专利名称：多晶硅部分及破碎硅体的方法
多晶硅部分及破碎硅体的方法本发明涉及破碎娃体的方法和多晶娃部分(portion)。具体地，本发明涉及破碎多晶硅棒的方法。多晶硅常规地是在西门子(Siemens)反应器中通过气相沉积制得。在此情况下使高纯硅烷或氯硅烷沉积在被加热的基材(优选由硅组成的基材)上，从而获得固体棒、块或板还(slab) ο在该多晶硅可用于结晶方法之前，必须缩小其尺寸。在超纯硅生产工艺过程中，在各种工艺步骤中，需要将不同横截面和长度的硅棒破碎以将它们以棒部分或碎片(碎屑、碎块)作为原料直接或者在后续研磨步骤之后导入其它生产步骤中。在现有技术中，在第一步骤中将从西门子沉积反应器所得形式的硅棒用手锤预破碎，而后用铆钉锤手工进一步减小至所需的碎片尺寸。可将此手工制得的粗碎片作为原材料通过机器例如用颚式破碎机或辊式破碎机进一步缩小。应该对相对长的棒进行尺寸减小，所述棒可长2_3m，从而使基础材料即超纯硅受机械力作用的污染尽可能小，并且使遭受的材料(细碎片)损失尽可能小。在减小相对长的棒的尺寸时，所用的破碎工具不应将任何不可接受的摩擦颗粒转移入工具与工件之间的接触面，并且它们应以尽可能最低的力操作。建筑业或采矿业的常规机器破碎方法需要高冲击力和硬切割工具材料。
这些常常包含超纯硅应用所不期望的、即使是痕量的材料组分，因为它们会在进一步加工步骤中造成质量问题，或者直接影响半导体的物理性质(例如通过掺杂物)。US 7，950，308 B2公开了用于手工破碎多晶硅的锤。该锤头由硬金属组成。此类初步的尺寸减小会造成不期望的金属污染物，特别是在受锤冲击区域周围的表面上，包括碎片表面，即在先前整体的碎片上暴露的新表面。此外，会遭受到细碎片形式的材料损失。DE 10 2008 024 411 Al描述了利用脉冲式冲击波减小含硅原料的尺寸:可获得直径为0.1 μ m-lcm的娃颗粒。该方法不适合于较大的碎片或棒碎片的生产。DE 42 18 283 Al公开了无污染地减小半导体材料、特别是硅的尺寸的方法，其中使所述半导体材料暴露于冲击波。冲击波通过作为传播介质的水传播至半导体材料上。可通过在两电极之间放电，以在半椭球体反射器的焦点处产生冲击波。可获得尺寸不同的碎片。合适地，半导体材料可通过暴露于冲击波直至达到或低于碎片的期望的限定尺寸。该方法不适合于限定尺寸的棒部分的初步尺寸减小或者其产生。DE 197 49 127 Al描述了用于棒形式的晶体尺寸减小的方法，其中具有冲击效果的脉冲被传递至晶体上。在此情况下使用机械冲击工具或冲击波。该脉冲可通过液体喷射流传递。然后形成微裂纹，旨在促进后续的破碎。通过热冲击来减小硅棒的尺寸也是已知的。就此而言，JP3285054A利用激光加热。该方法的缺点在于在高温下扩散过程会开始。在此情况下，至少一些表面污染物，特别是外来金属会进入棒体或者碎片，并需要从后续表面清洁/蚀刻除去。
因此，现有技术已知的所有初步减小尺寸的步骤都伴随着高能量消耗，有时候的高设备费用，但最重要的是细碎片形式的损失以及待破碎工件的不期望的污染。本发明的目的是以此问题为基础。本发明的目的通过多晶硅部分实现，其具有至少一个断裂面或切割面，所述多晶娃部分包含0.07ng/cm2-lng/cm2的金属污染物。在断裂面或切割面上具有低污染的此类硅部分可通过本发明的下述方法制得。在本发明的语境中，断裂面或切割面是指新表面，包括硅部分的初始裂纹或初始破碎，其通过使尺寸减小、破碎或切割工艺而在硅体上暴露或产生，并且之前位于该硅体内部(本体)。