JPH08109013A

JPH08109013A - シリコン種の製造方法

Info

Publication number: JPH08109013A
Application number: JP24587694A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Wakamatsu; 智若松; Keiji Abe; 啓治阿部
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】多結晶シリコン粒体の製造に使用するための
シリコン種を高効率で且つ高収率で得る、新規且つ優れ
た製造方法を提供する。【構成】シリコン塊を衝撃式粗粉砕機によって粗粉砕
してシリコン粗粒を生成する粗粉砕工程と、シリコン粗
粒を衝撃式微粉砕機によって微粉砕してシリコン微粒を
生成する微粉砕工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコン粒体の
製造に使用されるシリコン種の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン半導体ウエーハの製造において
は、周知の如く、多結晶シリコンを製造し、次いでかか
る多結晶シリコンを単結晶化して単結晶シリコンインゴ
ットを製造している。多結晶シリコンの製造において
は、一般に多結晶シリコンを棒状に析出せしめている
が、近時においてはシリコンを粒状に析出せしめて、例
えば粒径（分級篩の目開き寸法に相当する値）が１乃至
１．５ｍｍ程度の多結晶シリコン粒体を生成することが
提案され実用に供されるようになってきた。かような多
結晶シリコン粒体の生成においては、粒径が約１００乃
至３５０μｍの多結晶シリコン種が析出装置に供給さ
れ、かかるシリコン種の表面にシリコンを析出せしめて
多結晶シリコン粒子が生成される。

【０００３】多結晶シリコン粒体の生成に使用されるシ
リコン種自体の製造については、米国特許第４，６９
１，８６６号明細書及び図面には、比較的大きいシリコ
ン粗粒を高圧ガス流によって高速搬送し、シリコン製タ
ーゲット盤に衝突せしめて粉砕し、かくして所望粒径の
シリコン微粒を生成することを含むシリコン種の製造方
法が開示されている。

【０００４】また、特公昭６３−８０４４号公報及び特
公昭６３−８０４５号公報には、多結晶棒状シリコンを
ロールクラッシャーで粉砕して所望粒径のシリコン微粒
を生成することを含むシリコン種の製造方法が開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然るに、上記米国特許
第４，６９１，８６６号明細書及び図面に開示されてい
るシリコン種の製造方法には、（１）ターゲット盤に衝
突せしめることによる粉砕の度合いの制御が比較的困難
であるため、得られるシリコン種の粒径分布が広がり易
くなり、所望粒径のシリコン種の収率が低い、（２）衝
突によるシリコン粗粒の粉砕が充分に効果的でないた
め、生産性が相当低い、という問題がある。

【０００６】また、上記特公昭６３−８０４４号公報及
び特公昭６３−８０４５号公報に開示されているシリコ
ン種の製造方法には、（１）協働する一対のロールによ
って棒状シリコンを圧潰すると、シリコンが所謂へき開
面で破断される傾向があり、流動性に優れた多結晶シリ
コン粒体の製造に適する所謂粒状ではなくて薄片或いは
棒状片が生成される割合が大きい、（２）過小微粉が多
量に生成される傾向があり、所謂収率が低い、（３）一
対のロールによる圧潰は粉砕効率が著しく低く、従って
生産性が相当低い、という問題がある。

【０００７】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので
あり、その技術的課題は、所望粒径で且つ多結晶シリコ
ン粒体の製造に有利な粒状であるシリコン種を高い生産
性で且つ高収率で得ることを可能にする、新規且つ優れ
たシリコン種の製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、偏平に割
れ易いシリコンの微粉砕について鋭意研究及び実験の結
果、衝撃式粉砕機を使用し、シリコン塊を二段階で粉
砕、即ち衝撃式粗粉砕機による粗粉砕と衝撃式微粉砕機
による微粉砕とを順次に遂行する、という従来とは全く
異なった独特の様式を採用することによって、上記技術
的課題を達成することができることを見出した。

【０００９】即ち、本発明によれば、上記技術的課題を
達成するシリコン種の製造方法として、多結晶シリコン
塊を衝撃式粗粉砕機によって粗粉砕して粒径が１０ｍｍ
以下であるシリコン粗粒を生成する粗粉砕工程と、該シ
リコン粗粒を衝撃式微粉砕機によって微粉砕してシリコ
ン微粒を生成する微粉砕工程とを含む、ことを特徴とす
るシリコン種の製造方法が提供される。

