TW201506210A - 半導體裝置用矽構件及半導體裝置用矽構件之製造方法 - Google Patents

半導體裝置用矽構件及半導體裝置用矽構件之製造方法 Download PDF

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Abstract

課題在提供一種一面由單向凝固矽被製作， 一面可發揮與由單晶矽被製作者為大致同等性能，而且即使為較為大型者，亦可製作之半導體裝置用矽構件。 由柱狀晶矽錠切出所製作，該柱狀晶矽 錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由複數個種晶各個使單晶成長而得。

Description

半導體裝置用矽構件及半導體裝置用矽構件之製造方法
本發明係關於半導體裝置用矽構件及半導體裝置用矽構件之製造方法者。更具體而言，係關於乾式蝕刻用矽構件者。
在製造矽半導體元件的工程中所被使用之例如電漿蝕刻裝置係使用CF6或SF6等氟化系氣體，俾以進行氧化膜的局部去除等。將該等氟化系氣體通至在與作為蝕刻對象的矽晶圓之間被施加高頻電壓之鑽開多數孔洞的極板(電極板)，使用經電漿化的氣體，進行矽晶圓表面的矽氧化膜的蝕刻(參照下述專利文獻1)。在該等電極板，通常使用單晶矽(參照下述專利文獻2)，為確保蝕刻的均一性，一般需要比作為蝕刻對象的矽晶圓為更大尺寸者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-79961號公報
[專利文獻2]日本特公平7-40567號公報
最近，適於使用次世代的450mm矽晶圓的動向逐漸活躍化。若為450mm矽晶圓，必須要有大於450mm 的電極板。電極板必須為480mm 、500mm ，較佳為530mm 以上的電極板，但是要將如上所示之大口徑的矽單晶進行成長，在現況中有其困難，而且，即使可能，亦預估會大幅成本上升。若為角形的半導體構件，必須為至少1邊為大於450mm的尺寸。必須1邊為500mm，較佳為1邊為530mm的半導體構件。
因此，可製造530mm 以上的尺寸的電極板的柱狀晶矽備受矚目。但是，柱狀晶矽通常為多晶矽，若在電極板使用多晶矽時，會產生容易在矽晶圓形成微粒、朝向電極板的結晶粒界偏析的雜質或SiO2等會降下至矽晶圓上、因不同的結晶方位所致之蝕刻速度的差而在結晶粒界發生段差等問題。因此，會有微粒減低、雜質減低、或因元件不良或電場不均一性所致之對矽晶圓的蝕刻均一性確保變得較難之虞。
本發明係在如上所示之背景下所研創者，課題在提供一種一面由單向凝固矽被製作，一面可發揮與由 單晶矽被製作者為大致同等性能，而且即使為較為大型者，亦可製作之半導體裝置用矽構件。
為解決前述課題，本發明之半導體裝置用矽構件之特徵為：由柱狀晶矽錠所製作，該柱狀晶矽錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由前述複數個種晶各個使單晶成長而得。
藉由上述構成之半導體裝置用矽構件，為由複數種晶各個使單晶成長所得之柱狀晶矽錠切出所製作者，與由從前的柱狀晶矽錠切出所得者相比，結晶粒界非常少或完全沒有。因此，若例如使用在電漿蝕刻用的電極板時，微粒的發生、因偏析至結晶粒界的雜質或SiO2等的降下所致之元件不良會減低，此外，因結晶粒而起的段差的發生會變少。結果，可進行大致均一的蝕刻。
此外，藉由任意選擇種晶的結晶方位面，可得由各種晶各個持有所希望的面方位而使單晶成長的柱狀晶矽錠，藉此可得所希望的面方位的半導體裝置用矽構件。
此外，上述半導體裝置用矽構件係以大於450mm 為佳，以500mm 以上為較佳，以530mm 以上為更佳。
此外，上述半導體裝置用矽構件係以被使用作為乾式蝕刻用矽構件為佳。
此外，較佳為當在前述坩堝底部配置複數個 前述種晶時，以縱橫及成長方向以相同的結晶方位排列各種晶。
此時，由於以相同結晶方位排列各種晶，因此由該等種晶所成長的單晶係成為相同的結晶方位，可得恰似單晶矽錠。結果，若使用由如上所示之恰似單晶矽錠切出所得之半導體裝置用矽構件作為電漿蝕刻用的電極板時，可更加提高蝕刻的均一性。此外，可減低微粒的發生、因偏析至結晶粒界的雜質或SiO2等的降下所致之元件不良。
