[go: up one dir, main page]

JP2012111672A - Method for purifying silicon and purified silicon - Google Patents

Method for purifying silicon and purified silicon Download PDF

Info

Publication number
JP2012111672A
JP2012111672A JP2010264598A JP2010264598A JP2012111672A JP 2012111672 A JP2012111672 A JP 2012111672A JP 2010264598 A JP2010264598 A JP 2010264598A JP 2010264598 A JP2010264598 A JP 2010264598A JP 2012111672 A JP2012111672 A JP 2012111672A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
pressure
less
scrap
melting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010264598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Hojo
義之 北條
Kimihiko Kajimoto
公彦 梶本
Akihiko Shibaike
明彦 芝池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2010264598A priority Critical patent/JP2012111672A/en
Publication of JP2012111672A publication Critical patent/JP2012111672A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

【課題】シリコンを高純度に精製することが可能なシリコンの精製方法を提供する。
【解決手段】本発明は、シリコン屑から精製シリコンを得るシリコン精製方法であって、シリコン屑を溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、シリコン溶湯から得られる溶融シリコンを凝固させてシリコン塊を形成する工程と、を含み、シリコン溶湯を形成する工程は、シリコン屑を第1の圧力下で溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、シリコン溶湯を第1の圧力よりも低い第2の圧力下で脱気する工程と、を含む。
【選択図】図1
A method for purifying silicon capable of purifying silicon with high purity is provided.
The present invention relates to a silicon refining method for obtaining purified silicon from silicon scrap, a step of melting silicon scrap to form a molten silicon, and solidifying molten silicon obtained from the molten silicon to form a silicon lump. Forming a silicon melt by melting silicon scraps under a first pressure to form a silicon melt, and a second pressure lower than the first pressure. Degassing below.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、シリコン精製方法および精製シリコンに関し、特に、シリコンの機械加工を行なった際に発生するシリコン屑からのシリコン精製方法および精製シリコンに関する。   The present invention relates to a silicon purification method and purified silicon, and more particularly, to a silicon purification method and purified silicon from silicon scrap generated when silicon is machined.

半導体集積回路などに用いる高純度シリコンは、珪石を炭素還元して得られる純度98%以上の金属シリコンを原料とするものであって、化学的な方法でトリクロロシラン(SiHCl3)を合成し、これを蒸留法で純化した後、還元することにより、いわゆる11N(イレブン−ナイン)程度の高純度シリコンを得ている(シーメンス法)。しかし、この高純度シリコンは、複雑な製造プラントおよび還元に要するエネルギ使用量が多くなるため、必然的に高価な素材となる。 High-purity silicon used for semiconductor integrated circuits and the like is made from metal silicon having a purity of 98% or more obtained by reducing carbon of silica with carbon, and synthesizes trichlorosilane (SiHCl 3 ) by a chemical method. This is purified by a distillation method and then reduced to obtain high-purity silicon having a so-called 11N (Eleven-Nine) level (Siemens method). However, this high-purity silicon inevitably becomes an expensive material because of the amount of energy used for complicated manufacturing plants and reduction.

一方、太陽電池の製造に用いられるシリコンに要求される純度は約6N程度である。したがって、このような半導体集積回路用などの高純度シリコンの規格外品は、太陽電池用としては過剰な高品質となる。太陽電池の低コスト化のために、半導体集積回路の製作の各工程から得られる高純度シリコンの再生利用と並行して、2N〜3N程度の純度である金属シリコンからの直接的な冶金的精製が試みられている。   On the other hand, the purity required for silicon used in the production of solar cells is about 6N. Therefore, non-standard products of high-purity silicon such as those for semiconductor integrated circuits become excessively high quality for solar cells. Direct metallurgical refining from metal silicon having a purity of about 2N to 3N in parallel with the recycling of high-purity silicon obtained from each process of manufacturing semiconductor integrated circuits in order to reduce the cost of solar cells Has been tried.

たとえば、特許文献1には、図6に示すフローチャートのシリコン精製方法が開示されている。特許文献1に記載の従来の金属シリコンからのシリコン精製方法は以下の工程からなる。
A.金属シリコンを、真空下において溶解し、その含有するリンを気化させて脱リンした後、溶湯から不純物成分を除去するための一方向凝固を行い、鋳塊を得る(ステップS1bおよびステップS2b参照)。
B.上記鋳塊の不純物濃化部を切断、除去する。
C.切断除去後の残部を再溶解し、酸化性雰囲気下で溶湯からボロンおよび炭素を酸化除去し、引き続きアルゴンガスあるいはアルゴンと水素の混合ガスを該溶湯に吹き込み、脱酸素する(ステップS3b参照)。
D.上記脱酸後の溶湯を鋳型に鋳込み、一方向凝固を行い鋳塊を得る(ステップS4b参照)。
E.一方向凝固で得た鋳塊の不純物濃化部を切断、除去し、さらにはこれをスライスしてシリコン基板とする。
For example, Patent Document 1 discloses a silicon purification method of the flowchart shown in FIG. The conventional method for purifying silicon from metallic silicon described in Patent Document 1 includes the following steps.
A. Metallic silicon is melted under vacuum, the phosphorus contained therein is vaporized and dephosphorized, and then unidirectional solidification is performed to remove impurity components from the molten metal to obtain an ingot (see step S1b and step S2b). .
B. The impurity-enriched portion of the ingot is cut and removed.
C. The remaining part after cutting and removing is redissolved, and boron and carbon are oxidized and removed from the molten metal in an oxidizing atmosphere. Subsequently, argon gas or a mixed gas of argon and hydrogen is blown into the molten metal to deoxygenate (see step S3b).
D. The molten metal after the deoxidation is cast into a mold and solidified in one direction to obtain an ingot (see step S4b).
E. The impurity concentrated portion of the ingot obtained by unidirectional solidification is cut and removed, and this is further sliced to obtain a silicon substrate.

また、近年、環境問題から石油などの代替としての自然エネルギの利用が注目されており、特に、太陽エネルギから電気エネルギへの変換を容易に行なうことができる太陽電池の生産量は増加の一途をたどっている。そのため、原料シリコンの需要も急激に伸びており、太陽電池用シリコンの不足も顕在化してきている。   In recent years, the use of natural energy as an alternative to oil and the like has attracted attention due to environmental problems, and in particular, the production of solar cells that can easily convert solar energy into electrical energy has been increasing. I'm following. For this reason, the demand for raw material silicon has been growing rapidly, and the shortage of silicon for solar cells has become apparent.

ICチップや太陽電池などに広く用いられている単結晶または多結晶のシリコンウエハの製造工程において、原料シリコンの約60%が切断、面取りまたは研磨などの工程において廃液中に廃棄されて処分されるため、最終製品となるシリコンウエハへの製造コスト面での負荷および廃棄処分に伴う環境への負荷が大きな問題となっている。   In the manufacturing process of single crystal or polycrystalline silicon wafers widely used for IC chips, solar cells, etc., about 60% of the raw material silicon is discarded and disposed of in waste liquid in processes such as cutting, chamfering or polishing. For this reason, the load on the production cost of the silicon wafer that is the final product and the environmental load associated with disposal are serious problems.

そこで、従来から、上記の切断、面取りまたは研磨などの工程において廃液中に廃棄されるシリコン屑を回収し、その回収したシリコン屑を精製することによって精製シリコンとする方法が提案されてきている(たとえば、特許文献2参照)。以下、図7を参照して、特許文献2に記載の従来のシリコン屑からのシリコン精製方法について説明する。   Therefore, conventionally, a method has been proposed in which silicon waste discarded in the waste liquid is recovered in the steps such as cutting, chamfering or polishing, and purified silicon is purified by purifying the recovered silicon waste ( For example, see Patent Document 2). Hereinafter, with reference to FIG. 7, a conventional silicon purification method from silicon scrap described in Patent Document 2 will be described.

まず、ステップS1cにおいて、単結晶または多結晶のシリコンをワイヤソーによりスライスする際に生じる廃スラリの濾過を行なうことによって粘土状の固形分(ケーキ)を分離する(固形分分離工程)。   First, in step S1c, a solid slurry (cake) is separated by filtering waste slurry generated when slicing single crystal or polycrystalline silicon with a wire saw (solid content separation step).

次に、ステップS2cにおいて、上記で分離された固形分(ケーキ)をアセトンなどの有機溶剤とともに洗浄槽に投入して攪拌することによって有機溶剤洗浄を行なう(有機溶剤洗浄工程)。   Next, in step S2c, the solid content (cake) separated as described above is put into a washing tank together with an organic solvent such as acetone and stirred to perform organic solvent washing (organic solvent washing step).

次に、ステップS3cにおいて、有機洗浄後の固形分(ケーキ)を水洗してアセトンなどの有機溶剤を除去した後に、フッ化水素水溶液と硫酸との混合溶液を用いて酸洗浄を行なう(酸洗浄工程)。   Next, in step S3c, the solid content (cake) after organic cleaning is washed with water to remove an organic solvent such as acetone, and then acid cleaning is performed using a mixed solution of an aqueous hydrogen fluoride solution and sulfuric acid (acid cleaning). Process).

最後に、ステップS4cにおいて、酸洗浄後の固形分(ケーキ)を乾燥した後に粉砕して、シリコン粉末と炭化ケイ素からなる砥粒との密度差を利用して、気流分級装置を用いた分級によってシリコン粉末を分離して、高純度のシリコン粉を回収する(気流分級工程)。   Finally, in step S4c, the solid content (cake) after the acid cleaning is dried and then pulverized, and by using the difference in density between the silicon powder and the abrasive grains made of silicon carbide, classification using an airflow classifier Silicon powder is separated and high-purity silicon powder is recovered (airflow classification process).

特許第3325900号公報Japanese Patent No. 3325900 特開2001−278612号公報JP 2001-278612 A

しかしながら、特許文献2に記載のシリコン精製方法においては、シリコンと炭化ケイ素との間で密度および粒子径に大きな差がないため、気流分級工程によってシリコン粉末と炭化ケイ素からなる砥粒とを十分に分離することができないという問題があった。また、回収されるシリコン粉の粒子径が1μm程度と小さいために、表面酸化膜の影響を無視することができず、数%の酸素を含んだシリコン粉となってしまうという問題があった。   However, in the silicon refining method described in Patent Document 2, since there is no significant difference in density and particle size between silicon and silicon carbide, the silicon powder and the abrasive grains made of silicon carbide are sufficiently obtained by the airflow classification process. There was a problem that it could not be separated. Moreover, since the particle diameter of the recovered silicon powder is as small as about 1 μm, there is a problem that the influence of the surface oxide film cannot be ignored and the silicon powder contains several percent of oxygen.

さらに、このシリコン粉を用いて、シリコン基板を得るためには、シリコン粉を溶融する必要があるが、シリコン粉の粒子径が小さいために溶融する際の熱伝導性が低い傾向にある。このため、一部が溶融せずにシリコン溶湯内にガスが残留している状態となり、結果的に、良好な精製シリコンを得ることができないという問題もあった。   Furthermore, in order to obtain a silicon substrate using this silicon powder, it is necessary to melt the silicon powder, but since the particle diameter of the silicon powder is small, the thermal conductivity tends to be low when melting. For this reason, there is a problem that a part of the gas is not melted and gas remains in the molten silicon, and as a result, good purified silicon cannot be obtained.

そして、上記問題は、シリコン屑を溶融させて精製シリコンを調製する場合にも当てはまる。すなわち、シリコン屑の溶融工程およびシリコン塊を形成する工程を経て精製シリコンを得る場合に、シリコン屑中に粒子径の小さいシリコン粉が含まれている場合にも、良好な精製シリコンを得ることができないという同様の問題が生じる。   The above problem also applies to the case where purified silicon is prepared by melting silicon waste. That is, when obtaining purified silicon through a silicon scrap melting step and a silicon lump forming step, it is possible to obtain good purified silicon even when silicon dust having a small particle diameter is contained in the silicon scrap. A similar problem arises that it is impossible.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、シリコンを高純度に精製することが可能なシリコンの精製方法およびその方法により得られた精製シリコンを提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a silicon purification method capable of purifying silicon with high purity and purified silicon obtained by the method.

本発明は、シリコン屑から精製シリコンを得るシリコン精製方法であって、シリコン屑を溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、シリコン溶湯から得られる溶融シリコンを凝固させてシリコン塊を形成する工程と、を含み、シリコン溶湯を形成する工程は、シリコン屑を第1の圧力下で溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、シリコン溶湯を第1の圧力よりも低い第2の圧力下で脱気する工程と、を含むシリコン精製方法である。   The present invention is a silicon purification method for obtaining purified silicon from silicon scrap, a step of melting silicon scrap to form a silicon melt, and a step of solidifying molten silicon obtained from the silicon melt to form a silicon lump. The step of forming the molten silicon includes a step of melting silicon scraps under a first pressure to form a molten silicon, and deaeration of the molten silicon under a second pressure lower than the first pressure. And a silicon purification method comprising the steps of:

本発明において、第1の圧力が152Torr以上760Torr以下であり、第2の圧力が76Torr以上152Torr未満であることが好ましい。   In the present invention, the first pressure is preferably 152 Torr or more and 760 Torr or less, and the second pressure is preferably 76 Torr or more and less than 152 Torr.

本発明において、第1の圧力が380Torr以上760Torr以下であることが好ましい。   In the present invention, the first pressure is preferably 380 Torr or more and 760 Torr or less.

また、本発明において、シリコン溶湯を形成する工程は、脱気されたシリコン溶湯を第1の圧力下に置く工程を含むことが好ましい。   In the present invention, the step of forming the molten silicon preferably includes a step of placing the degassed molten silicon under a first pressure.

また、本発明において、第1の圧力から38Torr/min以下の速度で圧力を低下させて第2の圧力にすることが好ましい。   In the present invention, it is preferable to reduce the pressure to a second pressure at a speed of 38 Torr / min or less from the first pressure.

また、本発明において、シリコンの機械加工を行なった際に発生する廃棄物からシリコン屑を回収する工程をさらに含むことが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable to further include the process of collect | recovering silicon | silicone waste from the waste material generated when machining a silicon | silicone.

また、本発明において、シリコン屑が粒子径10μm以下のシリコン粉を含むことが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable that a silicon | silicone waste contains silicon powder with a particle diameter of 10 micrometers or less.

また、本発明において、シリコン屑を溶融させる前に、シリコン屑を前洗浄する工程をさらに含むことが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable to further include the process of pre-cleaning silicon waste, before melting silicon waste.

