JPS6374909A - 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 - Google Patents
大直径多結晶シリコン棒の製造方法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、電子工業上の基礎素材である半導体多結晶シ
リコン棒、特に大直径シリコン捧の製造方法に関するも
のである。
リコン棒、特に大直径シリコン捧の製造方法に関するも
のである。
（従来の技術とその問題点）
従来高純度の半導体多結晶シリコン捧を製造するには、
たとえばガス状トリクロルシランと水素の混合ガス雰囲
気中に立てたシリコン芯棒に、直流または交流電流を直
接通電して１０００℃以上に昇温し、雰囲気ガスを熱分
解してシリコン芯棒上に多結晶シリコンを析出させる方
法が用いられている。
たとえばガス状トリクロルシランと水素の混合ガス雰囲
気中に立てたシリコン芯棒に、直流または交流電流を直
接通電して１０００℃以上に昇温し、雰囲気ガスを熱分
解してシリコン芯棒上に多結晶シリコンを析出させる方
法が用いられている。
（発明が解決しようとする問題点）
ところが近年要求が増してきた、大直径の多結晶シリコ
ン捧の場合は、棒内部にクラックが発生し、加工、エツ
チング等のつぎの工程において、クラック内に不純物が
入りこんで半導体シリコンの純度を低下させるほか、こ
のクラックに起因して棒が折損し、つぎの工程で使用す
ることすらできないことがしばしばあった。
ン捧の場合は、棒内部にクラックが発生し、加工、エツ
チング等のつぎの工程において、クラック内に不純物が
入りこんで半導体シリコンの純度を低下させるほか、こ
のクラックに起因して棒が折損し、つぎの工程で使用す
ることすらできないことがしばしばあった。
多結晶シリコン捧の直径が５インチを越えると。
クラックの発生率がいちじるしく高くなり、クラックの
ない棒を製造することはきわめて困難である。
ない棒を製造することはきわめて困難である。
このようなりラック発生率増加の原因は明らかではない
が、つぎのとおりであると考えられる。
が、つぎのとおりであると考えられる。
従来多結晶シリコン捧の製造は、前記したように、シリ
コン芯棒に直流または５０〜６０七の商用周波数の交流
を直接通電加熱して行っていた。このような加熱電流は
、シリコン芯棒およびこの上に析出した多結晶シリコン
棒内に一様に分布して流れ、捧全体を均一に加熱するが
、棒表面は熱放散により中心より低温となる。この状態
を第２図（ａ）により説明すると、始めシリコン芯棒１
に電流を流し１表面の点Ａ０を熱分解最適温度Ｔ、に保
つと、多結晶シリコンが芯捧表面に析出し多結晶シリコ
ン捧が成長する。成長中は常に加熱電流を調節して表面
温度をＴｏに保つ。棒直径がＤ工になったとき、表面の
点Ａ工の温度はＴｏであるが、棒内部は曲線Ｂ８に示す
ような中央が高い温度分布となる。析出工程が進み直径
がＤ２になると、表面の点Ａ２の温度はＴｏでも内部温
度分布は曲線Ｂ２に示すようになり、さらに捧直径が所
望値り。
コン芯棒に直流または５０〜６０七の商用周波数の交流
を直接通電加熱して行っていた。このような加熱電流は
、シリコン芯棒およびこの上に析出した多結晶シリコン
棒内に一様に分布して流れ、捧全体を均一に加熱するが
、棒表面は熱放散により中心より低温となる。この状態
を第２図（ａ）により説明すると、始めシリコン芯棒１
に電流を流し１表面の点Ａ０を熱分解最適温度Ｔ、に保
つと、多結晶シリコンが芯捧表面に析出し多結晶シリコ
ン捧が成長する。成長中は常に加熱電流を調節して表面
温度をＴｏに保つ。棒直径がＤ工になったとき、表面の
点Ａ工の温度はＴｏであるが、棒内部は曲線Ｂ８に示す
ような中央が高い温度分布となる。析出工程が進み直径
がＤ２になると、表面の点Ａ２の温度はＴｏでも内部温
度分布は曲線Ｂ２に示すようになり、さらに捧直径が所
望値り。
に達すると、表面の点Ａ、の温度はＴ、で温度分布は曲
線Ｂ、に示すようになる。この時前記の点Ａ０、Ａユ、
Ａ２の温度はそれぞれＴ０＋ΔＴ０、Ｔ、＋ΔＴｉ、
Ｔ、＋ΔＴ２となり、Ｔ、より上昇しているため、棒内
部に熱歪を生じている。ここで加熱電流を切って冷却工
程に入ると、まず表面温度が波線に示すように降下する
ため、棒内の前記熱歪はさらに大きくなって、棒内部に
クラックを発生するのである。
線Ｂ、に示すようになる。この時前記の点Ａ０、Ａユ、
Ａ２の温度はそれぞれＴ０＋ΔＴ０、Ｔ、＋ΔＴｉ、
Ｔ、＋ΔＴ２となり、Ｔ、より上昇しているため、棒内
部に熱歪を生じている。ここで加熱電流を切って冷却工
程に入ると、まず表面温度が波線に示すように降下する
ため、棒内の前記熱歪はさらに大きくなって、棒内部に
クラックを発生するのである。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らは、かかるクラック発生を防止する手段につ
いて種々検討した結果、従来誘導加熱の場合にしか使用
されなかった高周波電流を、シリコン芯棒に直接通電加
熱することにより、熱歪を緩和してクラックの発生を防
ぎ得ることを発見し、本発明を達成したもので、これは