【００１０】本発明のシリコン種の製造方法によれば、
衝撃式粉砕機を使用する故に、得られるシリコン微粒は
良好な粒状である割合が充分に高く、従って高収率で所
望粒状であるシリコン種を得ることができる。更に、衝
撃式粉砕を二段階で行い、且つ特定の粒径のシリコン粗
粒及び微粒が得られるように粉砕を遂行する故に、過少
微粉（所望粒径範囲の下限より小さい微粉）の生成を充
分に抑制して高効率で粉砕を遂行することができる。

【００１１】以下、本発明の方法を更に詳細に説明す
る。本発明のシリコン種の製造方法においては、必要に
応じて手動前粉砕工程を実施した後に、粗粉砕工程及び
微粉砕工程が遂行され、その後必要に応じて篩選別工程
及び洗浄工程が遂行される。

【００１２】本発明において使用される多結晶シリコン
塊は、上述した単結晶シリコンの製造に使用するのに支
障のない純度を有するものであれば、如何なる方法によ
って得られたものでもよりが、一般には、トリクロルシ
ラン、モノシラン等のシラン化合物を還元雰囲気下で熱
分解することによって生成されるシリコンを析出せしめ
て得られる、例えば直径１０ｃｍ、長さ２ｍ程度の丸棒
状である多結晶シリコンを、通常の手動ハンマーで叩い
て拳程度の大きさのシリコン塊に破砕する、手動前粉砕
工程によって好都合に得ることができる。

【００１３】次いで、粗粉砕工程においては、拳程度に
破砕されたシリコン塊を衝撃式粗粉砕機に投入して粗粉
砕してシリコン粗粒を生成するが、粒径が１０ｍｍ以下
のシリコン粗粒を生成する条件下で粗粉砕することが、
引き続く微粉砕工程における微粉砕によって高収率で所
望粒径のシリコン微粒を得るために重要である。シリコ
ン粗粒に、粒径が１０ｍｍを越える粗粒が存在する場
合、微粉砕工程において所望粒径に粉砕するのに要する
時間が増加し、その間の所望粒径範囲の下限より小さい
過少微粉の生成が増大し、所望粒径のシリコン微粒の収
率が低下する。粗粉砕工程においては、１０ｍｍ以下、
好ましくは５ｍｍ以下の粒径のシリコン粗粒が生成され
るようにシリコン塊が粗粉砕されるが、特に、８３３μ
ｍを越える（換言すれば２０メッシュ残の）シリコン粗
粒の割合が４０重量％以上、好ましくは５０重量％以上
となるように粗粉砕を行うことが、続く微粉砕工程にお
ける過少微粉の生成を抑えて１０４μｍ以下（換言すれ
ば１５０メッシュ通過）の微粉の生成を２０重量％以下
にせしめ、所望粒径のシリコン微粒の収率を更に向上せ
しめるために望ましい。

【００１４】上記粗粉砕工程に使用する粗粉砕機は、衝
撃式粗粉砕機であれば特に制限されないが、特にハンマ
ークラッシャーが好適に使用される。図１及び図２は、
衝撃式粗粉砕機として好都合に使用し得るハンマークラ
ッシャー２の要部を図示している。それ自体は公知の形
態であるハンマークラッシャー２は上部ケーシング４及
び下部ケーシング６を具備し、かかる上部ケーシング４
及び下部ケーシング６の協働によって粉砕室８が規定さ
れている。上部ケーシング４の上端面には導入口１０が
形成されている。上部ケーシング４における、粉砕室８
の上面を規定している部分の内面にはライナー１２、１
４及び１６が施されている。下部ケーシング６の下端面
には排出口１８が形成されており、かかる排出口１８の
上方にはスクリーン２０が配設されている。図１に明確
に図示する如く、粉砕室６の下面を規定するスクリーン
２０は半円筒状に延在せしめられている。粉砕室８を貫
通して実質上水平に延在する回転軸２２が配設されてい
る。この回転軸２２にはその軸線方向に間隔をおいて一
対のカップリッグ２４が固定され、かかるカップリング
２４間には周方向に等間隔をおいて４本の装着軸２６が
固定されている。そして、装着軸２６の各々にはその軸
線方向に等間隔をおいて４個乃至５個のハンマー２８が
遊嵌されている。装着軸２６には、隣接するハンマー２
８間に配置された円筒状スペーサ２９も装着されてい
る。ハンマー２８の各々は板形状であり、装着軸２６か
ら半径方向外方に延出せしめられている。回転軸２２は
適宜の伝動機構（図示していない）を介して電動モータ
（図示していない）に駆動連結されている。