また、本発明は、上記シリコン精製方法において、(1)シリコン塊を第1の酸溶液、第1の塩基性溶液のうちの少なくとも1つの溶液で洗浄する工程、(2)シリコン塊からリンを除去する工程、(3)シリコン塊から偏析によって金属を除去する工程、(4)シリコン塊からリーチングによって金属を除去する工程、のうちの少なくとも1つの工程をさらに含むことが好ましい。   Further, the present invention provides the above-described silicon purification method, wherein (1) a step of washing the silicon mass with at least one of the first acid solution and the first basic solution, (2) phosphorus from the silicon mass. It is preferable to further include at least one of a step of removing, (3) a step of removing metal from the silicon lump by segregation, and (4) a step of removing metal from the silicon lump by leaching.

本発明は、上記シリコン精製方法によって精製された精製シリコンであって、精製シリコン中のボロンの含有量が0.3ppm以下であり、リンの含有量が0.3ppm以下であり、鉄の含有量が1ppm以下であり、炭素の含有量が100ppm以下であり、酸素の含有量が100ppm以下である、精製シリコンである。   The present invention is a purified silicon purified by the above-described silicon purification method, wherein the boron content in the purified silicon is 0.3 ppm or less, the phosphorus content is 0.3 ppm or less, and the iron content Is a purified silicon having a carbon content of 100 ppm or less and an oxygen content of 100 ppm or less.

本発明によれば、シリコンを高純度に精製することが可能なシリコンの精製方法およびその方法により得られた精製シリコンを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refinement | purification silicon obtained by the refinement | purification method of silicon which can refine | purify silicon with high purity, and that method can be provided.

本実施形態のシリコン精製方法の一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the silicon purification method of this embodiment. 本実施形態のシリコン精製方法に好適に用いられるシリコン精製装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the silicon purification apparatus used suitably for the silicon purification method of this embodiment. シリコン溶湯の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of a silicon molten metal. 出湯工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a hot water discharge process. 出湯工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a hot water discharge process. 従来の特許文献1に記載のシリコン精製方法のフローチャートである。10 is a flowchart of a silicon purification method described in Patent Document 1 of the related art. 従来の特許文献2に記載のシリコン精製方法のフローチャートである。10 is a flowchart of a conventional silicon purification method described in Patent Document 2.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1に、本実施形態のシリコン精製方法の一例のフローチャートを示す。以下、図1を参照して、本発明のシリコン精製方法の一例について説明する。   FIG. 1 shows a flowchart of an example of the silicon purification method of the present embodiment. Hereinafter, an example of the silicon purification method of the present invention will be described with reference to FIG.

<シリコン屑の回収工程>
まず、ステップS1aにおいて、シリコンの機械加工を行なった際に発生するシリコン屑を回収する工程が行なわれる(シリコン屑の回収工程)。
<Recovery process of silicon scrap>
First, in step S1a, a step of collecting silicon scraps generated when silicon machining is performed (a step of recovering silicon scraps).

ここで、シリコンの機械加工は、特に限定されないが、たとえば、シリコンの円筒研削、切断、研磨、スライス、切断および外周切削などの機械加工が挙げられる。また、シリコンの機械加工には、たとえば、クーラント(水または潤滑油またはこれらの混合物)、切断刃、ワイヤー、遊離砥粒および固定砥粒からなる群から選択された少なくとも1つを用いて行われてもよい。   Here, the machining of silicon is not particularly limited, and examples thereof include machining such as cylindrical grinding, cutting, polishing, slicing, cutting, and peripheral cutting of silicon. The silicon machining is performed using, for example, at least one selected from the group consisting of a coolant (water or lubricating oil or a mixture thereof), a cutting blade, a wire, loose abrasive grains, and fixed abrasive grains. May be.

遊離砥粒としては、たとえば粉末状の砥粒などを用いることができ、一般的に、水および/または潤滑油中に遊離した状態で使用される。また、固定砥粒としては、たとえば粉末状の砥粒などを用いることができ、一般的に、ワイヤに結合剤などで固定された状態で使用される。   As the free abrasive grains, for example, powdery abrasive grains can be used, and they are generally used in a free state in water and / or lubricating oil. In addition, as the fixed abrasive, for example, powdery abrasive can be used, and is generally used in a state of being fixed to the wire with a binder or the like.

遊離砥粒の材質および固定砥粒の材質はそれぞれ特には限定されないが、たとえば、シリコンカーバイド(SiC)、シリコンナイトライド(Si34)またはダイヤモンド(C)からなる群から選択された少なくとも1種を含むものを用いることができる。 The material of the loose abrasive and the material of the fixed abrasive are not particularly limited. For example, at least one selected from the group consisting of silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or diamond (C) is used. Those containing seeds can be used.

シリコンの機械加工を行なった際に発生するシリコン屑は、シリコンの機械加工による廃棄物(廃液、集塵紛)から回収することができる。なお、シリコン屑は、シリコンの機械加工により発生するシリコン粉を含む粉末状の物質である。   Silicon scrap generated when silicon is machined can be recovered from wastes (waste liquid and dust collected) by silicon machining. Silicon scrap is a powdery substance containing silicon powder generated by silicon machining.

シリコンの機械加工による廃液には、シリコンの機械加工により異なるが、(1)シリコンが削られることにより生じるシリコン粉の他に、たとえば下記の(2)〜(5)からなる群から選択された少なくとも1種が含まれる。
(2)水分
(3)シリコンの機械加工に使用された固定砥粒または遊離砥粒から生じる砥粒
(4)切断刃またはワイヤー等から生じる金属成分
(5)潤滑油のオイル成分
また、シリコンの機械加工による廃液からのシリコン屑の回収は、たとえば、(i)廃液をフィルターまたは遠心分離機を用いて固体分を捕捉し乾燥させることによりシリコン屑を取得する方法、(ii)廃液を回収し加熱または蒸留することによりシリコン屑を取得する方法、(iii)廃液に対して凝集剤を用いてシリコン屑を取得する方法のうち少なくとも1つを含む方法により行なうことができる。
The waste liquid produced by machining silicon is selected from the group consisting of (2) to (5) below, for example, in addition to the silicon powder produced when silicon is shaved, depending on the machining of silicon. At least one species is included.
(2) Moisture (3) Abrasive grains generated from fixed abrasive grains or free abrasive grains used in silicon machining (4) Metal components generated from cutting blades or wires (5) Oil components of lubricating oil Recovery of silicon waste from waste liquid by machining is, for example, (i) a method of acquiring silicon waste by capturing and drying solids using a filter or a centrifuge, and (ii) recovering waste liquid. It can be performed by a method including at least one of a method for obtaining silicon waste by heating or distillation, and (iii) a method for obtaining silicon waste by using a flocculant with respect to the waste liquid.

<溶融前洗浄工程>
次に、ステップS2aにおいて、上記のシリコン屑を回収する工程において回収したシリコン屑を溶融させる前に、シリコン屑を前洗浄する工程が行われることが好ましい(溶融前洗浄工程)。
<Pre-melting cleaning process>
Next, in step S2a, it is preferable that a step of pre-cleaning silicon scrap is performed before melting the silicon scrap recovered in the step of recovering silicon scrap (pre-melting cleaning step).

洗浄には、酸溶液(第2の酸溶液)、有機溶剤および水からなる群から選択された少なくとも1つを含む洗浄液を用いることができる。これにより、シリコン屑からボロン、リン、金属成分およびオイル成分からなる群から選択された少なくとも1種の不純物などを除去することができる。   For the cleaning, a cleaning liquid containing at least one selected from the group consisting of an acid solution (second acid solution), an organic solvent, and water can be used. Thereby, at least one impurity selected from the group consisting of boron, phosphorus, a metal component, and an oil component can be removed from silicon scrap.

シリコン屑の酸洗浄に用いられる酸溶液(第2の酸溶液)は、特には限定されないが、たとえば、塩酸、硫酸およびフッ化水素水溶液などからなる群から選択された少なくとも1種を用いて1回以上行なうことができる。有機溶剤は、特には限定されないが、たとえば、イソプロピルアルコールおよびエタノールからなる群から選択された少なくとも1種を含む有機溶剤を用いて1回以上行なうことができる。   The acid solution (second acid solution) used for the acid cleaning of the silicon scrap is not particularly limited. For example, at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrogen fluoride aqueous solution, and the like is used. More than once. The organic solvent is not particularly limited. For example, the organic solvent can be used one or more times using an organic solvent containing at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol and ethanol.

また、シリコン屑の洗浄方法は特に限定されないが、たとえば、シリコン屑を上記の酸溶液(第2の酸溶液)中に浸漬させて攪拌する方法などが挙げられる。なお、溶融前洗浄工程は、シリコン屑を洗浄する工程であればよい。   Moreover, although the cleaning method of a silicon | silicone waste is not specifically limited, For example, the method etc. which immerse a silicon | silicone waste in said acid solution (2nd acid solution) and stir etc. are mentioned. In addition, the pre-melting cleaning process may be a process for cleaning silicon waste.

<溶融工程>
次に、ステップS3aにおいて、溶融前洗浄工程において洗浄されたシリコン屑を溶融してシリコン溶湯を形成する工程が行なわれる(溶融工程)。
<Melting process>
Next, in step S3a, a process is performed in which the silicon scrap cleaned in the pre-melting cleaning process is melted to form a silicon melt (melting process).

本工程では、シリコン屑を第1の圧力下で溶融してシリコン溶湯を形成する工程(シリコン溶湯形成工程)と、該シリコン溶湯を第1の圧力よりも低い第2の圧力下で脱気する工程(脱気工程)とが行われる。   In this step, silicon scrap is melted under a first pressure to form a molten silicon (silicon melt forming step), and the molten silicon is deaerated under a second pressure lower than the first pressure. Step (deaeration step) is performed.

シリコン屑の溶融方法は、特に限定されないが、たとえば、シリコン屑を雰囲気圧力の制御が可能な耐熱容器に収容した後に、第1の圧力下で耐熱容器を加熱し、その後雰囲気圧力を第2の圧力に調整する方法などが挙げられる。本実施形態では、図2に示すシリコン精製装置100を用いて本工程を行なう場合について説明する。   The silicon scrap melting method is not particularly limited. For example, after the silicon scrap is contained in a heat-resistant container capable of controlling the atmospheric pressure, the heat-resistant container is heated under the first pressure, and then the atmospheric pressure is set to the second pressure. The method of adjusting to a pressure etc. is mentioned. In the present embodiment, a case will be described in which this step is performed using the silicon purification apparatus 100 shown in FIG.

(シリコン精製装置の構成)
まず、シリコン精製装置100の構成について説明する。
(Configuration of silicon purification equipment)
First, the configuration of the silicon purification apparatus 100 will be described.

図2は、本実施形態のシリコン精製方法に好適に用いられるシリコン精製装置の一例を示す概略断面図である。図2において、シリコン精製装置100は、減圧容器8を備えており、減圧容器8の内部圧力は、不図示の圧力制御部によって制御することができる。なお、圧力制御部は、減圧容器8の内部にアルゴン、ヘリウムおよび窒素などの不活性ガスを導入可能であることが好ましい。また、減圧容器8には、内部にシリコン屑を投入するための投入口9が設けられている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a silicon purification apparatus suitably used in the silicon purification method of the present embodiment. In FIG. 2, the silicon purification apparatus 100 includes a decompression container 8, and the internal pressure of the decompression container 8 can be controlled by a pressure control unit (not shown). The pressure controller is preferably capable of introducing an inert gas such as argon, helium and nitrogen into the decompression vessel 8. In addition, the decompression vessel 8 is provided with an insertion port 9 for introducing silicon scrap inside.

減圧容器8の内部には、シリコン屑を収容するための耐熱容器10、耐熱容器10を加熱する加熱部11、耐熱容器10を動かすための駆動部12とからなる溶融部13が設置されている。耐熱容器10の外周に配置される加熱部11が耐熱容器10を加熱することによって、耐熱容器10内に収容されたシリコン屑を溶融させることができる。   Inside the decompression vessel 8, a melting unit 13 is installed that includes a heat-resistant container 10 for storing silicon waste, a heating unit 11 for heating the heat-resistant container 10, and a drive unit 12 for moving the heat-resistant container 10. . When the heating unit 11 disposed on the outer periphery of the heat-resistant container 10 heats the heat-resistant container 10, silicon scraps accommodated in the heat-resistant container 10 can be melted.

耐熱容器10の材料は、シリコン屑を溶融させる温度に対する耐熱性を有していれば特に限定されず、たとえば、カーボン、ムライト、アルミナ、マグネシアおよび水冷銅鋳型からなる群から選択された少なくとも1種からなる容器を用いることができる。また、加熱部11としては、シリコン屑を溶解させることができる温度まで耐熱容器10を加熱することができるものであれば特に限定されず、たとえば、抵抗加熱装置または誘導加熱装置などを用いることができる。駆動部12は、耐熱容器10内の溶融シリコンを出湯させるべく、耐熱容器10を傾動することができる。   The material of the heat-resistant container 10 is not particularly limited as long as it has heat resistance against the temperature at which silicon scrap is melted. For example, at least one selected from the group consisting of carbon, mullite, alumina, magnesia, and a water-cooled copper mold A container made of can be used. The heating unit 11 is not particularly limited as long as it can heat the heat-resistant container 10 to a temperature at which silicon scraps can be dissolved. For example, a resistance heating device or an induction heating device may be used. it can. The drive unit 12 can tilt the heat-resistant container 10 to discharge the molten silicon in the heat-resistant container 10.

減圧容器8の内部には、さらに、耐熱容器10から出湯される溶融シリコンを収容するための第1収容部14と、耐熱容器10内に付着する残留物を収容するための第2収容部15とが配置されている。第1収容部14と第2収容部15は、搬送部16上に配置されていることが好ましい。この構成により、第1収容部14と第2収容部15の位置を自在に移動させることができる。また、減圧容器8の内部には、耐熱容器10内に付着する残留物をかきとって、第2収容部15内に移動させるための残留物回収部17が設置されていることが好ましい。   The decompression vessel 8 further includes a first housing portion 14 for housing the molten silicon discharged from the heat-resistant container 10 and a second housing portion 15 for housing residues adhering to the heat-resistant container 10. And are arranged. It is preferable that the 1st accommodating part 14 and the 2nd accommodating part 15 are arrange | positioned on the conveyance part 16. FIG. With this configuration, the positions of the first housing portion 14 and the second housing portion 15 can be freely moved. Further, it is preferable that a residue collection unit 17 for scraping the residue adhering in the heat-resistant container 10 and moving it into the second storage unit 15 is installed inside the decompression vessel 8.