較佳為當在前述坩堝的底部配置前述種晶時，不會有在互相的種晶彼此之間形成間隙的情形而密接配置。
此時，由於密接配置種晶，因此可避免在種晶之間，結晶各自成長的現象，且可得結晶粒界更少的單向凝固矽錠。結果，若使用由如上所示之結晶粒界更少的單向凝固矽錠切出所得之乾式蝕刻用矽構件作為電漿蝕刻用的電極板時，可更加提高蝕刻的均一性。此外，可減低微粒的發生、因偏析至結晶粒界的雜質或SiO2等的降下所致之元件不良。
較佳為以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少1/3以上。
在由從前的柱狀晶矽錠切出所得的半導體裝置用矽構件中，通常，在使用部位表面以1個結晶粒所佔有的面積未達使用部位表面全體的1/3。與如上所示之從前的半導體裝置用矽構件相比，本案發明之半導體裝置用矽構件係 結晶粒界非常少。因此，若將上述半導體裝置用矽構件使用在例如電漿蝕刻用的電極板時，可進行均一性高的蝕刻。
較佳為使用部位的全體由一個結晶粒所構成。
此時，可發揮與由單晶矽錠切出所得之半導體裝置用矽構件為大致同等的性能。
此外，較佳為由剖面中的結晶粒的粒界長度的合計LS與剖面積A所算出的粒界密度P=LS/A為0.24以下。
在該構成之半導體裝置用矽構件中，由於上述之結晶密度P為0.24以下，結晶粒界減少，因此若將上述半導體裝置用矽構件使用在例如電漿蝕刻用的電極板時，可進行均一性高的蝕刻。
此外，較佳為結晶中的氧濃度為5×1017atoms/ml以下。
在該構成之半導體裝置用矽構件中，由於結晶中的氧濃度為5×1017atoms/ml以下，因此可減慢蝕刻速度。
此外，較佳為結晶中的氮濃度為7×1014atoms/ml以上、4×1015atoms/ml以下。
在該構成之半導體裝置用矽構件中，由於形成為氮濃度為7×1014atoms/ml以上、4×1015atoms/ml以下的範圍內，因此可減慢蝕刻速度。
本發明之半導體裝置用矽構件之製造方法之 特徵為：具備有：單晶矽板配置工程，其係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶；矽原料熔融工程，其係在配置有前述單晶矽板的坩堝內裝入矽原料，且以前述單晶矽板不會完全熔解的條件下將前述矽原料熔融而得矽熔液；單向凝固工程，其係使前述矽熔液，由配置前述單晶矽板的前述坩堝底部朝向上方作單向凝固而得柱狀晶矽錠；及加工工程，其係將前述柱狀晶矽錠加工而形成為半導體裝置用矽構件。
藉由上述構成之半導體裝置用矽構件之製造方法，與由從前的柱狀晶矽錠切出所得者相比，可得結晶粒界非常少或完全沒有的半導體裝置用矽構件。
與由從前的柱狀晶矽錠切出所得者相比，結晶粒界非常少。因此，例如使用在電漿蝕刻用的電極板時，微粒的發生、因偏析至結晶粒界的雜質或SiO2等的降下所致之元件不良會減低，此外，因結晶粒而起的段差的發生變少，結果，可進行大致均一的蝕刻。
10‧‧‧柱狀晶矽錠製造裝置
12‧‧‧冷凝模板
13‧‧‧下部加熱器
14‧‧‧上部加熱器
15‧‧‧絕熱材
16‧‧‧供給泵
20‧‧‧坩堝
C‧‧‧種晶
Ea‧‧‧由單晶矽錠所製作之電極板
Eb‧‧‧由擬單晶矽錠所製作之電極板
Eba‧‧‧結晶粒界
Ec‧‧‧從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板
H‧‧‧孔
Ia‧‧‧柱狀晶矽錠
Ib‧‧‧擬單晶矽錠
Iba‧‧‧單晶部
Ic‧‧‧擬單晶矽錠
Ica‧‧‧區域
Icb‧‧‧區域
Id‧‧‧擬單晶矽錠
Ida‧‧‧單晶部
Ie‧‧‧擬單晶矽錠
Iea‧‧‧區域
L‧‧‧矽熔液
R‧‧‧由擬單晶矽錠所製作的環
Ra‧‧‧由多結晶所成之部位
圖1係製造成為作為本實施形態之半導體裝置用矽構件的素材的柱狀晶矽錠時所被使用的柱狀晶矽錠製造裝置的概略圖。
圖2A係顯示由單晶矽所製作之電極板的平面圖。
圖2B係顯示由本發明之擬單晶矽錠所製作之電極板的平面圖。
