KR20210158334A - 폴리실리콘 로드 및 폴리실리콘 로드 제조 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 입자와 입자의 경계면에 해당하는 입계의 특징인 입계면의 넓이와 대응 입계의 비율에 의해, FZ법의 단결정화 불량을 개선한 폴리실리콘 로드 등을 제공한다.
[해결수단] 폴리실리콘 로드는, 폴리실리콘 로드의 단면 중심으로부터 2/3의 영역 중 종심을 제외한 영역의 입계 특성의 평균이 이하의 특징을 갖는다.
대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는다.

Description

폴리실리콘 로드 및 폴리실리콘 로드 제조 방법{POLYSILICON ROD AND MANUFACTURING METHOD OF POLYSILICON ROD}

본 발명은 단결정 제조의 불량률을 개선하기 위한 원료 폴리실리콘 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조에 있어서, 단결정 실리콘의 제조 공정은 불순물이나 격자 결함 등을 제어하여 생산성을 유지해야만 한다. 현재 주류인 단결정 제작법으로서, FZ(플로팅 존)법이나 CZ(초크랄스키)법을 들 수 있는데, 이 중 FZ법은 폴리실리콘 로드를 고주파 가열에 의해 직접 가열하여 단결정을 얻는 방법으로, 석영 도가니를 사용하는 CZ법에 비하여 불순물 제어에 유리한 특징을 갖고 있다.

FZ법에 있어서 불량이란, 단결정 성장이 저해되어 전위를 일으키고 단결정 로드에 결정의 결함을 일으키는 것이다. 단결정 성장 저해의 요인 중 하나로, 폴리실리콘이 녹아 남아 결함을 야기시키는 현상이 있다.

이 FZ법에 있어서, 사용되는 원료 폴리실리콘 로드의 결정 특성은 단결정 제조 중에 발생되는 FZ의 불량과 크게 관계되어 있다.

FZ법의 단결정 성장 과정에 있어서, FZ의 불량 발생은 생산성을 현저하게 저하시키기 때문에 중요한 과제로 되어 있다.

FZ법의 원료로서의 폴리실리콘 로드의 제조는 지멘스법으로 행해지는 것이 주류이며, 원료인 실란 가스를 가열한 실리콘 로드 상에 대기 중에서 석출시키는 CVD법이다.

특허문헌 1 내지 4에 있어서는, 침상 결정, 조대 입자의 면적 비율이나 결정립의 사이즈를 특징으로 하는 폴리실리콘 로드에 대하여 개시되어 있다. 특허문헌 5 내지 7에 있어서는, X선 회절법으로 미러 지수 <111>이나 <220>의 피크 강도나 피크의 수에 의해 단결정 원료를 선택하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 8에 있어서는, 결정립의 사이즈, X선 회절법에 의한 미러 지수 <222>의 회절 강도를 특징으로 하는 폴리실리콘 로드에 대하여 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2008-285403호 공보 일본 특허 공개 제2013-193902호 공보 일본 특허 공개 제2014-28747호 공보 일본 특허 공개 제2017-197431호 공보 일본 특허 공개 제2013-217653호 공보 일본 특허 공개 제2015-3844호 공보 일본 특허 공개 제2016-150885호 공보 일본 특허 공개 제2019-19010호 공보

(1) 특허문헌 1 내지 8 어느 방법도 높은 정량성과 재현성이 제공되어 있지 않다. 이것은 FZ법의 단결정화 불량을 일으키는 원인으로 폴리실리콘의 조대 입자(크기나 분포, 결정 방위 등)에 착안해 왔기 때문이며, 이것만으로는 불충분하다.

본 발명은 입자와 입자의 경계면에 해당되는 입계의 특징인 입계면의 넓이와 대응 입계의 비율에 의해, FZ법의 단결정화 불량을 개선한 폴리실리콘 로드 등을 제공한다.

