(57)【要約】【課題】反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を提供する。【解決手段】トリクロロシラン及びジクロロシランを含むクロロシラン供給組成物を、基材を収容する析出チャンバに導入する工程と、クロロシラン供給組成物を水素ガスと混合して供給組成物を形成する工程と、析出チャンバへのクロロシラン及び水素ガスのベースライン流量を調整して、所定の総流量及び所定のクロロシラン供給組成物設定値を達成する工程と、析出チャンバに圧力を印加し、析出チャンバ内の基材にエネルギーを印加して、多結晶シリコンを形成する工程と、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量を測定し、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定する工程と、ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけクロロシラン供給組成物設定値を調整する工程と、形成された多結晶シリコンを基材上に析出させる工程とを含む、反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法であって、
トリクロロシラン及びジクロロシランを含むクロロシラン供給組成物を、基材を収容する析出チャンバに導入する工程と、
前記クロロシラン供給組成物を水素ガスと混合して供給組成物を形成する工程と、
前記析出チャンバへのクロロシラン及び水素ガスのベースライン流量を調整して、所定の総流量及び所定のクロロシラン供給組成物設定値を達成する工程と、
前記析出チャンバに圧力を印加し、前記析出チャンバ内の前記基材にエネルギーを印加して、多結晶シリコンを形成する工程と、
前記クロロシラン供給組成物中に存在する前記ジクロロシランの量を測定する工程と、
前記クロロシラン供給組成物設定値を、前記クロロシラン供給組成物中に存在する前記ジクロロシランの量に反比例する量だけ調整する工程と、
前記形成された多結晶シリコンを前記基材上に析出させる工程とを含む、方法。
【請求項２】
前記クロロシラン供給組成物中に存在する前記ジクロロシランの量を測定する工程が、前記クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記クロロシラン供給組成物設定値が、前記ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけ調整される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記形成された多結晶シリコンを前記基材上に析出させる工程が、化学気相成長、常圧化学気相成長、高圧化学気相成長、高温フィラメント化学気相成長、ハイブリッド物理化学気相成長、及び高速熱化学気相成長から選択される化学気相成長法により達成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記析出チャンバ内の圧力が０．５パスカル以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記析出チャンバ内のガス温度が７５０℃以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記基材の温度が９００℃以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記総流量及びクロロシラン供給組成物設定値を、バッチ実行時間に応じて、予め決定する工程を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記総流量及びクロロシラン供給組成物設定値が、前記析出チャンバ内のガス温度を所定の閾値未満に維持するように更に調整される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記基材に印加される前記エネルギーの量を、クロロシラン供給組成物流量に応じて調整する工程を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記クロロシラン供給組成物が１〜１５モル％のジクロロシランを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記クロロシラン供給組成物が３〜１０モル％のジクロロシランを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記クロロシラン組成物設定値の調整量が、比例定数によって決定される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記比例定数が