第1収容部14は、溶融シリコンを収容可能であれば特に限定されず、カーボン坩堝、水冷銅坩堝、シリカ坩堝、砂を焼結した坩堝などを用いることができる。第2収容部15は、残留物を収容可能であれば特に限定されない。ここで、残留物とは、シリコン溶湯に含まれる酸化シリコン、砥粒などからなる粘着性物質である。また、残留物回収部17も特に制限されず、たとえば、カーボン、モリブデンなどの高融点金属からなり、先端がヘラ状の棒状体であることが好ましい。   The 1st accommodating part 14 will not be specifically limited if a molten silicon can be accommodated, A carbon crucible, a water-cooled copper crucible, a silica crucible, the crucible which sintered sand etc. can be used. The 2nd accommodating part 15 will not be specifically limited if a residue can be accommodated. Here, the residue is an adhesive substance made of silicon oxide, abrasive grains, etc. contained in the molten silicon. Moreover, the residue collection | recovery part 17 is not restrict | limited in particular, For example, it is preferable that it consists of high melting point metals, such as carbon and molybdenum, and the front-end | tip is a spatula-like rod-shaped body.

また、減圧容器8には、ブロワー18に接続された排出管19が設けられている。排出管19には、フィルター20が設置されており、排出管19の排出口は、耐熱容器10の近傍に配置されている。この構成により、耐熱容器10内から上昇してくる気化物を減圧容器8外に排出しつつ、該気化物をフィルター20で捕捉することができる。なお、以上説明した構成は、本工程に用いられる精製装置の構成の一例に過ぎない。   The decompression vessel 8 is provided with a discharge pipe 19 connected to the blower 18. A filter 20 is installed in the discharge pipe 19, and the discharge port of the discharge pipe 19 is disposed in the vicinity of the heat-resistant container 10. With this configuration, the vaporized substance rising from the heat-resistant container 10 can be captured by the filter 20 while discharging the vaporized substance out of the decompression container 8. In addition, the structure demonstrated above is only an example of the structure of the refiner | purifier used for this process.

以下、上述したシリコン精製装置100を用いたシリコン溶湯形成工程および脱気工程を説明する。   Hereinafter, a silicon melt forming process and a deaeration process using the above-described silicon purification apparatus 100 will be described.

(シリコン溶湯形成工程)
まず、第1の圧力下でシリコン溶湯を形成する工程が行われる(シリコン溶湯形成工程)。
(Silicon melt forming process)
First, a step of forming a silicon melt under a first pressure is performed (silicon melt formation step).

具体的には、投入口9から投入されたシリコン屑が耐熱容器10内に収容された後、不図示の圧力制御部によって、減圧容器8内の圧力が152Torr以上760Torr以下に調整される。これにより、シリコン屑が152Torr以上760Torr以下の第1の圧力下に置かれる。   Specifically, after the silicon scrap introduced from the inlet 9 is accommodated in the heat-resistant container 10, the pressure in the decompression container 8 is adjusted to 152 Torr or more and 760 Torr or less by a pressure control unit (not shown). Thereby, silicon scraps are placed under a first pressure of 152 Torr or more and 760 Torr or less.

そして、加熱部11が耐熱容器10を加熱することにより、シリコン屑が溶融してシリコン溶湯が形成される。加熱温度は、シリコン屑中のシリコンが溶融する温度であればよく、シリコンの融点である1412℃以上であればよい。また、加熱温度を1600℃程度にすることにより、シリコンとシリコン酸化物などとの分離をより進行させることができる。さらに、加熱温度を1800℃以下にすることにより、シリコン溶湯からのシリコンの蒸発を抑制することができ、また、シリコン溶湯内の酸化物の飛散による白煙の発生を抑制することができる。なお、本工程は、シリコン屑の投入、圧力調整、加熱はこの順に限られず、第1圧力下でシリコン屑が溶融される工程であればよい。   And when the heating part 11 heats the heat-resistant container 10, a silicon | silicone waste will fuse | melt and a silicon melt will be formed. The heating temperature may be a temperature at which silicon in silicon scraps melts, and may be 1412 ° C. or higher, which is the melting point of silicon. Further, by setting the heating temperature to about 1600 ° C., the separation between silicon and silicon oxide can be further advanced. Furthermore, by setting the heating temperature to 1800 ° C. or lower, the evaporation of silicon from the molten silicon can be suppressed, and the generation of white smoke due to the scattering of oxide in the molten silicon can be suppressed. It should be noted that this step is not limited to the introduction of silicon scrap, pressure adjustment, and heating in this order, and may be a step in which silicon scrap is melted under the first pressure.

形成されたシリコン溶湯は、溶融シリコンの他に、砥粒、シリコン酸化物、オイル成分などを含む。シリコン屑が溶融される条件下において、シリコンが自然酸化されることなどによって形成されるシリコン酸化物は、溶融シリコンよりも高い粘度を有する状態で存在する。このため、耐熱容器10内のシリコン溶湯を対流などによって撹拌することによって、粘度の高いシリコン酸化物を耐熱容器10の壁に付着させることができる。また、耐熱容器10の壁に付着したシリコン酸化物に対し、シリコン炭化物などからなる砥粒が効率的に付着することができる。   The formed silicon melt contains abrasive grains, silicon oxide, oil components and the like in addition to molten silicon. Under the condition that silicon scrap is melted, silicon oxide formed by, for example, natural oxidation of silicon exists in a state having a higher viscosity than molten silicon. For this reason, by stirring the silicon melt in the heat-resistant container 10 by convection or the like, a silicon oxide having a high viscosity can be attached to the wall of the heat-resistant container 10. In addition, abrasive grains made of silicon carbide or the like can efficiently adhere to the silicon oxide adhering to the wall of the heat-resistant container 10.

ここで、シリコン溶湯を形成する際の第1の圧力は152Torr以上であることが好ましい。シリコン溶湯を形成する際に、減圧容器8内の圧力が152Torr以上にすることにより、シリコン溶湯内に半蒸気化した酸化シリコン(SiO)蒸気が常に発生する状態となるのを防ぐことができる。これにより、未溶融状態のシリコン屑の飛散によるシリコンの回収率の低下を防ぐことができる。また、減圧容器8内の圧力の上限を760Torr以下とすることにより、シリコン精製装置100の耐圧力設計を簡易化することができる。 Here, the first pressure when forming the silicon melt is preferably 152 Torr or more. When forming the silicon melt, the pressure in the decompression vessel 8 is set to 152 Torr or more, so that it is possible to prevent the silicon oxide (SiO x ) vapor semi-vaporized from being always generated in the silicon melt. . Thereby, the fall of the collection | recovery rate of silicon | silicone by scattering of the unmelted silicon | silicone waste can be prevented. Further, by setting the upper limit of the pressure in the decompression vessel 8 to 760 Torr or less, the pressure resistance design of the silicon purification apparatus 100 can be simplified.

また、第1の圧力として、減圧容器8内の圧力を380Torr以上760Torr以下とすることが好ましい。減圧容器8内の圧力を380Torr以上とすることにより、シリコン溶湯内での酸化物の飛散による白煙の発生を更に効率的に抑制することができる。さらに、シリコン溶湯中にシリコン屑を追加してもよい。また、本工程は、不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。   As the first pressure, the pressure in the decompression vessel 8 is preferably set to 380 Torr or more and 760 Torr or less. By setting the pressure in the decompression vessel 8 to 380 Torr or more, generation of white smoke due to oxide scattering in the molten silicon can be more efficiently suppressed. Furthermore, silicon scraps may be added to the molten silicon. In addition, this step is preferably performed in an inert gas atmosphere.

(脱気工程)
次に、シリコン溶湯を第2の圧力下で脱気する工程が行われる(脱気工程)。
(Deaeration process)
Next, a step of degassing the molten silicon under a second pressure is performed (a degassing step).

具体的には、不図示の圧力制御部によって、減圧容器8内の圧力が76Torr以上152Torr未満の第2の圧力に調整され、この圧力下にシリコン溶湯が置かれる。少なくとも、この条件下にシリコン溶湯を1分以上置くことが好ましく、さらには5分程度置くことが好ましい。本工程を行なう理由は以下の通りである。   Specifically, the pressure control unit (not shown) adjusts the pressure in the decompression vessel 8 to a second pressure of 76 Torr or more and less than 152 Torr, and the molten silicon is placed under this pressure. At least, the molten silicon is preferably placed for at least 1 minute under these conditions, and more preferably for about 5 minutes. The reason for performing this process is as follows.

耐熱容器10内に収容されるシリコン屑は、シリコンの機械加工を行なった際に発生するシリコン屑であり、小さい粒子径、たとえば1〜10μm程度の粒子径のシリコン粉を含む。なお、粒子径は、たとえば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。このような粒子径の小さいシリコン粉を含むシリコン屑においては、シリコン粉同士の接触面積が小さく、その熱伝導性は低いため、上記シリコン溶湯形成工程を行なっても、耐熱容器10内において、溶融していないシリコン屑が存在してしまう。この場合、シリコン溶湯中の溶解していないシリコン粉の周辺に気泡、すなわち、空気などの気体が存在してしまう。シリコン溶湯中に溶解していないシリコン粉と気泡とが存在すると、シリコン溶湯中における熱伝導を気泡が阻害するため、シリコン溶湯全体の温度の上昇が抑制されることになる。この結果、シリコン粉の溶融が阻害されるために、溶融シリコンと酸化シリコンとの分離、溶融シリコンと砥粒との分離性が低下してしまう。   Silicon scraps contained in the heat-resistant container 10 are silicon scraps generated when silicon is machined, and include silicon powder having a small particle diameter, for example, a particle diameter of about 1 to 10 μm. The particle diameter can be measured using, for example, a laser diffraction particle size distribution measuring device. In silicon scrap containing silicon powder having such a small particle diameter, the contact area between silicon powders is small and the thermal conductivity thereof is low. Therefore, even if the silicon melt forming step is performed, There will be silicon scrap that has not been done. In this case, bubbles, that is, gases such as air, are present around the undissolved silicon powder in the molten silicon. If there is silicon powder and bubbles that are not dissolved in the molten silicon, the bubbles inhibit the heat conduction in the molten silicon, so that the temperature rise of the entire molten silicon is suppressed. As a result, the melting of the silicon powder is inhibited, so that the separation between the molten silicon and the silicon oxide and the separation between the molten silicon and the abrasive grains are deteriorated.

上述のシリコン溶湯形成工程の後に、シリコン溶湯にかける圧力を低下させて、シリコン溶湯を76Torr以上152Torr未満の第2の圧力下に置くことによって、シリコン溶湯中の気体を抜くことができる。また、シリコン溶湯内の気体が抜けることにより、シリコン溶湯の熱伝導性を向上させることができ、粒子径の小さなシリコン粉を溶融させることができる。これにより、シリコン溶湯が均一に形成され、結果的に、シリコン溶湯内の溶融シリコンと、シリコン酸化物および砥粒との分離性が向上する。   After the above-described silicon melt forming step, the pressure applied to the silicon melt is lowered, and the silicon melt is placed under a second pressure of 76 Torr or more and less than 152 Torr, whereby the gas in the silicon melt can be extracted. Moreover, when the gas in the molten silicon escapes, the thermal conductivity of the molten silicon can be improved, and silicon powder having a small particle diameter can be melted. As a result, the molten silicon is uniformly formed, and as a result, the separability between the molten silicon in the molten silicon, the silicon oxide, and the abrasive grains is improved.

したがって、溶融工程において、シリコン溶湯形成工程と脱気工程とを行なうことによって、図3に示すように、耐熱容器10内のシリコン溶湯21を、粘度の低い溶融シリコン22と、シリコン酸化物23および砥粒24を含む粘着性物質25とに高い分離性で分離することができる。   Therefore, by performing the silicon melt forming process and the degassing process in the melting process, as shown in FIG. 3, the silicon melt 21 in the heat-resistant container 10 is made to have a low-viscosity molten silicon 22, silicon oxide 23, and It can be separated from the adhesive substance 25 containing the abrasive grains 24 with high separability.

以上の理由により、シリコン溶湯形成工程の後に脱気工程が行われる。特に、第2の圧力として、第1の圧力よりも低い圧力、具体的には152Torr未満にすることによって、シリコン溶湯中から気体を効果的に抜くことができる。また、76Torr以上とすることにより、著しい白煙の発生やシリコンの蒸発を防ぐことができる。   For the above reason, the deaeration process is performed after the silicon melt forming process. In particular, by setting the second pressure to a pressure lower than the first pressure, specifically less than 152 Torr, the gas can be effectively extracted from the molten silicon. Moreover, by setting it as 76 Torr or more, generation | occurrence | production of remarkable white smoke and silicon evaporation can be prevented.

脱気工程において、シリコン溶湯から半蒸気化した酸化シリコン蒸気(SiO)が発生し易くなる。このため、図2に示すように、ブロワー18でシリコン溶湯から生じる蒸気を排出管19から吸引することが好ましい。また、吸引した酸化シリコン蒸気をフィルター20で捕捉し、さらに定期的にフィルター20を清掃することが好ましい。なお、ブブロワーはこの脱気工程のみで稼動させることが好ましい。 In the degassing step, silicon oxide vapor (SiO x ) semi-vaporized from the molten silicon is easily generated. For this reason, as shown in FIG. 2, it is preferable to suck the vapor generated from the molten silicon by the blower 18 from the discharge pipe 19. Further, it is preferable that the sucked silicon oxide vapor is captured by the filter 20 and further the filter 20 is periodically cleaned. The blower is preferably operated only in this deaeration process.

また、圧力の低下速度は36Torr/分以下にすることが好ましい。これにより、第1の圧力から第2の圧力に急激に圧力が下がることによる、シリコン溶湯の飛び跳ね現象(スプラッシュ現象)を抑制することができる。また、酸化シリコン蒸気の発生速度が速すぎることによって、減圧容器8内が汚染されることを抑制することもできる。   Moreover, it is preferable that the rate of pressure decrease is 36 Torr / min or less. Thereby, the jumping phenomenon (splash phenomenon) of the molten silicon due to the sudden drop in pressure from the first pressure to the second pressure can be suppressed. Moreover, it can also suppress that the inside of the pressure-reduced container 8 is contaminated by the generation | occurrence | production speed | rate of silicon oxide vapor | steam being too quick.

さらに、後述するシリコン塊形成工程を行なう前に、減圧容器8内の圧力を152Torr以上760Torr以下に戻して、シリコン溶湯を第1の圧力下に再度置いておくことが好ましい。これにより、白煙の発生を抑制することができる。   Furthermore, it is preferable to return the pressure in the decompression vessel 8 to 152 Torr or more and 760 Torr or less and put the molten silicon again under the first pressure before performing a silicon lump forming process described later. Thereby, generation | occurrence | production of white smoke can be suppressed.

<出湯工程>
後述するシリコン塊形成工程を行なう前に、耐熱容器10から溶融シリコンを出湯させる工程(出湯工程)を行って、シリコン塊にシリコン酸化物や砥粒などが再付着するのを防ぐことが好ましい。本工程について、図4を用いて説明する。
<Tapping process>
Before performing the silicon lump formation process described later, it is preferable to prevent a silicon oxide or abrasive grains from reattaching to the silicon lump by performing a process of pouring molten silicon from the heat-resistant container 10 (a tapping process). This step will be described with reference to FIG.

