JP2013086994A - Method for producing silicon, silicon wafer and panel for solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば太陽電池用パネルを製作する際の素材として用いられるシリコンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing silicon used as a material for producing a solar cell panel, for example.
ポリシリコン太陽電池には、一般に比抵抗値が0.5〜1.5Ω・cm以上で且つ純度が99.9999%(6N)以上の高純度金属シリコンが使用される。この高純度金属シリコンは、原料単価が安価で、比較的不純物を多く含む原料金属シリコンから不純物を精製・除去して製造するのが工業的方法としては最も好ましい。 In general, high-purity metallic silicon having a specific resistance value of 0.5 to 1.5 Ω · cm or more and a purity of 99.9999% (6N) or more is used for the polysilicon solar cell. The high-purity metal silicon is most preferable as an industrial method, since the raw material unit price is low, and the impurities are purified and removed from the source metal silicon containing a relatively large amount of impurities.
原料金属シリコン中に含まれる不純物のうち、鉄、アルミニウム、チタン及びカルシウムは、溶融シリコン(不純物を含む原料金属シリコンを溶融させたシリコン)を凝固偏析させることによって、シリコン液相側に除去することができる。また、カルシウム等は、溶融シリコンを1.3×10−2〜1.3×10−4Pa(10−4〜10−6Torr)程度の真空中で蒸発処理することにより、除去することができる。 Of the impurities contained in the raw metal silicon, iron, aluminum, titanium and calcium are removed to the silicon liquid phase side by solidifying and segregating molten silicon (silicon obtained by melting the raw metal silicon containing impurities). Can do. Calcium and the like can be removed by evaporating molten silicon in a vacuum of about 1.3 × 10 −2 to 1.3 × 10 −4 Pa (10 −4 to 10 −6 Torr). it can.
しかしながら、不純物のうち、ホウ素及びリンは、除去が非常に難しく、特にホウ素の除去が困難である。例えば、溶融シリコン中において、不活性なアルゴンに、酸素若しくは二酸化炭素、又は水蒸気を添加して吹き込むことで、ホウ素、酸素又は水素の化合物としてガス化させて除去する酸化処理が行われている(特許文献1、特許文献2参照)。
However, among impurities, boron and phosphorus are very difficult to remove, and in particular, boron is difficult to remove. For example, in molten silicon, oxygen or carbon dioxide, or water vapor is added to inert argon and blown into the silicon to be gasified and removed as a compound of boron, oxygen, or hydrogen. (See
上述した方法において、原料金属シリコン中のホウ素(B)を、水蒸気等を用いて酸化し、BOガスとして除去するには時間がかかり、またその時に同時にシリコンも酸化されてしまい、ロスが大きい。特に、水蒸気を溶融シリコン中に吹き込むと、副反応として大量の水素が発生するために安全上の問題もある。 In the above-described method, it takes time to oxidize boron (B) in the raw metal silicon using water vapor or the like and remove it as BO gas. At the same time, silicon is also oxidized, resulting in a large loss. In particular, when water vapor is blown into molten silicon, a large amount of hydrogen is generated as a side reaction, which causes a safety problem.
また、アルカリハライドを用いるシリコンの精製方法としては、原料金属シリコンのスラッジからスラグ(原料金属シリコン中の二酸化ケイ素を主成分とするスラグ)を作り、不純物を除去する際の成分調整にこれを使用してシリコンを回収する技術(特許文献3参照)が提案されているが、必ずしも満足な純度のシリコンは得られていなかった。また、スラグが酸化物であるため、使える容器としては、シリカ、アルミナ等の酸化物系耐火材に限られ、装置が高価となる問題があった。また、誘導加熱の際は、シリコンが溶融するまで、グラファイトの棒等を容器の中で加熱する等の必要があり、プロセスが複雑となる場合があった。さらに、スラグ法においては、溶融スラグのシリコンからの分離プロセスが必要であり、この点でもプロセスが複雑となる問題があった。 In addition, as a silicon purification method using alkali halide, slag (slag mainly composed of silicon dioxide in raw metal silicon) is made from raw metal silicon sludge, and this is used for component adjustment when removing impurities Thus, a technique for recovering silicon (see Patent Document 3) has been proposed, but satisfactory purity silicon has not necessarily been obtained. Further, since the slag is an oxide, usable containers are limited to oxide refractory materials such as silica and alumina, and there is a problem that the apparatus becomes expensive. Further, in induction heating, it is necessary to heat a graphite rod or the like in a container until the silicon is melted, and the process may be complicated. Furthermore, the slag method requires a separation process of molten slag from silicon, and there is a problem that the process is complicated in this respect as well.
また、特許文献4には、20gの原料金属シリコン粉末を粉砕し、これと同じ粒径のNaFと1:1の質量比で混合する工程、1300℃で加熱して固体シリコンを溶融したNaFと接触させる工程、第二の試料を1450℃で10分間加熱してNaF及び原料金属シリコンを溶融させる工程、これらの試料(NaF及びシリコン)を室温に冷却する工程、水性溶出及び引き続く傾瀉(decantation)及び濾過(filtering)により各試料中のNaFからシリコンを分離する工程が記載されている。
In
しかし、特許文献4に記載の方法では、NaFと原料金属シリコンを含む固形物から、濾過等を用いてシリコンを分離することによりシリコンを精製しているに過ぎず、精製効果が十分でなく、またシリコンを分離する作業が容易ではないという問題があった。また、シリコン(Si)の融点付近ではNaFの蒸気圧が高く、SiとNaFを混合したものを加熱して温度を上昇させる間にNaFが蒸発してしまうという問題があった。
However, in the method described in
上記問題を解決できる手段として、出願人は、特許文献5を開示している。すなわち、不純物を含む溶融シリコンとNaF等の塩とを容器内で接触させ、当該溶融シリコン中の不純物と塩とを反応させ、当該不純物を系外に除去することにより、溶融シリコンに含まれる不純物を効率的に除去することができる。 As a means for solving the above problem, the applicant has disclosed Patent Document 5. That is, impurities contained in molten silicon are obtained by bringing molten silicon containing impurities into contact with a salt such as NaF in a container, reacting the impurities and salt in the molten silicon, and removing the impurities out of the system. Can be efficiently removed.
ここで、特許文献5に係る技術にあっては、例えば、塩の粉末を容器内の溶融シリコン中に投入し、溶融シリコンと塩とを接触させて不純物を塩と反応させるとともに、溶融シリコンからの蒸発物を吸引除去することで、塩と反応した不純物を系外に排出させている。しかしながら、塩の粉末を容器内に投入すると、粉末が系内で飛散し、或いは、系内の熱により溶融・蒸発し、塩が溶融シリコンと接触しないまま系外に排出されてしまう場合があった。 Here, in the technique according to Patent Document 5, for example, salt powder is put into molten silicon in a container, and the molten silicon and salt are brought into contact with each other to cause impurities to react with the salt. As a result, the impurities reacted with the salt are discharged out of the system. However, when salt powder is put into a container, the powder may scatter in the system, or melt and evaporate due to heat in the system, and the salt may be discharged out of the system without contacting the molten silicon. It was.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、処理剤を用いて溶融シリコン中の不純物を除去する際、処理剤を溶融シリコンに確実に接触させることができ、不純物との反応に効率的に寄与させることが可能な、シリコンの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when removing impurities in molten silicon using a treatment agent, the treatment agent can be reliably brought into contact with the molten silicon, and the reaction with impurities is efficient. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing silicon, which can contribute to the above.
本発明は、上記課題を解決するため種々の検討を行った結果、メジアン径が所定以上である処理剤を用いることにより、系内で処理剤が飛散すること等を適切に防止することができ、処理剤を溶融シリコンへと確実に到達させて無駄なく添加できることを見出した。これにより、処理剤を溶融シリコンに確実に接触させることができ、不純物との反応に効率的に寄与させることができた。本発明は当該知見に基づいて成し遂げられたものである。 As a result of various investigations to solve the above problems, the present invention can appropriately prevent the treatment agent from being scattered in the system by using a treatment agent having a median diameter of a predetermined value or more. The present inventors have found that the treatment agent can be surely reached molten silicon and added without waste. As a result, the treatment agent could be reliably brought into contact with the molten silicon and efficiently contributed to the reaction with the impurities. The present invention has been accomplished based on the findings.
すなわち、本発明の要旨は、次の(1)〜(10)に存する。
(1) 系内の溶融シリコンへと処理剤を添加する工程と、前記溶融シリコン中の不純物と前記処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程とを有し、前記処理剤のメジアン径が70μm以上である、シリコンの製造方法。
(2) 前記不純物にはホウ素が含まれる、(1)に記載のシリコンの製造方法。
(3) 前記処理剤が塩である、(1)又は(2)に記載のシリコンの製造方法。
(4) 前記処理剤が、アルカリ金属とハロゲンとの塩、アルカリ土類金属とハロゲンとの塩、アルカリ金属とハロゲンとを含む複合塩、及び、アルカリ土類金属とハロゲンとを含む複合塩、よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を含むものである、(1)〜(3)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
(5) 前記処理剤が、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化カリウム(KF)、フッ化ルビジウム(RbF)、フッ化セシウム(CsF)、珪フッ化ソーダ(Na2SiF6)、クリオライト(Na3AlF6)、フッ化ナトリウムとフッ化バリウムとの混合物、及び、フッ化ナトリウムとフッ化バリウムと塩化バリウムとの混合物、並びに、これらの混合物、よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を含む、(1)〜(4)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
(6) 前記処理剤の量が、前記溶融シリコンに対して、5質量%以上300質量%以下である、(1)〜(5)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
(7) 処理剤を加熱することにより、メジアン径が70μm以上の前記処理剤を得る工程をさらに有する、(1)〜(6)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
(8) 使用後の処理剤を回収したのち加熱することにより、該処理剤に含まれる前記不純物を除去するとともに、メジアン径が70μm以上の前記処理剤を得る工程をさらに有する、(1)〜(7)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
(9) (1)〜(8)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法により得られたシリコンを用いた、シリコンウェハー。
(10) (1)〜(8)のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法により得られたシリコンを用いた、太陽電池用パネル。
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (10).
(1) a step of adding a treatment agent to molten silicon in the system, and a step of reacting impurities in the molten silicon with the treatment agent to remove the impurities out of the system. The method for producing silicon, wherein the median diameter is 70 μm or more.
(2) The method for producing silicon according to (1), wherein the impurities include boron.
(3) The method for producing silicon according to (1) or (2), wherein the treating agent is a salt.
(4) The treating agent is a salt of an alkali metal and a halogen, a salt of an alkaline earth metal and a halogen, a composite salt containing an alkali metal and a halogen, and a composite salt containing an alkaline earth metal and a halogen, The method for producing silicon according to any one of (1) to (3), comprising at least one compound selected from the group consisting of:
(5) The treating agent is lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), potassium fluoride (KF), rubidium fluoride (RbF), cesium fluoride (CsF), sodium silicofluoride (Na 2). SiF 6 ), cryolite (Na 3 AlF 6 ), a mixture of sodium fluoride and barium fluoride, a mixture of sodium fluoride, barium fluoride and barium chloride, and a mixture thereof. The method for producing silicon according to any one of (1) to (4), comprising at least one selected compound.
