专利名称：多晶硅棒的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅棒的制造方法。更具体而言，涉及通过CVD 法得到极高纯度的多晶硅时所使用的棒的制造方法。
背景技术：
作为用于制造半导体器件的主要基板的硅基板，主要通过对以切 克劳斯基法(以下简称为"CZ法")结晶培育而成的单晶硅锭进行切割、 研磨等来制作，这种单晶硅锭的培育通过下述方式进行将装填在石 英坩埚内的多晶硅块熔融，在该硅熔液中将硅的单晶晶种(籽晶)浸入到 硅熔液液面下， 一边使其旋转一边缓慢提拉，然后进行冷却。作为这种结晶培育的原料的多晶硅块， 一般通过利用化学气相沉 积法(Chemical Vapor Deposition;以下简称为"CVD法")使硅析出来 制造，其代表性的方法是"西门子法"。具体而言，是使高纯度的三 氯硅垸(SiHCb;以下简称为"TCS")和氢的混合气体与在反应炉内通 过通电加热保持高温的细的棒状硅芯线(晶种)接触、从而使多晶硅在该 硅芯线的表面上析出的方法。上述作为硅芯线使用的硅材料通常使用从多晶硅棒切出的硅棒、 或通过基座拉晶法而制造的硅棒，这已成为被确立的方法(例如，参照 日本特开2005-112662号公报(专利文献l)等)。作为拉晶原料的多晶硅中的金属杂质和掺杂剂杂质，混入从硅熔 液固化并单晶化的硅锭中，成为使培育成的单晶硅的品质(纯度)下降、或偏离最初设定的电阻率的原因。另外，近年来，开始通过CZ法制造大直径的硅锭，这不仅需要在单晶硅拉晶开始前装填多晶硅块，还需要在拉晶中向石英坩埚中重装填多晶硅块，由于从多晶硅带入硅熔液中的大部分杂质的偏析系数小于l，因此，硅熔液中的浓度随着单晶硅拉晶的进行而增高，使从杂质浓度增高的硅熔液培育成的单晶硅部的纯度降低，结果损害了通过 重装填培育超长单晶硅锭的优点。因此，在今后的以更大直径化为目标的情况下，希望实现现有多 晶硅以上的高纯度化，但现有的多晶硅棒的制造方法从除去杂质的观 点来看是有限度的。作为其原因之一，可以举出难以对上述的来自硅 芯线的杂质进行管理。例如，在从多晶硅棒切出芯线的前工序中实施 高温热处理，该高温热处理工序中易发生杂质污染。具体而言，刚结束CVD生长后的多晶硅棒在其结晶内部具有应 变，因此，在该状态下切出芯线用多晶硅时，在切断工序中棒会断裂。 为了防止该断裂，有时实施将多晶硅棒在高温下进行热处理以消除内 应变的处理，但是在该工序中，易受到来自热处理炉材及炉内环境的 杂质污染的影响。作为用于避免这种杂质污染的对策，也有在CVD反 应器内使多晶硅棒生长后，在该CVD反应器中进行加热、缓冷来除去 内应变的方法，但是由于CVD反应器的占用时间变长，结果导致生产 率降低。另外，在与CZ法同时作为单晶硅的培育方法被熟知的悬浮区熔 法(以下简称为"FZ法")中使用的多晶硅棒中，随着培育结晶的大直 径化，提高所谓的"一次成功率"成为重要的课题。但是，使用多晶 硅作为芯线实施CVD工序时，芯线与在其表面生长的多晶硅的界面附 近的晶界尺寸增大，结果，FZ法的单晶化率降低，因而成品率和生产 率下降。此外，也有使用通过基座拉晶法而制造的硅棒作为芯线材料的方法，但是通过基座拉晶法得到的硅棒只不过是部分结晶化，而不是硅 棒整体具有一定的晶轴方位的硅棒，因此，即使通过FZ法采用使用该 硅棒作为芯线而得到的多晶硅进行结晶培育， 一次成功率仍然降低。发明内容本发明是鉴于上述那样的现有多晶硅棒的制造方法所存在的问题 而开发的，其目的在于提供能够制造以现有方法无法得到的低杂质污 染(高纯度)的多晶硅棒及单晶化效率高的FZ用多晶硅棒的方法。