JPH02111613A - 寿命の長い単結晶シリコンを生成可能な多結晶シリコン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子機器用の長寿命の単結晶シリコ／（ケイ素
、５ｉｔｉｃｏｎ）を生成可能であるシランまたはハロ
ゲン置換シランの分解により製造される高純度多結晶シ
リコンに関する。

発明の背景 単結晶シリコンは電子工業に有用であり、特に半導体お
よび光検出器に実用性がある。電子装置が精巧になるに
つれて、高純度で比較的欠陥のない単結晶シリコンが求
められる。実際、米国政府は高純度で比較的欠陥のない
単結晶を製造する研究計画を積極的に支持している。

高純度で比較的欠陥のない単結晶に求められる代表的な
特性は高い比抵抗または固有抵抗および長い寿命である
。半導体材料の固有抵抗はイオン化可能な不純物、例え
ば、ホウ素、リン、ヒ素、アルミニウム、重金属などに
より影響される０これらの材料の寿命は、材料中のキャ
リヤが自由に留まり、材料の４′ｗｌｔ率に一因する時
間に関係がある。中ヤリャが再結合されると、その寿命
は終る。

再結合は単結晶内で、あるいは例えは不純物からの逆荷
電キャリヤとの結合により不完全に起ることがある。従
って、欠陥およびイオン化可能な不純物がない単結晶が
非常に長い寿命を示すものと期待されている。イオン化
可能な不純物の作用を無効にすることができる物質（ド
ーパ７ト）およびキャリヤをトラップすることができる
物質を混入することによって活性および寿命の成る程度
の増大を達成することができる。

単結晶シリコンを製造するだめの商業的に用いられてい
る主な方法は周知なチョコラルス中−法およびフロート
ゾーン法であり、これら両方ともｉ科として多結晶シリ
コンを使用する。チョクラルスキー法では、多結晶シリ
コンの粒子をるつほで融解し、この融液から単結晶シリ
コンを引き上ける。フロートゾーン法はるつばを使用し
ない０むしろ、多結晶シリコンを帯域で加熱し、この加
熱帯域から単結晶シリコンを引く。フロートゾーン法は
、シリコンがるつほに入っていないので、一般に、不純
物の少ない単結晶シリコンを生じることが出来るものと
思わ路上。しかしながら、最近は、高温のシリコン融鞭
をるつほの中心に局部化して保ち、それによりるつほか
らの汚染を最小にする磁気的チョクラルスキー法に向け
られつつある。それにもかかわらず、ｐｐｔ＆（パート
・パー・トリロン）範！２８　（Ｍ子基準）の不純物が
単結晶シリコンの固有抵抗および寿命に悪影皆してしま
い、従って、フロートシー７法で使用されるような誘導
ヒータから放出される疑似原子さえも容易ならぬ考慮問
題である。

多結晶シリコン原料の純度は単結晶シリコンの純度に影
響する。多結晶シリコンはシランまたはハロゲン化シラ
ンの熱分解により商業的に製造される。析出の温度は、
シランを使用するか、あるいはハロゲン化シランを使用
するかにより、４００℃〜１２００℃以上に及ぶ。不純
物源はいろいろある。例えば、ホウ素、リン、アルミニ
ウムおよびヒ素などの不純物は代表的には、シランまた
はハロゲン化シランを製造するのに使用されるシリコン
源に見られる。こん静置の重金属を処理設備から取出す
ことができる。ガスケット材、潤滑剤、不活性化ガス等
から炭素が導入されることがある。

もちろん、ハロゲン化シランの場合、ハロゲｙは多結晶
シリコンに存在し得る不純物である。

成る不純物では、単結晶への転化は成る精製に影響して
しまう。例えば、リン含有黛は、単結晶への転化によっ
て減少させることができ、また結晶を引上げることＫよ
って更らに減少させることができる。融液と結晶との間
の不純物の分布率（偏析率）もまた役割をはだす。通常
、結晶構造への不純物の混入は融液中の不純物の濃度よ
シ少ない量である。しかしながら、結晶を引上げるにつ
れて、不純物は融液中でより濃縮されて行き、結晶の後
形成部分には、より多くの不純物が混入される。こｊ、
らの手法のいずれも、不純物による固有抵抗および寿命
の損失を軽減するには十分に満足であるとＦｉｌえず、
単結晶シリコンの多重引上げにより汚染を誘発したり、
多結晶シリコンからの収率の損失を誘発したりする欠点
がある。そのうえ、約０．８の分布率を有するホウ素な
どの不純物については、これらの手法は汚染物を除去す
るに実施可能ではない。