、前記析出チャンバから集められた過去データに基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記比例定数が、前記析出チャンバの試験運転に基づく、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記クロロシラン供給組成物中に存在する前記ジクロロシランの量が、前記反応器のバッチ運転中に連続的に測定される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記クロロシラン供給組成物が水素と予め混合される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め混合されたクロロシラン供給組成物が１０〜５５モル％の水素を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法が本明細書にて開示される。
【背景技術】
【０００２】
高純度半導体等級シリコンは、通常、水素の存在下でトリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３又はＴＣＳ）ガスを還元し、加熱したシリコン要素上に析出させる「シーメンス」法によって作製される。このような方法において、元素状シリコンとして析出するのは、ＴＣＳとしてのシリコン供給物の微量画分のみであり、残りは、通常、５０モルパーセント（モル％）を超える未反応のＴＣＳ、平衡反応の一部として形成された５〜１５モル％のジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２又はＤＣＳ）、シリコン析出中にＴＣＳの塩素化によって形成された３５〜４５モル％のテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４又はＳＴＣ）、最大約１モル％のクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）及びクロロジシラン、並びに粒状シリコンが含む排出ガスとして反応器から排出される。水素も反応器内で生成される。
【０００３】
代表的な化学気相成長（ＣＶＤ）法では、次いで、この排出ガスを凝縮した後、ジクロロシラン（ＤＣＳ）及びＴＣＳを含有する低沸点留分と、ＳＴＣで主に構成される高沸点留分とに蒸留することによって分離する。次いで、この高沸点留分を追加の工程で更に処理して、ＳＴＣの大部分を他の構成要素から分離する。次いで、この回収したＳＴＣを水素添加してＴＣＳを形成することができ、このＴＣＳは、その後ＣＶＤ反応器に再利用される。ジシラン、クロロジシラン及び粒状シリコンを含む高沸点留分の残りの構成要素は、ジシラン（以下、「ジシラン」とは、式ＨｎＣｌ６−ｎＳｉ２（式中、ｎは０〜６の値を有する）で記述される化合物を指す）を熱分解し、残りの構成成分から粒状シリコンを分離するために、更に処理することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反応器排出物中に存在するジクロロシラン（ＤＣＳ）の量は、バッチが進むにつれて変化するＳｉ転化率などの成長条件に応じてばらつきが出る。更なる加工のために排出物が混合される一般的なポリシリコン生産プラントは、多数の反応器で構成されるので、得られる再利用ＴＣＳ中のＤＣＳ画分を予測し制御することは困難である。これは、複雑な化学プロセス操作において必要とされる他の要因、例えば、在庫管理、動的な全体生産率及び蒸留制御などによって更に複雑化する。ＴＣＳと比較してＤＣＳの反応性が極めて高いことだけではなく、これらの複雑性は、分解反応器の性能のばらつきを最小限にするポリシリコンプラント現場全体の制御措置の有効性を制限するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法は、トリクロロシラン及びジクロロシランを含むクロロシラン供給組成物を、基材を収容する析出チャンバに導入する工程と、クロロシラン供給組成物を水素ガスと混合して供給組成物を形成する工程と、析出チャンバへのクロロシラン及び水素ガスのベースライン流量を調整して、所定の総流量及び所定のクロロシラン供給組成物設定値を達成する工程と、析出チャンバに圧力を印加し、析出チャンバ内の基材にエネルギーを印加して、多結晶シリコンを形成する工程と、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量を測定し、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定する工程と、ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけクロロシラン供給組成物設定値を調整する工程と、形成された多結晶シリコンを基材上に析出させる工程とを含む。