【００１５】上述したハンマークラッシャー２において
は、上記手動前粉砕工程によって生成されたシリコン塊
が導入口１０を通して粉砕室８内に投入される。粉砕室
８内においては、図１において反時計方向に回転せしめ
られる回転軸２２の回転に応じてハンマー２８が回動せ
しめられ、ハンマー２８によって或いはハンマー２８と
ライナー１２、１４及び１６との協働によってシリコン
塊に加えられる衝撃によって、シリコン塊が粗粉砕され
る。そして、粗粉砕によって生成せしめられたシリコン
粗粒はスクリーン２０を通過し、排出口１８から排出さ
れて所要収集容器（図示していない）内に収集される。
ハンマークラッシャー２における粗粉砕の程度は、ハン
マー２８自体の大きさ、ハンマー２８の装着間隔、ハン
マー２８とライナー１２、１４及び１６との間隔、ハン
マー２８の回転速度、スクリーン２０の目開き等を調整
して、得られるシリコン粗粒が前記したように１０ｍｍ
以下の粒径になるようにすればよい。一般に、スクリー
ン２０の目開きによって、得られるシリコン粗粒の上限
粒径を調整することができ、ハンマー２８の大きさ、ハ
ンマー２８の装着間隔、ハンマー２８とライナー１２、
１４及び１６との間隔、ハンマー２８の回転速度等によ
って、得られるシリコン粗粒の下限粒径及び過少微粉の
発生率を調整することができる。生産性も考慮すると、
ハンマー２８の回転速度は、一般に７５０乃至２０００
ｒ．ｐ．ｍ．であるのが好適である。

【００１６】ハンマークラッシャー２におけるハンマー
２８、ライナー１２、１４及び１６等の部材は、シリコ
ン塊及びシリコン粗粒との接触に対して耐摩耗性を有
し、且つ必要に応じて洗浄工程でシリコン微粒から除去
可能な材質から形成されているのが好適である。例え
ば、ハンマー２８を形成する好適材質としては、焼入れ
処理したクロムモリブデン鋼（例えば、ＪＩＳ・Ｇ・４
１０５においてＳＣＭ４３５として規定されているクロ
ムモリブデン鋼）を挙げることができる。また、ライナ
ー１２、１４及び１６は、上記クロムモリブデン鋼或い
はＳＳ４００の如き材質から形成することもできる。ラ
イナー１２、１４及び１６の内面形状は、ハンマー２８
の回転方向に対して稜線が垂直になるように形成され
た、断面図において鋸歯形状であるのが好都合である。
鋸歯のピッチは２０乃至３０ｍｍ、高さは５乃至１５ｍ
ｍ程度が適当である。

【００１７】本発明の方法において、微粉砕工程は粗粉
砕工程で得られたシリコン粗粒を所望粒径範囲になるよ
うに微粉砕する工程である。微粉砕工程によって得られ
るシリコン微粒の粒径範囲は、適宜に設定することがで
きるが、一般に、流動床を使用したシリコン粒体の製造
におけるシリコン種として好適に使用される粒径は１０
４乃至３５０μｍ（換言すれば１５０メッシュ残留乃至
４０メッシュ通過）である。

【００１８】シリコン塊を特定粒径に粗粉砕する粗粉砕
工程を経て、粒径が制御されたシリコン粗粒を微粉砕工
程にて微粉砕することにより、シリコン塊を直接的に所
望粒径のシリコン微粒まで粉砕する場合に比べて、過少
微粉の生成を充分に抑え、得られるシリコン微粒の収率
を著しく向上せしめることができる。

