝１１の曲率によって楕円形から真円まで各種の丸形断面を形成することができる。

具体的には、図２（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、回転砥石１０の溝部分１１を芯材２０の側面に押し当てた状態で、芯材２０の長手方向に沿って回転砥石１０を移動させて芯材２０の片側を加工する。次いで、図２（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、芯材２０を反転させ、あるいは芯材２０の反対側の側面に回転砥石１０を移動させ、再び溝部分１１を芯材２０の側面に押し当てた状態で、芯材２０の長手方向に沿って回転砥石１０を移動させて芯材２０の残り片側を加工する。なお、芯材２０の片側を長手方向に沿って加工した後に、芯材２０の残り片側を加工しても良い。このように芯材２０の両側を加工して、断面が丸形ないし楕円形の芯材を得ることができる。

本発明の加工装置ないし加工方法は、シーメンス法に基づく多結晶シリコンの製造に用いるシリコンシードの断面を加工する場合に特に有用である。シリコンシード用の加工装置は、回転砥石１０の外周面に設けた溝状研磨部１１はシリコンシード２０の外径に対応する溝幅φを有している。溝部分の具体的な形状は上述のように丸溝である。この溝部分１１の材質はダイヤモンド、メタルレンジ、炭化ケイ素(ＳｉＣ)、窒化ケイ素(ＳｉＮ)が好ましい。回転砥石の溝部分を上記材質によって形成したものは、シリコンシードを加工する際に不純物の混入が少なく、高純度の多結晶シリコンを製造することができる。

具体的には、例えば、多結晶シリコンから切り出されたシリコンシード２０は一般に約８mm〜９mm角断面を有している。従って、加工装置の円盤状砥石は約１０mm〜１５mm厚さを有し、該砥石外周面の研磨溝１１は上記シリコンシードの外径に対応した溝幅を有しており、溝部分の材質はダイヤモンド、メタルレンジ、炭化ケイ素(ＳｉＣ)、窒化ケイ素(ＳｉＮ)などによって形成されている。砥石外周面の溝１１は例えば曲率４±０.２mmの丸溝、ないし例えば扁平率１.０〜１.３の楕円形の溝である。

本発明によって加工したシリコンシードは、シーメンス法に基づく多結晶シリコンの製造に用いるシリコンシードであって、炉内に立設するシードの基端部および上端部の断面が角形であり、該基端部および上端部を除く立設部分の少なくとも上半分以上が丸形断面ないし楕円形断面であることを特徴とするシリコンシードである。このような基端部およぶ上端部が角形断面であって、基端部と上端部を除く立設部分が丸形断面ないし楕円形断面のシリコンシードは本発明の加工方法によって容易に得ることができる。

本発明のシリコンシードの一例を図３に示す。図示するように、炉内に一対のシリコンシード３０が立設されており、この立設部分３０が連結部３１によって接続され、逆Ｕ字形のシリコンシードが形成されている。上記連結部３１の断面は角形であり、さらに立設部分３０の基端部３２および上端部３３の断面は角形である。一方、該基端部３２および上端部３３を除く立設部分３０は丸形断面ないし楕円形断面に形成されている。

本発明のシリコンシードは、連結部と立設部分の接続箇所が角形断面であるので、接続が容易であると共に接続部分の接触面積が大きいので通電状態が良い。一方、立設部分は丸形断面または楕円形断面に形成されているので、炉内の原料ガスの流れが良く、多結晶シリコンが均一に析出するので、多結晶シリコンロッド表面の長さ方向に縦筋が付くことがなく、高品質の多結晶シリコンを得ることができる。

従来の角形断面のシリコーンシード（比較例）と、本発明の丸形断面または楕円断面のシリコンシード（実施例１〜３）を用い、シーメンス法に基づいて多結晶シリコンを製造した。この結果を表１に示した。表示するように、従来の角形断面のシリコーンシードを用いた比較例では巻き込み発生率が極めて高く９０％以上であるのに対して、本発明の丸形断面または楕円断面のシリコンシードを用いた実施例では巻き込み発生率は０％であり、多結晶シリコンロッド表面の長さ方向に縦筋が生じない。

本発明の加工装置の概略斜視図本発明の加工方法の工程図本発明のシリコンシードの概略斜視図

符号の説明

１０−回転砥石、１１−溝部分、１２−軸、１３−駆動部、２０−芯材（シリコンシード）、３０−立設部分、３１−連結部分、３２−基端部、３３−上端部。

Claims

多結晶シリコンの製造に用いられ、炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードであって、立設部分の基端部および上端部の断面が角形であり、さらに該立設部分を接続する連結部分の断面が角形である一方、該基端部および該上端部を除く立設部分の断面が丸形ないし楕円形であることを特徴とするシリコンシード。
多結晶シリコンの製造に用いられ、炉内に逆Ｕ字形に立設されるシリコンシードの製造方法であって、シリコンシードを形成する棒状芯材の外径に対応する溝幅の丸溝を外周面に有す回転砥石を用い、断面が角形の棒状芯材の側面に該回転砥石の丸溝を押し当てて長手方向に移動させて該芯材の側面を断面が丸形ないし楕円形に加工することによって、基端部および上端部を除く立設部分の断面が丸形ないし楕円形であって、該基端部と該上端部および連結部分の断面が角形であるシリコンシードを製造する方法。