JP2008019115A - Method for producing silicon fine particle - Google Patents

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Yuichiro Taguma
祐一郎 田熊
Osamu Yoshida
修 吉田
Akira Nakajima
昭 中島
Michio Komatsu
通郎 小松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing silicon fine particles. <P>SOLUTION: The method for producing silicon fine particles comprises forming silicon fine particles by pulverizing at least one portion of single crystal silicon by colliding oxide particles with the single crystal silicon by applying an ultrasonic wave to a dispersion containing the oxide particles and a dispersion medium while bringing the dispersion into contact with the single crystal silicon. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン微粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing silicon fine particles.

シリコン微粒子の製造方法としては、四塩化珪素を亜鉛や水素を用いて還元する方法が知られており、その他に多くの製造方法が提案されている。
特許文献1には、クロロポリシランを250〜1300℃の温度下で運動状態のシリコン種結晶に接触させて熱分解ないし水素還元させ、該種結晶表面にシリコンを析出させる粒状シリコンの製造方法が提供される。
As a method for producing silicon fine particles, a method of reducing silicon tetrachloride with zinc or hydrogen is known, and many other production methods have been proposed.
Patent Document 1 provides a method for producing granular silicon in which chloropolysilane is brought into contact with a moving silicon seed crystal at a temperature of 250 to 1300 ° C. to cause thermal decomposition or hydrogen reduction to deposit silicon on the surface of the seed crystal. Is done.

特許文献2には、塊状シリコンに圧力を加えて微小クラックを生成させた後に該塊状シリコン粉砕することによる高純度のシリコン粉末の製造方法が開示されている。
特許文献3には、外部加熱器が流動層下端部から上へ50mm以上離して設置され、平均粒子径100〜1,000μmの多結晶シリコン粒子からなり、反応器内径に対する静止層高の比が2〜4の流動層を有する反応器に、反応温度620〜750℃、圧力1〜5atmの条件下、シラン濃度15〜45体積%のシランと希釈ガスとの混合ガスを、流動層内のガス流速として0.3〜0.9m/sで供給することにより、気相中で種シリコン粒子を生成させる方法が開示されている。
Patent Document 2 discloses a method for producing high-purity silicon powder by applying pressure to massive silicon to generate microcracks and then pulverizing the massive silicon.
In Patent Document 3, an external heater is installed 50 mm or more away from the lower end of the fluidized bed, is made of polycrystalline silicon particles having an average particle diameter of 100 to 1,000 μm, and the ratio of the stationary bed height to the reactor inner diameter is In a reactor having 2 to 4 fluidized beds, a mixed gas of silane having a silane concentration of 15 to 45% by volume and a dilution gas is supplied to the gas in the fluidized bed under conditions of a reaction temperature of 620 to 750 ° C. and a pressure of 1 to 5 atm. A method of generating seed silicon particles in a gas phase by supplying at a flow rate of 0.3 to 0.9 m / s is disclosed.

特許文献4には、破砕されたシリコンを王水−水−フッ酸で順次洗浄エッチングして種シリコンを調製し、該種シリコンの存在下にシラン類の熱分解または還元を行うことによって多結晶シリコンを析出させることを特徴とする多結晶シリコン粒子の製造方法が開示されている。   In Patent Document 4, polycrystals are obtained by preparing seed silicon by sequentially cleaning and etching crushed silicon with aqua regia-water-hydrofluoric acid, and performing thermal decomposition or reduction of silanes in the presence of the seed silicon. A method for producing polycrystalline silicon particles characterized by depositing silicon is disclosed.

特許文献5には、液体状高次シランと、液体状アルコキシシラン又は液体状アルコキシシロキサンとを混合或いは接触させた後、加圧することによりシリコン粒子を得ることを特徴とするシリコン粒子の製造方法が開示されている。   Patent Document 5 discloses a method for producing silicon particles, characterized in that silicon particles are obtained by mixing or contacting liquid higher-order silane with liquid alkoxysilane or liquid alkoxysiloxane and then pressurizing. It is disclosed.

特許文献6には、シリコン原料を、プラズマ生成ガスとしての不活性ガスおよび水素ガスが存在するプラズマ中を通過させて、加熱して、結晶質シリコン粒子を形成する結晶質シリコン粒子の製造方法が開示されている。   Patent Document 6 discloses a method for producing crystalline silicon particles, in which a silicon raw material is passed through a plasma in which an inert gas and a hydrogen gas as a plasma generating gas are present and heated to form crystalline silicon particles. It is disclosed.

特許文献7には、溶融シリコンを高速回転する皿形ディスク上に供給し、遠心力を作用させて小滴として飛散させ、不活性ガス雰囲気中で急冷して得られるシリコン粒子を液状媒体中に分散させ、該分散液を加圧して小径ノズルを通過させる操作を繰り返すことにより得られる、ナノメートルサイズの球状多結晶又はアモルファスシリコン微粒子が記載されており、更に球状シリコン微粒子の表面酸化及びその酸化膜除去を繰り返すことにより、該微粒子をさらに微細化する方法についても記載がある。   In Patent Document 7, silicon particles obtained by supplying molten silicon onto a dish-shaped disk rotating at high speed, causing centrifugal force to act as droplets, and quenching in an inert gas atmosphere are contained in a liquid medium. Nanometer-sized spherical polycrystalline or amorphous silicon fine particles obtained by dispersing, pressurizing the dispersion and passing through a small-diameter nozzle are described, and surface oxidation of spherical silicon fine particles and oxidation thereof There is also a description of a method for further miniaturizing the fine particles by repeating film removal.

特許文献8には、モノシランガスと、該モノシランガスを酸化するための酸化性ガスとを気相反応させて、シリコン粒子を内包するシリコン酸化物粒子を含む粉末を合成する工程と、該粉末を不活性雰囲気下800〜1400℃で保持した後、フッ化水素酸にて前記シリコン酸化物を除去する工程とを有することを特徴とするシリコン粒子の製造方法について開示されている。   Patent Document 8 discloses a step of synthesizing a powder containing silicon oxide particles containing silicon particles by reacting a monosilane gas with an oxidizing gas for oxidizing the monosilane gas, and inerting the powder. And a step of removing the silicon oxide with hydrofluoric acid after holding at 800 to 1400 ° C. in an atmosphere.

特許文献9には、高周波スパッタリング法により基板上にアモルファス酸化ケイ素膜を作製し、該アモルファス酸化ケイ素膜に熱処理を施し、該酸化ケイ素膜内に粒子サイズ3
.5nm以下のナノシリコンを形成し、次に該酸化ケイ素膜にフッ酸水溶液処理を施して酸化ケイ素を除去することによりナノシリコンを露出させ、そのナノシリコンを溶液中に浸漬して溶液処理を施することにより付着したフッ酸粒子を除去し、更に、溶液中のナノシリコンに攪拌処理を施し、ナノシリコンを基板から分離、離散させて、ナノシリコンが粒子単位で分散した溶液とした上で、溶液にろ過処理を施して、パウダー状のナノシリコンを得ることを特徴とするナノシリコンパウダーの製造方法が開示されている。
特開平1−197309号公報 特開平6−16411号公報 特開平6−92617号公報 特開平8−48512号公報 特開平11−49507号公報 特開2002−104819号公報 特開2005−320195号公報 特開2005−263522号公報 特開2006−70089号公報
In Patent Document 9, an amorphous silicon oxide film is produced on a substrate by a high-frequency sputtering method, the amorphous silicon oxide film is subjected to heat treatment, and a particle size of 3 is formed in the silicon oxide film.
. A nanosilicon having a thickness of 5 nm or less is formed, and then the silicon oxide film is treated with a hydrofluoric acid solution to remove the silicon oxide to expose the nanosilicon, and the nanosilicon is immersed in the solution to perform the solution treatment. After removing the hydrofluoric acid particles adhering to the solution, further stirring the nanosilicon in the solution, separating the nanosilicon from the substrate, separating the nanosilicon into a solution in which the nanosilicon is dispersed in units of particles, A method for producing nanosilicon powder, characterized in that a solution is subjected to filtration to obtain powdered nanosilicon, is disclosed.
JP-A-1-197309 Japanese Patent Laid-Open No. 6-16411 JP-A-6-92617 JP-A-8-48512 Japanese Patent Laid-Open No. 11-49507 JP 2002-104819 A JP 2005-320195 A JP 2005-263522 A JP 2006-70089 A

