(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-26
(54)【発明の名称】多結晶シリコンを生成する方法
(51)【国際特許分類】
C01B 33/035 20060101AFI20220819BHJP
【ＦＩ】
C01B33/035
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021573424
(86)(22)【出願日】2019-06-11
(85)【翻訳文提出日】2022-02-07
(86)【国際出願番号】 EP2019065165
(87)【国際公開番号】W WO2020249188
(87)【国際公開日】2020-12-17
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390008969
【氏名又は名称】ワッカー ケミー アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ－Ｓｅｉｄｅｌ－Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ－８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ベンツァイス，マルクス
(72)【発明者】
【氏名】フィラー，ピオトル
(72)【発明者】
【氏名】シュレック，トーマス
【テーマコード（参考）】
4G072
【Ｆターム（参考）】
4G072AA01
4G072BB01
4G072BB03
4G072BB12
4G072GG01
4G072GG03
4G072HH04
4G072HH09
4G072JJ01
4G072MM01
4G072NN14
4G072RR01
4G072RR11
4G072TT30
4G072UU01
(57)【要約】
本発明は、水素に加えてシラン及び／又は少なくとも１つのハロシランを含む反応ガスを、気相堆積反応器の反応空間内に導入することを含む、多結晶シリコンを生成する方法を提供し、ここで、反応空間は、堆積によって上にシリコンが溶着して多結晶シリコン棒を形成する、少なくとも１つの加熱されたフィラメント棒を含む。堆積の間に、シリコン棒の形態学を決定するために、
● 測定領域Ａｍａｘを含む、棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、測定領域Ａｍａｘの第１及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態学指数Ｍは、
に従って決定される。堆積は、Ｍが０～５の値となるように制御されている。
● 測定領域Ａｍａｘを含む、棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、測定領域Ａｍａｘの第１及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態学指数Ｍは、
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素に加えてシラン及び／又は少なくとも１つのハロシランを含む反応ガスを、気相堆積反応器の反応空間内に導入することを含む、多結晶シリコンを生成する方法であって、ここで、前記反応空間は、堆積によって上にシリコンが溶着して多結晶シリコン棒を形成する、少なくとも１つの加熱されたフィラメント棒を含み、ここで、堆積の間に、シリコン棒の形態を決定するために、● 測定領域Ａｍａｘを含む、前記棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、前記測定領域Ａｍａｘの第１部分領域及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態指数Ｍは、
【数1】
ここで、前記堆積は、Ｍが０～４の値を有するように制御されている、方法。
【請求項2】