【０００６】
以下は、同様の要素が同様に番号付けされ、本明細書で説明される様々な実施形態の例示である、図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】回収系を備えるシーメンス反応器の概略図である。
【図２】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用しない場合の反応器のエネルギー消費量偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【図３】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用した場合の反応器のエネルギー消費量偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【図４】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用しない場合のケイ素転化率偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【図５】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用した場合のケイ素転化率偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【図６】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用しない場合の閾値温度時間偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【図７】本明細書に開示する、反応器内における多結晶シリコン成長を改善するためのプロセスを使用した場合の閾値温度時間偏差対析出チャンバ内のＤＣＳ偏差のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法が本明細書にて開示される。反応器内における多結晶シリコン成長中では、プラント及び反応器供給物中に存在するジクロロシラン全体の濃度においてばらつきがあり得る。ジクロロシランはトリクロロシランよりも反応性が高いので、反応器供給物中に存在するジクロロシランの量のばらつきにより、クロロシラン供給混合物中のジクロロシランの濃度が変わるのに伴い、分解プロセスにおいてばらつきが生じ得る。これは、生産の非効率を招き得、更に場合によっては、グレードの低い多結晶シリコン又は不規則な多結晶シリコン生成物が生じ得る。したがって、安定した反応器性能を維持するために、ジクロロシランのばらつきを補償することが望ましい場合がある。
【０００９】
反応器内における多結晶シリコンの成長速度は、これらに限定するものではないが、反応温度、総供給流量、水素中のクロロシランのモル％を含むいくつかの要因に左右され得る。反応器内に導入されるクロロシラン供給物は、トリクロロシラン及びジクロロシランを含み得る。ジクロロシランはトリクロロシランよりも反応性が高いので、ジクロロシランとトリクロロシランの比の変化は、一般に制御可能な要因ではなく、分解プロセスを妨げることがあり、クロロシラン供給物中に存在するジクロロシランの量が変わるのに伴い分解反応速度に影響し得る。例えば、ジクロロシランの量がクロロシラン供給物のかなりの部分になる場合、又は反応器運転中においてジクロロシランの濃度にばらつきがある場合、多結晶シリコン成長速度の均一性に影響が出ることがある。驚くべきことに、少量、例えば、ＴＣＳ中のＤＣＳの±１モル％未満のばらつきであっても、即時成長速度、気相核生成、ひいては反応器性能に影響し得る。反応器は、通常、実行時間に応じて変わるベースライン値に設定された流量、ＴＣＳ組成及び入力される電気エネルギーに関するレシピによって制御される。フィードバック調整が、通常、ロッド温度などのオフセットについて行われるが、供給物の反応性は、一般に一定であると考えられるため、ベースライン近傍のあらゆるばらつきとして考えられるものは、反応器性能に悪影響を及ぼす可能性がある。高濃度の及び／又はばらつきのある濃度のジクロロシランは、気相における塵形成に影響を与えることがあり、所望のガス温度の維持、バッチ時間の短縮、及び全体的な生産性の困難につながる。高濃度の及び／又はばらつきのある濃度のジクロロシランは、不均質及び／又は多孔質シリコン成長によって生じるグレードのより低い多結晶シリコン生成物に関連し得る。高濃度の及び／又はばらつきのある濃度のジクロロシランは、樹枝状結晶などの局所的不規則な成長現象の存在によって示される、多結晶シリコン上の不規則な表面に関連し得る。
【００１０】