예를 들어, 가장 큰 결정립을 갖는 실리콘 로드는 단결정 실리콘 로드이며, 이것을 FZ법으로 단결정화하는 모델을 생각하였을 때, 원료에서 기인하는 불량률은 제로라고 할 수 있다. 이 단결정을 분할하면 입계면이 나타난다. 가장 단결정 결합에 가까운 대응 입계가 Σ3이고, 대응 격자점이 없거나 또는 규칙성이 없는 입계면이 랜덤 입계이며, 단결정에 가장 가까운 결합면인 Σ3을 많이 포함하는 입계는 단결정에 가깝다고 할 수 있다.

(2) 지멘스법에 의해 CVD 반응을 행하는 반응기는 벨자형이 일반적이다. 반응기 내벽은 가열된 로드로부터의 복사를 받아, 내벽이 경면 상태인 경우에는 반사율이 높고 로드로부터의 방사 에너지를 로드로 되돌리는 효과가 얻어지는데, 내벽에 흐림이 일어나면 반사율이 저하되고, 벽면으로의 에너지 흡수가 증가해서 로드로는 되돌아가지 않게 된다. 흐림의 원인은 원료인 클로로실란류가 배치간의 반응기 개방 시에 공기 중의 수분과 가수 분해를 일으키는 것에서 기인하고, 배치를 거듭할 때마다 반사율은 저하되어 가는 경향이 있다. 이에 의해, 항상 동일 조건에서 폴리실리콘 로드를 제조하기는 곤란하고, 이전 배치의 입계 특성을 다음 배치의 반응 조건에 피드백함으로써, 목적으로 하는 입계를 갖는 폴리실리콘의 제조가 가능해진다.

FZ법에 의한 단결정화의 저해 인자는 입계면의 특성에 있고, 이것을 계측ㆍ해석해서 제조 조건에 피드백함으로써, FZ법의 단결정화에 적합한 폴리실리콘 로드의 제조가 가능해진다.

FZ법의 단결정화 공정을 살펴보면, 폴리실리콘 로드의 중앙 부근은 융해 후 바로 단결정 성장면에 도달하기 때문에 입계의 영향을 받기 쉽고, 폴리실리콘 로드 외주 부근은 유도 전류에 의한 가열 존을 통과하기 때문에 중심 부근보다는 영향이 적다.

구체적으로는, FZ법에 의한 단결정화시에 중심이 되는 에어리어는 랜덤 입계 길이가 짧으며 입계 길이가 긴 것이 좋고, 중심으로부터 이격됨에 따라 입계 길이가 짧아도 허용할 수 있게 된다.

따라서, 폴리실리콘 로드의 단면 중심으로부터 2/3의 영역 중 종심(種芯)을 제외한 영역에서의 평균이, 대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 그 중 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘을 포함하는 로드가 유익하다. 또한, 대응 입계 비율이 25％를 초과하며, 또한 입계 길이가 650㎜/㎟를 초과하고, 그 중 랜덤 입계 길이가 700㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드가 바람직하다.

폴리실리콘 로드의 전체에 적응하면, 폴리실리콘 로드의 전체 중 종심을 제외한 평균이, 대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 그 중 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘을 포함하는 로드가 유익하다. 또한, 대응 입계 비율이 25％를 초과하며, 또한 입계 길이가 650㎜/㎟를 초과하고, 그 중 랜덤 입계 길이가 700㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드가 바람직하다.

대응 입계 비율은 100％에 가까울수록 좋지만, 이 제조 조건은 에피택셜 막 성장에 가까워 현재의 기술에서는 비용 장점이 적다. 또한 입계 길이를 길게 취하려고 한 경우에, 랜덤 입계 길이를 700㎜/㎟ 이하로 억제하기 위해서는 대응 입계 비율도 많이 취할 필요가 있고, 전술한 이유로부터 입계 길이 3000㎜/㎟ 이하가 현실적이다.

전술한 바와 같이 지멘스법에 의한 폴리실리콘 로드의 제조 방법에서는, 반응기 내부의 환경이 서서히 변화되어 가기 때문에 일정 간격으로 폴리실리콘의 분석을 하고, 그 결과를 CVD 조건에 피드백하는 것이 고려된다. 입계의 특징인 대응 입계 비율과 입계의 넓이의 지표인 입계 길이나, 이들로부터 얻어지는 랜덤 입계 길이는 정량적인 수치이며, 제조 조건과 관련지을 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 제품 설계에 있어서도 폴리실리콘 로드의 내주부터 외주까지의 입계 특성의 컨트롤이 가능해지고, 고객의 요구에 따른 폴리실리콘 로드의 제공이 가능하다.