(6) The manufacturing method of the silicon | silicone as described in any one of (1)-(5) whose quantity of the said processing agent is 5 mass% or more and 300 mass% or less with respect to the said molten silicon.
(7) The method for producing silicon according to any one of (1) to (6), further including a step of obtaining the treatment agent having a median diameter of 70 μm or more by heating the treatment agent.
(8) After recovering the used treatment agent, it is heated to remove the impurities contained in the treatment agent and further to obtain the treatment agent having a median diameter of 70 μm or more. (7) The method for producing silicon according to any one of (7).
(9) A silicon wafer using silicon obtained by the method for producing silicon according to any one of (1) to (8).
(10) A solar cell panel using silicon obtained by the method for producing silicon according to any one of (1) to (8).
本発明において「系内」とは、溶融シリコンと処理剤との反応、処理剤との反応による不純物の蒸発及び処理剤の蒸発を生じさせる場をいう。例えば、排出口を備えた筐体内に加熱手段や容器等が収容され、筐体内部にてシリコンの精製を行い、排出口を介して不純物を蒸発除去する場合は、筐体内を系内とみなすことができる。一方、「系外」とは、溶融シリコンから除去された不純物の回収、処理剤の蒸発物の回収・精製が行われる場をいう。例えば、筐体外を系外とみなすことができる。「処理剤」とは、溶融シリコンに添加された場合に溶融し、溶融シリコンに含まれる不純物と反応し得る物質を意味する。ただし、溶融シリコンに添加された際、処理剤の少なくとも一部が分解・気化するものであってもよい。 In the present invention, “in the system” means a reaction between molten silicon and a treatment agent, evaporation of impurities due to reaction with the treatment agent, and evaporation of the treatment agent. For example, when a heating means or container is housed in a housing with a discharge port, silicon is purified inside the housing, and impurities are removed by evaporation through the discharge port, the inside of the housing is regarded as the system. be able to. On the other hand, “outside the system” refers to a place where the recovery of impurities removed from the molten silicon and the recovery / purification of the evaporation product of the processing agent are performed. For example, the outside of the housing can be regarded as outside the system. The “treatment agent” means a substance that melts when added to molten silicon and can react with impurities contained in the molten silicon. However, when added to molten silicon, at least a part of the treatment agent may be decomposed and vaporized.
本発明において「メジアン径」とは、レーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定される粒子の粒子径において、体積基準とした累積分布の50%径(d50)、すなわち中位径を意味する。
レーザー回折式粒度分布測定機において測定できない大粒径の処理剤(例えば、3.5mm以上の粒あるいは塊が重量分率で51%以上存在する処理剤)の場合は、JIS K 0069の化学製品のふるい分け試験方法により求められたメジアン径を意味する。
In the present invention, the “median diameter” means the 50% diameter (d50) of the cumulative distribution based on the volume, ie, the median diameter, of the particle diameter measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer. .
In the case of a processing agent with a large particle size that cannot be measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, a processing agent in which particles or lumps of 3.5 mm or more are present in a weight fraction of 51% or more), chemical products of JIS K 0069 Means the median diameter determined by the screening test method.
本発明によれば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)及びカルシウム(Ca)等の不純物を含む溶融シリコンと処理剤とを系内で接触させることにより、当該シリコン液相と処理剤液相との界面を構成することができ、該界面を介してシリコン中の不純物と処理剤とを反応させることで、当該不純物を効率よく除去することができる。すなわち、本発明によれば、短時間に同一のプロセスで溶融シリコンに含まれる不純物を効率よく除去し、高純度の金属シリコンとすることが可能な、シリコンの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, by bringing molten silicon containing impurities such as boron (B), aluminum (Al) and calcium (Ca) into contact with the processing agent in the system, the silicon liquid phase and the processing agent liquid phase The interface can be configured, and the impurity can be efficiently removed by reacting the impurity in the silicon with the treatment agent via the interface. That is, according to the present invention, it is possible to provide a silicon manufacturing method capable of efficiently removing impurities contained in molten silicon in the same process in a short time to obtain high-purity metal silicon.
一方、界面を介してシリコン中の不純物と処理剤とを反応させることにより、反応によって生じた反応物は、一部が蒸気圧の高い化合物として蒸発除去され、一部が処理剤に溶解する。ここで、本発明では、粒子径が所定以上の処理剤を系内に投入しており、系内における処理剤の飛散等を抑制できる。これにより、溶融シリコンに接触することなく蒸発してしまう処理剤を低減させることができ、処理剤を無駄なく反応に寄与させることができる。すなわち、本発明によれば、処理剤を用いて溶融シリコン中の不純物を除去する際、処理剤を溶融シリコンに確実に接触させることができ、不純物との反応に効率的に寄与させることが可能な、シリコンの製造方法を提供することができる。 On the other hand, by reacting impurities in the silicon with the treatment agent via the interface, a part of the reaction product generated by the reaction is evaporated and removed as a compound having a high vapor pressure, and a part thereof is dissolved in the treatment agent. Here, in the present invention, a treatment agent having a particle diameter of a predetermined size or more is introduced into the system, and scattering of the treatment agent in the system can be suppressed. Thereby, the processing agent which evaporates without contacting molten silicon can be reduced, and the processing agent can be contributed to the reaction without waste. That is, according to the present invention, when removing impurities in the molten silicon using the treatment agent, the treatment agent can be reliably brought into contact with the molten silicon, and can efficiently contribute to the reaction with the impurities. In addition, a method for manufacturing silicon can be provided.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の内容に限定されない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail below. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention. It is not limited to the contents.
1.シリコンの製造方法
本発明に係るシリコンの製造方法は、系内の溶融シリコンへと処理剤を添加する工程と、溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程とを有し、処理剤のメジアン径が70μm以上であることに特徴を有する。「メジアン径」とは、レーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定される粒子の粒子径において、体積基準とした累積分布の50%径(d50)、すなわち中位径を意味する。レーザー回折式粒度分布測定機において測定できない大粒径の処理剤(例えば、3.5mm以上の粒あるいは塊が重量分率で51%以上ある場合)は、JIS K 0069の化学製品のふるい分け試験方法により求められたメジアン径を意味する。
1. Silicon manufacturing method The silicon manufacturing method according to the present invention includes a step of adding a treatment agent to molten silicon in the system, and reacting impurities in the molten silicon with the treatment agent to remove the impurities out of the system. And the median diameter of the treatment agent is 70 μm or more. The “median diameter” means the 50% diameter (d50) of the cumulative distribution on the basis of the volume of particles measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer, that is, the median diameter. A processing agent having a large particle size that cannot be measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, when particles or lumps of 3.5 mm or more have a weight fraction of 51% or more) is a JIS K 0069 chemical product screening test method. Means the median diameter determined by
図1に本発明に係るシリコンの製造方法の一例(製造方法S100)を示す。図1に示すように、製造方法S100は、系内にシリコンを投入する工程(工程S1)、投入したシリコンを加熱して溶融させる工程(工程S2)、溶融シリコンに所定粒子径を有する処理剤を添加する工程(工程S3)、溶融シリコンと処理剤とを閉鎖系で反応させる工程(工程S4)、閉鎖手段を交換する工程(工程S5)、閉鎖手段を取り外した状態で溶融シリコンと処理剤とを開放系で反応させ、処理剤及び不純物を系外に除去する工程(工程S6)、並びに、系内の溶融シリコンを凝固させる工程(工程S7)を有している。尚、図1に示すように、製造方法S100においては、工程S5の後、工程S3に戻り、工程S3〜S5を繰り返すものとされている。以下、工程毎に説明する。 FIG. 1 shows an example of a silicon manufacturing method (manufacturing method S100) according to the present invention. As shown in FIG. 1, the manufacturing method S100 includes a step of introducing silicon into the system (step S1), a step of heating and melting the injected silicon (step S2), and a treatment agent having a predetermined particle diameter in the molten silicon. Adding step (step S3), reacting molten silicon with the processing agent in a closed system (step S4), replacing the closing means (step S5), with the closing means removed, the molten silicon and the processing agent In an open system to remove the processing agent and impurities out of the system (step S6), and a step of solidifying molten silicon in the system (step S7). In addition, as shown in FIG. 1, in manufacturing method S100, after process S5, it returns to process S3 and repeats process S3-S5. Hereinafter, it demonstrates for every process.
1.1.工程S1
工程S1は、原料となる金属シリコンを系内へと投入する工程である。原料金属シリコン中には不純物として、少なくともホウ素(B)が含まれており、さらに、例えば、リン(P)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)或いはチタン(Ti)等が含まれていてもよい。本発明では、これら不純物のうち特に、ホウ素(B)を除去することができ、更にはアルミニウム(Al)及びカルシウム(Ca)を好適に除去することができる。
1.1. Process S1
Step S1 is a step of introducing metal silicon as a raw material into the system. The source metal silicon contains at least boron (B) as an impurity, and, for example, phosphorus (P), iron (Fe), aluminum (Al), calcium (Ca), titanium (Ti), etc. It may be included. In the present invention, among these impurities, boron (B) can be removed, and aluminum (Al) and calcium (Ca) can be suitably removed.
原料金属シリコン中の不純物の合計濃度は、質量基準で、10〜500ppmであることが好ましく、10〜300ppmであることがより好ましい。このような濃度範囲にある原料金属シリコンは、アーク炭素還元等によって容易に得ることができ、コストを低く抑えることができるので好ましい。また、原料金属シリコンとして、シリコンの切削屑や、炭素還元により炭化ケイ素を除去したシリコン等を用いてもよい。 The total concentration of impurities in the raw metal silicon is preferably 10 to 500 ppm, more preferably 10 to 300 ppm, based on mass. The raw material metal silicon in such a concentration range is preferable because it can be easily obtained by arc carbon reduction or the like and the cost can be kept low. Further, as raw metal silicon, silicon cutting scraps, silicon from which silicon carbide has been removed by carbon reduction, or the like may be used.
1.2.工程S2
工程S2は、系内に投入したシリコンを加熱して溶融させる工程である。シリコンの加熱については、公知の加熱手段を用いて加熱すればよい。加熱温度は、シリコンの融点(1410℃)以上が好ましく、1450℃以上がより好ましい。また、処理剤の蒸発速度を適度に抑え不純物除去が効果的に行われるよう、該温度の上限は、2000℃以下が好ましく、1700℃以下がより好ましい。
1.2. Process S2
Step S2 is a step of heating and melting silicon charged into the system. The silicon may be heated using a known heating means. The heating temperature is preferably at least the melting point of silicon (1410 ° C.), more preferably at least 1450 ° C. In addition, the upper limit of the temperature is preferably 2000 ° C. or less and more preferably 1700 ° C. or less so that the evaporation rate of the treatment agent is moderately suppressed and impurities are effectively removed.