再分配反応器内における排出クロロシランの不均化を利用して、ＤＣＳ濃度におけるばらつきの抑制を試みることができる。しかしながら、この手法は、典型的な化学プラント運転にて直面する多くの変数における変化に合わせて調整するための応答時間を考慮しておらず、また応答時間が遅すぎるという欠点がある。例えば、任意の実用規模のポリシリコンプラントは、一般に、多数の反応器、複数の凝縮トレイン、貯蔵タンク、集中蒸留システム、及び新規のＴＣＳ供給物と再利用ＴＣＳ供給物とのブレンドを含む。これらのシステム内のばらつき、例えば、凝縮トレイン温度及び再分配反応制御におけるばらつきは、ＤＣＳ濃度に影響を与える。他の機能要件を維持しながら、これらの多くの変数を操作してＤＣＳ濃度を制御することは、極めて複雑になり得、安定した反応器運転に求められる精緻な制御をもたらすことはできないと思われる。考えられる別の手法は、ＤＣＳリッチな供給物源を制御された組成物と混合することによって、ＤＣＳ濃度を調整する試みである。この手法は、この別の供給源を分離し、貯蔵し及び送達する必要があり、追加の設備投資及び複雑性が必要とされ得る。別の選択肢はまた、つまるところ、ＤＣＳをＴＣＳから分離することであろうが、これも同様に追加の設備投資が必要とされ、処理のための濃縮ＤＣＳ廃棄流が生成され、安全性の懸念及び経済的な処罰の双方が生じることになる。本明細書に開示する方法は、これらの欠点に対処するものであり、大幅な設備投資を必要とせず、かつ最小の複雑性で、ＤＣＳの濃度のばらつきによって生じるばらつきを、排除するものである。
【００１１】
分解反応器における反応器供給物のジクロロシラン濃度の変化に対して補償制御する方法を実施すると、ポリシリコン析出及び全体的な反応器性能に対する、このばらつきの影響を低減又は排除することができ、これによって、複雑なＤＣＳ制御手法の必要性が減少又は排除されることが判明した。反応器ジクロロシラン濃度の目標濃度からの偏差に反比例する反応器供給物のクロロシランのモル％を相関係数を用いて調整すると、ポリシリコン生成プラントの全反応器の主要な性能特性におけるばらつきを低減又は排除することができる。相関係数は、プラント内の種々の反応器からの過去データ及び試験運転から算出することができる。相関係数は、計測誤差又は所定の反応器に固有の他の属性に対応するように、個々の反応器に対して調整することができる。
【００１２】
一定したクロロシラン供給物の反応性を維持することで、一定した多結晶シリコン成長速度が維持され得るので、運転ごとのばらつきを低減することができる。更に、全体的なジクロロシラン濃度及びばらつきを心配せずに済むので、再分配系及び／又は複雑なＤＣＳ制御手法はもはや必要とされず、これにより、ポリシリコンプラント運転全体が簡素化される。
【００１３】
図１に示すように、基材（例えば、１つ以上のＵ字ロッド）を収容するシーメンス反応器１０２に、クロロシラン供給ガス流１０１を供給することができる。クロロシラン供給ガス流１０１は、トリクロロシラン及びジクロロシラン、並びに場合によって水素を含み得る。Ｕ字ロッドは、多結晶シリコンブリッジによって互いに連結された２つの多結晶シリコンシードロッドを含み得る。多結晶シリコンは、供給ガス流１０１からＵ字ロッド上に析出し、ロッド形の多結晶シリコン生成物１０３が生成され得る。ロッド形の生成物１０３は、バッチの終了時に、シーメンス反応器１０２から取り出すことができる。シーメンス反応器からのベントガス流１０４は、ジクロロシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素、水素、塩化水素、ジシラン及びシリコン粉末を含み得る。
【００１４】
ベントガス流１０４は、回収系１０９に送ることができる。水素をライン１１０を通して回収し、シーメンス反応器１０２に戻すことができる。クロロシランをライン１１１を通して回収し、再利用又は販売することができる。塩化水素を回収し、販売することができる。四塩化ケイ素は、水素添加又は他の方法でトリクロロシランに転化することができ、得られたトリクロロシランは、シーメンス反応器１０２に再利用することができる。
【００１５】
分解反応器に供給されるクロロシランは、一般に、水素中に、希釈されたトリクロロシラン（ＴＣＳ）及びジクロロシラン（ＤＣＳ）を含む。ジクロロシランは、トリクロロシランよりも極めて反応性が高く、及びクロロシラン供給混合物中のジクロロシラン濃度が変わるのに伴い、分解プロセス中にばらつきを生じさせ得る。反応器供給物の条件を、存在するジクロロシランの公称値、例えば５％に設定することができ、及び公称値近傍の任意のばらつきは、本明細書にて上述したように、反応器性能のばらつきをもたらし得る。ジクロロシランの濃度が低くなると、析出速度が低下させ、運転費用が増加させ得る。ジクロロシラン濃度が高くなると、気相中の塵形成に起因する実行時間の短縮、不均質な多孔質シリコン成長によって示されるグレードのより低いポリシリコン生成物及び不規則な表面が生じ得る。