본 발명의 일 양태에 따르면,

1. FZ법에 의한 단결정화 불량률의 저하, 수율 향상 및 생산성의 향상이 가능해지고, 또한

2. 입계 특성으로부터 제조 조건으로의 피드백에 의한, 폴리실리콘 로드의 안정 생산이 가능해진다.

도 1은 입계 길이와 대응 입계 비율의 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 입계 길이와 Σ3 대응 입계 비율의 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 Σ3 대응 입계, Σ9 대응 입계 그리고 랜덤 입계 및 Σ3-49 대응 입계의 화상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의, 측정 방법 1의 개요를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의, 측정 방법 2의 개요를 설명하기 위한 개략도이다.

폴리실리콘 로드의 성장 방향에 대하여 직교하는 수평면을 잘라내고, EBSD(전자선 후방 산란 회절법) 스텝 1㎛로 측정면에 노출된 결정립의 결정 방위를 전체 측정하고, 얻어진 데이터 매트릭스의 인접한 결정의 방위ㆍ각도의 차이로부터 입계의 상태가 계산된다. Σ3 대응 입계란 3개의 원자에 대하여 1개의 대응 격자점이 나타나는 입계면이며, 대응 입계 중에서 가장 단결정에 가까운 입계면이라고 할 수 있다. 입계의 대응 격자점이 많은 것은 열적 물성이나 물리 물성이 단결정에 가깝다고 할 수 있다.

대응 입계 비율

EBSD 해석 소프트웨어(가부시키가이샤 TSL솔루션즈)를 사용하여 검출되는 Σ3 내지 49를 대응 입계로 한다. 전체 대응 입계 Σ3 내지 49의 80％ 정도는 Σ3과 Σ9가 차지하고, Σ3의 쪽이 Σ9보다 약간 많이 존재한다. Σ값이 커지면 대응 격자점의 간격이 넓어져 랜덤 입계에 가까워진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 Σ3 내지 Σ9 대응 입계의 합을 사용하여 대응 입계 비율을 산출하고, 지표로서 채용한다. 또한, Σ1의 경우에는 단결정이다.

또한, 입계는 입자와 입자의 경계이기 때문에, 표면 관찰한 경우에는 면으로서 얻어지고, 입계는 면적으로서 나타내지지만, 실제 장치의 측정으로 얻어지는 정보는 선이 된다(표면 관측할 때부터 경계선의 길이가 된다).

따라서, 본 실시 형태에서 대응 입계 비율은,

대응 입계 비율=관측되는 대응 입계의 경계선/관측되는 입계의 경계선(％)

으로서 규정된다(도 3 참조).

경계선에는 Σ49를 초과하는 경계선이 존재한다. 상기 식의 「관측되는 입계의 경계선」이란 상기 EBSD 해석 소프트웨어에서 관찰되는 모든 입계이다. 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 「Σ3 내지 49」를 대응 입계라고 칭한다. 대응 입계에 있어서의 경계선은 「관측되는 입계의 경계선」의 대략 50 내지 60％ 정도이다.

EBSD 해석 소프트웨어에서는, 예를 들어 x150의 경우 1㎛ 간격으로 관찰면의 결정의 방향(각도)이 측정된다. 얻어진 연속 데이터의 변화가 일정 각도 이상의 차이를 보인 경우에 입계로 간주한다. 이 입계를 사이에 둔 결정의 방위와 방향으로부터 대응 입계 「Σ3 내지 49」를 얻을 수 있다.

관측되는 입계의 경계선>「Σ3 내지 49 대응 입계」의 경계선>「Σ3 내지 Σ9 대응 입계」의 경계선으로 되어 있다. 관측되는 입계의 경계선에는, 대응 입계와 대응 입계가 아닌 입계가 포함되어 있다. 이 때문에, 대응 입계 비율은 「Σ3 내지 Σ9 대응 입계」의 경계선의 합을, 「Σ3 내지 49 입계」의 경계선과 Σ49를 초과하는 경계선의 합으로 나눈 것이다.

