DE4137521A1 - Analytisches verfahren fuer teilchenfoermiges silicium - Google Patents

Analytisches verfahren fuer teilchenfoermiges silicium

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Description

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Umwandlung einer Probe von teilchenförmigem Silicium in monokristallines Silicium, das geeignet ist zur Analyse von Spurenverunreinigungen, die in dem teilchenförmigen Silicium vorhanden sind. Für das Verfahren wird ein Siliciumgefäß verwendet, um das teilchenförmige Silicium aufzunehmen. Das Siliciumgefäß, das das teilchenförmige Silicium enthält, wird in einem Schwebezonenverfahren zu monokristallinem Silicium aufgearbeitet. Das entstehende monokristalline Silicium kann dann mit Standardmitteln auf elementare Verunreinigungen analysiert werden.
Die Herstellung von Halbleitermaterial zur Verwendung in Gleichrichtern, Transistoren, Phototransistoren und dergleichen erfordert extrem reines monokristallines Silicium. Um die Qualität des monokristallinen Silicium zu kontrollieren, ist es wichtig, den Gehalt an Kontaminanten in dem polykristallinen Silcium, aus dem das monokristalline Silicium gebildet wird, bestimmen zu können. Standardverfahren zum Messen der Reinheit von hochreinem Silicium erfordern eine monokristalline Probe. Dieses Erfordernis stellt Probleme dar, wenn das polykristalline Silicium in Teilchenform vorliegt.
Keines der bekannten Verfahren ist vollständig befriedigend zur Umwandlung von teilchenförmigem Silicium in monokristallines Silicium, das geeignet ist für die Analyse auf Verunreinigungen. Verfahren, bei denen ein Schmelztiegel verwendet wird, um das geschmolzene Silicium aufzunehmen, führen zu einer Verunreinigung des Siliciums, während Verfahren ohne Schmelztiegel kompliziert und schwierig zu kontrollieren sind.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu liefern zur Bearbeitung von teilchenförmigem Silicium in einer Schwebezone. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Kontaminierung während der Umwandlung von polykristallinen Siliciumteilchen in monokristallines monolithisches Silicium vermindert. Es ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um den Gehalt an Verunreinigungen von teilchenförmigen Siliciumproben zu bestimmen, das reproduzierbar ist und mit einer Standardausrüstung, die derzeit bei der Verarbeitung in der Schwebezone angewendet wird, durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Umwandlung von teilchenförmigen Silicium in monokristallines Silicium, das geeignet ist zur Bestimmung von Verunreinigungen, die in dem teilchenförmigen Silicium vorhanden sind. Bei dem Verfahren wird ein Siliciumgefäß verwendet, um das teilchenförmige Silicium aufzunehmen. Das Siliciumgefäß, das das teilchenförmige Silicium enthält, wird in einer Schwebezone verarbeitet unter Bildung einer monolithischen Einheit von monokristallinem Silicium. Die Konzentration der Verunreinigungen in dem monokristallinen Silicium kann dann mit empfindlicheren analytischen Verfahren bestimmt werden, die bekannt sind zur Analyse von monolithischem, monokristallinem Silicium. Der bekannte Beitrag des Siliciumgefäßes zur Konzentration einer Verunreinigung wird abgezogen von dem bestimmten Konzentrationswert, was zu einem Wert für die Konzentration einer Verunreinigung in dem teilchenförmigen Silicium führt. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere geeignet zum Messen von Spuren von Aluminium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff und Übergangsmetallen in teilchenförmigem Silicium.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer monokristallinen Siliciumprobe aus teilchenförmigem Silicium, wobei die hergestellte Probe insbesondere geeignet ist zur Analyse von Spurenverunreinigungen. Es wird deshalb ein Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silicium aus teilchenförmigem Silicium beansprucht, wobei das Verfahren umfaßt:
  • (A) daß man teilchenförmiges Silicium in ein Siliciumgefäß gibt;
  • (B) das teilchenförmige Silicium und das Siliciumgefäß zu monokristallinem Silicium in einer Schwebezone aufarbeitet; und
  • (C) die Konzentration an Verunreinigungen, die in dem monokristallinen Silicium vorhanden sind, bestimmt.