図4は出湯工程を説明するための図である。図4において、シリコン溶湯を収容する耐熱容器10を、駆動部12によって傾動させて、溶融シリコン22を第1収容部14内に出湯する。耐熱容器10から粘度の低い溶融シリコン22を出湯させることによって、粘着性物質25との分離が容易であるとともに、溶融シリコン22に含まれる砥粒やシリコン酸化物を低減することが可能となる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the hot water process. In FIG. 4, the heat-resistant container 10 that stores the molten silicon is tilted by the drive unit 12 to discharge the molten silicon 22 into the first storage unit 14. By letting out the molten silicon 22 having a low viscosity from the heat-resistant container 10, separation from the adhesive substance 25 is facilitated, and abrasive grains and silicon oxide contained in the molten silicon 22 can be reduced.

また、本工程は上記方法に限られず、耐熱容器10の上部に設けられた切れ込みなどの出湯口、または耐熱容器10の下部若しくは側部に設けられた開閉可能な出湯口などを用いて行うことができる。   In addition, this step is not limited to the above method, and is performed using a hot water outlet such as a notch provided in the upper part of the heat resistant container 10 or an openable and closable hot water outlet provided in the lower part or the side of the heat resistant container 10. Can do.

なお、図5に示すように、溶融シリコン22を出湯させた後に、耐熱容器10の壁に付着している粘着性物質25を残留物回収部17を用いて掻き出して、第2収容部15に収容してもよい。これにより、耐熱容器10内を清浄化することができ、耐熱容器10の再利用が容易となる。また、搬送部16によって第1収容部14と第2収容部15とを減圧容器8の外部に搬送できる構成であってもよい。   As shown in FIG. 5, after the molten silicon 22 is discharged, the adhesive substance 25 adhering to the wall of the heat-resistant container 10 is scraped out using the residue collection unit 17, and is stored in the second storage unit 15. It may be accommodated. Thereby, the inside of the heat-resistant container 10 can be cleaned, and the heat-resistant container 10 can be easily reused. Moreover, the structure which can convey the 1st accommodating part 14 and the 2nd accommodating part 15 to the exterior of the pressure reduction container 8 by the conveyance part 16 may be sufficient.

<シリコン塊形成工程>
図1に戻り、次に、ステップS4aにおいて、上記の溶融工程後の溶融シリコンを凝固させてシリコン塊を形成する工程が行なわれる(シリコン塊形成工程)。
<Silicon lump formation process>
Returning to FIG. 1, next, in step S4a, a step of solidifying the molten silicon after the melting step to form a silicon lump is performed (silicon lump forming step).

ここで、溶融シリコンを凝固させる方法は特に限定されず、たとえば、上述したように、シリコン屑を溶融した耐熱容器ごと冷却する方法(図3参照)または上記の溶融シリコンを傾動出湯する方法(図4参照)により他の冷却用容器に収容して冷却用容器で冷却する方法などが挙げられる。冷却雰囲気としては、大気雰囲気または不活性ガス雰囲気などを挙げることができ、冷却雰囲気の圧力は大気圧程度またはそれから減圧したもののいずれであってもよい。   Here, the method of solidifying the molten silicon is not particularly limited. For example, as described above, the method of cooling the heat-resistant container in which silicon waste is melted (see FIG. 3) or the method of tilting out the molten silicon (see FIG. 3). 4)), and a method of cooling in the cooling container and the like. Examples of the cooling atmosphere include an air atmosphere or an inert gas atmosphere, and the pressure of the cooling atmosphere may be about atmospheric pressure or reduced pressure.

なお、冷却用容器としては、たとえば、シリカ坩堝や砂を焼結した坩堝などの安価な使い捨てのものまたはカーボン鋳型や水冷銅鋳型などの再利用することができるもののいずれも用いることができる。   As the cooling container, for example, an inexpensive disposable one such as a silica crucible or a sand crucible or a reusable one such as a carbon mold or a water-cooled copper mold can be used.

形成されたシリコン塊は、上記の溶融工程を経ることによって、シリコン酸化物および砥粒の少なくとも一方が、効率的に除去されている。したがって、図1に示すように、シリコン塊形成工程後のシリコン塊をそのまま精製シリコンとしてもよい。   At least one of silicon oxide and abrasive grains is efficiently removed from the formed silicon mass through the melting step. Therefore, as shown in FIG. 1, the silicon lump after the silicon lump forming step may be used as purified silicon as it is.

<第1の酸溶液による洗浄工程>
ステップS4aの後に、ステップS5aに示すように、上記のシリコン塊の形成工程で得られたシリコン塊を第1の酸溶液で洗浄する工程が行われることが好ましい。
<Washing step with first acid solution>
After step S4a, as shown in step S5a, it is preferable to perform a step of washing the silicon mass obtained in the above-described silicon mass formation step with the first acid solution.

本工程において、たとえば、上記の溶融工程におけるシリコン屑の溶融時に再付着した再付着不純物を除去することができる。再付着不純物としては、ボロン、ボロン化合物(たとえばB23)、リン、リン化合物(たとえばP25)、シリコン酸化物、シリコン炭化物などからなる砥粒などを挙げることができる。 In this step, for example, the reattachment impurities reattached when the silicon scrap is melted in the melting step can be removed. Examples of the reattachment impurity include boron, a boron compound (for example, B 2 O 3 ), phosphorus, a phosphorus compound (for example, P 2 O 5 ), an abrasive grain made of silicon oxide, silicon carbide, and the like.

また、本工程においては、上記の再付着不純物の除去と同時にシリコン塊中の金属(鉄、アルミなど)および金属化合物(鉄シリサイドなど)を除去することが可能である。これらの除去効率を向上させるためには、シリコン塊を適宜(たとえば1cm以上10cm以下の径)に破砕しておくことが好ましい。   Further, in this step, it is possible to remove the metal (iron, aluminum, etc.) and the metal compound (iron silicide, etc.) in the silicon lump simultaneously with the removal of the reattached impurities. In order to improve the removal efficiency, it is preferable to crush the silicon lump appropriately (for example, a diameter of 1 cm to 10 cm).

第1の酸溶液による洗浄工程に用いる酸溶液の種類、温度および洗浄条件は、上記の再付着不純物を除去できるものであれば特に限定されないが、洗浄効果を向上させるためにはフッ化水素水溶液、またはフッ化水素水溶液と硝酸との混合溶液を用いることが好ましい。フッ化水素水溶液のフッ化水素濃度は0.5質量%以上10質量%以下であることが好ましい。また、フッ化水素水溶液と硝酸との混合溶液において、フッ化水素濃度は0.5質量%以上10質量%以下であることが好ましく、硝酸濃度は0.1質量%以上1質量%以下であることが好ましい。   The type, temperature, and cleaning conditions of the acid solution used for the cleaning step with the first acid solution are not particularly limited as long as the above-described reattachment impurities can be removed. In order to improve the cleaning effect, an aqueous hydrogen fluoride solution Alternatively, it is preferable to use a mixed solution of an aqueous hydrogen fluoride solution and nitric acid. The hydrogen fluoride concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less. In the mixed solution of hydrogen fluoride aqueous solution and nitric acid, the hydrogen fluoride concentration is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and the nitric acid concentration is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less. It is preferable.

また、フッ化水素水溶液、混合溶液の温度は室温(20℃以上30℃以下)であることが好ましく、洗浄効果を上げるために、30℃以上50℃以下としてもよい。洗浄方法としては、シリコン塊をフッ化水素水溶液中に浸漬させて攪拌する方法などが挙げられる。なお、図1に示すように、第1の酸溶液による洗浄工程後のシリコン塊をそのまま精製シリコンとしてもよい。   Moreover, it is preferable that the temperature of hydrogen fluoride aqueous solution and a mixed solution is room temperature (20 degreeC or more and 30 degrees C or less), and is good also as 30 degreeC or more and 50 degrees C or less in order to raise a cleaning effect. Examples of the cleaning method include a method in which a silicon lump is immersed in a hydrogen fluoride aqueous solution and stirred. In addition, as shown in FIG. 1, it is good also considering the silicon lump after the washing | cleaning process by a 1st acid solution as refined silicon as it is.

<第1の塩基性溶液による洗浄工程>
次に、ステップS6aにおいて、上記の第1の酸溶液による洗浄工程後のシリコン塊を第1の塩基性溶液で洗浄する工程が行なわれることが好ましい。なお、第1の酸溶液による洗浄後のシリコン塊は、そのままの状態で第1の塩基性溶液による洗浄工程に用いることも可能であるが、第1の塩基性溶液による洗浄工程の前に、純水などによる洗浄工程(シリコン塊に残った第1の酸溶液を除去する)および/または乾燥工程(室温以上シリコンの融点未満の温度での加熱または減圧状態での保持など)を行なうことが好ましい。
<Washing step with first basic solution>
Next, in step S6a, it is preferable to perform a step of washing the silicon block after the washing step with the first acid solution with the first basic solution. The silicon lump after washing with the first acid solution can be used as it is in the washing step with the first basic solution, but before the washing step with the first basic solution, Performing a cleaning step with pure water or the like (removing the first acid solution remaining in the silicon lump) and / or a drying step (heating at room temperature or higher than the melting point of silicon or holding under reduced pressure). preferable.

本工程において、たとえば、上記の第1の酸溶液による洗浄工程と同様に、シリコン塊に再付着した再付着不純物を除去することができる。上記の第1の酸溶液による洗浄工程と第1の塩基性溶液による洗浄工程とを組み合わせることにより、特に大きな洗浄効果を得ることができる。   In this step, for example, the reattachment impurities reattached to the silicon lump can be removed in the same manner as the cleaning step using the first acid solution. A particularly large cleaning effect can be obtained by combining the cleaning step with the first acid solution and the cleaning step with the first basic solution.

第1の塩基性溶液による洗浄工程に用いられる塩基性溶液の種類、温度および洗浄条件は、上記の再付着不純物を除去できるものであれば特に限定されない。たとえば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液などが使用可能である。洗浄効果を向上させるためには水酸化ナトリウム水溶液を用いることが最も望ましい。また、第1の塩基性溶液中の溶質濃度は、1質量%以上5質量%以下であることが好ましく、3量%以上5質量%以下であることがより好ましい。   The kind, temperature, and washing conditions of the basic solution used in the washing step with the first basic solution are not particularly limited as long as the above-mentioned reattachment impurities can be removed. For example, an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous calcium hydroxide solution, or an aqueous sodium carbonate solution can be used. In order to improve the cleaning effect, it is most desirable to use an aqueous sodium hydroxide solution. The solute concentration in the first basic solution is preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 5% by mass or less.

また、第1の塩基性溶液による洗浄工程における第1の塩基性溶液の温度は常温(20〜30℃)であることが好ましく、洗浄効果を上げるために、30〜50℃程度にしてもよい。洗浄方法としては、シリコン塊を水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬させて攪拌する方法などが挙げられる。   Moreover, it is preferable that the temperature of the 1st basic solution in the washing | cleaning process by a 1st basic solution is normal temperature (20-30 degreeC), and in order to raise a washing | cleaning effect, you may be about 30-50 degreeC. . Examples of the cleaning method include a method in which a silicon lump is immersed in an aqueous sodium hydroxide solution and stirred.

なお、第1の酸溶液による洗浄工程および第1の塩基性溶液による洗浄工程をこの順序で行なうことによって、シリコン塊から、シリコン酸化物、シリコン炭化物などの砥粒、ボロン、リンからなる群から選択された少なくとも1種の不純物を効率的に除去することができる。なお、図1に示すように、第1の酸溶液による洗浄工程または第1の塩基性溶液による洗浄工程後のシリコン塊をそのまま精製シリコンとしてもよい。   By performing the cleaning step with the first acid solution and the cleaning step with the first basic solution in this order, from the silicon lump, from the group consisting of abrasive grains such as silicon oxide and silicon carbide, boron and phosphorus. The at least one selected impurity can be efficiently removed. In addition, as shown in FIG. 1, the silicon lump after the washing step with the first acid solution or the washing step with the first basic solution may be used as purified silicon as it is.

<第3の酸溶液による洗浄工程>
第1の塩基性溶液による洗浄工程(ステップS6a)の後には、ステップS7aに示すように、第1の塩基性溶液で洗浄されたシリコン塊を酸溶液(第3の酸溶液)で洗浄する工程が行なわれることが好ましい。
<Washing step with third acid solution>
After the cleaning step with the first basic solution (step S6a), as shown in step S7a, the step of cleaning the silicon mass cleaned with the first basic solution with the acid solution (third acid solution) Is preferably performed.

第3の酸溶液としては、たとえば、塩酸、硫酸、フッ化水素酸水溶液などが使用可能である。第3の酸溶液による洗浄工程における第3の酸溶液の常温(20〜30℃)であることが望ましいが、洗浄効果を上げるために30〜50℃程度にしてもよい。第3の酸溶液による洗浄方法は特に限定されず、たとえば、シリコン塊を酸溶液(第3の酸溶液)に浸漬させて攪拌する方法などが挙げられる。   As the third acid solution, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid aqueous solution or the like can be used. Although it is desirable that it is the normal temperature (20-30 degreeC) of the 3rd acid solution in the washing | cleaning process by a 3rd acid solution, in order to raise a cleaning effect, you may be about 30-50 degreeC. The cleaning method using the third acid solution is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a silicon lump is immersed in an acid solution (third acid solution) and stirred.

第1の塩基性溶液による洗浄工程の後に、第3の酸溶液による洗浄工程を行なうことによって、シリコン塊の表面の−OHで終端された部分を−Hに置き換え、酸素濃度の低減を図ることができる。   By performing the cleaning step with the third acid solution after the cleaning step with the first basic solution, the portion terminated with -OH on the surface of the silicon lump is replaced with -H to reduce the oxygen concentration. Can do.

<脱リン工程>
また、ステップS4a〜ステップS7aのいずれかの工程の後に、ステップS8aに示すように、シリコン塊からリンを除去する工程(脱リン工程)を行なうこともできる。
<Dephosphorization process>
Further, after any one of steps S4a to S7a, a step of removing phosphorus from the silicon mass (dephosphorization step) can be performed as shown in step S8a.

シリコン塊からリンを除去する方法は特に限定されないが、たとえば、シリコン塊を加熱またはシリコン塊に電子ビームを照射することによって溶解させた溶融シリコンを圧力が10-2Pa〜10-1Pa程度の容器中に設置することによって溶融シリコンからリンを除去する方法などが挙げられる。 The method for removing phosphorus from the silicon mass is not particularly limited. For example, the molten silicon melted by heating the silicon mass or irradiating the silicon mass with an electron beam has a pressure of about 10 −2 Pa to 10 −1 Pa. For example, a method of removing phosphorus from molten silicon by installing in a container can be used.