대응 격자점 밀도가 낮은 입계(랜덤 입계에 가까운 입계)는 에너지가 높고 불안정하다. 이 때문에, 대응 격자점 밀도가 낮은 입계가 많으면 FZ 용융면에서의 미융해 입자 탈락의 계기가 되고, FZ 불량을 야기한다. 한편, FZ법에 있어서 단결정에 가까운 물성을 가진 폴리실리콘 로드를 원료로 사용함으로써, 안정된 융해를 얻을 수 있다.

입계 길이

폴리실리콘 중의 단결정의 입경은 현재 SEM 등의 화상에서는 입계면의 판별은 할 수 없기 때문에, 정확하게 측정하기는 곤란하다. 전술한 EBSD 등 결정 방위를 입자 단위로 측정함으로써 측정면의 입계의 길이를 얻을 수 있고, 간접적으로 입자의 평균 사이즈를 표현할 수 있다. 측정면에서의 입계의 길이를 측정 면적으로 나누면, 단위 면적당의 입계 길이가 얻어진다. 본 실시 형태에서는, 이것을 입계면의 넓이의 지표인 입계 길이(단위: 길이/면적)로 한다.

랜덤 입계 길이

Σ3 내지 Σ9 대응 입계 이외의 입계 중에는 다양한 대응 입계가 포함되는데, Σ값이 커지면 대응 격자점의 간격이 길어져 Σ값이 낮은 입계의 특징(입계 에너지가 낮고 안정적)은 잃어버리게 된다. 이 때문에, 편의상, Σ9보다 큰 Σ의 합을 랜덤 입계라 정의하고, 단위 면적당의 입계 길이로부터 랜덤 입계 길이를 구한다.

FZ법에서의 결정 결함을 적게 해서 수율을 높이기 위해서는, 가능한 한 입계 길이가 길고, Σ값이 낮아서 대응 입계 비율이 크고, 랜덤 입계 길이가 짧은 것을 원료로 하는 편이 좋다. 그러나, 대응 입계 비율과 입계 길이는 대부분에 있어서 상반되는 관계가 되어 있다. 예를 들어, 대응 입계 비율을 많게 하는 조건으로 제조된 폴리실리콘에서는 그의 입계 길이가 짧아진다. 이 때문에, 양 입계 특성의 최선의 점을 찾는 것이 중요하다.

단결정 성장이 저해되는 결정 입자의 탈락의 원인은 입계면의 결합이 약하고 불안정하기 때문이다. 대응 격자점의 결합이 적은 랜덤 입계가 많을수록, 용융면으로부터의 박리 탈락이 일어나기 쉽다. 입계 특성 중 Σ값이 낮아서 대응 입계의 비율이 크면, 입계면의 결합이 강하고 안정적이어서 결정 입자의 탈락이 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한, 랜덤 입계가 원인에 의한 결정 입자의 탈락은, 입계면의 에너지가 높기 때문에 단결정의 융해 온도보다 낮은 온도에서 일어난다. 그 때문에, 탈락된 단결정 입자는 충분히 가열 용융되지 않고, 미융해ㆍ반융해물이 클러스터상이 된 채 단결정 성장면에 도달하여 결정 결함을 야기한다. 미융해ㆍ반융해물은 탈락된 결정 입자의 크기에 의존하고, 클수록 존재 시간이 길어지기 때문에, 단결정 성장면에 도달하기 쉬워진다.

목적으로 하는 입계 특성을 얻기 위한 제조 조건의 요소로서는, 로드 표면의 온도, 반응 압력, 원료가 되는 실란의 농도 등을 들 수 있고, 이들의 회귀 분석을 행하면 결정 계수인 R²=0.8 이상의 상관이 얻어진다. 또한 파라미터를 증가시키고, 기계 학습을 사용한 경우도 마찬가지이다. 얻어진 상관을 장치로의 피드백으로서 이용하고, 반응기 내부의 상태 변화에 추종해 최적의 반응 조건을 설정할 수 있다.