Die Quelle für das teilchenförmige Silicium, das in das Siliciumgefäß gegeben wird, ist nicht kritisch. Jedoch besteht ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß die Probe durch das Verfahren minimal kontaminiert wird. Deshalb ist es, um die Vorteile des vorliegenden Verfahrens vollständig auszunützen, bevorzugt, daß das teilchenförmige Silicium Elektronikqualität oder eine äquivalente Qualität aufweist. Das teilchenförmige Silicium kann zum Beispiel in einem Wirbelbettverfahren zur Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren (CVD) von Silan oder Chlorsilan unter Bildung von polykristallinem Silicium hergestellt werden. Das teilchenförmige Silicium kann zum Beispiel in Form polykristalliner Siliciumteilchen, die bei der Fragmentierung von in Standard-CVD-Verfahren hergestellten Siliciumformen resultieren, vorliegen. Das teilchenförmige Silicium kann in Form von monokristallinen Teilchen oder Fragmenten sein.
Das teilchenförmige Silicium kann in Form von Teilchen, Pellets, Chips, Flocken, Pulver oder ähnlichem vorliegen. Die Größe des teilchenförmigen Siliciums muß so sein, daß es in das Siliciumgefäß paßt. Weiterhin müssen Größe oder Größenbereich des teilchenförmigen Siliciums so sein, daß ein ausreichender Kontakt zwischen den Teilchen hergestellt wird für eine ausreichende Wärmeübertragung, um die Schwebezonenbehandlung zu bewirken. Zum Beispiel ist es möglich, mit dem Schwebezonenverfahren so große Siliciumteilchen zu bearbeiten, die in das Siliciumgefäß passen, wenn die Zwischenräume zwischen diesen Teilen mit kleineren Siliciumteilchen gefüllt sind. Die untere Grenze der Teilchengröße wird nur durch die Möglichkeit, das teilchenförmige Silicium zu handhaben, begrenzt. Eine bevorzugte Größe für das teilchenförmige Silicium haben solche Teilchen, die eine maximale Dimension von weniger als etwa 1 cm haben.
Ein Siliciumgefäß wird verwendet, um das teilchenförmige Silicium aufzunehmen und in der Schwebezone zu behandeln. Die Verwendung eines Siliciumgefäßes bei dem Schwebezonenverfahren vermindert die Kontamination des teilchenförmigen Siliciums. Deshalb kann dieses Verfahren verwendet werden, um teilchenförmiges Silicium in monokristallines Silicium mit geringen Gehalten an Verunreinigungen umzuwandeln. Das bei diesem Verfahren gebildete monokristalline Silicium ist nicht notwendig auf die Verwendung als analytische Probe beschränkt, sondern kann für andere Verwendungen, die auf diesem Gebiet bekannt sind, bei denen ein hochreines monokristallines Silicium erforderlich ist, verwendet werden.
Unter dem Ausdruck "Siliciumgefäß" wird jedes Mittel verstanden, das im wesentlichen aus Silicium aufgebaut ist, das Siliciumteilchen in einer solchen Weise aufnehmen kann, die für die Behandlung in der Schwebezone geeignet ist. Das Siliciumgefäß kann aus polykristallinem oder monokristallinem Silicium aufgebaut sein.
