JP5712176B2 - Method for selecting polycrystalline silicon rod, method for producing polycrystalline silicon lump, and method for producing single crystal silicon - Google Patents

Method for selecting polycrystalline silicon rod, method for producing polycrystalline silicon lump, and method for producing single crystal silicon Download PDF

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本発明は単結晶シリコン製造用原料として用いられる多結晶シリコン棒の選択方法に関し、より具体的には、単結晶シリコンを安定的に製造するために好適な、無配向性の多結晶シリコン棒を選択する方法に関する。   The present invention relates to a method for selecting a polycrystalline silicon rod used as a raw material for producing single crystal silicon, and more specifically, a non-oriented polycrystalline silicon rod suitable for stably producing single crystal silicon. Relates to the method of selection.

半導体デバイス等の製造に不可欠な単結晶シリコンは、CZ法やFZ法により結晶育成され、その際の原料として多結晶シリコン棒や多結晶シリコン塊が用いられる。このような多結晶シリコン材料は多くの場合、シーメンス法により製造される(特許文献1等参照)。シーメンス法とは、トリクロロシランやモノシラン等のシラン原料ガスを加熱されたシリコン芯線に接触させることにより、該シリコン芯線の表面に多結晶シリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)法により気相成長(析出)させる方法である。   Single crystal silicon indispensable for manufacturing a semiconductor device or the like is crystal-grown by the CZ method or FZ method, and a polycrystalline silicon rod or a polycrystalline silicon lump is used as a raw material at that time. Such polycrystalline silicon materials are often manufactured by the Siemens method (see Patent Document 1). Siemens method is a process of vapor deposition (precipitation) of polycrystalline silicon on the surface of silicon core wire by CVD (Chemical Vapor Deposition) method by contacting silane source gas such as trichlorosilane and monosilane with heated silicon core wire. It is a method to let

例えば、CZ法で単結晶シリコンを結晶育成する際には、石英ルツボ内に多結晶シリコン塊をチャージし、これを加熱溶融させたシリコン融液に種結晶を漬けて転位線を消滅させ、無転位化させた後に所定の直径となるまで徐々に径拡大させて結晶の引上げが行われる。このとき、シリコン融液中に未溶融の多結晶シリコンが残存していると、この未溶融多結晶片が対流により固液界面近傍を漂い、転位発生を誘発して結晶線を消失させてしまう原因となる。   For example, when single crystal silicon is grown by the CZ method, a polycrystalline silicon lump is charged in a quartz crucible, and a seed crystal is immersed in a silicon melt obtained by heating and melting this to eliminate dislocation lines. Crystals are pulled by gradually expanding the diameter until a predetermined diameter is obtained after the dislocation. At this time, if unmelted polycrystalline silicon remains in the silicon melt, this unmelted polycrystalline piece drifts in the vicinity of the solid-liquid interface by convection, causing dislocation generation and disappearing crystal lines. Cause.

また、特許文献2には、多結晶シリコンロッド(多結晶シリコン棒)をシーメンス法で製造する工程中に該ロッド中で針状結晶が析出することがあり、かかる多結晶シリコン棒を用いてFZ法による単結晶シリコン育成を行うと、上述の不均質な微細構造によって個々の晶子がその大きさに相応して均一には溶融せず、不溶融の晶子が固体粒子として溶融帯域をとおって単結晶ロッドへと通り抜けて未溶融粒子として単結晶の凝固面に組み込まれ、これにより欠陥形成が引き起こされる旨が報告されているが、FZ法による単結晶化では1回のFZ操作により単結晶が得られる生産性の高い多結晶シリコンが求められている。   Further, Patent Document 2 discloses that needle-like crystals may be precipitated in a rod during the process of manufacturing a polycrystalline silicon rod (polycrystalline silicon rod) by the Siemens method. When single crystal silicon is grown by the above method, the individual crystallites do not melt uniformly according to their size due to the above-mentioned inhomogeneous microstructure, and the unmelted crystallites become solid particles as single particles through the melting zone. It has been reported that it passes through the crystal rod and is incorporated into the solidified surface of the single crystal as unmelted particles, which causes defect formation, but in single crystallization by the FZ method, the single crystal is formed by one FZ operation. There is a demand for highly productive polycrystalline silicon.

この問題に対し、特許文献2では、多結晶シリコン棒の長軸方向に対して垂直に切り出された試料面を研磨乃至ポリシングし、エッチング後に組織の微結晶を光学顕微鏡下でも視認できる程度にコントラストを高めて針状結晶のサイズとその面積割合を測定し、その測定結果に基づいてFZ単結晶シリコン育成用原料としての良否を判断する手法を提案している。   With respect to this problem, in Patent Document 2, the sample surface cut perpendicularly to the long axis direction of the polycrystalline silicon rod is polished or polished, and after etching, the microcrystals of the structure are contrasted to such an extent that they can be visually recognized under an optical microscope. Has been proposed to measure the size and area ratio of needle-like crystals and determine the quality as a raw material for growing FZ single crystal silicon based on the measurement results.

