JPH0867510A - Mechanical workpiece of polycrystal silicon - Google Patents
Mechanical workpiece of polycrystal siliconInfo
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- JPH0867510A JPH0867510A JP20707094A JP20707094A JPH0867510A JP H0867510 A JPH0867510 A JP H0867510A JP 20707094 A JP20707094 A JP 20707094A JP 20707094 A JP20707094 A JP 20707094A JP H0867510 A JPH0867510 A JP H0867510A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表面が高純度の多結晶
シリコンの機械的加工物に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machined work of polycrystalline silicon having a high surface purity.
【0002】[0002]
【従来の技術】単結晶シリコンの製造には、一般にチョ
クラルスキー法(以下、単にCZ法という。)とフロー
ティングゾーン法(以下、FZ法という。)とが採用さ
れている。これらの方法では、原料となる多結晶シリコ
ンの表面に存在する重金属、特に鉄原子が偏析により濃
縮され、単結晶シリコン中の重金属濃度は単結晶シリコ
ンが引き終わりに近づくほど上昇する。従って、多結晶
シリコンの表面の重金属濃度を低減させることが必要で
ある。特にCZ法で使用される多結晶シリコンは粒子径
が小さく表面積の大きいものであるために、その表面の
重金属濃度を低くすることが強く要望されている。2. Description of the Related Art Generally, the Czochralski method (hereinafter, simply referred to as CZ method) and the floating zone method (hereinafter, referred to as FZ method) are adopted for producing single crystal silicon. In these methods, heavy metals existing on the surface of polycrystalline silicon as a raw material, particularly iron atoms, are concentrated by segregation, and the concentration of heavy metals in single crystal silicon increases as the single crystal silicon approaches the end. Therefore, it is necessary to reduce the concentration of heavy metals on the surface of polycrystalline silicon. In particular, since polycrystalline silicon used in the CZ method has a small particle size and a large surface area, it is strongly desired to reduce the concentration of heavy metals on the surface.
【0003】CZ法の原料となる多結晶シリコンは、一
般にジーメンス法と呼ばれる析出方法により製造された
多結晶シリコン棒を細かく破砕することにより得られ、
また、FZ法の原料となる多結晶シリコンは、上記の多
結晶シリコン棒の表面研削及び先端部のテーパー加工等
の整形工程を経ることにより製造されている。こうして
破砕、研削等の機械的な加工を経て得られた多結晶シリ
コンの機械的加工物は、破砕、研削時に周囲の環境によ
って表面が汚染され、重金属濃度の高いものとなってし
まうという問題があった。Polycrystalline silicon as a raw material for the CZ method is obtained by finely crushing a polycrystalline silicon rod manufactured by a precipitation method generally called Siemens method,
Polycrystalline silicon, which is a raw material for the FZ method, is manufactured by undergoing a shaping process such as surface grinding of the above-mentioned polycrystalline silicon rod and tapering of the tip portion. In this way, the mechanically processed product of polycrystalline silicon obtained through mechanical processing such as crushing and grinding has the problem that the surface is contaminated by the surrounding environment during crushing and grinding, and the concentration of heavy metals becomes high. there were.
【0004】このような多結晶シリコンの機械的加工物
を単結晶シリコンの原料とするには、表面の鉄原子濃度
を下げる必要がある。このため、一般には硝酸−弗酸の
混酸(以下、硝弗酸という。)で多結晶シリコンの機械
的加工物の表面をエッチングすることが行われている。
この方法は広く一般に行われている方法ではあるが、表
面の鉄原子濃度を十分に低くすることができないという
問題があった。また、上記の方法は、エッチングの際に
NOXが発生するため、環境汚染対策が必要であること
も問題とされている。In order to use such a mechanically processed product of polycrystalline silicon as a raw material for single crystal silicon, it is necessary to lower the iron atom concentration on the surface. Therefore, generally, the surface of a mechanically processed product of polycrystalline silicon is etched with a mixed acid of nitric acid-hydrofluoric acid (hereinafter referred to as nitric hydrofluoric acid).
