CN104047052B

CN104047052B - 半导体装置用硅部件及半导体装置用硅部件的制造方法

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Publication number: CN104047052B
Application number: CN201410085887.9A
Authority: CN
Inventors: 中田嘉信
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2018-10-19
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: TW201506210A; US20140255641A1; JP2014198664A; EP2778264B1; TWI624568B; KR20140111618A; CN104047052A; US9878915B2; JP6233114B2; KR102144135B1; EP2778264A1

Abstract

本发明提供一种半导体装置用硅部件及半导体装置用硅部件的制造方法，该半导体装置用硅部件为由单向凝固硅制成，同时又能发挥与由单晶硅制成的部件几乎相同的性能，且即使体积比较庞大也能够制作的半导体装置用硅部件。该半导体装置用硅部件由切下柱状晶硅锭而制成，所述柱状晶硅锭通过在坩埚底部配置由单晶硅板构成的多个籽晶，并单向凝固坩埚内的熔融硅，从而从多个籽晶中分别生长出单晶而获得。

Description

半导体装置用硅部件及半导体装置用硅部件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体装置用硅部件及半导体装置用硅部件的制造方法。更具体而言，涉及一种干蚀刻用硅部件。

背景技术

在制造硅半导体设备的工序中所使用的例如等离子体蚀刻装置为局部去除氧化膜而使用CF₆或SF₆等氟化类气体。使这些氟化类气体通过与蚀刻对象即硅晶圆之间施加高频电压且凿开多个孔的极板（电极板），并利用被等离子化的气体对硅晶圆表面的硅氧化膜进行蚀刻（参考下列专利文献1）。作为这些电极板通常使用单晶硅（参考下列专利文献2），为了确保蚀刻的均匀性，通常需要使用尺寸大于蚀刻对象即硅晶圆的电极板。

专利文献1：日本特开2004-79961号公报

专利文献2：日本特公平7-40567号公报

最近，盛行适合用于下一代450mm硅晶圆的开发活动。为450mm硅晶圆时，需要使用大于450mmφ的电极板。作为电极板需要480mmφ、500mmφ，优选为530mmφ以上的电极板，但现阶段难以使这种大口径的单晶硅生长，并且，即使有可能使其生长估计也要耗费很大的成本。当方形的半导体部件时，至少需要边长大于450mm的尺寸。需要边长为500mm，优选边长为530mm的半导体部件。

因此，开始关注能够制造出530mmφ以上尺寸的电极板的柱状晶硅。然而，柱状晶硅通常为多晶硅，电极板使用多晶硅时，存在容易在硅晶圆上形成粒子，向电极板的晶界偏析的杂质和SiO₂等在硅晶圆上沉降，因不同结晶取向引起的蚀刻速度差异而在晶界产生高低差等问题。因此，有可能难以减少粒子、难以减少因杂质引起的设备不良、或者因电场的不均匀性而难以确保硅晶圆的蚀刻的均匀性。

发明内容

本发明是鉴于这种背景而完成的，其课题在于提供一种由单向凝固硅铸造法制成，同时又能发挥与由单晶硅制成的部件几乎相同的性能，且即使体积比较庞大也能够制作的半导体装置用硅部件。

为了解决所述课题，本发明的半导体装置用硅部件，其特征在于，利用柱状晶硅锭制成，所述柱状晶硅锭通过在坩埚底部配置由单晶硅板构成的多个籽晶，并单向凝固坩埚内的熔融硅，从而从所述多个籽晶分别生长出单晶而获得。

根据上述结构的半导体装置用硅部件，所述部件为切下从多个籽晶分别生长出单晶而获得的柱状晶硅锭而制成，与从以往的柱状晶硅锭切下而获得的部件相比，晶界非常少或完全没有。因此，当例如用于等离子体蚀刻用电极板时，因粒子的产生及向晶界偏析的杂质和SiO₂等的沉降而引起的设备不良会减少，并且，因晶粒而引起的高低差的产生也会变少。其结果，能够进行大致均匀的蚀刻。