特公昭37−18861号公報Japanese Patent Publication No. 37-18861 特開2008−285403号公報JP 2008-285403 A

2006IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference予稿集 244〜246ページ2006 IEEE / SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference Proceedings pp. 244-246

しかし、特許文献2に開示の手法のような光学顕微鏡下での視認による良否判断は、観察試料面のエッチングの程度や評価担当者の観察技量等に依存して結果に差が生じ易いことに加え、定量性や再現性にも乏しい。このため、単結晶シリコンの製造歩留まりを高める観点からは良否判断の基準を高めに設定しておく必要があり、結果として、多結晶シリコン棒の不良品率は高くなってしまう。   However, the quality judgment by visual recognition under the optical microscope as in the method disclosed in Patent Document 2 is likely to cause a difference in results depending on the degree of etching of the observation sample surface, the observation technician's observation skill, and the like. In addition, it has poor quantitativeness and reproducibility. For this reason, from the standpoint of increasing the production yield of single crystal silicon, it is necessary to set a higher standard for quality determination, and as a result, the defective rate of polycrystalline silicon rods is increased.

また、本発明者らが検討したところによれば、特許文献2に開示の手法では良品と判定された多結晶シリコン棒を用いた場合であっても、FZ法による単結晶シリコンロッドの育成工程で転位が発生し結晶線が消失することがあることも判明した。   Further, according to the study by the present inventors, even when a polycrystalline silicon rod determined to be a non-defective product by the method disclosed in Patent Document 2 is used, a single crystal silicon rod growing step by the FZ method is used. It was also found that dislocations occurred and the crystal line disappeared.

従って、単結晶シリコンを高い歩留まりで安定的に製造するためには、単結晶シリコン製造用原料として好適な多結晶シリコンを高い定量性と再現性で選別する技術が求められる。   Therefore, in order to stably produce single crystal silicon at a high yield, a technique for selecting polycrystalline silicon suitable as a raw material for producing single crystal silicon with high quantitativeness and reproducibility is required.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、単結晶シリコン製造用原料として好適な多結晶シリコンを高い定量性と再現性で選別し、単結晶シリコンの安定的製造に寄与する技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to select polycrystalline silicon suitable as a raw material for producing single crystal silicon with high quantitativeness and reproducibility. It is to provide a technology that contributes to stable manufacturing.

上記課題を解決するために、本発明に係る多結晶シリコン棒の選択方法は、単結晶シリコン製造用原料として用いる多結晶シリコン棒を選択するための方法であって、多結晶シリコン棒から採取された板状試料の主面に電子線を照射して得られる電子後方散乱回折像を解析して、下記の2条件を同時に満足する多結晶シリコン棒を単結晶シリコン製造用原料として選択する、ことを特徴とする。
条件1:粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域の総和面積が、電子線照射された面積全体の10%以下であること。
条件2:粒径が0.5μm以上で3μm未満の範囲にある結晶粒の個数が、検出された結晶粒の全体の45%以上であること。
In order to solve the above problems, a method for selecting a polycrystalline silicon rod according to the present invention is a method for selecting a polycrystalline silicon rod to be used as a raw material for producing single crystal silicon, which is collected from the polycrystalline silicon rod. Analyzing a backscattered diffraction image obtained by irradiating an electron beam onto the principal surface of the plate-like sample, and selecting a polycrystalline silicon rod that simultaneously satisfies the following two conditions as a raw material for producing single crystal silicon; It is characterized by.
Condition 1: The total area of the regions where crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more are not detected is 10% or less of the entire area irradiated with the electron beam.
Condition 2: The number of crystal grains having a grain size in the range of 0.5 μm or more and less than 3 μm is 45% or more of the entire detected crystal grains.

好ましくは、前記板状試料は、前記多結晶シリコン棒の径方向に垂直な断面を主面とするように採取される。   Preferably, the plate-like sample is collected so that the main surface is a cross section perpendicular to the radial direction of the polycrystalline silicon rod.

例えば、前記板状試料は、前記多結晶シリコン棒の径方向に垂直な断面を底面とする柱状試料からスライスにより採取される。   For example, the plate-like sample is collected by slicing from a columnar sample whose bottom is a cross section perpendicular to the radial direction of the polycrystalline silicon rod.

本発明に係る多結晶シリコン塊の製造方法は、上述の方法により選択された多結晶シリコン棒を破砕する工程を備えている。   The method for producing a polycrystalline silicon lump according to the present invention includes a step of crushing a polycrystalline silicon rod selected by the above-described method.

また、本発明に係る単結晶シリコンの製造方法では、上述の方法により選択された多結晶シリコン棒をシリコン原料として用いたり、上述の方法により得られた多結晶シリコン塊を原料として用いる。   In the method for producing single crystal silicon according to the present invention, the polycrystalline silicon rod selected by the above method is used as the silicon raw material, or the polycrystalline silicon lump obtained by the above method is used as the raw material.