圖3A係圖2B中以III所示之放大剖面圖，由擬單晶矽錠所製作之電極板使用前的剖面圖。
圖3B係由擬單晶矽錠所製作之電極板使用後的剖面圖。
圖4A係用以比較本實施形態所示者，由從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板使用前的剖面圖。
圖4B係由從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板使用後的電極板的剖面圖。
圖5係顯示屬於本實施形態之乾式蝕刻用環R的平面圖。
圖6係從前的柱狀晶矽錠的縱剖面的模式圖。
圖7係從前的柱狀晶矽錠的橫剖面的模式圖。
圖8係擬單晶矽錠之一例的縱剖面的模式圖。
圖9係擬單晶矽錠之一例的橫剖面的模式圖。圖中以虛線包圍的區域係擬單晶錠中的種晶對應單晶區域。
圖10係擬單晶矽錠之其他例的縱剖面的模式圖。
圖11係擬單晶矽錠之其他例的橫剖面的模式圖。圖中以虛線包圍的區域係擬單晶錠中的種晶對應單晶區域。(角型結晶中未隔著間隙配置種晶的情形)
圖12係擬單晶矽錠之其他例的縱剖面的模式圖。
圖13係擬單晶矽錠之其他例的橫剖面的模式圖。圖 中以虛線包圍的區域係擬單晶錠中的種晶對應單晶區域。(角型結晶中隔著間隙配置種晶的情形)
圖14係擬單晶矽錠之其他例的縱剖面的模式圖。
圖15係擬單晶矽錠之其他例的橫剖面的模式圖。圖中以虛線包圍的區域係擬單晶錠中的種晶對應單晶區域。(角型結晶中未隔著間隙配置種晶的情形)
圖16A係擬單晶矽錠鑄造時的種晶的配置例。結晶的面方位關係係以圖中箭號表示。
圖16B係擬單晶矽錠鑄造時的種晶的配置例。結晶的面方位關係係以圖中箭號表示。
圖16C係擬單晶矽錠鑄造時的種晶的配置例。結晶的面方位關係係以圖中箭號表示。
以下參照圖示，說明本發明之半導體裝置用矽構件的實施形態。
作為本實施形態之半導體裝置用矽構件係被使用作為乾式蝕刻用矽構件者。該半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)係由多晶矽錠所得者，更具體而言係由經由特殊的工程而藉由單向凝固所製造的柱狀晶矽錠切出所得者。
在該本實施形態中所使用的柱狀晶矽錠係在鑄造中製造，惟其製造過程與一般的柱狀晶矽錠的情形不同。亦即，本實施形態中所使用的柱狀晶矽錠係在坩堝底 部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由複數個種晶各個使單晶成長而得之柱狀晶矽錠(以下稱為擬單晶矽錠)。
如上所示本實施形態之擬單晶矽錠係具有複數個由種晶所成長的單晶部位的矽錠，亦可藉由種晶的配置，將矽錠全體形成為大致單晶。
接著，參照圖1，說明製造成為作為本實施形態之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)的素材的擬單晶矽錠時所使用的柱狀晶矽錠製造裝置10。
該柱狀晶矽錠製造裝置10係具備有：貯留矽熔液L的坩堝20；載置該坩堝20的冷凝模板12；由下方支持該冷凝模板12的下部加熱器13；及被配設在坩堝20的上方的上部加熱器14。此外，在坩堝20的周圍設有絕熱材15。
冷凝模板12係形成為中空構造，形成為透過供給泵16而在內部供給Ar氣體的構成。
坩堝20係水平剖面形狀形成為角形(四角形)或圓形體(圓形)，在本實施形態中係形成為角形(四角形)及圓形體(圓形)。
該坩堝20係由石英(SiO2)所構成，在其內面塗敷有矽氮化物(Si3N4)。亦即，構成為坩堝20內的矽熔液L不會與石英(SiO2)直接接觸。
接著，說明使用該柱狀晶矽錠製造裝置10來製造擬單晶矽錠的方法。首先，在坩堝20之內裝入矽原 料。具體而言，將由單晶矽板所成之複數個種晶C，沿著坩堝20的底面平行配置在坩堝20的底部(單晶矽板配置工程)。該等種晶C較佳為以相同的結晶方位排列，惟並不一定必須如此。此外，該等種晶C較佳為不會有在其間形成間隙的情形而密接配置，惟針對此，亦不一定必須如此。