前記指数Ｍは、０～４の値、好ましくは０．１～３の値、特に好ましくは０．１～２の値を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記指数Ｍは、堆積の間、実質的に一定に保たれる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記指数Ｍの決定は、堆積全体の間に連続的に行われるか、又は堆積の間の種々の時点で不連続的に行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記指数Ｍの決定は、好ましくはシリコン棒の径の特定の伸長に対応する時間間隔で断続的に行われる、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
Ｍを決定するために、同じシリコン棒又は異なるシリコン棒の少なくとも２つのサーモグラフィック画像を作成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記区分は、ランクフィルタ、特に中央値フィルタによって行われる、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記測定領域Ａｍａｘは、１０～３００ｃｍ２、好ましくは３０～２００ｃｍ２、特に好ましくは５０～１５０ｃｍ２のサイズを有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記堆積は、Ｕ、Ｉ、表面温度ＴＯＦ、反応ガス組成及び体積流量を含む群から選択される少なくとも１つのパラメータを変動させることによって制御される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコンを生成する方法に関し、ここで、該方法においてシリコンの形態が指数Ｍに基づいて決定され、かつ該方法はＭが０～５の値になるように制御される。
【背景技術】
【0002】
多結晶シリコン（ポリシリコン）は、例えば、るつぼ引き上げ（チョクラルスキー又はＣＺ処理）によるか又は帯域融解（フロートゾーン法）による、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌ）（単結晶（ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ））シリコンの生成における開始物質として寄与する。単結晶シリコンは、半導体産業において電子部品（チップ）の製造のために使用される。
【0003】
ポリシリコンはまた、例えば、ブロック鋳造プロセスによるマルチ結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコンの生成のためにも必要とされる。ブロックの形態で得られたマルチ結晶シリコンは、太陽電池の製造のためにも使用され得る。
【0004】
ポリシリコンは、シーメンス法－化学蒸着法によって得られ得る。これは、電流の直接経路及びシリコン含有成分と水素とを含む反応ガスの導入による、ベル型反応器（シーメンス反応器）における支持体（通常、ポリシリコンからなる）の加熱を含む。シリコン含有成分は、一般に、モノシラン（ＳｉＨ４）又は一般組成ＳｉＨｎＸ４－ｎ（ｎ＝０、１、２、３；Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）のハロシランである。これは、典型的にはクロロシラン又はクロロシラン混合物であり、通常、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、ＴＣＳ）である。主に、ＳｉＨ４又はＴＣＳは水素との混合物で使用される。代表的なシーメンス反応器の構造は、例として、ＥＰ２０７７２５２Ａ２又はＥＰ２４４４３７３Ａ１に記載されている。反応器の底（底プレート）には、一般に、支持体を受ける電極が配されている。支持体は、慣用的にシリコン製のフィラメント棒（細い棒）である。典型的には、２つのフィラメント棒が架橋（シリコン製）を介して連結し、電極を介した回路を形成する棒対を形成している。フィラメント棒の表面温度は、典型的には、堆積の間、１０００℃を超える。これらの温度で反応ガスのシリコン含有成分は分解し、そして元素シリコンが蒸気相からポリシリコンとして堆積する。結果として、フィラメント棒及び架橋の径が増大する。棒が所定の径に達した後、通常、堆積は停止し、そして得られたポリシリコン棒は取り出される。架橋が取り出された後、ほぼ筒状であるシリコン棒が得られる。
【0005】