此外，本发明的目的还在于，提供使用在CVD的多晶硅的生长工 序时不易发生由开裂导致的断裂的高强度的硅芯线来制造多晶硅棒的 方法。为了解决这样的课题，本发明提供通过CVD法使硅析出到硅芯线 上而制造多晶硅棒的方法，其特征在于，使用从单晶硅锭切出的硅部 件作为所述硅芯线。例如，所述单晶硅锭为通过切克劳斯基法(CZ法)或悬浮区熔法(FZ 法)培育而成的单晶硅锭，该单晶硅锭的结晶生长轴方位以密勒指数记 为<100>或<111〉。优选所述硅芯线按照该芯线的侧面相对于所述单晶硅锭的晶体习 性线形成5度至40度范围的角度的方式切出。另外，优选所述单晶硅锭为通过切克劳斯基法(CZ法)培育而成、 具有7ppma至20ppma的晶格间氧浓度的单晶硅锭。更优选所述晶格间氧浓度为17卯ma以上。优选所述硅芯线的表面在从所述单晶硅锭切出后、以50^m至200pm的加工量实施蚀刻处理。所述CVD法的硅的析出在三氯硅烷(TCS)和氢构成的气体氛围下 进行。根据本发明，在制造硅棒时，使用从通过CZ法或FZ法培育而成 的单晶硅棒切出的硅部件(单晶硅棒)作为芯线，因此，能够提供以现有 方法无法得到的低杂质污染(高纯度)的多晶硅棒，并能够提供单晶化效 率高的FZ用多晶硅棒。另外，本发明中，在作为切出芯线的单晶硅锭、使用以密勒指数 记为100或111的结晶生长轴方位的单晶硅锭时，使硅芯线相对于单 晶硅锭的晶体习性线具有5度至40度范围的偏角而切出，因此，能够 提供使用在CVD的多晶硅的生长工序时不易发生开裂所导致的断裂的 高强度的硅芯线来制造多晶硅棒的方法。
图1(A) (E)是用于说明从单晶硅锭切出作为芯线使用的单晶硅棒 的情况的图；图2(A)及(B)是用于说明从结晶生长轴方位为〈10O的单晶硅锭相 对于其晶体习性线以特定范围的偏角切出芯线的情况的图；图3是总结对芯线强度的偏角角度依存性进行研究而得到的结果的图；图4是总结偏角的有无所决定的CVD工序中的芯线断裂率的图； 图5是比较使用多晶芯线时和使用单晶芯线时的多晶硅棒的FZ成功率的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。如已经说明的那样，在使用从通过现有方法培育而成的多晶硅棒 切出的硅材料作为芯线的条件下，难以满足多晶硅块的更高纯度化的 要求。因此，本发明中，在例如三氯硅垸(TCS)和氢构成的气体氛围下、 通过CVD法使硅析出到硅芯线上而制造多晶硅棒时，使用从通过CZ 法或FZ法培育而成的单晶硅锭切出的硅部件(单晶硅棒)作为芯线。关于CZ法和FZ法的单晶硅的生长机制，已经积累了详细的研究 结果，关于所培育的单晶硅锭的杂质控制(纯度控制)也已经报告了很多 研究结果(例如，关于CZ法参照WO01/063027号公报(专利文献2)， 关于FZ法参照日本特开平7-315980号公报(专利文献3)等)。因此，如果从这种进行了杂质控制(纯度控制)的单晶硅锭切出单晶 硅棒而制成硅析出用芯线，则能够使得到的多晶硅棒中的金属杂质及 掺杂剂(B或P等)的浓度显著降低。特别是，在制造1000Qcm以上的高电阻率的多晶硅棒时，优选芯 线中的掺杂剂浓度为lX10U原子/cc以下的低浓度，该高纯度的芯线 通过从利用CZ法或FZ法培育而成的单晶硅锭切出能够容易地得到。