なお、リンが除去された後の溶融シリコンは再度凝固させられてシリコン塊とされるか、または溶融状態のままで後述する偏析工程(ステップS10a)に送られてもよい。本工程によって、リンとともに酸素などの他の成分が除去されてもよいことは言うまでもない。   Note that the molten silicon from which phosphorus has been removed may be solidified again to form a silicon lump, or may be sent to a segregation step (step S10a) to be described later in a molten state. It goes without saying that other components such as oxygen may be removed together with phosphorus by this step.

<リーチング工程>
また、ステップS4a〜ステップS7aのいずれかの工程の後に、ステップS9aに示すように、シリコン塊を粉砕した後に酸溶液(第4の酸溶液)および塩基性溶液(第2の塩基性溶液)の少なくとも一方で洗浄するリーチング工程を行なうこともできる。これにより、不純物、主に鉄などの金属成分を除去することができる。
<Leaching process>
In addition, after any of the steps S4a to S7a, as shown in step S9a, after the silicon lump is crushed, the acid solution (fourth acid solution) and the basic solution (second basic solution) It is also possible to perform a leaching step of cleaning at least one of them. Thereby, impurities, mainly metal components such as iron, can be removed.

すなわち、鉄などの金属成分はシリコン塊の結晶粒界に金属微粒子あるいは金属化合物(特にシリサイド)として析出するため、シリコン塊を粉砕することによってこれらの金属成分を粉砕後の粉末の表面に露出させ、酸溶液(第4の酸溶液)および塩基性溶液(第2の塩基性溶液)の少なくとも一方で洗浄してエッチングにより除去することができる。   That is, metal components such as iron are precipitated as metal fine particles or metal compounds (especially silicide) at the crystal grain boundaries of the silicon lump, so that these metal components are exposed on the surface of the pulverized powder by crushing the silicon lump. In addition, at least one of an acid solution (fourth acid solution) and a basic solution (second basic solution) can be washed and removed by etching.

酸溶液(第4の酸溶液)としては、たとえば、塩酸、硫酸、硝酸およびフッ化水素水溶液などからなる群から選択された少なくとも1種の酸を用いることができる。塩基性溶液(第2の塩基性溶液)としては、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液などを用いることができる。   As the acid solution (fourth acid solution), for example, at least one acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, an aqueous hydrogen fluoride solution, and the like can be used. As the basic solution (second basic solution), for example, an aqueous sodium hydroxide solution can be used.

また、本工程において、シリコン塊は、粒子径0.1〜2mmの粉末、好ましくは1mm以下の粉末が98%以上となる粒子径分布となるように粉砕される。なお、粉末の粒子径分布は、JIS R1629−1997に準拠した方法で測定することができる。   Further, in this step, the silicon lump is pulverized so that a powder having a particle size of 0.1 to 2 mm, preferably a powder having a particle size of 1 mm or less has a particle size distribution of 98% or more. The particle size distribution of the powder can be measured by a method based on JIS R1629-1997.

シリコン塊を粉砕した後に酸溶液(第4の酸溶液)および塩基性溶液(第2の塩基性溶液)の少なくとも一方で洗浄する方法は特には限定されないが、たとえば、シリコン塊の粉砕後の粉末を酸溶液(第4の酸溶液)および塩基性溶液(第2の塩基性溶液)の少なくとも一方の溶液中に浸漬させて攪拌する方法などを用いることができる。   The method for washing at least one of the acid solution (fourth acid solution) and the basic solution (second basic solution) after pulverizing the silicon mass is not particularly limited, but for example, powder after pulverizing the silicon mass A method of immersing and stirring in at least one of an acid solution (fourth acid solution) and a basic solution (second basic solution) can be used.

<偏析工程>
また、ステップS4a〜ステップS7aのいずれかの工程の後に、ステップS10aに示すように、偏析によって金属を除去する工程(偏析工程)が行なわれることが好ましい。これにより、鉄などの金属成分を除去することができる。また、偏析工程においては、金属成分、砥粒および酸素からなる群から選択された少なくとも1種の不純物などを除去してもよい。なお、偏析によって金属成分を除去する方法は特に限定されないが、たとえば、従来から公知の一方向凝固または回転偏析などを用いることができる。
<Segregation process>
Moreover, it is preferable that the process (segregation process) of removing a metal by segregation is performed after any process of step S4a-step S7a, as shown to step S10a. Thereby, metal components, such as iron, can be removed. In the segregation step, at least one impurity selected from the group consisting of metal components, abrasive grains, and oxygen may be removed. The method for removing the metal component by segregation is not particularly limited. For example, conventionally known unidirectional solidification or rotational segregation can be used.

以上、各工程について詳述したが、シリコン精製において、ステップS5a〜ステップS7aの各工程に関しては、行なっても行なわなくてもよい。また、行なう場合に、ステップS5a〜ステップS7aの工程全てを行なう必要はなく、たとえば、いずれか1つの工程を行なってもよい。各工程すべてを行なう場合には、図1に示す順番で行なうことが好ましいことは、上述の通りである。   As mentioned above, although each process was explained in full detail, in silicon refining, it is not necessary to carry out about each process of Step S5a-Step S7a. Moreover, when performing, it is not necessary to perform all the processes of step S5a-step S7a, For example, you may perform any one process. As described above, it is preferable to perform all the steps in the order shown in FIG.

また、ステップS8a〜S10aの各工程に関しても、シリコン精製において、行なっても行わなくてもよい。また、行なう場合に、ステップS8a〜ステップS10aの工程全てを行なう必要はなく、たとえば、いずれか1つの工程を行なってもよい。各工程すべてを行なう場合に、各工程の順番は限定されないが、特に、ステップS10aの偏析工程を最後に行なうことが好ましい。また、ステップS8a〜S10aの各工程は、ステップS4a〜S7aのいずれの工程の後であってもよい。   Further, the steps S8a to S10a may be performed or not performed in the silicon purification. Moreover, when performing, it is not necessary to perform all the processes of step S8a-step S10a, For example, you may perform any one process. When all the processes are performed, the order of the processes is not limited, but it is particularly preferable to perform the segregation process in step S10a last. Moreover, each process of step S8a-S10a may be after any process of step S4a-S7a.

<作用>
上記のシリコン精製方法によれば、たとえば、以下の(a)〜(e)に示す種類の不純物の含有量を下記のように低減した高純度の精製シリコンを得ることができる。
(a)ボロン(B)の含有量(重量):0.3ppm以下
(b)リン(P)の含有量(重量):0.3ppm以下
(c)鉄(Fe)の含有量(重量):1ppm以下
(d)炭素(C)の含有量(重量):100ppm以下
(e)酸素(O)の含有量(重量):100ppm以下
本発明のシリコンの精製方法によって高純度の精製シリコンを得るためは、シリコン屑の回収工程、溶融前洗浄工程、溶融工程およびシリコン塊形成工程が行われ、特に、溶融工程において、シリコン溶湯形成工程と脱気工程とが行われることが重要である。これにより、シリコン屑中に、粒子径の小さなシリコン粉が含まれていた場合であっても、均一なシリコン溶湯を形成させることができる。さらに、シリコン溶湯からのシリコン酸化物およびシリコン炭化物の除去が効率的に行なわれるため、結果的に、上記のような高純度の精製シリコンを得ることができる。
<Action>
According to the above-described silicon purification method, for example, high-purity purified silicon in which the content of impurities of the types shown in the following (a) to (e) is reduced as described below can be obtained.
(A) Content (weight) of boron (B): 0.3 ppm or less (b) Content (weight) of phosphorus (P): 0.3 ppm or less (c) Content (weight) of iron (Fe): 1 ppm or less (d) Carbon (C) content (weight): 100 ppm or less (e) Oxygen (O) content (weight): 100 ppm or less In order to obtain high purity purified silicon by the silicon purification method of the present invention In this process, a silicon scrap recovery process, a pre-melting cleaning process, a melting process, and a silicon lump forming process are performed. In particular, in the melting process, it is important that a silicon melt forming process and a degassing process are performed. Thereby, even if it is a case where silicon powder with a small particle diameter was contained in silicon scrap, a uniform silicon melt can be formed. Furthermore, since the silicon oxide and silicon carbide are efficiently removed from the molten silicon, as a result, high-purity purified silicon as described above can be obtained.

また、シリコン屑の回収工程、溶融前洗浄工程、溶融工程、およびシリコン塊形成工程の後に、第1の酸溶液による洗浄工程および第1の塩基性溶液による洗浄工程がこの順序で行なわれることが好ましい。   Further, after the silicon scrap recovery process, the pre-melting cleaning process, the melting process, and the silicon lump forming process, the cleaning process using the first acid solution and the cleaning process using the first basic solution may be performed in this order. preferable.

なお、上記の各工程の前後には、他の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。他の工程の一例としては、溶融工程後かつシリコン塊の形成工程の前に行われる脱ボロン工程(酸化性ガスを用いたプラズマ精錬、スラグ法などの公知の方法による)を挙げることができる。   Needless to say, other steps may be included before and after each of the above steps. As an example of another process, a deboron process (by a known method such as plasma refining using an oxidizing gas or a slag method) performed after the melting process and before the silicon lump formation process can be given.

また、本発明のシリコンの精製方法にアセトンなどの有機溶剤を用いて有機洗浄を行なう必要がないため、上記のような高純度の精製シリコンを低コストで得ることができる。   In addition, since it is not necessary to perform organic cleaning using an organic solvent such as acetone in the silicon purification method of the present invention, high-purity purified silicon as described above can be obtained at low cost.

実施例1として、遊離砥粒を用いた切断を行った際に発生するシリコン屑を回収して、精製シリコンを調製した。以下、各工程を行った順に説明する。また、後述する比較例1では、溶融工程において脱気工程を行なわなかった以外は、実施例1と同様の工程を行なって、精製シリコンを調製した。   As Example 1, purified silicon was prepared by collecting silicon scraps generated when cutting using loose abrasive grains. Hereinafter, it demonstrates in the order which performed each process. Moreover, in the comparative example 1 mentioned later, the process similar to Example 1 was performed except not having performed the deaeration process in a fusion | melting process, and purified silicon was prepared.

<シリコン屑の回収工程>
砥粒として、#800(平均粒子径約14μm)〜#1200(平均粒子径約8μm)のグリーンカーボンSiCを用い、該砥粒にプロピレングリコールを基材としたクーラントを混合してスラリー化した。そして、マルチワイヤソーおよびスラリーを用いて、シリコンウエハの切断を行った。
<Recovery process of silicon scrap>
As the abrasive grains, green carbon SiC of # 800 (average particle diameter of about 14 μm) to # 1200 (average particle diameter of about 8 μm) was used, and a slurry based on propylene glycol was mixed with the abrasive grains to form a slurry. Then, the silicon wafer was cut using a multi-wire saw and slurry.

シリコンの切断加工の際に発生した廃液を回収し、遠心分離機を用いて、廃液から粒子径の大きいSiCやオイル成分を除去した。なお、遠心分離時の遠心力は3000Gとした。以上の方法によって回収されたシリコン屑について、不純物(ボロン、リン、鉄、炭素、酸素、およびオイル)の含有量を測定した。また、シリコン屑の密度(mg/cm3)を測定した。 The waste liquid generated during the silicon cutting process was collected, and SiC and oil components having a large particle diameter were removed from the waste liquid using a centrifuge. In addition, the centrifugal force at the time of centrifugation was 3000G. The content of impurities (boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen, and oil) was measured for the silicon scrap collected by the above method. Moreover, the density (mg / cm 3 ) of silicon scrap was measured.

本工程後のシリコン屑中の不純物含有量の測定結果を表1の「回収工程後」に示す。表1において、B、P、Fe、C、Oはそれぞれボロン、リン、炭素、酸素を示す。   The measurement results of the impurity content in the silicon scrap after this step are shown in “After recovery step” in Table 1. In Table 1, B, P, Fe, C, and O represent boron, phosphorus, carbon, and oxygen, respectively.

Figure 2012111672
Figure 2012111672

シリコン屑におけるボロン、リン、鉄の含有量は、ICP質量分析計を用いて測定した。炭素、および酸素は、燃焼法を用いて測定した。具体的には、炭素の含有量は、試料を磁性るつぼに入れ、酸素気流中で該試料を高周波加熱炉で過熱溶解して酸素と反応させることによって、試料に含まれる炭素を二酸化炭素へ変化させ、この二酸化炭素濃度を赤外線で測定することによって算出した。酸素の含有量は、試料を黒鉛るつぼに入れ、He雰囲気中で該試料を加熱融解して炭素と反応させることによって、酸素を二酸化炭素へ変化させ、この二酸化炭素濃度を赤外線で測定することによって算出した。また、オイル成分は熱天秤法により測定した。具体的には、固形物熱重量測定器を用いて二次固形分を室温から500℃まで加熱した後の重量変化を測定した。   Content of boron, phosphorus, and iron in silicon scrap was measured using an ICP mass spectrometer. Carbon and oxygen were measured using a combustion method. Specifically, the carbon content is changed from carbon contained in the sample to carbon dioxide by placing the sample in a magnetic crucible and heating and dissolving the sample in a high-frequency heating furnace in an oxygen stream to react with oxygen. The carbon dioxide concentration was calculated by measuring with infrared rays. The oxygen content is determined by placing the sample in a graphite crucible, heating and melting the sample in a He atmosphere, and reacting with carbon to change oxygen to carbon dioxide, and measuring the carbon dioxide concentration with infrared rays. Calculated. The oil component was measured by a thermobalance method. Specifically, the change in weight after heating the secondary solid content from room temperature to 500 ° C. was measured using a solid thermogravimetric measuring device.

表1に示すように、シリコン屑中のボロン、リン、鉄およびオイルの含有量は多かった。特に、クーラント由来のオイル成分が非常に多かった。なお、回収工程後の炭素、酸素の含有量について、炭素はSiCとオイル中の有機成分との分離が困難であり、酸素はシリコンの自然酸化膜とオイル成分および水分との分離が困難であったために、測定できなかった。   As shown in Table 1, the content of boron, phosphorus, iron and oil in the silicon scrap was large. In particular, the oil component derived from the coolant was very large. Regarding the content of carbon and oxygen after the recovery process, it is difficult to separate SiC from organic components in the oil and carbon, and oxygen is difficult to separate the natural oxide film of silicon from the oil components and moisture. Therefore, it was not possible to measure.