ポリシリコンの、すなわちポリシリコン棒及びそこから生成された塊の形態は、一般に、さらなる処理の間の性能に強い影響を有する。ポリシリコン棒の形態は、本来、堆積プロセスのパラメータ（例えば、棒温度、シラン及び／又はクロロシラン濃度、特定の流量）によって決定される。パラメータに依存して、孔及び溝までを含むはっきりした境界面が形成し得る。これらは、一般に、棒の内側に均質には分布しない。対照的に、異なる（通常、同心円の）形態的領域を有するポリシリコン棒が、例えば、ＥＰ２６６２３３５Ａ１に記載されるように、パラメータを変動させることによって形成され得る。形態の棒温度に対する依存性は、例えば、ＵＳ２０１２／０３２２１７５Ａ１において表されている。この文献は、少なくとも１つのポリシリコン棒堆積の間の抵抗測定を介して、表面温度をモニタリングするための方法を記載する。しかし、該方法はシリコンの形態に関する結論を何ら認めず、むしろ均一な形態が不可欠である。
【0006】
ポリシリコンの形態は、緻密かつ滑らかであるものから多孔性で裂け目のあるものまでの範囲に及び得る。緻密なポリシリコンは、実質的に、罅、孔、つなぎ目及び裂け目がない。このタイプのポリシリコンの見かけ密度は、シリコンの真の密度と同等とされ得、又は、少なくとも真の密度の良好な近似値に相当し得る。シリコンの真の密度は、２．３２９ｇ／ｃｍ３である。
【0007】
多孔性で裂け目のある形態は、特にポリシリコンの結晶化作用に対して否定的な結果をもたらす。このことは、単結晶シリコンを生成するためのＣＺ処理において、特に明らかである。この点で、裂け目のある多孔性のポリシリコンの使用は、経済的に受け入れ難い収量をもたらす。ＣＺ処理において、特に緻密なポリシリコンは、一般に、より著しく高い収量をもたらす。しかし、緻密なポリシリコンの生成は、通常、よりゆっくりとした堆積プロセスが必要となるため、よりコストがかかる。加えて、全ての用途で特に緻密なポリシリコンの使用が必要であるわけではない。例えば、ブロック鋳造プロセスによるマルチ結晶シリコンの生成の際の形態の要件は、よりずっと低い。一般に、結晶化プロセス又はそのようなプロセスの特定の形態は、使用された開始物質が限界値を超えない形態を有するポリシリコンである場合に経済的最適条件に達する。
【0008】
したがって、ポリシリコンは純度及び塊サイズによってのみではなく、その形態によっても識別及び分類される。種々のパラメータが用語『形態』の範疇に含まれ得るので、例えば、気孔率（密閉気孔率及び開放気孔率の合計）、特定の表面積、粗さ、光沢及び色彩、形態の再現可能性の決定などは大きな課題となる。特にＷＯ２０１４／１７３５９６Ａ１において提案された堆積後のポリシリコン棒又は断片の視認評価は、表面の形態と著しく異なる可能性があるという欠点を有する。
【0009】
例えば、気孔率の決定のために、試験対象の体積を差異のある方法により決定してもよく、次いで、有効密度を相対密度と比較してもよい。もっとも単純な場合では、試験対象を満水コンテナ内に浸して、あふれ出した水の体積が試験対象の体積に相当する。ポリシリコンに適用する場合、酸化及び夾雑物混入を防ぎ、かつ表面を完全に濡らすために、好適な液体が使用されるべきである。特に、シーメンス法によって生成されたポリシリコン棒の場合、これは２～４ｍの間の長さを有し得るが、これにはかなりの努力が伴う。ポリシリコンの場合の密度測定のための選択肢は、例えば、ＷＯ２００９／０４７１０７Ａ２に記載される。形態のその後の検査の根本的な欠点は、堆積プロセスに影響を及ぼすほど遅く、それにより形態を制御することが難しいことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】欧州特許第２０７７２５２号明細書
【特許文献2】欧州特許第２４４４３７３号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０１２／０３２２１７５号明細書
【特許文献4】国際公開第２００９／０４７１０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、ポリシリコンの生成及び加工をより効率的にするために、堆積の間にポリシリコンの形態を決定するための方法を提供するという目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この目的は、水素に加えてシラン及び／又は少なくとも１つのハロシランを含む反応ガスを、気相堆積反応器の反応空間内に導入することを含む、多結晶シリコンを生成する方法によって、達成される。ここで、反応空間は、堆積によって上にシリコンが溶着して多結晶シリコン棒を形成する、少なくとも１つの加熱されたフィラメント棒を含み、ここで、堆積の間に、シリコン棒の形態を決定するために、