Die Größe des Siliciumsgefäßes wird bestimmt durch die Erfordernisse der Vorrichtung, die verwendet wird, um das Schwebezonenverfahren durchzuführen. Jeder Durchmesser für das Siliciumgefäß, der mit der angewendeten Schwebezonenvorrichtung kompatibel ist, ist akzeptabel. Im allgemeinen sind dünnere Wände des Siliciumgefäßes wünschenswerter, da eine Reduktion der Gefäßgröße die Verdünnung der Probe während des Schwebezonenverfahrens minimiert. Außerdem ist es bevorzugt, daß das Gefäß eine solche Höhe hat, die ausreicht, um die Absonderung von Verunreinigungen, die durch die Schwebezone verursacht wird, zu minimieren. Es ist bevorzugt, daß das Siliciumgefäß eine Höhe von mindestens etwa 5 cm hat. Bevorzugter ist ein Siliciumgefäß mit einer Höhe von etwa 7 bis 10 cm. Die obere Grenze für die Höhe des Siliciumgefäßes wird durch die durch das Schwebezonenverfahren und die Ausstattung vorgegebenen Grenzen gesetzt.
Das Verfahren zur Formung des Siliciumgefäßes wird nicht als kritisch für die vorliegende Erfindung angesehen. Jedes Verfahren, bei dem ein Gefäß, das im wesentlichen aus Silicium zusammengesetzt ist und für ein Schwebezonenverfahren geeignet ist, erzeugt wird, ist annehmbar. Es ist bevorzugt, daß das Verfahren zur Bildung des Siliciumgefäßes so ausgewählt wird, daß eine Kontamination des Siliciumgefäßes minimiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Siliciumgefäß hergestellt, indem aus einem in einem CVD-Verfahren gebildeten polykristallinen Siliciumstab ein Kern gebohrt und entfernt wird. Das Bohren kann zum Beispiel mit einem mit Diamanten bestückten Bohrer aus rostfreiem Stahl geschehen.
Es ist selbstverständlich, daß während der Schwebezonenbehandlung das Siliciumgefäß und die teilchenförmige Siliciummischung in der Schmelzzone einen einzigen wachsenden Kristall von Silicium bilden. Deshalb ist die Endkonzentration an Verunreinigungen in dem monokristallinen Silicium (Ct) eine Funktion des Gewichts des Siliciumgefäßes (Mv), der Konzentration der in dem Silicium, aus dem das Gefäß hergestellt ist, vorhandenen Verunreinigungen (Cv), dem Gewicht der teilchenförmigen Siliciumprobe (Ms) und der Konzentration der in der teilchenförmigen Siliciumprobe vorhandenen Verunreinigungen (Cs). Diese Beziehung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Auf Basis dieser Beziehung wird die Konzentration einer Verunreinigung in einer teilchenförmigen Siliciumprobe (Cs) ausgedrückt durch die Gleichung:
Die Gleichungen (1) und (2) zeigen, wie wichtig es ist, ein Siliciumgefäß mit einem bestimmbaren und reproduzierbaren Gehalt an Verunreinigungen zu haben. Silicium nimmt leicht Verunreinigungen wie Aluminium, Bor, Kohlenstoff, Eisen und Phosphor während der Handhabung und Verarbeitung auf. Deshalb sind die Konzentrationen an Verunreinigungen in dem Grundmaterial, aus dem das Siliciumgefäß geformt wird, typischerweise nicht ein genaues Maß für die Gegenwart einer Verunreinigung auf oder in dem Siliciumgefäß. Somit ist es bevorzugt, daß die Siliciumgefäße gereinigt werden, um Verunreinigungen auf eine solche Weise zu entfernen, die die Reproduzierbarkeit des Gehaltes an Verunreinigungen, die in den aus demselben Grundmaterial gebildeten Gefäßen vorhanden sind, zuzulassen. Wenn man Gefäße mit reproduzierbar niedrigen Gehalten an Verunreinigungen erhalten hat, ist es bevorzugt, die Konzentration der in dem Gefäß vorhandenen Verunreinigungen (Cv) durch Schwebezonenbehandlung mehrerer Kontrollgefäße festzustellen und den Gehalt an Verunreinigungen im entstehenden monokristallinen Silicium zu bestimmen.
