JPH0831432B2 - 半導体材料、とくにシリコンの汚染の無い小片切断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００２】

【従来の技術】太陽電池または例えば記憶素子またはマ
イクロプロセツサのようなエレクトロニクス構成要素の
製造に関しては高純度の半導体材料が利用される。適切
に導入されたドーパントはこのような材料が好都合な場
合に有すべきである唯一の不純物である。それゆえ、有
害な不純物の濃度をできるだけ低く保持するように努力
されている。しばしば観察されることは、以前に高純度
で製造された半導体材料が目標製品へさらに他の加工の
過程を行うときに再び汚染されるということである。そ
こで、元の純度を取り戻すために、繰り返して費用のか
かる精製工程が必要となる。半導体材料の結晶格子中に
組み込まれる異金属原子は電荷分布を妨害しかつ後の構
成要素の機能を減少しかつその損失を招くことになる。
従って、半導体材料のとくに金属不純物による汚染は回
避されなければならない。このことはとくに電子産業に
おいて明白な差異により非常に多く半導体材料として使
用されるシリコンに認められる。高純度のシリコンは例
えば非常に揮発性でかつそれゆえ簡単に蒸留方法を介し
て、例えばトリクロロシランのような精製シリコン化合
物を熱分解することによって得られる。そのさい７０な
いし３００ｍｍの代表的な直径および５００ないし２５
００ｍｍの長さを有するバーの形の多結晶が生じる。バ
ーの大部分はルツボ引き出し単結晶、リボンおよび箔の
製造または多結晶の太陽電池基礎材料の製造に利用され
る。これらの製品は高純度の溶融液状シリコンから作ら
れるので、ルツボ内で固体シリコンを溶融する必要があ
る。この過程をできるだけ有効にするために、例えば、
前記多結晶バーのごとき大容量の 大きなシリコン部片は
溶融前に小片切断されねばならない。このことは通常、
小片切断があご型砕石機またはローラ破砕機、ハンマま
たはたがねのごとき金属製破砕工具により行われるた
め、つねに半導体材料の表面の汚染と関連付けられる。
この技術において半導体バーを汚染無しに小片切断する
ことに努力が払われている。これに対する最初の試みは
ドイツ特許公開第２２６２１７８号、同第３８１１０９
１号ならびに同特許第３４２８２５５号に記載されてお
り、それによれば熱的方法で半導体バーに応力が発生さ
れる。これは例えば６００ないし１０００°Ｃの温度で
のバーの加熱し、かつ続いて水中での急速な冷却、また
はマイクロ波オーブン内でのバー部分の加熱により行わ
れる。このように熱で発生された応力により半導体バー
が直接小片切断になるかまたはそれをさらに他の小片切
断がまた、例えばプラスチツクまたはシリコンから作ら
れたより汚染の少ない破砕機により達成される程度に少
なくとも脆化される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら高い温度
の作用により、拡散過程が開始されそして／または加速
され、その結果半導体材料の純度の不利益として、少な
くとも表面汚染の一部分、とくに異金属がバーまたは破
砕部片の内部に達し、かつ表面の精製工程が躱わされ
る。さらに、熱的小片切断方法においては、熱により発
生された応力により小片切断が不十分であると機械的な
小片切断工具による作業が残り、そして最後に要求され
た最大限界大きさを超えている破砕部片をさらに小片切
断するには、新たに熱処理により労力がかかりかつコス
トが高くなる。

【０００５】従って、本発明の目的は、半導体、とくに
シリコンが汚染なしにかつ高温および機械的な破砕工具
を使用せずに小片切断にされることができ、かつまた任
意の大きさおよび形状の破砕部片に簡単に適用できる方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は、半導体材料
を、半楕円形反射器の基点で発生する衝撃波にさらし 、
この衝撃波は半楕円形反射器の基点領域に配置された半
導体材料に液体伝達媒体によって伝達されることを特徴
とする半導体材料、とくにシリコンの汚染の無い小片切
断方法により達成される。

【０００７】意外にも、例えばシリコンのように硬く脆
い半導体を衝撃波により汚染なしに小片切断にすること
ができた。衝撃波の発生のためのそれ自体公知の発生器
からなる小片切断工具は、半導体材料と直接接触する時
間を持たない。衝撃波はその発生場所から液体媒体、好
ましくは高純度の脱ガス水により伝達される。