【００１６】
ジクロロシランとトリクロロシランは沸点が同等であることから、ジクロロシランをトリクロロシランから完全に分離するのは難しいので、ジクロロシランがクロロシラン供給物の一部に残る。更に、分解反応器への供給物に少なくともいくつかのジクロロシランがあることは、有益であり得る。トリクロロシランと比較してより高いジクロロシランの反応性は、生産性を改善し、かつエネルギー消費量を減じることができ、これにより、ポリシリコンの製造費全体を下げることができる。
【００１７】
再分配システムを用いてプラントのＤＣＳ組成物に影響を与えることができるが、前述した理由から、ケイ素分解、ひいては反応器の生産性に対する影響を十分に制御するのに必要な水準の制御を提供することができない。したがって、本明細書に開示する方法は、これらの課題を考慮し、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきに関する影響を低減するためのプロセスを開発するために創出された。
【００１８】
本明細書に開示する方法は、供給組成物によって誘発されるばらつきをより効果的に低減させることができ、これにより問題解決の労力を簡素化することができる。方法の全体的な基準は、ＤＣＳ組成物にばらつきがあっても、供給材料の全体的反応性を一定に保つためのものである。本明細書に開示する方法は、ジクロロシランの濃度に反比例する、反応器供給物中のクロロシランのモル％を実験的に導出した相関係数を用いて調整することができる。言い換えれば、ジクロロシラン濃度が上がると、反応器に供給されるクロロシランが減少し得る。同様に、ジクロロシラン濃度が下がると、反応器に供給されるクロロシランが増加し得る。相関係数は、反応器からの過去データ及びプラント試験から算出することができる。
【００１９】
反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法は、トリクロロシラン及びジクロロシランを含むクロロシラン供給組成物を、析出チャンバに導入する工程を含み得る。析出チャンバは、一般に基材を収容する。クロロシラン供給物を水素ガスと混合することによって、供給組成物を形成することができる。析出チャンバへのクロロシラン及び水素ガスのベースライン流量を調整して、実行時間に応じて設定され、かつレシピによって決定され得る、所定の総流量及び所定のクロロシラン供給組成物設定値を達成することができる。次いで、多結晶シリコンを形成するために、析出チャンバに圧力が印加され得、析出チャンバ内の基材にエネルギーが印加され得る。クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシラン量を測定し、次いで、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定することができる。クロロシラン供給組成物設定値は、ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけ調整することができる。次いで、形成された多結晶シリコンは、ばらつきが小さく、かつ追加設備又は供給源を必要とすることなく、基材上に析出され得る。
【００２０】
形成された多結晶シリコンの基材上に析出させる工程は、化学気相成長、常圧化学気相成長、高圧化学気相成長、高温フィラメント化学気相成長、ハイブリッド物理化学気相成長、及び高速熱化学気相成長から選択される気相成長法により達成することができる。
【００２１】
析出チャンバ内の圧力は、０．５キロパスカル（ｋＰａ）以上、例えば３００〜１０００ｋＰａであってもよい。析出チャンバ内のガス温度は、７５０℃以下、例えば５００〜７５０℃であってもよい。析出チャンバ内の基材温度は、９００℃以上、例えば、１，０００℃以上、例えば、１，２００℃以下であってもよい。
【００２２】
一実施形態において、方法は、バッチ実行時間に応じて、総流量、クロロシラン供給組成物及び電気エネルギーの各設定値を、予め決定する工程を含み得る。総流量及びクロロシラン供給組成物の設定値を動的に調整して、析出チャンバ内の総ガス温度を所定の閾値未満に維持することができる。例えば、総ガス温度を７５０℃未満の温度に維持することができる。所定の閾値は、過去データから算出することもできるし、又は反応器系の機械的完全性の制約によって設定することもできる。基材に印加されるエネルギーの量は、クロロシラン供給流量に一致するエネルギー入力を、別の相関定数によって調整することにより、調整することができる。
【００２３】