従って、高純度の多結晶シリコンが固有抵抗が話くかつ
寿命が長い単結晶シリコンを作るのに望ましい原料であ
る。フロートゾーン級（すなわち、チョコラルスキー法
に使用する等級より高い純度）の代表的な市販多結晶シ
リコンは、フロートゾーン処理して単結晶シリコンを生
じた後、ホウ素含有量が約２０〜５０　ｐｐｔａ（原子
基準）の範囲であり、リン含有量が３０〜１００　ｐｐ
ｔａの鮮囲である０この分野における種々の研究を重ね
たにもかかわらず、ホウ素が２０　ｐｐｔａ未満、リン
が２０　ｐｐｔａ未満で、固有抵抗が高い、例えば、１
０．０００　ｏｈｍ−備より大きく、寿命が長い、例え
ば、約１０．０００ミリセ力ンド以上である（１９８１
年に再認可されたＡＳＴＭ−Ｆ−２８−７５）フロート
ゾーン法で作らねる単結晶シリコンをもたらす市販多結
晶シリコンは利用できるものがなかった。不純物が存在
すると、単結晶シリコンの固有抵抗および寿命に悪影響
するだけではなく、結晶の欠陥もまた固有抵抗および寿
命を低下させる。単結晶シリコンの多重引き、例えば、
反復フロートゾーン処理操作によって欠陥を減少させる
ことができるが、フロートゾーン処理法に特有の単結晶
シリコンの汚染により、不合格品が存在する。

こわまで、渦業者は多結晶シリコンを製造する多くの方
法を提案してきた。最も広〈実施されている商業方法で
あると思われるシーメンズ法は約１００℃でのトリクロ
ロシランの分解を伴う。通常、温度を保つべく通電され
る加熱ロッドにシリコンが蒸ｉｇれる。ＳｉＸ又は５ｉ
ＨＸ３（Ｘ　ＦｉＣＬＳＢｒ工である）からのシリコン
の蒸石は米国特許４第３．０１２，８６２号および第４
．０５４．０２４号に開示きれている。三塩化シリコン
（分解温度が約１２００℃である）および西ヨウ化シリ
コン（分解温度が約９００℃である）も提案された。い
くつかの製造業者はシランを分解（約４００℃〜９００
℃の温度）して多結晶シリコンを形成している。分解は
加熱ロンド上、あるいは流体床中で行うことができる０
他の提案では、トリクロロシランを６００℃〜８００℃
で分解して多結晶シリコンを形成していた。

多結晶シリコン生成物の性質に成る程度、注意が向けら
れていた。米国特許第４，２５５．４６５号は微細結晶
の表面を形成する条件下でトリクロロシラン（または他
のシリコン−ハロゲン化合物）を分解する方法に力する
。その特許権者は１ａの３８〜４４行に、 「多結晶シリコンロンドの製造中、粗結晶成長がときど
き起り、無るつぼ式フロートゾーン融解法におけるこれ
らの多結晶ロッドからの単結晶ロッドの製造時に可成り
の結晶格子の欠陥が起ることがわかった０　」 と述べている。

しかしながら、この特許は４欄の３行〜６行における ［本発明による方法では、前述の従来方法に比較して、
結晶体の大きざを約１５まで小さくすることが可能であ
る」 以外、多結晶シリコンの物性の詳細を示していない０ トリクロロシランの分解により製造された市販多結晶シ
リコンは代表的には、光学に４ｇｉ鏡検査で容易に観測
できる大きい粒径、し１］えは、１０，０００〜２５０
，０００オングストロームを有している。もつと以前、
ダイヤ−が米国特許第３．５４　ｒ］、　８７１号に、
シリコンが成長している基質に影響するように分解反応
器内の温度を制御するハロシラン分解方法を提案した。

この方法は欠陥、例えば、双晶を促進したり、多結晶成
長を促進したりすると言われている０シランの分解によ
り製造された市販の多結晶シリコンは一般に約１００〜
５００オ／ゲストロームの範凹の結晶の大きさを有して
いる。