【００１９】上記微粉砕工程に使用する微粉砕機は、衝
撃式微粉砕機であれば特に制限されないが、特にピンミ
ルが好適に使用される。図３は、衝撃式微粉砕機として
好都合に使用し得るピンミル３０の要部を図示してい
る。それ自体は公知の形態であるピンミル３０は協働し
て粉砕室３２を規定するケーシング３４、前カバー３６
及び後カバー３８を具備している。粉砕室３２の前側、
即ち前カバー３６の内側には静止円盤４０が固定されて
いる。この静止円盤４０の内側面、即ち図３において右
側面には、周方向及び半径方向に適宜の間隔をおいて多
数のピン４２が植設されている。後カバー３８には実質
上水平に延びる回転軸４４が回転自在に装着されてお
り、この回転軸４４の先端部、即ち図３において左端部
は粉砕室３２内に突出している。回転軸４４の先端部に
は回転円盤４６が固定されており、この回転円盤４６の
内側面、即ち図３において左側面には周方向及び半径方
向に適宜の間隔をおいて多数のピン４８が植設されてい
る。回転軸４４は適宜の伝動機構（図示していない）を
介して電動モータ（図示していない）に駆動連結されて
いる。静止円盤４０に植設されているピン４２と回転円
盤４６に植設されているピン４８との半径方向位置は相
違せしめれており、回転円盤４６が回転せしめられても
ピン４８がピン４２に衝突することはない。上記前カバ
ー３８及び静止円盤４６の中央部には導入口５０が形成
され、前カバー３８にはかかる導入口５０に連通する供
給路５２を規定する部材５４が付設されている。粉砕室
３２内には静止円盤４０及び回転円盤４６を囲繞する円
筒形状のスクリーン５６も配設されている。ケーシング
３４の下端面には排出口５８が形成されている。

【００２０】上述したとおりのピンミル３０において
は、上記粗粉砕工程において生成されたシリコン粗粒が
供給路５２及び導入口５０を通して粉砕室３２内に導入
される。粉砕室３２内においては、回転駆動される回転
円盤４６に植設されているピン４８と静止円盤４６に植
設されているピン４２の協働によってシリコン粗粒に衝
撃が加えられ、これによってシリコン粗粒が微粉砕され
る。上述した粒径が１０４乃至３５０μｍのシリコン微
粒を得る場合には、粒径が３５０ｍｍ以下にせしめられ
たシリコン微粒及び微粉はスクリーン５６を通過し、排
出口５８から排出されて適宜の収集容器（図示していな
い）内に収集される。即ち、スクリーン５６の目開きに
よって得られるシリコン微粒の上限を調整することがで
きる。また、シリコン微粒の下限粒径及び過少微粉の発
生率は、ピンミル３０におけるピン４２及び４８の大き
さ及び相互間隔、回転円盤４６の回転速度等を適宜に調
整することによって所要とおり設定することができる。
生産性も考慮すると、回転円盤４６の回転速度は、一般
に２０００乃至６０００ｒ．ｐ．ｍ．であるのが好適で
ある。

【００２１】ピンミル３０におけるピン４２及び４８等
の部材も、上述したハンマークラッシャーに関して例示
した耐摩耗性を有する材質から好都合に形成することが
できる。

【００２２】次いで、篩選別工程を遂行し、上記微粉砕
工程によって得られた粒径が３５０μｍ以下のシリコン
微粒及び微粉から粒径が１０４μｍより小さい過少微粉
を除去し、かくして粒径が１０４乃至３５０μｍである
シリコン微粒を得る。かかる篩選別工程は、例えば公知
の振動式篩器を使用して好都合に遂行することができ
る。

【００２３】上記篩選別工程に続いて洗浄工程を遂行し
て上記シリコン微粒から不純物を除去し、シリコン粒体
の製造においてシリコン種として使用し得る高純度シリ
コン微粒を得る。この洗浄工程においては、例えば、最
初にシリコン微粒を水で洗浄して、付着している微粉、
埃、屑等を除去する。次いで、シリコン微粒を王水に浸
漬せしめて、付着いている不純物を溶解除去する。次い
で、再び水で洗浄し、しかる後にフッ酸に浸漬せしめ
て、残留付着物を溶解除去する。そして更に、水で洗浄
し、乾燥せしめる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のシリコン種の製造方法によれ
ば、シリコン粒体の製造に好適に使用することができる
シリコン種を高効率で且つ高収率で製造することができ
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明するため実
施例を示すが、本発明はかかる実施例に限定されるもの
ではない。