Die Siliciumgefäße können mit Standardverfahren zur Reinigung von Silicium gereinigt werden, zum Beispiel durch Waschen mit Lösungsmittel, Ätzen mit Säure und Spülen mit Wasser, entweder allein oder in irgendeiner Kombination. Es ist wesentlich, daß das Reinigungsverfahren standardisiert wird, um die Reproduzierbarkeit der verbleibenden Kontaminierung, die in den Siliciumgefäßen, die Kontrolle und Probe aufnehmen, enthalten ist, sicherzustellen. Ein bevorzugtes Verfahren zur Reinigung des Siliciumgefäßes ist es, es mit einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure (HF) und Salpetersäure (HNO₃) und anschließend mit einer Mischung von HF, HNO₃ und Essigsäure zu ätzen, mit destilliertem Wasser zwischen jedem Waschgang zu spülen und nach dem letzten Ätzverfahren eingehend zu spülen.
Das Siliciumgefäß, das das teilchenförmige Silicium enthält, wird in der Schwebezone behandelt. Das Schwebezonenverfahren kann irgendein Verfahren sein, wie es auf diesem Gebiet beschrieben wird, und ist nicht begrenzt auf das hier beschriebene. Das Schwebezonenverfahren kann zum Beispiel ein Verfahren sein, bei dem das Siliciumgefäß, das das teilchenförmige Silicium enthält, an seinem offenen Ende gegriffen wird und vertikal in eine Vakuumkammer oder eine Kammer, die mit Schutzgas gefüllt ist, gehalten wird. Ein kleiner Teil der Länge des Siliciumgefäßes, das das teilchenförmige Silicium enthält, wird mit einer Heizquelle erhitzt, zum Beispiel einer Induktionsheizspule oder einer Strahlungsheizquelle, so daß eine geschmolzene Zone an diesem Punkt gebildet wird und durch eine relative Bewegung zwischen der Heizquelle und dem Siliciumgefäß die geschmolzene Zone durch das Siliciumgefäß und das teilchenförmige Silicium von einem Ende zum anderen wandert.
Wenn ein Impfkristall mit dem zuerst geschmolzenen Ende des Siliciumgefäßes in Kontakt gebracht wird, kann ein Siliciumstab aus monokristallinem Silicium gebildet werden. Der Impfkristall kann ein Teil des Stabes sein, der durch vorherige Behandlung in monokristalliner Form gewachsen ist. Der Querschnitt des monokristallinen Siliciumstabes kann durch verschiedene Maßnahmen kontrolliert oder reguliert werden. Zum Beispiel kann die geschmolzene Zone komprimiert oder gestreckt werden durch Bewegung des Endes, das den Kristall hält, in Beziehung zu dem Ende, das das Siliciumgefäß hält, zueinander oder voneinander weg.
Das mit diesem Verfahren gebildete monokristalline Silicium ist mehr geeignet für eine Analyse auf Verunreinigungen mit empfindlichen Techniken als polykristalline Siliciumteilchen. Jedoch ist das monokristalline Silicium ebenso für eine Verwendung in Vorrichtungen, die monokristallines Silicium hoher Reinheit erfordern, geeignet. Falls erwünscht, können zusätzliche Wanderungen der Heizquelle entlang des erzeugten monokristallinen Siliciumstabes durchgeführt werden, um die Reinigung des Siliciums zu bewirken.