<溶融前洗浄工程>
次に、回収工程により回収されたシリコン屑を、シリコン屑の重量:水の重量=(1:5)〜(1:10)で洗浄し、遠心分離機を用いて固液分離して、オイル分の除去を行った。オイル成分の除去性を高めるために、洗浄を2度行った。なお、遠心分離時の遠心力は300Gとした。遠心分離後のシリコン屑を、シリコン屑の重量:5%の希硫酸の重量=(1:5)で洗浄し、フィルタープレスを用いて固液分離した。そして、固液分離された固形分を乾燥させた後、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定し、さらに、密度および回収率を算出した。
<Pre-melting cleaning process>
Next, the silicon scrap recovered by the recovery step is washed with the weight of silicon scrap: weight of water = (1: 5) to (1:10), and is solid-liquid separated using a centrifuge to obtain oil. Minute removal was performed. In order to improve the removability of the oil component, washing was performed twice. The centrifugal force at the time of centrifugation was set to 300G. The silicon scraps after centrifugation were washed with the weight of silicon scraps: the weight of dilute sulfuric acid of 5% = (1: 5), and solid-liquid separated using a filter press. Then, after the solid content separated by solid-liquid separation was dried, the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured, and the density and recovery rate were calculated.

本工程後のシリコン屑中の不純物含有量の測定結果、密度および回収率を表1の「溶融前洗浄工程後」に示す。表1に示すように、溶融前洗浄工程を行うことにより、ボロン、リン、鉄およびオイル成分の効率的な除去が可能であることがわかった。特に、重金属類であるFeおよびオイル成分が多量に除去された。また、オイル成分が減少したことにより、シリコン屑中の炭素および酸素の測定が可能となった。なお、表1において、回収率とは、工程を行なう前のシリコン屑などの試料の重量に対する、工程を行なった後の試料の重量の割合を示す。   The measurement results, density and recovery rate of the impurity content in the silicon scrap after this step are shown in “After the pre-melting cleaning step” in Table 1. As shown in Table 1, it was found that the boron, phosphorus, iron and oil components can be efficiently removed by performing the pre-melt washing step. In particular, a large amount of heavy metals such as Fe and oil components were removed. In addition, the reduction of the oil component enabled the measurement of carbon and oxygen in silicon scrap. In Table 1, the recovery rate indicates the ratio of the weight of the sample after performing the process to the weight of the sample such as silicon scrap before performing the process.

<溶融工程>
次に、溶融前洗浄工程により洗浄されたシリコン屑を第1の圧力下で溶融して、シリコン溶湯を形成した(シリコン溶湯形成工程)後、シリコン溶湯を第2の圧力下に置き(脱気工程)、その後溶融シリコンと粘着性物質を分離した(出湯工程)。本工程は、図2に示すシリコン精製装置100を用いて行なわれた。以下、図2および図4を用いて具体的に説明する。
<Melting process>
Next, after the silicon waste cleaned in the pre-melting cleaning step is melted under a first pressure to form a silicon melt (silicon melt forming step), the silicon melt is placed under a second pressure (degassing). Process), and then, the molten silicon and the sticky substance were separated (bath process). This step was performed using the silicon purification apparatus 100 shown in FIG. This will be specifically described below with reference to FIGS.

(シリコン溶湯形成工程)
図2を参照し、まず、溶融前洗浄工程後のシリコン屑を投入口9から減圧容器8内に投入し、カーボン製の耐熱容器10内にシリコン屑を収容した。次に、減圧容器8内に、不活性ガスとしてアルゴンを導入して、耐熱容器10の周囲の雰囲気圧力が152Torr以上760Torr以下(第1の圧力)となるように調整し、さらに耐熱容器10内の温度を1600℃程度に調整して、シリコン屑を溶融させた。これにより、耐熱容器10内にシリコン溶湯が形成された。なお、溶湯はカーボン製の撹拌棒を用いて撹拌しながら形成させた。
(Silicon melt forming process)
Referring to FIG. 2, first, silicon waste after the pre-melting cleaning process was introduced into the decompression vessel 8 from the introduction port 9, and the silicon waste was accommodated in the heat-resistant container 10 made of carbon. Next, argon is introduced as an inert gas into the decompression vessel 8 so that the atmospheric pressure around the heat-resistant vessel 10 is adjusted to be 152 Torr or more and 760 Torr or less (first pressure). Was adjusted to about 1600 ° C. to melt silicon scrap. As a result, molten silicon was formed in the heat-resistant container 10. The molten metal was formed with stirring using a carbon stirring rod.

(脱気工程)
引き続き、加熱温度を保ったまま、耐熱容器10の周囲の雰囲気圧力が76Torr以上152Torr未満(第2の圧力)となるように減圧容器8内の減圧を行った。減圧の具体的な条件は、圧力の低減速度を38Torr/min以下とし、耐熱容器10の雰囲気圧力が100Torr程度となった段階で5分程度保持した。
(Deaeration process)
Subsequently, while the heating temperature was maintained, the pressure in the decompression vessel 8 was reduced so that the atmospheric pressure around the heat-resistant vessel 10 was 76 Torr or more and less than 152 Torr (second pressure). The specific conditions for depressurization were a pressure reduction rate of 38 Torr / min or less, and the pressure was maintained for about 5 minutes when the atmospheric pressure in the heat-resistant container 10 reached about 100 Torr.

そして、脱気が終了した後、耐熱容器10の周囲の雰囲気圧力を456Torr程度に戻した。なお、本工程の間、溶湯から発生する酸化シリコン蒸気(SiO)による減圧容器8内の汚染を防ぐために、ブロワー18で酸化シリコン蒸気を吸引しながら、フィルター20で捕捉した。 And after deaeration was complete | finished, the atmospheric pressure around the heat-resistant container 10 was returned to about 456 Torr. During this step, the silicon oxide vapor was captured by the filter 20 while sucking the silicon oxide vapor by the blower 18 in order to prevent the inside of the vacuum vessel 8 from being contaminated by silicon oxide vapor (SiO x ) generated from the molten metal.

(出湯工程)
次に、図4に示すように、耐熱容器10を駆動部12を用いて傾動して第1収容部14に溶融シリコンを出湯させた。
(Tapping process)
Next, as shown in FIG. 4, the heat-resistant container 10 was tilted by using the drive unit 12, and the molten silicon was discharged from the first storage unit 14.

<シリコン塊形成工程>
溶融後、第1収容部14内に収容された溶融シリコンを冷却して、溶融シリコンを凝固させることによってシリコン塊を形成した。このようにして得られたシリコン塊について、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、回収されたシリコン塊の密度および回収率を算出した。
<Silicon lump formation process>
After melting, the molten silicon accommodated in the first accommodating portion 14 was cooled to solidify the molten silicon, thereby forming a silicon lump. About the silicon lump thus obtained, the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured in the same manner as described above. Further, the density and recovery rate of the recovered silicon mass were calculated.

その結果を表1の「溶融工程後」に示す。表1に示すように、上記溶融工程およびシリコン塊形成工程を行なうことによって、シリコン塊中の炭素および酸素の量が著しく低減されており、シリコン酸化物および砥粒の除去が効率的に行なわれたことがわかった。   The results are shown in “After the melting step” in Table 1. As shown in Table 1, by performing the melting step and the silicon lump forming step, the amounts of carbon and oxygen in the silicon lump are significantly reduced, and the silicon oxide and abrasive grains are efficiently removed. I found out.

<第1の酸溶液および第1の塩基性溶液による洗浄工程>
形成されたシリコン塊を、5質量%のフッ化水素水溶液(25℃)中に浸漬させて撹拌しながら4時間洗浄を行なった。その後、3質量%の水酸化ナトリウム水溶液(25℃)中に浸漬させて撹拌しながら1時間洗浄を行った。その後、シリコン塊に付着した水酸化ナトリウム水溶液を水で洗い流した後に、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、回収されたシリコン塊の密度および回収率を算出した。
<Washing step with first acid solution and first basic solution>
The formed silicon mass was immersed in a 5% by mass hydrogen fluoride aqueous solution (25 ° C.) and washed for 4 hours while stirring. Then, it was immersed in 3 mass% sodium hydroxide aqueous solution (25 degreeC), and was washed for 1 hour, stirring. Thereafter, the aqueous sodium hydroxide solution adhering to the silicon mass was washed away with water, and the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured in the same manner as described above. Further, the density and recovery rate of the recovered silicon mass were calculated.

その結果を表1の「溶融後洗浄工程後」に示す。表1に示すように、炭素および酸素の量を顕著に低減させることができた。また、ボロンおよび鉄もわずかに除去されることが確認された。   The results are shown in “After the post-melting cleaning step” in Table 1. As shown in Table 1, the amount of carbon and oxygen could be significantly reduced. It was also confirmed that boron and iron were slightly removed.

<脱リン工程>
次に、溶融後洗浄工程を行った後のシリコン塊を耐熱容器10内に再収容して、1Torr以下の雰囲気圧力下で1650℃以上に加熱することによって、シリコン塊を溶解して溶融シリコンを作製した。そして、この状態で溶融シリコンを撹拌しながら10時間保持して、溶融シリコンからのリンの除去を行なった。その後、溶融シリコンを冷却して凝固させることにより、シリコン塊を作製し、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、密度および回収率を算出した。
<Dephosphorization process>
Next, the silicon lump after performing the washing process after melting is re-contained in the heat-resistant container 10 and heated to 1650 ° C. or higher under an atmospheric pressure of 1 Torr or less, thereby dissolving the silicon lump and dissolving the molten silicon. Produced. In this state, the molten silicon was held for 10 hours with stirring to remove phosphorus from the molten silicon. Thereafter, the molten silicon was cooled and solidified to produce a silicon lump, and the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured in the same manner as described above. In addition, density and recovery rate were calculated.

その結果を表1の「脱リン工程後」に示す。表1に示すように、本工程によりリンが効率的に除去されることがわかった。また、炭素含有量も低減しており、砥粒が効率的に除去されることが確認された。   The results are shown in “After dephosphorization step” in Table 1. As shown in Table 1, it was found that phosphorus was efficiently removed by this step. Moreover, the carbon content was also reduced, and it was confirmed that the abrasive grains were efficiently removed.

<偏析工程>
次に、脱リン工程後のシリコン塊を再度溶融させて溶融シリコンとした後に、金属不純物を除去するために、一方向凝固を行なった。具体的には、250kgのシリコンを溶融し、一方向凝固により、680mm角×高さ235mmのシリコン塊を得、このシリコン塊の上部30mm、側面各10mm、下部10mmをバンドソーにて切断、除去し、内部の660mm角×195mm(200kg)を太陽電池用シリコン原料とした。そして、上記と同様にして、太陽電池用シリコン原料のボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、密度および回収率を算出した。
<Segregation process>
Next, after the silicon lump after the dephosphorization process was melted again to form molten silicon, unidirectional solidification was performed in order to remove metal impurities. More specifically, 250 kg of silicon is melted and unidirectional solidification is performed to obtain a silicon mass of 680 mm square × 235 mm in height, and this silicon mass is cut and removed with a band saw at the top 30 mm, each side 10 mm, and the bottom 10 mm. The inner 660 mm square × 195 mm (200 kg) was used as the silicon raw material for solar cells. Then, in the same manner as described above, the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components of the silicon raw material for solar cells were measured. In addition, density and recovery rate were calculated.

その結果を表1の「偏析工程後」に示す。表1に示すように、本工程により鉄が効率的に除去されることがわかった。一方向凝固を行う際、炭素濃度や、酸素濃度が高いと、特に融点の高いSiCを起点とした凝固が発生してしまうことがあるため、偏析による金属不純物除去が不十分になることがある。これに対し、実施例1におけるシリコン塊では、炭素濃度が既に十分に低いため、偏析による金属不純物除去が容易であることが分かる。   The results are shown in “After segregation process” in Table 1. As shown in Table 1, it was found that iron was efficiently removed by this step. When performing unidirectional solidification, if the carbon concentration or oxygen concentration is high, solidification starting from SiC, which has a particularly high melting point, may occur, which may result in insufficient metal impurity removal by segregation. . On the other hand, in the silicon lump in Example 1, since the carbon concentration is already sufficiently low, it can be seen that metal impurities can be easily removed by segregation.

すなわち、上記の実施例1のシリコン精製方法によって精製された精製シリコン中のボロンの含有量は0.20ppmであり、リンの含有量が0.20ppmであり、鉄の含有量が1ppm未満であり、炭素の含有量が100ppmであり、酸素の含有量が100ppmであった。   That is, the content of boron in the purified silicon purified by the silicon purification method of Example 1 is 0.20 ppm, the content of phosphorus is 0.20 ppm, and the content of iron is less than 1 ppm. The carbon content was 100 ppm and the oxygen content was 100 ppm.

表2に、比較例1の結果を示す。比較例1は、上述のように、溶融工程において脱気工程を行なわなかった以外は、実施例1と同様の工程によってシリコン精製を行なった。ただし、脱リン工程における保持時間は11時間とした。   Table 2 shows the results of Comparative Example 1. In Comparative Example 1, as described above, silicon purification was performed by the same process as Example 1 except that the deaeration process was not performed in the melting process. However, the holding time in the dephosphorization process was 11 hours.

Figure 2012111672
Figure 2012111672

<実施例1と比較例1との比較>
(溶融工程について)
表1および表2を比較すると、実施例1における溶融工程後のシリコン塊の炭素量および酸素量は、比較例1におけるそれと比較して十分に低いことがわかった。これは、脱気工程によって、シリコン溶湯中に残存していた粒子径の小さなシリコン粉を溶融させることができ、シリコン溶湯が均一に形成され、結果的にシリコン溶湯内の溶融シリコンと、シリコン酸化物および砥粒(SiC)との分離性が向上したためと考えられる。
<Comparison between Example 1 and Comparative Example 1>
(About melting process)
When Table 1 and Table 2 were compared, it was found that the carbon amount and oxygen amount of the silicon lump after the melting step in Example 1 were sufficiently lower than those in Comparative Example 1. This is because the silicon powder having a small particle diameter remaining in the molten silicon can be melted by the deaeration process, and the molten silicon is uniformly formed. As a result, the molten silicon in the molten silicon and the silicon oxidation This is thought to be because the separability from the object and abrasive grains (SiC) was improved.

また、実施例1における溶融工程後のシリコン塊の密度は、比較例1におけるそれと比較して大きいことがわかった。これは、脱気工程によって、シリコン溶湯中に存在していた気体が抜けたことによって、シリコン塊の密度が大きくなったものと考えられる。   Moreover, it turned out that the density of the silicon lump after the melting step in Example 1 is larger than that in Comparative Example 1. This is presumably because the density of the silicon lump has increased due to the removal of the gas present in the molten silicon in the deaeration process.