上述のように、シリコン微粒子の製造方法として種々の方法が提案されているが、粒径が比較的小さいシリコン微粒子をより容易に製造する方法の出現が望まれる。
本発明は、効率的にシリコン微粒子を製造する方法、特に粒径が比較的小さいシリコン微粒子を容易に製造する方法を提供することを目的としている。
As described above, various methods have been proposed as a method for producing silicon fine particles. However, it is desired to develop a method for producing silicon fine particles having a relatively small particle size more easily.
An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing silicon fine particles, particularly a method for easily producing silicon fine particles having a relatively small particle size.

また本発明は、単結晶シリコンを原材料として、シリコン微粒子を調製する製造方法の提供を目的としている。
さらに本発明は、より均一な粒子径分布を有するシリコン微粒子を製造する方法を提供することを課題としている。
Another object of the present invention is to provide a production method for preparing silicon fine particles using single crystal silicon as a raw material.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for producing silicon fine particles having a more uniform particle size distribution.

本発明のシリコン微粒子の製造方法は、酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液を単結晶シリコンに接触させながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させることを特徴としている。   In the method for producing silicon fine particles according to the present invention, an oxide particle dispersion containing oxide particles and a dispersion medium is brought into contact with single crystal silicon, and ultrasonic waves are applied to the dispersion to thereby separate the oxide particles. It is characterized by colliding with crystalline silicon and pulverizing at least a part of the single crystal silicon to generate silicon fine particles.

前記のシリコン微粒子の製造方法は、酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液に単結晶シリコンを浸漬しながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程を含むことが好ましく、
酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液を単結晶シリコン上に滴下し、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程を含むことも好ましい。
In the method for producing silicon fine particles, the oxide particles are converted into single crystals by applying ultrasonic waves to the dispersion while immersing the single crystal silicon in the oxide particle dispersion containing the oxide particles and the dispersion medium. Preferably, the method includes a step of colliding with silicon and pulverizing at least a part of the single crystal silicon to generate silicon fine particles and dispersing the silicon fine particles in the dispersion.
An oxide particle dispersion containing oxide particles and a dispersion medium is dropped onto single crystal silicon, and ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon. It is also preferable to include a step of pulverizing at least part of silicon to produce silicon fine particles and dispersing the silicon fine particles in the dispersion.

前記酸化物粒子分散液のpHは、好ましくは2〜11の範囲にある。
前記酸化物粒子分散液は、酸化物粒子用分散安定剤および/またはシリコン微粒子用分散安定剤をさらに含有していてもよい。
The pH of the oxide particle dispersion is preferably in the range of 2-11.
The oxide particle dispersion may further contain a dispersion stabilizer for oxide particles and / or a dispersion stabilizer for silicon fine particles.

前記のシリコン微粒子を分離する工程は、前記シリコン微粒子の含有液に溶解剤を添加して前記酸化物粒子を溶解させる工程(a)、および該工程(a)によって得られた液を
加熱乾燥する工程(c)を含むことが好ましい。
The step of separating the silicon fine particles includes a step (a) of adding a dissolving agent to the liquid containing the silicon fine particles to dissolve the oxide particles, and a solution obtained by the step (a) by heating and drying. Preferably, step (c) is included.

前記のシリコン微粒子を分離する工程は、前記工程(c)以前に、前記シリコン微粒子の含有液を限外濾過することにより、前記溶解剤および/または前記酸化物粒子の溶解物を除去する工程(b)をさらに含むことが好ましい。   The step of separating the silicon fine particles includes a step of removing the dissolution agent and / or the dissolved oxide particles by ultrafiltration of the silicon fine particle-containing liquid before the step (c) ( It is preferable to further include b).

前記のシリコン微粒子の製造方法は、粗大シリコン微粒子を除去し、該シリコン微粒子の平均粒子径を5〜100nmの範囲に整粒する工程をさらに含んでいてもよい。
前記のシリコン微粒子の製造方法は、下記操作(1)および(2)を1回または複数回行ってシリコン微粒子の粒子径を調製する工程をさらに含んでいてもよい;
(1)前記シリコン微粒子を含有する液に酸化剤を添加して、該シリコン微粒子表面に酸化被膜を形成する、
(2)次いで、酸化被膜が形成されたシリコン微粒子を含有する液に酸化被膜溶解剤を添加して、該酸化被膜を溶解除去する。
The method for producing silicon fine particles may further include a step of removing coarse silicon fine particles and adjusting the average particle size of the silicon fine particles to a range of 5 to 100 nm.
The method for producing silicon fine particles may further include a step of adjusting the particle size of the silicon fine particles by performing the following operations (1) and (2) one or more times;
(1) An oxidant is added to the liquid containing the silicon fine particles to form an oxide film on the surface of the silicon fine particles.
(2) Next, an oxide film solubilizer is added to the liquid containing the silicon fine particles on which the oxide film is formed to dissolve and remove the oxide film.

本発明の製造方法によれば、効率的にシリコン微粒子を製造することができる。
本発明の製造方法によれば、粒径が比較的小さいシリコン微粒子をより容易に製造することができる。
According to the production method of the present invention, silicon fine particles can be produced efficiently.
According to the production method of the present invention, silicon fine particles having a relatively small particle size can be produced more easily.

本発明の製造方法によれば、単結晶シリコンを原材料として、シリコン微粒子を製造することができる。
また本発明の製造方法によれば、均一な粒子径分布を有するシリコン微粒子を製造することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, silicon fine particles can be manufactured using single crystal silicon as a raw material.
Further, according to the production method of the present invention, silicon fine particles having a uniform particle size distribution can be produced.

したがって、本発明のシリコン微粒子の製造方法は、高い実用性を備えている。   Therefore, the method for producing silicon fine particles of the present invention has high practicality.

以下、本発明のシリコン微粒子の製造方法についてより詳細に説明する。
本発明のシリコン微粒子の製造方法は、酸化物粒子分散液を単結晶シリコンに接触させながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を該単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させることを特徴としている。
Hereinafter, the method for producing silicon fine particles of the present invention will be described in more detail.
In the method for producing silicon fine particles of the present invention, the oxide particles are collided with the single crystal silicon by applying ultrasonic waves to the dispersion while bringing the oxide particle dispersion into contact with the single crystal silicon. It is characterized in that at least a part of single crystal silicon is pulverized to generate silicon fine particles.