Although this method is widely used, it has a problem that the iron atom concentration on the surface cannot be sufficiently lowered. Further, in the above method, since NO X is generated during etching, it is also a problem that measures against environmental pollution are required.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】多結晶シリコンの機械
的加工物を高純度にすれば、それから得られる単結晶シ
リコンをより高純度にすることができる。したがって、
単結晶シリコンの引き上げのために加工された多結晶シ
リコンの機械的加工物において、より高純度、特に表面
の鉄原子濃度の低いものが求められていた。If the mechanical work of polycrystalline silicon is made highly pure, the single crystal silicon obtained therefrom can be made highly pure. Therefore,
There has been a demand for higher-purity, particularly low-iron-atom-concentration on the surface, of mechanically processed polycrystalline silicon processed for pulling single-crystal silicon.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、多結晶シ
リコンの機械的加工物の表面に存在する重金属不純物、
特に鉄原子を低減させることについて鋭意研究を重ねた
結果、多結晶シリコンの機械的加工物の表面を洗浄する
に際し、まず酸化膜を形成し、次いでそれを除去すると
いう2段階での洗浄を行うことにより、極めて高度な表
面清浄度を持つ多結晶シリコンの機械的加工物を得るこ
とができることを見出し、本発明を完成し、ここに提案
するに至った。即ち、本発明は、表面の鉄原子濃度が単
位表面積当り10,000原子/μm2以下であることを
特徴とする多結晶シリコンの機械的加工物である。SUMMARY OF THE INVENTION We have found that heavy metal impurities present on the surface of a polycrystalline silicon mechanical work,
In particular, as a result of intensive studies on reducing iron atoms, when cleaning the surface of a mechanically processed polycrystalline silicon, an oxide film is first formed, and then it is removed in two steps. As a result, they have found that a mechanically processed product of polycrystalline silicon having an extremely high degree of surface cleanliness can be obtained, and have completed the present invention and have proposed it here. That is, the present invention is a mechanically processed product of polycrystalline silicon characterized in that the concentration of iron atoms on the surface is 10,000 atoms / μm 2 or less per unit surface area.
【0007】本発明の多結晶シリコンの機械的加工物
は、単結晶シリコンの原料となる多結晶シリコンであ
り、粉砕、破砕、研磨、研削、切断等の機械的な加工を
加えられたものである。このような多結晶シリコンの機
械的加工物は、機械的な加工を経ることによって、その
表面が周囲の環境や加工に使用された治具との接触によ
り重金属で汚染されている。しかしながら、本発明の後
述する方法によれば、表面に存在する鉄原子濃度が極め
て低く抑えられた多結晶シリコンの機械的加工物とする
ことができる。多結晶シリコンの機械的加工物であるに
もかかわらず表面の鉄原子濃度の低いものは、現在まで
その存在が知られておらず、本発明によって初めて提供
されるものである。The mechanically processed product of polycrystalline silicon of the present invention is polycrystalline silicon as a raw material of single crystal silicon, and has been subjected to mechanical processing such as crushing, crushing, polishing, grinding and cutting. is there. Such a mechanically processed product of polycrystalline silicon has its surface contaminated with heavy metals due to contact with the surrounding environment and a jig used for the processing, after undergoing mechanical processing. However, according to the method of the present invention described later, it is possible to obtain a mechanically processed product of polycrystalline silicon in which the concentration of iron atoms existing on the surface is suppressed to an extremely low level. Despite being a mechanically processed product of polycrystalline silicon, the surface of which has a low iron atom concentration, its existence is not known to date, and is the first to be provided by the present invention.
【0008】従来の硝弗酸による多結晶シリコンのエッ
チング方法は、ある程度の表面清浄化効果を有している
が十分とは言えない。この方法は、弗硝酸の温度がエッ
チング反応によって上昇すると、表面の清浄化効果が低
下する。特にエッチングされる多結晶シリコンに結晶粒
界が多く存在する場合には、結晶粒界部分の結晶が不完
全であるためと考えられるが、結晶粒界部分の硝弗酸に
よるエッチングの進行が他の部分よりも急激となる。こ
のために、エッチング深さが場所によって異なり、表面
積が増加することによってさらにエッチング反応温度が
上昇し、その結果、表面の鉄原子の低減を阻害されると
考えられる。しかしながら、本発明においては、そのよ
うな問題は生じない。したがって、本発明は、多結晶シ
リコンの機械的加工物が結晶粒界が多い、即ち、結晶粒
径が小さいものであっても、十分に表面の清浄な多結晶
シリコンとすることができる。ここで、結晶粒径は下記
の方法によって計測できる。The conventional method for etching polycrystalline silicon with hydrofluoric acid has a certain level of surface cleaning effect, but it cannot be said to be sufficient. In this method, when the temperature of fluorinated nitric acid rises due to the etching reaction, the effect of cleaning the surface decreases. In particular, when there are many crystal grain boundaries in the polycrystalline silicon to be etched, it is considered that the crystals at the crystal grain boundary portions are incomplete, but the progress of etching at the crystal grain boundary portions due to hydrofluoric acid is otherwise. It becomes sharper than the part. Therefore, it is considered that the etching depth differs depending on the location, and the surface area increases, so that the etching reaction temperature further rises, and as a result, the reduction of iron atoms on the surface is hindered. However, such a problem does not occur in the present invention. Therefore, according to the present invention, even if a mechanically worked product of polycrystalline silicon has many crystal grain boundaries, that is, even if the crystal grain size is small, it is possible to obtain polycrystalline silicon having a sufficiently clean surface. Here, the crystal grain size can be measured by the following method.