(溶融後洗浄工程について)
表1および表2を比較すると、実施例1における溶融工程後のシリコン塊の炭素量および酸素量は、比較例1のそれと比較して十分に低くなっているにも関わらず、溶融後洗浄工程によるシリコン塊の炭素量および酸素量の減少度合いは、比較例1と同程度か、それよりも大きかった。これは、実施例1のシリコン塊において、脱気工程を経ることによって、シリコンとシリコン酸化物およびシリコン炭化物との分離性が高まったために、シリコン酸化物とシリコン炭化物がシリコン塊の表面に局在化したものと考えられる。すなわち、シリコン酸化物とシリコン炭化物がシリコン塊の表面に局在化していることにより、洗浄による除去性能が向上したものと考えられる。
(About the cleaning process after melting)
When Table 1 and Table 2 are compared, the carbon mass and oxygen content of the silicon lump after the melting step in Example 1 are sufficiently lower than those of Comparative Example 1, but the post-melt cleaning step The degree of decrease in the carbon content and the oxygen content in the silicon lump due to was equal to or greater than that of Comparative Example 1. This is because, in the silicon lump of Example 1, through the deaeration process, the separability between silicon and silicon oxide and silicon carbide increased, so that silicon oxide and silicon carbide were localized on the surface of the silicon lump. It is thought that That is, it is considered that the removal performance by cleaning is improved because the silicon oxide and silicon carbide are localized on the surface of the silicon lump.

(脱リン工程について)
脱リン工程に関し、上述のように、実施例1では保持時間が10時間であったのに対し、比較例1では、11時間の保持時間が必要であった。これは、溶融中に空孔からのガス抜けによる溶湯の飛び跳ね現象や酸素蒸発による圧力上昇が発生したことにより、保持時間の延長が必要となったためである。すなわち、比較例1に対し、実施例1は、リン除去の効率化、装置の損傷低減、装置の高寿命化を図ることができる。
(About dephosphorization process)
Regarding the dephosphorization step, as described above, the holding time in Example 1 was 10 hours, whereas in Comparative Example 1, a holding time of 11 hours was required. This is because it was necessary to extend the holding time due to the occurrence of a jumping phenomenon of the molten metal due to gas escape from the pores during melting and an increase in pressure due to oxygen evaporation. That is, compared with Comparative Example 1, Example 1 can improve the efficiency of phosphorus removal, reduce damage to the device, and increase the life of the device.

また、表1および表2を比較すると、脱リン工程後の回収率は、比較例1が90%であるのに対し、実施例1は92%であった。これは、比較例1において、上述の飛び跳ね現象が生じたためと考えられる。このことから、実施例1の方法によれば、シリコンの高い回収率を維持したまま、精製シリコンを得ることができることがわかった。   Further, comparing Table 1 and Table 2, the recovery rate after the dephosphorization step was 90% in Comparative Example 1 and 92% in Example 1. This is probably because the jumping phenomenon described above occurred in Comparative Example 1. From this, it was found that according to the method of Example 1, purified silicon can be obtained while maintaining a high silicon recovery rate.

(偏析工程について)
また、表1および表2を比較すると、偏析工程後の回収率は、実施例1が80%であるのに対し、比較例1では75%であった。比較例1のシリコン塊における炭素濃縮部が大きかったために、除去率が高まったためである。すなわち、偏析によって炭素がシリコン塊の上部に局在化するが、比較例1では、偏析前の溶融シリコンにおける炭素の含有量が多いために、炭素が高濃度に存在する部分が大きくなり、除去率が高まった。
(Segregation process)
Further, when Table 1 and Table 2 were compared, the recovery after the segregation process was 80% in Example 1 and 75% in Comparative Example 1. This is because the carbon concentration portion in the silicon lump of Comparative Example 1 was large, and the removal rate increased. That is, carbon is localized in the upper part of the silicon lump due to segregation, but in Comparative Example 1, since the content of carbon in the molten silicon before segregation is large, the portion where carbon is present at a high concentration becomes large and is removed. The rate increased.

実施例2として、固定砥粒を用いた切断を行った際に発生するシリコン屑を回収して、精製シリコンを調製した。以下、各工程を行った順に説明する。また、比較例2では、溶融工程において脱気工程を行なわなかった以外は、実施例2と同様の工程を行なって、精製シリコンを調製した。   As Example 2, purified silicon was prepared by collecting silicon scraps generated when cutting using fixed abrasive grains. Hereinafter, it demonstrates in the order which performed each process. In Comparative Example 2, purified silicon was prepared by performing the same process as in Example 2 except that the degassing process was not performed in the melting process.

<シリコン屑の回収工程>
ワイヤーにダイヤモンドを付着させ、ダイヤモンドの剥離を抑制するためにめっきを施した固定砥粒ワイヤーを用いて切断を行った。これにプロピレングリコールを基材としたクーラントをかけながら、マルチワイヤソーを用いてシリコンウエハの切断を行った。
<Recovery process of silicon scrap>
The diamond was attached to the wire and cut using a fixed abrasive wire plated in order to suppress peeling of the diamond. The silicon wafer was cut using a multi-wire saw while applying a coolant based on propylene glycol.

シリコンの切断加工の際に発生したスラリの廃液を回収し、遠心分離機を用いて、スラリからオイル成分を除去した。なお、遠心分離時の遠心力は300Gとした。以上の方法によって回収されたシリコン屑について、不純物(ボロン、リン、鉄、炭素、酸素、およびオイル)の含有量を測定した。また、シリコン屑の密度(mg/cm3)を測定した。各成分の測定方法は、実施例1と同様である。 The slurry waste liquid generated during the silicon cutting process was collected, and the oil component was removed from the slurry using a centrifuge. The centrifugal force at the time of centrifugation was set to 300G. The content of impurities (boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen, and oil) was measured for the silicon scrap collected by the above method. Moreover, the density (mg / cm 3 ) of silicon scrap was measured. The method for measuring each component is the same as in Example 1.

本工程後のシリコン屑中の不純物含有量の測定結果を表3の「回収工程後」に示す。特に、クーラント由来のオイル成分が非常に多かった。また、固定砥粒ワイヤーであるため、砥粒成分である鉄の含有率が遊離砥粒から回収したシリコン屑と比較して少ないことが分かった(表1参照)。なお、回収工程後の炭素、酸素の含有量について、炭素とオイル中の有機成分との分離が困難であり、酸素はシリコンの自然酸化膜とオイル成分および水分との分離が困難であり、測定できなかった。   The measurement results of the impurity content in the silicon scrap after this step are shown in “After recovery step” in Table 3. In particular, the oil component derived from the coolant was very large. Moreover, since it was a fixed abrasive wire, it turned out that the content rate of iron which is an abrasive grain component is few compared with the silicon | silicone waste collect | recovered from the loose abrasive (refer Table 1). The content of carbon and oxygen after the recovery process is difficult to separate from carbon and organic components in oil. Oxygen is difficult to separate from natural oxide film of silicon and oil components and moisture. could not.

Figure 2012111672
Figure 2012111672

<溶融前洗浄工程>
次に、回収工程により回収されたシリコン屑に対し、実施例1の溶融前洗浄工程と同様の方法で、洗浄を行なった。そして、実施例1と同様に、固液分離された固形分を乾燥させた後、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定し、さらに、密度および回収率を算出した。
<Pre-melting cleaning process>
Next, the silicon scrap recovered by the recovery process was cleaned by the same method as the pre-melting cleaning process of Example 1. Then, as in Example 1, after solid-liquid separated solid content was dried, the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured, and the density and recovery rate were further calculated. .

本工程後のシリコン屑中の不純物含有量の測定結果を表3の「溶融前洗浄工程後」に示す。表3に示すように、溶融前洗浄工程を行うことにより、ボロン、鉄およびオイル成分の効率的な除去が可能であることがわかった。特に、重金属類であるFeおよびオイル成分が多量に除去された。また、オイル成分が減少したことにより、シリコン屑中の炭素および酸素の測定が可能となった。炭素濃度は1000ppm程度であり、これはスライスワイヤーからのダイヤモンドの剥離、磨耗に起因しているものと考えられる。   The measurement results of the impurity content in the silicon scrap after this step are shown in “After the pre-melting cleaning step” in Table 3. As shown in Table 3, it was found that boron, iron and oil components can be efficiently removed by performing the pre-melting cleaning step. In particular, a large amount of heavy metals such as Fe and oil components were removed. In addition, the reduction of the oil component enabled the measurement of carbon and oxygen in silicon scrap. The carbon concentration is about 1000 ppm, which is considered to be caused by peeling and abrasion of diamond from the slice wire.

<溶融工程およびシリコン塊形成工程>
実施例1と同様の方法により、溶融工程(シリコン溶湯形成工程、脱気工程および出湯工程)を行ない、引き続き、実施例1と同様の方法により、シリコン塊形成工程を行なった。得られたシリコン塊について、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、回収されたシリコン塊の密度および回収率を算出した。
<Melting process and silicon lump formation process>
A melting step (silicon melt forming step, degassing step and tapping step) was performed by the same method as in Example 1, and then a silicon lump forming step was performed by the same method as in Example 1. About the obtained silicon lump, the content of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components was measured in the same manner as described above. Further, the density and recovery rate of the recovered silicon mass were calculated.

その結果を表3の「溶融工程後」に示す。表3に示すように、上記溶融工程およびシリコン塊形成工程を行なうことによって、シリコン塊中の炭素および酸素の量が著しく低減されていることがわかった。表3から、固定砥粒ワイヤーで切断したシリコン屑を回収、溶融前洗浄、溶融したものは炭素濃度および酸素濃度が低いため、ここまでの工程で、十分に精製されたシリコン塊を得ることができることがわかった。   The results are shown in “After the melting step” in Table 3. As shown in Table 3, it was found that the amount of carbon and oxygen in the silicon lump was significantly reduced by performing the melting step and the silicon lump forming step. From Table 3, silicon scraps cut with a fixed abrasive wire are recovered, washed before melting, and melted so that the carbon concentration and oxygen concentration are low. I knew it was possible.

また、シリコン塊形成工程後の回収率は70%であり、実施例1における溶融工程後の回収率(50%)よりも高かった。これは、固定砥粒を用いた切断を行った際に発生するシリコン屑は、遊離砥粒の場合と比較すると砥粒成分(炭素)が非常に少ないために砥粒成分の影響が小さく、シリコンとその他成分との分離性が良好となり、結果的に回収率が高くなるためと考えられる。   Moreover, the recovery rate after the silicon lump formation step was 70%, which was higher than the recovery rate after the melting step in Example 1 (50%). This is because silicon scrap generated when cutting using fixed abrasive grains has a very small abrasive grain component (carbon) compared to free abrasive grains, so the influence of abrasive grain components is small. This is thought to be due to the good separation between and other components, resulting in a high recovery rate.

<第1の酸溶液および第1の塩基性溶液による洗浄工程>
形成されたシリコン塊を用いて、実施例1と同様の方法により、第1の酸溶液による洗浄工程と、第1の塩基性溶液による洗浄工程とを行なった。その後、シリコン塊に付着した水酸化ナトリウム水溶液を水で洗い流した後に、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、回収されたシリコン塊の密度および回収率を算出した。
<Washing step with first acid solution and first basic solution>
Using the formed silicon lump, a cleaning step with the first acid solution and a cleaning step with the first basic solution were performed in the same manner as in Example 1. Thereafter, the aqueous sodium hydroxide solution adhering to the silicon mass was washed away with water, and the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured in the same manner as described above. Further, the density and recovery rate of the recovered silicon mass were calculated.

その結果を表3の「溶融後洗浄工程後」に示す。表3に示すように、炭素および酸素の量を顕著に低減させることができた。また、ボロンおよび鉄もわずかに除去されることが確認された。   The results are shown in “After the cleaning process after melting” in Table 3. As shown in Table 3, the amount of carbon and oxygen could be significantly reduced. It was also confirmed that boron and iron were slightly removed.

また、固定砥粒ワイヤーで切断したシリコン屑を回収、溶融前洗浄、溶融したものは炭素濃度および酸素濃度が低いため、ここまでの工程で、十分に精製されたシリコン塊を得ることができることがわかった。   In addition, silicon scrap cut with a fixed abrasive wire is recovered, washed before melting, and melted so that the carbon concentration and oxygen concentration are low, so that a sufficiently purified silicon lump can be obtained through the steps so far. all right.

<脱リン工程>
次に、実施例1と同様の方法により、脱リン工程を行なった。ただし、保持時間は8時間とした。その後、溶融シリコンを冷却して凝固させることにより、シリコン塊を作製した後に、上記と同様にして、ボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、密度および回収率を算出した。
<Dephosphorization process>
Next, a dephosphorization step was performed in the same manner as in Example 1. However, the holding time was 8 hours. Thereafter, the silicon mass was produced by cooling and solidifying the molten silicon, and then the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components were measured in the same manner as described above. In addition, density and recovery rate were calculated.

その結果を表3の「脱リン工程後」に示す。表3に示すように、本工程によりリンが効率的に除去されることがわかった。また、炭素含有量も低減しており、砥粒が効率的に除去されることが確認された。   The results are shown in “After dephosphorization step” in Table 3. As shown in Table 3, it was found that phosphorus was efficiently removed by this step. Moreover, the carbon content was also reduced, and it was confirmed that the abrasive grains were efficiently removed.

<偏析工程>
次に、脱リン工程後のシリコン塊を再度溶融させて溶融シリコンとした後に、実施例1と同様の方法により、一方向凝固を行ない、太陽電池用シリコン減量を調製した。そして、上記と同様にして、太陽電池用シリコン原料のボロン、リン、鉄、炭素、酸素およびオイル成分の含有量を測定した。また、密度および回収率を算出した。
<Segregation process>
Next, after the silicon lump after the dephosphorization step was melted again to form molten silicon, unidirectional solidification was performed in the same manner as in Example 1 to prepare a silicon weight loss for solar cells. Then, in the same manner as described above, the contents of boron, phosphorus, iron, carbon, oxygen and oil components of the silicon raw material for solar cells were measured. In addition, density and recovery rate were calculated.

その結果を表3の「偏析工程後」に示す。表3に示すように、本工程により鉄が効率的に除去されることがわかった。また、本工程により炭素も効率的に除去されることがわかった。   The results are shown in “After segregation process” in Table 3. As shown in Table 3, it was found that iron was efficiently removed by this step. It was also found that carbon was also efficiently removed by this step.

すなわち、上記の実施例のシリコン精製方法によって精製された精製シリコン中のボロンの含有量が0.20ppmであり、リンの含有量が0.20ppmであり、鉄の含有量が1ppm未満であり、炭素の含有量が20ppmであり、酸素の含有量が100ppmであった。   That is, the content of boron in the purified silicon purified by the silicon purification method of the above example is 0.20 ppm, the content of phosphorus is 0.20 ppm, the content of iron is less than 1 ppm, The carbon content was 20 ppm and the oxygen content was 100 ppm.

表4に、比較例2の結果を示す。比較例2は、上述のように、溶融工程において脱気工程を行なわなかった以外は、実施例2と同様の工程によって、シリコン精製を行なった。ただし、脱リン工程において、保持時間は8.5時間とした。   Table 4 shows the results of Comparative Example 2. In Comparative Example 2, as described above, silicon purification was performed by the same process as Example 2 except that the deaeration process was not performed in the melting process. However, in the dephosphorization step, the holding time was 8.5 hours.