并且，能够通过任意选择籽晶的结晶取向面来从各籽晶分别获得使单晶以所希望的面取向生长的柱状晶硅锭，由此，能够获得所希望的面取向的半导体装置用硅部件。

并且，上述半导体装置用硅部件优选大于450mmφ，更优选为500mmφ以上，进一步优选为530mmφ以上。

并且，上述半导体装置用硅部件优选用作干蚀刻用硅部件。

并且，在所述坩埚底部配置多个所述籽晶时，优选以纵横及生长方向相同的结晶取向排列各籽晶。

此时，由于各籽晶以相同的结晶取向排列，因此从这些籽晶生长的单晶呈相同的结晶取向，能够获得恰好的单晶硅锭。其结果，当将从这种恰好的单晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件用作等离子体蚀刻用电极板时，能够进一步提高蚀刻的均匀性。并且，能够减少因粒子的产生及向晶界偏析的杂质和SiO₂等的沉降而引起的设备不良。

在所述坩埚的底部配置所述籽晶时，优选在各籽晶之间不形成间隙而紧密地配置。

此时，由于紧密地配置籽晶，因此能够避免结晶在籽晶之间各自生长的现象，并能够获得晶界更少的单向凝固硅锭。其结果，当将从这种晶界更少的单向凝固硅锭切下而获得的干蚀刻用硅部件用作等离子体蚀刻用电极板时，能够进一步提高蚀刻的均匀性。并且，能够减少因粒子的产生及向晶界偏析的杂质和SiO₂等的沉降引起的设备不良。

优选暴露在使用部位表面的面积的至少1/3以上被视作1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据。

从以往的柱状晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件，通常，在使用部位表面中被1个晶粒所占据的面积不足使用部位表面整体的1/3。与这种以往的半导体装置用硅部件相比，本发明的半导体装置用硅部件其晶界非常少。因此，当将上述半导体装置用硅部件用在例如等离子体蚀刻用电极板时，能够实现均匀性较高的蚀刻。

优选由一个晶粒构成整个使用部位。

此时，能够发挥与从单晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件几乎相同的性能。

并且，优选根据截面中晶粒的晶界长度的总计LS和截面积A计算的晶界密度P=LS/A为0.24以下。

该结构的半导体装置用硅部件中，上述结晶密度P为0.24以下，而晶界较少，因此将上述半导体装置用硅部件用于例如等离子体蚀刻用电极板时，能够实现均匀性较高的蚀刻。

此外，结晶中的氧浓度优选为5×10¹⁷atoms/ml以下。

该结构的半导体装置用硅部件中，由于结晶中的氧浓度为5×10¹⁷atoms/ml以下，因此能够减慢蚀刻速度。

并且，结晶中的氮浓度优选为7×10¹⁴atoms/ml以上4×10¹⁵atoms/ml以下。

该结构的半导体装置用硅部件中，由于氮浓度在7×10¹⁴atoms/ml以上4×10¹⁵atoms/ml以下的范围内，因此能够减慢蚀刻速度。

本发明的半导体装置用硅部件的制造方法，该方法具备：单晶硅板配置工序，在坩埚底部配置由单晶硅板构成的多个籽晶；硅原料熔融工序，在配置有所述单晶硅板的坩埚内装入硅原料，并以单晶硅板不完全熔解的条件对所述硅原料进行熔融以获得硅熔融液；单向凝固工序，从配置有所述单晶硅板的所述坩埚底部朝上方单向凝固所述硅熔融液而获得柱状晶硅锭；及加工工序，对所述柱状晶硅锭进行加工以形成半导体装置用硅部件。

与从以往的柱状晶硅锭切下而获得的部件相比，通过上述结构的半导体装置用硅部件的制造方法，能够获得晶界非常少或完全没有晶界的半导体装置用硅部件。

与从以往的柱状晶硅锭切下而获得的部件相比，晶界非常少，因此，例如用于等离子体蚀刻用电极板时，因粒子的产生及向晶界偏析的杂质和SiO₂等引起的设备不良得以减少，并且，因晶粒引起的高低差变少，其结果，能够实现大致均匀的蚀刻。