將擬單晶矽錠鑄造時的種晶C的配置例顯示於圖16A~C。圖16A係顯示以相同結晶方位隔著間隙排列在角型坩堝的底部的情形，圖16B係顯示以相同結晶方位未隔著間隙而排列在角型坩堝的底部的情形，圖16C係顯示以相同結晶方位隔著間隙排列在圓形體坩堝的底部的情形。此外，圖中的箭號與記號係表示種晶C配置時的方位。
接著，在該等種晶C的上側配置將11N(純度99.999999999)的高純度多晶矽粉碎所得之被稱為「厚塊(chunk)」的塊狀者。該塊狀矽原料的粒徑係形成為例如30mm至100mm。
將如上所示所配置的矽原料通電至上部加熱器14及下部加熱器13來進行加熱。此時，以配置在坩堝20的底部的種晶C未完全熔化的方式，調整下部加熱器13的輸出，主要將種晶C的上側的厚塊由上側熔化(矽原料熔融工程)。藉此，在坩堝20內貯留矽熔液。
接著，將對下部加熱器13的通電量更加下降，透過供給泵16而將Ar氣體供給至冷凝模板12的內部。藉此，將坩堝20的底部冷卻。此外，藉由使對上部 加熱器14的通電慢慢減少，坩堝20內的矽熔液L係將配置在坩堝20的底部的種晶C照原樣拉近來進行結晶成長。結果，一面由種晶C接繼該種晶C的結晶方位一面成長，將大致與種晶C在平面上具有同尺寸的單晶部之藉由單向凝固法所得之柱狀晶矽錠(擬單晶矽錠)進行鑄造(單向凝固工程)。在此，如上所示所得之擬單晶矽錠係在身為多結晶的同時，亦一併具有單晶的性質。
將如此所得之擬單晶矽錠進行加工，將表面以成為鏡面研磨以上的平坦度的方式進行研磨(加工工程)。藉此，製造半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)，例如在電漿蝕刻用的反應室內部所使用的電漿蝕刻用矽構件。在此係列舉電極板作為電漿蝕刻用矽構件之例。
圖2A及圖2B係顯示電漿蝕刻用電極板(以下僅稱之為電極板)，圖2A係由單晶矽錠所製作之電極板Ea，圖2B係由本發明之擬單晶矽錠所製作之電極板Eb。由圖2B可知，由擬單晶矽錠所製作之電極板Eb係在一部分發現結晶粒界Eba，由多結晶所成。
在電極板Ea、Eb係分別形成有複數孔H，俾以通過氟化系氣體。在由擬單晶矽錠所製作之電極板Eb，孔H被形成在單晶部位。圖3A係在圖2B中以箭號III所示在包含孔H的位置進行切斷之電極板Eb使用前的放大剖面圖，圖3B係電極板Eb使用後的放大剖面圖。其中，圖4A及圖4B係用以比較本實施形態所示者，圖 4A係由從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板Ec使用前的剖面圖，圖4B係由從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板Ec使用後的剖面圖。
在由從前的柱狀晶矽錠所製作之電極板Ec中，係在使用後，孔H的氣體出口附近因氟化系氣體的腐蝕而擴展(圖中符號Ha)。此外，在電極板Ec的表面發現發生因結晶粒而起的段差。此係基於朝向表面的結晶方位依各結晶而不同，因此表面的蝕刻速度不同之故。
另一方面，在由擬單晶矽錠所製作之電極板Eb中，在使用後，孔H的氣體出口附近因氟化系氣體的腐蝕而擴展(圖中符號Ha)，但是在電極板Eb的表面未發現發生因結晶粒而起的段差。此係基於電極板Eb藉由一個結晶所構成且朝向表面的結晶方位為相同，因此在表面的蝕刻速度不會產生差異之故。
藉由形成為如以上之構成之作為本實施形態之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)，為由複數種晶各個使單晶成長而得之擬單晶矽錠切出所製作者，與由從前的柱狀晶矽錠切出所得者相比，結晶粒界非常少或完全沒有，因此若使用在例如電漿蝕刻用的電極板Eb時，減低因矽晶圓的微粒的發生、偏析至結晶粒界的雜質或SiO2等降低所致之元件不良。此外，在電極板發生因結晶粒而起的段差會減少，可進行大致均一的蝕刻。
此外，在坩堝20的底部配置複數個種晶C時，以相同結晶方位排列各種晶C時，由該等種晶C所 成長的單晶係成為相同的結晶方位，獲得恰似單晶矽錠。結果，若使用由如上所示之恰似單晶矽錠切出所得之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)作為例如電漿蝕刻用的電極板時，係可使蝕刻的均一性更加提高。