発明の概要 本発明によれは、２＠よりも多くない、または多くとも
２つの、またはたった２つのフロートゾーニング通路内
で、約１５　Ｐｐｔ昧満のホウ素含有量、約１５　ｐｐ
ｔｄ満のリン含有量、少なくとも１０．０００　ｏｈｒ
ｎ−ｃｍ　の比抵抗（ドナー）および少なくとも約１０
，０００ミクロセカンドの寿命を有する単結晶シリコン
を生じることが可能である多結晶シリコンが提供される
。従って、この単結晶体は比較的、不純物を含有してい
ないだけではなく、比較的結晶欠陥もない。本発明の多
結晶シリコンは、その製造に使用される任意のスタータ
フィラメントを含有し、かつ少なくとも５０儒の直径お
よび少なくとも０．５ｍの長さを有するロッド（棒）で
ある。好ましくは、とのロッドの成長層の密度は少なく
とも２．３０、好ましくは２．５０〜２．３２７°／ｃ
ｄである。この多結晶材料は約２８．５°で（１１１）
ピークの密度の少なくとも約１７５バーセ／トである２
６．８５±０．２　ｆ　（２ｔｈｅｔａ）のピークを有
するＸ＃も約ａ、ｓＯｏ、好ましくは少なくとも約α５
０°、例えは、約１６０°〜０．５０°である。多結晶
シリコンロッドを１回フロートゾーン処理することによ
って製造された単結晶シリコンの分析により計算した場
合、多結晶シリコンロッドのホウ素およびリン含有量は
、ホウ素の場合、１５　ｐｐｔａ未満、リンの場合、２
０　ｐｐｔａ未満、好ましくは１５　ｐｐｔａ未満であ
る。本発明のいくつかの実施例では、多結晶構造は、ロ
ッドの＠線と直角な多結晶ロッドの横断面およびロッド
の軸線とｆ行な横断面の光学顕微鏡測定（解像度：０，
５ミクロメートル）により認めることができるように、
ロッドの軸線と平行な方向に配向されている。

本発明の多結晶シリコンは任意の適当な手法により高純
度の単結晶シリコンを製造するのに有利に使用すること
ができる。フロートゾーン法および磁気式チョコラルス
千−法などの手法が本発明の多結晶シリコンの高純度特
性の良好な利点を取り入れることは容易にわかる。しか
も、本発明の多結晶シリコンは、１つ又は２ｒｊ７のフ
ロートゾーン処理工９、　　構造上の欠陥が比較的ない
単結晶シリコンに望ましく転化することができる。

詳細な記述 高い密度、約２６．８５±０．２５°（２ｔｈｅｔａ　
）のＸ線粉末回折ピーク、および少なくとも約ｏ、２７
°（２ｔｈｅｔａ　）の（１１１）ピークのＦＷＨＭを
有することを特徴とする高純度の多結晶シリコンはフロ
ートゾーン処理によって比較的欠陥のない単結晶シリコ
ンを容易に形成することができる。

理論で限定したいわけではないが、粒子境界の比および
特性のＸ線パターンにより所望の結晶構造を容易に得る
ことができると思われる。単結晶シリコンは銅放射を使
用して５°と５ｆとの間に３つの固定用のＸ線パターン
ピークを有し、すなわち、２８．５°の主ピーク（１１
１）と、４７．３°および５６６２°の２つのもつと小
さい（２２０）、（！１１１）ピークを有することを特
徴とする。なお、Ｘ線源によっては、これら３つのピー
クのうちの１つまたはそれ以上が２つのピークとして現
われることもあることはわかるべきである。

トリクロロシランの分解により得られる市販の多結晶シ
リコンは一般ＶＣ２６，８５±０．２５°の特性ピーク
（これを有する場合、非常に劣っている）を有するとは
思われない。本発明の多結晶シリコンの約２６．８５°
のピークの原因は知られていないが、多結晶シリコンク
リスタライトにおける結晶構造内のくり返し現象による
ものと思われる。この現象は不純物を除去し易くしたり
、比較的欠陥のない単結晶を形成可能にしたりするのを
助長し得る。

好ましくは、２４８５±α２５°のピークの強さは（１
１１）ピークの強さの少なくとも約１７５パーセント、
好ましくは少なくとも約２パーセント、例えば、約２〜
１０ないし１５パーセントである。