シリコン化合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒に高周波電
流を直接通電加熱し、該化合物ガスを熱分解して多結晶
シリコンを該芯棒上に析出させることを特徴とする大直
径多結晶シリコン捧の製造方法である。
いて種々検討した結果、従来誘導加熱の場合にしか使用
されなかった高周波電流を、シリコン芯棒に直接通電加
熱することにより、熱歪を緩和してクラックの発生を防
ぎ得ることを発見し、本発明を達成したもので、これは
シリコン化合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒に高周波電
流を直接通電加熱し、該化合物ガスを熱分解して多結晶
シリコンを該芯棒上に析出させることを特徴とする大直
径多結晶シリコン捧の製造方法である。
（作用）
前記高周波加熱電流は、表皮効果のため、次式に示すよ
うに、棒表面より内部にゆくにしたがって指数関数的に
減少する。
うに、棒表面より内部にゆくにしたがって指数関数的に
減少する。
一五
ｄ。
エエ＝Ｉ、ε
ただし 工。・・・表面電流の大きさ、Ｉ工・・・表面
よりＸだけ内部に 入った位置の電流の大 きさ。
よりＸだけ内部に 入った位置の電流の大 きさ。
ρ ・・・多結晶シリコンの体積
固有抵抗、
μ ・・・多結晶シリコンの導磁
率、
ｆ ・・・電流の周波数。
したがって、表面電流の大きさＩｏおよび周波数ｆを調
節して、常に多結晶シリコン棒の表面と内部との間に温
度差を生じないようにして析出工程を続けると、第２図
（ｂ）に示すように、直径がＤｌになったときでも、表
面も内部も温度がすべてＴｏにきわめて近くなって熱歪
はない。
節して、常に多結晶シリコン棒の表面と内部との間に温
度差を生じないようにして析出工程を続けると、第２図
（ｂ）に示すように、直径がＤｌになったときでも、表
面も内部も温度がすべてＴｏにきわめて近くなって熱歪
はない。
ここで加熱電流を切って冷却工程に入ると、表面温度は
波線に示すように降下するが、棒内の熱歪は第２図（ａ
）に示す場合よりも小さいので、クラックの発生は抑制
される。
波線に示すように降下するが、棒内の熱歪は第２図（ａ
）に示す場合よりも小さいので、クラックの発生は抑制
される。
冷却工程中も加熱電流を流し続け、その大きさと周波数
を調節して、多結晶シリコン棒内の温度勾配を小さく保
って冷却すれば、クラックのない多結晶シリコン捧の収
率をさらに高めることもできる。
を調節して、多結晶シリコン棒内の温度勾配を小さく保
って冷却すれば、クラックのない多結晶シリコン捧の収
率をさらに高めることもできる。
また前記高周波電流に従来の直流または商用周波数電流
を重畳して加熱することにより、装置を簡易化し電力効
率を上げることができる。
を重畳して加熱することにより、装置を簡易化し電力効
率を上げることができる。
以下本発明を、これを実施する装置を示す第１図に基い
て説明する。
て説明する。
反応容器２内にシリコン芯棒１を立て、電極３を介して
高周波電源４より通電し、電流の大きさおよび周波数を
調節してシリコン芯棒１の温度を１０００℃以上（反応
ガスの熱分解温度）に保持しながらノズル５より反応ガ
スを供給すると、反応ガスは熱分解し、シリコン芯棒１
のまｂりに多結晶シリコンが析出し、多結晶シリコン棒
が成長肥大する。成長中は加熱電流の大きさを調節して
多結晶シリコン棒表面を常に前記熱分解温度に保つ。
高周波電源４より通電し、電流の大きさおよび周波数を
調節してシリコン芯棒１の温度を１０００℃以上（反応
ガスの熱分解温度）に保持しながらノズル５より反応ガ
スを供給すると、反応ガスは熱分解し、シリコン芯棒１
のまｂりに多結晶シリコンが析出し、多結晶シリコン棒
が成長肥大する。成長中は加熱電流の大きさを調節して
多結晶シリコン棒表面を常に前記熱分解温度に保つ。
この捧６の直径が５インチ以上の所望の値となったとき
、加熱電流と反応ガスの供給を止めて冷却すると、棒の
表面と中心間の温度差したがって熱歪が小さいので、ク
ラック発生のない多結晶シリコン捧を収率よく製造する
ことができる。 棒の直径が大きくなるにつれ周波数を
調節すれば、棒の表面と内部間の温度差を小さくし、熱
歪を減少してクラックの発生防止に有効である。 ５０
０＆以下の高周波の表皮効果では棒内部の均熱効果が不
充分であり、１００００Ｈｚ以上では表皮効果が過度と
なり、弊害を生じ易い。
、加熱電流と反応ガスの供給を止めて冷却すると、棒の
表面と中心間の温度差したがって熱歪が小さいので、ク
ラック発生のない多結晶シリコン捧を収率よく製造する
ことができる。 棒の直径が大きくなるにつれ周波数を
調節すれば、棒の表面と内部間の温度差を小さくし、熱
歪を減少してクラックの発生防止に有効である。 ５０
０＆以下の高周波の表皮効果では棒内部の均熱効果が不
充分であり、１００００Ｈｚ以上では表皮効果が過度と
なり、弊害を生じ易い。
前記高周波電流の大きさおよび周波数を計測したシリコ
ン棒の直径の増大に合わせてコンピュータ制御すれば、
一層容易かつ収率よく多結晶シリコン捧を製造すること
ができる。
ン棒の直径の増大に合わせてコンピュータ制御すれば、
