DE112005003549B4

DE112005003549B4 - Verfahren zur Herstellung von Siliziumblöcken und Siliziumwafern

Info

Publication number: DE112005003549B4
Application number: DE112005003549T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Morikawa; Shoichi Karakida; Takafumi Kawasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: US7591712B2; JPWO2006120736A1; JP5079508B2; US20080223351A1; DE112005003549T5; WO2006120736A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern (1), enthaltend die Schritte:
1) Ausschneiden eines Siliziumblocks (2), welcher eine vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit aufweist, aus einem Siliziumbarren (4) unter Verwendung eines Siliziumbarrenschneideslurrys; und
2) Ausschneiden von Siliziumwafern (1), welche jeweils eine vorbestimmte Dicke aufweisen, aus dem Siliziumblock (2),
wobei das Siliziumbarrenschneideslurry Schleifkörner und eine alkalische Substanz enthält;
das Slurry ein organisches Amin in einem Massenverhältnis von 0,5 bis 5,0 bezüglich Wasser in den flüssigen Komponenten des Slurrys enthält;
das Slurry bei einem pH-Wert von 12 oder mehr und einer Temperatur von 65 bis 95 Grad C verwendet wird; und
die vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit gleich oder geringer eingestellt wird als ein oberer Wert eines Bereichs, in welchem eine Substratbeschädigungsverbesserungsrate 80% oder mehr wird.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumblöcken aus einem polykristallinen Barren und zur Produktion eines Siliziumwafers zur Verwendung für eine Solarbatterie aus den hergestellten Siliziumblöcken.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Polysiliziumwafer, die zur Herstellung von Solarbatterien verwendet werden, werden hergestellt, indem aus einem quadratischen Prisma ein Polysiliziumbarren hergestellt wird, von dem Polysiliziumbarren eine Vielzahl von Polysiliziumblocks unter Verwendung einer Bandsäge usw. ausgeschnitten werden, jeder in der Form eines quadratischen Prismas und indem weiterhin jeder Polysiliziumblock in viereckige Platten zu Scheiben geschnitten wird.
Wenn eine Bandsäge verwendet wird, um die Siliziumblöcke aus dem Siliziumbarren zu schneiden, können Oberflächen der Blöcke beschädigt werden, und wenn Siliziumwafer hergestellt werden, ohne derartig beschädigte Teile zu entfernen, entsteht das Problem, dass Brüche in den folgenden Prozessen nach der Herstellung der Siliziumwafer entstehen können, was zu einer Reduktion des Ertrags der Produkte führt. Folglich werden die Seitenoberflächen der Siliziumblöcke mechanisch poliert (siehe z. B. das erste Patentdokument).
Die Druckschrift JP 2005-088394 A beschreibt ein Slurry zum Schneiden von Siliziumbarren. Das Slurry enthält dabei Schleifkörner und eine basische Substanz und weist insgesamt einen pH-Wert von 12 oder mehr auf.
Erstes Patentdokument: Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2004-6997
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN
Zuallererst wird ein alkalisches Slurry verwendet, um die Beschädigung der konventionell hergestellten Blockoberflächen auf ein Minimum zu unterdrücken, wenn die Siliziumblöcke von dem Siliziumbarren ausgeschnitten werden. Wie im technischen Hintergrund beschrieben, kann dann das Phänomen beobachtet werden, dass, selbst wenn mechanisches Polieren auf die Seitenflächen der Siliziumblöcke angewendet wird, so dass die Oberflächenrauhigkeit nach dem Polieren 8 μm oder weniger beträgt, eine Beschädigung des Substrats zum Zeitpunkt der Herstellung einer Solarbatterie, welche Siliziumwafer verwendet, auftreten kann, so dass der Ertrag des Produkts reduziert werden könnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Siliziumblocks und Siliziumwafern zur Verfügung zu stellen, in welchem der Ertrag der Produkte verbessert werden kann, indem das Verhältnis zwischen dem Zustand von Siliziumwafern und Brüchen untersucht wird.
MAßNAHMEN ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumblocks entsprechend einem ersten Schritt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zum Schneiden eines Siliziumbarrens unter Verwendung eines Siliziumbarrenschneideslurrys, das Schmirgelkörner und eine alkalische Substanz enthält, worin der Inhalt der alkalischen Substanz mindestens 3,5 Masse-% bezüglich der Masse der gesamten flüssigen Komponenten des Slurrys beträgt; das Slurry enthält ein organisches Amin in einem Massenverhältnis von 0,5 bis 5,0 bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys; der pH-Wert des Slurrys ist 12 oder höher; und das Slurry wird bei einer Temperatur von 65 bis 95°C verwendet.