（１１１）ピークの半最大値での全幅は多結晶シリコン
におけるクリスタライトの大きさに関する情報をなす。

一般ＫＳＦＷＨＭが小さくなればなるほど、クリスタラ
イトの大きさが大きくなる０また、ＦＷＨＭはクリスタ
ライト内の応力により影響され、より大きい応力はＦＷ
ＨＭを広くする潜在源をなす０本発明の多結晶シリコン
のＦＷＨＭはしばしば少なくとも約１２７°である。

Ｘ線粉末回折バター／は銅Ｘ線放射を使用して従来法で
測定することができる。適切な鮮明度は一般に、２４〜
６８度（２ｔｈｅｔａ　）の走査、ｎ、ｏｓ度の受光ス
リン）、０．０１度／ステップおよびｚＯ秒／ステップ
で達成することができる０本発明の実施後に行った分析
により、シランの分解によって製造された市販の多結晶
シリコンも２６８５±０．２５°（２ｔｈｅｔａ　）の
Ｘ線粉末回折ノくターンのピークを示すことができるこ
とが実証される０しかしながら、この市販の多結晶シリ
コンは本発明により得ることができる高純度で高性能の
単結晶を生じず、このピークの強さは一般Ｋ（１１１）
ピークの強さの１７５パ一セント未満である。

また、本発明の好適な多結晶シリコンの高い密度は高性
能の単結晶を生じるのを助けるものと思われる。単結晶
は約２−５３９７−の密度を有している。本発明の多結
晶シリコ／は双晶、重なり欠陥および転位などの多くの
欠陥を有することを特徴とし、これらの欠陥は豊富であ
るが、小規模である０ 多結晶シリコン中のすべての不純物の程度を確実に直接
測定する分析技術は現在存在しない。そのうえ、多結晶
シリコンの性能にとって重要なものは、不純物の含有量
であるばかりではなく、これらの不純物を単結晶シリコ
ン生成物により、いかに取り上げるかである。従って、
ホウ素、リン、ヒ素、アルミニウム等の不純物について
の分析測定は多結晶シリコ／から形成された単結晶シリ
コンで行うのが最良であると思われる。分布率を使用し
て多結晶中のこれらの不純物のａＸを戻り算出すること
もできる０１つの有用な分析手段はフオリャトランスフ
オーム　フォトルミネッセンスである。この技術は単結
晶シリコンを４．２°Ｋまで冷却し、特定の強さでのパ
ンギャップエネルギより大きい光でサンプルを光励起さ
せることを含む０励起種の崩壊を発光により観察するこ
とができる。

この発光の、波長は各複合体ごとに独特であり、かくし
て、不純物の同定は波長に基づくことができる。不純物
の濃度はシリコンの固有のピークに対するピーク高さの
発光量で表わさねる０１　ｐｐｔａはどまでの感度が実
証された○低温条件下の７オリヤ転位赤外線分析法も有
用であるが、この分析法は一般に、フオリアトランス７
オーム　フォトルミネッセンス技術と同じ位の感度では
ない。

本発明の多結晶シリコンをフロートゾーン処理すること
によって製造される単結晶シリコン中のホウ素濃度は約
１ｓ　ｐｐｔａ未満、しばしば約４〜１２ｐｐｔａであ
り、リン濃度は約１５　ｐｐｔａ未満、しばしば約４〜
１２　ｐｐｔａである０ヒ素濃度は好ましくは約２　ｐ
ｐｔａ未満である。本発明の多結晶シリコンの炭素濃度
は約１２　ｐｐｍａ（パート、＜　−ミリオン）（原子
基準）未満、好ましくは約１１　ｐｐｍａ未満であるＯ
有利には、アルミニウム含有量は５　ｐｐｔａ未満であ
るのがよい。

分析用の単結晶シリコンのサンプルは任意の成分フロー
トゾーン′処理法によって製造することができる。フロ
ートゾーン処理操作は、例えば、不純物を導入したシ、
結晶構造に欠陥を発生させたりすることによってサンプ
ルの質に影響を及ぼすことがあるということが当業界で
周知である。分析用のサンプルを製造するーフロートゾ
ーン処理法は直径が約５０±１ｍの多結晶シリコンロッ
ドを粉砕することによシ製造する方法である。このロッ
ドは成長が起る単結晶フィラメント（スタータフィラメ
ント）を含有している０また、このロッドはフロートゾ
ーン装置用に適切にテーパになっている。切削後、この
ロッドを注意深く清浄していずれの汚染物をも除去しな
ければならない。