Das empfindlichste analytische Verfahren zur Bestimmung der Konzentration an Verunreinigungen in dem monokristallinen Silicium hängt ab von der jeweiligen interessierenden Verunreinigung. Typische Verunreinigungen, die bei monokristallinem Silicium, das für Halbleiteranwendungen vorgesehen ist, vorhanden sind, sind zum Beispiel Aluminium, Bor, Phosphor, Eisen und Kohlenstoff. Die Konzentration anderer Verunreinigungen, wie Übergangsmetalle, kann ebenso bestimmt werden. Messungen wie der spezifische Widerstand können direkt an dem aus monokristallinem Silicium gebildeten Stab unternommen werden. Eine genaue Messung von Aluminium-, Bor- und Phosphorkonzentrationen kann zum Beispiel mit Hilfe der Photolumineszenzanalyse von geätzten Scheiben, die von dem monokristallinen Siliciumstab abgeschnitten wurden, gemacht werden. Standardverfahren für die Photolumineszenzanalyse können verwendet werden, zum Beispiel solche Verfahren, die von Tajima in Jap. Ann. Rev. Electron, Comput. and Telecom. Semicond. Techn., Seiten 1-12, 1982, beschrieben werden. Kohlenstoff kann zum Beispiel gemessen werden mit Fourier-transformierter Infrarotspektroskopanalyse geätzter Scheiben, die aus dem monokristallinen Siliciumstab geschnitten wurden. Eisen kann zum Beispiel gemessen werden mit Atomabsorptionsspektroskopie von gelösten ausgefrorenen Lösungen, wie bei Hwang et al., US-Patent-Nr. 49 12 528, ausgegeben am 27. März 1990, beschrieben.
Das Verfahren zur Berechnung der Konzentration einer Verunreinigung in der jeweiligen Probe erfolgt wie vorher beschrieben mit den Gleichungen (1) und (2).
Die folgenden Beispiele sollen die hier beschriebene Erfindung besser erläutern.
Beispiel 1
Die Möglichkeit, Siliciumgefäße mit reproduzierbaren Gehalten an Verunreinigungen herzustellen, wurde wie folgt gezeigt. Die Siliciumgefäße waren hohle Zylinder, bei denen ein Ende geschlossen war, mit etwa 10 cm Höhe und einem inneren Durchmesser von 16,5 mm und einem äußeren Durchmesser von 19 mm. Die Siliciumgefäße wurden gebildet, indem ein Bereich aus einem 19 mm polykristallinen Siliciumstab entkernt wurde. Das Entkernen wurde durchgeführt unter Verwendung einer mit Diamanten bestückten Entkernungsbohrspitze aus rostfreiem Stahl. Nach dem Entkernen wurden die Siliciumgefäße intensiv mit einer Mischung von 49% Fluorwasserstoffsäure (HF) und 70% Salpetersäure (HNO₃) mit einem Verhältnis von 1 : 8 Volumen/Volumen geätzt. Die Siliciumgefäße wurden weiterhin mit einer Mischung von HF, HNO₃ und Essigsäure mit Volumenverhältnissen von 1 : 3 : 1 geätzt. Schließlich wurden die säuregeätzten Siliciumgefäße eingehend mit destilliertem Wasser gewaschen. Um die durchschnittlichen Hintergrundgehalte an Aluminium, Bor, Phosphor und Kohlenstoff der mit diesem Verfahren hergestellten Gefäße zu bestimmen, wurden in die Gefäße Pfropfen, die bekannte Konzentrationen dieser Verunreinigungen enthielten, gelegt. Die Gefäße mit den Pfropfen wurden in der Schwebezone behandelt in einem 5 kW R.F.-Generator, Gas Siemens Zoner (Modell UZA-3, Siemens Energy and Automation, Inc., East Brunswick, NJ) mit einer Spulengeschwindigkeit von 2 mm/min, um monokristalline Siliciumstäbe herzustellen.