【0009】多結晶シリコンをある任意の断面において
切断し、鏡面研磨した後、硝弗酸にて結晶粒界が観察可
能になるまでエッチングし、その表面を光学顕微鏡ある
いは走査電子顕微鏡にて観察したときに、観察視野内に
引かれる任意の一本の直線が横切る結晶粒界の間隔を結
晶粒径とすることができる。そして、任意の直線を10
本引いた時の平均値を結晶粒径平均値とすることができ
る。例えば、500μmの結晶粒径を持つ多結晶シリコ
ンにおいては、長さ1000μm以上の直線を引けば3
本以上の結晶粒界を通過することになる。ここで結晶粒
界は双晶境界も含む。Polycrystalline silicon was cut at a given cross section, mirror-polished, and then etched with hydrofluoric acid until crystal grain boundaries could be observed, and the surface was observed with an optical microscope or a scanning electron microscope. Sometimes, the grain size can be defined as the distance between the grain boundaries crossed by an arbitrary straight line drawn in the observation field. Then, make an arbitrary straight line 10
The average value when the main drawing is performed can be used as the average crystal grain size. For example, in polycrystalline silicon having a crystal grain size of 500 μm, if a straight line with a length of 1000 μm or more is drawn,
It will pass through more than one grain boundary. Here, the grain boundaries also include twin boundaries.
【0010】本発明においては、結晶粒径が、上記の計
測方法で測定された結晶粒径平均値で500μm以下、
さらには、300μm以下と比較的小さい場合であって
も、十分に表面の清浄な多結晶シリコンとすることがで
きる。また、モノシランを原料とし、800℃程度より
低い温度で析出した多結晶シリコンは結晶粒径が非常に
小さいか、または、多結晶シリコン全体の結晶の完全性
が悪くなり、結晶粒界の確認が難しくなる。このような
多結晶シリコンは、粒径がはっきり確認できるものより
も更に硝弗酸によるエッチング速度が大きいため、上記
した問題を生じる。In the present invention, the crystal grain size is 500 μm or less as an average value of the crystal grain size measured by the above measuring method,
Furthermore, even if the thickness is 300 μm or less, which is relatively small, polycrystalline silicon having a sufficiently clean surface can be obtained. In addition, polycrystalline silicon deposited from monosilane as a raw material at a temperature lower than about 800 ° C. has a very small crystal grain size, or the crystallinity of the whole polycrystalline silicon is deteriorated, so that it is possible to confirm the grain boundary. It gets harder. Since such polycrystalline silicon has a higher etching rate with nitric hydrofluoric acid than that whose grain size can be clearly confirmed, the above-mentioned problems occur.
【0011】前述のエッチング速度は、一般にX線回折
で得られる半値幅と相関があり、半値幅が大きい程エッ
チング速度も大きくなる。トリクロルシランを原料と
し、ジーメンス法で析出した多結晶シリコンのX線回折
によるシリコンのピーク(2θ=28.5付近)の半値
幅は0.14〜0.16゜である。原料にジクロルシラン
あるいはモノシランを使用し、析出温度を低くした場
合、半値幅は更に大きくなり、0.17゜程度になる。
さらに、モノシランを原料とし、流動床で製造した場
合、半値幅は更に大きくなり、0.20〜0.33゜にな
る。本発明においては、シリコンピークの半値幅が大き
い場合、例えば、0.17以上さらには0.20以上であ
っても、従来の硝弗酸でエッチングするときのような問
題は生じることはない。したがって、本発明は、シリコ
ンピークの半値幅が大きい場合であっても十分に表面の
清浄な多結晶シリコンとすることができる。The above-described etching rate generally correlates with the half-value width obtained by X-ray diffraction, and the larger the half-value width, the higher the etching rate. The full width at half maximum of the silicon peak (near 2θ = 28.5) by X-ray diffraction of polycrystalline silicon deposited from trichlorosilane by the Siemens method is 0.14 to 0.16 °. When dichlorosilane or monosilane is used as the raw material and the deposition temperature is lowered, the full width at half maximum is further increased to about 0.17 °.
Further, when monosilane is used as a raw material and is manufactured in a fluidized bed, the full width at half maximum is further increased to 0.20 to 0.33 °. In the present invention, when the half-width of the silicon peak is large, for example, even if it is 0.17 or more, and even 0.20 or more, no problem occurs when etching with conventional nitric hydrofluoric acid. Therefore, the present invention can provide polycrystalline silicon with a sufficiently clean surface even when the half-width of the silicon peak is large.
【0012】本発明における多結晶シリコンの機械的加
工物の大きさは特に制限されないが、多結晶シリコンの
粒径が小さくなるほどシリコンの表面積が大きくなるた
め、通常の硝弗酸のエッチングでは液の発熱が起こり、
エッチングが難しくなる。したがって、本発明は、特に
粒径が小さい、例えば、0.1〜100mmの範囲、さ
らには0.1〜20mmの範囲の多結晶シリコンの場合
に効果的である。The size of the mechanically worked product of polycrystalline silicon in the present invention is not particularly limited. However, since the surface area of silicon becomes larger as the grain size of polycrystalline silicon becomes smaller, it is not possible to remove the liquid by ordinary etching with hydrofluoric acid. Fever occurs,
Etching becomes difficult. Therefore, the present invention is particularly effective in the case of polycrystalline silicon having a small grain size, for example, in the range of 0.1 to 100 mm, and further in the range of 0.1 to 20 mm.