従来の清浄操作は脱脂し、エツチングしく例えば、弗化
水素／硝酸／酢酸溶液で）、蒸留脱イオン水でゆすぎ洗
浄することを含む。このフロートゾーン処理はロッドを
誘導加熱により赤熱状７／！ｉ’ｔで加熱して約１５四
の溶融帯域を形成することによって行なわれる。通常、
誘導加熱が効力を生じる前にロッドを約１７５°〜２５
０℃まで予熱しなければならない。この加熱はしばしば
、誘導加熱器でタンタル板を付勢することによって行な
われ、このタンタル板は熱くなると、多結晶シリコンに
熱を放射する。

単結晶シリコンを引上ける際には、種晶を使用し、通常
、結晶は（１１１）方向の０．２５°内に成長される。

成長結晶の直径は約２２〜２５ｍであり、結晶は約３〜
１５　ｔｍ１分の速度で引上げる０多結晶シリコンロツ
ドおよび結晶生成物は回転されている。種々の回転速度
を使用することができるが、多結晶シリコンロンドは約
０．５　ｒｐｍで回転させるのがよく、また形成結晶は
反対方向に約７　ｒｐｍで回転させるのがよい。フロー
トシー７処理は、有利には、アルゴン雰囲気で行う。長
さ１５露の溶融帯域を使用して製造された単結晶ロッド
のサンプルは、単結晶シリコンロッドの開始端から９０
削および１５０５ｍを分析に取るのがよい。

商業用の単結晶シリコンをフロートゾーン処理で得る場
合、より大きい直径、例えば、７０〜１５０■またはそ
れ以上の直径の結晶が求められる。多結晶シリコンロッ
ドの直径が一般により大きい、例えは、最大で１５０ｓ
＋ｗまたはそれ以上であること以外は、同様な多結晶シ
リコンロッドの製造が行われる。これらの大径結晶にお
ける比較的欠陥のない結晶構造を達成することは従来、
多結晶シリコンの質にかかわらず、より困難でめった。

本発明の多結晶シリコンはこれらの大径結晶を形成する
のに有利である。成る場合には、多結晶シリコンを７０
−トゾーン装置に予め通す（プレバス）ことＫよって単
結晶形態への転化を容易にすることができる。引上げ生
成物を形成する速度は最後の結晶を引上ける速度の２倍
又は３倍はど速い。

このプレバスによる生成物は単結晶セグメントを含有す
る。次いで、このプレバス生成物を通常の方法で引上げ
て比較的欠陥のない単結晶生成物を形成することができ
る。

本発明の多結晶シリコンを使用して製造された単結晶の
固有抵抗は非常に高く、しはしば少なくとも約１０，０
００　ｏｈｍ−ｚ　（ドナー）、時には５　Ｑ、ＯＤＤ
ｏｈｍ−α（ドナー）又はそれ以上を越えることもある
。

寿命測定は、１９８１年に再認可さねたＡＳＴＭ−Ｆ”
　２８〜７５に従って行えばよい。本発明の多結晶シリ
コンを使用して製造された単結晶シリコンの寿命は非常
に長く、例えば、少なくとも約１０，０００ミリセコン
ド、Ｌｔｆ　Ｌ、ｔ−ｊ：、少なくとも約２０，０００
ないし５Ｑ、０００ミリセコンドであるので、単結晶シ
リコンの質に関係しない付随作用が寿命の測定に影響す
る。これらの作用のうちの１つは結晶サンプルの我面積
対体積の比である。高い比の場合、キャリヤがよシ頻繁
に表面層に接触し、表面作用のため、再結合されたり、
トラップされたりし、ヤれにより単結晶シリコン自身の
寿命を理論値より低くしてしまう。

背景の部分で述べたように、種々のハロゲン含有ケイ累
化合物およびシランの熱分解によって多結晶シリコンを
得ることができる。これらの手法は周知である。一般に
多結晶シリコンロッドの製造は高温フィラメント上での
ケイ素含有ガスの分解による。この高温フィラメントは
好ましくは単結晶シリコンであり、フィラメントの温度
（例えば、ケイ素含有化合物および求められる蒸着速度
によ！り、４００°〜１２００℃）はロッドに電流を通
すことによって保たれる０成る反応では、例えば、トリ
クロロシランの分解に使用される反応では、フィラメン
トは初めは別体の熱源により、自己加熱することができ
るのに十分な電流を伝える温度まで加熱される。変更例
として、フィラメントが外部加熱源なしで加熱すること
ができるのに十分な電流を伝えることができる物質（例
えは、８ｐｐｂａはどのリン）をフィラメントにドープ
してもよい。