FZ법에서는 대구경화가 진행되는 한편, 종래부터의 소구경의 장치도 많이 사용되고 있다. 각각의 장치에 대하여 필요해지는 입계 특성이 다르다. 또한 동형의 장치에 있어서도, 소위 장치의 특질이 존재하여, 본 해석을 행함으로써 필요에 맞춘 폴리실리콘 로드의 제조가 가능해진다.

측정 방법으로서는, 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같은 양태(이하 「측정 방법 1」이라고도 한다.)를 사용해도 된다. 제작된 실리콘 로드를 임의의 개소(도 4에 도시하는 양태에서는 3개소)에서 절단하여 슬라이스하고, 시료를 잘라낸다. 이와 같이 하여 얻어진 시료를 측정한다. U 로드의 다리의 양측에서는 기본적으로 특성이 같으므로, 다리의 편측만 측정을 행하도록 해도 된다.

측정 결과에 있어서, 모든 잘라낸 시료에 있어서, 폴리실리콘 로드의 단면 중심으로부터 2/3의 영역 중 종심을 제외한 영역의 입계 특성의 평균에 있어서 대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않게 되거나, 폴리실리콘 전체 중 종심을 제외한 입계 특성의 평균이, 대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는 경우에, 당해 조건에 의하면 FZ의 수율이 양호한 것을 나타내고 있다.

따라서, 동일한 조건으로 제조하는 이후의 배치의 폴리실리콘 로드에서도 바람직한 결과를 얻는 것을 기대할 수 있다. 또한, 배치를 따를 때마다 반응기 벽면의 광택이 없어져 복사열의 효율이 바뀌는 것 등에서 기인하여 동일 조건이라도 반응기 내부의 환경이 서서히 변화되어 가지만, 이 변화는 극적인 것이 아니다. 따라서 일정 기간(예를 들어 한 달 정도)에 있어서는, 동일한 조건으로 제조하는 배치의 폴리실리콘 로드에서도 바람직한 결과를 얻는 것을 기대할 수 있다.

또한, 측정 결과가 상기한 조건을 충족하여 바람직한 경우에는, 도 4에 있어서 슬라이스에 의해 잘라내지 않은 다리를 사용하여 FZ를 행한 경우에 수율이 좋은 것을 제조할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서 슬라이스하여 시료를 제작한 쪽은 CZ의 청크로 해도 된다.

예를 들어, 이하와 같은 수순을 취할 수 있다.

측정 방법 1로 측정하여, 상기 조건을 충족하여 합격한 다리와는 반대측의 다리를 사용하여 FZ로 단결정 성장시킨다(제조 장치가 동형이라면, 하나를 대표로 한다.).

이 때,

동일 챔버 내의 모든 실리콘 심선(芯線)으로 성장한 실리콘 로드에 대하여 측정 방법 1을 행하여, 상기 조건을 만족시켜 합격이면 합격한 다리와는 반대측의 다리를 사용하여 FZ로 단결정 성장시켜도 되고,

챔버 내의 내측의 대표와 동일하게 외측의 대표에서 측정 방법 1을 행하여, 상기한 조건을 만족시켜 합격이면 나머지를 FZ로 단결정 성장시켜도 되고,

대표 중 하나에 대하여 측정 방법 1로 측정을 행하여, 상기한 조건을 만족시켜 합격이면 나머지를 FZ로 단결정 성장시키도록 해도 된다.

또한, 품질면으로부터 전극 부근과 브리지 부근은 커팅되고, 크랙이 없는 중앙 부분이 FZ용의 잉곳이 되기 때문에, 다른 측정 방법으로서 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같은 양태를 사용해도 된다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 브리지 부근의 상방 부위와 전극 부근의 하방 부위만을 잘라내서 시료를 제작하는 양태(이하 「측정 방법 2」라고도 한다.)에 따르면, 시료를 제작한 측의 다리에 있어서도 FZ의 로드를 취득할 수 있다. 또한, 품질 평가용 샘플링은 FZ용의 잉곳의 유효 길이로부터 벗어난 부분, 주로 전극 부근으로부터 샘플링되고, 저항값이나 금속 성분 등의 분석을 행한다.

측정 방법 2에 있어서는, 예를 들어 이하와 같은 수순을 취할 수 있다.