附图说明

图1为制造成为本实施方式的半导体装置用硅部件的原材料的柱状晶硅锭时使用的柱状晶硅锭制造装置的概要图。

图2A为表示利用单晶硅制作的电极板的俯视图。

图2B为表示利用本发明所涉及的准单晶硅锭制作的电极板的俯视图。

图3A为以图2B中的III表示的放大剖视图，其为利用准单晶硅锭制作的电极板的使用前的剖视图。

图3B为利用准单晶硅锭制作的电极板的使用后的剖视图。

图4A用于与本实施方式进行比较，其为利用以往的柱状晶硅锭制作的电极板的使用前的剖视图。

图4B为利用以往的柱状晶硅锭制作的电极板的使用后的剖视图。

图5为表示本实施方式的干蚀刻用环R的俯视图。

图6为以往的柱状晶硅锭的纵截面示意图。

图7为以往的柱状晶硅锭的横截面示意图。

图8为准单晶硅锭的一例的纵截面示意图。

图9为准单晶硅锭的一例的横截面示意图。图中以虚线包围的区域为准单晶硅锭中的籽晶对应单晶区域。

图10为准单晶硅锭的其他例的纵截面示意图。

图11为准单晶硅锭的其他例的横截面示意图。图中以虚线包围的区域为准单晶硅锭中的籽晶对应单晶区域。（以方形结晶不留间隙地配置籽晶的情况）。

图12为准单晶硅锭的其他例的纵截面示意图。

图13为准单晶硅锭的其他例的横截面示意图。图中以虚线包围的区域为准单晶硅锭中的籽晶对应单晶区域。（以方形结晶留有间隙地配置籽晶的情况）。

图14为准单晶硅锭的其他例的纵截面示意图。

图15为准单晶硅锭的其他例的横截面示意图。图中以虚线包围的区域为准单晶硅锭中的籽晶对应单晶区域。（以方形结晶不留间隙地配置籽晶的情况）。

图16A、图16B、图16C为铸造准单晶硅锭时的籽晶的配置例。结晶的面取向关系用图中的箭头表示。

符号说明

C-籽晶，Ib-准单晶硅锭，Ic-准单晶硅锭，Ie-准单晶硅锭，Eb-利用准单晶硅锭制作的电极板，R-利用准单晶硅锭制作的环。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的半导体装置用硅部件的实施方式进行说明。

本实施方式的半导体装置用硅部件被用作干蚀刻用硅部件。该半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）利用多晶硅锭而获得，更具体而言，从经过特殊工序并通过单向凝固制造出来的柱状晶硅锭切下而获得。

在该本实施方式中使用的柱状晶硅锭经铸造而被制造，但其制造过程与制造一般的柱状晶硅锭时不同。即，本实施方式中所使用的柱状晶硅锭为经如下工序制成的柱状晶硅锭（以下称为准单晶硅锭），即通过在坩埚底部配置由单晶硅板构成的多个籽晶，并单向凝固坩埚内的熔融硅，从而从多个籽晶分别生长出单晶而获得。

如此，本实施方式的准单晶硅锭为具有多个从籽晶生长的单晶部位的硅锭，根据籽晶的配置能够使整个硅锭几乎成为单晶。

接着，参考图1对制造成为本实施方式的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）的原材料的准单晶硅锭时所使用的柱状晶硅锭制造装置10进行说明。

该柱状晶硅锭制造装置10具备储藏硅熔融液L的坩埚20、载置有该坩埚20的冷却板12、从下方支承该冷却板12的下部加热器13、及配设于坩埚20的上方的上部加热器14。并且，坩埚20的周围设有绝热材料15。

冷却板12呈中空结构，构成为经供给管16向内部供给Ar气。

坩埚20的水平截面形状呈方形（四边形）或圈形（圆形），本实施方式中，呈方形（四边形）和圈形（圆形）。

该坩埚20由石英（SiO₂）构成，其里面涂布有氮化硅（Si₃N₄）。即，构成为坩埚20内的硅熔融液L不与石英（SiO₂）直接接触。

接着，利用该柱状晶硅锭制造装置10对制造准单晶硅锭的方法进行说明。首先，在坩埚20内装入硅原料。具体而言，在坩埚20的底部沿着坩埚20的底面平行配置由单晶硅板构成的多个籽晶C（单晶硅板配置工序）。这些籽晶C优选以相同的结晶取向排列，但并非一定要如此。并且，优选在它们之间不形成间隙而紧密地配置这些籽晶C，但并非一定要如此。