【0013】本発明の多結晶シリコンの機械的加工物
は、表面の鉄原子濃度が単位表面積当り10,000原
子/μm2以下である。即ち一辺が1μmから成る正方
形の中に存在する鉄原子の数が10,000個以下であ
ることを表わす。ここで、表面の鉄原子濃度の測定方法
は、王水、水および弗酸の逐次洗浄により表面の鉄原子
を溶解抽出する方法を採用する。この場合、分析精度の
向上のために、王水の原料である硝酸および塩酸は半導
体工業用のもの、または、それをさらに蒸留精製したも
のを使用することが好ましい。また、多結晶シリコンの
機械的加工物の表面積S(μm2)は、多結晶シリコン
の機械的加工物をJIS標準篩いの所望の目開きのもの
とそれよりも一段大きい目開きのものとを重ねてふるい
分け、粒子径をそろえた粒子100個を計測して粒子1
個当りの平均重量を求め、その平均重量W(g)から球
換算で下記式から求めた。 S=2.75×108×W2/3 本発明においては、表面の鉄原子濃度を5,000原子
/μm2以下とすることができ、さらに、3,000原子
/μm2以下とすることも可能である。In the mechanically worked product of polycrystalline silicon of the present invention, the iron atom concentration on the surface is 10,000 atoms / μm 2 or less per unit surface area. That is, it means that the number of iron atoms present in a square having one side of 1 μm is 10,000 or less. Here, as the method of measuring the iron atom concentration on the surface, a method of dissolving and extracting the iron atom on the surface by sequentially washing aqua regia, water and hydrofluoric acid is adopted. In this case, in order to improve the analysis accuracy, it is preferable to use nitric acid and hydrochloric acid, which are raw materials for aqua regia, for the semiconductor industry or those obtained by further distilling and refining them. Further, the surface area S (μm 2 ) of the mechanically processed product of polycrystalline silicon is that of the mechanically processed product of polycrystalline silicon, which has a desired mesh size of JIS standard sieve and a mesh size which is one step larger than that. Overlapping and sieving, 100 particles with the same particle size were measured and particle 1
The average weight per piece was determined, and the average weight W (g) was calculated from the following formula in sphere conversion. S = 2.75 × 10 8 × W 2/3 In the present invention, the iron atom concentration on the surface can be set to 5,000 atoms / μm 2 or less, and further set to 3,000 atoms / μm 2 or less. It is also possible.
【0014】本発明の多結晶シリコンの機械的加工物
は、表面が重金属で汚染された多結晶シリコンの機械的
加工物を、酸化性の薬液、水および酸化膜を分解し得る
薬液で順次洗浄することによって得ることができる。酸
化性の薬液は、多結晶シリコン表面上の不純物を溶出す
る作用と、多結晶シリコン表面に酸化膜を形成する作用
を持つと考えられる。また、酸化膜を分解する薬液は、
形成された酸化膜を除去する作用と、酸化膜中あるいは
酸化膜と多結晶シリコンとの界面に存在する不純物を溶
出する作用があると推測される。このような二種の薬液
を逐次使用することによって、本発明の目的を達成する
ことができる。The polycrystal silicon mechanically processed product of the present invention is obtained by sequentially cleaning a polycrystal silicon mechanically processed product whose surface is contaminated with heavy metals with an oxidizing chemical solution, water and a chemical solution capable of decomposing an oxide film. Can be obtained by doing. It is considered that the oxidizing chemical solution has a function of eluting impurities on the surface of polycrystalline silicon and a function of forming an oxide film on the surface of polycrystalline silicon. Also, the chemical that decomposes the oxide film is
It is presumed that it has a function of removing the formed oxide film and a function of eluting impurities existing in the oxide film or at the interface between the oxide film and polycrystalline silicon. The object of the present invention can be achieved by sequentially using such two kinds of chemicals.
【0015】多結晶シリコン表面に酸化膜を形成する方
法として、シリコンを加熱し、熱酸化膜を形成する方法
がある。しかしこの方法では加熱時に鉄原子が多結晶シ
リコン表面から内部に拡散するため、後工程での酸化膜
を分解する薬液による除去ができなくなる。従って酸化
膜形成に限らず、本発明における洗浄工程は、どの工程
においても高温例えば、200℃以上に加熱することは
好ましくない。As a method of forming an oxide film on the surface of polycrystalline silicon, there is a method of heating silicon to form a thermal oxide film. However, according to this method, iron atoms diffuse from the surface of the polycrystalline silicon to the inside during heating, so that it cannot be removed by a chemical solution that decomposes the oxide film in a later step. Therefore, it is not preferable to heat the cleaning step in the present invention to a high temperature, for example, 200 ° C. or higher in any step, not limited to the oxide film formation.