另外，为了提高FZ法的一次成功率，有效的方法是多晶硅培育用 的芯线整体具有一定的晶轴方位，通过现有的基座拉晶法得到的硅棒 不能满足该要求，而如果像本发明这样，从通过CZ法或FZ法培育而 成的单晶硅锭切出作为芯线的硅棒，该芯线整体就具有一定的晶轴方 位，因此能够提高上述一次成功率。图1(A) (E)是用于说明从单晶硅锭切出作为芯线使用的单晶硅棒 的情况的图，该图中对从通过CZ法培育而成的单晶硅锭切出芯线进行 了图示。首先，准备单晶硅锭10(图l(A))，切掉其肩部10s及尾部10t而得到主体部10b(图1(B))。从该主体部10b切出平板状硅ll(图l(C))，进而，切割成长条形而得到硅棒(芯线)12(图l(D))。另外，为了除去切割加工时产生的残余应力，优选对这样操作而切出的芯线的表面实施蚀刻处理(图l(E))。此时的加工量设为例如50^im至200)im的范围。这种蚀刻中可以使用氢氟酸与硝酸的混合溶液。
另外，从一般的容易获得等的观点出发，切出芯线的单晶硅锭优选其结晶生长轴方位以密勒指数记为<100>或<111>，但也可以使用上述以外的密勒指数的单晶硅锭。
在此，作为切出芯线的单晶硅锭，使用以密勒指数记为<100>或<111>的结晶生长轴方位的单晶硅锭时，优选硅芯线相对于单晶硅锭的晶体习性线具有5度至40度范围的偏角而切出。这是基于本发明人的研究结果得到的、通过以上述偏角切出能够提高硅芯线的强度的见解。
具体说明的话，已经熟知，由于单晶硅中存在所谓的"开裂面"，因此，相对于来自特定方向的压力很脆。特别是<111>面容易发生滑移(沿开裂面的裂痕)，如果在使多晶硅进行CVD生长的工序中发生这种滑移，则反应器内会发生芯线逆转的事故。
本发明人对该问题进行了研究，结果发现，如果使芯线相对于单晶锭的晶体习性线在特定范围内倾斜(偏角)而切出，上述滑移就难以发生，从而能够防止逆转。
图2(A)和(B)是用于说明从结晶生长轴方位为〈100〉的单晶锭相对于其晶体习性线以特定范围的偏角切出芯线的情况的图，图2(A)是锭的整体像，图2(B)是以图2(A)中虚线所示的虚拟面截断而得到的截面图。在结晶生长轴方位为<100〉的情况下，晶体习性线(hl h4)为四根，
硅棒(芯线)12以其侧面与晶体习性线形成特定范围的偏角e的方式切
出。此时的偏角e如后所述优选5度至40度的范围。另外，这种偏角在使硅棒(芯线)的表面成为何种密勒指数的结晶面这一点上具有其技术意义，因此，除了上述那样的控制芯线的切出角
度的方法，也可以利用对以CZ法或FZ法培育单晶锭时使用的籽晶方位进行适当设定的方法。
另外，已经熟知，以CZ法培育的单晶硅中，以石英坩埚为供给源的氧被捕获到晶格间，具有抑制转位发生等提高强度的效果，本发明中使用的芯线，如果从例如7ppma至20卯ma的晶格间氧浓度的单晶硅锭切出，则能够保证芯线强度。在本发明人的研究中，晶格间氧浓度为17ppma以上时，能够得到充分的芯线强度。
下面，根据实施例，对本发明进行更具体的说明。
将结晶生长轴方位为〈10O的非掺杂(不含P或B等掺杂剂)单晶硅以CZ法迸行提拉。用傅立叶变换红外分光光度计测定该硅的晶格间氧浓度([Oi])，其结果是，[Oi]相对于结晶生长轴方向大致恒定，在18.0士lppma的范围内。
以该单晶硅的结晶生长轴方向上出现的晶体习性线为基准赋予偏角(0度、11度、23度、35度、45度)，沿生长轴方向切出厚度为7mm的平板状硅，进而，将该平板状硅以7mm的宽度切割成长条形而制成棒状。得到的硅棒(芯线)是长度为1800mm、截面的各边的长度分别为7mm的长方体形状。用氢氟酸和硝酸的混合溶液对该芯线实施蚀刻，从表面处溶解100)Lim，除去加工切割形成的应变层后，用超纯水洗涤并干燥。