此外，在坩堝20的底部配置種晶C時，若不會有在互相的種晶C彼此之間形成間隙的情形下使其密接時，係可避免結晶在種晶C之間各自成長的現象，可得結晶粒界更少的柱狀晶矽錠。結果，若使用由如上所示之結晶粒界更少的柱狀晶矽錠切出所得之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)作為例如電漿蝕刻用的電極板時，係可更加提高蝕刻的均一性。
在此，在實施形態之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)中，以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少1/3以上為佳，以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有同面積的1/2以上為較佳，以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有同面積的2/3以上為更佳。若矽構件為被使用在電漿或乾式蝕刻用半導體裝置的電極時，矽構件的使用部位為矽構件的全體。
此時，在由從前的柱狀晶矽錠切出所得的半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)中，通常在使用部位表面中，以1個結晶粒所佔有的面積未達使用部位表面全體的1/3。若使用如上所示之從前的半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)材作為例如電漿蝕刻用的電極板時，會 發生在前述「發明所欲解決之課題」所述之不良情形。
與此相比，本案發明之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)係由於以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少1/3以上，因此結晶粒界少。因此，解除上述不良情形。此外，若以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少1/2以上時，可進行更為均一性高的蝕刻。此外，若以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少2/3以上時，可進行更加均一性高的蝕刻。
此外，實施形態之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)較佳為使用部位的全體由一個結晶粒所成。
此時，可發揮與由單晶矽錠切出所得之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)為大致同等的性能。
此外，本案發明之半導體裝置用矽構件(乾式蝕刻用矽構件)係可輕易製作530mm 以上之較為大型尺寸的構件。
其中，結晶粒的大小係進行蝕刻速度的結晶方位依存性高的KOH或NaOH等鹼性蝕刻，判別各個結晶，使用畫像解析裝置來測定尺寸。
但是，由藉由CZ法所得之單晶矽所製作之電極板係氧濃度比單向凝固矽(多結晶、擬單晶)為高，此外，一般未含有氮，因此電漿蝕刻時的蝕刻率大且電極消 耗快。在此，單向凝固矽(多結晶、擬單晶)的氧濃度低係由於在矽石坩堝的內面塗敷有矽氮化物，因此未與矽熔液直接相接，因此SiO2的熔入非常小之故。此外，含有氮係基於矽石坩堝內面的矽氮化物塗敷層的矽氮化物在矽熔液熔解而熔入之故。若氧濃度低、且氮以固溶限度以下固溶時，由於藉由電漿蝕刻所致之蝕刻率小，因此單向凝固矽具有與CZ法的單晶矽相比為蝕刻率較小的特徵。
其中，本發明並非限定於前述實施形態，在未脫離本發明之主旨的範圍內可施加各種變更。
例如，在前述實施形態中，係以電漿蝕刻用的電極作為本發明之半導體裝置用矽構件為例來進行說明，惟並非限定於此，如圖5所示，亦可使用在作為電漿蝕刻用所使用之保護環、密封環、接地環等各種環R等。其中，在此係在環R的一部分發現由多結晶所成之部位Ra。
