DE2262178C3

DE2262178C3 - Process for the production of silicon granules

Info

Publication number: DE2262178C3
Application number: DE19722262178
Authority: DE
Inventors: Alvin William Hemlock Mich. Rauchholz (V.StA.); Cooper, James Garth, Toshima (Japan)
Original assignee: Dow Corning Corp., Midland, Mich. (V.StA.)
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1972-12-19
Publication date: 1976-09-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Siliciumgranulat mii Halfoleiterqualilät aus einem polykristallinen massiven Körper aus Halbleitersilicium. The invention relates to a method for producing silicon granules with a semiconductor quality from one polycrystalline solid body made of semiconductor silicon.

Silicium für die Produktion von Halbleitererzeugnissen muß normalerweise in monokristalliner Form vorliegen, die man aus einem polykristallinen Material erzeugt. Beim sogenannten Czochralski-Kristallziehverfahren wird ein Tiegel mit polykristallinem Silicium auf den Schmelzpunkt des Siliciums erwärmt und aus der geschmolzenen Masse ein Einkristall gezogen. Die Herstellung des dazu benötigten polykristallinen Materials erfolgt im allgemeinen durch Zersetzung von siliciumhaltigem gasförmigem Material an einem heißen Draht. Hierdurch entsteht ein praktisch zylindrischer Stab aus polykristallinem Silicium. Der Stab wird dann in kurze Stücke zersägt, und jedes dieser Stücke bildet eine aus einem Stück bestehende Tiegelbeschickung. Tiegelbeschickungen aus einem einzigen Stück mit einem Durchmesser von über etv/a 15,24 cm bereiten jedoch Schwierigkeiten. Die Halbleiterfertigungsindustrie ist jedoch nun in der Lage, das Czochralski-Kristallziehverfahren mit wesentlich größeren Tiegeln durchzuführen. Es ist deshalb üblich geworden, Stäbe aus Silicium in kleine Stücke zu zerbrechen, die zur Füllung des Tiegels um die aus einem Stück bestehende Tiegelbeschickung gepackt werden, oder aber ganz auf die aus einem Stück bestehende Tiegelbeschickung zu verzichten. Silicium ist zwar ein verhältnismäßig sprödes Material und kann durch Brech- oder Schlagverfahren zerkleinert werden, bei diesem Verfahren entsteht aber gewöhnlich eine beträchtliche Menge sehr feiner Teilchen, die in anschließenden Reinigungsverfahren verlorengehen. Außerdem können beim [!rech- oder Schlagvorgang erhebliche Mengen Verunreinigungen eingeführt werden.Silicon for the production of semiconductor products must normally be in monocrystalline form, made from a polycrystalline material. In the so-called Czochralski crystal pulling process a crucible with polycrystalline silicon is heated to the melting point of the silicon and from the molten mass pulled a single crystal. The production of the polycrystalline material required for this generally occurs through the decomposition of silicon containing gaseous material on a hot wire. This creates a practically cylindrical one Polycrystalline silicon rod. The rod is then sawn into short pieces, and each of these pieces forms a one-piece crucible load. Crucible loads from a single piece with However, a diameter of about 15.24 cm causes difficulties. The semiconductor manufacturing industry however, is now able to use the Czochralski crystal pulling process with much larger crucibles perform. It has therefore become customary to break silicon rods into small pieces for filling of the crucible can be packed around the one-piece crucible loading, or completely open to dispense with the one-piece crucible loading. Silicon is relatively brittle Material and can be crushed by crushing or impact processes, is created in this process but usually a significant amount of very fine particles present in subsequent cleaning processes get lost. In addition, considerable amounts of contamination can occur during the raking or striking process to be introduced.

Die Erfindung bezweckt daher ein Verfahren zur Erzeugung von Silicium in Granulatform, das die Bildung sehr feiner Teilchen und die Gefahr von VerunreiniThe invention therefore aims at a process for the production of silicon in granular form, the formation very fine particles and the risk of contamination

gungen so weit wie möglich beseitigtas far as possible

Beim Verfahren der eingangs genannten Art wird dies nun dadurch erreicht, daß man den Körper auf eine Temperatur von wenigstens 325°C, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes von Silicium erhitzt, anschließend rasch durch Abschrecken mit destillieriem Wasser abkühlt und sodann unter mechanischer Schlagbeanspruchung zerbricht.In the case of the method of the type mentioned at the outset, this is now achieved by opening the body heated to a temperature of at least 325 ° C, but below the melting point of silicon, then rapidly cooled by quenching with distilled water and then subjected to mechanical impact breaks.