本発明に係る方法で多結晶シリコンの結晶配向度を評価し、これにより良品として選択された多結晶シリコン棒を用いてFZ法により結晶育成を行ったり、多結晶シリコンブロックから得られた塊を用いてCZ法により結晶育成することにより、単結晶シリコンの安定的な製造に寄与することができる。   The degree of crystal orientation of polycrystalline silicon is evaluated by the method according to the present invention, and crystal growth is carried out by the FZ method using a polycrystalline silicon rod selected as a non-defective product, or a lump obtained from a polycrystalline silicon block is obtained. By using and growing the crystal by the CZ method, it is possible to contribute to stable production of single crystal silicon.

電子後方散乱回折像を得るための装置構成の概要を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the outline | summary of the apparatus structure for obtaining an electron backscattering diffraction image. 化学気相法で析出させて育成された多結晶シリコン棒からの、電子後方散乱回折測定用の板状試料の採取例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the collection example of the plate-shaped sample for an electron backscattering diffraction measurement from the polycrystalline-silicon stick | rod grown by the chemical vapor deposition method. 化学気相法で析出させて育成された多結晶シリコン棒からの、電子後方散乱回折測定用の板状試料の採取例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the collection example of the plate-shaped sample for an electron backscattering diffraction measurement from the polycrystalline-silicon stick | rod grown by the chemical vapor deposition method. 板状試料から得られた結晶粒の粒度分布についての解析結果例であり、0.5μm以上3μm未満の粒径の結晶粒の方位マッピング像(IPFマップ)および(001)極点図である。It is an example of an analysis result about the particle size distribution of the crystal grain obtained from the plate-shaped sample, and is an orientation mapping image (IPF map) and (001) pole figure of the crystal grain having a grain size of 0.5 μm or more and less than 3 μm. 板状試料から得られた結晶粒の粒度分布についての解析結果例であり、3μm以上5μm未満の粒径の結晶粒の方位マッピング像(IPFマップ)および(001)極点図である。It is an example of the analysis result about the particle size distribution of the crystal grain obtained from the plate-shaped sample, and is an orientation mapping image (IPF map) and a (001) pole figure of the crystal grain having a grain size of 3 μm or more and less than 5 μm. 板状試料から得られた結晶粒の粒度分布についての解析結果例であり、5μm以上10μm未満の粒径の結晶粒の方位マッピング像(IPFマップ)および(001)極点図である。It is an example of the analysis result about the particle size distribution of the crystal grain obtained from the plate-shaped sample, and is an orientation mapping image (IPF map) and (001) pole figure of the crystal grain having a particle size of 5 μm or more and less than 10 μm. 板状試料から得られた結晶粒の粒度分布についての解析結果例であり、10μm以上30μm未満の粒径の結晶粒の方位マッピング像(IPFマップ)および(001)極点図である。It is an example of an analysis result about the particle size distribution of the crystal grain obtained from the plate-shaped sample, and is an orientation mapping image (IPF map) and (001) pole figure of the crystal grain having a particle size of 10 μm or more and less than 30 μm.

以下に、図面を参照して本発明に係る多結晶シリコン棒の選択方法について説明する。なお、以降においては、本発明の方法により選択された多結晶シリコン棒をFZ法による単結晶シリコンの製造に用いる場合を例に説明するが、
選択された多結晶シリコン棒を破砕して結晶配向性の低い多結晶シリコン塊を得、これをCZ法による単結晶シリコンの製造用原料として用いるようにしてもよいことは言うまでもない。
The method for selecting a polycrystalline silicon rod according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following, a case where the polycrystalline silicon rod selected by the method of the present invention is used for the production of single crystal silicon by the FZ method will be described as an example.
Needless to say, the selected polycrystalline silicon rod may be crushed to obtain a polycrystalline silicon lump having a low crystal orientation and used as a raw material for producing single crystal silicon by the CZ method.

先ず、電子後方散乱回折測定法(EBSD法)について簡単に説明しておく。EBSD法により得られる電子後方散乱回折像(EBSP)は、透過型電子顕微鏡で観察される菊池線と同一の原理で発生する。結晶試料に電子線を照射すると複数のバンドが得られるが、個々のバンドはそれぞれ一つの結晶面からの回折によって生じ、バンドの幅や強度は格子定数をはじめとする結晶構造に依存している。また、バンド同士が交差する角度やそれらが現れる位置は、結晶方位によって一義的に決まっている。従って、EBSP中に現れるパターンを解析することにより、物質を同定したり結晶方位を知ることができる。   First, the electron backscattering diffraction measurement method (EBSD method) will be briefly described. An electron backscatter diffraction image (EBSP) obtained by the EBSD method is generated on the same principle as the Kikuchi line observed with a transmission electron microscope. Multiple bands are obtained when a crystal sample is irradiated with an electron beam, but each band is generated by diffraction from one crystal plane, and the band width and intensity depend on the crystal structure including the lattice constant. . The angle at which the bands intersect and the position at which they appear are uniquely determined by the crystal orientation. Therefore, by analyzing the pattern appearing in EBSP, the substance can be identified and the crystal orientation can be known.