1.3.工程S3
工程S3は、溶融シリコンに所定粒子径を有する処理剤を添加する工程である。処理剤は、原料金属シリコンの溶融温度で融解し、シリコン液相と処理剤液相との界面を構成することによって、溶融シリコン中の不純物、特にはホウ素(B)やアルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)等の不純物と反応し、不純物を気相に蒸発させ得る物質、或いは、不純物を処理剤自体に溶解させて不純物とともに蒸発し得る物質であれば特に制限されないが、不純物との反応性等の点から、塩(えん)であることが好ましい。
より好ましくは、処理剤はアルカリ金属とハロゲンとの塩、アルカリ土類金属とハロゲンとの塩、アルカリ金属とハロゲンとを含む複合塩、及び、アルカリ土類金属とハロゲンとを含む複合塩、よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を含むものである。特に、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化カリウム(KF)、フッ化ルビジウム(RbF)、フッ化セシウム(CsF)、珪フッ化ソーダ(Na2SiF6)、クリオライト(Na3AlF6)、フッ化ナトリウムとフッ化バリウムとの混合物、及び、フッ化ナトリウムとフッ化バリウムと塩化バリウムとの混合物、又は、これらの混合物、よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。これらの中でも、シリコン中に処理剤成分が多量に取り込まれることを抑制し、且つ、取り込まれた場合でも容易に精製することが可能である観点から、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属のフッ化物が好ましく、アルカリ金属のフッ化物がより好ましく、NaFが特に好ましい。この場合、他の塩との複合塩や混合塩であってもよい。尚、原料金属シリコンを溶解した場合、酸化被膜が生成する場合があるが、本発明では、上記した処理剤中に酸化物を溶解させることができる。また、上記した処理剤であれば、処理剤を保持する容器として通常のグラファイトを使用することができ、経済的観点からも好ましい。
1.3. Process S3
Step S3 is a step of adding a treatment agent having a predetermined particle diameter to molten silicon. The processing agent is melted at the melting temperature of the raw material metal silicon, and constitutes an interface between the silicon liquid phase and the processing agent liquid phase, so that impurities in the molten silicon, particularly boron (B), aluminum (Al), calcium The substance is not particularly limited as long as it is a substance capable of reacting with impurities such as (Ca) and evaporating the impurities into the gas phase, or a substance capable of dissolving the impurities in the treatment agent itself and evaporating together with the impurities. In view of the above, it is preferably a salt.
More preferably, the treating agent is a salt of an alkali metal and a halogen, a salt of an alkaline earth metal and a halogen, a composite salt containing an alkali metal and a halogen, and a composite salt containing an alkaline earth metal and a halogen. It contains at least one compound selected from the group consisting of: In particular, lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), potassium fluoride (KF), rubidium fluoride (RbF), cesium fluoride (CsF), sodium silicofluoride (Na 2 SiF 6 ), cryolite (Na 3 AlF 6 ), a mixture of sodium fluoride and barium fluoride, and a mixture of sodium fluoride, barium fluoride and barium chloride, or a mixture thereof, at least one kind selected from the group consisting of It is preferable to include a compound. Among these, from the viewpoint of suppressing a large amount of the treatment agent component from being taken into silicon and being able to be easily purified even when it is taken in, the alkali metal and / or alkaline earth metal fluoride is used. Are preferred, alkali metal fluorides are more preferred, and NaF is particularly preferred. In this case, it may be a complex salt or a mixed salt with other salts. In addition, when raw material metal silicon is dissolved, an oxide film may be formed. However, in the present invention, the oxide can be dissolved in the treatment agent described above. Moreover, if it is an above-described processing agent, a normal graphite can be used as a container holding a processing agent, and it is preferable also from an economical viewpoint.
添加される処理剤はメジアン径が70μm以上であり、好ましくは80μm以上、より好ましくは100μm以上、特に好ましくは200μm以上である。このような大きさであれば、処理剤を溶融シリコン中に添加する際、処理剤が飛散すること等を防止でき、処理剤と不純物とを効率的に反応させることが可能となる。また、処理剤のメジアン径の上限については、系内に投入し得る大きさであればよいが、例えば100cm以下、好ましくは50cm以下、より好ましくは20cm以下、特に好ましくは10cm以下とする。このような大きさであれば、処理剤を溶融シリコンに添加する際、溶融シリコンが飛散することを防止でき、安全且つ効率的に反応させることが可能となる。 The treatment agent to be added has a median diameter of 70 μm or more, preferably 80 μm or more, more preferably 100 μm or more, and particularly preferably 200 μm or more. If it is such a magnitude | size, when adding a processing agent in molten silicon, it can prevent that a processing agent scatters etc., and it becomes possible to make a processing agent and an impurity react efficiently. The upper limit of the median diameter of the treatment agent may be any size that can be charged into the system, but is, for example, 100 cm or less, preferably 50 cm or less, more preferably 20 cm or less, and particularly preferably 10 cm or less. If it is such a magnitude | size, when adding a processing agent to molten silicon, it can prevent that molten silicon scatters, and it becomes possible to make it react safely and efficiently.
本発明における処理剤の形態としては、例えば、メジアン径が70μm以上の一次粒子からなる形態であってもよいし、メジアン径が70μm未満の一次粒子を焼結させ、或いは、加熱溶融の後で冷却凝固させることにより得られた、メジアン径が70μm以上の二次粒子や塊からなる形態であってもよい。このようなメジアン径を有する処理剤の製造方法としては、例えば、粉末状の処理剤を焼結させた後任意に破砕することにより、或いは、粉末状の処理剤を一旦加熱溶解させ、その後、冷却固化させてから任意に破砕することにより、メジアン径が70μm以上の処理剤を得ることができる。尚、処理剤を加熱することで、処理剤に含まれる不純物を除去することもできる。 The form of the treatment agent in the present invention may be, for example, a form composed of primary particles having a median diameter of 70 μm or more, or primary particles having a median diameter of less than 70 μm are sintered, or after heating and melting. The form which consists of a secondary particle and a lump with a median diameter of 70 micrometers or more obtained by making it cool and solidify may be sufficient. As a method for producing a treatment agent having such a median diameter, for example, by arbitrarily crushing the powder treatment agent after sintering, or by once heating and dissolving the powder treatment agent, A treatment agent having a median diameter of 70 μm or more can be obtained by arbitrarily crushing after cooling and solidification. In addition, the impurity contained in a processing agent can also be removed by heating a processing agent.
尚、処理剤の液相を溶融シリコンの液相の上に形成させる場合は、シリコン(Si)より密度の小さな処理剤を用いるとよい。当該処理剤としては、例えば、Csよりも原子番号の小さなアルカリ金属フッ化物塩が挙げられる。 In addition, when forming the liquid phase of a processing agent on the liquid phase of a molten silicon, it is good to use a processing agent with a smaller density than silicon (Si). Examples of the treating agent include alkali metal fluoride salts having an atomic number smaller than that of Cs.
処理剤中の不純物の含有量は低い方が望ましいが、仮に処理剤に不純物が含まれていたとしても、当該不純物はフッ素化されている場合が多く、処理温度では、大部分が蒸発してしまうので問題はない。したがって、処理剤として通常の工業用の薬品を用いることが可能である。ただし、本発明においては、加熱を行うことで処理剤中の不純物を除去することができ、そのまま焼結させたり、或いは、溶融させた後で冷却凝固させることで、所定のメジアン径を有する処理剤を得ることができる。 Although it is desirable that the content of impurities in the treatment agent is low, even if the treatment agent contains impurities, the impurities are often fluorinated, and most of the impurities are evaporated at the treatment temperature. So there is no problem. Therefore, it is possible to use a normal industrial chemical as the treating agent. However, in the present invention, the impurities in the treatment agent can be removed by heating, and the treatment having a predetermined median diameter can be performed by sintering as it is, or by cooling and solidifying after melting. An agent can be obtained.
処理剤の使用量は、原料金属シリコン(溶融シリコン)に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、30質量%以上が特に好ましい。また、300質量%以下が好ましく、100質量%未満がより好ましく、70質量%以下がさらに好ましく、50質量%以下が特に好ましい。処理剤の使用量を5質量%以上とすることにより、十分な精製効果が得られる。また、本発明では、後述するように、まず、閉鎖系で溶融シリコンと処理剤とを十分に反応させるものとしており、これにより処理剤の使用量を減少させることができる。 The amount of the treating agent used is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, further preferably 20% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more with respect to the raw material metal silicon (molten silicon). Moreover, 300 mass% or less is preferable, less than 100 mass% is more preferable, 70 mass% or less is more preferable, and 50 mass% or less is especially preferable. A sufficient purification effect can be obtained by setting the amount of the treatment agent used to 5% by mass or more. In the present invention, as will be described later, first, the molten silicon and the treatment agent are sufficiently reacted in a closed system, whereby the amount of the treatment agent used can be reduced.
尚、上記説明では、原料金属シリコンのみを加熱溶融して溶融シリコンとした後、ここに処理剤を添加するものとして説明したが、溶融シリコンと処理剤との液相界面を形成する形態としては、例えば、原料金属シリコンと処理剤とを混合した後に、同時に加熱溶解する形態であってもよい。原料金属シリコンと処理剤とを混合した後に加熱溶解する場合は、シリコンが溶融するまでに処理剤が蒸発するが、本発明では後述する工程S4によって、閉鎖系において溶融シリコンと処理剤とを反応させるものとしており、処理剤のロスを抑えることができる。尚、処理剤は、事前に処理剤同士を必要に応じて混合し、加熱溶融後に冷却し、フラックス化したものを用いることもできる。 In the above description, only the raw material metal silicon is heated and melted to obtain molten silicon, and then the treatment agent is added thereto. However, as a mode of forming a liquid phase interface between the molten silicon and the treatment agent, For example, the raw metal silicon and the treatment agent may be mixed and then heated and dissolved at the same time. When the raw material metal silicon and the processing agent are mixed and heated and melted, the processing agent evaporates until the silicon melts. In the present invention, the molten silicon and the processing agent are reacted in a closed system by the step S4 described later. The loss of the processing agent can be suppressed. In addition, the processing agent can also use the thing which mixed processing agents beforehand as needed, cooled after heat-melting, and made into flux.
但し、処理剤の蒸発を抑え効率的に使用する点から、好ましくは、原料金属シリコンのみを加熱溶融して溶融シリコンとした後、ここに処理剤を添加する。 However, from the viewpoint of suppressing the evaporation of the treatment agent and using it efficiently, preferably, only the raw metal silicon is heated and melted to form molten silicon, and then the treatment agent is added thereto.
原料金属シリコンと処理剤とを加熱融解させる温度は、上記シリコンを溶融させる際の温度と同等でよい。すなわち、シリコンの融点(1410℃)以上が好ましく、1450℃以上がより好ましい。また、該温度の上限は、2000℃以下が好ましく、1700℃以下がより好ましい。 The temperature at which the raw metal silicon and the treatment agent are heated and melted may be equal to the temperature at which the silicon is melted. That is, the melting point of silicon (1410 ° C.) or higher is preferable, and 1450 ° C. or higher is more preferable. The upper limit of the temperature is preferably 2000 ° C. or lower, and more preferably 1700 ° C. or lower.