一層容易かつ収率よく多結晶シリコン捧を製造すること
ができる。
（実施例１）
直径５インチの超大直径の多結晶シリコン捧を、本発明
法および従来法によって製造したときの収率を、第１表
に比較して示す。
法および従来法によって製造したときの収率を、第１表
に比較して示す。
第１表
この実施例では、加熱電流の周波数を終始一定（２００
０）ｔｚ）にして行なったが、第１表に示すように、従
来法に比して本発明法の場合の収率は約２５％向上し、
はとんど１００％に近くすることができた。
０）ｔｚ）にして行なったが、第１表に示すように、従
来法に比して本発明法の場合の収率は約２５％向上し、
はとんど１００％に近くすることができた。
（実施例２）
直径６インチ（１５０ｍ）の超大直径多結晶シリコン棒
を、本発明法および従来法によって製造し、収率を第２
表に比較して示す。
を、本発明法および従来法によって製造し、収率を第２
表に比較して示す。
第２表
この実施例でも、加熱電流の周波数を終始一定（５００
０Ｈｚ）にしたが、６インチの超大直径多結晶シリコン
捧の製造を収率よく行うことが可能であるのに対し、従
来法では直径が１４０ｎｍまで成長した時点で、多結晶
棒内部の温度が上昇し過ぎてシリコンの一部が溶解し、
これ以上析出反応を進めることが不可能となり、結局６
インチ（１５０ｍｍ）の棒を製造することはできなかっ
た。
０Ｈｚ）にしたが、６インチの超大直径多結晶シリコン
捧の製造を収率よく行うことが可能であるのに対し、従
来法では直径が１４０ｎｍまで成長した時点で、多結晶
棒内部の温度が上昇し過ぎてシリコンの一部が溶解し、
これ以上析出反応を進めることが不可能となり、結局６
インチ（１５０ｍｍ）の棒を製造することはできなかっ
た。
（発明の効果）
上記したように、加熱電流を高周波とし、その大きさお
よび周波数を調節する本発明の方法により、クラックの
ない多結晶シリコン捧を収率よくしかも短時間に製造す
ることができ、本発明の生産性向上への寄与はきわめて
大きい。
よび周波数を調節する本発明の方法により、クラックの
ない多結晶シリコン捧を収率よくしかも短時間に製造す
ることができ、本発明の生産性向上への寄与はきわめて
大きい。
第１図は本発明を実施するための多結晶シリコン捧製造
用反応容器の説明図を、第２図（ａ）は従来法による多
結晶シリコン棒内の温度分布図を、第２図（ｂ）は本発
明法による多結晶シリコン棒内の温度分布図を示す。 １・・・シリコン芯棒、 ２・・・反応容器、 ３・・・電極、 ４・・・高周波電源、 ５・・・ノズル、 ６・・・多結晶シリコン捧。 特許出願人 イａ越半導体株式会社第２図
用反応容器の説明図を、第２図（ａ）は従来法による多
結晶シリコン棒内の温度分布図を、第２図（ｂ）は本発
明法による多結晶シリコン棒内の温度分布図を示す。 １・・・シリコン芯棒、 ２・・・反応容器、 ３・・・電極、 ４・・・高周波電源、 ５・・・ノズル、 ６・・・多結晶シリコン捧。 特許出願人 イａ越半導体株式会社第２図
Claims (1)
- シリコン化合物ガス雰囲気中のシリコン芯棒に高周波電
流を直接通電加熱し、該化合物ガスを熱分解して多結晶
シリコンを該芯棒上に析出させることを特徴とする大直
径多結晶シリコン棒の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22149386A JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22149386A JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6374909A true JPS6374909A (ja) | 1988-04-05 |
| JPH0317771B2 JPH0317771B2 (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16767576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22149386A Granted JPS6374909A (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 大直径多結晶シリコン棒の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6374909A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002508294A (ja) * | 1997-12-15 | 2002-03-19 | アドバンスド シリコン マテリアルズ リミテツド ライアビリテイ カンパニー | 多結晶シリコン棒製造用化学的蒸気析着方式 |
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-
1986
- 1986-09-19 JP JP22149386A patent/JPS6374909A/ja active Granted
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