ユニオンカーバイドによる最近の発明によれば、あるｋ
してもわずかなドーパ７トを含有するフィラメントは、
電流を選択的Ｉｌｃフィラメントのほんの一部に通す（
そうでなければ、この電流は列状の多数のフィラメント
に通されてしまう）ことによって外部加熱源なしで開始
することができた。

かくして、限られた電流源を効果的に使用して非常に高
い固有抵抗を有するフィラメントを加熱することができ
る。シリコンを周囲室温から加温すると、シリコンフィ
ラメントの固有抵抗は電流を使用して列中の他のフィラ
メントを加熱することができるほどに増大する。

ロッドを形成するときのフィラメント及び多結晶シリコ
ン成長表面の温度は分解されるケイ素含有化合物および
所望の蒸着速度により変わる。−般に、ハロシランおよ
びテトラハロケイ素化合物はより高い温度、例えば、６
０♂〜１２００℃又はそれ以上を必要とする。しかしな
がら、シランはほとんどのハロシランより低い温度、例
えば４００℃又はそれ以下で分解可能であるが、もつと
高い温度を使用することもできる０ 分解は代表的には密封容器で行なわれる。画工業界では
、石英容器が使用されていたが、現在は鋼容器が常識で
ある。容器の壁部は、代表的には、容器底面での分解を
最小にするために例えば、２５゜〜９０℃まで冷却され
る。従来のトリクロロシラン分解容器では、互いに開放
関係にある大きい列のスタータフィラメントが容器内に
収容される。シランは均一に分解する傾向があるため、
例えば、シリコンがフィラメント上に成長するのではな
く、シリコン粉末が生じるため、シラン分解反応器は一
般に１均一分解を促進してしまう不当な高温帯域を回避
するために各フィラメントを他のフィラメントから分離
する。Ｗ、Ｃ，プレネマン等により１９８７年６月１１
日出願された米国特許出願第６２．２５６号はシランか
ら超高純度多結晶シリコンを製造する改良方法を開示し
ており、この方法では、約６〜２３備の有効半径を有す
る冷却包囲体内にフィラメントを収容し、冷却包囲体内
のシラン濃度は少なくとも０．５モルチであり、均一分
解粉末およびガスを冷却包囲体から取り出し、これらの
ガスを少なくとも約５０，０００ｉ／分の速度で包囲体
に再循環する。しばしは、桝循埠流出はシリコン生産の
１時間あたり２０〜２０００ｍ’／時／Ｋｌである。

反応におけるケイ素含有化合物の濃度は広範囲に変化し
得る。テトラハロケイ素およびトリハロシランの場合、
濃度はより容易九分解可能なシランの場合よりも高いの
がよい。しばしば、反応器中のガスは約０．５〜３０容
甘チのケイ素含有化合物を含んでいる。他の不活性ガス
を使用することができるが、代表的には、ハロシランお
よびシランの分解生成物が反応器中のガスの残部をなす
。

シランが本発明の多結晶シリコ／を製造するための好適
なケイ素含有化合物でろる０その一理由は、シランをホ
スフィ／や、ジポラン、ケイ素含有化合物のやっかいな
汚染物から蒸留により容易に分離することができるから
である０例えは、トリクロロシランは梯点がもつと高い
ので、蒸留による効果的な分へは行なえない。モレキュ
ラーシーブ吸着剤の使用など、トリクロロシランからホ
スフィンおよびジボラ／を分離するための種々の方法が
提案されている。しかしながら、これらの吸着剤は例え
ばアルミニウムの汚染源であることがある。米国政府が
制定した超高純度シリコンの規格はアルミニウム不純物
が約２０　ｐｐｔａ未満の量であることを求めている。