Zusätzlich besteht ein Siliziumblock entsprechend der vorliegenden Erfindung in einem Siliziumblock, der aus einem Siliziumbarren ausgeschnitten und in einem zweiten Schritt in eine Vielzahl von Siliziumwafern geschnitten wird, von denen jeder eine vorgegebene Dicke hat, unabhängig davon, ob der besagte alkalische Schlicker verwendet wird, wobei die Oberflächenrauhigkeit einer Seitenoberfläche des Siliziumblocks, korrespondierend zu einer Kantenfläche jedes der Siliziumwaferscheiben, die je eine Dicke von 280 μm haben, kleiner ist als 3 μm.
Darüberhinaus ist die Oberflächenrauhigkeit einer Seitenfläche des Siliziumblocks, korrespondierend zu einer Kantenfläche jedes der Siliziumwaferscheiben, die je eine Dicke von 240 μm haben, 1 μm oder weniger.
EFFEKT DER ERFINDUNG
In einem Siliziumblock entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Oberflächenrauhigkeit einer Schnittfläche des aus einem Siliziumbarren ausgeschnittenen Siliziumblocks fein gemacht werden, indem erreicht wird, dass der Anteil der alkalischen Substanz mindestens 3,5 Massen-% bezüglich der Masse der gesamten flüssigen Komponenten des Slurrys ist und das Slurry ein organisches Amin von 0,5 bis 5 eines Massenverhältnisses bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys enthält, und indem der pH-Wert des Slurrys auf 12 oder mehr eingestellt wird.
Weiterhin wird ein Siliziumblock derart aus einem Siliziumbarren ausgeschnitten, dass die Oberflächenrauhigkeit einer Seitenfläche des Siliziumblocks korrespondierend zu einer Kantenfläche jeder der in Scheiben geschnittenen Siliziumwaferscheiben, die je eine Dicke von 240 μm haben, 1 μm oder weniger ist, unabhängig von der Verwendung eines solchen alkalischen Slurrys, und dass die Oberflächenrauhigkeit einer Seitenoberfläche des Siliziumblocks korrespondierend zu einer Kantenfläche einer jeden der Siliziumwaferscheiben, wobei jede eine Dicke von 280 μm hat, weniger ist als 3 μm oder weniger. Als ein Ergebnis ist im Falle der Herstellung einer Solarbatterie der Schaden eines Substrats klein, ähnlich zu dem Fall, dass eine Solarbatterie aus Siliziumwafern geformt wird, die auf eine Dicke von 330 μm in Scheiben geschnitten sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Ansicht, die die Weise zeigt, in welcher ein Siliziumbarren zu Siliziumblocks geschnitten wird.
2 ist eine Ansicht, die die Weise zeigt, in welcher ein Siliziumblock in Siliziumwafer geschnitten wird.
3 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen der Oberflächenrauhigkeit und der Rate der Verbesserung einer Seitenfläche eines Siliziumblocks zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 ist eine Ansicht, die die Weise zeigt, in der in der vorliegenden Erfindung ein Siliziumbarren in Siliziumblocks geschnitten wird und 2 ist eine Ansicht, die die Weise zeigt, in der in der vorliegenden Erfindung ein Siliziumblock in Siliziumwafer geschnitten wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Charakteristik eines Halbleiterblocks assoziiert mit der Herstellung von in der Herstellung von Solarbatterien verwendeten Polysiliziumhalbleiterwafern. Auch wenn Silizium im Allgemeinen als solcher Halbleiter weit verbreitet ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf Galliumarsenidlegierungen, Germanium, Siliziumcarbidlegierungen und dergleichen angewandt werden.
In der folgenden Erklärung wird anhand des Beispiels Polysilizium beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, werden Polysiliziumblöcke 2 durch Schneiden eines Polysiliziumbarrens 4 hergestellt, während die Schneideausrüstung mit einem Siliziumbarrenschneideslurry versorgt wird. Die Polysiliziumblöcke 2 werden hergestellt, indem der Polysiliziumbarren 4 in einer solchen Weise geschnitten wird, dass die Polysiliziumblöcke eine gewünschte Querschnittsform haben. Normalerweise ist eine solche Form ein quadratisches Prisma und der Polysiliziumbarren 4 wird hergestellt, indem Polysiliziumpulver in ein quadratisches Prisma mittels eines Gießverfahrens gegossen wird.