● 測定領域Ａｍａｘを含む、棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、測定領域Ａｍａｘの第１部分領域及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態指数Ｍは、
によって決定される。堆積は、Ｍが０～５の値になるように制御されている。
● 測定領域Ａｍａｘを含む、棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、測定領域Ａｍａｘの第１部分領域及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態指数Ｍは、
【数1】
【発明を実施するための形態】
【0013】
まず、既に記載されている通り、種々の形態を有するポリシリコンは堆積パラメータに依存して形成され得るが、ここで、境界面によって互いに分かれている異なる形態の領域は、同じポリシリコン棒の中で、特にその横断面の径方向に生じてもよい。形態は、ここでは、特に、穴、孔及び溝の頻度及び配置から生じるポリシリコンにおける裂け目の程度を意味すると理解される。形態はまた、互いに及び周囲とつながる全ての空洞と互いにつながっていない空洞との合計からなる、ポリシリコン全体の多孔性を意味すると理解され得る。全体の多孔性、すなわちポリシリコン全体の体積における全ての孔の体積（解放孔及び閉鎖孔）の割合は、ＤＩＮ－ＥＮ １９３６によって決定され得る。
【0014】
堆積の間の孔及び溝の形成は、ポップコーン様の表面構造から明らかである。側面から見ると、ポップコーン表面は、隆起（山）と溝（谷）との蓄積である。隆起及び溝は、堆積の間のその温度の点で異なっている。典型的には、このことは正に平らな表面においてのみ最適な測定結果が達成できるがゆえに、シリコン棒の表面温度ＴＯＦの決定の際の問題となる。しかし、ここで、正にシリコン表面における溝と隆起との間の温度差が、堆積の間の棒の形態に関する結論を下すことができることを見出した。
【0015】
本発明による方法において、形態は、少なくとも１つのサーモグラフィック画像を記録することによって堆積の間に直接的に決定され、ここで、高い温度の表面領域（くぼみ）の画像処理により、低い温度の表面領域から分けられる。次いで、形態指数Ｍが、式Ｉによって算出される。
【0016】
一般に、全体又は塊の形態のポリシリコン棒の、困難かつ通常は不正確な視認分析は、堆積後に必要ではない。サーモグラフィック画像もまた、何らかの場合に表面温度ＴＯＦを決定するために作成されるか、又は少なくとも同じ機器、特に高温計で作成され得るので、装置の要件は非常に低い。したがって、Ｍの決定は、多くの労力なしでプロセス制御のための既存のシステムに組み込まれ得る。プロセス制御のための形態指数Ｍの使用は、品質保証及び生産力の最大化のための実質的な能力を提供する。特に、形態の恒久的なモニタリング及び形態によるプロセス制御は、消費者のニーズに応じて正確にポリシリコンを生成することを可能にする。
【0017】
Ｍは無次元の指数であり、この値が増大すると、ポリシリコン棒がより裂け目が多くなる／多孔性になる。例えば、Ｍが３を超えるポリシリコン棒は、ポップコーンのかなりの部分を有する。Ｍが０の値を有する場合、非常に滑らかな表面を有する棒、すなわち非常に緻密に堆積したポリシリコンに関係する。
【0018】
Ｍが０～４の値、特に、０．１～３の値、特に好ましくは０．１～２の値を有することが、特に好ましい。
【0019】
例えば、タイプＡポリシリコンの生成のために、堆積は、好ましくはＭが０～０．１の値を有するように制御される。タイプＡは一般に非常に緻密であり、半導体の生産のために、特にＣＺ処理のために無転位収量を最大化する目的を意図される。
【0020】