最適な供給調整を決定するための比例定数は、ケイ素と水素の百分率（％Ｓｉ−Ｈ）を維持するように推定し、次いで、過去の反応器データ及び実験的試験から更に調整することができる。例えば、比例定数は、ＤＣＳの高い又は低い相対濃度に一致し得る種々のＴＣＳ供給組成物設定値を有する運転からの反応器の性能データを比較することによって決定することができる。類似の成長プロファイルであるが、ＴＣＳ供給設定値とＤＣＳ組成物の組み合わせが異なる運転を比較することによって、ＴＣＳモル％とＤＣＳモル％との間の経験的関係を生成することができる。この定数は、同じ相関を構築するように制御された様式で、ＤＣＳ濃度及びＴＣＳモル％設定値のオフセットを操作することによって、更に改良することができる。ＴＣＳモル％のオフセットをＤＣＳのオフセットに対してプロットして直線関係を得、この直線の傾きにより比例定数を定める。
【００２４】
クロロシラン供給組成物は、１モル％〜１５モル％のジクロロシラン、例えば４．５モル％〜１５モル％のジクロロシラン、例えば３モル％〜１０モル％のジクロロシランを含み得る。クロロシラン組成物設定値の調整量は、前述の通りに決定することができる比例定数によって決定することができる。ジクロロシランの存在量の増減に対するリアルタイム応答を可能にするために、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量を、反応器のバッチ運転中に連続的に測定することができる。これは、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー又はラマン分光法などの方法を用いて、局所的又は一般的な供給システム内のいずれかで測定することができる。クロロシラン供給物に存在するジクロロシランの量の連続測定により、ＤＣＳ組成物にばらつきがある場合であっても、一定の反応性を維持するように供給組成物の連続調整が可能になる。
【００２５】
クロロシラン供給物は、水素と予め混合することができる。予め混合したクロロシラン供給組成物は、５〜６５モル％の水素、例えば１０〜５５モル％の水素、例えば２５〜４５モル％の水素を含み得る。
本明細書に開示する方法は、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバと比較して、析出チャンバ内の基材上の多結晶シリコンの析出速度のバッチごとのばらつきを低減することができる。本明細書に開示する方法は、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバ内の基板上の多結晶シリコン成長中の反応器単位エネルギー消費量と比較して、析出チャンバ内の基材上の多結晶シリコン成長中の反応器単位エネルギー消費量のバッチごとのばらつきを低減することができる。本明細書に開示する方法は、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバと比較して、析出チャンバ内の基材上の多結晶シリコンへのクロロシラン供給組成物の転化率のバッチごとのばらつきを低減することができる。本明細書に開示する方法は、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバと比較して、析出チャンバ内の特定の閾値温度に達するまでの時間のバッチごとのばらつきを低減することができる。
【実施例】
【００２６】
実施例１：単位エネルギー消費量とＤＣＳとの間の相関関係
本実施例において、析出チャンバ内に存在するジクロロシラン（ＤＣＳ）量の偏差及び単位エネルギー消費量の偏差を、反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用しなかった析出チャンバ内と、本明細書に開示する反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用した析出チャンバ内とで測定した。結果を図２及び３に示す。各図では、１キログラム当たりのキロワット時（ｋＷｈ／ｋｇ）単位で測定した単位エネルギー消費量偏差を、モルパーセント（モル％）単位で測定したＤＣＳ偏差に対してプロットした。図２及び３において、各バッチの絶対偏差を各バッチの平均値と比較して示す。図２及び３に見ることができるように、本発明にて特許請求する方法を用いると、単位エネルギー消費量の偏差が、あらゆるＤＣＳ偏差に対して減少する。別の言い方をすれば、単位エネルギー消費量の偏差は、あらゆるＤＣＳ偏差から切り離されている（すなわち、独立的である）。
【００２７】
実施例２：転化率とＤＣＳとの間の相関関係