単結晶シリコン;
本発明の製造方法においては、シリコン微粒子の原材料として、単結晶シリコンが用いられる。単結晶シリコンとしては、例えば、チョクラルスキ法(CZ法)によって育成された単結晶シリコンから切り出したCZシリコン基板、CZシリコン基板上に気相エピタキシャル成長法により単結晶シリコン層を形成したエピタキシャルウエハなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
Single crystal silicon;
In the manufacturing method of the present invention, single crystal silicon is used as a raw material for silicon fine particles. Examples of the single crystal silicon include a CZ silicon substrate cut out from single crystal silicon grown by the Czochralski method (CZ method), an epitaxial wafer in which a single crystal silicon layer is formed on the CZ silicon substrate by a vapor phase epitaxial growth method, and the like. Can be, but is not limited to.

単結晶シリコンの形状は特に限定されないが、本発明の製造方法では、単結晶シリコンに、超音波の作用により酸化物粒子を衝突させるので、例えば板状であって、片面の面積が1〜300cm2である単結晶シリコンが好ましい。 The shape of the single crystal silicon is not particularly limited, but in the manufacturing method of the present invention, the oxide particles are made to collide with the single crystal silicon by the action of ultrasonic waves, so that it is, for example, plate-shaped and has an area of 1 to 300 cm on one side. Single crystal silicon which is 2 is preferred.

この様な板状の単結晶シリコンは、例えば、シリコンウエハをカッティングすることにより得ることができる。
酸化物粒子分散液;
本発明のシリコン微粒子の製造方法においては、超音波の作用によって酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させることにより、単結晶シリコン表面の少なくとも一部を研削し、
シリコン微粒子を生成させる。
Such plate-like single crystal silicon can be obtained, for example, by cutting a silicon wafer.
Oxide particle dispersion;
In the method for producing silicon fine particles of the present invention, at least a part of the surface of the single crystal silicon is ground by causing the oxide particles to collide with the single crystal silicon by the action of ultrasonic waves.
Silicon fine particles are generated.

したがって、本発明において使用される酸化物粒子は、超音波の作用により、単結晶シリコン表面に衝突して、シリコン微粒子を放出させることが可能な程度の硬度を有することが必要である。   Therefore, the oxide particles used in the present invention are required to have such a hardness that the silicon particles can be released by colliding with the surface of the single crystal silicon by the action of ultrasonic waves.

本発明において、この酸化物粒子は、酸化物粒子が溶媒(分散媒)に分散してなる酸化物粒子分散液の状態で使用される。
酸化物粒子の例としてはSiO2粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、またはセリ
ア微粒子から選ばれる酸化物粒子、これらの酸化物粒子の混合物、およびこれら酸化物の複合酸化物粒子などを挙げることができる。これらのうち、硬度が高くおよび経済性に優れ、シリコン微粒子の分離処理にも適している点でSiO2粒子が特に好ましい。
In the present invention, the oxide particles are used in the state of an oxide particle dispersion in which the oxide particles are dispersed in a solvent (dispersion medium).
Examples of the oxide particles include oxide particles selected from SiO 2 particles, alumina fine particles, titania fine particles, or ceria fine particles, a mixture of these oxide particles, and composite oxide particles of these oxides. . Of these, SiO 2 particles are particularly preferable because they are high in hardness, excellent in economic efficiency, and suitable for separating silicon fine particles.

酸化物粒子の平均粒子径は、得ようとするシリコン微粒子の大きさにもよるが、たとえば100nm〜300μmであり、好ましくは500nm〜100μmである。平均粒子径が100nm未満では、酸化物粒子が単結晶シリコンに与える衝撃エネルギーが小さいことから、単結晶シリコン表面を削ることが困難となりシリコン微粒子を充分に生成できない場合があり、平均粒子径が300μmを超えると、超音波のエネルギーが酸化物粒子に伝達されない場合がある。一般に酸化物粒子の平均粒子径が大きいほど、得られるシリコン微粒子の平均粒子径は大きくなり、酸化物粒子の平均粒子径が小さくなると、得られるシリコン微粒子の平均粒子径は小さくなる傾向がある。   The average particle diameter of the oxide particles depends on the size of the silicon fine particles to be obtained, but is, for example, 100 nm to 300 μm, preferably 500 nm to 100 μm. If the average particle size is less than 100 nm, the impact energy given to the single crystal silicon by the oxide particles is small. Therefore, it may be difficult to scrape the surface of the single crystal silicon, and silicon fine particles may not be generated sufficiently. The average particle size is 300 μm. If it exceeds, ultrasonic energy may not be transmitted to the oxide particles. In general, the larger the average particle size of the oxide particles, the larger the average particle size of the obtained silicon fine particles, and the smaller the average particle size of the oxide particles, the smaller the average particle size of the obtained silicon fine particles.

なお、本発明においてシリコン微粒子の平均粒子径は、以下の方法(TEM観察法)により測定される値であり、また、酸化物粒子の平均粒子径は、BET法あるいは遠心沈降式測定法によって測定できる。   In the present invention, the average particle size of the silicon fine particles is a value measured by the following method (TEM observation method), and the average particle size of the oxide particles is measured by the BET method or the centrifugal sedimentation type measurement method. it can.

<TEM観察法>
(1)TEM測定用メッシュの上にゾル状の被測定粒子を滴下・乾燥させて測定試料を作成
する。
(2)透過型電子顕微鏡(型番H−800、日立製作所製)を使用して、倍率200,000〜500,000倍で測定試料を撮影する。
(3)次いで、撮影された画像の中から無作為に250個の粒子を選択し、それらの画像上
での粒子径をノギスで測定し、その測定値と撮影倍率とから実際の粒子径を算出する。なお、画像上での粒子形状が真円ではない場合には、長径を粒子径とする。
(4)実際の粒子径の平均値を平均粒子径として採用する。
<TEM observation method>
(1) A measurement sample is prepared by dropping and drying sol-like particles to be measured on a TEM measurement mesh.
(2) Using a transmission electron microscope (model number H-800, manufactured by Hitachi, Ltd.), photograph a measurement sample at a magnification of 200,000 to 500,000.
(3) Next, 250 particles are randomly selected from the captured images, and the particle size on those images is measured with calipers. The actual particle size is determined from the measured value and the imaging magnification. calculate. When the particle shape on the image is not a perfect circle, the major axis is the particle diameter.
(4) The average value of the actual particle diameter is adopted as the average particle diameter.

<遠心沈降式測定法>
SiO2粒子などの酸化物粒子の平均粒子径は、遠心沈降式測定法で測定する場合には
、具体的には、自然/遠心沈降式粒度分布測定装置CAPA-700(株式会社堀場製作所製)によって測定することができる。
<Centrifuge sedimentation method>
When the average particle diameter of oxide particles such as SiO 2 particles is measured by a centrifugal sedimentation measurement method, specifically, a natural / centrifugal precipitation particle size distribution analyzer CAPA-700 (manufactured by Horiba, Ltd.) Can be measured.

酸化物粒子分散液における酸化物粒子の濃度は、好ましくは10〜90質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。酸化物粒子濃度が10質量%未満では、粒子密度が低く、超音波の衝撃エネルギーを、酸化物粒子を通して単結晶シリコンに伝達することが困難になる傾向にあり、90質量%を超えると超音波により発生する熱により、酸化物粒子分散液が乾燥したり、酸化物粒子が凝集し易くなる傾向にある。   The density | concentration of the oxide particle in an oxide particle dispersion liquid becomes like this. Preferably it is 10-90 mass%, More preferably, it is 40-70 mass%. If the oxide particle concentration is less than 10% by mass, the particle density is low, and it tends to be difficult to transmit ultrasonic impact energy to the single crystal silicon through the oxide particles. The oxide particle dispersion tends to dry or the oxide particles tend to aggregate due to the heat generated by.