かくして、溶融シリコンと処理剤とを接触させることにより、シリコン液相と処理剤液相との界面を構成することができる。ここで、本発明では、所定のメジアン径を有する処理剤を添加するものとしており、処理剤の飛散等を防止でき、処理剤を溶融シリコン液面へと確実に到達させることができる。そして、後述する工程S4〜S6において、シリコン液相と処理剤液相との界面を介して、溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させることができ、該不純物を気相に蒸発又は処理剤中に移行させることができる。また、シリコン液相と処理剤液相との界面を介して、処理剤が蒸発したガス又は複合化合物が一部分解してできた分解生成物のガス等をシリコンに作用させることにより、溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させることができる。 Thus, an interface between the silicon liquid phase and the processing agent liquid phase can be formed by bringing the molten silicon into contact with the processing agent. Here, in the present invention, a treatment agent having a predetermined median diameter is added, so that the treatment agent can be prevented from scattering and the treatment agent can reliably reach the molten silicon liquid surface. In steps S4 to S6 described later, impurities in the molten silicon and the treatment agent can be reacted via the interface between the silicon liquid phase and the treatment agent liquid phase, and the impurities are evaporated or treated in the gas phase. It can be transferred into the agent. Further, through the interface between the silicon liquid phase and the processing agent liquid phase, the gas in which the processing agent has evaporated or the decomposition product gas formed by partial decomposition of the composite compound is allowed to act on the silicon, so that The impurities can be reacted with the treating agent.
1.4.工程S4
工程S4は、溶融シリコンと処理剤とを閉鎖系で反応させる工程である。反応系を閉鎖系とするためには、例えば、溶融シリコン及び処理剤をるつぼ等の容器に充填し、当該容器を蓋等の閉鎖手段によって閉鎖すればよい。反応処理時間、すなわち溶融シリコンと処理剤との接触時間は、通常0.1時間以上が好ましく、0.25時間以上がより好ましく、0.5時間以上が特に好ましい。また、通常12時間以下が好ましく、6時間以下がより好ましく、2時間以下が特に好ましい。反応処理時間は、長い程、不純物の低下には効果があるが、プロセスコストの観点からは短い方が望ましい。
1.4. Step S4
Step S4 is a step of reacting the molten silicon and the processing agent in a closed system. In order to make the reaction system a closed system, for example, molten silicon and a processing agent may be filled in a container such as a crucible and the container may be closed by a closing means such as a lid. The reaction treatment time, that is, the contact time between the molten silicon and the treatment agent is usually preferably 0.1 hours or more, more preferably 0.25 hours or more, and particularly preferably 0.5 hours or more. Moreover, 12 hours or less are preferable normally, 6 hours or less are more preferable, and 2 hours or less are especially preferable. The longer the reaction treatment time, the more effective the reduction of impurities, but a shorter one is desirable from the viewpoint of process cost.
上記の通り溶融シリコンと処理剤との界面において生成した不純物を含む化合物、すなわちシリコン中の不純物と処理剤とを反応させた反応物は、蒸発するか又は一部は処理剤に溶け込み、処理剤とともに蒸発する。ここで、処理剤はその大部分が溶融シリコン中の不純物と反応せずに蒸発する。しかしながら、工程S4では、反応系を閉鎖系としているため、蒸発した処理剤が系内で凝縮し、再度、溶融シリコンの液面に落下・到達し得る。すなわち、工程S4においては、溶融シリコン液面からの蒸発物を反応系内で凝縮させて凝縮物とした後、該凝縮物を溶融シリコンへと落下させて再度処理剤として利用することで、溶融シリコンと処理剤との界面が常時適切に形成される。このように、反応系内で処理剤を循環させることによって、処理剤を無駄なく反応に寄与させることができ、処理剤のロスを抑えることができる。
ただし、工程S4において、処理剤を落下させることによる循環再利用は必須ではない。処理剤を落下させないまま、後述する工程S5において、閉鎖手段に凝縮させた処理剤を回収することも有り得る。
As described above, the compound containing impurities generated at the interface between the molten silicon and the treatment agent, that is, the reaction product obtained by reacting the impurities in the silicon with the treatment agent evaporates or partially dissolves in the treatment agent. Evaporates with. Here, most of the treatment agent evaporates without reacting with impurities in the molten silicon. However, in step S4, since the reaction system is a closed system, the evaporated treatment agent can condense in the system, and can drop and reach the liquid level of the molten silicon again. That is, in step S4, the evaporated material from the molten silicon liquid surface is condensed in the reaction system to form a condensed material, and then the condensed material is dropped into the molten silicon and used again as a processing agent. The interface between silicon and the treatment agent is always properly formed. Thus, by circulating the processing agent in the reaction system, the processing agent can contribute to the reaction without waste, and the loss of the processing agent can be suppressed.
However, in step S4, circulation reuse by dropping the treatment agent is not essential. It is possible to collect the processing agent condensed in the closing means in step S5 described later without dropping the processing agent.
工程S4では、溶融シリコンと処理剤とについて、相対速度の大きな流れを作ることにより、シリコン液相と処理剤液相の界面近傍に形成される反応場として機能する境界層を相対的に薄くすることができる。例えば、 電磁誘導撹拌によって加熱を行うことで、上記相対速度の大きな流れを作り出すことができる。このようにすることで不純物と処理剤との反応を一層促進することができる。或いは、下記(i)〜(iv)に係る方法によっても、不純物と処理剤との反応を一層促進することができる。
(i)不活性ガスをシリコン液相に吹き込む方法。
(ii)高周波誘導炉を用いてシリコン液相を誘導攪拌する方法。
(iii)上層の処理剤を機械的に下層のシリコン層に押し込む方法。或いは、下層の処理剤を機械的に上層のシリコン層に押し上げる方法。機械的に押し込む或いは押し上げるとは、機械的手段、例えばグラファイトでできた凹型の治具を用いて上層の処理剤を下層のシリコン層に押し込む、或いは、下層の処理剤を上層のシリコンに押し上げることをいう。
(iv)回転子を使って液相を攪拌する方法。
In step S4, the boundary layer functioning as a reaction field formed in the vicinity of the interface between the silicon liquid phase and the processing agent liquid phase is made relatively thin by creating a flow having a large relative velocity between the molten silicon and the processing agent. be able to. For example, a flow having a large relative speed can be created by heating by electromagnetic induction stirring. By doing in this way, reaction with an impurity and a processing agent can be accelerated further. Alternatively, the reaction between the impurity and the treating agent can be further promoted by the methods according to the following (i) to (iv).
(I) A method of blowing an inert gas into the silicon liquid phase.
(Ii) A method of induction stirring the silicon liquid phase using a high frequency induction furnace.
(Iii) A method of mechanically pushing the upper treatment agent into the lower silicon layer. Alternatively, a method of mechanically pushing up the lower processing agent to the upper silicon layer. Mechanically pushing in or pushing up means pushing the upper treatment agent into the lower silicon layer using mechanical means, for example, a concave jig made of graphite, or pushing the lower treatment agent into the upper silicon. Say.
(Iv) A method of stirring the liquid phase using a rotor.
1.5.工程S5
工程S5は、閉鎖手段を交換する工程である。上記した工程S4において、溶融シリコン中の不純物と処理剤とが反応し、蒸発する。ここで、蒸発した処理剤は、上述の通り、閉鎖手段に付着させて凝縮させ、溶融シリコン中に再度落下させることにより、溶融シリコン中の不純物と反応させることが好ましい。工程S4において、このような循環反応が繰り返されることで、閉鎖手段に付着して凝縮した処理剤には、時間の経過とともに、不純物が濃縮されることとなる。この際、閉鎖手段について、例えば冷却水等を用いて所定部分を低温に制御することにより、処理剤を当該所定部分に優先的に凝縮させてもよい。工程S5では、このように濃縮された不純物を含む処理剤の凝縮物を、閉鎖手段から取り除くため、閉鎖手段を新たな閉鎖手段に交換する。
1.5. Process S5
Step S5 is a step of replacing the closing means. In the above-described step S4, the impurities in the molten silicon react with the treatment agent to evaporate. Here, as described above, the evaporated treatment agent is preferably allowed to react with impurities in the molten silicon by being adhered to the closing means, condensed, and dropped again into the molten silicon. In step S4, such a cyclic reaction is repeated, so that impurities are concentrated over time in the treatment agent that has adhered to the closing means and condensed. At this time, the closing agent may be preferentially condensed to the predetermined portion by controlling the predetermined portion to a low temperature using, for example, cooling water. In step S5, in order to remove the condensate of the processing agent containing impurities thus concentrated from the closing means, the closing means is replaced with a new closing means.
工程S5において閉鎖手段を交換した後は、図1に矢印で示したように、再度、系内に処理剤を添加し(工程S3)、新たな閉鎖手段を用いて閉鎖系にて反応を行い(工程S4)、再び閉鎖手段を交換する(工程S5)。このように工程S3〜S5を繰り返した後、閉鎖手段を取り外し、工程S6に進む。工程S3〜S5の繰り返しについて、その繰り返しの回数は特に限定されるものではなく、添加した処理剤の量や処理時間を考慮しつつ、適宜決定すればよい。 After replacing the closing means in step S5, as indicated by the arrow in FIG. 1, the processing agent is added again to the system (step S3), and the reaction is performed in the closed system using the new closing means. (Step S4), the closing means is replaced again (Step S5). After repeating steps S3 to S5 in this way, the closing means is removed and the process proceeds to step S6. About repetition of process S3-S5, the frequency | count of the repetition is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably, considering the quantity and processing time of the added processing agent.
1.6.工程S6
工程S6は、工程S4の後、閉鎖手段を取り外す等したうえで、溶融シリコンに所定の粒子径を有する処理剤を任意に再度添加しつつ、溶融シリコンと処理剤とを開放系で反応させ、処理剤及び不純物を系外に除去する工程である。上記の通り溶融シリコンと処理剤との界面において生成した不純物を含む化合物、すなわちシリコン中の不純物と処理剤とを反応させた反応物は、蒸発するか又は一部は処理剤に溶け込み、処理剤とともに蒸発させて除去することができる。すなわち、反応系を開放系とすることで、処理剤とともに不純物を系外に容易に除去可能である。
1.6. Step S6
In step S6, after removing the closing means after step S4, the molten silicon and the processing agent are reacted in an open system while arbitrarily adding a processing agent having a predetermined particle diameter to the molten silicon again, This is a step of removing the processing agent and impurities out of the system. As described above, the compound containing impurities generated at the interface between the molten silicon and the treatment agent, that is, the reaction product obtained by reacting the impurities in the silicon with the treatment agent evaporates or partially dissolves in the treatment agent. And can be removed by evaporation. That is, by making the reaction system an open system, impurities can be easily removed out of the system together with the treatment agent.