在图16A～16C中示出铸造准单晶硅锭时的籽晶C的配置例。图16A表示在方形坩埚的底部以相同的结晶取向留有间隙地进行排列的情况，图16B表示在方形坩埚的底部以相同的结晶取向不留间隙地进行排列的情况，图16C表示在圈形坩埚的底部以相同的结晶取向留有间隙地进行排列的情况。并且，图中的箭头和记号表示配置籽晶C时的取向。

并且，在这些籽晶C的上侧配置碾碎11N（纯度为99.999999999%）的高纯度多晶硅而获得的被称为“厚块”的块状物。该块状硅原料的粒径例如为30mm至100mm。

在上部加热器14和下部加热器13上通电，以加热如此配置的硅原料。此时，以配置于坩埚20底部的籽晶C不完全熔解的方式调整下部加热器13的输出功率，主要从上侧熔化籽晶C的上侧的厚块（硅原料熔融工序）。由此，在坩埚20内储藏硅熔融液。

接着，进一步下调下部加热器13的通电量，经由供给管16向冷却板12的内部供给Ar气。由此，冷却坩埚20的底部。另外，逐步减少上部加热器14的通电量，由此坩埚20内的硅熔融液L，使配置于坩埚20的底部的籽晶C以此状态继续结晶生长。其结果，从籽晶C继续沿着该籽晶C的结晶取向生长，同时铸造具有平面上几乎与籽晶C相同尺寸的单晶部的基于单向凝固法的柱状晶硅锭（准单晶硅锭）（单向凝固工序）。其中，如此获得的准单晶硅锭为多晶硅，同时兼具单晶的性质。

对如此获得的准单晶硅锭进行加工，将表面研磨成镜面研磨以上的平整度（加工工序）。由此制造半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件），例如在等离子体蚀刻用反应室内部使用的等离子体蚀刻用硅部件。其中，作为等离子体蚀刻用硅部件的例子举出电极板。

图2A及图2B表示等离子体蚀刻用电极板（以下简称为电极板），图2A为利用单晶硅锭制作的电极板Ea，图2B为利用本发明所涉及的准单晶硅锭制作的电极板Eb。据图2B可知，利用准单晶硅锭制作的电极板Eb中的一部分呈现晶界Eba，由此可知由多晶硅构成。

电极板Ea、Eb上分别开有用于通入氟化类气体的多个孔H。利用准单晶硅制作的电极板Eb中，孔H形成于单晶部位。图3A为如图2B中用箭头III表示，在包含孔H的位置切断的电极板Eb的使用前的放大剖视图，图3B是电极板Eb的使用后的放大剖视图。另外，图4A及图4B为与本实施方式进行比较而示出，图4A为利用以往的柱状晶硅锭制作的电极板Ec的使用前的剖视图，图4B为利用以往的柱状晶硅锭制作的电极板Ec的使用后的剖视图。

利用以往的柱状晶硅锭制作的电极板Ec中，使用之后孔H的气体出口附近因氟化类气体的腐蚀而扩大（图中符号Ha）。并且，发现电极板Ec的表面产生了因晶粒引起的高低差。其原因在于，面向表面的结晶取向因各结晶而异，使得表面的蚀刻速度不同。

另一方面，在利用准单晶硅锭制作的电极板Eb中，使用之后孔H的气体出口附近因氟化类气体的腐蚀而扩大（图中符号Ha），但没有发现电极板Eb的表面产生因晶粒引起的高低差。其原因在于，电极板Eb由一个结晶构成且面向表面的结晶取向相同，因而表面蚀刻速度不会产生差异。

根据如此构成的本实施方式的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件），该部件为从使单晶从多个籽晶分别生长而获得的准单晶硅锭切下而制成，与从以往的柱状晶硅锭切下而获得的部件相比，晶界非常少或完全没有晶界，因此在用于例如等离子体蚀刻用电极板Eb时，减少硅晶圆的因粒子的产生及向晶界偏析的杂质和SiO₂等的沉降引起的设备不良。并且，因晶粒而产生于电极板的高低差减少，且能够实现大致均匀的蚀刻。

并且，在坩埚20的底部配置多个籽晶C时，若以相同的结晶取向排列各籽晶C，则从这些籽晶C生长的单晶呈相同的结晶取向，能够获得恰好的单晶硅锭。其结果，将从这种恰好的单晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）用作例如等离子体蚀刻用电极板时，能够进一步提高蚀刻的均匀性。