酸化物粒子分散液の分散媒としては、単結晶シリコンを劣化させず、シリコン微粒子の生成を阻害させず、シリコン微粒子の生成後に添加されることのある溶解剤との反応性を有さない物質が望ましく、純水や水溶性アルコールなどが好ましく、経済性の観点から純
水が特に好ましい。この水溶性アルコールとしては、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。
As a dispersion medium for oxide particle dispersion, a substance that does not deteriorate single crystal silicon, does not inhibit the formation of silicon fine particles, and does not have reactivity with a solubilizer that may be added after the formation of silicon fine particles Desirable water, water-soluble alcohol, and the like are preferable, and pure water is particularly preferable from the viewpoint of economy. Examples of the water-soluble alcohol include ethanol, ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin.

酸化物粒子分散液は、更に酸化物粒子用の分散安定剤、シリコン微粒子用の分散安定剤、研磨促進剤、界面活性剤、安定剤、緩衝剤などの添加剤を含有していてもよい。
酸化物粒子用の分散安定剤としては、例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物の塩、有機酸、有機酸塩、無機酸、無機酸塩などを挙げることができる。アルカリ金属水酸化物の例としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを、アルカリ金属水酸化物の塩の例としては硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムを、有機酸の例としてはクエン酸を、有機酸塩の例としてはクエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸アンモニウムを、無機酸の例としては塩酸を、無機酸塩の例としては塩化ナトリウム、塩化カリウムを挙げることができる。
The oxide particle dispersion may further contain additives such as a dispersion stabilizer for oxide particles, a dispersion stabilizer for silicon fine particles, a polishing accelerator, a surfactant, a stabilizer, and a buffer.
Examples of the dispersion stabilizer for oxide particles include alkali metal hydroxides, alkali metal hydroxide salts, organic acids, organic acid salts, inorganic acids, inorganic acid salts, and the like. Examples of alkali metal hydroxides include sodium hydroxide and potassium hydroxide, examples of alkali metal hydroxide salts include sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate, and potassium sulfate, and examples of organic acids include citric acid. Examples of the organic acid salt include sodium citrate, potassium citrate, and ammonium citrate, examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, and examples of the inorganic acid salt include sodium chloride and potassium chloride.

シリコン微粒子用の分散安定剤としては、例えば、過酸化水素、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物の塩、有機酸、有機酸塩などを挙げることができる。アルカリ金属水酸化物の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを、アルカリ金属水酸化物の塩の例としては硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムを、有機酸の例としてはクエン酸を、有機酸塩の例としてはクエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸アンモニウムを、無機酸の例としては塩酸を、無機酸塩の例としては塩化ナトリウム、塩化カリウムなどを挙げることができる。   Examples of the dispersion stabilizer for silicon fine particles include hydrogen peroxide, alkali metal hydroxide, alkali metal hydroxide salt, organic acid, and organic acid salt. Examples of alkali metal hydroxides include sodium hydroxide and potassium hydroxide, examples of alkali metal hydroxide salts include sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate, and potassium sulfate, and examples of organic acids include citric acid. Examples of the organic acid salt include sodium citrate, potassium citrate and ammonium citrate, examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, and examples of the inorganic acid salt include sodium chloride and potassium chloride.

研磨促進剤としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの金属炭酸塩、アンモニア、モノエタノールアミン、ピペラジンなどのアミン類、テトラメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウム水酸化物などが挙げられ、酸化物系の研磨促進剤であれば、過酸化水素などが挙げられる。   Examples of the polishing accelerator include metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, metal carbonates such as sodium carbonate and ammonium carbonate, amines such as ammonia, monoethanolamine and piperazine, and tetramethylammonium. A quaternary ammonium hydroxide can be used, and hydrogen peroxide can be used as an oxide-based polishing accelerator.

界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、両性の界面活性剤を使用することができる。
安定剤としては、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースのようなセルロース類、ポリビニルアルコールのような水溶性高分子類、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンのような水溶性アルコール類、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダなどの界面活性剤、ポリアクリル酸塩のような有機系ポリアニオン系物質、塩化マグネシウム、酢酸カリウムのような無機塩等を挙げることができる。
As the surfactant, anionic, cationic, nonionic or amphoteric surfactants can be used.
Examples of the stabilizer include celluloses such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, water-soluble alcohols such as ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin, and sodium alkylbenzene sulfonate. Examples thereof include surfactants, organic polyanionic substances such as polyacrylates, inorganic salts such as magnesium chloride and potassium acetate.

緩衝剤として利用されるイオンとしては、調整するpH範囲にもよるが、陽イオンであれば第四級アンモニウムイオン及びアルカリ金属イオンから選ばれる少なくとも1種が、陰イオンであれば炭酸イオン、炭酸水素イオン及びホウ酸イオンから選ばれる少なくとも1種が好ましく、炭酸イオンと炭酸水素イオンとの混合物、あるいはホウ酸イオンが特に好ましい。   The ions used as a buffering agent depend on the pH range to be adjusted, but at least one selected from quaternary ammonium ions and alkali metal ions if cations are used, and carbonate ions and carbonates if anions are used. At least one selected from hydrogen ions and borate ions is preferable, and a mixture of carbonate ions and hydrogen carbonate ions, or borate ions are particularly preferable.

酸化物粒子用の分散剤、シリコン微粒子用の分散剤、研磨促進剤、界面活性剤および安定剤については、それぞれ酸化物粒子分散液中に通常は0.01〜3質量%の範囲で使用されるが、この範囲に限定されるものではない。   The dispersant for oxide particles, the dispersant for silicon fine particles, the polishing accelerator, the surfactant and the stabilizer are each usually used in the range of 0.01 to 3% by mass in the oxide particle dispersion. However, it is not limited to this range.

なお、酸化物粒子分散液は、液状、ゲル状、スラリー状またはペースト状のいずれであってもよい。
酸化物粒子分散液のpHは、好ましくは2〜11の範囲にある。pHが2未満では、研磨材およびシリコン微粒子の分散安定性が低下する場合があり、pHが11を超えると、生成したシリコン微粒子が溶解する可能性がある。なお、pHの調整には水酸化ナトリウ
ム水溶液、塩酸水溶液、クエン酸水溶液などが好適に使用される。
The oxide particle dispersion may be liquid, gel, slurry, or paste.
The pH of the oxide particle dispersion is preferably in the range of 2-11. If the pH is less than 2, the dispersion stability of the abrasive and the silicon fine particles may be lowered. If the pH exceeds 11, the generated silicon fine particles may be dissolved. For pH adjustment, a sodium hydroxide aqueous solution, a hydrochloric acid aqueous solution, a citric acid aqueous solution or the like is preferably used.