工程S6に係る蒸発除去時の圧力(減圧度)は、大気圧であれば十分であるが、場合により10−4Pa程度まで減圧することが好ましい。また、蒸発除去時に、アルゴン等の不活性ガスをキャリアガスとして溶融シリコン中に吹き込むと、蒸発除去が促進されるので好ましい。また、工程S4と同様に、各種手段を用いて溶融シリコンを攪拌することが好ましい。 The pressure (decompression degree) at the time of evaporation removal in step S6 is sufficient if it is atmospheric pressure, but it is preferable to reduce the pressure to about 10 −4 Pa in some cases. In addition, it is preferable to blow an inert gas such as argon into the molten silicon at the time of evaporative removal because evaporative removal is promoted. Moreover, it is preferable to stir molten silicon using various means like process S4.
不純物を処理剤とともに蒸発除去した後に、必要に応じて、容器内を真空排気することにより残存する処理剤や溶融シリコン中に含まれるその他の不純物(リン等)を除去することも好ましい。 After evaporating and removing the impurities together with the treatment agent, it is also preferable to remove the remaining treatment agent and other impurities (phosphorus etc.) contained in the molten silicon by evacuating the inside of the container, if necessary.
溶融シリコンに含まれる不純物と処理剤との反応について、その作用等も含めさらに詳細に説明する。 The reaction between the impurities contained in the molten silicon and the treatment agent will be described in more detail including its action and the like.
(a)処理剤としてフッ化ナトリウム(NaF)を用いる場合
フッ化ナトリウム(NaF)の1500℃での比重は約1.8であり、シリコンの比重(約2.6)よりも軽い。そのため、系内では、下層であるシリコン液相と上層であるNaF液相との界面が構成される。
(A) When using sodium fluoride (NaF) as a treating agent The specific gravity of sodium fluoride (NaF) at 1500 ° C. is about 1.8, which is lighter than the specific gravity of silicon (about 2.6). Therefore, in the system, an interface between the lower silicon liquid phase and the upper NaF liquid phase is formed.
このような場合、界面を介して、次の反応が起こると考えられ、溶融シリコン中の不純物であるホウ素(B)は反応物として気相に蒸発し、一部は処理剤中に溶解して移動する。
4NaF+B=3Na+NaBF4、又は、3NaF+B=3Na+BF3
In such a case, it is considered that the following reaction occurs through the interface, and boron (B), which is an impurity in the molten silicon, evaporates as a reactant into the gas phase, and part of the boron is dissolved in the treatment agent. Moving.
4NaF + B = 3Na + NaBF 4 or 3NaF + B = 3Na + BF 3
また、溶融シリコン中の不純物であるアルミニウム(Al)についても、次の反応が起こると考えられる。ホウ素とは違い、生成物の蒸気圧は低いので、この場合は処理剤に溶解するが、処理剤を蒸発除去する時に一緒に除かれる。
Al+6NaF=Na3AlF6+3Na
Further, it is considered that the following reaction occurs with respect to aluminum (Al) which is an impurity in molten silicon. Unlike boron, the vapor pressure of the product is low, so in this case it dissolves in the treatment agent, but is removed together when the treatment agent is evaporated off.
Al + 6NaF = Na 3 AlF 6 + 3Na
一方で、NaF中のNaの一部が、溶融シリコン中に取り込まれるが、これについてはアルカリ除去処理によって容易に除去可能である。 On the other hand, a part of Na in NaF is taken into molten silicon, but this can be easily removed by alkali removal treatment.
NaBF4及びBF3等は、最初NaFに溶解すると思われるが、蒸気圧も高く、プロセス中に大部分は蒸発する。仮に、不純物がNaF中に溶解して残っていても、工程S6にて温度を上げるか、又は減圧状態で蒸発させることにより、NaFとともに不純物を一緒に蒸発除去することができる。 NaBF 4 and BF 3, etc., which are likely to first dissolved NaF, vapor pressure is high, the majority during the process evaporates. Even if the impurities remain dissolved in NaF, the impurities can be removed together with NaF by raising the temperature in step S6 or evaporating in a reduced pressure state.
アルミニウム(Al)やカルシウム(Ca)も同様のプロセスで、溶融シリコンから除去されることになる。アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)は、NaFと反応し、それぞれ、Na3AlF6、NaCaF5を生成して処理剤に溶解し、処理剤を除去するプロセスにおいて除去される。 Aluminum (Al) and calcium (Ca) are also removed from the molten silicon in the same process. Aluminum (Al) and calcium (Ca) react with NaF to form Na 3 AlF 6 and NaCaF 5 respectively, dissolve in the treatment agent, and are removed in the process of removing the treatment agent.
尚、NaFとSiとが反応して、SiF4が生成することも考えられ、気体のSiF4が不純物と反応することも考えられるが、いずれにしても、不純物は蒸気圧の高いフッ化物として除去することができる。 NaF and Si may react to produce SiF 4 , and gaseous SiF 4 may react with impurities, but in any case, the impurities are fluorides with high vapor pressure. Can be removed.
(b)処理剤としてNaFとSiF4の複合化合物(Na2SiF6)を用いる場合
処理剤としてNaFとSiF4の複合化合物(Na2SiF6)を用いることもできる。この場合、Na2SiF6は液相になる前に一部分解が起こり、NaFとSiF4になる。
(B) can also be used complex compounds NaF and SiF 4 as the treating agent complex compounds NaF and SiF 4 as if treatment agent used (Na 2 SiF 6) (Na 2 SiF 6). In this case, Na 2 SiF 6 partially decomposes before becoming a liquid phase, and becomes NaF and SiF 4 .
SiF4はガスであるので、Na2SiF6を機械的に溶融シリコン中に押し込んでやると、ガスが融液中の不純物と反応して好都合である。また、NaFと液相シリコン(Si)との反応が抑制されるために、精製するシリコンの歩留まりが向上するという利点がある。 Since SiF 4 is a gas, it is convenient to push Na 2 SiF 6 mechanically into the molten silicon because the gas reacts with impurities in the melt. Further, since the reaction between NaF and liquid phase silicon (Si) is suppressed, there is an advantage that the yield of silicon to be purified is improved.
これらの反応は、通常0.5〜2気圧で行うことが好ましく、アルゴン等の不活性ガスでシールした大気圧が経済的に望ましい。大気圧でも、処理剤は殆ど蒸発させることができる。さらに、完全に除去する場合は、約1.3×102〜1.3×10−3Pa(1〜10−5Torr)の真空にして蒸発させることが好ましい。こうすることによって、融液はシリコンだけとなり、後述する工程S7にて、鋳型に鋳込むことによって容易に回収できるようになる。 These reactions are usually preferably carried out at 0.5 to 2 atmospheres, and atmospheric pressure sealed with an inert gas such as argon is economically desirable. Even at atmospheric pressure, the treatment agent can be almost evaporated. Furthermore, when removing completely, it is preferable to evaporate by making a vacuum of about 1.3 × 10 2 to 1.3 × 10 −3 Pa (1 to 10 −5 Torr). By doing so, the melt is only silicon, and can be easily recovered by casting into a mold in step S7 described later.
尚、工程S4〜S6において、系内に酸素が存在する場合、当該酸素と溶融シリコンとが反応して酸化物(特に、シリカ)が生成する。シリカは溶融シリコンと処理剤との界面に固体状で存在することとなり、処理剤と溶融シリコンとの接触界面を減少させてしまう場合がある。すなわち、シリカの生成によって、不純物と処理剤との反応が阻害され、不純物を効率よく除去できない虞がある。上記においては、当該酸化物を処理剤中に溶解させるものとして記載したが、下記のような工程を備えさせることで、シリカの生成を防いでも良い。 In Steps S4 to S6, when oxygen is present in the system, the oxygen and molten silicon react to generate an oxide (particularly silica). Silica exists in a solid state at the interface between the molten silicon and the treatment agent, and may reduce the contact interface between the treatment agent and the molten silicon. That is, the production of silica hinders the reaction between the impurities and the treating agent, and there is a possibility that the impurities cannot be removed efficiently. In the above description, the oxide is described as being dissolved in the treating agent. However, the formation of silica may be prevented by providing the following steps.
すなわち、系内に酸素を含まないガスを流通させることで、系内から系外へと酸素を除去する工程を有するとともに、不純物を含む溶融シリコンと処理剤とを系内で接触させ、該溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程を有する、シリコンの製造方法とすることにより、系内の酸素が除去されることとなる結果、シリカの生成を抑制することができる。 That is, it has a step of removing oxygen from the system to the outside by circulating a gas that does not contain oxygen in the system, and the molten silicon containing impurities and the treatment agent are brought into contact with each other in the system, and the molten By producing a silicon production method that includes a step of reacting impurities in the silicon with a treatment agent and removing the impurities out of the system, oxygen in the system is removed, resulting in generation of silica. Can be suppressed.
この場合、溶融シリコンの液相中に酸素を含まないガスを吹き込むことによって、系内に酸素を含まないガスを流通させてもよい。これによって、溶融シリコン中の酸素も系外へと追い出すことができ、シリカの生成を一層抑制することができる。 In this case, a gas containing no oxygen may be circulated in the system by blowing a gas containing no oxygen into the liquid phase of the molten silicon. As a result, oxygen in the molten silicon can also be driven out of the system, and generation of silica can be further suppressed.
酸素を含まないガスとしては、アルゴンガスが好ましい。 Argon gas is preferable as the gas not containing oxygen.
また、系内に酸素を含まないガスを流通させる場合、当該ガスをキャリアガスとして使用することもできる。すなわち、溶融シリコンから蒸発除去された不純物を、酸素を含まないガスをキャリアガスとして系外へ除去することができる。これにより、酸素の除去と不純物の除去とを同時に行うことが可能である。 In addition, when a gas containing no oxygen is circulated in the system, the gas can be used as a carrier gas. That is, impurities removed by evaporation from molten silicon can be removed out of the system using a gas that does not contain oxygen as a carrier gas. Thereby, oxygen removal and impurity removal can be performed simultaneously.
一方、大規模でシリコンの製造を行いたい場合、系内を完全に不活性ガス雰囲気とすることは難しい場合がある。この観点から、大気雰囲気でシリコンの製造を行うことができれば、効率的にシリコンを製造することができるものと考えられる。また、大気雰囲気で製造することができれば製造コストを抑えることもできる。しかしながら、上述したように、大気雰囲気では、酸素とシリコンとが反応することによってシリカが生成し、反応界面が減少してしまうという問題がある。この問題は、例えば、下記のようなシリコンの製造方法とすることにより解決できる。 On the other hand, when it is desired to manufacture silicon on a large scale, it may be difficult to make the system completely in an inert gas atmosphere. From this point of view, if silicon can be manufactured in an air atmosphere, it is considered that silicon can be efficiently manufactured. Moreover, if it can manufacture in an air atmosphere, manufacturing cost can also be suppressed. However, as described above, in the air atmosphere, there is a problem that silica is generated by the reaction between oxygen and silicon, and the reaction interface decreases. This problem can be solved by, for example, the following silicon manufacturing method.