本実施例において、析出チャンバ内に存在するジクロロシラン（ＤＣＳ）量の偏差及びケイ素転化率の偏差を、反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用しなかった析出チャンバ内と、本明細書に開示する反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用した析出チャンバ内とで測定した。結果を図４及び５に示す。各図では、パーセント（％）単位で測定したケイ素転化率の偏差を、モルパーセント（モル％）単位で測定したＤＣＳ偏差に対してプロットした。図４及び５において、各バッチの絶対偏差を各バッチの平均値と比較して示す。図４及び５に見ることができるように、本発明にて特許請求する方法を用いると、ケイ素転化率の偏差が、あらゆるＤＣＳ偏差に対して減少する。
【００２８】
実施例３：最大ガス閾値温度が達せられる時間とＤＣＳとの間の相関関係
本実施例において、ジクロロシラン（ＤＣＳ）量の偏差及び閾値ガス温度が達せられるまでの時間の偏差を、反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用しなかった析出チャンバ内と、本明細書に開示する反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法を使用した析出チャンバ内とで測定した。閾値ガス温度が達せられる時間は、主に、特定のロッド直径の指標であることに留意されたい。したがって、この時間の偏差は、目標プロファイルからの平均ロッド成長のオフセットを表す。結果を図６及び７に示す。各図では、時間（時間）単位で測定した時間の偏差を、モルパーセント（モル％）単位で測定したＤＣＳ偏差に対してプロットした。図６及び７において、各バッチの絶対偏差を各バッチの平均値と比較して示す。図６及び７に見ることができるように、本発明にて特許請求する方法を用いると、時間の偏差が、あらゆるＤＣＳ偏差に対して減少する。
【００２９】
本明細書に開示する方法は、少なくとも以下の実施形態を含む。
【００３０】
実施形態１：反応器内における多結晶シリコン成長を改善する方法は、トリクロロシラン及びジクロロシランを含むクロロシラン供給組成物を、基材を収容する析出チャンバに導入する工程と、クロロシラン供給組成物を水素ガスと混合して供給組成物を形成する工程と、析出チャンバへのクロロシラン及び水素ガスのベースライン流量を調整して、所定の総流量及び所定のクロロシラン供給組成物設定値を達成する工程と、析出チャンバに圧力を印加し、析出チャンバ内の基材にエネルギーを印加して、多結晶シリコンを形成する工程と、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量を測定し、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定する工程と、ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけクロロシラン供給組成物設定値を調整する工程と、形成された多結晶シリコンを基材上に析出させる工程とを含む。
【００３１】
実施形態２：クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量を測定する工程が、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの目標値からオフセット値を決定する工程を更に含む、実施形態１の方法。
【００３２】
実施形態３：クロロシラン供給組成物設定値が、ジクロロシランオフセット値に反比例する量だけ調整される、実施形態２の方法。
【００３３】
実施形態４：形成された多結晶シリコンを基材上に析出させる工程が、化学気相成長、常圧化学気相成長、高圧化学気相成長、高温フィラメント化学気相成長、ハイブリッド物理化学気相成長、及び高速熱化学気相成長から選択される気相成長法により達成される、実施形態１〜３のうちのいずれかの方法。
【００３４】
実施形態５：析出チャンバ内の圧力が０．５パスカル以上である、実施形態１〜４のうちのいずれかの方法。
【００３５】
実施形態６：析出チャンバ内のガス温度が７５０℃以下である、実施形態１〜５のうちのいずれかの方法。
【００３６】
実施形態７：基材温度が９００℃以上である、実施形態１〜６のうちのいずれかの方法。
【００３７】
実施形態８：総流量及びクロロシラン供給組成物設定値を、バッチ実行時間に応じて、予め決定する工程を更に含む、実施形態１〜７のうちのいずれかの方法。
【００３８】
実施形態９：総流量及びクロロシラン供給組成物設定値が、析出チャンバ内のガス温度を所定の閾値未満に維持するように更に調整される、実施形態１〜８のうちのいずれかの方法。
【００３９】
実施形態１０：基材に印加されるエネルギーの量を、クロロシラン供給組成物流量に応じて調整する工程を更に含む、実施形態１〜９のうちのいずれかの方法。
【００４０】
実施形態１１：クロロシラン供給組成物が１〜１５モル％のジクロロシランを含む、実施形態１〜９のうちのいずれかの方法。
【００４１】
実施形態１２：クロロシラン供給組成物が３〜１０モル％のジクロロシランを含む、実施形態１１の方法。