冶金学的ケイ素から製造されたシランの場合、５　ｐｐ
ｔａ未満のアルミニウム濃度が普通である。そのうえ、
シランの分解によれば、代表的には、トリクロロシラン
の分解の場合よ妙も、多結晶シリコンの小さい粒子およ
びクリスタライトが得られる０シランを使用すると、反
応器中のシランの濃度はしばしば約０．５〜１Ｄ、好ま
しくは１０〜５モルチである。シランの均一分解傾向の
ため、フィラメントの温度は不当な粉末形成を起さずに
所望の成長をもたらすように常時調整される。粉末は反
応器の表面に集まる傾向があり、堆積物が大きすぎると
、この堆積物は反応器表面から分離し、成長しているロ
ッドに接触してこのロッドを汚染してしまう。

反応器内の圧力は、代表的には、一定に保たれ、代表的
には、大気圧又はそれよりわずかに高く、例えば、最高
１０気圧であって、ジクロロシランおよびシランなどの
可能なケイ素含有化合物のうちの成る化合物の爆発性に
因り周囲圧力のいくらかが反応器に漏れ入る恐れを最小
にする。

多結晶シリコンロッドの大きさは所望の用途に応じて変
化し得る。例えば、フロートゾーン処理の場合、ロッド
はフロートシー７処理装置に使用するのに適した直径の
ものであるべきである。−般に、スタータフィラメント
の長さは約２ｍであるが、もつと長い及びもつと短かい
、例えば、０．５〜５ｍの長さも通用し得る。スター４
フイラメントの長さはロッドの長さを規定するＯスター
タフィラメントはしばしば直径が約２〜１０ｓ＊である
０成長ロツドの直径は通常、少なくとも約５０−である
。経済性の面では、より大きい直径が望ましい。しばし
ば、約５０〜２００■の範囲内の直径が生じる。

成長ロッドは、チョクラルスキー法に使用するには、破
砕して断片とし、フロートゾーン法に使用するＫは、ロ
ッド状に保つのがよい。フロートゾーン法のロッドは、
代表的には、要直径に切削して広い表面のいずれの形態
学的むらをも除去するＯ 例として、ステンレス鋼反応器内で、約７ｍの直径およ
び約１７５ｍの長さを有する単結晶シリコンのスタータ
フィラメント忙多結晶シリコンを成長させた。フィラメ
ントはホウ素２００　ｐｐｔａ未満、リン２００　ｐｐ
ｔａ未満、および炭素２　ｐｐｍａ未満を含有している
。スタータロッドは電流だけで加熱して約８１０℃の平
均温度に保つ。反応器の壁部は約１１５７（４６℃）未
満の温［ｋ保つ０冶金学的シリコンから塩化水素と反応
させてシランに不均化されるトリクロロシランを形成す
ることＫよってシランを製造する０シランの唯一の精ロ
ッドの直径が約８４ｍになると、運転を停止するＯ ロッドをいくつかの技術により分析する。

第１図はロッドが示す銅Ｘ線回折パターンを示している
。約２６．８５°（２ｔｈｅｔａ）でのピークの相対強
さは（１１１）ピークの強さの約３パーセントであるｏ
（１１１）ピークのＦＷＨＭは約（１５２度である。

フオリャ転位光発光によると、直径が約２２〜２５瓢の
フロートシーツ単結晶試料の糾合、１２±２ｐｐｔａの
ホウ素含有量、および１３±２ＰＰｔａのリン含有量を
示す。アルミニウムは検出されなＩ／＞０７才リヤ転移
赤外線分析（低温）によると、約０．０７　ｐｐｒｎ＆
の単結晶試料中の炭素含有分を示す。単結晶試料の固有
抵抗は３Ｑ、　０００　ｏｈｍ−ｃｍ以上であプ、その
寿命は実質的に１０．０００ミリセコンド以上である。

尚、単結晶シリコンの直径の小さい試料では、その表面
積は大いに寿命に悪影響する。従って、試料の寿命のい
すねの測定も、試料の表面積作用で著しく乱される。第
２Ａ図および第２Ｂ図は多結晶シリコン生成物の半径方
向横断面（至）および多結晶シリコン生成物の軸方向横
断面ＣＢ）の光学顕微鏡写真である。

トリクロロシラン製造多結晶シリコンの試料をヘムロッ
クセミコンダクタ社（ヘムロック、ミシガン（試料Ａ）
およびユニオンカーバイド社〔チョコラルスキー紗］（
試料Ｂ）およびフロートゾーン級（試料Ｃ））から入手
し、ワ己々の技術により分析した。