优选地，所述多晶硅部分在断裂面或切割面上所包含的污染物为0.07ng/cm2-0.65ng/cm2,特别优选 0.07ng/cm2-0.32ng/cm2。优选地，所述多晶硅部分在断裂面或切割面上具有以下污染物:Fe0.01-0.08ng/cm2, Cu0.01-0.12ng/cm2, Ni0.01-0.06ng/cm2, Cr0.01-0.08ng/cm2, Na0.01-0.12ng/cm2,Zn0.01-0.06ng/cm2, A10.01-0.10ng/cm2，未检测到硅部分的其它表面污染物。特别优选地，所述多晶硅部分在断裂面或切割面上具有以下污染物:Fe0.01-0.04ng/cm2，Cu0.01-0.06ng/cm2，Ni0.01-0.03ng/cm2，Cr0.01-0.04ng/cm2,Na0.01-0.06ng/cm2, Zn0.01-0.03ng/cm2, A10.01-0.05ng/cm2。特别地，在不包含以上定义的断裂面或切割面的硅部分的表面上没有可检测到的污染物。在按照现有技术、利用锤手工破碎硅体的情况下，在断裂面(因破碎而暴露出的冲击点和表面)上存在显著更多的金属污染物。优选地，所述硅部分的特征在于以下金属和半金属的总浓度(本体和表面):Cr0.5-5pptw, W0.1-0.5pptw, Au0.001-0.1pptw, Fe20_50pptw, Co0.05-0.3pptw,Ni30-70pptw, Cu30-50pptw, Znl.5_3pptw, As0.05_4pptw 和 Sb0.02-0.6pptw。在现有技术中，即使通过适合于降低表面污染物的后续清洁方法也不能达到此类低金属值。利用INAA测定本体浓度，参见表I。为了测定表面上的污染，利用所谓的“水坑(puddle)蚀刻试验-PET”测量方法。L.Fabry 等人:Diagnostic and Monitoring Tools of LargeScaleS1-Manufacturing in IEEE Transactions on a Semicond.Manuf.，vol.9，N0.3，pp.428-436 公开此测量方法。在ISO < 3 级(EN IS014644-1)的洁净室的流动罩(flow hood)下，将 50 μ I 的氢氟酸(从PFA蒸馏系统“亚沸蒸馏”的，50%)施用于断裂面相对平坦的位置上。术语“亚沸蒸馏(subboil)”是指通过在沸点以下进行表面蒸发的蒸馏。PFA=全氟烷氧基聚合物，其是四氟乙烯(TFE)和全氟烷氧基乙烯基醚的共聚物。当氢氟酸液滴 已铺展至约IOmm时，在相同位置上添加200 μ I硝酸(从石英蒸馏系统新“亚沸蒸馏”的，60%)。在室温下蚀刻IOmin后，可利用μ -移液管移取蚀刻溶液，并且可利用ICP-MS或GF-AAS测定其金属含量。
本发明的目的还通过破碎硅体，优选多晶硅棒的方法实现，其包括以下步骤:a)测定娃体的最低固有弯曲频率；b)利用振荡发生器以该硅体的最低固有弯曲频率对其进行激励，所述激励在所述硅体的激励点处进行，从而使所述硅体在所述激励点处破碎；由此得到娃部分，优选多晶娃部分，其具有包含0.07ng/cm2_lng/cm2的金属污染物的断裂面。已发现所述方法适合于制备本发明的具有极低污染物的多晶硅部分。待破碎的硅体可以是硅棒、硅棒部分，或者预先已减小尺寸的硅碎片。它优选为硅棒。它优选为多晶硅棒。实施例1由多晶硅棒制得4个硅部分。然后利用INAA(仪器中子活化分析)研究来自4个娃部分各自的样品。在INAA测定中，在对表面清洁性蚀刻后，在核反应器中照射多晶硅样品。金属污染物被转化成放射性同位素。