Figure 2012111672
Figure 2012111672

<実施例2と比較例2との比較>
(溶融工程について)
表3および表4を比較すると、実施例2における溶融工程後のシリコン塊の炭素量および酸素量は、比較例2におけるそれと比較して十分に小さいことがわかった。これは、脱気工程によって、シリコン溶湯中に残存していた粒子径の小さなシリコン粉を溶融させることができ、シリコン溶湯が均一に形成され、結果的にシリコン溶湯内の溶融シリコンと、酸化シリコンおよび砥粒(C)との分離性が向上したためと考えられる。また、実施例2の溶融工程後のシリコン塊の純度は高く、溶融工程後のシリコン塊を精製シリコンとすることができる。
<Comparison between Example 2 and Comparative Example 2>
(About melting process)
When Table 3 and Table 4 were compared, it was found that the amount of carbon and the amount of oxygen in the silicon lump after the melting step in Example 2 were sufficiently smaller than those in Comparative Example 2. This is because the silicon powder having a small particle diameter remaining in the molten silicon can be melted by the deaeration process, and the molten silicon is uniformly formed. As a result, the molten silicon in the molten silicon and the silicon oxide It is considered that the separability from the abrasive grains (C) was improved. Moreover, the purity of the silicon lump after the melting step of Example 2 is high, and the silicon lump after the melting step can be purified silicon.

また、実施例2における溶融工程後のシリコン塊の密度は、比較例2におけるそれと比較して大きいことがわかった。これは、脱気工程によって、シリコン溶湯中に存在していた気体が抜けたことによって、シリコン塊の密度が大きくなったものと考えられる。   Moreover, it turned out that the density of the silicon lump after the melting step in Example 2 is larger than that in Comparative Example 2. This is presumably because the density of the silicon lump has increased due to the removal of the gas present in the molten silicon in the deaeration process.

(溶融後洗浄工程について)
表3および表4を比較すると、実施例2における溶融工程後のシリコン塊の炭素量および酸素量は、比較例2のそれと比較して十分に低くなっているにも関わらず、溶融後洗浄工程によるシリコン塊の炭素量および酸素量の減少度合いは、比較例2と同程度か、それよりも大きかった。これは、実施例2のシリコン塊において、脱気工程を経ることによって、シリコンとシリコン酸化物およびシリコン炭化物との分離性が高まったために、シリコン酸化物とシリコン炭化物がシリコン塊の表面に局在化したものと考えられる。すなわち、シリコン酸化物とシリコン炭化物がシリコン塊の表面に局在化していることにより、洗浄による除去性能が向上したものと考えられる。
(About the cleaning process after melting)
When Table 3 and Table 4 are compared, the carbon mass and oxygen content of the silicon lump after the melting step in Example 2 are sufficiently lower than those of Comparative Example 2, but the post-melt cleaning step The degree of decrease in the carbon content and oxygen content in the silicon lump due to was equal to or greater than that of Comparative Example 2. This is because, in the silicon lump of Example 2, through the deaeration process, the separability between silicon and silicon oxide and silicon carbide was increased, so that silicon oxide and silicon carbide were localized on the surface of the silicon lump. It is thought that That is, it is considered that the removal performance by cleaning is improved because the silicon oxide and silicon carbide are localized on the surface of the silicon lump.

(脱リン工程について)
脱リン工程に関し、上述のように、実施例2では保持時間が8時間であったのに対し、比較例2では、8.5時間の保持時間が必要であった。これは、溶融中に空孔からのガス抜けによる溶湯の飛び跳ね現象や酸素蒸発による圧力上昇が発生したことにより、保持時間の延長が必要となったためである。すなわち、比較例2に対し、実施例2は、リン除去の効率化、装置の損傷低減、装置の高寿命化を図ることができる。
(About dephosphorization process)
Regarding the dephosphorization step, as described above, the holding time in Example 2 was 8 hours, whereas in Comparative Example 2, a holding time of 8.5 hours was required. This is because it was necessary to extend the holding time due to the occurrence of a jumping phenomenon of the molten metal due to gas escape from the pores during melting and an increase in pressure due to oxygen evaporation. That is, compared to Comparative Example 2, Example 2 can improve the efficiency of phosphorus removal, reduce the damage to the device, and increase the life of the device.

また、表3および表4を比較すると、脱リン工程後の回収率は、比較例2が92%であるのに対し、実施例2は93%であった。これは、比較例2において、上述の飛び跳ね現象が生じたためと考えられる。このことから、実施例2の方法によれば、シリコンの高い回収率を維持したまま、精製シリコンを得ることができることがわかった。   Moreover, when Table 3 and Table 4 were compared, the recovery rate after the dephosphorization process was 92% in Example 2 compared with 92% in Comparative Example 2. This is presumably because the above-described jumping phenomenon occurred in Comparative Example 2. From this, it was found that according to the method of Example 2, purified silicon can be obtained while maintaining a high silicon recovery rate.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、シリコン屑からシリコン精製する場合に、広く利用することができる。   The present invention can be widely used when silicon is purified from silicon scrap.

9 投入口、10 耐熱容器、11 加熱部、12 駆動部、13 溶融部、14 第1収容部、15 第2収容部、16 搬送部、17 残留物回収部、18 ブロワー、19 排出管、20 フィルター、21 シリコン溶湯、22 溶融シリコン、23 シリコン酸化物、24 砥粒、25 粘着性物質。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Input port, 10 heat-resistant container, 11 heating part, 12 drive part, 13 fusion | melting part, 14 1st accommodating part, 15 2nd accommodating part, 16 conveyance part, 17 residue collection part, 18 blower, 19 discharge pipe, 20 Filter, 21 Silicon melt, 22 Molten silicon, 23 Silicon oxide, 24 Abrasive grain, 25 Adhesive substance.

Claims (10)

シリコン屑から精製シリコンを得るシリコン精製方法であって、
前記シリコン屑を溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、
前記シリコン溶湯から得られる溶融シリコンを凝固させてシリコン塊を形成する工程と、を含み、
前記シリコン溶湯を形成する工程は、前記シリコン屑を第1の圧力下で溶融してシリコン溶湯を形成する工程と、前記シリコン溶湯を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力下で脱気する工程と、を含むシリコン精製方法。
A silicon purification method for obtaining purified silicon from silicon scrap,
Melting the silicon scrap to form a silicon melt;
Including solidifying molten silicon obtained from the molten silicon to form a silicon lump,
The step of forming the silicon melt includes a step of melting the silicon scrap under a first pressure to form a silicon melt, and a deaeration of the silicon melt under a second pressure lower than the first pressure. And a silicon refining method.
前記第1の圧力が152Torr以上760Torr以下であり、前記第2の圧力が76Torr以上152Torr未満である、請求項1に記載のシリコン精製方法。   2. The silicon purification method according to claim 1, wherein the first pressure is not less than 152 Torr and not more than 760 Torr, and the second pressure is not less than 76 Torr and less than 152 Torr. 前記第1の圧力が380Torr以上760Torr以下である、請求項1または2に記載のシリコン精製方法。   The silicon purification method according to claim 1 or 2, wherein the first pressure is 380 Torr or more and 760 Torr or less. 前記シリコン溶湯を形成する工程は、脱気されたシリコン溶湯を前記第1の圧力下に置く工程を含む請求項1から3のいずれかに記載のシリコン精製方法。   The silicon purification method according to claim 1, wherein the step of forming the silicon melt includes a step of placing the degassed silicon melt under the first pressure. 前記第1の圧力から38Torr/min以下の速度で圧力を低下させて前記第2の圧力にする、請求項1から4のいずれかに記載のシリコン精製方法。   5. The method for purifying silicon according to claim 1, wherein the pressure is decreased from the first pressure at a speed of 38 Torr / min or less to obtain the second pressure. 6. シリコンの機械加工を行なった際に発生する廃棄物から前記シリコン屑を回収する工程をさらに含む、請求項1から5のいずれかに記載のシリコン精製方法。   The silicon purification method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step of recovering the silicon waste from waste generated when silicon is machined. 前記シリコン屑が粒子径10μm以下のシリコン粉を含む、請求項1から6のいずれかに記載のシリコン精製方法。   The silicon purification method according to claim 1, wherein the silicon scrap contains silicon powder having a particle diameter of 10 μm or less. 前記シリコン屑を溶融させる前に、前記シリコン屑を前洗浄する工程をさらに含む、請求項1から7のいずれかに記載のシリコン精製方法。   The silicon purification method according to claim 1, further comprising a step of pre-cleaning the silicon scrap before melting the silicon scrap. 前記シリコン精製方法において、
(1)前記シリコン塊を第1の酸溶液、第1の塩基性溶液のうちの少なくとも1つの溶液で洗浄する工程、
(2)前記シリコン塊からリンを除去する工程、
(3)前記シリコン塊から偏析によって金属を除去する工程、
(4)前記シリコン塊からリーチングによって金属を除去する工程、のうちの少なくとも1つの工程をさらに含む、請求項1から8のいずれかに記載のシリコン精製方法。
In the silicon purification method,
(1) washing the silicon mass with at least one solution of a first acid solution and a first basic solution;
(2) removing phosphorus from the silicon mass;
(3) removing metal from the silicon mass by segregation;
(4) The silicon purification method according to any one of claims 1 to 8, further comprising at least one step of removing metal from the silicon mass by leaching.
請求項1から9のいずれかに記載のシリコン精製方法によって精製された精製シリコンであって、
前記精製シリコン中のボロンの含有量が0.3ppm以下であり、リンの含有量が0.3ppm以下であり、鉄の含有量が1ppm以下であり、炭素の含有量が100ppm以下であり、酸素の含有量が100ppm以下である、精製シリコン。
A purified silicon purified by the silicon purification method according to claim 1,
The boron content in the refined silicon is 0.3 ppm or less, the phosphorus content is 0.3 ppm or less, the iron content is 1 ppm or less, the carbon content is 100 ppm or less, oxygen Refined silicon whose content of is 100 ppm or less.
JP2010264598A 2010-11-29 2010-11-29 Method for purifying silicon and purified silicon Pending JP2012111672A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010264598A JP2012111672A (en) 2010-11-29 2010-11-29 Method for purifying silicon and purified silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010264598A JP2012111672A (en) 2010-11-29 2010-11-29 Method for purifying silicon and purified silicon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012111672A true JP2012111672A (en) 2012-06-14

Family

ID=46496309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010264598A Pending JP2012111672A (en) 2010-11-29 2010-11-29 Method for purifying silicon and purified silicon

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012111672A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103806097A (en) * 2012-11-12 2014-05-21 松下电器产业株式会社 Silicon cycle recycling system and method thereof
JP2014111519A (en) * 2012-11-12 2014-06-19 Panasonic Corp Silicon recycling system and method for the same
WO2016171018A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-27 株式会社Tkx Method for producing fine silicon powder, and method for producing fine silicon nitride powder
CN110536865A (en) * 2017-04-19 2019-12-03 太阳能公司 Method for recycling silicon chips into electronic grade polysilicon or metallurgical grade silicon
CN113508091A (en) * 2019-03-05 2021-10-15 株式会社德山 Method for producing chlorosilanes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6317215A (en) * 1985-07-24 1988-01-25 エニ−ヘム・エセ・ピ・ア Melt solidification of silicon powder
JP2001278612A (en) * 2000-03-31 2001-10-10 Nippei Toyama Corp Method of recovering silicon
JP2009149980A (en) * 2007-11-27 2009-07-09 Air Products & Chemicals Inc Tellurium precursor for gst film in ald or cvd process
JP2010195635A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Sharp Corp Purification method of silicon, and purified silicon
JP2010228938A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Sharp Corp Silicon purification apparatus and silicon purification method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6317215A (en) * 1985-07-24 1988-01-25 エニ−ヘム・エセ・ピ・ア Melt solidification of silicon powder
JP2001278612A (en) * 2000-03-31 2001-10-10 Nippei Toyama Corp Method of recovering silicon
JP2009149980A (en) * 2007-11-27 2009-07-09 Air Products & Chemicals Inc Tellurium precursor for gst film in ald or cvd process
JP2010195635A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Sharp Corp Purification method of silicon, and purified silicon
JP2010228938A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Sharp Corp Silicon purification apparatus and silicon purification method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103806097A (en) * 2012-11-12 2014-05-21 松下电器产业株式会社 Silicon cycle recycling system and method thereof
JP2014111519A (en) * 2012-11-12 2014-06-19 Panasonic Corp Silicon recycling system and method for the same
CN103806097B (en) * 2012-11-12 2017-08-08 松下知识产权经营株式会社 Silicon cycling reutilization system and its method
WO2016171018A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-27 株式会社Tkx Method for producing fine silicon powder, and method for producing fine silicon nitride powder
JP6077193B1 (en) * 2015-04-20 2017-02-08 株式会社Tkx Method for producing silicon fine powder and method for producing silicon nitride fine powder
CN110536865A (en) * 2017-04-19 2019-12-03 太阳能公司 Method for recycling silicon chips into electronic grade polysilicon or metallurgical grade silicon
CN113508091A (en) * 2019-03-05 2021-10-15 株式会社德山 Method for producing chlorosilanes
CN113508091B (en) * 2019-03-05 2024-05-03 株式会社德山 Method for producing chlorosilanes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4689373B2 (en) How to reuse silicon
KR101247666B1 (en) Method for processing silicon powder to obtain silicon crystals
JP5246702B2 (en) Silicon purification method
JP2008115040A (en) Silicon regeneration apparatus and silicon regeneration method
JP4966938B2 (en) Silicon regeneration method
JP2012111672A (en) Method for purifying silicon and purified silicon
JP5631782B2 (en) Method for recovering silicon and method for manufacturing silicon
JP2009196849A (en) Silicon recovery method and silicon recovery apparatus
US20130064751A1 (en) Method for producing high purity silicon
JP5244500B2 (en) Silicon purification method and silicon purification apparatus
JP5286095B2 (en) Silicon sludge recovery method and silicon processing apparatus
JP2005255417A (en) Silicon purification method
US10773963B2 (en) Method of purifying aluminum and use of purified aluminum to purify silicon
JP2002293528A (en) Method for producing silicon for solar cells
WO2009081725A1 (en) Silicon reclamation method
JP2009084069A (en) Silicon regeneration apparatus and silicon regeneration method
CN103922344B (en) Reclaim the method preparing solar level silicon materials
JP2010013307A (en) Method for purifying silicon
JP2000327488A (en) Method of manufacturing silicon substrate for solar cell
JP2014037322A (en) Method for regenerating a silicon sludge
CN103806097B (en) Silicon cycling reutilization system and its method
JP2010173911A (en) Method for purifying silicon
JP5584712B2 (en) Silicon purification method
JP2021123510A (en) Method for producing high-purity Si fine powder
JP2009292656A (en) Method for manufacturing silicon ingot

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131001

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140304

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140701