すなわち、不純物を含む溶融シリコンと処理剤とを、酸素を含む系内で接触させ、該溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程を有するとともに、処理剤を、溶融シリコンの液面部分及び/又は内部であって、酸素と反応することによって生成した酸化物の存在しない部分に供給する、シリコンの製造方法とすることによって、溶融シリコンと処理剤とを適切に接触させることが可能となる。 That is, the process includes a step of bringing molten silicon containing impurities into contact with a treatment agent in a system containing oxygen, causing the impurities in the molten silicon to react with the treatment agent, and removing the impurities out of the system. By supplying the agent to the liquid surface portion and / or the inside of the molten silicon, and to the portion where the oxide generated by reacting with oxygen is not present, the molten silicon and the treatment agent Can be properly brought into contact with each other.
この場合は、例えば、溶融シリコンの液面に生成した酸化物を移動させることによって、溶融シリコンの液面部分及び/又は内部に、酸化物の存在しない部分を作り出すとよい。 In this case, for example, a portion where no oxide is present may be created in the liquid surface portion and / or inside of the molten silicon by moving the generated oxide to the liquid surface of the molten silicon.
酸化物の移動については、機械や道具を使用して移動させる形態の他、誘導加熱によって溶融シリコンを誘導攪拌し、流れを誘起することで酸化物を一定の方向に移動させる形態、或いは、プラズマ処理等によって酸化物を移動或いは除去する形態であってもよい。 As for the movement of oxide, in addition to the form of moving using machines and tools, the form of moving the oxide in a certain direction by inducing and stirring the molten silicon by induction heating and inducing flow, or plasma It may be a form in which the oxide is moved or removed by treatment or the like.
さらには、溶融シリコンの内部に処理剤を押し込むことにより、溶融シリコンの内部における酸化物の存在しない部分に処理剤を供給する形態であってもよい。 Furthermore, the form which supplies a processing agent to the part in which the oxide does not exist in the inside of molten silicon by pushing a processing agent in the inside of molten silicon may be sufficient.
1.7.工程S7
工程S7は、系内の溶融シリコンを凝固させる工程である。溶融シリコンの凝固については、溶融シリコンを鋳型に鋳込む等、溶融シリコンを冷却することにより行えばよい。溶融シリコンを凝固させることにより、不純物が除去された高純度のシリコンインゴットを得ることができる。また、溶融シリコンを凝固させる際に、いわゆる一方向凝固を行って、残存する不純物を偏析によって除去することにより、さらに高純度のシリコンを得ることも可能である。
1.7. Step S7
Step S7 is a step of solidifying molten silicon in the system. The solidification of the molten silicon may be performed by cooling the molten silicon, such as casting the molten silicon into a mold. By solidifying the molten silicon, a high-purity silicon ingot from which impurities are removed can be obtained. Further, when the molten silicon is solidified, so-called unidirectional solidification is performed, and remaining impurities are removed by segregation, whereby higher purity silicon can be obtained.
上記方法により、不純物を除去した後、さらに、アルカリ金属の除去を行うことにより、より高純度のシリコンとすることができる。アルカリ金属の除去は、それ自体既知の通常用いられる方法により行うことができる。例えば、真空処理、一方向凝固等のプロセスで容易に除去される。 After removing the impurities by the above method, the alkali metal can be further removed to obtain higher-purity silicon. The alkali metal can be removed by a commonly used method known per se. For example, it is easily removed by processes such as vacuum processing and unidirectional solidification.
このように、製造方法S100においては、上記工程S1〜S7によって、溶融シリコン中の不純物を除去する。そして、不純物の除去を終了後、処理剤を蒸発除去するとよい。また、さらに、純度を上げたい場合は、処理剤の蒸発除去の後、新たに処理剤を添加し、再度工程S3〜S6を繰り返すとよい。 Thus, in the manufacturing method S100, impurities in the molten silicon are removed by the steps S1 to S7. Then, after the removal of impurities is completed, the treatment agent may be removed by evaporation. Further, when it is desired to increase the purity, after removing the treatment agent by evaporation, a treatment agent is newly added, and the steps S3 to S6 are repeated again.
また、製造方法S100においては、高純度処理剤と低純度処理剤とを使い分けてもよい。例えば、溶融シリコン中の不純物濃度が高い場合は低純度処理剤を用いて不純物をある程度除去し、その後、溶融シリコン中の不純物濃度の低くなった後(例えば、精製時間全体の8割以上が経過した際、或いは、溶融シリコン中のホウ素濃度が質量基準で1ppm以下となった際)は、一度系内の処理剤を除去した後、系外から新たな処理剤(未使用の処理剤或いは回収し再生した高純度処理剤)を投入し、引き続き工程S4〜S6を行ってもよい。 Moreover, in manufacturing method S100, you may use a high purity processing agent and a low purity processing agent properly. For example, when the impurity concentration in the molten silicon is high, the impurities are removed to some extent using a low-purity treatment agent, and then the impurity concentration in the molten silicon is lowered (for example, 80% or more of the entire purification time has elapsed). Or when the boron concentration in the molten silicon becomes 1 ppm or less on the basis of mass), once the processing agent in the system is removed, a new processing agent (unused processing agent or recovered from outside the system) is removed. Then, the regenerated high-purity treatment agent) may be added, and then steps S4 to S6 may be performed.
製造方法S100においては、蒸発した処理剤を回収することで、次回以降のシリコン精製の際、再び処理剤として用いることもできる。この際、精製によって処理剤に含まれる不純物を除去し、処理剤を再生することが好ましい。図2を参照しつつ、処理剤を回収する工程(工程S8)、処理剤を再生する工程(工程S9)について説明する。 In the manufacturing method S100, the evaporated processing agent can be recovered and used again as the processing agent in the next and subsequent silicon purification. At this time, it is preferable to regenerate the treatment agent by removing impurities contained in the treatment agent by purification. With reference to FIG. 2, the process of recovering the processing agent (process S8) and the process of regenerating the processing agent (process S9) will be described.
1.8.工程S8
工程S8は、系内から処理剤を回収する工程である。例えば、上記の工程S5又は工程S6から、処理剤を回収することができる。
1.8. Step S8
Step S8 is a step of recovering the processing agent from the system. For example, the processing agent can be recovered from the above step S5 or step S6.
工程S5を経た閉鎖手段には、濃縮された不純物を含む処理剤が付着して凝縮しており、この凝縮物をかきとることで、処理剤を回収することができる。 A processing agent containing concentrated impurities adheres and condenses on the closing means that has undergone step S5, and the processing agent can be recovered by scraping the condensate.
また、工程S6の際、系外において、処理剤(気体状、液状、或いは粉体状)を回収することもできる。例えば、処理剤を含むヒュームを系内から系外へと吸引して集塵することで、処理剤を回収することができる。この際、吸引口にて処理剤を不要に凝固させることなく吸引することができ、且つ、流通経路における処理剤の詰まりを防止できる観点から、吸引口や流通経路を処理剤の融点よりも高温となるように設定しておくことが好ましい。また、ヒュームをキャリアガスとともに吸引する場合においては、流通経路における風速(m・s−1)を5以上30以下とすることが好ましい。これによっても、流通経路における処理剤の付着を抑制することができ、流通経路の詰まりを防止することができる。また、吸引の際は、吸引口を処理剤や溶融シリコンの液面近傍に設置するとよい。これにより、吸引口における温度を容易に処理剤の融点以上の温度とすることができるとともに、蒸発した処理剤を効率よく吸引することができる。 In addition, at the time of step S6, the processing agent (gaseous, liquid, or powder) can be recovered outside the system. For example, the processing agent can be collected by sucking and collecting the fumes containing the processing agent from the inside of the system to the outside of the system. At this time, the suction port and the distribution path are at a temperature higher than the melting point of the treatment agent from the viewpoint of being able to suck the treatment agent without unnecessary solidification at the suction port and preventing clogging of the treatment agent in the distribution path. It is preferable to set so that. Further, when the fumes are sucked together with the carrier gas, it is preferable that the wind speed (m · s −1 ) in the distribution channel is 5 or more and 30 or less. Also by this, adhesion of the processing agent in the distribution channel can be suppressed, and clogging of the distribution channel can be prevented. In suctioning, a suction port may be installed in the vicinity of the liquid surface of the processing agent or molten silicon. Accordingly, the temperature at the suction port can be easily set to a temperature equal to or higher than the melting point of the processing agent, and the evaporated processing agent can be efficiently sucked.
例えば、ヒュームを、サイクロン又はバグフィルターによって凝縮させ、凝縮物として回収することができる。或いは、ヒュームを湿式捕集によって溶媒中に捕集してスラリーとし、該スラリーを乾燥することで塊状の凝縮物として回収することもできる。この場合、溶媒としては水が好適に用いられる。尚、湿式捕集を経て塊状の凝集物として回収することで、以下の効果も奏する。すなわち、塊状の凝集物は、後述する工程S9において、粉体よりも容易に溶融・精製することができる。これは、塊状となることで空隙が減少し、密度が大きくなる結果、熱伝導率が高くなり、内部にまで容易に熱を伝導させることができるためと考えられる。これにより凝集物を容易に溶融させることができ、内部に存在する不純物を効率的に除去、精製することができる。 For example, the fumes can be condensed by a cyclone or bag filter and recovered as a condensate. Alternatively, the fumes can be collected in a solvent by wet collection to form a slurry, and the slurry can be recovered as a massive condensate by drying. In this case, water is preferably used as the solvent. In addition, the following effects are also show | played by collect | recovering as a blocky aggregate through wet collection. That is, the massive aggregate can be melted and purified more easily than the powder in step S9 described later. This is considered to be because the voids are reduced and the density is increased by becoming a lump, resulting in an increase in thermal conductivity, and heat can be easily conducted to the inside. Thereby, the aggregate can be easily melted, and impurities existing inside can be efficiently removed and purified.
1.9.工程S9
工程S9は、工程S8にて回収した処理剤を再生する工程である。工程S9においては、処理剤を精製することにより再生することができる。例えば、処理剤を加熱することによって、処理剤に含まれる不純物を除去することができ、処理剤を再生することができる。処理剤を再生する際の加熱温度は、例えば400〜1700℃程度、好ましくは600〜1600℃とすることができる。
1.9. Step S9
Step S9 is a step of regenerating the treatment agent collected in step S8. In step S9, it can be regenerated by purifying the treatment agent. For example, by heating the treatment agent, impurities contained in the treatment agent can be removed, and the treatment agent can be regenerated. The heating temperature at the time of regenerating the treatment agent is, for example, about 400 to 1700 ° C., preferably 600 to 1600 ° C.