此外，本發明之半導體裝置用矽構件並不一定侷限於電漿蝕刻用矽構件，亦可適用於無須使用電漿而在反應氣體中曝露在材料的反應性氣體蝕刻用矽構件。
[實施例]
以下說明本發明之實施例。
將放入多晶矽176kg之內徑570mm 的坩堝放入鑄造爐進行熔解，藉由屬於從前的手法的單向凝固，鑄造內徑570mm ×300mmH的圓柱狀的單向凝固矽錠。圖6係該柱狀晶矽錠Ia的縱剖面的模式圖，圖7係該柱狀晶矽錠 Ia的橫剖面的模式圖。圖7中的複數直線係全部表示以直線予以近似的粒界L，後述之總粒界的長度LS意指存在於測定範圍內的粒界L的總和。該柱狀晶矽錠Ia係平均結晶粒徑為5mm。
接著，使用同尺寸的坩堝，將由200mm(縱)×200mm(橫)×10mm(厚度)、結晶面方位[001]的單晶矽板所成之種晶C分別隔著1cm的間隙配置在坩堝的底部。其中，不會產生間隙且不會過與不足地將200mm(縱)×200mm(橫)×10mm(厚度)、結晶面方位[001]的單晶矽板以水刀切斷成矩形者埋在坩堝的底部的內周部分。原料矽的總重量係包含全面舖在底部的種晶而形成為176kg。將種晶C的配置例顯示於圖16C。以下部的種晶不會完全熔化的方式，調整下部加熱器的輸出，將矽原料由上熔化。控制下部加熱器與上部加熱器的各輸出來使該結晶成長，俾將坩堝的底部的溫度形成為1380℃，且使結晶以單向凝固。
如上所示所製造者為圖8、圖9所示之擬單晶矽錠Ib。圖8係擬單晶矽錠Ib的縱剖面的模式圖，圖9係擬單晶矽錠Ib的橫剖面的模式圖。
在擬單晶矽錠Ib中，在種晶C與種晶C的交界形成稍微小的結晶，但是大體上將底部的單晶照原樣拉近來進行結晶成長。結果，可一面由種晶部分接繼單晶的結晶方位一面結晶進行成長，可鑄造出具有大致與單晶板為同尺寸的單晶部Iba的擬單晶矽錠Ib。單晶部Iba的最 大尺寸係一邊為140mm、對角線為200mm長。單晶部Iba的結晶面方位為[001]。
此外，同樣地使用由200mm(縱)×200mm(橫)×10mm(厚度)、結晶面方位[111]的單晶矽板所成之種晶C，以與上述者為相同的方法鑄造擬單晶。此時亦可得大致相同的擬單晶矽錠。此時的單晶部Iba的結晶面方位為[111]。
接著，選擇坩堝的底部的平坦性佳的一邊670mm×670mm×420mm的角形坩堝，除了內底面的外周部以外，在600mm×600mm的區域，以沒有間隙的方式全面舖上由300mm×300mm×10mm、結晶面方位[001]的單晶矽板所成之種晶C。將種晶C的配置例顯示於圖16B。以與前述之在底部配置種晶C使其以單向凝固來鑄造矽錠Ib時為相同的條件鑄造擬單晶矽錠Ic。圖10係所製造的擬單晶矽錠Ic的縱剖面的模式圖，圖11係同擬單晶矽錠Ic的橫剖面的模式圖。
在擬單晶矽錠Ic中，在中央的600mm×600mm的區域Ica未形成有較小的結晶粒，該區域係全體成為單晶狀。該單晶部位的結晶面方位為[001]。此外，在該擬單晶矽錠Ic中，外周35mm的區域Icb係平均結晶粒徑為5mm的柱狀晶。
此外，選擇坩堝的底部的平坦性佳的一邊670mm×670mm×420mm的角形坩堝，除了內底面的外周部以外，在600mm×600mm的區域，以沒有間隙的方式全面舖上由300mm×300mm×20mm、結晶面方位[001]的單晶矽 板所成之種晶C。將種晶C的配置例顯示於圖16B。以與前述之在底部配置種晶C使其以單向凝固來鑄造矽錠Ic時為相同的條件鑄造擬單晶矽錠Ie。圖14係所製造的擬單晶矽錠Ie的縱剖面的模式圖，圖15係同擬單晶矽錠Ie的橫剖面的模式圖。
擬單晶矽錠Ie係在中央的600mm×600mm的區域Iea未形成較小的結晶粒，該區域係全體形成為單晶狀。該單晶部位的結晶面方位為[001]。此外，在該擬單晶矽錠Ie中，外周30mm的區域Ieb係平均結晶粒徑為5mm的柱狀晶。
此外，選擇坩堝的底部的平坦性佳的一邊670mm×670mm×420mm的角形坩堝，除了內底面的外周部以外，在600mm×600mm的區域，隔著間隙配置由300mm×300mm×10mm、結晶面方位[001]的單晶矽板所成之種晶C。將種晶C的配置例顯示於圖16A。以與前述之在底部配置種晶C使其以單向凝固來鑄造矽錠Ib時為相同的條件鑄造擬單晶矽錠Id。圖12係所製造的擬單晶矽錠Id的縱剖面的模式圖，圖13係同擬單晶矽錠Id的橫剖面的模式圖。