近年の電子顕微鏡では測定からデータ解析までが自動化され、従来に比較して分析に要する時間が大幅に短縮され、しかも、結晶方位以外にも結晶粒径や第二相分離などの情報も迅速に取得可能である。従って、このような装置系で多結晶試料から得られたEBSPを解析すれば、結晶粒それぞれの情報を迅速に得ることができる。   In recent electron microscopes, from measurement to data analysis has been automated, the time required for analysis has been greatly reduced compared to conventional methods, and in addition to crystal orientation, information such as crystal grain size and second phase separation has also been rapidly obtained. It can be acquired. Therefore, by analyzing EBSP obtained from a polycrystalline sample with such an apparatus system, information on each crystal grain can be obtained quickly.

図1は、電子後方散乱回折像を得るための装置構成の概要を説明するためのブロック図である。走査型顕微鏡(SEM)100は、照射系コントロールユニット101、試料ステージコントロールユニット102、およびカメラコントロールユニット103を備えており、これらのコントロールユニットはコンピュータ109により制御される。   FIG. 1 is a block diagram for explaining an outline of an apparatus configuration for obtaining an electron backscattered diffraction image. A scanning microscope (SEM) 100 includes an irradiation system control unit 101, a sample stage control unit 102, and a camera control unit 103, and these control units are controlled by a computer 109.

鏡筒内に設けられた試料ステージ104上にセットされた試料105に電子線106を照射すると、結晶面からの回折が生じて複数のバンドが得られ、これがスクリーン107上にEBSPとして投影され、高感度カメラ108により撮影され、このEBSPが画像情報としてコンピュータ109に取り込まれて解析される。   When the sample 105 set on the sample stage 104 provided in the lens barrel is irradiated with the electron beam 106, diffraction from the crystal plane is generated to obtain a plurality of bands, which are projected on the screen 107 as EBSP, The image is taken by the high-sensitivity camera 108, and this EBSP is taken into the computer 109 as image information and analyzed.

コンピュータ109は、SEM100の本体を制御する処理部109a、画像の撮影乃至取込を制御する処理部109b、取込画像に基づいて結晶構造の解析を行う演算部109c、データを格納しておく記録部109dを備えており、上記EBSPは演算部109cにより画像解析され、結晶構造が既知の試料についてシミュレーションにより得られた画像とのパターン比較等により結晶方位の決定等がなされる。決定された結晶方位は角度表記の数値データとして位置座標(x,y)などとともに記録され、これらのデータをもとに結晶方位をマッピングしたり結晶粒界を表示させたりするなどの多用な解析を行うことができる。   The computer 109 includes a processing unit 109a for controlling the main body of the SEM 100, a processing unit 109b for controlling image capturing or capturing, a computing unit 109c for analyzing a crystal structure based on the captured image, and a recording for storing data. The EBSP is subjected to image analysis by the calculation unit 109c, and crystal orientation is determined by pattern comparison with an image obtained by simulation for a sample having a known crystal structure. The determined crystal orientation is recorded as numerical data in angle notation along with the position coordinates (x, y), etc., and various analyzes such as mapping the crystal orientation and displaying the crystal grain boundary based on these data It can be performed.

このようなEBSD法をシリコン材料の評価に適用した例は既に報告があり、例えば、非特許文献1ではアモルファスシリコンの単結晶化を検討する際のツールとしてEBSD法が用いられ、当該文献にはEBSD法により得られた単結晶シリコンや多結晶シリコン等のEBSPおよびその解析結果が示されている。   An example in which such an EBSD method is applied to the evaluation of a silicon material has already been reported. For example, in Non-Patent Document 1, the EBSD method is used as a tool for studying single crystallization of amorphous silicon. EBSP such as single crystal silicon and polycrystalline silicon obtained by the EBSD method and the analysis result thereof are shown.

上述したように、特許文献2に開示の手法のような光学顕微鏡下での視認による良否判断は、観察試料面のエッチングの程度や評価担当者の観察技量等に依存して結果に差が生じ易いことに加え、定量性や再現性にも乏しい。しかも、本発明者らの検討したところによれば、顕微鏡観察による良否判定の結果とシリコンの単結晶化率とが必ずしも一致しないという問題もある。そこで、本発明者らは、単結晶シリコン製造用原料として好適な多結晶シリコン棒を選択(選別)するための手法としてEBSD法を適用することを試みることとし、EBSD法での評価・解析結果と単結晶化率との相関について検討を行った。   As described above, the quality judgment by visual recognition under the optical microscope as in the method disclosed in Patent Document 2 has a difference in the result depending on the degree of etching of the observation sample surface, the observation technician's observation skill, and the like. In addition to being easy, it has poor quantitativeness and reproducibility. Moreover, according to the study by the present inventors, there is also a problem that the result of the quality determination by microscopic observation does not necessarily match the single crystallization rate of silicon. Therefore, the present inventors tried to apply the EBSD method as a method for selecting (selecting) a polycrystalline silicon rod suitable as a raw material for producing single crystal silicon, and the results of evaluation and analysis by the EBSD method And the correlation between the single crystallization rate and the single crystallization rate were investigated.