然后测定放射性核的衰变，即Y射线。INAA方法的优点是它对大多数金属的检测极限非常低。对于Fe、Cr和Ni，检测限通常为 20-50pg/g[pptw]的娃。INAA 方法在标准 SEMI PV10-1110 ( SEIVn. ，Semi conductor EquipmentandMaterials International)中有述。不同于该标准，未经蚀刻但在用超纯水洗涤后进行所述测定。表I显示一些选定的金属和半金属的INAA测定结果(以pptw的数据)。具体方法描述本发明可技术性地以振荡方式激励硅体如硅棒或棒部分，由此利用共振效应使所需的接触力可减少几乎两个数量级。这使得可使用污染-临界性较低的接触区中的材料(例如PVDF、聚偏二氟乙烯)。表I
权利要求
1.多晶硅部分，其具有至少一个断裂面或切割面，所述多晶硅部分包含0.07ng/cm2-lng/cm2的金属污染物。
2.权利要求1的多晶硅部分，其还具有以下总浓度:Cr 总浓度 0.5-5pptw, W 总浓度 0.1-0.5pptw, Au 总浓度 0.001-0.1pptw, Fe 总浓度20_50pptw, Co 总浓度 0.05-0.3pptw, Ni 总浓度 30_70pptw, Cu 总浓度 30_50pptw, Zn 总浓度 1.5-3pptw, As 总浓度 0.05-4pptw 和 Sb 总浓度 0.02-0.6pptw。
3.权利要求1或2的多晶硅部分，其还在所述断裂面或切割面上具有以下浓度:Fe0.01-0.08ng/cm2，Cu0.01-0.12ng/cm2, Ni0.01-0.06ng/cm2，Cr0.01-0.08ng/cm2,Na0.01-0.12ng/cm2, Zn0.01-0.06ng/cm2 和 A10.01-0.10ng/cm2。
4.破碎硅体、优选破碎多晶硅棒的方法，其包括以下步骤: a)测定所述硅体的最低固有弯曲频率； b)利用振荡发生器，以所述硅体的最低固有弯曲频率对其进行激励，所述激励在硅体的激励点处进行，从而使所述硅体在激励点处破碎； 由此产生具有断裂面的硅部分，其包含0.07ng/cm2-至多lng/cm2的金属污染物。
5.权利要求4的方法，其中将电动式振荡发生器、液压式振荡发生器或者定向不平衡振荡发生器用作所述振荡发生器。
6.权利要求4或5的方法，其中通过冲击法测定硅体的最低固有弯曲频率。
7.权利要求4-6中任一项所述的方法，其中通过机械连接或无接触地提供振荡发生器的激励力。
8.权利要求4-7中任一项所述的方法，其中在激励过程中，在没有弯曲矩的情况下固定所述娃体。
9.权利要求4-8中任一项所述的方法，其中在激励过程中，所述硅体位于硅板上方20_100mm。
全文摘要
本发明涉及多晶硅部分，其具有至少一个断裂面或切割面，所述多晶硅部分包含0.07ng/cm2-1ng/cm2的金属污染。本发明还涉及破碎硅体，优选多晶硅棒的方法，其包括步骤a)测定所述硅体的最低固有弯曲频率；b)利用振荡发生器，以所述硅体的最低固有弯曲频率对其进行激励，所述激励在所述硅体的激励点处进行，从而使所述硅体在激励点处破碎；由此产生具有断裂面的硅部分，其包含0.07ng/cm2-至多1ng/cm2的金属污染物。
文档编号C01B33/035GK103172068SQ201210557088
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月21日
发明者L·法布里, P·格吕布尔, C·胡贝尔 申请人:瓦克化学股份公司