并且，在坩埚20的底部配置籽晶C时，若在各籽晶C之间不形成间隙而紧密地配置，则能够避免结晶在籽晶C之间各自生长的现象，并能够获得晶界更少的柱状晶硅锭。其结果，将从这种晶界更少的柱状晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）用作例如等离子体蚀刻用电极板时，能够进一步提高蚀刻的均匀性。

其中，实施方式的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）中，优选暴露在使用部位表面的面积的至少1/3以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据，更优选该面积的至少1/2以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据，进一步优选该面积的至少2/3以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据。硅部件为用于等离子体或干蚀刻用的半导体装置的电极时，硅部件的使用部位为整个硅部件。

此时，从以往的柱状晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）中，通常，在使用部位表面中被1个晶粒所占据的面积不足使用部位表面整体的1/3。将这种以往的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）用作例如等离子体用电极板时，产生上述本发明要解决的问题中的不良情况。

与此相比，本发明的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）中，暴露在使用部位表面的面积的至少1/3以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据，因此，晶界较少。因此，上述不良情况得以消除。并且，当暴露在使用部位表面的面积的至少1/2以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据时，能够实现均匀性更高的蚀刻。另外，当暴露在使用部位表面的面积的至少2/3以上被视为1个晶粒的结晶（面取向相同）所占据时，能够实现均匀性更高的蚀刻。

并且，实施方式的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）优选整个使用部位由一个晶粒构成。

此时，能够发挥与从单晶硅锭切下而获得的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件）几乎相同的性能。

并且，本发明的半导体装置用硅部件（干蚀刻用硅部件），能够轻松制作530mmφ以上的比较大尺寸的部件。

另外，关于晶粒的大小，进行蚀刻速度的结晶取向依赖性较高的KOH和NaOH等的碱性蚀刻，对每个结晶进行辨别并利用图像分析装置测定尺寸。

然而，通过CZ法并利用单晶硅制成的电极板的氧浓度比单向凝固硅（多晶、准单晶）高，并且一般不含有氮，因此进行等离子体蚀刻时蚀刻速率较大且电极磨损较快。其中，单向凝固硅（多晶、准结晶）的氧浓度之所以低，是因为二氧化硅坩埚里面涂布有氮化硅，因此不与硅熔融液直接接触，所以SiO₂的熔穿非常小。并且，之所以含有氮是因为二氧化硅坩埚里面的氮化硅涂布层的氮化硅熔解于硅熔融液中而熔穿。当氧浓度较低且固溶有固溶限度以下的氮时，因等离子体蚀刻引起的蚀刻速率较小，因此与CZ法的单晶硅相比，单向凝固硅具有蚀刻速率较小的特点。

另外，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够加以各种变更。

例如，所述实施方式中，作为本发明的半导体装置用硅部件举例说明了等离子体蚀刻用电极，但并不限于此，如图5所示，可用作等离子体蚀刻用的保护环、密封环、地线环等各种环R等。另外，其中在环R的一部分中可以看到由多晶硅构成的部位Ra。

并且，本发明的半导体装置用硅部件不一定局限于等离子体蚀刻用硅部件，能够应用于不使用等离子体而暴露于反应气体中的反应性气体蚀刻用硅部件。

[实施例]

以下，对本发明的实施例进行说明。

将装有176Kg多晶硅的内径为570mmφ的坩埚投入铸造炉中并加以熔解，通过以往的方法即单向凝固铸造内径570mmφ×300mmH的圆柱形单向凝固硅锭。图6为该柱状晶硅锭Ia的纵截面示意图，图7为该柱状晶硅锭Ia的横截面示意图。图7中的多条直线都表示用直线近似的晶界L，后述的总晶界长度意思是在测定范围内存在的晶界L的总和。该柱状晶硅锭Ia的平均结晶粒径为5mm。