Scheiben von dem bei dem Schwebezonenverfahren erhaltenen monokristallinen Siliciumstab wurden für die Analyse der Verunreinigungen vorbereitet. Vor der Analyse wurden die Scheiben in einer Mischung von Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure bei einem Volumenverhältnis von 5,7 : 1,8 : 2,5 etwa 10 Minuten geätzt. Die geätzten Scheiben wurden mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Die geätzten Scheiben wurden auf ihre Konzentration an Aluminium, Bor und Phosphor mit Standardverfahren unter Verwendung eines Photolumineszenzspektrometers analysiert. Die Kontamination mit Kohlenstoff in den geätzten Scheiben wurde bestimmt unter Verwendung von Fourier-transformierter Infrarotspektroskopie. Die erhaltenen Werte wurden korrigiert um den Beitrag der Pfropfen an Aluminium-, Bor-, Phosphor- und Kohlenstoffkonzentration in den monokristallinen Stäben. Die Durchschnittswerte in Teilen pro Milliarde (ppb) und Standardabweichungen (S.D.) für die Konzentration jeder in den Siliciumgefäßen vorliegenden Verunreinigungen wurden bestimmt. Fünf Siliciumgefäße wurden wie beschrieben analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Konzentration der Verunreinigungen in Siliciumgefäßen
Das Grundmaterial, aus dem die Siliciumgefäße hergestellt wurden, hatte typischerweise eine Konzentration an Bor von etwa 0,01 ppb, an Phosphor von etwa 0,03 ppb, an Aluminium von weniger als etwa 0,015 ppb und an Kohlenstoff von weniger als etwa 50 ppb. Es ist somit offensichtlich, daß die Vorbereitung der Siliciumgefäße zu einer Verunreinigung der Siliciumgefäße führte. Jedoch zeigen die geringen Standardabweichungen, daß der Gehalt an Verunreinigungen nach sorgfältigem Reinigen der Gefäße ausreichend einheitlich ist, um einen reproduzierbaren Hintergrundwert zu liefern.
Beispiel 2
Fünf parallele Proben von polykristallinen Siliciumteilchen, hergestellt mit CVD in einem Wirbelbettverfahren, wurden ausgewertet. Die Siliciumteilchen hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 5 mm. Eine Probe mit etwa 15 bis 20 g Siliciumteilchen wurde in ein Siliciumgefäß, wie in Beispiel 1 beschrieben und hergestellt, gebracht. Das Siliciumgefäß, das das teilchenförmige Silicium enthielt, wurde in eine Schwebezonenvorrichtung gebracht, wie vorher beschrieben. Die Behandlung in der Schwebezone des Siliciumgefäßes und der Teilchen wurde mit einer Spulengeschwindigkeit von etwa 2 mm/min bewirkt. Die entstehenden monokristallinen Siliciumstäbe hatten Längen von etwa 7 bis 10 cm und Durchmesser von 12 bis 14 mm. Es wurden von den monokristallinen Siliciumstäben Scheiben abgeschnitten an einer Stelle, die mindestens 3 cm vom Impfende des Stabes entfernt war. Die Scheiben wurden in einer Mischung von Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Eisessig mit einem Volumenverhältnis von 5,7 : 1,8 : 2,5 etwa 10 Minuten geätzt. Die geätzten Scheiben wurden in destilliertem Wasser gespült und auf Bor, Phosphor und Kohlenstoff, wie in Beispiel 1 beschrieben, analysiert. Die gemessenen Konzentrationen an Bor, Phosphor und Kohlenstoff wurden korrigiert um den Anteil, der aus dem Gefäß stammte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Messung der Kontamination des teilchenförmigen Siliciums
Beispiel 3
Polykristalline Siliciumchips und Siliciumklumpen wurden auf ihre Bor-, Phosphor- und Kohlenstoffkonzentrationen analysiert unter Verwendung der Siliciumgefäßtechnik. Ein polykristalliner Stab aus einem CVD-Verfahren wurde fragmentiert und gesiebt auf eine Größe im Bereich von 3 mm bis 6 mm. Etwa 15 bis 20 g der gesiebten Siliciumfragmente wurden in ein Siliciumgefäß gebracht, wie in Beispiel 1 beschrieben und hergestellt. Drei parallele Proben wurden analysiert. Das Siliciumgefäß, das die gesiebten Siliciumfragmente enthielt, wurde in der Schwebezone behandelt, wie vorher beschrieben, und die den Siliciumfragmenten zugehörige Konzentration an Bor, Phosphor und Kohlenstoff wie vorher in Beispiel 1 beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Gehalt an Verunreinigungen in gesiebten Siliciumfragmenten
Die in Tabelle 3 dargestellten Daten zeigen, daß reproduzierbare Ergebnisse für die Konzentrationen an Bor, Phosphor und Kohlenstoff in Siliciumfragmenten mit dem beschriebenen Verfahren erhalten werden können. Die Konzentration an Bor in dem Grundmaterial, aus dem die Siliciumfragmente hergestellt wurden, war im Bereich von 0,01 bis 0,03 ppb, die Konzentration an Phosphor war im Bereich von 0,1 bis 0,2 ppb und die Konzentration an Kohlenstoff war geringer als etwa 50 ppb. Diese Daten zeigen auch, daß eine signifikante Kontamination von Silicium während der Fragmentierung und während des Siebens von Silicium auftreten können, wenn nicht-geeignete Kontrollen verwendet werden, um die Kontamination zu kontrollieren.