【0016】図1〜図3に、本発明の洗浄方法により鉄
原子を除去するときの推定機構を示す。図1は破砕した
後水洗した多結晶シリコン表面を示す。図中の1は多結
晶シリコン表面に付着している金属状態の鉄を、また2
は表面近傍に拡散した原子状態の鉄を示す。図2は、図
1に示した多結晶シリコンを酸化性の薬液で洗浄した後
の状態を示す。酸化性の薬液により多結晶シリコン表面
が酸化され酸化膜3を形成する反応と、酸化性の薬液に
より金属状態の鉄1が溶解除去される反応とが同時に進
行し、多結晶シリコン表面に付着していた金属状態の鉄
1と、内部に拡散していた原子状態の鉄2が多結晶シリ
コンと酸化膜3との界面に集められる。図3は水洗によ
り酸化性の薬液を除去した後、酸化膜を分解する薬液に
より酸化膜を除去した後の状態である。酸化膜を分解す
る薬液が弗酸の場合、シリコン酸化膜が溶解する反応は
以下の反応式に従う。 SiO2 +6HF → H2SiF6 +2H2O シリコン酸化膜の除去に伴って発生したH2SiF6は非
常に強い酸であるため、シリコン酸化膜の内部に取り込
まれていた鉄原子は、この酸によって溶解除去される。1 to 3 show an estimated mechanism for removing iron atoms by the cleaning method of the present invention. FIG. 1 shows the surface of polycrystalline silicon that has been crushed and then washed with water. In the figure, 1 indicates the metal-state iron adhering to the surface of the polycrystalline silicon, and 2
Indicates iron in the atomic state diffused near the surface. FIG. 2 shows a state after cleaning the polycrystalline silicon shown in FIG. 1 with an oxidizing chemical solution. The reaction of oxidizing the surface of the polycrystalline silicon by the oxidizing chemical solution to form the oxide film 3 and the reaction of dissolving and removing the metallic iron 1 by the oxidizing chemical solution proceed at the same time and adhere to the surface of the polycrystalline silicon. The iron 1 in the metallic state and the iron 2 in the atomic state diffused inside are gathered at the interface between the polycrystalline silicon and the oxide film 3. FIG. 3 shows a state after removing the oxidizing chemical solution by washing with water and then removing the oxide film with a chemical solution that decomposes the oxide film. When the chemical solution that decomposes the oxide film is hydrofluoric acid, the reaction for dissolving the silicon oxide film follows the following reaction formula. SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2H 2 O H 2 SiF 6 generated with the removal of the silicon oxide film is a very strong acid, so the iron atoms taken inside the silicon oxide film are Are dissolved and removed by.
【0017】本発明において使用される酸化性の薬液
は、多結晶シリコンの表面を酸化して二酸化ケイ素を生
成するものであれば公知の薬液を使用でき、例えば、硝
酸、王水等を具体的に挙げることができる。特に酸化膜
形成能が大きいという理由により、王水を好適に使用す
ることができる。王水は、硝酸と塩酸の混合液であれば
どのような混合比でも良いが、強力な洗浄を行なうため
には硝酸:塩酸=1:3〜3:1(容量)の組成が好適
に採用される。硝酸及び塩酸の純度は高純度であること
が要求されるが、市販の半導体工業用の硝酸、塩酸であ
れば問題無く使用できる。酸化性の薬液による洗浄に先
立って、水洗により破砕粒子中の微粉、異物を除去する
ことにより、より効果的な洗浄を遂行できる。酸化性の
薬液による洗浄の後は、多結晶シリコンを一度水洗しな
ければならない。なぜならば、後工程の酸化膜を分解す
る薬液で処理する段階において、前工程の酸化性の薬液
が残留している場合、酸化性の薬液と酸化膜を分解する
薬液により混酸が形成され、多結晶シリコンのエッチン
グ反応が起こる。この状態では多結晶シリコン表面が局
部的なエッチングにより粗くなり、また更に酸化性の薬
液が多く残留した場合、表面に酸化膜を分解する薬液で
除去しきれない膜が形成され、酸化性の薬液、酸化膜を
分解する薬液の逐次洗浄効果を阻害する。従って、酸化
性の薬液洗浄と酸化膜を分解する薬液洗浄との間の水洗
工程では、できる限り酸化性の薬液を除去しておく必要
がある。万一工程のミスにより上記の膜が形成された場
合、70℃以上の温水に数分浸漬することにより、上記
膜を通常の酸化膜に変化させ、洗浄工程を続行すること
ができる。As the oxidizing chemical solution used in the present invention, a known chemical solution can be used as long as it can oxidize the surface of polycrystalline silicon to produce silicon dioxide. Specific examples thereof include nitric acid and aqua regia. Can be listed in. Particularly, aqua regia can be preferably used because of its large oxide film forming ability. The aqua regia may have any mixing ratio as long as it is a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid, but a nitric acid: hydrochloric acid = 1: 3 to 3: 1 (volume) composition is preferably adopted for strong washing. To be done. The purity of nitric acid and hydrochloric acid is required to be high, but commercially available nitric acid and hydrochloric acid for the semiconductor industry can be used without problems. Prior to the cleaning with the oxidizing chemical solution, more effective cleaning can be performed by removing fine powder and foreign matters in the crushed particles by washing with water. After cleaning with the oxidizing chemical solution, the polycrystalline silicon must be washed once with water. This is because, in the step of treating with the chemical solution that decomposes the oxide film in the subsequent step, if the oxidizing chemical solution in the previous step remains, mixed acid is formed by the oxidizing chemical solution and the chemical solution that decomposes the oxide film, and An etching reaction of crystalline silicon occurs. In this state, the polycrystalline silicon surface becomes rough due to local etching, and if a large amount of oxidizing chemicals remain, a film that cannot be completely removed by the chemical that decomposes the oxide film is formed on the surface, and the oxidizing chemicals , Inhibits the sequential cleaning effect of the chemical solution that decomposes the oxide film. Therefore, in the water washing process between the oxidizing chemical cleaning and the chemical cleaning that decomposes the oxide film, it is necessary to remove the oxidizing chemical as much as possible. If the film is formed due to a mistake in the process, the film can be changed to a normal oxide film by immersing it in warm water at 70 ° C. or higher for several minutes, and the cleaning process can be continued.