超音波処理;
本発明のシリコン微粒子の製造方法に適用される超音波としては、酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、シリコン微粒子を生成させることのできるエネルギーを有していれば特に限定されず、従来公知の超音波発生装置により発生する超音波を適用することができる。このような超音波発生装置として、例えば、磁歪型の超音波発生装置、電歪型の超音波発生装置などを挙げることができる。これらの超音波発生装置においては、電歪材または磁歪材から成る振動子に対して、高周波変動電界または磁界を作用させて超音波帯周波数で機械的な振動を発生させ、その振動を拡大するためのホーン及び導波筒を用いて所望の位置に振動を導き、外部の媒体中に超音波を放射する。
Sonication;
The ultrasonic wave applied to the method for producing silicon fine particles of the present invention is not particularly limited as long as it has energy capable of generating silicon fine particles by colliding oxide particles with single crystal silicon. Ultrasound generated by a known ultrasonic generator can be applied. Examples of such an ultrasonic generator include a magnetostrictive ultrasonic generator and an electrostrictive ultrasonic generator. In these ultrasonic generators, a high-frequency fluctuating electric field or magnetic field is applied to a vibrator made of an electrostrictive material or a magnetostrictive material to generate mechanical vibration at an ultrasonic band frequency, and the vibration is expanded. For this purpose, vibration is guided to a desired position using a horn and a waveguide tube, and ultrasonic waves are emitted into an external medium.

超音波発信出力は、高いほど好ましいが、通常は10〜1000Wの範囲にある。超音波の周波数は、好ましくは1〜300kHzの範囲にある。また超音波を印加する時間は、通常は10〜100分である。   The higher the ultrasonic transmission power is, the better, but it is usually in the range of 10 to 1000 W. The frequency of the ultrasonic wave is preferably in the range of 1 to 300 kHz. Moreover, the time for applying ultrasonic waves is usually 10 to 100 minutes.

このようにして、シリコン微粒子分散液の形態でシリコン微粒子が得られる。
超音波の作用により、酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させる方法としては、実用的には次の(1)または(2)の工程を含む方法が好ましい。
In this way, silicon fine particles are obtained in the form of a silicon fine particle dispersion.
Practically, a method including the following step (1) or (2) is preferable as a method of causing the oxide particles to collide with the single crystal silicon by the action of ultrasonic waves.

(1)酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液に単結晶シリコンを浸漬しながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を該分散液中を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程;
この工程(1)では、具体的には、図1に示したように、酸化物粒子分散液を満たした容器の中に単結晶シリコンを静置または固定し、単結晶シリコンから所定の間隔を空けて超音波発生装置のホーン部をセットし、たとえば5〜120分かけて、超音波処理を行ない、単結晶シリコンからシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を酸化物粒子分散液中に分散させる。単結晶シリコンの固定方法としては、特に限定はないが、容器内に治具を用いて固定するなどの方法が挙げられる。
(1) While immersing single crystal silicon in an oxide particle dispersion containing oxide particles and a dispersion medium, ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon. Crushing at least a portion of the single crystal silicon to produce silicon fine particles in the dispersion and dispersing the silicon fine particles in the dispersion;
In this step (1), specifically, as shown in FIG. 1, the single crystal silicon is allowed to stand or be fixed in a container filled with the oxide particle dispersion, and a predetermined distance from the single crystal silicon is set. Set the horn part of the ultrasonic generator and sonicate for 5 to 120 minutes, for example, to generate silicon fine particles from single crystal silicon and disperse the silicon fine particles in the oxide particle dispersion. . The method for fixing the single crystal silicon is not particularly limited, and examples thereof include a method of fixing in a container using a jig.

この工程(1)においては、超音波発生装置のホーン部先端と単結晶シリコンの平面部とは、0.01mm〜3mm程度離れていることが好ましい。0.01mm未満では、生成したシリコン微粒子がホーン先端と単結晶シリコンとの間に詰まり、酸化物粒子が単結晶シリコンに超音波の衝撃を有効に伝達しない場合がある。3mmを超えると、酸化物粒子に伝達された超音波エネルギーが減衰する場合がある。   In this step (1), it is preferable that the tip of the horn part of the ultrasonic generator and the flat part of the single crystal silicon are separated from each other by about 0.01 mm to 3 mm. If it is less than 0.01 mm, the generated silicon fine particles may be clogged between the horn tip and the single crystal silicon, and the oxide particles may not effectively transmit the ultrasonic shock to the single crystal silicon. If it exceeds 3 mm, the ultrasonic energy transmitted to the oxide particles may be attenuated.

(2)酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液を単結晶シリコン上に滴下し、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程;
この工程(2)では、具体的には、図2に示したように、単結晶シリコンを静置または固定し、単結晶シリコンから所定の間隔を空けて超音波発生装置のホーン部をセットし、酸化物粒子分散液を該単結晶シリコン上に滴下し、滴下された酸化物粒子分散液に対して超音波をかける。単結晶シリコンに滴下された酸化物粒子分散液は、超音波の衝撃により飛散するので、ドレインから回収し、タンクに供給し、再利用、すなわち再び単結晶シリコン上に滴下する。
(2) An oxide particle dispersion containing oxide particles and a dispersion medium is dropped on the single crystal silicon, and ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon. Crushing at least a part of the single crystal silicon to produce silicon fine particles and dispersing the silicon fine particles in the dispersion;
Specifically, in this step (2), as shown in FIG. 2, the single crystal silicon is allowed to stand or be fixed, and the horn portion of the ultrasonic generator is set at a predetermined interval from the single crystal silicon. Then, the oxide particle dispersion is dropped onto the single crystal silicon, and ultrasonic waves are applied to the dropped oxide particle dispersion. Since the oxide particle dispersion dropped on the single crystal silicon is scattered by the impact of ultrasonic waves, it is recovered from the drain, supplied to the tank, and reused, that is, dropped again on the single crystal silicon.

この工程(2)においては、超音波発生装置のホーン部先端と単結晶シリコンの平面部とは、0.01〜3mm程度離れていることが好ましい。0.01mm未満では、発生し
たシリコン微粒子がホーン先端と単結晶シリコンとの間に詰まり、酸化物粒子が単結晶シリコンに超音波の衝撃を有効に伝達しない場合がある。3mmを超えると、酸化物粒子に伝達された超音波エネルギーが減衰する場合がある。
In this step (2), it is preferable that the tip of the horn part of the ultrasonic generator and the flat part of the single crystal silicon are separated by about 0.01 to 3 mm. If it is less than 0.01 mm, the generated silicon fine particles may be clogged between the horn tip and the single crystal silicon, and the oxide particles may not effectively transmit the ultrasonic shock to the single crystal silicon. If it exceeds 3 mm, the ultrasonic energy transmitted to the oxide particles may be attenuated.

酸化物粒子の溶解;
超音波処理終了後の酸化物粒子分散液には、単結晶シリコンから削り取られた(生成された)シリコン微粒子が分散している。この分散液からシリコン微粒子を回収する方法としては、公知の方法が適用できるが、この分散液に溶解剤を添加して酸化物粒子を溶解させた後にシリコン微粒子を回収する方法が好ましい。
Dissolution of oxide particles;
In the oxide particle dispersion after the ultrasonic treatment, silicon fine particles scraped (generated) from single crystal silicon are dispersed. As a method for recovering the silicon fine particles from this dispersion, a known method can be applied, but a method of recovering the silicon fine particles after adding a dissolving agent to the dispersion to dissolve the oxide particles is preferable.

溶解剤は、酸化物粒子を溶解させ、かつシリコン微粒子に対しては実質的に反応性を有さない物質である。例えば、酸化物粒子がSiO2粒子の場合は、溶解剤としてフッ酸が
好適に使用される。溶解剤は、溶媒で希釈されていてもよく、この場合濃度としては10〜49質量%が好ましい。この溶媒としては水、酢酸水溶液などが挙げられる。
A solubilizer is a substance that dissolves oxide particles and is substantially non-reactive with silicon fine particles. For example, when the oxide particles are SiO 2 particles, hydrofluoric acid is preferably used as the dissolving agent. The solubilizer may be diluted with a solvent. In this case, the concentration is preferably 10 to 49% by mass. Examples of the solvent include water and an acetic acid aqueous solution.