Claims (2)

1. Verfahren zur Analyse der Konzentration an Verunreinigungen in Siliciumteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • (A) teilchenförmiges Silicium in ein Siliciumgefäß gibt;
  • (B) das teilchenförmige Silicium und das Siliciumgefäß zu monokristallinem Silicium in einer Schwebezone aufarbeitet; und
  • (C) die Konzentration an Verunreinigungen, die in dem monokristallinen Silicium vorhanden sind, bestimmt.
2. Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silicium aus teilchenförmigem Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • (A) teilchenförmiges Silicium in ein Siliciumgefäß gibt;
  • (B) das teilchenförmige Silicium und das Siliciumgefäß in einer Schwebezone unter Bildung von monokristallinem Silicium behandelt.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4305297A1 (de) * 1993-02-20 1994-08-25 Telefunken Microelectron Strukturbeize für Halbleiter und deren Anwendung
DE4409170A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Tokuyama Soda Kk Verfahren zur Herstellung von stabförmigem Silicium
EP2453042A1 (de) * 2010-11-10 2012-05-16 Wacker Chemie AG Verfahren zur Bestimmung von Verunreinigungen in Silicium
DE102012200994A1 (de) 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächen-Verunreinigung von polykristallinem Silicium
DE102012200992A1 (de) 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Dotierstoffarmes polykristallines Siliciumstück
DE102012202640A1 (de) 2012-02-21 2013-08-22 Wacker Chemie Ag Polykristallines Siliciumbruchstück und Verfahren zur Reinigung von polykristallinen Siliciumbruchstücken
DE102012213869A1 (de) 2012-08-06 2014-02-06 Wacker Chemie Ag Polykristalline Siliciumbruchstücke und Verfahren zu deren Herstellung
CN104837769A (zh) * 2012-12-11 2015-08-12 赫姆洛克半导体公司 形成和分析掺杂硅的方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020198230A1 (en) * 1993-09-24 2002-12-26 Howard M. Kingston Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions
US5973177A (en) * 1998-07-29 1999-10-26 Dow Corning Corporation Method for selecting silicon metalloid having improved performance in the direct process for making organohalosilanes
US8021483B2 (en) * 2002-02-20 2011-09-20 Hemlock Semiconductor Corporation Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods
EP1553214B1 (de) * 2002-02-20 2011-11-23 Hemlock Semiconductor Corporation Fliessfähige Späne und Verfahren zu iher Verwendung
JP4065855B2 (ja) 2004-01-21 2008-03-26 株式会社日立製作所 生体および化学試料検査装置
US7520932B2 (en) 2006-04-05 2009-04-21 Dow Corning Corporation Method of analyzing carbon concentration in crystalline silicon
CN101430303B (zh) * 2007-11-07 2012-05-23 中国科学院电子学研究所 一种单层功能膜脲酶生物传感器芯片及制备方法
JP5924181B2 (ja) * 2012-08-02 2016-05-25 信越半導体株式会社 Ｆｚ単結晶シリコンの製造方法
US9580327B2 (en) * 2014-02-11 2017-02-28 Rec Silicon Inc Method and apparatus for consolidation of granular silicon and measuring non-metals content
JP6732595B2 (ja) * 2016-08-04 2020-07-29 株式会社トクヤマ 多結晶シリコン中の金属不純物濃度測定方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL95386C (de) * 1954-02-24
DE1215649B (de) * 1954-06-30 1966-05-05 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen eines extrem reinen, stabfoermigen Halbleiterkristalls