【0018】本発明における洗浄に使用される酸化膜を
分解する薬液は、多結晶シリコンの表面酸化膜が除去で
きるならば液体、気体を問わないが、表面から除去した
酸化膜及び酸化膜の除去に伴って遊離した鉄原子を再び
多結晶シリコン表面に付着させることなく系外に排出す
るためには、弗酸水溶液であることが好ましい。また、
弗酸そのものによる汚染を防止するため、該弗酸は半導
体工業用グレードであることが好ましい。弗酸水溶液の
濃度は酸化膜除去効果のある濃度であれば問題なく採用
できるが、酸化膜の除去速度及び生産コストを考慮した
場合、工業的には1〜20重量%、好ましくは3〜10
重量%の水溶液が採用される。酸化性の薬液及び酸化膜
を分解する薬液により洗浄された表面に不純物を再付着
させないため、酸化膜を分解する薬液の希釈に用いられ
る水に限らず、本発明の洗浄に用いる水は全て純水であ
ることが好ましい。純水は、鉄濃度がそれぞれ1ppb
a以下であるイオン交換水が好適に採用される。また、
酸化性の薬液洗浄、水洗、酸化膜を分解する薬液洗浄と
順次行った後、水洗を行い、再びこの洗浄方法を2回以
上繰り返すことにより、更に高純度の多結晶シリコン機
械的加工物を得ることができる。The chemical solution for decomposing the oxide film used for cleaning in the present invention may be liquid or gas as long as the surface oxide film of polycrystalline silicon can be removed, but the oxide film and oxide film removed from the surface can be removed. The aqueous solution of hydrofluoric acid is preferable in order to discharge the iron atoms liberated along with the above to the outside of the system without adhering to the surface of the polycrystalline silicon again. Also,
In order to prevent contamination with hydrofluoric acid itself, it is preferable that the hydrofluoric acid is of a semiconductor industrial grade. The concentration of the aqueous solution of hydrofluoric acid can be adopted without any problem as long as it has an effect of removing the oxide film, but in view of the removal rate of the oxide film and the production cost, it is industrially 1 to 20% by weight, preferably 3 to 10% by weight.
A weight% aqueous solution is employed. Since impurities are not redeposited on the surface washed by the oxidizing chemical solution and the chemical solution that decomposes the oxide film, not only the water used for diluting the chemical solution that decomposes the oxide film, but all the water used for the cleaning of the present invention is pure. It is preferably water. Pure water has an iron concentration of 1 ppb each
Ion-exchanged water having a or less is preferably adopted. Also,
After sequentially performing oxidizing chemical cleaning, water cleaning, and chemical cleaning that decomposes an oxide film, water cleaning is performed, and this cleaning method is repeated twice or more to obtain a mechanically processed polycrystalline silicon product with higher purity. be able to.
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明の方法によれば、多結晶シリコン
表面上に存在する鉄原子の含有量を、従来の硝弗酸エッ
チングで達成されていたレベルより一桁低いレベルにす
ることが可能になった。また、本発明によれば、上記し
た鉄原子濃度だけではなく、半導体原料としての用途で
問題となる原子、例えば、Ni、Cr、Cuについて
も、表面の濃度を単位表面積当り10,000原子/μ
m2以下に、好ましくはそれぞれ5,000原子/μm2
以下、さらに好ましくはそれぞれ3,000原子/μm2
以下とすることもできる。したがって、本発明の方法に
よれば、高純度の単結晶シリコンの製造原料として有用
な高純度多結晶シリコンを得ることができる。According to the method of the present invention, the content of iron atoms existing on the surface of polycrystalline silicon can be reduced to a level lower than that achieved by the conventional nitric hydrofluoric acid etching. Became. Further, according to the present invention, not only the above-mentioned iron atom concentration but also the atoms which are problematic for use as a semiconductor raw material, for example, Ni, Cr and Cu, have a surface concentration of 10,000 atoms / unit surface area / μ
m 2 or less, preferably 5,000 atoms / μm 2 each
Or less, more preferably 3,000 atoms / μm 2 each
It can also be: Therefore, according to the method of the present invention, high-purity polycrystalline silicon useful as a raw material for producing high-purity single crystal silicon can be obtained.