Das Siliziumbarrenschneideslurry entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält Schleifkörner und eine alkalische Substanz. Der Inhalt der alkalischen Substanz ist mindestens 3,5 Masse-% bezüglich der Masse der gesamten flüssigen Komponenten des Slurrys, und das Slurry enthält weiterhin organische Amine in einem Massenverhältnis von 0,5 bis 5 bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys, wobei der pH-Wert des Slurrys 12 oder höher ist.
Zusätzlich können die Schleifkörner jedes Material sein, das im Allgemeinen als Schleifmittel verwendet wird, und es können z. B. aufgezählt werden, Siliziumcarbid, Ceroxid, Diamant, Bornitrid, Aluminiumoxid, Zirkon, Siliziumdioxid usw., und diese Substanzen können unabhängig voneinander oder in Kombination von zwei oder mehr Arten hiervon verwendet werden. Die Verbindungen, die für solche Schleifkörner verwendet werden können, sind auf dem Markt erhältlich und spezifisch werden die Handelsnamen GC (Green Silicon Carbide) und C (Black Silicon Carbide) (hergestellt von Fujimi Incorporated) als Siliziumcarbid aufgezählt, und Handelsnamen FO (Fujimi Optical Emery), A (Regular Fused Alumina), WA (White Fused Alimina) und PWA (Platelet Calcined Alimina) (hergestellt von Fujimi Incorporated) usw. werden als Aluminiumoxid aufgezählt.
Obwohl nicht speziell beschränkt, liegt die mittlere Teilchengröße der Schleifteilchen vorzugsweise zwischen 1 μm und 60 μm und bevorzugter zwischen 5 μm und 20 μm. Wenn die mittlere Teilchengröße der Schleifteilchen kleiner ist als 1 μm, wird die Geschwindigkeit des Schneidens merklich langsam und ist deshalb nicht praktikabel, wohingegen wenn die mittlere Teilchengröße der Schleifteilchen 60 μm übersteigt, die Oberflächenrauhigkeit der Seitenflächen des Siliziumblocks 2 nach dem Schneiden groß werden kann, so dass es nicht wünschenswert ist.
Auch, obwohl nicht speziell begrenzt, liegt der Anteil der Schleifteilchen vorzugsweise zwischen 20 Masse-% und 60 Masse-% bezüglich der Masse des gesamten Siliziumbarrenschneideslurries. Hier beachte man, dass, wenn der Anteil der Schleifteilchen weniger als 20 Masse-% ist, die Schneidegeschwindigkeit langsam und nicht praktisch werden kann, wohingegen wenn der Anteil der Schleifteilchen 60 Masse-% übersteigt, die Viskosität des Schlickers übermäßig groß wird, so dass das Slurry nicht einfach in die Schleifschnittstelle eingeführt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung kann als alkalische Substanz jedes Material verwendet werden, das im Slurry als Base agiert, und z. B. können Metallhydroxide aufgezählt werden. Spezifischer können Alkalimetallhydroxide wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und dergleichen, und alkalische Erdenhydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid und dergleichen, aufgezählt werden und diese können unabhängig voneinander oder in Kombination von zwei oder mehreren hiervon verwendet werden. Unter diesen sind die Alkalimetallhydroxide vom Standpunkt ihrer Reaktivität mit dem Siliziumbarren 4 aus bevorzugt.
Der Inhalt einer alkalischen Substanz beträgt zumindest 3,5 Masse-% und vorzugsweise zumindest 4,0 Masse-% bezüglich der Masse der gesamten flüssigen Komponenten des Siliziumbarrenschneideslurrys und vorzugsweise 30 Masse-% oder weniger und bevorzugter 20 Masse-% oder weniger. Für den Fall, dass der Anteil der alkalischen Substanz zu klein ist, wird der Schneidewiderstand nicht hinreichend vermindert, wohingegen in dem Fall, dass der Anteil der alkalischen Substanz zu groß ist, der pH-Wert des Slurrys gesättigt ist, so dass der Schneidewiderstand nicht in einem solchen Ausmaß reduziert ist wie in Hinblick auf den steigenden Betrag der Zugabe hiervon zu erwarten ist, was in einer gesteigerten Verschwendung in den Kosten resultiert und daher sind beide dieser Fälle nicht wünschenswert.