EBSD法による評価を行う際には、EBSPのピクセルサイズが例えば0.5μmであれば、概ね0.5μm以上の粒径の結晶粒を確認することができる。また、EBSPの形成に寄与する全試料面の粒径マッピングを行うこともできる。   When the evaluation by the EBSD method is performed, if the pixel size of the EBSP is, for example, 0.5 μm, crystal grains having a grain size of approximately 0.5 μm or more can be confirmed. It is also possible to perform particle size mapping of all sample surfaces that contribute to the formation of EBSP.

特許文献2では、FZ法による単結晶シリコンの製造用原料としては粒径の大きな結晶粒はなるべく含まない多結晶シリコン棒が好ましい旨が開示されている。このような事情もあり、本発明者らがEBSD法での評価・解析を開始するに際し、当初は、粒径の小さな結晶粒をなるべく多く含む多結晶シリコン棒の方が単結晶シリコン製造用原料として好適であると考えていた。   Patent Document 2 discloses that as a raw material for producing single crystal silicon by the FZ method, a polycrystalline silicon rod that contains as little crystal grains as possible is preferable. Under such circumstances, when the present inventors started evaluation / analysis by the EBSD method, initially, a polycrystalline silicon rod containing as many crystal grains as small as possible is a raw material for producing single crystal silicon. It was thought that it was suitable as.

しかし、検討を進めて行くと、粒径が0.5μmを下回るような微細な結晶粒を多く含む多結晶シリコン棒を用いてFZ法による単結晶シリコンの育成を行うと、1回の処理での単結晶化(ワンパス)の確率は必ずしも高くないことが明らかとなってきた。   However, as the study progresses, when single crystal silicon is grown by the FZ method using a polycrystalline silicon rod containing a large number of fine grains having a grain size of less than 0.5 μm, the process can be performed in a single process. It has become clear that the probability of single crystallization (one pass) is not necessarily high.

具体的には、多結晶シリコン棒から採取した板状試料の電子後方散乱回折像の解析結果として、粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域の総和面積が電子線照射された面積全体の10%以下である多結晶シリコン棒を用いた場合には結晶線が消失しない一方、上記条件を満足しない多結晶シリコン棒の場合には結晶線が消失し易いことが判明した。   Specifically, as an analysis result of an electron backscatter diffraction image of a plate-like sample collected from a polycrystalline silicon rod, the total area of a region where a crystal grain having a grain size of 0.5 μm or more is not detected is an area irradiated with an electron beam. It has been found that when a polycrystalline silicon rod that is 10% or less of the total is used, the crystal line does not disappear, whereas in the case of a polycrystalline silicon rod that does not satisfy the above conditions, the crystal line is likely to disappear.

また、粒径が0.5μm以上で3μm未満の範囲にある結晶粒の個数が検出された結晶粒の全体の45%以上である多結晶シリコン棒を用いた場合には結晶線が消失しない一方、上記条件を満足しない多結晶シリコン棒の場合には結晶線が消失し易いことも判明した。   In addition, when a polycrystalline silicon rod having a grain size of at least 45 μm and less than 3 μm is 45% or more of the detected crystal grains, the crystal line does not disappear. It has also been found that in the case of a polycrystalline silicon rod that does not satisfy the above conditions, the crystal line tends to disappear.

そこで、本発明に係る多結晶シリコン棒の選択方法では、多結晶シリコン棒から採取された板状試料の主面に電子線を照射して得られる電子後方散乱回折像を解析し、粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域の総和面積が、電子線照射された面積全体の10%以下であること(条件1)、および、粒径が0.5μm以上で3μm未満の範囲にある結晶粒の個数が、検出された結晶粒の全体の45%以上であること(条件2)、を同時に満足する多結晶シリコン棒を単結晶シリコン製造用原料として選択する。   Therefore, in the method for selecting a polycrystalline silicon rod according to the present invention, an electron backscatter diffraction image obtained by irradiating an electron beam onto the principal surface of a plate sample collected from the polycrystalline silicon rod is analyzed, and the particle size is determined. The total area of the regions where crystal grains of 0.5 μm or more are not detected is 10% or less of the entire area irradiated with the electron beam (condition 1), and the grain size is 0.5 μm or more and less than 3 μm. A polycrystalline silicon rod simultaneously satisfying that the number of crystal grains is 45% or more of the total number of detected crystal grains (condition 2) is selected as a raw material for producing single crystal silicon.

なお、ここでいう「粒径」は、電子後方散乱回折像の解析により検出された結晶粒のそれぞれにつきその面積を求め、当該面積を有する円の直径で定義付けている。   Here, the “particle diameter” is defined by the diameter of a circle having the area obtained by obtaining the area of each crystal grain detected by the analysis of the electron backscatter diffraction image.

