KR100398303B1

KR100398303B1 - 다결정 실리콘의 평가 방법

Info

Publication number: KR100398303B1
Application number: KR10-2001-0036295A
Authority: KR
Inventors: 호리겐지; 사사끼고
Original assignee: 미쯔비시 마테리알 폴리실리콘 가부시끼가이샤; 미쯔비시 마테리알 실리콘 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-09-19
Also published as: JP3569662B2; US20020000186A1; DE10129489B4; US6916657B2; CN1229528C; DE10129489A1; JP2002005812A; TWI253483B; KR20020019378A; CN1330173A

Abstract

실제로 단결정의 성장을 행하지 않고 원료 다결정 실리콘 중에 포함되는 이물의 정도를 유효하게 평가할 수 있는 방법을 제공한다.

일정량의 다결정 실리콘 편(1)을 바스켓(2)에 수용하고, 이 바스켓(2)을 에칭액(3)을 넣은 에칭조(4) 내에 침지한다. 그 후, 에칭조(4)로부터 들어올려 에칭액(3)을 샘플링한 후, 샘플링한 액을 일정 시간 방치하여 다결정 실리콘의 미립이나 분말이 모두 용해한 시점에서 액 중 파티클 카운터(7)를 걸어 일정량의 액 중 파티클수를 측정한다.

Description

다결정 실리콘의 평가 방법{EVALUTION METHOD FOR POLYCRYSTALLINE SILICON}

본 발명은, 단결정 실리콘의 성장의 원료로서 이용하는 다결정 실리콘의 평가 방법에 관한 것이다.

종래, 단결정 실리콘을 제조하는 방법 중 하나로서, 쵸크랄스키법(이하, CZ법이라고 칭한다)이 알려져 있다. 이 CZ법은 무전이 혹은 격자 결함이 매우 적은 상태에서 대구경, 고순도의 단결정이 용이하게 얻어진다는 이점을 가지고 있다.

CZ법으로는 우선, 최초로 초고순도의 다결정 실리콘 편을 세정한 후, 석영 도가니에 넣어 가열로에서 용해시킨다. 이 때, 동시에 미량의 도전형 불순물(첨가제 또는 도핑제라고 함)을 필요량만큼 첨가한다. 예를 들면, 붕소(B)의 첨가에 의해 P형 결정을, 인(P)이나 안티몬(Sb)의 첨가에 의해 N형 결정을 얻을 수 있어 불순물의 첨가량에 따라 결정의 저항율을 컨트롤할 수 있다.

다음에, 이 실리콘 융액에 와이어로 현수된 종결정(단결정)을 접촉시켜서, 회전시키면서 서서히 들어올려서 단결정을 성장시킨다. 이 때의 온도나 들어올리는 속도의 조건을 조정함으로써, 여러가지의 직경이나 특성을 갖는 단결정을 만들어낼 수 있다. 성장한 결정은 종결정과 마찬가지로, 완전한 단결정이 된다. 그리고, 원료에 사용하는 다결정 실리콘 중에 포함되는 이물이 적을수록, 생성되는 단결정 실리콘은 유전이화하기 어려워진다.

그러나, 원래의 다결정 실리콘 자체는 초고순도라고 해도 제조한 다결정 실리콘을 어느 정도의 크기로 파쇄하였을 때, 편형이 된 다결정 실리콘 표면에 금속 가루 등의 파티클(이물)이 부착하는 것이 있다. 또한, 운반 시 등에 미세한 수지 편 등이 부착하는 경우도 있다. 따라서, 단결정 실리콘의 제조 메이커가 원료 공급원으로부터 다결정 실리콘을 입하한 시점에서는 다결정 실리콘 편의 표면에 미세한 금속 가루나 수지 편이 미량 부착되어 있는 경우가 있다. 그 때문에, 다결정 실리콘을 사용하기 전에 세정을 행하지만, 세정을 행해도 파티클의 수가 완전하게 제로가 되지는 않고 어느 정도 잔류하게 된다.

여기서, 다결정 실리콘 편의 표면에 부착된 이들 파티클은 들어올린 후에 생긴 단결정 실리콘 중에 결정 결함 등을 발생시키는 원인이 되기 때문에, 당연히 가능한 한 청정한 다결정 실리콘 편을 이용하는 것이 요구된다. 그런데, 다결정 실리콘 표면의 파티클수에는 원료 공급원이나 제품의 로트에 의해서도 변동이 있기 때문에, 다결정 실리콘 사용 전에 그 제품마다 파티클수를 평가하여, 사용할 수 있는 다결정 실리콘을 선별하거나 용도에 따라 구분하여 사용하기 위한 기준으로 하고자 하는 요구가 있다.

그러나, 종래는 입하한 각 다결정 실리콘을 이용하여 실제로 단결정의 성장을 행하고, 완성된 단결정 실리콘으로 결정 결함 등의 결함 밀도를 평가하고, 그 결과로부터 반대로 다결정 실리콘의 품질 평가을 행하고 있는 것이 현상이었다.따라서, 평가 결과의 피드백이 늦어져서, 상술한 다결정 실리콘의 선별이나 구분 사용 등으로의 유연한 대응이 어려웠다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 실제로 단결정의 성장을 행하지 않고, 원료 다결정 실리콘 중에 포함되는 이물의 정도를 유효하게 평가할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 다결정 실리콘의 평가 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 다결정 실리콘의 다른 평가 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예의 각 샘플에서의 액 중 파티클수를 측정한 결과를 나타내는 그래프.