表ＩＦｉこれらの分析のいくつかをまとめたものである
。

表　　■ Ａ　　　２１　　　９４　　　０．１４　　　　検出さ
れず　　　　０．１１５８　　　２０　　　６５　　　
０．１８０．２０２ Ｃ２０５００，１４１５〜１．７　　　０．２４〜０．
２５第３図、第４図および第５図は夫々、試料Ａ１ＢＳ
ＣのＸＭパターンである。第６Ａ図および第６Ｂ図は試
料Ａの光学類′０鋭写真であシ、第６Ａ図は多結晶シリ
コンの半径方向横断面のものであゆ、第６Ｂ図は多結晶
シリコンの軸方向横断面のものである。第７Ａ図及び第
７Ｂ図は試料Ｃの光学顕ｔ１ｉｔ鏡写真であり、ｖｇＺ
Ａ図は多結晶シリコンの半径方向横断面のものであり、
Ｗ；７Ｂ図は多結晶シリコ／の軸方向横断面のものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はロッドが示す銅Ｘ線回折パターン虐；Ｍ２Ａ図
および第２Ｂ図は夫々、多結晶シリコン生成物の半径方
向横断面および軸方向横断面の光学顕微鏡写真：第５図
、第４図および第５図は夫々、試料ＡＳＢ、ＣのＸ線回
折パター７図：第６Ａ図および第６Ｂ図は夫々、試料Ａ
の半径方向および軸方向の横断面の光学顕微鏡写真；第
７Ａ図および第７Ｂ図は夫々、試料Ｃの半径方向および
伯方向の横断面の光学顕微鏡写真である。 Ｆ　ｆ　Ｇ、　１ 特許出願人ユニオン、カーバイド、コーポリ・−シ１ン
Ｆ　Ｉ　Ｇ、　３ ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１０，０００ｏｈｍ−ｃｍ（ドナー）の
   比抵抗および少なくとも１０，０００ミリセコンドの寿
   命を示す単結晶シリコンを多くとも２回のフロートゾー
   ン通路内で生じることが可能である多結晶シリコンロッ
   ドにおいて、その製造の際に使用される任意のスタータ
   フィラメントと、多結晶成長層とを有しており、上記ロ
   ッドは少なくとも５０ｍｍの直径および少なくとも０．
   ５ｍの長さを有しており、上記多結晶シリコン成長層は
   （１１１）ピークの少なくとも１．７５パーセントであ
   る２６．８５±０．２５°（２ｔｈｅｔａ）のピークを
   有するＸ線粉末回折パターン（銅放射）を示し、上記多
   結晶シリコンロッドは１５ｐｐｔａ未満のホウ素および
   ２０ｐｐｔａ未満のリンを含有していることを特徴とす
   る多結晶シリコンロッド。 ２、多結晶シリコン成長層は少なくとも０．２７°の（
   １１１）ピークに対して半最大の銅Ｘ線粉末回折パター
   ンで全幅を示すことを特徴とする請求項１記載の多結晶
   シリコンロッド。 ３、シランの熱分解で製造したものであることを特徴と
   する請求項２記載の多結晶シリコンロッド。 ４、銅Ｘ線回折パターンの（１１１）ピークの半最大で
   の全幅は０．３０〜０．５０°であることを特徴とする
   請求項２記載の多結晶シリコンロッド。 ５、成長層の多結晶構造はロッドの軸線と平行な方向に
   配向していることを特徴とする請求項２記載の多結晶シ
   リコンロッド。 ６、５ｐｐｔａ未満のアルミニウムを含有していること
   を特徴とする請求項１記載の多結晶シリコンロッド。 ７、０．１ｐｐｍａ未満の炭素を含有していることを特
   徴とする請求項１記載の多結晶シリコンロッド。 ８、シリコンよりなり、２ｍｍと１０ｍｍとの間の直径
   を有するスタータフィラメントを含有していることを特
   徴とする請求項１記載の多結晶シリコンロッド。 ９、スタータフィラメントは０．２ｐｐｂａ未満のホウ
   素および０．２ｐｐｂａ未満のリンを含有していること
   を特徴とする請求項１記載の多結晶シリコンロッド。 １０、フロートゾーン処理により得られる単結晶シリコ
   ンは少なくとも３０，０００ｏｈｍ−ｃｍ（ドナー）の
   固有抵抗および少なくとも２０，０００ミリセコンドの
   寿命を示すことを特徴とする請求項２記載の多結晶シリ
   コンロッド。