図2Aおよび図2Bは、化学気相法(シーメンス法)で析出させて育成された多結晶シリコン棒10からの、電子後方散乱回折測定用の板状試料20の採取例について説明するための図である。図中、符号1で示したものは、表面に多結晶シリコンを析出させてシリコン棒とするためのシリコン芯線である。なお、この例では、多結晶シリコン棒10の結晶粒径の径方向依存性の有無を確認すべく3つの部位(CTR:シリコン芯線1に近い部位、EDG:多結晶シリコン棒10の側面に近い部位、R/2:CTRとEGDの中間の部位)から板状試料20を採取しているが、このような部位からの採取に限定されるものではない。   2A and 2B are diagrams for explaining an example of collecting a plate-like sample 20 for electron backscatter diffraction measurement from a polycrystalline silicon rod 10 grown by chemical vapor deposition (Siemens method). It is. In the figure, reference numeral 1 denotes a silicon core wire for depositing polycrystalline silicon on the surface to form a silicon rod. In this example, three parts (CTR: part close to the silicon core wire 1, EDG: close to the side surface of the polycrystalline silicon stick 10) are used to confirm whether or not the crystal grain size of the polycrystalline silicon stick 10 is dependent on the radial direction. The plate-like sample 20 is collected from the part, R / 2: the intermediate part between CTR and EGD, but is not limited to the collection from such a part.

図2Aで例示した多結晶シリコン棒10の直径は概ね120mmであり、この多結晶シリコン棒10の側面側からシリコン芯線1側に至る3つの部位(CTR:シリコン芯線1に近い部位、EDG:多結晶シリコン棒10の側面に近い部位、R/2:CTRとEGDの中間の部位)から、直径が概ね20mmで長さが概ね60mmのロッド11をくり抜く。この図に示した例では、ロッド11は、多結晶シリコン棒10の径方向に垂直な断面を底面とする柱状試料となる。   The diameter of the polycrystalline silicon rod 10 illustrated in FIG. 2A is approximately 120 mm, and the three portions (CTR: the portion close to the silicon core wire 1, EDG: many) from the side surface side of the polycrystalline silicon rod 10 to the silicon core wire 1 side. A rod 11 having a diameter of approximately 20 mm and a length of approximately 60 mm is cut out from a portion close to the side surface of the crystalline silicon rod 10 (R / 2: an intermediate portion between CTR and EGD). In the example shown in this figure, the rod 11 is a columnar sample whose bottom is a cross section perpendicular to the radial direction of the polycrystalline silicon rod 10.

そして、図2Bに図示したように、これらのロッド11の長軸方向に垂直な断面を主面とする板状試料20を概ね2mmの厚みでスライスして採取する。従って、この場合、板状試料20は、多結晶シリコン棒10の径方向に垂直な断面を主面とするように採取されることになる。   Then, as shown in FIG. 2B, a plate-like sample 20 having a cross section perpendicular to the major axis direction of these rods 11 as a main surface is sliced and collected with a thickness of approximately 2 mm. Therefore, in this case, the plate-like sample 20 is collected so that the main surface is a cross section perpendicular to the radial direction of the polycrystalline silicon rod 10.

なお、ロッド11を採取する部位や直径は上記例に限定する必要はなく、多結晶シリコン棒10全体の性状を合理的に推定可能であれば、どの部位から採取してもよい。多結晶シリコン棒10の直径やくり抜くロッド11の直径、或いは、くり抜くロッド11の長さ等を考慮して定めればよい。また、板状試料20についても、ロッド11の適当な部位から採取すればよい。   It should be noted that the part and diameter from which the rod 11 is collected need not be limited to the above example, and may be taken from any part as long as the properties of the entire polycrystalline silicon rod 10 can be reasonably estimated. The diameter may be determined in consideration of the diameter of the polycrystalline silicon rod 10, the diameter of the rod 11 to be hollowed out, the length of the rod 11 to be hollowed out, or the like. Further, the plate-like sample 20 may be collected from an appropriate portion of the rod 11.

さらに、板状試料20は、多結晶シリコン棒10の長軸方向に垂直な断面を主面とするように採取してもよい。例えば、多結晶シリコン棒10の長軸方向と垂直な主面をもつ概ね2mmの厚みの板状試料をスライスにより採取し、この板状試料のシリコン芯線1に近い部位(CTR)、多結晶シリコン棒10の側面に近い部位(EDG)、CTRとEGDの中間の部位(R/2)から、直径が概ね20mmの板状試料20を採取するようにしてもよい。   Further, the plate-like sample 20 may be collected so that the main surface is a cross section perpendicular to the major axis direction of the polycrystalline silicon rod 10. For example, a plate-like sample having a thickness of about 2 mm and having a principal surface perpendicular to the major axis direction of the polycrystalline silicon rod 10 is obtained by slicing, and a portion (CTR) near the silicon core wire 1 of this plate-like sample is obtained. You may make it extract the plate-shaped sample 20 about 20 mm in diameter from the site | part (EDG) near the side surface of the stick | rod 10, and the intermediate | middle site | part (R / 2) of CTR and EGD.

採取した板状試料20は、EBSD測定に先立ち、研磨により表面の平坦性を高めておくことが好ましい。シリコン結晶の研磨には種々の方法が知られており、いずれの方法を用いても良いが、例えば振動研磨装置を用いることができる。   It is preferable that the flatness of the surface of the collected plate-like sample 20 is increased by polishing prior to the EBSD measurement. Various methods are known for polishing silicon crystals, and any method may be used. For example, a vibration polishing apparatus can be used.

