多晶硅棒以及多晶硅棒的制造方法技术

发明专利技术涉及的多晶硅棒的晶界特征为：距离多晶硅棒的截面中心2/3的区域中除硅芯以外的区域的平均对应晶界比例超过20％，晶界宽度超过550mm/mm2，随机晶界宽度不超过800mm/mm2。。。

【技术实现步骤摘要】
多晶硅棒以及多晶硅棒的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于改善単结晶制造缺陷率的原料多晶硅及其制造方法。

技术介绍

[0002]以往，在制造半导体器件时，对于单晶硅的制造工序来说，必须控制杂质和晶格缺陷等以维持生产效率。目前主流的单晶制作方法有FZ(浮动区)法和CZ(切克劳斯基)法，其中FZ法是通过高频加热直接加热多晶硅棒得到单结晶，与使用石英炉的CZ法相比，具备有利于控制杂质的特征。
[0003]在FZ法中，缺陷是指单晶生长受到阻碍，引起位错，从而在单晶棒上引发晶体缺陷。阻碍单晶生长的主要原因之一是多晶硅溶解后引起的残渣缺陷现象。
[0004]在该FZ法中，所使用的原料多晶硅棒的结晶特性与单晶制造中产生的FZ缺陷有着很大关系。
[0005]由于在FZ法的单晶生长过程中，FZ缺陷会显著降低生产率，因此成为亟待解决的重要课题。
[0006]作为FZ法原料的多晶硅棒的制造以西门子法为主流方法，西门子法是将作为原料的硅烷气体加热后在硅棒上析出的一种CVD法。
[0007]【先行技术文献】
[0008]在日本特开2008
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285403号公报、日本特开2013
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193902号公报、日本特开2014
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28747号公报以及日本特开2017
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197431号公报中，公开了一种以针状晶体、粗大晶粒面积比例和晶粒尺寸为特征的多晶硅棒。在日本特开2013
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217653号公报、日本特开2015
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3844号公报和日本特开2016
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150885号公报中，公开了一种利用X射线衍射法根据密勒指数<111>和<220>的峰强度和峰的数量选择单晶原料的方法。在日本特开2019
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19010号公报中，公开了一种以晶粒的尺寸、基于X射线衍射法的反射镜指数<222>的衍射强度为特征的多晶硅棒。
[0009]然而，上述任何一种专利文献中的方法均无法提供高定量性和再现性。这是因为，对于引起FZ法单晶化缺陷的原因，目前仅是着眼于多晶硅的粗大粒子(大小、分布、结晶方位等)，而仅此是不够的。
[0010]本专利技术的目的是提供一种多晶硅棒，其特征在于：作为粒子与粒子间的边界面处的晶界特征，基于粒界面的宽度与对应晶界之间的比率，来改善FZ法的单晶化缺陷。
[0011]例如，当具有最大晶粒的硅棒为单晶硅棒，并考虑采用FZ法将其单晶化的模型时，引原料引起的缺陷率可以说为0。而一旦分割这个单结晶，就会出现晶粒界面。最接近单晶结合的对应晶界为Σ3，没有对应晶格点或不规则的晶界为随机晶界，可以说含有大量距离单晶最近的结合面Σ3的晶界接近单晶。
[0012]通过西门子法进行CVD反应的反应器一般为钟罩型。当反应器内壁受到来自加热后的硅棒的辐射后内壁为镜面状态时，反射率高，并可以获得使来自硅棒的放射能量返回硅棒的效果，但如果内壁发生雾化，反射率就会下降，壁面的能量吸收就会增加，导致能量
不会返回硅棒。内壁雾化的原因是原料氯硅烷类在间歇反应器开放时与空气中的水分发生水解，随着每次间歇时反射率有不断下降的趋势。由此，难以始终在相同的条件下制造多晶硅棒，通过将前一批的晶界特性作为下一批的反应条件进行反馈，就能够制造具有目标晶界的多晶硅。
[0013]FZ法单晶化的阻碍因素在于晶粒界面的特性，通过测定
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解析该因素并反馈到制造条件中，就能够制造出适合通过FZ法单晶化的多晶硅棒。
[0014]从FZ法的单晶化工序来看，由于多晶硅棒的中央附近在熔化后会马上到达单晶生长面，因此容易受到晶界的影响，而由于多晶硅棒外周附近会通过基于感应电流的加热区域，因此相比中心附近，其所受到影响相对小。
[0015]具体来说，利用FZ法进行单晶化时的中心区域的理想情况是随机晶界宽度较短且晶界宽度较长，随着远离中心，晶界宽度变短也是可以接受的。