溶解剤の使用量については、酸化物粒子を溶解できる量であれば格別限定されないが、例えば酸化物粒子がSiO2粒子であり、溶解剤がフッ化水素を含有する溶液である場合
には、このフッ化水素を含有する溶液の使用量は、SiO2微粒子100質量部に対して
、フッ化水素に換算して好ましくは5〜500質量部である。
The amount of the solubilizer used is not particularly limited as long as it is an amount capable of dissolving the oxide particles. For example, when the oxide particles are SiO 2 particles and the solubilizer is a solution containing hydrogen fluoride, The amount of the hydrogen fluoride-containing solution used is preferably 5 to 500 parts by mass in terms of hydrogen fluoride with respect to 100 parts by mass of the SiO 2 fine particles.

酸化物粒子の溶解に要する時間、あるいは酸化物粒子を溶解させる際の温度などの条件は格別に制限はされず、酸化物粒子の濃度、溶解剤の濃度等に応じて、適宜設定することができ、例えば酸化物粒子がSiO2粒子であり、溶解剤がフッ化水素を含有する溶液で
ある場合には、時間を0.1〜2時間、温度を5〜80℃とすることができる。
Conditions such as the time required for dissolving the oxide particles or the temperature at which the oxide particles are dissolved are not particularly limited, and can be set as appropriate according to the concentration of the oxide particles, the concentration of the dissolving agent, and the like. For example, when the oxide particles are SiO 2 particles and the dissolving agent is a solution containing hydrogen fluoride, the time can be 0.1 to 2 hours and the temperature can be 5 to 80 ° C.

シリコン微粒子の分離;
本発明のシリコン微粒子の製造方法は、シリコン微粒子の含有液からシリコン微粒子を分離する工程を含んでいてもよい。
Separation of silicon particles;
The method for producing silicon fine particles of the present invention may include a step of separating silicon fine particles from a liquid containing silicon fine particles.

酸化物粒子を溶解させた後のシリコン微粒子の含有液には、生成したシリコン微粒子のほか、分散媒等(分散媒、酸化物粒子の溶解物、添加剤等)が含まれており、この液からシリコン微粒子を分離してもよい。   The liquid containing the silicon fine particles after the oxide particles are dissolved contains the generated silicon fine particles, as well as a dispersion medium (dispersion medium, dissolved oxide particles, additives, etc.). Silicon fine particles may be separated from the substrate.

シリコン微粒子を分離する工程は、前記シリコン微粒子の含有液に溶解剤を添加して前記酸化物粒子を溶解させる工程(a)、および該工程(a)によって得られた液を加熱乾燥する工程(c)を含むことが好ましい。また、前記工程(c)以前に、前記シリコン微粒子の含有液を限外濾過することにより、前記溶解剤および/または前記酸化物粒子の溶解物を除去する工程(b)を含むことが好ましい。   The step of separating the silicon fine particles includes a step (a) of adding a dissolving agent to the silicon fine particle-containing liquid to dissolve the oxide particles, and a step of heating and drying the liquid obtained by the step (a) ( Preferably c) is included. Moreover, it is preferable to include the process (b) which removes the melt | dissolution of the said dissolving agent and / or the said oxide particle by ultrafiltering the liquid containing the said silicon fine particle before the said process (c).

シリコン微粒子を分離する方法としては、分散媒等の除去が挙げられる。分散媒等を除去する方法としては、公知の方法を採用することができ、たとえば加熱乾燥、濾過などの方法を挙げることができる。たとえば、酸化物粒子がSiO2であり、分散媒が水であり
、溶解剤がフッ化水素酸である場合には、シリコン微粒子を含有する液を加熱することによって、分散媒と共に酸化物粒子の溶解物(H2Si26)も除去することができる。
Examples of the method for separating the silicon fine particles include removal of a dispersion medium and the like. As a method for removing the dispersion medium and the like, a known method can be employed, and examples thereof include methods such as heat drying and filtration. For example, when the oxide particles are SiO 2 , the dispersion medium is water, and the dissolving agent is hydrofluoric acid, the liquid containing the silicon fine particles is heated to form the oxide particles together with the dispersion medium. The lysate (H 2 Si 2 F 6 ) can also be removed.

また、酸化物粒子の溶解処理が終了した液に対して、必要に応じて限外濾過などの濾過と分散媒による希釈とを組み合わせて適用することによって、溶解剤、酸化物粒子用の分散安定剤、シリコン微粒子用の分散安定剤、研磨促進剤、界面活性剤、安定剤などの添加剤を除去し、実質的にシリコン微粒子と分散媒とからなるシリコン微粒子含有液を調製することができる。このシリコン微粒子含有液から、加熱乾燥等により分散媒を除去するこ
とによって、シリコン微粒子を分離してもよい。
In addition, by applying a combination of filtration such as ultrafiltration and dilution with a dispersion medium to the liquid after the dissolution treatment of the oxide particles is completed, dispersion stability for the solubilizer and oxide particles can be applied. Additives such as an agent, a dispersion stabilizer for silicon fine particles, a polishing accelerator, a surfactant, and a stabilizer can be removed to prepare a silicon fine particle-containing liquid substantially composed of silicon fine particles and a dispersion medium. The silicon fine particles may be separated from the silicon fine particle-containing liquid by removing the dispersion medium by heat drying or the like.

このようにして、超音波処理の条件によっても異なるが、通常は平均粒子径5〜100nmの範囲のシリコン微粒子を得ることができる。
整粒処理;
本発明のシリコン微粒子の製造方法は、さらに整粒工程を含んでいてもよい。
Thus, although it depends on the conditions of the ultrasonic treatment, silicon fine particles having an average particle diameter in the range of 5 to 100 nm can be usually obtained.
Sizing treatment;
The method for producing silicon fine particles of the present invention may further include a sizing step.

整粒方法としては、シリコン微粒子から粗大粒子を除外することができれば格別に限定されないが、通常は濾過法または沈降分級法を採用する。なお「粗大粒子」とは、製造しようとする(粒子径が特定の範囲にある)シリコン微粒子よりも粒子径の大きなシリコン微粒子をいう。   The sizing method is not particularly limited as long as coarse particles can be excluded from the silicon fine particles, but usually a filtration method or a sedimentation classification method is adopted. The term “coarse particles” refers to silicon fine particles having a particle diameter larger than that of silicon fine particles to be produced (particle diameter is in a specific range).

濾過法としては、公知の脱水濾過法、限外濾過膜法などを用いることができる。
また、沈降分級法とは、水中またはアルコール等の有機溶媒を含む水分散媒中に微小粒子を加えて、その粒子の沈降速度の違いにより粗大粒子を分離または分別する方法である。
As the filtration method, a known dehydration filtration method, ultrafiltration membrane method or the like can be used.
The sedimentation classification method is a method in which fine particles are added to water or an aqueous dispersion medium containing an organic solvent such as alcohol, and coarse particles are separated or classified according to the difference in sedimentation speed of the particles.

粒子径調整処理;
本発明のシリコン微粒子の製造方法は、生成されたシリコン微粒子の粒子径を調整する工程をさらに含んでいてもよい。
Particle size adjustment treatment;
The method for producing silicon fine particles of the present invention may further include a step of adjusting the particle size of the produced silicon fine particles.