先ず、異なる析出条件下で育成された多結晶シリコン棒(A〜E)を5本準備した。これらの多結晶シリコン棒のそれぞれにつき、図2Aおよび図2Bで示した採取方法で、厚みが約2mmで直径が約20mmの板状試料(20CTR、20EDG、20R/2)を得た。なお、多結晶シリコン棒Eについては20CTRと20R/2の取得に失敗し20EDGのみを得た。 First, five polycrystalline silicon rods (A to E) grown under different precipitation conditions were prepared. A plate-like sample (20 CTR , 20 EDG , 20 R / 2 ) having a thickness of about 2 mm and a diameter of about 20 mm was obtained for each of these polycrystalline silicon rods by the sampling method shown in FIGS. 2A and 2B. . For the polycrystalline silicon rod E, acquisition of 20 CTR and 20 R / 2 failed and only 20 EDG was obtained.

これらの板状試料につき、EBSD法による解析を行った。用いた装置は、極低加速走査型電子顕微鏡(ZEISS社製、SUPRA40VP)およびEBSD装置(EDAX(TSL)社製、Hikari High Speed EBSD Detector)である。電子線照射条件は、電子顕微鏡観察時は加速電圧を5kVとし、EBSD時は加速電圧を20kVとした。これにより得られた画像を解析して、粒径が0.5μm以上の結晶粒を含まない領域の面積及び粒径が0.5μm以上の結晶粒につき粒径分布および個数分布を求めた。   These plate samples were analyzed by the EBSD method. The apparatus used was an ultra-low acceleration scanning electron microscope (ZEISS, SUPRA40VP) and an EBSD apparatus (EDAX (TSL), Hikari High Speed EBSD Detector). The electron beam irradiation conditions were an acceleration voltage of 5 kV during electron microscope observation and an acceleration voltage of 20 kV during EBSD. The image thus obtained was analyzed, and the area of the region not including crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more and the grain size distribution and number distribution were determined for the crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more.

図3A〜Dは板状試料から得られた結晶粒の粒度分布についての解析結果例(左図:方位マッピング像(IPFマップ)、右図:(001)極点図)であり、それぞれ、0.5μm以上3μm未満の粒径の結晶粒(図3A)、3μm以上5μm未満の粒径の結晶粒(図3B)、5μm以上10μm未満の粒径の結晶粒(図3C)、10μm以上30μm未満の粒径の結晶粒(図3D)についてのものである。   FIGS. 3A to 3D are analysis result examples (left figure: orientation mapping image (IPF map), right figure: (001) pole figure) regarding the grain size distribution of the crystal grains obtained from the plate-like sample. Crystal grains having a particle size of 5 μm or more and less than 3 μm (FIG. 3A) Crystal grains having a particle size of 3 μm or more and less than 5 μm (FIG. 3B) Crystal grains having a particle size of 5 μm or more and less than 10 μm (FIG. 3C) 10 μm or more but less than 30 μm It is about the grain size (FIG. 3D).

これらの多結晶シリコン棒から得られた板状試料毎の結晶粒径分布とFZ操作1回における結晶線の消失の有無を表1に纏めた。なお、この表において、結晶粒径分布のI〜Vはそれぞれ、0.5μm未満(I)、0.5μm以上で3μm未満(II)、3μm以上で5μm未満(III)、5μm以上で10μm未満(IV)、10μm以上で30μm未満(V)である。   Table 1 summarizes the crystal grain size distribution for each plate-like sample obtained from these polycrystalline silicon rods and the presence or absence of the disappearance of the crystal line in one FZ operation. In this table, the crystal grain size distributions I to V are less than 0.5 μm (I), 0.5 μm or more and less than 3 μm (II), 3 μm or more and less than 5 μm (III), and 5 μm or more and less than 10 μm. (IV) 10 μm or more and less than 30 μm (V).

また、分布I(0.5μm未満)については、当該分布領域(粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域)の総和面積(SI)の電子線照射された面積全体(S0)に対する比(SI/S0)を示しており、その他の分布II〜Vについては、それぞれの分布にカウントされた結晶粒の個数(N)の粒径が0.5μm以上の結晶粒の総数(Ntot)に対する比(N/Ntot)を示している。 In addition, regarding the distribution I (less than 0.5 μm), the entire area (S 0 ) of the distribution area (the area in which crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more are not detected) of the total area (S I ) irradiated ) (S I / S 0 ), and for other distributions II to V, the number of crystal grains (N) counted in each distribution is 0.5 μm or more. The ratio (N / N tot ) to the total number (N tot ) is shown.

表1に示したとおり、粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域の総和面積が、電子線照射された面積全体の10%以下であること(条件1)、および、粒径が0.5μm以上で3μm未満の範囲にある結晶粒の個数が、検出された結晶粒の全体の45%以上であること(条件2)、を同時に満足する多結晶シリコン棒CおよびDにおいては結晶線の消失は生じていない。一方、上記2つの条件の少なくとも一方を満足しない多結晶シリコン棒A,B,およびEにおいては、結晶線の消失が認められた。   As shown in Table 1, the total area of the regions where crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more are not detected is 10% or less of the entire area irradiated with the electron beam (Condition 1), and the grain size is In polycrystalline silicon rods C and D that simultaneously satisfy that the number of crystal grains in the range of 0.5 μm or more and less than 3 μm is 45% or more of the total number of detected crystal grains (Condition 2), The disappearance of the line has not occurred. On the other hand, in the polycrystalline silicon rods A, B, and E that do not satisfy at least one of the two conditions, the disappearance of the crystal line was observed.