技术实现思路

[0016]因此，本专利技术涉及多晶硅棒，距离多晶硅棒的截面中心2/3的区域中除硅芯以外的区域的平均对应晶界比例超过20％，且晶界宽度超过550mm/mm2，且其中含有随机晶界宽度不超过800mm/mm2的多晶硅棒。另外，优选对应晶界比例超过25％，且晶界宽度超过650mm/mm2，且其中随机晶界宽度不超过700mm/mm2的多晶硅棒。
[0017]如果适应整个多晶硅棒，则多晶硅棒整体中除硅芯以外的区域的平均晶界比例超过20％，且晶界宽度超过550mm/mm2，且其中含有随机晶界宽度不超过800mm/mm2的多晶硅棒。另外，优选对应晶界比例超过25％，且晶界宽度超过650mm/mm2，且其中随机晶界宽度不超过700mm/mm2的多晶硅棒。
[0018]虽然对应晶界比例越接近100％越好，但该制造条件接近外延膜生长，以目前的技术来看，其缺乏成本优势。另外，当想要加长晶界宽度的情况下，如要将随机晶界宽度抑制在700mm/mm2以下，需要增加对应晶界比例，因此根据上述理由，晶界宽度在3000mm/mm2以下是比较现实的。
[0019]如上所述，在基于西门子法的多晶硅棒的制造方法中，为了使反应器内部的环境逐渐变化，可以考虑以一定间隔对多晶硅进行分析，并将其结果反馈至CVD条件。作为晶界特征的对应晶界比例和作为晶界大小指标的晶界宽度、以及基于这些指标得到的随机晶界宽度是定量的数值，其特征是能够与制造条件相关联的。另外，在产品设计时也可以控制多晶硅棒的从内周到外周的晶界特性，从而提供符合客户要求的多晶硅棒。
[0020]专利技术效果
[0021]根据本专利技术，就能够利用FZ法可以降低单晶化缺陷率、提高成品率以及提高生产率，另外，基于从晶界特性向制造条件的反馈，就能够稳定地生产多晶硅棒。
附图说明
[0022]图1是展示晶界宽度与对应晶界比例之间关系的图。
[0023]图2是展示晶界宽度与与Σ3对应晶界比例之间关系的图。
[0024]图3A是展示Σ3对应晶界图像的图。
[0025]图3B是展示Σ9对应晶界图像的图。
[0026]图3C是展示随机晶界以及Σ3
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49对应晶界图像的图。
[0027]图4是用于说明本专利技术实施方式中的测定方法1的概要图。
[0028]图5是用于说明本专利技术实施方式中的测定方法2的概要图。
具体实施方式
[0029]按照与多晶硅棒的生长方向垂直的水平面进行切割，并在EBSD(电子束背散射衍射法)步骤以1μm间隔对露出于测定面的晶粒的晶体取向进行全测定，根据得到的与数据矩阵相邻晶体的取向及角度的偏差来计算晶界的状态。Σ3对应晶界是指相对于3个原子出现1个对应晶格点的晶粒界面，其可以说是对应晶界中最接近单结晶的晶粒界面。晶界的对应晶格点多可以说其热物理性和物理参数接近于单结晶。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅棒，其特征在于：距离所述多晶硅棒的截面中心2/3的区域中除硅芯以外的区域的平均晶界特征为：对应晶界比例超过20％，且晶界宽度超过550mm/mm2，且随机晶界宽度不超过800mm/mm2。2.根据权利要求1所述的多晶硅棒，其特征在于：其中，对应晶界比例超过25％，且晶界宽度超过650mm/mm2，且随机晶界宽度不超过700mm/mm2。3.根据权利要求1或2所述的多晶硅棒，其特征在于：其中，对应晶界比例不超过90％，且晶界宽度不超过3000mm/mm2。4.一种多晶硅棒，其特征在于：整个所述多晶硅棒中除硅芯以外的区域的平均晶界特征为：对应晶界比例超过20％，且晶界宽度超过550mm/mm2，且随机晶界宽度不超过800mm/mm2。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田敦，星野成大，石田昌彦，青山武，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：