この粒子径を調整する工程としては、以下の操作(1)および(2)を、1回または複数回行う工程が挙げられる;
(1)前記シリコン微粒子が分散してなる液に酸化剤を添加して、該シリコン微粒子表面に酸化被膜を形成する、
(2)次いで、酸化被膜が形成されたシリコン微粒子を含む液に酸化被膜溶解剤を添加して、該酸化被膜を溶解除去する。
Examples of the step of adjusting the particle diameter include a step of performing the following operations (1) and (2) once or a plurality of times;
(1) An oxidant is added to the liquid in which the silicon fine particles are dispersed to form an oxide film on the surface of the silicon fine particles.
(2) Next, an oxide film solubilizer is added to the liquid containing silicon fine particles on which the oxide film is formed, and the oxide film is dissolved and removed.

この酸化剤としては、シリコン微粒子の分散媒、すなわち前記不活性液体への溶解性が高い物質が好ましく、HNO3、H22、HIO3、O3などが挙げられる。その使用量は
、シリコン微粒子100質量部に対して通常は1〜100質量部である。1質量部未満では、シリコン微粒子を充分に酸化できない場合があり、100質量部を超えると酸化被膜が過度に厚くなり粒子径の微調整が困難となる傾向にある。
As the oxidizing agent, a dispersion medium of silicon fine particles, that is, a substance having high solubility in the inert liquid is preferable, and examples thereof include HNO 3 , H 2 O 2 , HIO 3 , and O 3 . The amount used is usually 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon fine particles. If the amount is less than 1 part by mass, the silicon fine particles may not be oxidized sufficiently. If the amount exceeds 100 parts by mass, the oxide film tends to be excessively thick and fine adjustment of the particle diameter tends to be difficult.

前記溶解剤としては、前記酸化被膜を溶解でき、かつ実質的にシリコン微粒子を溶解させないものが使用され、たとえばフッ化水素酸を挙げることができる。
シリコン微粒子に酸化被膜が形成された後には、溶解剤を添加して、この酸化被膜を除去する。溶解剤の添加量は、溶解剤の種類にもよるが、シリコン微粒子100質量部に対して、通常は30〜200質量部である。30質量部未満では、酸化被膜の除去が十分に行えない場合があり、200質量部を超えると溶解剤を除去する工程が長くなる場合がある。
As the solubilizer, those capable of dissolving the oxide film and substantially not dissolving silicon fine particles are used, and examples thereof include hydrofluoric acid.
After the oxide film is formed on the silicon fine particles, a dissolving agent is added to remove the oxide film. Although the addition amount of a solubilizing agent is based also on the kind of solubilizing agent, it is 30-200 mass parts normally with respect to 100 mass parts of silicon microparticles. If the amount is less than 30 parts by mass, the oxide film may not be sufficiently removed. If the amount exceeds 200 parts by mass, the step of removing the dissolving agent may be lengthened.

[実施例]
以下に実施例を示しながら本発明をさらに詳しく説明する。
[実施例1]
図2に示すように、単結晶シリコン2を容器4底部の試料台7に固定し、単結晶シリコン2の上に超音波発生装置(カイジョー社製ホーン型超音波装置C−5281)のホーン1(ホーン先端径;7mmφ)を垂直に設置した。単結晶シリコン2と超音波発生装置のホーン部1との間隔は0.5mmに設定した。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[Example 1]
As shown in FIG. 2, the single crystal silicon 2 is fixed to the sample stage 7 at the bottom of the container 4, and the horn 1 of the ultrasonic generator (horn type ultrasonic device C-5281 manufactured by Kaijo Corporation) is placed on the single crystal silicon 2. (Horn tip diameter; 7 mmφ) was installed vertically. The distance between the single crystal silicon 2 and the horn part 1 of the ultrasonic generator was set to 0.5 mm.

単結晶シリコン2は、200mmφ単結晶シリコンウェーハ(フジミ電子工業社製)からカッティングし、20mm×20mmの(100)ミラー面が水平かつ上向きとなるように固定した。   The single crystal silicon 2 was cut from a 200 mmφ single crystal silicon wafer (manufactured by Fujimi Electronics Co., Ltd.) and fixed so that the (100) mirror surface of 20 mm × 20 mm was horizontal and upward.

この単結晶シリコン2上にノズル8から、酸化物粒子分散液3を、ホーン1の先端部と単結晶シリコン2の上面との間が常に液滴で満たされるように0.5ml/分の速度で滴下し、滴下された液滴が単結晶シリコン2上およびホーン部1に接触した状態を維持しながら、超音波発生装置のホーン部1から単結晶シリコン2に対して超音波を印加した。この超音波処理は40分間行った。飛散した酸化物粒子分散液3は、全てドレイン5に回収し、ポンプ6を経て循環させて、再びノズル8から単結晶シリコン2上に供給した。   The oxide particle dispersion 3 is supplied from the nozzle 8 onto the single crystal silicon 2 at a rate of 0.5 ml / min so that the space between the tip of the horn 1 and the upper surface of the single crystal silicon 2 is always filled with droplets. The ultrasonic waves were applied to the single crystal silicon 2 from the horn unit 1 of the ultrasonic generator while maintaining the state where the dropped liquid droplets were in contact with the single crystal silicon 2 and the horn unit 1. This sonication was performed for 40 minutes. All of the dispersed oxide particle dispersion 3 was collected in the drain 5, circulated through the pump 6, and again supplied onto the single crystal silicon 2 from the nozzle 8.

この超音波処理の詳細は以下のとおりである。
単結晶シリコン;
サイズ200mmの単結晶シリコン
〔200mmφウェーハ基板(単結晶シリコン)の仕様;CZ製法BドープP型(抵抗率;0.1〜100Ωcm)〕
酸化物粒子分散液;
調製した酸化物粒子分散液の詳細は以下のとおりである。
The details of this ultrasonic treatment are as follows.
Single crystal silicon;
Single crystal silicon of size 200 mm [specifications of 200 mmφ wafer substrate (single crystal silicon); CZ manufacturing method B-doped P type (resistivity: 0.1 to 100 Ωcm)]
Oxide particle dispersion;
The details of the prepared oxide particle dispersion are as follows.

酸化物粒子=シリカ微粒子
酸化物粒子の平均粒子径=500nm(自然/遠心沈降式粒度分布測定装置
CAPA-700、(株式会社堀場製作所製)にて測定)
分散媒=純水
シリカ粒子濃度=20質量%
pH=9.5(5質量%水酸化ナトリウム水溶液で調整した。)
酸化物粒子の分散安定剤=10質量%塩酸と10質量%水酸化ナトリウム水溶液との1:1混合物(分散液中に0.1質量%)
液量=20ml
超音波処理;
超音波処理条件の詳細は以下のとおりである。
Oxide particles = Silica fine particles Average particle size of oxide particles = 500 nm (natural / centrifugal sedimentation particle size distribution analyzer
CAPA-700 (measured by HORIBA, Ltd.)
Dispersion medium = pure water Silica particle concentration = 20% by mass
pH = 9.5 (adjusted with 5% by mass aqueous sodium hydroxide solution)
Dispersion stabilizer of oxide particles = 1: 1 mixture of 10 mass% hydrochloric acid and 10 mass% sodium hydroxide aqueous solution (0.1 mass% in the dispersion)
Liquid volume = 20ml
Sonication;
The details of the ultrasonic treatment conditions are as follows.