Das Siliziumbarrenschneideslurry nach der vorliegenden Erfindung enthält ein organisches Amin anders als die Schleifkörner. In der vorliegenden Erfindung ist das organische Amin verschieden von konventionellen Verdickern wie Suntan Gummi, Polyvinylalkohol usw., und verhält sich wie eine Substanz, die dazu dient, die chemische Aktivität des Slurrys zu erhöhen und die Änderung der Viskosität des Slurrys während der Schneideoperation zu unterdrücken. Als solches organisches Amin kann jedes wohlbekannte Amin ohne jede Beschränkung verwendet werden, und es werden z. B. Alkanolamine wie Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin, aliphatische Amine, alicyclische Amine und aromatische Amine aufgezählt. Diese können unabhängig voneinander oder in Kombination von zwei oder mehr Arten hiervon verwendet werden. Unter diesen sind Alkanolamine bevorzugt und Triethanolamine sind vom Standpunkt der Kosten und der Einfachheit der Handhabung her bevorzugt.
Der Anteil der organischen Amine in dem Slurry hat ein Massenverhältnis im Bereich von 0,5 bis 5 bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys und vorzugsweise im Bereich von 1,0 und 4,0. Im Fall, dass das Massenverhältnis des organischen Amins bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys weniger als 0,5 ist, kann nicht nur die Veränderung der Viskosität des Slurrys während der Schneideoperation nicht in einem befriedigendem Maß unterdrückt werden, sondern wird auch die anfängliche Viskosität des Slurrys klein, und daher ist ein solcher Fall nicht wünschenswert. Zusätzlich hat das organische Amin keine so starke Basizität wie alkalische Substanzen, weshalb der pH-Wert des Slurrys sich nicht stark ändert unter einer Art von Pufferwirkung, wenn das Massenverhältnis des organischen Amins bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys 5,0 oder weniger ist. Wenn allerdings das Massenverhältnis des organischen Amins bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys den Wert 5,0 übersteigt, wird die chemische Aktivität des Slurrys gedämpft, um die Schneidegeschwindigkeit zu reduzieren, und dies ist daher unerwünscht.
Zusätzlich ist, auch wenn die anfängliche Viskosität des Siliziumbarrenschneideslurrys entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht besonders beschränkt ist, eine Viskosität zwischen 50 und 120 mPa·s bei der Verwendung eines rotierenden Viskosimeters (z. B. einem programmierbaren Rheometer DV-III hergestellt von Brookfield Engineering) bei 90 Grad C und bei einer Scherrate von 57,6 [s^–1] bevorzugt. Wenn die anfängliche Viskosität des Siliziumbarrenschneideslurrys zu klein ist, wird das auf einen Draht beschichtete Slurry anfällig dafür, leicht herunterzutropfen, wohingegen, wenn die anfängliche Viskosität zu hoch ist, der Betrag (Anteil) von Slurry, der auf den Siliziumbarrenschneideteil gebracht wird, klein wird. Auch ist, obwohl die Viskosität des Slurrys während der Schneideoperation nicht besonders beschränkt ist, eine Viskosität von gleich oder weniger als 160 mPa·s bei Verwendung eines Rotationsviskosimeters (z. B. einem programmierbaren Rheometer DV-III hergestellt von Brookfield Engineering) bei 90 Grad C und einer Scherrate von 57,6 [s^–1] bevorzugt, und eine Viskosität von gleich oder weniger als 120 mPa·s ist weiter bevorzugt. Wenn die Viskosität des Slurrys während der Schneideoperation zu hoch ist, kann die gleichmäßige Verteilung des Slurrys in der Siliziumbarrenschneidesektion gestört werden, so dass die Schneidegeschwindigkeit reduziert werden kann und der Draht gebrochen werden könnte.
In der vorliegenden Erfindung kann Wasser, ein wohlbekanntes Kühlmittel und eine Mischung hiervon als flüssige Komponenten des Slurrys verwendet werden. Das hier verwendete Wasser ist vorzugsweise eines, das einen kleinen Verunreinigungsanteil hat, aber ist nicht hierauf beschränkt. Insbesondere werden reines Wasser, extra reines Wasser, Stadtwasser, Industriewasser usw. aufgezählt.