【００２６】実施例１シラン化合物を還元性雰囲気下で熱分解して生成したシ
リコンを析出させて得られた、直径１０ｃｍ、長さ２ｍ
程度の丸棒状の多結晶シリコンをハンマーを使用して手
作業で粉砕し、平均粒径１０ｃｍのシリコン塊を生成し
た。

【００２７】かかるシリコン塊を、図１及び図２に図示
するとおりの形態のハンマークラッシャーを使用して粗
粉砕した。ハンマークラッシャーのスクリーンの目開き
は５ｍｍで、ハンマーは１１０ｍｍ×４８ｍｍ×１２ｍ
ｍの板状片で、ハンマーの軸方向装着間隔は２０ｍｍ
で、ハンマー先端とライナー内面との間隔は５乃至４０
ｍｍで、ハンマーの回転速度は１５００ｒ．ｐ．ｍ．で
あった。ハンマーの材質はＳＣＭ４３５で、ライナーの
材質はＳＳ４００であった。

【００２８】上記粗粉砕工程において得られたシリコン
粗粒の粒径は下記粒径分布表１のとおりであった。ま
た、この時点での過少微粉の割合は４重量％であった。

【００２９】

【表１】

【００３０】上記粗粉砕工程によって得られたシリコン
粗粒を図３に図示する形態のピンミルに供給して微粉砕
を遂行した。ピンミルのスクリーンの目開きは１ｍｍφ
で、回転円盤には１０本のピンが配設され、かかるピン
は断面が１１ｍｍ×１５ｍｍの矩形で突出高さが２９ｍ
ｍであり、静止円盤には３１本のピンが配設され、かか
るピンは断面が９ｍｍ×１９ｍｍの矩形で突出高さが２
８ｍｍであり、回転円盤の回転速度は５５００ｒ．ｐ．
ｍ．であった。また、ピンの材質は、ＳＣＭ４３５、Ｓ
Ｓ４００＋１３％Ｍｎの肉盛りであった。

【００３１】上記微粉砕工程において得られたシリコン
微粒の粒径は下記粒径分布表２のとおりであった。

【００３２】

【表２】

【００３３】上記部粉砕工程によって得られたシリコン
微粒を篩にかけて、粒径が１０４乃至３５０μｍのシリ
コン微粒を分級収集した結果、収率が６０％であり、理
論収率（７０％）に近いものであった。また、得られた
シリコン微粒の形状は所謂粒状であり、偏平なものは殆
どなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法における粗粉砕工程に好適に
使用され得るハンマークラッシャーの要部を示す部分断
面図。

【図２】図１に示すハンマークラッシャーの部分断面
図。

【図３】本発明の製造方法における微粉砕工程に好適に
使用されるピンミルの要部を示す部分断面図。

【符号の説明】

２：ハンマークラッシャー２０：スクリーン２８：ハンマー３０：ピンミル４０：静止円盤４２：ピン４６：回転円盤４８：ピン５６：スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリコン塊を衝撃式粗粉砕機によ
って粗粉砕して粒径が１０ｍｍ以下であるシリコン粗粒
を生成する粗粉砕工程と、該シリコン粗粒を衝撃式微粉
砕機によって微粉砕してシリコン微粒を生成する微粉砕
工程とを含む、ことを特徴とするシリコン種の製造方
法。
【請求項２】該粗粉砕工程において、粒径が８３３μ
ｍを越えるシリコン粗粒の割合が４０重量％以上になる
ように粗粉砕を行う、請求項１記載のシリコン種の製造
方法。
【請求項３】該微粉砕工程において、粒径が１０４乃
至３５０μｍのシリコン微粒を生成する、請求項１又は
２記載のシリコン種の製造方法。
【請求項４】該衝撃式粗粉砕機はハンマークラッシャ
ーである、請求項１から３までのいずれかに記載のシリ
コン種の製造方法。
【請求項５】該衝撃式微粉砕機はピンミルである、請
求項１から４までのいずれかに記載のシリコン種の製造
方法。