尚、処理剤を加熱して焼結させることにより、或いは、処理剤を加熱溶融させた後で冷却固化させることにより、メジアン径が70μm以上の処理剤を得ることも可能である。すなわち、処理剤を加熱することにより、中に含まれる不純物を除去するとともに、シリコンの製造に好適に用いることが可能な所定のメジアン径を有する処理剤を容易に得ることができる。 It is also possible to obtain a treatment agent having a median diameter of 70 μm or more by heating and sintering the treatment agent or by cooling and solidifying the treatment agent after heating and melting. That is, by heating the treatment agent, impurities contained therein can be removed, and a treatment agent having a predetermined median diameter that can be suitably used for silicon production can be easily obtained.
再生した処理剤は、工程S3における処理剤として、或いは、工程S6において任意に添加される処理剤として用いることが可能である。 The regenerated processing agent can be used as the processing agent in step S3 or as a processing agent arbitrarily added in step S6.
このように、製造方法S100は、系内の溶融シリコンへと処理剤を添加する工程(工程S1〜S3)と、溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程(工程S4〜S6)とを有し、処理剤のメジアン径を70μm以上としたことにより、系内における処理剤の飛散を防止し、処理剤を有効に利用することができる。 As described above, in the manufacturing method S100, the step of adding the treatment agent to the molten silicon in the system (steps S1 to S3), the impurities in the molten silicon and the treatment agent are reacted, and the impurities are removed from the system. And the processing agent (steps S4 to S6) has a median diameter of 70 μm or more, the scattering of the processing agent in the system can be prevented and the processing agent can be used effectively.
尚、上記シリコンの製造方法S100においては、処理剤の添加(工程S3)の後、まず、閉鎖系にて反応を行い(工程S4)、その後、開放系にて反応を行う(工程S6)ものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。処理剤を添加した直後に開放系で反応を行ってもよい。或いは、処理剤を添加しながら、開放系で反応を行うことも可能である。本発明では、メジアン径が70μm以上の処理剤を用いるため、系内における処理剤の飛散等を防止でき、処理剤を溶融シリコンの液面に確実に到達させることができるため、閉鎖系にて反応を行わずとも、溶融シリコンから不純物を効率的に除去することができる。ただし、反応系内で処理剤を循環させ、或いは、処理剤を凝縮させることによって、処理剤を無駄なく反応に寄与させることができ、或いは、処理剤を適切に回収することができ、処理剤のロスを一層抑えることができる観点からは、閉鎖系にて反応を行った後、開放系にて処理剤及び不純物の蒸発除去を行うことが好ましい。 In the silicon production method S100, after the treatment agent is added (step S3), the reaction is first performed in a closed system (step S4), and then the reaction is performed in an open system (step S6). However, the present invention is not limited to the embodiment. You may react by an open system immediately after adding a processing agent. Or it is also possible to react by an open system, adding a processing agent. In the present invention, since a processing agent having a median diameter of 70 μm or more is used, it is possible to prevent scattering of the processing agent in the system, and to ensure that the processing agent reaches the liquid level of the molten silicon. Impurities can be efficiently removed from the molten silicon without performing a reaction. However, the treatment agent can be contributed to the reaction without waste by circulating the treatment agent in the reaction system or condensing the treatment agent, or the treatment agent can be recovered appropriately, and the treatment agent can be recovered. From the viewpoint of further reducing the loss, it is preferable to carry out the reaction in a closed system and then evaporate and remove the processing agent and impurities in an open system.
また、上記説明においては、工程S4において、反応系を閉鎖系とし溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、閉鎖手段において蒸発物を凝縮させた後、工程S5において、閉鎖手段を新たな閉鎖手段に交換し、工程S3〜工程S5を繰り返すものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。工程S5において、閉鎖手段を新たな閉鎖手段に交換し、新たな処理剤を追加することなく、工程S4〜工程S5を繰り返すものとしてもよいし、工程S5を行わず、閉鎖手段を取り外す等して、工程S4からそのまま工程S6を行うことも可能である。また、工程S4からそのまま工程S6を行う際、工程S3を同時に行ってもよい。すなわち、溶融シリコンの液面よりも下方から処理剤を連続的に導入しながら(工程S3)、閉鎖系における反応(工程S4)と開放系における反応(工程S6)とを行ってもよい。 Further, in the above description, in step S4, the reaction system is a closed system, the impurities in the molten silicon react with the treatment agent, the evaporated substance is condensed in the closing means, and in step S5, the closing means is renewed. Although it replaced with the closure means and demonstrated as what repeats process S3-process S5, this invention is not limited to the said form. In step S5, the closing means may be replaced with a new closing means, and steps S4 to S5 may be repeated without adding a new processing agent, or the closing means may be removed without performing step S5. Thus, the step S6 can be performed as it is from the step S4. Moreover, when performing process S6 as it is from process S4, you may perform process S3 simultaneously. That is, the reaction in the closed system (step S4) and the reaction in the open system (step S6) may be performed while continuously introducing the treatment agent from below the liquid level of the molten silicon (step S3).
2.シリコンの製造装置
本発明に係るシリコンの製造方法を実施可能な製造装置について説明する。本発明に係るシリコンの製造装置は、不純物を含む溶融シリコンと処理剤とを系内で接触させ、該溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する、シリコンの製造装置であって、系内に下記(1)〜(4)が備えられていることに特徴を有する。
(1)底部と側部と上部開口部とを有し、不純物を含む溶融シリコンと処理剤とが充填される容器
(2)不純物を含む溶融シリコンと処理剤とを加熱する加熱手段
(3)反応系を閉鎖系とするための、容器を閉鎖する閉鎖手段
(4)反応系を開放系とする際に用いる、溶融シリコン及び処理剤からの蒸発物を系外に除去する、除去手段
2. Silicon Manufacturing Apparatus A manufacturing apparatus capable of performing the silicon manufacturing method according to the present invention will be described. An apparatus for producing silicon according to the present invention is a method of bringing molten silicon containing impurities into contact with a processing agent in the system, reacting the impurities in the molten silicon with the processing agent, and removing the impurities out of the system. This manufacturing apparatus is characterized in that the following (1) to (4) are provided in the system.
(1) A container having a bottom, a side, and an upper opening and filled with molten silicon containing impurities and a processing agent. (2) Heating means for heating the molten silicon containing impurities and the processing agent. Closing means for closing the container to make the reaction system closed (4) Removal means for removing the evaporated silicon and molten material from the processing agent used when the reaction system is made open
例えば、チャンバー等の筐体内に上記容器、加熱手段、冷却手段を設置することで、当該筐体内を「系内」、筐体外を「系外」とすることができる。そして筐体の一部に除去手段としての排出口を設けることで、溶融シリコンの精製時、系内から排出口を介して系外へと不純物を蒸発除去することができる。 For example, by installing the container, the heating means, and the cooling means in a housing such as a chamber, the inside of the housing can be made “inside the system” and the outside of the housing can be made “outside the system”. By providing a discharge port as a removing means in a part of the casing, impurities can be evaporated and removed from the system to the outside through the discharge port during the purification of the molten silicon.
2.1.容器
容器は、溶融シリコンと処理剤とが充填されるものであり、容器内で上記溶融シリコンと処理剤との界面が形成されることで、溶融シリコン中の不純物と処理剤とを反応させることができる。そして、不純物は、気相に蒸発し、或いは、処理剤中に溶解することによって、溶融シリコンから上部開口部及び排出手段を介して系外へと除去される。容器の材質については、本発明に係るシリコンの製造方法を実施可能なものであれば特に限定されるものではないが、グラファイト或いはシリコンカーバイドからなる容器を用いることが好ましい。容器の形状、大きさについては、精製プロセスの規模(加熱手段の規模)に応じて適宜決定すればよい。
2.1. Container The container is filled with molten silicon and a processing agent, and the interface between the molten silicon and the processing agent is formed in the container to react the impurities in the molten silicon with the processing agent. Can do. The impurities are removed from the molten silicon out of the system through the upper opening and the discharging means by evaporating into the gas phase or dissolving in the processing agent. The material of the container is not particularly limited as long as the method for producing silicon according to the present invention can be performed, but it is preferable to use a container made of graphite or silicon carbide. The shape and size of the container may be appropriately determined according to the scale of the purification process (scale of the heating means).
2.2.加熱手段
加熱手段は、容器内に充填された溶融シリコンと処理剤とを加熱可能なものであれば特に限定されるものではない。特に、誘導加熱炉を用いると、容器内の溶融シリコン及び処理剤が誘導攪拌され、反応を促進させることができ好ましい。
2.2. Heating means The heating means is not particularly limited as long as it can heat the molten silicon filled in the container and the treatment agent. In particular, it is preferable to use an induction heating furnace because the molten silicon and the processing agent in the container are induction-stirred to promote the reaction.
2.3.閉鎖手段
閉鎖手段は、容器の上部開口部の上方に設けられ、反応系を閉鎖系とし、溶融シリコン及び処理剤からの揮発物を凝縮させるものであれば、特に限定されるものではなく、凝縮物を容器の上部開口部から溶融シリコンへと落下可能なものが好適に用いられる。例えば、系内の上下方向に延在する側壁を有するとともに、下部が開口部とされ上部が閉鎖部とされた蓋部材とすることができる。このような蓋部材の内部(中空部)においては、温度分布が存在し、容器側から離れるにしたがって温度が低下する。すなわち、蒸発した処理剤は、蓋部材の内部を上昇するにつれて冷却され、いずれは凝縮することとなる。凝縮した処理剤は、密度が増加し、蓋部材の内部から容器の上部開口部へと自然落下する。尚、蒸発した処理剤は、蓋部材の中空の空間部で冷却・凝縮されてもよく、蓋部材の内部壁に付着して凝縮されてもよい。内部壁に付着した凝縮物であっても、壁面から剥がれ落ちることで、或いは、壁面から流れ落ちることで、容器の上部開口部へと自然落下可能である。この際は、蓋部材に振動を加えられるような手段を設けると、処理剤の落下が促され好ましい。或いは、上記の工程S5にて説明したように、付着した凝縮物を落下させることなく、回収してもよい。
2.3. Closing means The closing means is not particularly limited as long as it is provided above the upper opening of the container, and the reaction system is a closed system and condenses the volatiles from the molten silicon and the processing agent. What can drop an object from the upper opening part of a container to molten silicon is used suitably. For example, a lid member having a side wall extending in the vertical direction in the system and having an opening at the lower part and a closing part at the upper part can be provided. In the inside (hollow part) of such a lid member, a temperature distribution exists, and the temperature decreases as the distance from the container side increases. That is, the evaporated processing agent is cooled as it rises inside the lid member, and eventually condenses. The condensed treatment agent increases in density and spontaneously falls from the inside of the lid member to the upper opening of the container. The evaporated treatment agent may be cooled and condensed in the hollow space of the lid member, or may be condensed by adhering to the inner wall of the lid member. Even condensate adhering to the inner wall can be naturally dropped into the upper opening of the container by peeling off from the wall surface or flowing down from the wall surface. In this case, it is preferable to provide a means for applying vibration to the lid member because the treatment agent can be dropped. Or you may collect | recover, without dropping the adhering condensate, as demonstrated in said process S5.