Auch ist, obwohl nicht besonders beschränkt, der Anteil des Wassers vorzugsweise zwischen 10 Masse-% und 40 Masse-% bezüglich der Masse des gesamten Siliziumbarrenschneideslurrys.
Zusätzlich kann das Kühlmittel eines sein, das allgemein als Schneideunterstützungsmischung verwendet wird, enthaltend Polyethylenglykol, Bezotriazole, Ölsäure usw. Solch ein Kühlmittel ist kommerziell auf dem Markt erhältlich und es können insbesondere Handelsnamen wie Multirikanol (hergestellt von Rikashokai Co., Ltd.), Lunacoolant (hergestellt von Ohtomo Chemical Ins., Corp.) usw. aufgezählt werden.
Auch beträgt, obwohl nicht besonders beschränkt, der Anteil des Kühlmittels vorzugsweise zwischen 10 Masse-% und 40 Masse-% bezüglich der Masse des gesamten Siliziumbarrenschneideslurrys.
Das Siliziumbarrenschneideslurry entsprechend der vorliegenden Erfindung hat durch ein basisches Material darin eine starke Basizität. Entsprechend ist die Siliziumbarrenschneideschnittstelle durch die im folgenden Ausdruck (1) gezeigte Reaktion geschwächt und gleichzeitig durch die Schleifkörner poliert. Si + 4H₂O → Si(OH)₄ + 2H₂ (1)
Wie aus dem obigen Ausdruck ersichtlich, wird die Reaktion des Siliziums umso mehr unterstützt, je höher der pH-Wert des Slurrys (und je stärker die Basizität hiervon) ist. Daher hat das Siliziumbarrenschneideslurry entsprechend der vorliegenden Erfindung einen pH-Wert von 12 oder mehr, vorzugsweise 13 oder mehr. Wenn der pH-Wert des Slurrys zu klein ist, ist die Reaktions(schwächungs)geschwindigkeit des Siliziums klein und die Schneidegeschwindigkeit kann nicht verbessert werden, so dass dies nicht erwünscht ist.
Darüberhinaus wird das Siliziumbarrenschneideslurry der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur von 65°C bis 95°C verwendet. Wenn die Temperatur, bei welcher das Slurry verwendet wird, kleiner ist als 65°C wird die Reaktion nicht aktiviert und der Schneidewiderstand wird nicht in befriedigendem Maße vermindert, wohingegen, wenn die Temperatur 95°C überschreitet, Wasser, welches für die Reaktion notwendig ist, unzureichend ist wegen der Verdampfung der flüssigen Komponenten (hauptsächlich Wasser) im Slurry, so dass der Schneidewiderstand steigt, was nicht wünschenswert ist.
Eine Vielfalt von Arten von wohlbekannten Zusätzen kann dem Siliziumbarrenschneideslurry der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit dem Zweck zugegeben werden, die Qualität der Produkte zu erhalten und ihre Performance zu stabilisieren oder in Übereinstimmung mit der Art, der Verarbeitungsbedingung usw. des Siliziumbarrens 4. Als solche Zusätze können z. B. Befeuchtungsmittel, Schmiermittel, Korrosionsverhinderer, chelatisierende Reagenzien, wie Natrium-Ethylendiamintetraacetat und Schleifkörner, Dispersionshilfsstoffe, wie Bentonit, aufgezählt werden.
Das Siliziumbarrenschneideslurry der vorliegenden Erfindung kann durch Mischen der oben genannten einzelnen Komponenten im gewünschten Verhältnis hergestellt werden. Das Verfahren zum Mischen der einzelnen Komponenten ist beliebig und kann z. B. dadurch geschehen, dass sie mit einem Flügeltyprührwerk gerührt werden. Auch die Mischungsreihenfolge der einzelnen Komponenten ist beliebig und zusätzlich kann das so hergestellte Siliziumbarrenschneideschlurry weiterer Verarbeitung, wie z. B. Filterverarbeitung, Ionenaustauschverarbeitung usw. unterzogen werden, mit dem Zweck der Verfeinerung usw..