측정 방법 2로 측정하여, 상기 조건을 만족시켜 합격한 다리와 반대측의 다리의 양쪽을 사용하여 FZ로 단결정 성장시킨다(제조 장치가 동형이면, 하나를 대표로 한다.).

이 때,

측정 방법 2로 전수 검사하여, 상기한 조건을 만족시켜 합격한 것을 FZ로 단결정 성장시켜도 되고,

챔버 내의 내측의 대표와 동일하게 외측의 대표에서 측정 방법 2를 행하여, 상기한 조건을 만족시켜 합격이면 전수를 FZ로 단결정 성장시켜도 되고,

대표의 하나에 대하여 측정 방법 2로 측정을 행하여, 상기한 조건을 만족시켜 합격이면 전수를 FZ로 단결정 성장시키도록 해도 된다.

제조 장치가 동형이어도 검사 결과가 다른 경우나 동일 제조 조건에서 제조해도 동일한 실리콘 로드는 제조할 수 없는 경우에는, 각각의 장치에 있어서 측정 방법 1 또는 2 중 어느 것을 행하도록 해도 된다.

동일 장치에서 로드가 다른 경우이며, 서서히 특성이 나타나지 않게 되는 경우의 원인으로서는, 벨자 내측에 퇴적물이 퇴적되어 복사열이 저하된 결과라고 생각된다.

이 경우에도, 제조 조건의 재검토를 계속해도 되고, 벨자의 내부 세정을 행하여 최초의 상태로 되돌아가도록 해도 된다. 단, 벨자의 내부 세정으로서 전해 연마를 행하는 경우에는 고액의 비용이 드는 점에서, 제조 조건의 재검토를 계속하는 것이 현실적인 선택이다.

[실시예]

<FZ 결과와 입계 특성의 관계>

폴리실리콘 로드의 제작

트리클로로실란ㆍ수소를 원료로 한 지멘스법에 의해 결정 샘플을 제작하고, EBSD에 의해 입계 특성을 측정하고, FZ법에 의해 실제로 인상 실험을 행한 결과를 이하에 나타낸다. FZ법에 의한 단결정화 실험의 결과, 결정에 전위가 발생한 경우에는 ×(불합격)로서 판정하였다. 측정 결과는 도 1에서도 나타나 있다.

입계 특성 측정의 샘플링

로드 전체 입계 특성을 측정하는 것은 현실적이지 않기 때문에, 샘플링에 의해 평균의 입계 특성을 구하였다.

1) 지멘스법 CVD 장치로부터 취출된 U 로드로부터 유효 길이(전극측ㆍ브리지측을 제거하였다)의 양단으로부터 두께 10㎜의 웨이퍼를 잘라냈다(도 5 참조).

2) 웨이퍼 외주부터 종심까지의 거리가 가장 긴 부분과 가장 가까운 부분을 각각 종심까지 연결한 선의 교점이 이루는 각에서, 예각측에 각도가 이등분이 되는 선분 a를 외주까지 그었다.

3) 선분 a를 따라 심선으로부터 20㎜ 간격으로 샘플을 잘라내고, 측정 범위 0.5㎜×0.5㎜ 이상을 TIM사제 EBSD 장치 Step 1.0 microns로 측정해 평균의 입계 특성을 구하였다. 또한, 후의 공정에서 원통 연삭을 행하는 것을 가미해 계산을 행하였다.

4) 성장 직경 방향에 있어서 반응 조건(로드 온도ㆍ반응 압력ㆍ원료 농도ㆍ원료 공급 속도ㆍCVD 장치ㆍ로드가 외부로부터 받는 복사열 등 입계에 미치는 인자)이 반응 배치 중 동일한 구간은 대표점의 측정으로 전체를 구하였다.

<반응 조건의 해석과 피드백의 예>

지멘스법에 의한 폴리실리콘의 제조 장치이며, 전극에 연결된 실리콘의 종심에 전류를 흘려 발열시키고 일정한 온도를 유지할 수 있는 기능을 갖는 장치에서, 기상부가 수소와 클로로실란으로 구성되고, 가열한 실리콘의 종심 표면에 폴리실리콘의 퇴적층이 형성되어 폴리실리콘 로드가 되는 반응을 예로 든다.

