[发明专利]多晶硅中碳浓度的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅中碳浓度的测定方法。

背景技术

半导体设备用基板或太阳能电池用基板，通常可以使用硅基板。这种硅基板的原料，可以使用通过西门子法制造的多晶硅，但随着对于最终制品的高集成化和高品质化的要求越来越严格，对于多晶硅的高纯度化要求也变得更加严格。

作为硅晶体中的轻元素杂质，已知有间隙氧或代位碳，间隙氧在晶体中析出，从而导致位错或层错，而代位碳是促进该氧析出的杂质，因此一直在研究其浓度测定方法，对于单晶硅来说，已经由ASTM以及JEIDA等机构确立了采用傅里叶变换红外分光光度法的标准测定法。

然而，由于在使多晶硅析出时所用的反应炉中使用了较多的石墨部件，因此这些石墨部件很容易作为发生源从而使碳进入到多晶硅中。并且，除非进行特别的除去，否则会导致这种碳杂质进入到以多晶硅为原料所制造的单晶硅中，从而对其高纯度化产生阻碍。因此，为了实现半导体设备用基板或太阳能电池用基板的低碳浓度化，必须管理作为其原料的多晶硅的碳浓度。

因此，对多晶硅中碳浓度的评价方法进行了研究，并且还对其进行了标准化。例如，ASTM标准之一（非专利文献1）规定了，通过悬浮区熔（Floating Zone：FZ）法和光学方法（红外分光光度法或光致发光法）的组合，测定多晶硅中碳浓度的方法。

该方法中，首先用钻孔机对在硅芯线上析出得到的多晶硅棒进行开孔，抽出直径约20mm的圆筒（芯）。接着，为了除去切出芯时在芯表面产生的损伤，用HNO₃/HF混合酸对芯表面进行100μm以上的蚀刻。然后，使用该芯，通过FZ法得到单晶硅棒，并通过例如根据非专利文献2的红外分光光度法测定碳浓度。

然而，在使用该方法时，由于硅晶体中的碳杂质的有效偏析系数小（k_eff=0.07，参照非专利文献3），因此当通过FZ法培育的单晶硅棒较短时，存在难以准确测定作为原料的多晶硅中碳浓度的问题。具体来说，在有效偏析系数小于1的杂质的情况下，作为原料的多晶硅中所含的杂质难以进入到FZ熔融区，因此向原料侧浓缩。由此，如果想要准确测定作为原料的多晶硅中的碳浓度，必须生成较长尺寸的FZ单晶硅棒。

在日本特开2007-279042号公报（专利文献1）中，公开了利用凝固熔融区的碳浓度高于多晶硅组合物中碳浓度的测定方法。该方法中，使从多晶硅组合物中取出的多晶硅芯在FZ晶体生长装置中进行FZ生长，形成包含单晶区域和凝固熔融区的芯，将该芯在1150℃～1360℃范围的温度下退火至少2小时，并对分别从上述单晶区域和凝固熔融区中取出的试样进行红外分光分析，制作校准曲线，求出单晶区域的碳浓度，并基于该单晶区域的碳浓度确定多晶硅组合物的碳浓度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-279042号公报

非专利文献

非专利文献1：ASTM F1723-02：“Standard Practice for Evaluation of Polycrystalline Silicon Rods by Float-Zone Crystal Growth and Spectroscopy”

非专利文献2：ASTM F1391-93：“Standard Test Method for Substitutional Atomic Carbon Content of Silicon by Infrared Absorption”

非专利文献3：F.Shimura“Semiconductor Silicon Crystal Technology”Academic Press,Inc.(1989)p.148-151

非专利文献4：電子情報技術産業協会規格（JEITA EM-3503）“赤外吸収によるシリコン結晶中の置換型炭素原子濃度の標準測定法”（电子信息技术产业协会标准（JEITA EM-3503）“利用红外吸收的硅晶体中代位碳原子浓度的标准测定法”）

发明内容

发明所要解决的问题

然而，如上所述，现有的方法需要通过FZ法制作试样的步骤。此外，在非专利文献1记载的方法中，为了准确测定硅晶体中有效偏析系数小的碳的浓度，必须形成较长尺寸的FZ单晶硅棒，而专利文献1记载的方法，不仅极其烦杂，而且还必须在高温下进行退火。