接着，利用相同尺寸的坩埚，分别以1cm的间隔在坩埚底部配置由200mm（纵）×200mm（横）×10mm（厚），且结晶面取向为[001]的单晶硅板构成的籽晶C。另外，在坩埚底部的内周部分不产生间隙且充分地填埋将200mm（纵）×200mm（横）×10mm（厚），且结晶面取向为[001]的单晶硅板用水喷射而切断成矩形的籽晶。原料硅的总重量为包括铺满于底部的籽晶为176Kg。将籽晶C的配置例示于图16C。以下部的籽晶不完全熔解的方式调整下部加热器的输出功率，并从上部熔化硅原料。为了将坩埚底部的温度设为1380℃，并单向凝固结晶，控制下部加热器和上部加热器的各输出功率以使相应结晶生长。

如此制造的就是图8、图9所示的准单晶硅锭Ib。图8为准单晶硅锭Ib的纵截面的示意图，图9为准单晶硅锭Ib的横截面的示意图。

准单晶硅锭Ib中，在籽晶C与籽晶C的交界仅形成有小结晶，但几乎底部的单晶保持原样而继续结晶生长。其结果，结晶从籽晶部分继续沿着单晶的结晶取向的同时进行生长，且能够制造具有几乎与单晶板相同的尺寸的单晶部Iba的准单晶硅锭Ib。单晶部Iba的最大尺寸为，边长为140mm，对角线长度为200mm。单晶部Iba的结晶面取向为[001]。

并且，同样利用由200mm（纵）×200mm（横）×10mm（厚），且结晶面取向为[111]的单晶硅板构成的籽晶C，并以与上述方法相同的方法铸造准单晶。此时，也能够获得几乎相同的准单晶硅锭。此时的单晶部Iba的结晶面取向为[111]。

接着，选择坩埚底部的平整性良好的边长为670mm×670mm×420mm的方形坩埚，除内底面的外周部之外，在600mm×600mm的区域不留间隙地铺满由300mm×300mm×10mm，且结晶面取向为[001]的单晶硅板构成的籽晶C。在图16B中示出籽晶C的配置例。以与所述在底部配置籽晶C并进行单向凝固来铸造硅锭Ib时相同的条件铸造准单晶硅锭Ic。图10为所制造的准单晶硅锭Ic的纵截面示意图，图11为该准单晶硅锭Ic的横截面示意图。

准单晶硅锭Ic中，在中央600mm×600mm的区域Ica上未形成小晶粒，该区域整体变成了单晶形状。该单晶部位的结晶面取向为[001]。并且，该准单晶硅锭Ic中，外周35mm的区域Icb是平均结晶粒径为5mm的柱状晶。

并且，选择坩埚底部的平整性良好的边长为670mm×670mm×420mm的方形坩埚，除内底面的外周部之外，在600mm×600mm的区域不留间隙地铺满由300mm×300mm×20mm，且结晶面取向为[001]的单晶硅板构成的籽晶C。在图16B中示出籽晶C的配置例。以与所述在底部配置籽晶C并进行单向凝固来铸造硅锭Ic时相同的条件铸造准单晶硅锭Ie。图14为所制造的准单晶硅锭Ie的纵截面示意图，图15为该准单晶硅锭Ie的横截面示意图。

准单晶硅锭Ie中，在中央600mm×600mm的区域Iea上未形成小晶粒，该区域整体变成了单晶形状。该单晶部位的结晶面取向为[001]。并且，该准单晶硅锭Ie中，外周30mm的区域Ieb是平均结晶粒径为5mm的柱状晶。

另外，选择坩埚底部的平整性良好的边长为670mm×670mm×420mm的方形坩埚，除内底面的外周部之外，在600mm×600mm的留有间隙地配置由300mm×300mm×10mm，且结晶面取向为[001]的单晶硅板构成的籽晶C。在图16A中示出籽晶C的配置例。以与所述在底部配置籽晶C并进行单向凝固来铸造硅锭Ib时相同的条件铸造准单晶硅锭Id。图12为所制造的准单晶硅锭Id的纵截面示意图，图13为该准单晶硅锭Id的横截面示意图。

另外，铸造这些准单晶时，作为籽晶C使用200mm（纵）×200mm（横）×10mm（厚），且结晶面取向为[111]的单晶硅板，并以与上述方法相同的方法铸造了准单晶。此时，也能够获得几乎相同的准单晶硅锭。此时的单晶部Ida的结晶面取向为[111]。