【００４２】
実施形態１３：クロロシラン組成物設定値の調整量が、比例定数によって決定される、実施形態１〜１２のうちのいずれかの方法。
【００４３】
実施形態１４：比例定数が、前記析出チャンバから集められた過去データに基づく、実施形態１３の方法。
【００４４】
実施形態１５：比例定数が、析出チャンバの試験運転に基づく、実施形態１３又は１４の方法。
【００４５】
実施形態１６：クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量が、反応器のバッチ運転中に連続的に測定される、実施形態１〜１５のうちのいずれかの方法。
【００４６】
実施形態１７：クロロシラン供給組成物が水素と予め混合される、実施形態１〜１６のうちのいずれかの方法。
【００４７】
実施形態１８：予め混合されたクロロシラン供給組成物が１０〜５５モル％の水素を含む、実施形態１７の方法。
【００４８】
実施形態１９：析出チャンバ内で成長する基材上の多結晶シリコンの析出速度のバッチごとのばらつきが、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバ内で成長する場合よりも小さい、実施形態１〜１８のうちのいずれかの方法。
【００４９】
実施形態２０：析出チャンバ内の基材上の多結晶シリコン成長中の反応器単位エネルギー消費量のバッチごとのばらつきが、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバ内の基板上の多結晶シリコン成長中の反応器単位エネルギー消費量よりも小さい、実施形態１〜１９のうちのいずれかの方法。
【００５０】
実施形態２１：析出チャンバ内の基材上の多結晶シリコンへのクロロシラン供給組成物の転化のバッチごとのばらつきが、クロロシラン供給組成物中に存在するジクロロシランの量のばらつきを考慮していない析出チャンバの場合よりも小さい、実施形態１〜２０のうちのいずれかの方法。
【００５１】
単数形の用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈により明白に別段の指示がない限り、複数形の指示対象を含む。「又は」は、「及び／又は」を意味する。数量に関連して使用される修飾語「約」は、記載の値を包含し、文脈によって求められる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に関連する誤差範囲を含む）。「±１０％」という表記は、記載の測定値が、記載の値の−１０％の量から＋１０％の量までをとることができることを意味する。同じ構成要素又は特性を対象とするすべての範囲の端点は包含的であり、独立して組み合わせることができる（例えば、「２５重量％以下、又は５重量％〜２０重量％」という範囲は、「５重量％〜２５重量％」の範囲の端点及びすべての中間値を包含するなど）。より広い範囲に加えてより狭い範囲又はより具体的なグループを開示することは、より広い範囲又はより大きいグループの権利放棄ではない。
【００５２】
接尾辞「（複数可（ｓ））」は、この接尾辞が修飾するその用語の単数形及び複数形の両方を含み、それによってその用語の少なくとも１つを含むことが意図される（例えば、着色剤（複数可）は、少なくとも１つの着色剤を含む）。「必要に応じた」又は「必要に応じて」は、後述する事象又は状況が発生しても発生しなくてもよく、その説明が、事象が発生する場合及び事象が発生しない場合を含むことを意味する。特に定義しない限り、本明細書で使用する技術的及び科学的な用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって共通に理解されるものと同じ意味を有する。「組み合わせ」は、混ぜたもの、混合物、合金、反応生成物などを包含する。
【００５３】
すべての記載の特許、特許出願、及び他の参照文献は、全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。しかし、本出願中の用語が、組み込まれている参照文献中の用語と矛盾又は相反する場合、本出願からの用語が、組み込まれている参照文献からの相反する用語に優先する。
【００５４】
典型的な実施形態について例示の目的で記載してきたが、上記の説明は、本明細書に記載の範囲に関する限定と見なされるべきではない。したがって、本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正、改作、及び代替が、当技術分野における当業者には想到されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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