例えば、タイプＢポリシリコンの生成のために、堆積は、好ましくはＭが０．１～１の値を有するように制御される。タイプＢは、一般に中程度の緻密さを有し、特に、コストを最適化した粗製の半導体用途、及び単結晶シリコン（ＣＺ処理）を用いるソーラー用途の需要のために使用される。
【0021】
例えば、特に単結晶シリコンを用いる粗製のソーラー用途に必要とされるタイプＣポリシリコンの生成のために、堆積は、好ましくはＭが１～３の値を有するように制御される。タイプＣはタイプＢよりも緻密ではなく、より安価であり、ＣＺ処理における再充電プロセスに特に好適である。
【0022】
例えば、タイプＤポリシリコンの生成のために、堆積は、好ましくは、Ｍが０．３～５の値を有するように制御される。タイプＤは、高い割合のポップコーンを有する。これは、比較的裂け目の多い表面及び高い多孔性を有する。これは、特に、方向性凝固又はブロック鋳造により、ソーラー用途のためのマルチ結晶シリコンの生成のために使用される。
【0023】
Ｍは、好ましくは、堆積の間、実質的に一定に保たれる。『実質的に』とは、特に、プラス／マイナス０．１である、Ｍについてのセットポイント値からの一時的な偏差が生じ得ることを意味すると理解される。偏差は、任意にプラス／マイナス０．２であってもよい。
【0024】
指数Ｍの決定は、堆積の続く間全体にわたって連続的に起こってもよく、又は堆積の間の種々の時点で、好ましくは同じ時間間隔で不連続的に起こってもよい。Ｍは、好ましくは堆積の特に正確な制御を保証するために連続的に決定される。
【0025】
Ｍの決定はさらに、時間間隔をおいて断続的に行われてもよく、ここで、この時間間隔は、特にシリコン棒の径の特定の伸長に対応し得る。このことは、特定の時間間隔で伸長するシリコン棒の領域（同心円領域）の形態に関する情報を提供する。特定の時間間隔でのＭの計算は、Ｍの時間積分に相当する算出を必要とする。
【0026】
Ｍを決定するために、同じシリコン棒の、特に異なる位置での、少なくとも２つのサーモグラフィック画像が作成されることが好ましい。代替的に又はこれに加えて、１つ以上のサーモグラフィック画像がそれぞれ異なるシリコン棒から作成されてもよい。次いで、形態指数Ｍが、得られた個々の値の平均として算出されてもよい。
【0027】
サーモグラフィック画像の作成は、好ましくはサーモグラフィックカメラ（放射高温計）によって、特に検査窓を通して反応器の外側から行われる。また、ビデオを作成し、次いで好ましくはビデオの個々の画像を画像処理に供することもできる。画像処理は、特に、好ましくはプロセス制御ステーションのシステムに組み込まれる、ソフトウェアを用いて実施されてもよい。
【0028】
反応器の周りの異なる位置に配置された２つ以上のサーモグラフィックカメラを使用することもまた可能である。サーモグラフィックカメラは、好ましくは（反応器の周方向に）並んで、それぞれ検査窓の前に配置される。これらはまた、検査窓の前に、互いに隣り合って配置されても、重なって配置されてもよい。カメラは、異なる高さに位置していてもよい。サーモグラフィック画像の作成は、典型的には検査窓に最も近いシリコン棒において行われる。サーモグラフィック画像が、例えば、棒の中間（架橋と電極との中間）の高さで作成されようと、又は棒の上部３分の１又は下部３分の１の高さで作成されようと、一般に重要ではない。サーモグラフィック画像は、好ましくは棒中間点から作成される。
【0029】
ＴＯＦもまた、サーモグラフィックカメラによって決定され得るので、両値の決定は同じ（単数又は複数の）シリコン棒において決定されてもよい。ＴＯＦ決定に関して、未公開の出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０８１５５１に対してもまた参照され得る。
【0030】
ＴＯＦは、一般に重要な影響を及ぼす変数であり、典型的には堆積の間の変動する電流フローによってモニタリングされ、かつ適合され得る。シリコン棒からの熱流は、棒の径及びそれゆえに表面積が増大するので、原則的に堆積時間と共に増大する。したがって、典型的には堆積の間の電流の強度を適合させる必要がある。
【0031】
径の決定は、好ましくは検査窓を通して反応器の外側から、特にカメラ（例えば、デジタル／ＣＣＤカメラ）を使用して行われる。カメラの位置決め及び径の決定の方法論に関しては、上記の文献及び未公開特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０８１５５１が参照され得る。径の決定は、原則として１つ以上のサーモグラフィック画像を用いて実施され得る。