利用上述的柱状晶硅锭Ia、准单晶硅锭Ib、Ic、Ie和由至今所使用的单晶构成的硅锭，分别制作380mmφ×10mm的干蚀刻用电极板。将利用以往的柱状晶硅锭Ia制作的电极板称为“柱状晶”，利用准单晶硅锭Ib制作的电极板称为“准单晶1”，利用准单晶硅锭Ic制作的电极板称为“准单晶2”，利用准单晶硅锭Ie制作的电极板称为“准单晶3”，利用单晶硅锭制作的电极板称为“单晶”。关于这些试料，利用显示器用300mm硅晶圆测定其300mmφ的单晶硅晶圆表面的粒子数和表面的杂质的浓度，并进行比较。另外，粒子数利用粒子计数器（KLA-Tencor Surfscan）进行测定。

粒子数的测定以如下顺序实施。利用300mmφ用氧化膜干蚀刻器的平行平板型装置，作为电极板分别使用了单晶硅和柱状晶硅。工作压力为700torr、RF功率为300W，作为气体使用以4:1的比例混合CF₄、He的气体并以800cm³/min流通。实施200次蚀刻之后，在装置中放置显示器用300mmφ晶圆，在RF功率被关闭且流通惰性气体Ar的状态下暴露1分钟，查看暴露前后的粒子的增加数量。之后，再测定表面的杂质浓度。

其结果示于下列表1。

[表1]

从表1确认到，与利用以往的柱状晶硅锭Ia制作的电极板（柱状晶）相比，使用利用准单晶硅锭Ib、Ic、Ie制作的电极板（准单晶1、2、3）时，粒子均变少了。能够确认到，尤其准单晶2及准单晶3的电极板的粒子没有少到利用单晶硅制作的电极板的程度，但减少到几乎接近此。

并且，利用用于在电极板上使用的柱状晶、准单晶1、准单晶2、准单晶3以及单晶的结晶的一部分，并利用ICP-MS法测定杂质浓度。

其结果示于下列表2。

[表2]

单位：ppbwt

分析样板

Al

Na

Cr

Fe

Ni

Cu

Zn

柱状晶

＜0.1

1～7

0.6～1.4

3.6

0.2

准单晶1

＜0.1

0.3

＜0.1

1.2

＜0.1

准单晶2

＜0.1

0.2

＜0.1

0.9

＜0.1

准单晶3

＜0.1

1.2

＜0.1

0.7

＜0.1

单晶

＜0.1

从表2确认到，与利用以往的柱状晶硅锭Ia制作的电极板（柱状晶）相比，使用利用准单晶硅锭Ib、Ic、Ie制作的电极板（准单晶1、2、3）时，Fe、Ni、Cu、Zn等杂质浓度减少了。

并且，对上述的干蚀刻用电极板，测定单晶区域面积，并计算其相对于总截面积的比例。另外，如同图9、图11、图13及图15中以虚线所示，隔着单晶，将从较大的单晶区域外侧的多晶区域的多晶至内侧几mm（本实施例中最大为内侧5mm）处作为与单晶的界限，以矩形包围单晶区域，并通过该面积的总和除以原来的结晶的横截面积来求出单晶区域。矩形为通过在给定的条件下使其面积成为最大地画其四边而绘制。

其结果示于下列表3。

[表3]

从表3可知，方形准单晶1中单晶区域为36%，方形准单晶2中单晶区域为51%，方形准单晶3中单晶区域为54%。并且，可知圈形准单晶1中，单晶区域为35%。

并且，对上述干蚀刻用电极板测定了晶界密度。另外，如下定义晶界密度。将截面内的所有晶粒的晶界的长度相加，并以其总和此除以原来的结晶的截面积的值作为晶界的密度。另外，本实施例中，在与单向凝固的凝固方向正交的截面上进行了测定。

其结果示于下列表4。

[表4]

晶界密度=每单位面积的总晶界长度/面积

从表4可知，方形柱状晶中晶界密度为0.26，方形准单晶1中晶界密度为0.17，方形准单晶2中晶界密度为0.11，方形准单晶3中晶界密度为0.10。并且，可知圈形柱状晶中晶界密度为0.28，圈形准单晶1中晶界为0.24。