【０００８】衝撃波は、例えば爆薬、電気放電により、
電気機械的または圧電気的方法で発生することができ
る。本発明による方法においては、衝撃波を半楕円形反
射器の焦点において２つの電極間の電気放電により発生
させる。電極間の電気放電に際して形成するプラズマは
反射器の壁から反射され、かつ反射器に対して鏡面対称
に配置された想像上の半楕円形の焦点に焦点合わせされ
る音速で伝達媒体内に拡散される球状衝撃波前線をもた
らす。この焦点のまわりには半楕円形反射器の焦点合わ
せ領域がある。

【０００９】好ましくは、水を満たした小片切断室が設
けられ、この室は最も簡単な場合には小片切断される半
導体材料が導入される水タンクであつても良い。衝撃波
は小片切断室に付勢される。このために、半楕円形反射
器は小片切断室内に置かれるかまたはその境界面の１つ
に取り付けられる。場合により、衝撃波発生の場所は、
汚染から半導体材料を保護するために、異物が浸透せず
かつ衝撃波を伝達する膜により空間的に半導体材料から
分離される。

【００１０】半導体材料は衝撃波前線に沿って運ばれる
エネルギの一部分を吸収することにより小片に切断され
る。衝撃波を発生するのに使用されるエネルギが大きい
程および半導体材料の位置および衝撃波焦点合わせの場
所がより正確に整合されるならば、小片切断がより有効
に行われる。それゆえ、強制的でなく（焦点合わせされ
ない衝撃波も半導体材料の破砕作用を有する）、半楕円
形反射器の焦点合わせ領域に、小片切断すべき半導体材
料を位置決めするようにする。原則として、このため
に、半導体材料それ自体または半楕円形反射器を移動さ
せることができる。本発明による小片切断方法の効率に
影響を及ぼす他のパラメータは、連続する衝撃波前線で
発生される周波数である。放電エネルギが高いときに
は、低エネルギの場合よりも衝撃波発生放電間の長い間
隔が予想される。従って放電エネルギおよび放電周波数
を意図される小片切断結果に適合させることがこの方法
を最適化することになる。

【００１１】好ましくは、半導体材料は破砕部片が所望
の限界寸法に達するかまたはそれ以下になるまで衝撃波
にさらされる。好ましくは、半導体材料の小片切断は低
温で、とくに室温で行われ、その結果表面で吸収された
異物、特に異金属の、高温により誘起されそして／また
は促進される拡散が大幅に回避される。

【００１２】汚染を排除するために、半導体材料を搬送
および位置決めするための工具の作業面は好ましくは、
例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）またはポリビニリデンジフルオライ
ド（ＰＶＤＦ）のようなプラスチツクまたはそれ自体破
砕材料と同一の材料から作られる。同様に、小片切断室
の内面をプラスチツクで被覆するのが有利であることが
わかった。

【００１３】本発明による方法の好適な実施態様におい
て、破砕部片が限界寸法により定義される大きさよりま
だ大きい場合には、半楕円形反射器の焦点合わせ領域に
破砕部片を保持するような措置が取られる。これは、例
えば、半導体材料をプラスチツクネツト内に包装し、か
つそれを衝撃波の目標区域に保持することにより達成さ
れ、そのさい小さな部片はネツトのメツシユを通って落
下することができる。前記破砕部片は好ましくは非汚染
材料からなる容器内に捕集されかつ小片切断室から搬送
される。

【００１４】本発明による方法の他の実施態様におい
て、半楕円形反射器は２つまたは３つの空間方向に動き
得るように取り付けられ、その結果半楕円形反射器の焦
点合わせ領域は小片切断される半導体材料上に再び整列
することができる。その大きさが限界寸法以下の部片
は、例えば、非汚染材料からなるふるいを介して、なお
小片切断すべき半導体材料から分離される。光学的目標
認知装置およびコンピユータ支持装置によつて本方法の
変形例をさらに発展させて半導体の小片切断を自動化す
ることができる。