【0020】[0020]
【実施例】本発明をさらに具体的に説明するため以下の
実施例及び比較例を掲げて説明するが本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。 実施例1 ジーメンス法にて析出した多結晶シリコン棒をステンレ
ス製の破砕機にて破砕し、ステンレス製のふるいにて粒
子径を平均0.155mmに調整した。この多結晶シリ
コンの結晶粒径平均値は30μmであり、X線回折によ
るシリコンのピークの半値幅は0.16゜であった。こ
の多結晶シリコンをテフロン製の容器中で、王水、水お
よび弗酸により逐次洗浄を行なった。まず純水により、
多結晶シリコンに含まれるごみを水洗分離すると共に、
多結晶シリコンに付着している多結晶シリコン微粒子を
大まかに取り除いた。水洗を15分間行った後、この多
結晶シリコンの表面の鉄原子濃度を測定した。その結
果、鉄原子濃度は7×107原子/μm2であった。次に
容器内の純水を排出した後、王水(硝酸:塩酸(容量
比)=1:1)を注入し、王水中で多結晶シリコンが溢
れ出ない程度に15分間攪拌した。この時点における多
結晶シリコンの鉄原子濃度は4×105原子/μm2であ
った。王水を排出した後、再び新しい王水を供給し、更
に15分間攪拌した。この時点における多結晶シリコン
の鉄原子濃度は1.7×105原子/μm2であった。王
水を排出した後、純水での水洗により、ほぼ完全に王水
成分を取り除いた後、純水を排水した。次いで5重量%
弗酸水溶液を注入し5分間攪拌することにより、表面の
酸化膜及び酸化膜と多結晶シリコンとの界面に集められ
た鉄原子を取り除き、再び水洗した。この時点における
多結晶シリコンの鉄原子濃度は25,000原子/μm2
であった。そして再度、上記の王水、水洗、弗酸による
洗浄を繰り返した結果、多結晶シリコンの鉄原子濃度は
1,700原子/μm2であった。さらに王水、水および
弗酸により洗浄を繰り返した結果、鉄原子濃度は検出限
界の100原子/μm2以下となった。なお、念のため
に、こうして得られた多結晶シリコンを弗硝酸に全量溶
解させ、弗硝酸中の鉄原子濃度を測定し、溶解前の多結
晶シリコンの表面積で除した結果、やはり検出限界の1
00原子/μm2以下であった。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 A polycrystalline silicon rod deposited by the Siemens method was crushed by a crusher made of stainless steel, and the particle diameter was adjusted to 0.155 mm on average by a sieve made of stainless steel. The average crystal grain size of this polycrystalline silicon was 30 μm, and the half width of the peak of silicon by X-ray diffraction was 0.16 °. This polycrystalline silicon was sequentially washed with aqua regia, water and hydrofluoric acid in a Teflon container. First, with pure water,
While separating the waste contained in polycrystalline silicon with water,
The polycrystalline silicon fine particles adhering to the polycrystalline silicon were roughly removed. After washing with water for 15 minutes, the iron atom concentration on the surface of this polycrystalline silicon was measured. As a result, the iron atom concentration was 7 × 10 7 atoms / μm 2 . Next, pure water in the container was discharged, and then aqua regia (nitric acid: hydrochloric acid (volume ratio) = 1: 1) was injected, and the mixture was stirred for 15 minutes so that polycrystalline silicon did not overflow in the aqua regia. The iron atom concentration of the polycrystalline silicon at this time was 4 × 10 5 atoms / μm 2 . After discharging the aqua regia, fresh aqua regia was supplied again and the mixture was further stirred for 15 minutes. The iron atom concentration of the polycrystalline silicon at this time was 1.7 × 10 5 atoms / μm 2 . After discharging the aqua regia, the aqua regia components were almost completely removed by washing with pure water, and then the pure water was drained. Then 5% by weight
By injecting an aqueous solution of hydrofluoric acid and stirring for 5 minutes, the oxide film on the surface and iron atoms collected at the interface between the oxide film and polycrystalline silicon were removed, and the film was washed again with water. At this point, the concentration of iron atoms in the polycrystalline silicon was 25,000 atoms / μm 2
Met. Then, as a result of repeating the washing with aqua regia, washing with water, and washing with hydrofluoric acid again, the concentration of iron atoms in the polycrystalline silicon was 1,700 atoms / μm 2 . Further, as a result of repeated washing with aqua regia, water and hydrofluoric acid, the iron atom concentration became 100 atoms / μm 2 or less, which is the detection limit. As a precaution, the total amount of polycrystalline silicon thus obtained was dissolved in hydrofluoric nitric acid, the concentration of iron atoms in fluoronitric acid was measured, and the result was divided by the surface area of polycrystalline silicon before dissolution. 1
It was less than 00 atoms / μm 2 .