반응 조건으로서, 클로로실란 농도와 CVD 반응 중의 폴리실리콘 로드의 표면 온도를 취하고, 입계 특성의 관계를 해석하였다. 이 결과를 모식화해서 도 2에 나타낸다. 점 A를 현재의 조건이라고 가정하면, 클로로실란 농도만을 점 A의 조건으로부터 진하게 변화시키면 점 B의 방향으로 입계 특성이 변화되고, 로드 온도만을 점 A의 조건으로부터 낮게 하면 점 C의 방향으로 입계 특성이 변화된다. 또한, 클로로실란 농도를 점 B의 조건, 로드 온도를 점 C의 조건으로 취하면, 점 D의 입계 특성을 가진 폴리실리콘이 얻어진다.

도 2에 실제의 측정 결과를 적용시켜 최신의 상태를 유지함으로써, 목적으로 하는 입계 특성을 갖는 폴리실리콘 로드를 얻기 위해 항상 최적의 반응 조건의 조정이 가능해진다.

제조 조건으로의 피드백 방법 1:

폴리실리콘 로드 중심으로부터 외주까지의 입계 특성의 디자인 방법으로서, 직경이 가늘 때에는 로드 표면 온도를 상대적으로 높게 하여 대응 입계 비율을 많게 하는 영역을 증가시키고, 직경이 굵어져 감에 따라 실리콘 로드의 표면 온도를 떨어뜨리고, 클로로실란 농도를 증가시킴으로써(실리콘 로드 내부의 열이 상승되는 것을 방지하여), 입계 길이를 얻는 것에 의해 「적정한 영역」을 갖는 폴리실리콘 로드를 제조한다.

제조 조건으로의 피드백 방법 2:

직경이 굵어져 감에 따라 고주파를 걸고, 표면 온도를 높여(실리콘 로드 내부의 열이 상승되는 것을 방지함으로써, 표면 온도를 높일 수 있게 된다.), 챔버 내의 클로로실란 농도를 높이는 것에 의해 「적정한 영역」을 갖는 폴리실리콘 로드를 제조한다.

Claims (8)

1. 폴리실리콘 로드의 단면 중심으로부터 2/3의 영역 중 종심(種芯)을 제외한 영역의 입계 특성의 평균이 이하의 특징을 갖는 폴리실리콘 로드.
   대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
2. 제1항에 있어서, 대응 입계 비율이 25％를 초과하며, 또한 입계 길이가 650㎜/㎟를 초과하고, 랜덤 입계 길이가 700㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대응 입계 비율이 90％를 초과하지 않으며, 또한 입계면의 넓이의 지표인 입계 길이가 3000㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
4. 폴리실리콘 전체 중 종심을 제외한 입계 특성의 평균이 이하의 특징을 갖는 폴리실리콘 로드.
   대응 입계 비율이 20％를 초과하고, 또한 입계 길이가 550㎜/㎟를 초과하며, 랜덤 입계 길이가 800㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
5. 제4항에 있어서, 대응 입계 비율이 25％를 초과하며, 또한 입계 길이가 650㎜/㎟를 초과하고, 랜덤 입계 길이가 700㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 대응 입계 비율이 90％를 초과하지 않으며, 또한 입계면의 넓이의 지표인 입계 길이가 3000㎜/㎟를 초과하지 않는 폴리실리콘 로드.
7. 전체 입계에 대하여 대응 입계가 포함되는 비율을 입계의 특징을 나타내는 지표로서 사용하고,
   또한 폴리실리콘 로드를 임의의 위치에서 절단하였을 때의 면 표면에 나타난 입계의 길이를, 측정한 면적으로 나눈 수치를 폴리실리콘 중의 입계면의 넓이의 지표로서 사용하여,
   제조 조건에 피드백함으로써 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 폴리실리콘 로드를 제조하는, 폴리실리콘 로드 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 입계의 특징을 나타내는 지표로서 Σ3 내지 9 대응 입계의 비율을 사용하는, 폴리실리콘 로드 제조 방법.

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