【0032】
気相堆積反応器内に配置されたシリコン棒／シリコン棒対の数もまた、一般に本発明による方法の実施に重要ではない。気相堆積反応器は、導入部及び、例えば、ＥＰ２６６２３３５Ａ１において記載したように、好ましくはシーメンス反応器である。したがって、フィラメント棒は、好ましくは、シリコン製の架橋を介して棒対につながったシリコン製の２つの細い棒であり、ここで、棒対の２つの自由端は、反応器床にて電極とつながっている。反応器におけるシリコン棒の数の代表的な例は、３６本（１８棒対）、４８本（２４棒対）、５４本（２７棒対）、７２本（３６棒対）又は９６本（４８棒対）である。良好な近似値のために、シリコン棒は、堆積の間の全ての時点で筒状として記載され得る。この細い棒が筒状であるか、又は、例えば、四角であるかどうかは特に関係ない。
【0033】
Ｍが決定される場所である測定領域Ａｍａｘは、好ましくは１０～３００ｃｍ２、好ましくは３０～２００ｃｍ２、特に好ましくは５０～１５０ｃｍ２の大きさを有する。Ａｍａｘは、特に、作成したサーモグラフィック画像の部分に相当する。しかし、Ａｍａｘはまた、サーモグラフィック画像全体に相当してもよい。シリコン棒の径の増大に伴う曲率の変化は、Ａｍａｘを特定する際に無視し得る。
【0034】
第１部分領域Ａｔ及び第２部分領域Ａｐへの測定領域Ａｍａｘの区分は、好ましくはランクフィルタ、特に中央値フィルタによって行われる。これは、例えば、３０＊３０ピクセルの中央値フィルタ（考慮するピクセルの環境の大きさが３０＊３０ピクセルである）であってもよい。他の中央値フィルタもまた使用され得る。
【0035】
２つの画像の分割（平滑化画像によって分割された元画像）は、中央値からの局所的偏差を与える。これに続き、０未満による分離を行い、ポップコーン（隆起）の部分領域を得る。より小さな構造は任意に削除されてもよく、かつ「穴」は標準的画像処理アルゴリズムを用いて（例えば、ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｌｉｂｒａｒｙ：Ｄｉｌａｔｅ，Ｅｒｏｄｅ，Ｆｉｌｌ Ｈｏｌｅｓ，Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｏｂｊｅｃｔｓからのコマンドによって）塞がれてもよい。穴は、一般に画像処理からのアーチファクトである。次いで、マスクを使用し、隆起（ポップコーン）及び溝（谷）を、測定機器によって作成されたサーモグラフィック画像（温度アレイ）のフィルタリング／分離によって分離する。次いで、それぞれの場合において温度Ｔｔ及びＴｐは、分離によって得られた２つのサーモグラフィック画像（温度アレイ）からの中央値評価によって決定され得る。
【0036】
第１部分領域Ａｔは、溝（谷）によって占められる領域に相当し、温度Ｔｔを有する。第２部分領域Ａｐは、隆起（山）によって占められる領域に相当し、温度Ｔｐを有する。
【0037】
シリコン表面における溝と隆起との間の温度差は、典型的には３０℃であってもよい。堆積の間の表面温度ＴＯＦは、典型的には９５０℃～１２００℃の範囲内である。
【0038】
堆積は、好ましくは、Ｕ、Ｉ、ＴＯＦ、反応ガス組成及び体積流量を含む群から選択される少なくとも１つのパラメータの変動によって制御される。
【0039】
Ｉ（棒電流）は、フィラメント棒／シリコン棒が加熱されている（ジュール熱）電流強度である。Ｕは、棒電流を発生させるためにシリコン棒又はフィラメント棒の末端を横切って適用される電圧である。Ｕ及びＩは、市販の測定機器を用いて測定され得る。体積流量は、典型的には、例えば、ＤＩＮ ＥＮ １３４３に準拠して、反応ガスの反応器への導入より前に測定される。Ｕ、Ｉ、ＴＯＦ及び体積流量は、通常、常に表示されており、任意にプロセス制御ステーションにてプロットされる。このことは、一般にプロセス制御ステーションへの連続的又は不連続的なフィードバックによってなされ、ここで、パラメータは、このようにＭについての所望の標的値を達成するために、所定の形態指数Ｍに従って適合させられる。
【0040】
電圧Ｕ（棒対あたり）は、好ましくは５０～５００Ｖ、特に好ましくは５５～２５０Ｖ、特に６０～１００Ｖの範囲内である。