このように、本発明に係る方法で選択された多結晶シリコン棒をシリコン原料として用いることとすれば、単結晶シリコンの安定的製造が可能となる。   As described above, when the polycrystalline silicon rod selected by the method according to the present invention is used as a silicon raw material, it becomes possible to stably produce single crystal silicon.

また、当該方法により選択された多結晶シリコン棒を破砕して多結晶シリコン塊を得て、これを原料として用いることとしても、単結晶シリコンの安定的製造が可能となる。   Also, it is possible to stably produce single crystal silicon by crushing a polycrystalline silicon rod selected by the method to obtain a polycrystalline silicon lump and using this as a raw material.

本発明は、単結晶シリコン製造用原料として好適な多結晶シリコンを高い定量性と再現性で選別し、単結晶シリコンの安定的製造に寄与する技術を提供する。   The present invention provides a technique that contributes to stable production of single crystal silicon by selecting polycrystalline silicon suitable as a raw material for producing single crystal silicon with high quantitativeness and reproducibility.

1 シリコン芯線
10 多結晶シリコン棒
11 ロッド
20 板状試料
100 走査型顕微鏡
101 照射系コントロールユニット
102 試料ステージコントロールユニット
103 カメラコントロールユニット
104 試料ステージ
105 試料
106 電子線
107 スクリーン
108 高感度カメラ
109 コンピュータ
109a SEMの本体を制御する処理部
109b 画像の撮影乃至取込を制御する処理部
109c 演算部
109d 記録部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon core wire 10 Polycrystalline silicon rod 11 Rod 20 Plate sample 100 Scanning microscope 101 Irradiation system control unit 102 Sample stage control unit 103 Camera control unit 104 Sample stage 105 Sample 106 Electron beam 107 Screen 108 High sensitivity camera 109 Computer 109a SEM Processing unit 109b for controlling the main body of the image processing unit 109c for controlling the photographing or capturing of the image Calculation unit 109d Recording unit

Claims (6)

単結晶シリコン製造用原料として用いる多結晶シリコン棒を選択するための方法であって、多結晶シリコン棒から採取された板状試料の主面に電子線を照射して得られる電子後方散乱回折像を解析して、下記の2条件を同時に満足する多結晶シリコン棒を単結晶シリコン製造用原料として選択する、ことを特徴とする多結晶シリコン棒の選択方法。
条件1:粒径が0.5μm以上の結晶粒が検出されない領域の総和面積が、電子線照射された面積全体の10%以下であること。
条件2:粒径が0.5μm〜3μmの範囲にある結晶粒の個数が、検出された結晶粒の全体の45%以上であること。
An electron backscatter diffraction image obtained by irradiating an electron beam onto a main surface of a plate-like sample collected from a polycrystalline silicon rod, for selecting a polycrystalline silicon rod used as a raw material for producing single crystal silicon And selecting a polycrystalline silicon rod that simultaneously satisfies the following two conditions as a raw material for producing single crystal silicon.
Condition 1: The total area of the regions where crystal grains having a grain size of 0.5 μm or more are not detected is 10% or less of the entire area irradiated with the electron beam.
Condition 2: The number of crystal grains having a grain size in the range of 0.5 μm to 3 μm is 45% or more of the entire detected crystal grains.
前記板状試料は、前記多結晶シリコン棒の径方向に垂直な断面を主面とするように採取される、請求項1に記載の多結晶シリコン棒の選択方法。   2. The method for selecting a polycrystalline silicon rod according to claim 1, wherein the plate sample is collected so that a cross section perpendicular to a radial direction of the polycrystalline silicon rod is a main surface. 前記板状試料は、前記多結晶シリコン棒の径方向に垂直な断面を底面とする柱状試料からスライスにより採取される、請求項2に記載の多結晶シリコン棒の選択方法。   The method for selecting a polycrystalline silicon rod according to claim 2, wherein the plate-like sample is collected by slicing from a columnar sample having a bottom surface in a cross section perpendicular to the radial direction of the polycrystalline silicon rod. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法により選択された多結晶シリコン棒を破砕する工程を備えている多結晶シリコン塊の製造方法。   A method for producing a polycrystalline silicon lump comprising a step of crushing a polycrystalline silicon rod selected by the method according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法により選択された多結晶シリコン棒をシリコン原料として用いる単結晶シリコンの製造方法。   A method for producing single crystal silicon using a polycrystalline silicon rod selected by the method according to claim 1 as a silicon raw material. 請求項4に記載の方法により得られた多結晶シリコン塊を原料として用いる単結晶シリコンの製造方法。   The manufacturing method of the single crystal silicon which uses the polycrystal silicon lump obtained by the method of Claim 4 as a raw material.
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