In dem Verfahren zum Schneiden des Siliziumbarrens 4 entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidegerät verwendet. Als solch ein hier verwendeter Schneideapparat kann jeder beliebige Schneideapparat verwendet werden, aber es werden dort z. B. eine Bandsäge, eine Drahtsäge, eine Multibandsäge, eine Multidrahtsäge, ein äußeres peripheres Kantenschneidegerät und ein inneres peripheres Kantenschneidegerät aufgezählt. Wenn ein Barren mit einem großen Durchmesser von 50 cm oder mehr z. B. geschnitten wird, ist die Drahtsäge unter diesen Säge- und Schneidegeräten besonders bevorzugt. Dies ist deshalb, weil der Barren mit einem kleinen Schneiderand verglichen mit den anderen Schneidegeräten geschnitten werden kann.
Ein Polysiliziumwafer 1 wird durch in Scheiben schneiden eines Polysiliziumblocks 2 in eine gewünschte Dicke unter Verwendung eines Drahtes 3 hergestellt, wie in 2 gezeigt. Normalerweise ist der so hergestellte Wafer eine rechteckige Platte.
Hier wird eine Erklärung eines Evaluationsmaßes für die Oberflächenrauhigkeit einer Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 gegeben. Es wird hier bemerkt, dass eine maximale Höhe Ry als die Oberflächenrauhigkeit verwendet wird. Darüberhinaus wird die maximale Höhe Ry unter Verwendung eines SURFCOM480M, hergestellt von Tokyo Seimitsu Co., Ltd., unter den folgenden Bedingungen gemessen: Ein Stiftdurchmesser ist 5 μm (ein Kegel bei 90 Grad C); eine Evaluationslänge ist 2 mm; eine Messgeschwindigkeit ist 0,6 mm; und ein Cutoffwert ist 0,25 mm. Zusätzlich ist die zu messende Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 eine Seitenoberfläche, die übrig bleibt als eine Kantenfläche des Siliziumwafers 1 erhalten durch Inscheibenschneiden des Siliziumblocks. Zum Beispiel sind es im Falle eines quadratischen Prismas vier Seitenoberflächen und im Falle einer kreisförmigen Säule eine seitenumfängliche Oberfläche.
Eine Beschädigungs- oder Fehlerrate Y ist das Verhältnis eines Anteils von Siliziumwafern 1, die beschädigt sind, wenn eine Solarbatterie unter Verwendung der Siliziumwafer 1, die durch Inscheibenschneiden eines einzelnen Siliziumblocks 2 erhalten wurden, hergestellt wird.
Auch wird eine Fehlerrate Y (0,8, 330), die erhalten wird, wenn eine Solarbatterie unter Verwendung der Siliziumwafer 1 hergestellt wurde, von denen jeder eine Dicke t von 330 μm hat, die aus einem Siliziumblock 2 mit einer Seitenoberfläche, die eine Oberflächenrauhigkeit Ry von 0,8 μm hat, ausgeschnitten wurden, und deren Fehlerrate die kleinste ist, 0 gesetzt. Zusätzlich wird eine Fehlerrate Y (3,5, 240), die erhalten wird, wenn eine Solarbatterie unter Verwendung von Siliziumwafern 1 hergestellt wurde, von denen jeder eine Dicke t von 240 μm hat, die aus einem Siliziumblock 2 mit einer Seitenoberfläche, die eine Oberflächenrauhigkeit von Ry von 3,5 im hat, ausgeschnitten wurden, und deren Fehlerrate die höchste ist, auf 1 gesetzt.
Eine Substratbeschädigungsverbesserungsrate I während der Herstellung einer Solarbatterie kann daher aus dem folgenden Ausdruck (2) mit einer Fehlerrate A (Ry, t) erhalten werden, wenn die Oberflächenrauhigkeit Ry der Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 und die Dicke t des Siliziumwafers 1 variabel gemacht werden, gesetzt als Relativwert zwischen 1 und 0 wie oben dargestellt. I = {A(3,5, 240) – A(Ry, t)}/{A(3,5, 240) – A(0,8, 330)} (2)
Experimente wurden unter den oben genannten experimentellen Bedingungen ausgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Zustand des Siliziumwafers und Brüchen zu untersuchen, und die Häufigkeit vom Auftreten von Brüchen in der Nachbehandlung wurde überprüft. Man beachte hier, dass die Häufigkeit des Auftretens von Brüchen repräsentiert wird durch Ersetzung dieser mit der oben genannten Substratbeschädigungsverbesserungsrate.