并且，对利用上述的柱状晶硅锭、准单晶硅锭、由至今为止所使用的单晶构成的硅锭制成的半导体装置用硅部件的等离子体蚀刻速率进行了评价。

从各锭切下100mm角×1mm厚度的板来作为等离子体用试料，并对板的主表面进行镜面研磨来制造试验用材料。利用等离子体蚀刻装置（U-TC公司制造的YR-40111H-DXII）进行等离子体蚀刻处理，利用表面粗糙度仪（Bruker AXS制Dektak）测定蚀刻部与掩膜部的高低差，并计算蚀刻速度。另外，等离子体蚀刻条件如下：真空度：50mTorr、蚀刻时间：30分钟、蚀刻气体：SF₆、蚀刻气体流量：10sccm、输出功率：100W。

并且，对这些半导体装置用硅部件的氧浓度及氮浓度、以及蚀刻之后的粒子的个数进行测定。

其结果示于下列表5。

[表5]

从表5可知，氧浓度为5×10¹⁷atoms/ml以下，氮浓度为7×10¹⁴atoms/ml以上4×10¹⁵atoms/ml以下，蚀刻速度较慢。因为氮浓度为4×10¹⁵atoms/ml以上时，会产生Si₃N₄的析出物。

Claims

1.一种半导体装置用硅部件，其特征在于，

所述半导体装置用硅部件为从柱状晶硅锭切下而制成，所述柱状晶硅锭通过在坩埚底部的除外周部之外的内周部分配置由单晶硅板构成的多个籽晶，并单向凝固坩埚内的熔融硅，从而从所述多个籽晶分别生长出单晶而获得，

所述柱状晶硅锭由准单晶硅锭构成，所述准单晶硅锭由单晶区域与多晶区域构成，所述单晶区域由所述单晶构成且形成于中央部，所述多晶区域形成于所述单晶区域的外周部，

上述半导体装置用硅部件为具有用于通入氟化类气体的多个孔的大于450mmφ的干蚀刻用电极板，

所述半导体装置用硅部件由所述单晶区域和所述单晶区域的外侧的多晶区域构成，

暴露在半导体装置用硅部件的使用部位表面的面积的至少1/3以上被视为1个晶粒的面取向相同的结晶所占据，

根据半导体装置用硅部件的横截面中晶粒的晶界长度的总和LS和截面积A计算的晶界密度P＝LS/A为0.1以上且0.24以下。

2.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

所述半导体装置用硅部件为具有用于通入氟化类气体的多个孔的500mmφ以上的干蚀刻用电极板。

3.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

所述半导体装置用硅部件为具有用于通入氟化类气体的多个孔的530mmφ以上的干蚀刻用电极板。

4.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

在所述坩埚底部配置多个所述籽晶时，以相同的结晶取向排列各籽晶。

5.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

在所述坩埚底部配置所述籽晶时，在各籽晶彼此之间不形成间隙而紧密地配置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

结晶中的氧浓度为5×10¹⁷atoms/ml以下。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

结晶中的氮浓度为7×10¹⁴atoms/ml以上4×10¹⁵atoms/ml以下。

8.根据权利要求6所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

结晶中的氮浓度为7×10¹⁴atoms/ml以上4×10¹⁵atoms/ml以下。

9.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

相对于半导体装置用硅部件的总横截面面积，所述单晶区域的面积比例为0.35以上且0.54以下。

10.根据权利要求1所述的半导体装置用硅部件，其特征在于，

在真空度：50mTorr、蚀刻时间：30分钟、蚀刻气体：SF₆、蚀刻气体流量：10sccm及输出功率：100W的条件下进行的等离子体蚀刻之后，0.065μm以上的粒子数为9个以上且14个以下。

11.一种半导体装置用硅部件的制造方法，其特征在于，具备：

单晶硅板配置工序，在坩埚底部的除外周部之外的内周部分配置由单晶硅板构成的多个籽晶；

硅原料熔融工序，在配置有所述单晶硅板的坩埚内装入硅原料，并以单晶硅板不完全熔解的条件对所述硅原料进行熔融以获得硅熔融液；

单向凝固工序，从配置有所述单晶硅板的所述坩埚底部朝上方单向凝固所述硅熔融液而获得柱状晶硅锭；及

加工工序，将所述柱状晶硅锭切下并进一步进行加工以形成半导体装置用硅部件，所述半导体装置用硅部件为具有用于通入氟化类气体的多个孔的大于450mmφ的干蚀刻用电极板，