US3156549A (en) * 1958-04-04 1964-11-10 Du Pont Method of melting silicon
US3156533A (en) * 1960-07-26 1964-11-10 Imber Oscar Crystal growth apparatus
NL275885A (de) * 1961-03-14
US4200621A (en) * 1978-07-18 1980-04-29 Motorola, Inc. Sequential purification and crystal growth
US4572668A (en) * 1982-08-26 1986-02-25 Midac Corporation Apparatus and method for photoluminescent analysis
US4602979A (en) * 1982-10-15 1986-07-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Technique for the growth of compositionally ungraded single crystals of solid solutions
US4809196A (en) * 1986-04-10 1989-02-28 International Business Machines Corporation Method for designating/sorting semiconductor wafers according to predicted oxygen precipitation behavior

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4305297A1 (de) * 1993-02-20 1994-08-25 Telefunken Microelectron Strukturbeize für Halbleiter und deren Anwendung
DE4305297C2 (de) * 1993-02-20 1998-09-24 Telefunken Microelectron Strukturbeize für Halbleiter und deren Anwendung
DE4409170A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Tokuyama Soda Kk Verfahren zur Herstellung von stabförmigem Silicium
US5499598A (en) * 1993-03-17 1996-03-19 Tokuyama Corporation Method for producing a silicon rod
EP2453042A1 (de) * 2010-11-10 2012-05-16 Wacker Chemie AG Verfahren zur Bestimmung von Verunreinigungen in Silicium
EP2620411A1 (de) 2012-01-24 2013-07-31 Wacker Chemie AG Dotierstoffarmes polykristallines Siliciumstück
US9073756B2 (en) 2012-01-24 2015-07-07 Wacker Chemie Ag Low-dopant polycrystalline silicon chunk
EP2620412A1 (de) * 2012-01-24 2013-07-31 Wacker Chemie AG Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächen-Verunreinigung von polykristallinem Silicium
DE102012200994A1 (de) 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächen-Verunreinigung von polykristallinem Silicium
DE102012200992A1 (de) 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Dotierstoffarmes polykristallines Siliciumstück
US10605659B2 (en) 2012-01-24 2020-03-31 Wacker Chemie Ag Process for determining surface contamination of polycrystalline silicon
DE102012202640A1 (de) 2012-02-21 2013-08-22 Wacker Chemie Ag Polykristallines Siliciumbruchstück und Verfahren zur Reinigung von polykristallinen Siliciumbruchstücken
US9209009B2 (en) 2012-02-21 2015-12-08 Wacker Chemie Ag Chunk polycrystalline silicon and process for cleaning polycrystalline silicon chunks
US9776876B2 (en) 2012-02-21 2017-10-03 Wacker Chemie Ag Chunk polycrystalline silicon and process for cleaning polycrystalline silicon chunks
EP2695974A1 (de) 2012-08-06 2014-02-12 Wacker Chemie AG Polykristalline Siliciumbruchstücke und Verfahren zu deren Herstellung
US9266741B2 (en) 2012-08-06 2016-02-23 Wacker Chemie Ag Polycrystalline silicon chunks and method for producing them
DE102012213869A1 (de) 2012-08-06 2014-02-06 Wacker Chemie Ag Polykristalline Siliciumbruchstücke und Verfahren zu deren Herstellung
CN104837769A (zh) * 2012-12-11 2015-08-12 赫姆洛克半导体公司 形成和分析掺杂硅的方法
CN104837769B (zh) * 2012-12-11 2017-08-08 赫姆洛克半导体运营有限责任公司 形成和分析掺杂硅的方法

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