In diesem Experiment wurden zuerst sechs Arten von Siliziumblöcken 2 hergestellt, die Oberflächenruhigkeiten Ry ihrer Seitenoberflächen von 0,8; 0,9; 2,6; 3,0; 3,5 bzw. 4,3 μm haben. Dann wurden Siliziumwafer 1 aus diesen Siliziumblocks 2 ausgeschnitten, die drei Arten von Dicken von 330 μm, 280 μm bzw. 240 μm haben. Danach wurden Solarbatterien unter Verwendung der Siliziumwafer, die durch Inscheibenschneiden der einzelnen Siliziumblöcke 2 erhalten wurden, hergestellt und die Substratbeschädigungsverbesserungsrate wurde von der Fehlerrate zu dieser Zeit berechnet, und wurde in 3 dargestellt.
Wie aus 3 zu erkennen ist, scheint es, dass die Substratbeschädigungsverbesserungsrate zum Zeitpunkt, wenn die Dicke des auszuschneidenden Siliziumwafers 1 330 μm ist, die Tendenz hat, dass ihre Variation bis zu einem Ausmaß in einem Bereich, in welchem die Oberflächengenauigkeit 3 μm übersteigt, groß wird, aber die Substratbeschädigungsverbesserungsrate übersteigt noch 80% und daher wird angenommen, dass es in der praktischen Verwendung kein Problem gibt. Entsprechend kann gesagt werden, dass im Falle, dass die Dicke jedes Siliziumwafers 1 330 μm ist, die Oberflächenrauhigkeit die Substratbeschädigungsverbesserungsrate nicht beeinflusst, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 zumindest 5 μm oder weniger ist.
Allerdings ändert sich die Oberflächenrauhigkeit der Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 schnell zwischen 2,6 μm und 3 μm zu der Zeit, wenn die Dicke jedes auszuschneidenden Siliziumwafers 1 280 μm ist. Die Substratbeschädigungsverbesserungsrate jedes aus dem Siliziumblock 2 ausgeschnittenen Siliziumwafers 1 mit einer Oberflächenrauhigkeit von 3 μm oder mehr reicht von 40% bis 50% und bleibt im wesentlichen auf dem gleichen Niveau bis zu einer Messungsoberengrenze von 4,3 μm im gegenwärtigen Experiment. Andererseits erreicht die Substratbeschädigungsverbesserungsrate jedes Siliziumwafers, der aus dem Siliziumblock 2, der eine Oberflächenrauhigkeit von 2,6 μm oder weniger hat, ausgeschnitten wurde, ungefähr 90% und bleibt im wesentlichen konstant auf diesem Niveau bis zu einer Messungsunterengrenze von 0,8 μm im gegenwärtigen Experiment, so dass die Variation der Substratbeschädigungsverbesserungsrate also innerhalb ± 5% liegt.
Weiterhin ändert sich die Substratbeschädigungsverbesserungsrate zu der Zeit, wenn die Dicke jedes aus dem Siliziumblock 2 ausgeschnittenen Siliziumwafers auf 240 μm verringert wird, nicht so steil wie im Fall von 280 μm, sondern fängt an, extrem abzufallen von dem Punkt, wo die Oberflächenrauhigkeit der Seitenoberfläche ungefähr 2,3 μm übersteigt und wird im wesentlichen 0%, wenn 3 μm überstiegen werden und bleibt auf dem gleichen Niveau von dort bis auf zumindest 4,3 μm. Da andererseits die Oberflächenrauhigkeit weniger als 2,3 μm abfällt, beginnt die Substratbeschädigungsverbesserungsrate zu steigen und erreicht im wesentlichen 80% bei ungefähr 1 μm und erreicht im wesentlichen das gleiche Niveau wie der Wert darunter.
Wenn die Dicke jedes Siliziumwafers 1 und die Oberflächenrauhigkeit der Seitenoberfläche des Siliziumblocks 2 geändert wurden, um den Zusammenhang dazwischen zu untersuchen, wurde herausgefunden, dass der Wert der Oberflächenrauhigkeit, bei welchem sich die Substratbeschädigungsverbesserungsrate stark ändert, in Übereinstimmung mit der Dicke jedes Siliziumwafers 1 variiert.