【0041】
電流強度Ｉ（棒対あたり）は、好ましくは５００～４５００Ａ、特に好ましくは１５００～４０００Ａ、特に２５００～３５００Ａの範囲内である。
【0042】
反応器内への導入前に、反応ガスは、好ましくは水素を、５０％～９０％、好ましくは６０％～８０％の割合で含む。反応ガスの組成は、反応器に供給される前に、ラマン分光法及び赤外線分光法を介して、及びまたガスクロマトグラフィーを介して決定され得る。
【0043】
反応ガスの体積流量（ＤＩＮ ＥＮ １３４３に準拠して測定され得る）は、好ましくは１５００～９０００ｍ３／ｈ、特に好ましくは３０００～８０００ｍ３／ｈである。
【0044】
広範な種々の質のポリシリコン（例えば、タイプＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ）が、堆積を制御することによって生成可能である。例えば、種々の形態の同心円領域を有するシリコン棒もまた生成され得る。堆積プロセス全体は、反応器の最も経済的な操作を常に選択するために、特定の品質要件に特に有利に適合させ得る。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【実施例】
【0046】
実施例１
図１は、例示的なサーモグラフィック画像Ａを示す。これを、シーメンス反応器内のシリコン棒から、架橋と電極との間の半ばの高さで、検査窓を通して赤外線カメラによって記録した。シリコン棒は、検査窓に非常に近接していた。記録を、約９０時間の堆積時間の後に実施した。シーメンス反応器を２４棒対に適合させ、ここで、フィラメント棒は２．５ｍの長さ（架橋と電極との間の長さ）を有した。タイプＣポリシリコンを堆積させた。それに応じて、Ｍは、１～３の値を有するものであった。測定領域Ａｍａｘは、破線の内側の領域に対応する。
図１は、例示的なサーモグラフィック画像Ａを示す。これを、シーメンス反応器内のシリコン棒から、架橋と電極との間の半ばの高さで、検査窓を通して赤外線カメラによって記録した。シリコン棒は、検査窓に非常に近接していた。記録を、約９０時間の堆積時間の後に実施した。シーメンス反応器を２４棒対に適合させ、ここで、フィラメント棒は２．５ｍの長さ（架橋と電極との間の長さ）を有した。タイプＣポリシリコンを堆積させた。それに応じて、Ｍは、１～３の値を有するものであった。測定領域Ａｍａｘは、破線の内側の領域に対応する。
【0047】
画像Ｂ及び画像Ｃは、サーモグラフィック画像の区分の結果を示す。ソフトウェアＬａｂＶＩＥＷ（Ｆａ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）及び中央値フィルター（３０＊３０ピクセル）を使用して、部分領域Ａｐ（画像Ｂ、破線内の白における隆起、温度Ｔｐ＝１０２７℃）と部分領域Ａｔ（画像Ｃ、破線内の白における溝、温度Ｔｔ＝１０３３℃、Ａｔ＝２０ｃｍ２）への区分を行った。測定領域Ａｍａｘは、５７ｃｍ２であった。堆積時間のこの時点で、式Ｉに従ってＭは２．１であり、これはポリシリコンタイプＣについての標的値範囲内であった。
【0048】
実施例２：
図２は、２つの異なる堆積プロセスについての、すなわち２つの異なるポリシリコン品質についての、シリコン棒径ｄ［ｍｍ］に対するＭのプロフィールをプロットする。上の曲線はタイプＤの生成に関する。下の曲線はタイプＣの生成に関する。タイプＣはタイプＤより緻密であり、より繊細な用途のために使用される。タイプＣはＭについて１～３の値を有するべきであり、他方でタイプＤは３～５の値を有するべきである。両プロセスを、同じシーメンス反応器内で、しかし、Ｕ、Ｉ、ＴＯＦ、反応ガス組成及び体積流量を含む群からの少なくとも１つのパラメータについては異なる設定で行った。Ｍの決定を、堆積時間全体の間、連続的に行った。デジタルカメラ及び画像処理によって、２つの棒に対して棒径を決定した。
図２は、２つの異なる堆積プロセスについての、すなわち２つの異なるポリシリコン品質についての、シリコン棒径ｄ［ｍｍ］に対するＭのプロフィールをプロットする。上の曲線はタイプＤの生成に関する。下の曲線はタイプＣの生成に関する。タイプＣはタイプＤより緻密であり、より繊細な用途のために使用される。タイプＣはＭについて１～３の値を有するべきであり、他方でタイプＤは３～５の値を有するべきである。両プロセスを、同じシーメンス反応器内で、しかし、Ｕ、Ｉ、ＴＯＦ、反応ガス組成及び体積流量を含む群からの少なくとも１つのパラメータについては異なる設定で行った。Ｍの決定を、堆積時間全体の間、連続的に行った。デジタルカメラ及び画像処理によって、２つの棒に対して棒径を決定した。