其中，若將該等擬單晶進行鑄造時，使用200mm(縱)×200mm(橫)×10mm(厚度)、結晶面方位[111]的單晶矽板作為種晶C，以與上述者為同樣的方法鑄造擬單晶。此時亦可得大致相同的擬單晶矽錠。此時的單晶部Ida的結晶面方位為[111]。
由上述之柱狀晶矽錠Ia、擬單晶矽錠Ib、Ic、Ie及自以往所使用之由單晶所成之矽錠，分別製作380mm ×10mm的乾式蝕刻用電極板。將由從前的柱狀晶矽錠Ia所製作者稱為「柱狀晶」、由擬單晶矽錠Ib所製作者稱為「擬單晶1」、由擬單晶矽錠Ic所製作者稱為「擬單晶2」、由擬單晶矽錠Ie所製作者稱為「擬單晶3」、由單晶矽錠所製作者稱為「單晶」。針對該等試料，使用監視器用300mm矽晶圓，測定該300mm 的單晶矽晶圓表面的微粒數與表面的雜質濃度且進行比較。其中，微粒數係使用微粒計數器(KLA-Tencor Surfscan)來測定。
微粒數的測定係以下列順序實施。使用300mm 用氧化膜乾式蝕刻器的平行平板型裝置，分別在電極板使用單晶矽及柱狀晶矽。動作壓力係700torr，RF功率：300W，氣體係流通以4：1混合有CF4、He的氣體800cm3/min。實施200次蝕刻後，在裝置中放置監視器用300mm 晶圓，RF功率係形成為off，而在流通惰性氣體的Ar的狀態下曝露1分鐘，調查曝露前後的微粒的增加數。之後，測定表面的雜質濃度。
將其結果顯示於下述表1。
由表1確認出與由從前的柱狀晶矽錠Ia所製作之電極板(柱狀晶)相比，若使用由擬單晶矽錠Ib、Ic、Ie所製作之電極板(擬單晶1、2、3)時，均為微粒變少。尤其確認出擬單晶2及擬單晶3的電極板即使不會減少至由單晶矽所製作者，亦減少至接近其之程度。
此外，雜質濃度係使用電極板所使用的柱狀晶、擬單晶1、擬單晶2、擬單晶3、單晶所使用的結晶的一部分，使用ICP-MS法來進行測定。
將其結果顯示於下述表2。
由表2確認出與由從前的柱狀晶矽錠Ia所製作之電極板(柱狀晶)相比，若使用由擬單晶矽錠Ib、Ic、Ie所製作之電極板(擬單晶1、2、3)時，Fe、Ni、Cu、Zn的雜質濃度係減少。
此外，針對上述之乾式蝕刻用電極板，測定單晶區域面積，且算出相對全剖面積的比例。其中，單晶區域係如圖9、圖11、圖13、圖15中的虛線所示，將由較大的單晶區域的外側的多結晶區域的多結晶為內側數mm(在本實施例中最大為內側5mm)作為與單晶的交界而以矩形包圍單晶區域，且將該面積的總和除以原結晶的橫剖面積來求出。矩形係在被供予的條件下，以其面積成為最大的方式，將其四邊拉長來描繪。
將其結果顯示於下述表3。
由表3可知，在角型擬單晶1，單晶區域為36%，在角型擬單晶2，單晶區域為51%，在角型擬單晶3，單晶區域為54%。此外可知在圓形體擬單晶1，單晶區域為35%。
此外，針對上述之乾式蝕刻用電極板，測定粒界密度。其中，粒界密度係定義如下。將加上剖面內的全部結晶粒的粒界的長度，且將其除以原結晶的剖面積所 得的值設為粒界的密度。其中，在本實施例中，係在與單向凝固的凝固方向呈正交的剖面進行測定。
將其結果顯示於下述表4。
由表4可知，在角型柱狀晶，粒界密度為0.26，在角型擬單晶1，粒界密度為0.17，在角型擬單晶2，粒界密度為0.11，在角型擬單晶3，粒界密度為0.10。此外，可知在圓形體柱狀晶，粒界密度為0.28，在圓形體擬單晶1，粒界密度為0.24。
此外，評估由上述之柱狀晶矽錠、擬單晶矽錠、以往所使用之由單晶所成之矽錠所製作的半導體裝置用矽構件的電漿蝕刻率。
電漿蝕刻用試料係由各錠切出100mm見方×厚度1mm的板，將板的主面進行鏡面研磨而製造試樣材。使用電漿蝕刻裝置(U-TEC股份有限公司製YR-4011 1H-DXII)進行電漿蝕刻處理，使用表面粗糙度計(Bruker AXS製Dektak)，測定蝕刻部與遮罩部的段 差，且算出蝕刻速度。其中，電漿蝕刻條件係設為：真空度：50mTorr、蝕刻時間：30分鐘、蝕刻氣體：SF6、蝕刻氣體流量：10sccm、輸出：100W。