图3是总结对芯线强度的偏角角度依存性进行研究而得到的结果的图，与使芯线表面成为{110}最适面的0度偏角、和使芯线表面成为{100}最适面的45度偏角相比，偏角为11度、23度、35度的芯线显示出高芯线强度。本发明人的进一步研究表明，该偏角产生的提高芯线强度的效果在5度到40度的范围可以观察到。
尝试使用以上述实施例1中记载的方法制造而成的单晶硅芯线(偏角23度)来制造多晶硅棒。
图4是总结偏角的有无所决定的CVD工序中的芯线断裂率的图，通过设置偏角，芯线断裂率下降了一位数以上。
本实施例中，也使用以与实施例1相同的方法制造而成的单晶硅芯线(偏角23度)来制造多晶硅棒，并使用该多晶硅棒通过FZ法培育单晶硅。另外，为了进行比较，采用使用现有熟知的多晶硅芯线生长而成的多晶硅棒通过FZ法培育单晶硅。
图5是比较使用多晶芯线时和使用单晶芯线时的多晶硅棒的FZ成功率的图。从该图中可知，通过使用采用单晶芯线的多晶硅棒，FZ成功率提高。即， 一次成功率提高。
如上所述，本发明提供能够制造以现有方法无法得到的低杂质污染(高纯度)的多晶硅棒及单晶化效率高的FZ用多晶硅棒的方法。另外，本发明还提供使用在CVD的多晶硅的生长工序时不易发生开裂所导致的断裂的高强度的硅芯线来制造多晶硅棒的方法。
权利要求
1.一种多晶硅棒的制造方法，通过CVD法使硅析出到硅芯线上来制造多晶硅棒，其特征在于，使用从单晶硅锭切出的硅部件作为所述硅芯线。
2. 如权利要求l所述的多晶硅棒的制造方法，其特征在于，所述 单晶硅锭为通过简称为CZ法的切克劳斯基法或简称为FZ法的悬浮区 熔法培育而成的单晶硅锭，该单晶硅锭的结晶生长轴方位以密勒指数 记为<100>或<111>。
3. 如权利要求1或2所述的多晶硅棒的制造方法，其中，所述硅 芯线按照该芯线的侧面相对于所述单晶硅锭的晶体习性线形成5度至 40度范围的角度的方式切出。
4. 如权利要求2所述的多晶硅棒的制造方法，其中，所述单晶硅 锭通过切克劳斯基法即CZ法培育而成，具有7ppma至20ppma的晶格间氧浓度。
5. 如权利要求4所述的多晶硅棒的制造方法，其中，所述晶格间 氧浓度为17ppma以上。
6. 如权利要求l、 2、 4或5所述的多晶硅棒的制造方法，其特征 在于，所述硅芯线的表面在从所述单晶硅锭切出后，以50|im至200|im 的加工量实施蚀刻处理。
7. 如权利要求l、 2、 4或5所述的多晶硅棒的制造方法，其中， 所述CVD法的硅的析出在由三氯硅烷、即TCS和氢构成的气体氛围下 进行。
全文摘要
本发明提供一种多晶硅棒的制造方法，其中，在制造硅棒时，使用从通过CZ法或FZ法培育而成的单晶硅锭切出的硅部件(单晶硅棒)作为芯线。具体而言，从切去单晶硅锭(10)的肩部(10s)和尾部(10t)而得到的主体部(10b)切出平板状硅(11)，进而，切割成长条形而得到硅棒(芯线)(12)。在结晶生长轴方位为<100>的情况下，晶体习性线(h1～h4)为四根，硅棒(芯线)(12)按照其面与晶体习性线形成特定范围的偏角θ的方式切出。根据本发明，能够提供以现有方法无法得到的低杂质污染(高纯度)的多晶硅棒及单晶化效率高的FZ用多晶硅棒。
文档编号C30B29/06GK101565185SQ200910132968
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月23日
发明者小黑晓二, 水野亨彦, 祢津茂义, 黑谷伸一 申请人:信越化学工业株式会社