도 4는 동일 각 샘플에 대응하는 원료 다결정 실리콘으로부터 얻어진 각 단결정 실리콘 중 프리화율을 측정한 결과를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 다결정 실리콘 편

2 : 바스켓

3 : 에칭액

4 : 에칭조

5 : 펌프

6 : 필터

7 : 액 중 파티클 카운터

8 : 용기

9 : 챔버

10 : 진공 펌프

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다결정 실리콘의 평가 방법은, 다결정 실리콘을 용해할 수 있는 약액 중에 덩어리형 혹은 편형의 다결정 실리콘을 침지시킨 후, 상기 약액 중에 함유되는 이물의 수를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다결정 실리콘의 평가 방법에서는, 덩어리형 혹은 편형의 다결정 실리콘을 상기 약액 중에 침지시키면, 다결정 실리콘의 표면이 용해함과 동시에, 실리콘 표면에 부착 또는 함유된 이물이 약액 중에 부유한 상태가 된다. 그래서, 예를 들면 이물을 함유한 약액의 일부를 샘플링하고, 파티클 카운터 등의 검사 기기를 이용하여 일정량의 약액 중에 함유되는 이물의 수를 측정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 다결정 실리콘의 평가 방법에 따르면, 실제로 단결정의 성장을 행하지 않으면, 원료 다결정 실리콘 중의 이물의 양을 미리 평가할 수 있다. 그 결과, 종래에 비하여 평가 결과의 피드백이 빨라지며, 예를 들면 다결정 실리콘의 선별이나 용도에 따라 구분하여 사용하는 등의 대응을 용이하게 행할 수 있다.

그리고, 약액 중에 함유하는 이물의 수의 측정 외에 이물의 성분 분석을 행하도록 해도 된다.

그렇게 함으로써, 이물수의 평가뿐만아니라, 이물 종류의 동정을 행할 수 있어, 다결정 실리콘 편에 이물이 부착하는 원인을 조사하는 단서가 되기 때문에, 그에 따라 대책을 취함으로써 더욱 청정한 원료 다결정 실리콘을 얻을 수 있다.

또한, 조 내에 수용한 약액 중에 다결정 실리콘을 침지시키기 전에 약액을 미리 순환 여과를 해두는 것이 바람직하다.

예를 들면, 약액을 조 내에 수용한 상태에서 다결정 실리콘을 침지시키는 경우, 다결정 실리콘을 침지시키기 전에 약액을 미리 순환 여과해두면, 초기 상태의 약액을 청정한 상태로 할 수 있어 이물수의 측정을 정확하게 행할 수 있다.

<발명의 실시 형태>

이하, 본 발명의 일 실시 형태인 다결정 실리콘의 평가 방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

우선, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 평가해야 할 다결정 실리콘 편(1)을 일정량(예를 들면, 5kg) 준비한다. 이 다결정 실리콘 편(1)은, 예를 들면 덩어리형이라도 좋고, 펠릿형(편형)이라도 좋으며 특히 형상은 상관없다.

다음에, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기한 다결정 실리콘 편(1)을 폴리에틸렌제, 테플론제 등의 바스켓(2)에 수용한다. 이 바스켓(2)은 다음 공정에서 에칭액 중에 노출되기 때문에, 사용하는 에칭액에 침범되지 않는 재질을 사용할 필요가 있다.

다음에, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기한 다결정 실리콘 편(1)을 수용한 바스켓(2)을 에칭액(3)을 넣은 에칭조(4) 내에 침지한다. 여기서 이용하는 에칭액(3)은 다결정 실리콘을 용해할 수 있는 것으로, 예를 들면 불화 질산을 이용할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 에칭조(4)에는 펌프(5), 필터(6) 등의 순환 여과 설비가 구비되어 있고, 바스켓(2)을 침지하기 전에 에칭액(3)을 미리 순환 여과해둔다(파티클 프리 상태).

다음에, 순환 여과를 정지하고, 바스켓(2)을 몇회 에칭조(4)로부터 출납한 후, 에칭조(4)로부터 들어올린다. 그 후, 폴리에틸렌제, 테플론제 등의 임의의 용기(8)에 에칭액(3)을 샘플링한다. 이 때, 샘플링한 액 중에 다결정 실리콘의 미립이나 분말이 포함된다. 또한 이 때, 용기(8)를 밀폐한 챔버(9) 내에 수용함과 함께, 진공 펌프(10)를 사용하여 챔버(9) 내를 탈기함으로써, 용기(8) 내에 에칭액(3)을 흡인한다(크린 샘플링).