此外，測定該等半導體裝置用矽構件的氧濃度及氮濃度、以及蝕刻後的微粒的個數。
將結果顯示於下述表5。
由表5可知，氧濃度為5×1017atoms/ml以下，氮濃度為7×1014atoms/ml以上、4×1015atoms/ml以下，蝕刻率慢。若氮濃度為4×1015atoms/ml以上，即會產生Si3N4的析出物之故。
Eb‧‧‧由擬單晶矽錠所製作之電極板
H‧‧‧孔

Claims (13)

  1. 一種半導體裝置用矽構件，其特徵為：由柱狀晶矽錠所製作，該柱狀晶矽錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由前述複數個種晶各個使單晶成長而得。
  2. 一種半導體裝置用矽構件，其特徵為：由柱狀晶矽錠所製作，且大於450mm ，該柱狀晶矽錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由前述複數個種晶各個使單晶成長而得。
  3. 一種半導體裝置用矽構件，其特徵為：由柱狀晶矽錠所製作，且為500mm 以上，該柱狀晶矽錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由前述複數個種晶各個使單晶成長而得。
  4. 一種半導體裝置用矽構件，其特徵為：由柱狀晶矽錠所製作，且為530mm 以上，該柱狀晶矽錠係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶，且使坩堝內的熔融矽作單向凝固，藉此由前述複數個種晶各個使單晶成長而得。
  5. 一種半導體裝置用矽構件，其特徵為：使用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件作為乾式蝕刻用矽構件。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體 裝置用矽構件，其中，當在前述坩堝底部配置複數個前述種晶時，以相同的結晶方位排列各種晶。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，當在前述坩堝的底部配置前述種晶時，不會有在互相的種晶彼此之間形成間隙的情形而密接配置。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，以被視為1個結晶粒的結晶(面方位相同)佔有露出於使用部位表面的面積的至少1/3以上。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，使用部位的全體由一個結晶粒所構成。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，由剖面中的結晶粒的粒界長度的合計LS與剖面積A所算出的粒界密度P=LS/A為0.24以下。
  11. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，結晶中的氧濃度為5×1017atoms/ml以下。
  12. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之半導體裝置用矽構件，其中，結晶中的氮濃度為7×1014atoms/ml以上、4×1015atoms/ml以下。
  13. 一種半導體裝置用矽構件之製造方法，其特徵 為：具備有：單晶矽板配置工程，其係在坩堝底部配置由單晶矽板所成之複數個種晶；矽原料熔融工程，其係在配置有前述單晶矽板的坩堝內裝入矽原料，且以前述單晶矽板不會完全熔解的條件下將前述矽原料熔融而得矽熔液；單向凝固工程，其係使前述矽熔液，由配置前述單晶矽板的前述坩堝底部朝向上方作單向凝固而得柱狀晶矽錠；及加工工程，其係將前述柱狀晶矽錠加工而形成為半導體裝置用矽構件。
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