[发明专利]多晶硅棒及其制造方法

说明书

在棒表面部的磷浓度为0.015ppba以下的多晶硅棒中，棒芯部的磷浓度(P2)相对于棒表面部的磷浓度(P1)之比(P2/P1)在2以下的范围内。本发明的多晶硅棒的制造方法为基于西门子法的制造方法，在将多晶硅的籽晶棒组装于反应炉内之后，将该籽晶棒通电加热至1000℃以上且低于硅的熔点的温度，在该加热温度下向反应炉供给以三氯硅烷气体与氢气为主要成分的原料气体并使硅在籽晶棒表面析出生长。在将籽晶棒加热至1000℃以上且低于硅的熔点的温度之后，将四氯化硅气体与氢气的混合气体以炉壁温度维持在30℃以上的状态向反应炉供给10分钟以上，从而在反应炉内蚀刻籽晶棒的表面，接着，在所述加热的温度下供给以三氯硅烷气体与氢气为主要成分的原料气体。

技术领域

本发明涉及一种作为用于制造在半导体设备中所利用的单晶硅的原料而使用的多晶硅棒及其制造方法。另外，本国际申请主张基于2016年6月23日申请的日本专利申请第124042号(日本专利申请2016-124042)的优先权，将日本专利申请2016-124042的所有内容援用于本国际申请中。

背景技术

在硅半导体的制造中，通过将高纯度多晶硅进行单晶化而将该单晶硅作为基础材料，但伴随着半导体产品的高性能化、高密度化，对于成为原料的多晶硅，也希望将杂质降低至极限。为了制造高纯度多晶硅，不使用如熔融凝固法那样的成为污染源的坩埚等，而是在反应炉内将高纯度多晶硅作为籽晶棒并进行通电加热来使硅析出于该籽晶棒表面的西门子法正成为主流。作为该西门子法的特征，沸点在常温左右，且容易蒸馏提纯的三氯硅烷被用作高纯度的中间原料，通过使该三氯硅烷还原析出，由此硅在通常10mm²以下的细的多晶硅籽晶棒(以下，有时还简称为“籽晶棒”)表面析出生长而制造出直径100mm以上的高纯度多晶硅棒。生长中，向反应炉内供给的原料气体的纯度等受到控制，从而污染源被彻底排除，但在析出反应炉中组装该籽晶棒时，反应炉内部向大气敞开，因此容易受到大气中所包含的物质的污染的影响。作为防止该污染的措施，在无尘室内进行组装作业或组装后反应炉内的空气被惰性气体等置换。然而，若反应炉一旦向大气敞开，则无法避免留下一定程度的污染源，结果所制造的多晶硅棒的籽晶棒界面附近的棒芯部的纯度低于棒表面部的纯度。另一方面，硅析出时所使用的反应炉材质一般大多由不锈钢构成，认为生成于不锈钢的表面的钝化膜中所包含的Fe、Ni、Cr等金属化合物在多晶硅生长过程中会附着。

以往，作为防止籽晶棒的污染的方法，公开有如下的多晶硅棒的制造方法(例如参考专利文献1)：该方法在将硅芯线(籽晶棒)进行清洗之后，按每一根进行装袋，在该装袋的状态下操作所述硅芯线，且在设置(组装)于反应炉内时从袋中取出所述硅芯线并安装于电极。根据该方法，通过将硅芯线逐根进行装袋，能够防止该硅芯线在搬运时、保管时、其它操作时的破损和污染。

并且，公开有如下的方法(例如参考专利文献2)：该方法通过去除形成于硅芯线表面的氧化膜、附着于该表面的氮或附着于该表面的碳成分，从而在最终得到的多晶硅棒中降低硅芯线界面的氧浓度、氮浓度或碳浓度来制造纯度高的多晶硅。在该方法中，在反应炉内设置(组装)硅芯线之后，直至开始供给硅析出用原料气体的期间，用氢置换反应器内的气体，并将所述硅芯线的表面温度维持在规定的温度范围，由此去除生成于所述硅芯线表面的氧化膜、附着的氮或碳成分。

并且，公开有如下的方法(例如参考专利文献3)：该方法在使硅沉积于芯棒(籽晶棒)的表面之前，将卤化氢以400～1000℃的芯棒温度导入到至少具有一个芯棒的反应器(反应炉)内，并去除通过因照射UV光产生的卤自由基和氢自由基而生成的挥发性卤化物及氢化物，由此避免芯棒表面的污染。

而且，公开有如下的方法(例如参考专利文献4)：该方法在使硅沉积于芯棒(籽晶棒)的表面之前，将如气体状的HCl那样的气体腐蚀剂导入于反应室，并使其在单晶硅棒上通过，由此使硅棒表面腐蚀，接着一边导入气体腐蚀剂一边导入含有卤化硅与氢的气体混合物，由此制造高纯度单晶硅。在该方法中，硅棒表面以1～15μm厚度被去除，从而析出不包含多晶硅的单晶硅。

专利文献1：日本特开2015-030628号公报(权利要求1、说明书第[0018]段)