그리고, 샘플링한 액을 일정 시간(예를 들면 몇일) 방치하고, 다결정 실리콘의 미립이나 분말이 모두 용해한 시점에서 액 중 파티클 카운터(7)를 걸어 일정량의 액 중 파티클수를 측정한다. 여기서는, 다결정 실리콘의 미립이나 분말은 에칭액(3)에 녹기 때문에, 다결정 실리콘의 미립이나 분말 내부에 함유하고 있는 파티클만이 카운트된다. 이 방법에 따르면, 측정하는 고효율화를 도모할 수 있다.

또한 동시에, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM), 에너지 분산형 X선 분광법(Energy Dispersive X-ray spectroscopy, EDX) 등의 수법을 이용하여 파티클의 성분 분석을 해도 된다. 이에 따라, 단지 단순하게 파티클수의평가뿐만아니라, 파티클의 종류의 동정을 행할 수 있어 이 파티클이, 예를 들면 알루미나, 카본, 염화비닐계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 테플론계 수지, 초경합금 등으로 이루어지는 것을 알 수 있다.

혹은 도 2의 (a), 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기한 바와 마찬가지로, 다결정 실리콘 편(1)을 수용한 바스켓(2)을 에칭액(3)을 넣은 에칭조(4) 내에 침지한 후, 일정 시간 방치하고, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 액 중 파티클 카운터(7)를 이용하여 에칭조(4) 내의 에칭액(3)을 직접 측정해도 된다.

이와 같이, 본 실시의 형태의 다결정 실리콘의 평가 방법에 따르면, 실제로 단결정의 성장을 행하지 않고, 원료 다결정 실리콘에 포함되는 이물의 양을 미리 평가할 수 있다. 그 결과, 종래에 비하여 평가 결과의 피드백이 빨라져서, 예를 들면, 원료 다결정 실리콘의 선별이나 용도에 따라 구분하여 사용하는 등의 대응을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 이물의 성분 분석을 행하면 원료 다결정 실리콘 편에 이물이 부착하는 원인을 조사하는 단서로도 되기 때문에, 보다 청정한 원료 다결정 실리콘을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 에칭액(3) 중에 다결정 실리콘을 침지시키기 전에 에칭액(3)을 미리 순환 여과하도록 하기 때문에, 원래의 에칭액을 청정한 상태로 유지할 수 있어 이물수의 측정이 보다 정확해진다.

또, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시 형태뿐만 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경을 가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 실시 형태에서는, 에칭액으로서 불화 질산을 예시하였지만, 그 외 다결정 실리콘을에칭할 수 있는 액이면, 다른 약액을 이용해도 된다. 또한, 에칭조 등의 구성이나 구체적인 평가 방법에 대해서도 상기 실시 형태에 한하지 않고 적절하게 변경이 가능하다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 방법을 이용하여 얻어진 실제 평가 데이터에 대하여 설명한다.

평가 대상의 원료 다결정 실리콘으로서, 샘플 A, B, C의 3 종류를 준비하였다. 그리고, 상기 실시 형태의 방법을 이용하여 각 샘플에서의 액 중 파티클수를 측정한 결과를 도 3에 도시한다. 액 중 파티클 카운터에서는 파티클의 크기마다 수를 카운트할 수 있게 되어 있고, 예를 들면 0.2 ∼ 5㎛의 크기의 파티클로 비교하면 액 1×10^-2L(리터)당, A가 8000개, B가 2500개, C가 15000개였다.

이에 대하여, 각 샘플 A, B, C에 대응하는 원료 다결정 실리콘을 이용하여 실제로 성장을 행하여, 완성된 각 단결정 실리콘의 프리화율을 측정한 결과를 도 4에 도시한다. 단위 체적당 단결정 실리콘 중 프리화율은 A가 70%, B가 77%, C가 60%였다. 또한, 「프리화율」이란, 무전이 단결정화율이다.

즉, 각 샘플 A, B, C에서의 액 중 파티클수가 작성한 단결정 실리콘 중 프리화율(결함 밀도)에 대응하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 방법을 이용하면, 원료 다결정 실리콘을 확실하게 평가할 수 있는 것이 실증되었다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 다결정 실리콘의 평가 방법에 따르면, 실제로 단결정의 성장을 행하지 않고, 원료 다결정 실리콘의 이물의 양을 미리 평가할 수 있다. 그 결과, 종래에 비하여 평가 결과의 피드백이 빨라져서, 예를 들면 다결정 실리콘의 선별이나 용도에 따라 구분하여 사용하는 등의 대응을 용이하게 행할 수 있다.

Claims

단결정 실리콘의 성장의 원료로서 이용하는 다결정 실리콘의 평가 방법에 있어서,

상기 다결정 실리콘을 용해할 수 있는 약액 중에 덩어리형 혹은 편형의 다결정 실리콘을 침지시킨 후, 상기 약액 중에 함유되는 이물의 수를 측정하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘의 평가 방법.
제1항에 있어서,

상기 약액 중에 함유되는 이물수의 측정 외에, 상기 이물의 성분 분석을 하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

조(槽) 내에 수용한 약액 중에 상기 다결정 실리콘을 침지시키기 전에, 상기 약액을 미리 순환 여과를 해두는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘의 평가 방법.