[发明专利]多晶硅棒和多晶硅棒的制造方法

说明书

本发明提供适合作为单晶硅制造用原料的多晶硅棒和多晶硅棒的制造方法。在通过基于化学气相法的析出而制造直径为150mm以上的多晶硅棒时，在反应炉内配置多对硅芯线，将所述多晶硅棒的最终直径的平均值设为D(mm)、将所述多对硅芯线的相互间隔设为L(mm)时，将D/L的值设定为小于0.40的范围。

技术领域

本发明涉及多晶硅棒的结晶生长技术，更详细而言，涉及适合作为单晶硅的制造原料的多晶硅棒的制造技术。

背景技术

在半导体器件等的制造中不可缺少的单晶硅是通过CZ法(Czochralski method，直拉法)、FZ法(Floating-zone method，悬浮区熔法)进行结晶培育的，作为此时的原料，使用多晶硅棒或多晶硅块。多数情况下，这样的多晶硅材料通过西门子法进行制造。所谓西门子法是通过使三氯硅烷、单硅烷等硅烷原料气体与被加热的硅芯线接触而使多晶硅在该硅芯线的表面上通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法进行气相生长(析出)的方法。

例如，在通过CZ法结晶培育单晶硅时，在石英坩埚内装入多晶硅块，在使其加热熔融而得到的硅熔液中浸入籽晶而使位错线消失，在无位错化后缓慢地使其直径扩大，直至达到规定的直径为止，进行结晶的提拉。此时，若在硅熔液中残留有未熔融的多晶硅，则该未熔融多晶片会由于对流而漂浮于固液界面附近，成为诱发位错产生而使结晶线消失的原因。

另外，在专利文献1中报道了下述内容：在通过西门子法制造多晶硅棒(多晶硅棒)的工序中，有时会在该棒中析出针状结晶，使用该多晶硅棒进行基于FZ法的单晶硅培育时，由于上述不均质的微细结构而导致各个微晶无法与其尺寸相应地均匀地熔融，未熔融的微晶以固体粒子的形式通过熔融区域而通向单晶棒，以未熔融粒子的形式插入至单晶的凝固面中，由此引起缺陷形成。需要说明的是，关于针状结晶，也请参考专利文献2和3。

在此所述的针状结晶是指使其长轴方向为多晶硅棒的析出方向(与多晶硅棒的长轴方向垂直的方向)的针状结晶。针状结晶的长轴方向的长度较长的情况下达到约几mm。认为这样的针状结晶是由于在多晶硅析出的过程中产生的局部的不均质结晶随着析出工序的进行而相互连结、由此一体化而形成的。使用内部存在这种局部的不均质结晶、针状结晶的多晶硅棒进行基于FZ法的单晶硅的结晶培育时，会发生局部的不均质结晶、针状结晶漂浮于硅熔液中的情况，结晶生长中产生不良情况。因此，要求不含局部的不均质结晶和针状结晶的多晶硅棒的培育技术。需要说明的是，在结晶学上，针状结晶具有以密勒指数来进行比较时<220>比<111>占优势(若比较由X射线衍射得到的检测量，则<220>的检测量更多)的特征，不存在针状结晶的区域中<111>占优势。

在专利文献4中报道了：以<111>为主面的局部的不均质结晶容易在多晶硅棒的中心部(靠近芯线的部分)产生。另一方面，在通过EBSD(Electron BackscatteredDiffraction，电子背散射衍射)进行结晶粒径的测定时，对于局部的不均质结晶，除其外观之外，甚至对构成不均质结晶的结晶取向进行计数，但无法获得其为不均质结晶的信息。用于检测局部的不均质结晶的最好的方法是利用氢氟酸、硝酸混合水溶液进行蚀刻并在光学显微镜下进行观察的方法。在利用光学显微镜以约100倍的倍率进行观察时，多数情况下，局部的不均质结晶可以作为长径为10μm以上的结晶部分被确认到。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-285403号公报

专利文献2：日本特开2013-193902号公报

专利文献3：日本特开2014-028747号公报

专利文献4：日本特开2016-150885号公报