Wenn zum Beispiel ein Siliziumblock 2 zu Siliziumwafern 1 in Scheiben geschnitten werden soll, wobei jeder eine Dicke von 280 μm aufweist, wird ein Siliziumblock 2 mit einer Seitenoberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 2,6 μm oder weniger hergestellt, wohingegen, wenn ein Siliziumblock 2 zu Siliziumwafern 1 in Scheiben geschnitten werden soll, wobei jeder eine Dicke von 240 μm aufweist, wird ein Siliziumblock 2 mit einer Seitenoberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1 μm oder weniger hergestellt, und in beiden Fällen ist es bevorzugt, dass als Siliziumbarrenschneideslurry dort eines verwendet wird, welches Schleifkörner und eine alkalische Substanz enthält, wobei der Inhalt der alkalischen Substanzen mindestens 3 Masse-% bezüglich der Masse der gesamten flüssigen Komponenten des Slurrys ist, und welches außerdem ein organisches Amin in 0,5 bis 5,0 des Massenverhältnisses bezüglich des Wassers in den flüssigen Komponenten des Slurrys enthält, wobei der pH-Wert des Slurrys 12 oder mehr ist.
Im Fall, dass die Dicke jedes Siliziumwafers 1 280 μm ist, bleibt zusätzlich die Oberflächenbeschädigungsverbesserungsrate konstant oder unverändert bei 50%, wenn, wie oben dargestellt, die Oberflächenrauhigkeit des Siliziumblocks 2 zwischen ungefähr 3 μm bis ungefähr 4,3 μm beträgt, aber wenn die Oberflächenrauhigkeit grober gemacht wird, fällt die Bruchergebnisverbesserungsrate auf 0% (d. h. die Substratbeschädigungsverbesserungsrate fällt auf 0%). Entsprechend gibt es, abhängig von der Dicke jedes Siliziumwafers 1, eine Vielzahl von Punkten, an denen sich die Substratbeschädigungsverbesserungsrate stark ändert von einem Bereich, wo sie konstant oder unverändert wird, wenn die Oberflächenrauhigkeit des Siliziumblocks 2 dazu gebracht wird zu fallen, selbst wenn ein Bereich gefunden wurde, in welchem die Oberflächenrauhigkeit des Siliziumblocks 2 einmal konstant oder unverändert wird, besteht noch eine Möglichkeit, dass ein Bereich existiert, in welchem die Substratbeschädigungsverbesserungsrate stark verbessert wird.
Da die Dicke jedes Siliziumwafers 1 dünn gemacht werden kann, ist es weiter notwendig, die Oberflächenrauhigkeit der Seitenoberfläche des Siliziumblocks auf einen Wert gleich oder weniger als der obere Grenzwert eines Bereich einzustellen, in welchem die Substratbeschädigungsverbesserungsrate 80 oder mehr wird.
Entsprechend eines solchen Siliziumblockherstellungsverfahrens werden Siliziumblocks 2 durch Schneiden eines Siliziumbarrens 4 unter Verwendung eines Slurrys hergestellt, das Schleifkörner und alkalische Substanzen enthält. Als Resultat besteht keine Notwendigkeit, die Seitenoberflächen jedes Siliziumblocks einzeln nach seinem Schneiden zu polieren, so dass ein Prozess eliminiert werden kann, und es damit möglich wird, Siliziumwafer zu geringen Kosten zur Verfügung zu stellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern (1), enthaltend die Schritte: 1) Ausschneiden eines Siliziumblocks (2), welcher eine vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit aufweist, aus einem Siliziumbarren (4) unter Verwendung eines Siliziumbarrenschneideslurrys; und 2) Ausschneiden von Siliziumwafern (1), welche jeweils eine vorbestimmte Dicke aufweisen, aus dem Siliziumblock (2), wobei das Siliziumbarrenschneideslurry Schleifkörner und eine alkalische Substanz enthält; das Slurry ein organisches Amin in einem Massenverhältnis von 0,5 bis 5,0 bezüglich Wasser in den flüssigen Komponenten des Slurrys enthält; das Slurry bei einem pH-Wert von 12 oder mehr und einer Temperatur von 65 bis 95 Grad C verwendet wird; und die vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit gleich oder geringer eingestellt wird als ein oberer Wert eines Bereichs, in welchem eine Substratbeschädigungsverbesserungsrate 80% oder mehr wird.
Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern (1) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit kleiner als 3 μm eingestellt ist, wenn die vorbestimmte Dicke des Siliziumwafers (1) 280 μm beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern (1) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit gleich oder kleiner als 1 μm eingestellt ist, wenn die vorbestimmte Dicke des Siliziumwafers (1) 240 μm beträgt.