【００１５】本発明による方法の実施態様において、衝
撃波エネルギは水クツシヨンを介して半導体材料に加え
られる。この場合に、半導体本体の小片切断は、これま
でに述べたように、必ずしも水中で行なわなくても良
い。例えば、この場合に液密的に密封され水で満たされ
た半楕円形反射器の断面と半導体表面との間に、衝撃波
伝達子として、水で満たされたプラスチツクホースを接
触して設けることで十分である。これはクリーンルーム
内でまたは保護ガス下で行われることができ、その結果
小片切断中に半導体材料が汚染される危険がさらに減少
する点で特に有利である。

【００１６】本発明による小片切断方法は前記の多結晶
シリコンバーに限定されるものではない。原則として、
好ましくは単結晶または多結晶シリコンからなる固体で
大容量の半導体本体を前記のようにして小片に切断する
ことができる。

【００１７】本発明による方法によれば、低温において
かつ破砕工具の接触なしに、半導体材料、とくにシリコ
ンを小片切断することができる。この小片切断は半導体
材料の汚染がなく、かつ表面に吸着された異物、とくに
異金属の破砕部片内部への拡散が高温で開始されそして
／または加速されることなく達成される。小片切断すべ
き半導体材料が表面的に汚染されないときは、エツチン
グによる破砕部片の従来の一般的な表面洗浄は省略する
ことができる。

【００１８】衝撃波によって半導体材料を小片に切断す
る本発明による方法を以下に実施例によって説明する。
この例は、本発明を詳細に説明するためのものであっ
て、本発明の思想を限定するものではない。

【００１９】

【実施例】分離装置から出たシリコンからなる多結晶バ
ー片が水で満たされたタンク内に完全に浸漬された。タ
ンク内のそれらの位置は、少なくとも近似して半楕円形
反射器の焦点合わせ領域に対応するような方法で選択さ
れた。その焦点において衝撃波が２つの電極間の電気放
電を介して発生される半楕円形反射器が水タンクの横壁
にフランジ止めされた。衝撃波発生の際のエネルギ消費
は４００ジユール／放電であつた。放電は０．５ないし
３Ｈｚの周波数で実施されかつ数秒から１０分まで維持
された。衝撃波にさらされたバー部片は１００ないし１
５０ｍｍの直径および２００ないし５００ｍｍの長さを
有した。存続時間およびエネルギ入力に依って、この処
理により異なる大きさの破砕部片が得られた。

【００２０】以上に述べたとうり、本発明によれば、半
導体材料、とくにシリコンを汚染無しに小片に切断する
方法において、前記半導体材料が半楕円形反射器の焦点
で発生する衝撃波にさらされ、この衝撃波が液体伝達媒
体により伝達される構成としたので、半導体、とくにシ
リコンが汚染なしにかつ高温および機械的な破砕工具を
使用しないで小片切断することができ、かつまた破砕部
片の任意の大きさおよび形状を得るために、簡単に利用
し得る汚染の無い小片切断方法を提供される。

【００２１】以下、本発明の好適な実施態様を例示す
る。 １． 前記衝撃波が発生されかつ伝達媒体としての水に
より前記半導体材料に伝達されることを特徴とする請求
項１に記載の半導体、とくにシリコンの汚染の無い小片
切断方法。

【００２２】２． 前記衝撃波が２つの電極間の電気放
電により半楕円形反射器の焦点において発生されること
を特徴とする請求項１または前項１の何れか１項に記載
の半導体材料、とくにシリコンの汚染の無い小片切断方
法。

【００２３】３． 前記半導体材料が前記衝撃波の起点
から異物に対して非浸透性の膜により分離されることを
特徴とする請求項１、前項１または２の何れか１項に記
載の半導体材料、とくにシリコンの汚染の無い小片切断
方法。

【００２４】４． 前記半導体材料は、断片の制限寸法
が得られるかまたはそれ以下になるまで、前記衝撃波に
さらされることを特徴とする請求項１、前項１〜３の何
れか１項に記載の半導体材料、とくにシリコンの汚染の
無い小片切断方法。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−14553（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体材料を、半楕円形反射器の焦点で
   発生する衝撃波にさらし、この衝撃波は半楕円形反射器
   の焦点領域に配置された半導体材料に液体伝達媒体によ
   って伝達されることを特徴とする半導体材料、とくにシ
   リコンの汚染の無い小片切断方法。