超音波の出力;150W
超音波の周波数;19.5kHz
超音波ホーンの先端径;7mm
超音波処理の終了後、粒子分散液に20mlの49%フッ化水素酸溶液を添加してSiO2粒子を全て溶解し、更に、90℃にて、10時間乾燥処理を行ない、シリコン微粒子
約1gを得た。
Ultrasonic output: 150W
Ultrasonic frequency: 19.5 kHz
Ultrasonic horn tip diameter: 7mm
After the ultrasonic treatment is completed, 20 ml of 49% hydrofluoric acid solution is added to the particle dispersion to dissolve all the SiO 2 particles, followed by drying at 90 ° C. for 10 hours to obtain about 1 g of silicon fine particles. Got.

上述した方法(TEM観察法)で測定したこのシリコン微粒子の平均粒子径は、40nmであった。なお、TEM写真の撮影には、透過型電子顕微鏡 H−800(株式会社日立製作所製、加速電圧200KV、分解能:0.2nm、撮影倍率250、000倍)を使用した。得られたシリコン微粒子のTEM写真(倍率250,000倍)を図3に示す。   The average particle diameter of the silicon fine particles measured by the method described above (TEM observation method) was 40 nm. Note that a transmission electron microscope H-800 (manufactured by Hitachi, Ltd., acceleration voltage 200 KV, resolution: 0.2 nm, photographing magnification 250,000 times) was used for taking a TEM photograph. A TEM photograph (magnification 250,000 times) of the obtained silicon fine particles is shown in FIG.

[実施例2]
酸化物粒子分散液を、平均粒子径1000nmのSiO2粒子の濃度が20%である酸
化物粒子分散液に変更した以外は、実施例1と同様の方法でシリコン微粒子約1gを製造した。
[Example 2]
About 1 g of silicon fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the oxide particle dispersion was changed to an oxide particle dispersion in which the concentration of SiO 2 particles having an average particle diameter of 1000 nm was 20%.

上述した方法(TEM観察法)で測定したこのシリコン微粒子の平均粒子径は、60nmであった。   The average particle diameter of the silicon fine particles measured by the method described above (TEM observation method) was 60 nm.

本発明の製造方法により得られるシリコン微粒子は、半導体材料、発光材料、などとして極めて有用である。
また、本発明のシリコン微粒子の製造方法は、比較的少ないエネルギーで、有効にシリ
コン微粒子を製造することが可能であり、高い実用性を備えている。
Silicon fine particles obtained by the production method of the present invention are extremely useful as a semiconductor material, a light emitting material, and the like.
Further, the method for producing silicon fine particles of the present invention can produce silicon fine particles effectively with relatively little energy, and has high practicality.

図1は、本発明の一実施態様を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施態様を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the present invention. 図3は、実施例1で製造されたシリコン微粒子のTEM写真である。FIG. 3 is a TEM photograph of the silicon fine particles produced in Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・超音波ホーン
2・・・単結晶シリコン
3・・・酸化物粒子分散液
4・・・容器
5・・・ドレイン
6・・・ポンプ
7・・・試料台
8・・・ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic horn 2 ... Single crystal silicon 3 ... Oxide particle dispersion 4 ... Container 5 ... Drain 6 ... Pump 7 ... Sample stand 8 ... Nozzle

Claims (10)

酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液を単結晶シリコンに接触させながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を該単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させることを特徴とするシリコン微粒子の製造方法。   While bringing the oxide particle dispersion containing the oxide particles and the dispersion medium into contact with the single crystal silicon, ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon, thereby A method for producing silicon fine particles, characterized in that at least a part of crystalline silicon is pulverized to produce silicon fine particles. 酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液に単結晶シリコンを浸漬しながら、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を該単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のシリコン微粒子の製造方法。   While immersing the single crystal silicon in the oxide particle dispersion containing the oxide particles and the dispersion medium, ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon. 2. The method for producing silicon fine particles according to claim 1, comprising a step of pulverizing at least a part of the crystalline silicon to produce silicon fine particles and dispersing the silicon fine particles in the dispersion. 酸化物粒子および分散媒を含有する酸化物粒子分散液を単結晶シリコン上に滴下し、この分散液に超音波をかけることにより、該酸化物粒子を単結晶シリコンに衝突させて、該単結晶シリコンの少なくとも一部を粉砕してシリコン微粒子を生成させると共にこのシリコン微粒子を該分散液中に分散させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のシリコン微粒子の製造方法。   An oxide particle dispersion containing oxide particles and a dispersion medium is dropped onto single crystal silicon, and ultrasonic waves are applied to the dispersion to cause the oxide particles to collide with the single crystal silicon. 2. The method for producing silicon fine particles according to claim 1, comprising a step of pulverizing at least a part of silicon to produce silicon fine particles and dispersing the silicon fine particles in the dispersion. 前記酸化物粒子分散液のpHが2〜11の範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシリコン微粒子の製造方法。   The method for producing silicon fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the oxide particle dispersion is in the range of 2 to 11. 前記酸化物粒子分散液が、酸化物粒子用分散安定剤および/またはシリコン微粒子用分散安定剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン微粒子の製造方法。   The method for producing silicon fine particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxide particle dispersion further contains a dispersion stabilizer for oxide particles and / or a dispersion stabilizer for silicon fine particles. シリコン微粒子の含有液からシリコン微粒子を分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のシリコン微粒子の製造方法。   6. The method for producing silicon fine particles according to claim 1, further comprising a step of separating the silicon fine particles from the liquid containing the silicon fine particles. 前記のシリコン微粒子を分離する工程が、前記シリコン微粒子の含有液に溶解剤を添加して前記酸化物粒子を溶解させる工程(a)、および該工程(a)によって得られた液を加熱乾燥する工程(c)を含むこと特徴とする請求項6のシリコン微粒子の製造方法。   In the step of separating the silicon fine particles, a step (a) of adding a dissolving agent to the silicon fine particle-containing liquid to dissolve the oxide particles, and a solution obtained by the step (a) are heated and dried. The method for producing silicon fine particles according to claim 6, comprising a step (c). 前記工程(c)以前に、前記シリコン微粒子の含有液を限外濾過することにより、前記溶解剤および/または前記酸化物粒子の溶解物を除去する工程(b)をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のシリコン微粒子の製造方法。   Before the step (c), the method further includes a step (b) of removing the dissolution agent and / or the dissolved oxide particles by ultrafiltration of the silicon fine particle-containing liquid. The method for producing silicon fine particles according to claim 7. 粗大シリコン微粒子を除去し、該シリコン微粒子の平均粒子径を5〜100nmの範囲に整粒する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のシリコン微粒子の製造方法。   The method for producing silicon fine particles according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of removing coarse silicon fine particles and adjusting the average particle size of the silicon fine particles to a range of 5 to 100 nm. 下記操作(1)および(2)を、1回または複数回行ってシリコン微粒子の粒子径を調製する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のシリコン微粒子含有液の製造方法;
(1)前記シリコン微粒子を含有する液に酸化剤を添加して、該シリコン微粒子表面に酸化被膜を形成する、
(2)次いで、酸化被膜が形成されたシリコン微粒子の含有液に酸化被膜溶解剤を添加して、該酸化被膜を溶解除去する。
10. The silicon fine particle-containing liquid according to claim 1, further comprising a step of preparing the particle size of the silicon fine particles by performing the following operations (1) and (2) once or a plurality of times. Manufacturing method of
(1) An oxidant is added to the liquid containing the silicon fine particles to form an oxide film on the surface of the silicon fine particles.
(2) Next, an oxide film solubilizer is added to the silicon fine particle-containing liquid on which the oxide film is formed to dissolve and remove the oxide film.
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