Die durch das Abschrecken bewirkten thermischenThe thermal effects caused by the quenching

ίο Spannungen führen nämlich, wie sich zeigte, zur Erzeugung eines verhältnismäßig gleichmäßigen Granulats mit einem sehr niedrigen prozentualen Anteil an Feinteilen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren wird polykristallines Silicium nach bekannten Methoden in Stabform erzeugt, beispielsweise durch Zersetzung von Trichlorsilan in einem Wasserstoffstrom. Der erhaltene Stab wird auf eine Temperatur von wenigstens 325° C, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts von Silicium erwärmt, und dann durch rasches Abkühlen starken thermischen Spannungen unterworfen. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 600 und 750⁰C. Der erhitzte Stab wird vorzugsweise in einem 0,64-cm-Gitterkorb aus korrosionsbeständigem Stahl in einen Tank mit destilliertem Wasser gelegt. In dem bevorzugten Temperaturbereich von 600 bis 750⁰C hat das erzeugte Material nach dem thermischen Abschrecken eine Teilchengröße im Bereich von 0,64 bis 5,08 cm für den größten Durchmesser. Der Verlust an Material durch das 0,64-cm-Gitter hindurch beträgt weniger als 2%. Im Vergleich dazu liegt der Verlust bei Brech- oder Schlagverfahren ohne die thermische Abschreckung im Bereich von 20 bis 35%. Die größeren Sitücke des Materials, die nach dem Abschrecken verbleiben, können durch leichtes Schlagen mit einem Hammer leicht in kleinere Körner aufgebrochen werden. Wenn Temperaturen unter dem Wert von 600⁰C angewandt werden, sind die entstandenen Teilchen im aillgemeinen größer, und bei Temperaturen, die erheblieh über 75O°C liegen, weisen die Teilchen eine große Zahl von Haarrissen auf, die ein Zerbrechen in noch feinere Teilchen zulasser.. Nach dem Granulieren ist es 2:weckmäßig, die erzeugten Körner mit einem Reinigungsätzmittel zu ätzen, z. B. einem Bad aus HNO3 undAs has been shown, tensions lead to the production of a relatively uniform granulate with a very low percentage of fines.
To carry out the process according to the invention, polycrystalline silicon is produced in rod form by known methods, for example by decomposing trichlorosilane in a hydrogen stream. The rod obtained is heated to a temperature of at least 325 ° C., but below the melting point of silicon, and then subjected to strong thermal stresses by rapid cooling. The preferred temperature range is between 600 and 750 ^° C. The heated rod is preferably placed in a 0.64 cm mesh basket made of corrosion-resistant steel in a tank with distilled water. In the preferred temperature range from 600 to 750 ^° C., the material produced after the thermal quenching has a particle size in the range from 0.64 to 5.08 cm for the largest diameter. The loss of material through the 0.64 cm grid is less than 2%. In comparison, the loss for crushing or impact processes without the thermal quenching is in the range of 20 to 35%. The larger pieces of material that remain after quenching can easily be broken up into smaller grains by lightly tapping with a hammer. If temperatures are used at the value of 600 ⁰ C, the particles formed in aillgemeinen are larger, and at temperatures elevating lent above 75O ° C, the particles have a large number of hairline cracks, the zulasser breakage into even finer particles .. After granulating, it is 2: wake-up to etch the generated grains with a cleaning etchant, e.g. B. a bath of HNO3 and

4*; HF. die in einem Verhältnis von 4 Teilen HNCh zu 1 Teil HF gemischt sind. Dann wird das saure Ätzmittel mit destilliertem Wasser abgewaschen, und die Teilchen werden vor dem Abfüllen mit Methanol zur Trocknung behandelt. Es ist zu beachten, daß für viele Arten von Halbleitererzeugnissen die Reinigungs- und Ätzstufen nicht nötig sind, da in das Silicium während des hierin beschriebenen Granulierungsverfahrens praktisch keine anderen Verunreinigungen als eine kleine Menge an zusätzlichem Sauerstoff eingeführt werden.4 *; HF. which are mixed in a ratio of 4 parts HNCh to 1 part HF. Then the acidic etchant washed off with distilled water, and the particles are added to before filling with methanol Drying treated. It should be noted that for many types of semiconductor products, the cleaning and Etch steps are not necessary as they are incorporated into the silicon during the granulation process described herein practically no impurities other than a small amount of additional oxygen introduced will.

Claims

Claim:

Process for the production of silicon granules with semiconductor quality from a polycrystalline solid body of semiconductor silicon, characterized in that the body is ^{heated to a temperature of at least 325 0} C, but below the melting point of silicon, then rapidly cooled by quenching with distilled water and then under mechanical impact breaks.