【0049】
両プロセスを、非常に緻密なシリコン製のフィラメント棒に特に起因する、０に近いＭの値を有する緻密に堆積したポリシリコンで開始する。タイプＤの生成のために、堆積の開始後すぐにＭについて比較的急峻なプロフィールを選択した。約３．５のＭの標的レベルは、棒径約９０ｍｍにて早くも達成した。幾分多孔性であるポリシリコンに向かう急峻なプロフィールを、特に、表面温度、ガス組成及び／又は体積流量を変えることによって達成した。続いて、Ｍを３．５～３．９の間（平均約３．７）の値に合わせた。
【0050】
タイプＣの生成についても、約１．５の標的値を約９０ｍｍにて達成した。上述のパラメータの制御を適宜適合させた。残りの堆積時間について、Ｍは平均１．６で一定に保たれた。
【0051】
広範な種々のポリシリコンタイプを生成するために、指数Ｍを用いていかに簡便に堆積が制御され得るかは、この実施例から明らかである。
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2020-07-31
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素に加えてシラン及び／又は少なくとも１つのハロシランを含む反応ガスを、気相堆積反応器の反応空間内に導入することを含む、多結晶シリコンを生成する方法であって、ここで、前記反応空間は、堆積によって上にシリコンが溶着して多結晶シリコン棒を形成する、少なくとも１つの加熱されたフィラメント棒を含み、ここで、堆積の間に、シリコン棒の形態を決定するために、● 測定領域Ａｍａｘを含む、前記棒の表面の少なくとも１つのサーモグラフィック画像が作成され、
● 画像処理により、前記測定領域Ａｍａｘの第１部分領域及び第２部分領域への区分が行われ、ここで、第１部分領域Ａｔは、局所的平均温度値と比べて比較的高い温度Ｔｔに対応し、かつ第２部分領域Ａｐは、局所的平均温度値と比べて比較的低い温度Ｔｐに対応し、そして
● 形態指数Ｍは、
【数1】
ここで、Ｕ、Ｉ、表面温度Ｔ ＯＦ 、反応ガス組成及び体積流量を含む群から選択される少なくとも１つのパラメータを変動させることによって、前記堆積は、Ｍが０～４の値を有するように制御され、ここで、Ｕは５０～５００Ｖの範囲であり、Ｉは５００～４５００Ａの範囲であり、Ｔ ＯＦ は９５０℃～１２００℃の範囲であり、前記体積流量は１５００～９０００ｍ３／ｈの範囲であり、かつ、前記反応器内への導入前の前記反応ガスは水素を５０％～９０％の割合で含む、方法。
【請求項2】
前記指数Ｍは、０．１～３の値、特に好ましくは０．１～２の値を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記指数Ｍは、堆積の間、実質的に一定に保たれる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記指数Ｍの決定は、堆積全体の間に連続的に行われるか、又は堆積の間の種々の時点で不連続的に行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記指数Ｍの決定は、好ましくはシリコン棒の径の特定の伸長に対応する時間間隔で断続的に行われる、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
Ｍを決定するために、同じシリコン棒又は異なるシリコン棒の少なくとも２つのサーモグラフィック画像を作成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記区分は、ランクフィルタ、特に中央値フィルタによって行われる、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記測定領域Ａｍａｘは、１０～３００ｃｍ２、好ましくは３０～２００ｃｍ２、特に好ましくは５０～１５０ｃｍ２のサイズを有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】