【0021】洗浄した多結晶シリコンは、表面酸化膜の
形成に伴う汚染を避けるため、素早く水を切り、その後
急速に130℃以上の高温で乾燥した。王水−水−弗酸
による洗浄を2回繰り返した多結晶シリコンの鉄原子濃
度および重金属濃度をシールドトーチシステムを採用し
たICP質量分析計(ICP−MS、横河アナルティカ
ルシステムズ製、PMS2000)を用いた化学分析に
より測定した。測定結果を表1に示した。なお、多結晶
シリコン棒の破砕物の洗浄前のものについても表面の鉄
原子濃度および重金属濃度を分析し、その結果を表1に
併記した。The washed polycrystalline silicon was drained quickly to avoid contamination due to the formation of a surface oxide film, and then rapidly dried at a high temperature of 130 ° C. or higher. An ICP mass spectrometer (ICP-MS, Yokogawa Analytical Systems, PMS2000) that employs a shield torch system for the iron atom concentration and heavy metal concentration of polycrystalline silicon that has been washed twice with aqua regia-water-hydrofluoric acid is used. It was measured by the chemical analysis used. The measurement results are shown in Table 1. The iron atom concentration and heavy metal concentration on the surface of the crushed polycrystalline silicon rod before cleaning were also analyzed, and the results are also shown in Table 1.
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】比較例1〜5 実施例1で使用した多結晶シリコン棒を鉄製のハンマー
及び粉砕機で破砕して種々の粒径のものを製造した。こ
の多結晶シリコン破砕物を硝弗酸でエッチングした場合
の、多結晶シリコン粒径と最適な酸の混合割合、およ
び、その組成でのエッチングを行った場合の表面の鉄原
子濃度を表2に示した。Comparative Examples 1 to 5 The polycrystalline silicon rods used in Example 1 were crushed with an iron hammer and a crusher to produce various particle sizes. Table 2 shows the grain size of polycrystalline silicon and the optimum acid mixing ratio when this crushed polycrystalline silicon was etched with hydrofluoric acid, and the iron atom concentration on the surface when etching was performed with that composition. Indicated.
【0024】[0024]
【表2】 [Table 2]
【0025】実施例2〜4 実施例1で使用した多結晶シリコン棒を鉄製のハンマー
及び粉砕機で破砕して種々の粒径のものを製造した。こ
の多結晶シリコン破砕物を用い、王水−水−弗酸による
洗浄を2回繰り返した時の鉄原子濃度および重金属濃度
を比較例1と同様にして表1に示した。比較例1の硝弗
酸でのエッチングでは、多結晶シリコンの粒径により表
面の鉄原子濃度が大きく変化していたが、本発明におい
ては、表面鉄原子濃度は多結晶シリコンの粒径が異なっ
てもほとんど変化していない。Examples 2 to 4 The polycrystalline silicon rods used in Example 1 were crushed with an iron hammer and a crusher to produce various particle sizes. Table 1 shows the iron atom concentration and heavy metal concentration in the same manner as in Comparative Example 1 when the washing with aqua regia-water-hydrofluoric acid was repeated twice using this crushed polycrystalline silicon. In the etching with the hydrofluoric acid of Comparative Example 1, the iron atom concentration on the surface was greatly changed depending on the grain size of the polycrystalline silicon. However, in the present invention, the surface iron atom concentration differs depending on the grain size of the polycrystalline silicon. But it has hardly changed.
【図1】 図1は、破砕した後水洗した多結晶シリコン
表面を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a surface of polycrystalline silicon which has been crushed and then washed with water.
【図2】 図2は、多結晶シリコンを酸化性の薬液で洗
浄した後の状態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state after cleaning polycrystalline silicon with an oxidizing chemical solution.
【図3】 図3は、水洗により酸化性の薬液を除去した
後、酸化膜を分解する薬液により酸化膜を除去した後の
状態を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state after removing an oxidizing chemical solution by washing with water and then removing the oxide film with a chemical solution that decomposes the oxide film.
1 金属状態の鉄 2 原子状態の鉄 3 酸化膜 1 Iron in metallic state 2 Iron 3 in atomic state Oxide film
Claims (1)
0,000原子/μm2以下であることを特徴とする多結
晶シリコンの機械的加工物。1. The surface iron atom concentration is 1 per unit surface area.
A mechanically processed product of polycrystalline silicon, which has a content of not more than 000 atoms / μm 2 .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20707094A JPH0867510A (en) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Mechanical workpiece of polycrystal silicon |
DE1995129518 DE19529518A1 (en) | 1994-08-10 | 1995-08-10 | Poly:crystalline silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP20707094A JPH0867510A (en) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Mechanical workpiece of polycrystal silicon |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0867510A true JPH0867510A (en) | 1996-03-12 |
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ID=16533707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20707094A Pending JPH0867510A (en) | 1994-08-10 | 1994-08-31 | Mechanical workpiece of polycrystal silicon |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0867510A (en) |
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1994
- 1994-08-31 JP JP20707094A patent/JPH0867510A/en active Pending
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