蓋部材の形状や大きさは特に限定されるものではない。例えば、上記容器の上部開口部と同程度の大きさの開口を有し、容器から上方に延びる側壁を有する蓋部材とすることができる。蓋部材の材質についても系内の温度に耐え得るものであって、蒸発した処理剤との反応を生じ難いものであれば特に限定されるものではない。例えば、上記容器と同様の材質のものとすることができる。また、筒状体の周囲に温度制御のためにセラミック等の断熱材をつけてもよい。さらに、蓋部材の上部閉鎖部については、ガスだけを逃がすような構造としてもよい。例えば、カーボンフェルト等のフィルターによって、閉鎖部を形成してもよい。 The shape and size of the lid member are not particularly limited. For example, a lid member having an opening of the same size as the upper opening of the container and having a side wall extending upward from the container can be used. The material of the lid member is not particularly limited as long as it can withstand the temperature in the system and does not easily react with the evaporated treatment agent. For example, it can be made of the same material as the container. Moreover, you may attach heat insulating materials, such as a ceramic, for temperature control around a cylindrical body. Further, the upper closing portion of the lid member may have a structure that allows only gas to escape. For example, the closed portion may be formed by a filter such as carbon felt.
また、蓋部材の内部には、仕切り部材が設けられていてもよい。仕切り部材によって、蓋部材内部の表面積を増大させることができる。仕切り部材の形状や材質については特に限定されるものではない。 A partition member may be provided inside the lid member. The surface area inside the lid member can be increased by the partition member. The shape and material of the partition member are not particularly limited.
一方、閉鎖手段は、系内の上下方向とは交差する方向に延在する板状体であってもよい。このような形態であっても、板状体の容器側表面近傍にて、蒸発した処理剤を凝縮させることができる。特に、水冷定盤とするとよい。蒸発した処理剤をより適切に凝縮させることができるからである。板状体の材質については、上記蓋部材と同様のものとすればよい。また、板状体の形状、大きさについては、容器の大きさを考慮して適宜決定すればよい。尚、板状体とする場合も、板状体と容器との間や、板状体の一部に、気体の逃げ道として間隙や孔を設けておいてもよい。板状体の設置位置は、容器の上部開口部の上方であればよい。特に、系内において処理剤の蒸気で満たされている位置に設けることが好ましい。 On the other hand, the closing means may be a plate-like body extending in a direction intersecting with the vertical direction in the system. Even if it is such a form, the processing agent which evaporated can be condensed in the container side surface vicinity of a plate-shaped object. In particular, a water-cooled surface plate is preferable. This is because the evaporated treatment agent can be more appropriately condensed. About the material of a plate-shaped body, what is necessary is just to make it the same as the said cover member. Further, the shape and size of the plate-like body may be appropriately determined in consideration of the size of the container. In the case of a plate-like body, a gap or a hole may be provided as a gas escape path between the plate-like body and the container or part of the plate-like body. The installation position of a plate-shaped body should just be above the upper opening part of a container. In particular, it is preferable to provide at a position filled with the vapor of the processing agent in the system.
閉鎖手段においては、蒸発した処理剤が融点以下に凝縮されれば、処理剤を落下させるという効果を期待できる。特に、閉鎖手段は、蒸発した処理剤を凝固点以下にまで冷却する手段であることが好ましい。したがって、不要な温度上昇を避けるべく、閉鎖手段は加熱手段よりも外側(上方)に設けられることが好ましい。例えば、加熱炉を誘導炉とした場合、コイルよりも上方に延びる側壁を有する蓋部材、或いは、コイルよりも上方に設けられた板状体とすることが好ましい。 In the closing means, if the evaporated processing agent is condensed below the melting point, the effect of dropping the processing agent can be expected. In particular, the closing means is preferably a means for cooling the evaporated treatment agent to below the freezing point. Therefore, it is preferable that the closing means is provided outside (above) the heating means in order to avoid an unnecessary temperature rise. For example, when the heating furnace is an induction furnace, it is preferable to use a lid member having a side wall extending upward from the coil, or a plate-like body provided above the coil.
閉鎖手段の溶融シリコン側となる表面については、酸化物又は窒化物、例えば、シリカ又は窒化シリコンをコーティングすることが好ましい。高純度のシリカや窒化シリコンの粒子をコーティングしてもよい。このようにコーティングすることにより、処理剤の固着を容易に防止することができ、処理剤の自然落下が促されるほか、処理剤の回収も容易となる。 The surface on the molten silicon side of the closing means is preferably coated with an oxide or nitride, for example silica or silicon nitride. High purity silica or silicon nitride particles may be coated. By coating in this manner, the treatment agent can be easily prevented from sticking, and the treatment agent can be spontaneously dropped, and the treatment agent can be easily recovered.
2.4.除去手段
除去手段は、反応系を開放系とした際、溶融シリコンからの蒸発物を系外へ排出・除去する手段である。除去手段としては、系内と系外とを連通するように設けられた排出口を例示することができる。上記したように、排出口は、チャンバー等の筐体の一部に設けることができる。特に、筐体の上部に設けることが好ましい。
2.4. Removal means The removal means is means for discharging / removing the evaporated substance from the molten silicon out of the system when the reaction system is an open system. An example of the removing means is a discharge port provided so as to communicate the inside and outside of the system. As described above, the discharge port can be provided in a part of a housing such as a chamber. In particular, it is preferably provided on the top of the housing.
尚、本発明に係るシリコンの製造装置において、除去手段には、さらに、溶融シリコン液面からの揮発物(蒸発物)を吸引する吸引手段が備えられていてもよい。吸引手段は、吸引口が溶融シリコンの液面上部であって、液面の近傍に設けられたものであることが好ましい。これにより、溶融シリコン液面からの蒸発物を効率的に除去することができる。吸引口における風速については、上述した通りである。 In the silicon manufacturing apparatus according to the present invention, the removing means may further include a suction means for sucking volatile matter (evaporated material) from the molten silicon liquid surface. The suction means preferably has a suction port provided above the liquid level of the molten silicon and in the vicinity of the liquid level. Thereby, the evaporated substance from the molten silicon liquid surface can be efficiently removed. The wind speed at the suction port is as described above.
また、本発明に係るシリコンの製造装置には、さらに、溶融シリコン液面からの揮発物(蒸発物)を回収するための回収手段が備えられていてもよい。回収手段は製造装置の系外に備えられていることが好ましい。例えば、シリコンの精製が完了した後、処理剤を蒸発除去する場合、回収手段によって、蒸発除去した処理剤を系外にて回収しておけば、次回のシリコン精製時に再び処理剤として再利用することができる。回収手段の具体例としては、サイクロン、バグフィルター又は湿式捕集手段のいずれかが好ましい。特に湿式捕集手段が好ましい。 Moreover, the silicon manufacturing apparatus according to the present invention may further include a recovery means for recovering volatile matter (evaporated matter) from the molten silicon liquid surface. The recovery means is preferably provided outside the system of the manufacturing apparatus. For example, when the treatment agent is removed by evaporation after the purification of silicon is completed, if the treatment agent removed by evaporation is recovered outside the system by the recovery means, it is reused as the treatment agent again at the next silicon purification. be able to. As a specific example of the recovery means, either a cyclone, a bag filter or a wet collection means is preferable. In particular, wet collecting means is preferred.
反応系を開放系とする場合は、閉鎖手段を機能させないようにする(例えば、蓋部材や板状体と容器との間に隙間を開ける、或いは、蓋部材や板状体を系内から系外へと取り外す等)。これにより、反応系を開放系とすることができ、溶融シリコン液面からの蒸発物を除去手段によりスムーズに蒸発除去させることができる。 When the reaction system is an open system, do not allow the closing means to function (for example, open a gap between the lid member or plate-like body and the container, or remove the lid member or plate-like body from the system. Etc.) Thereby, the reaction system can be an open system, and the evaporated material from the molten silicon liquid surface can be smoothly removed by evaporation by the removing means.
本発明に係るシリコンの製造装置の具体例を、上記以外のその他構成等も含めさらに詳細に説明する。 Specific examples of the silicon manufacturing apparatus according to the present invention will be described in more detail, including other configurations other than those described above.
2.5.1.シリコンの製造装置100
図3に、一実施形態に係る本発明のシリコンの製造装置100を概略的に示す。この装置100は、密閉可能なチャンバー、或いはアルゴン等の不活性ガスでシールできる筐体7、その内部に配置したグラファイト等の容器(るつぼ)3、誘導加熱用のコイル4、断熱材8、るつぼ3を支持する支持台10、及びシリコンを鋳込むための鋳型9などから成り、原料の金属シリコン1、処理剤2は、るつぼ3の中に液相分離の形で充填されている。また、反応系を閉鎖系とする場合には、るつb3の上方に閉鎖手段としての蓋部材13が設置される。
2.5.1.
FIG. 3 schematically shows a
筐体7には、ガスの導入口11、排気口12、原材料投入口6等が取り付けられている。筐体7として真空容器を用いる場合は、チャンバーの中を0.01〜2×105Pa(真空から2気圧)程度の圧力範囲まで制御することができるが、通常の、Ar等の不活性ガスシール筐体を用いる方が経済的である。
A
また、加熱用の誘導コイル4、断熱材8、るつぼ3は、一体で傾動できるようになっており、処理の済んだ原料金属シリコン1は、鋳型9に流しこまれる。
In addition, the
シリコンの製造の際は、まず、るつぼ3の上方にある蓋部材13とるつぼ3との間を開けて、原料の金属シリコン1をるつぼ3に充填し、加熱して溶融シリコンとした後、当該溶融シリコンの液面に所定の粒子径を有する処理剤を、原材料投入口6から溶融シリコン液面に一定量投入し、その後、蓋部材13をるつぼ3の上方に再び設置し、反応系を閉鎖系とする(図3の状態)。投入された処理剤は、加熱溶融した後蒸発するが、蓋部材13の中で蒸気が上昇した時に冷えて凝縮し、液状或いは固体状となり、密度が高いために再びるつぼ3中に自然落下することによって循環する。これによって、反応に関与せずに無駄に蒸発する処理剤を減らすことができる。このように閉鎖系にて反応を行った後、反応系を開放系とする。この場合は、例えば、蓋部材13とるつぼ3との間に隙間を設ける、或いは、蓋部材13を系外に取り外す等すればよい。シリコン1中の不純物は処理剤2と反応してガス状反応生成物となるため、るつぼ3の上部開口から排出口を介して系外に除去され、溶融シリコンが精製される。このとき、溶融シリコン中に残存する処理剤についても蒸発除去されるが、当該残存する処理剤にも不純物が微量溶解しているので、このプロセスによっても溶融シリコンは精製されることとなる。必要によっては、これらのプロセスを繰り返すことによって、溶融シリコン1は高純度化される。
In the production of silicon, first, the gap between the
2.5.2.シリコンの製造装置200
図4に、一実施形態に係る本発明のシリコンの製造装置200を概略的に示す。図2の装置200においては、溶融シリコン1と処理剤2との反応時に、両液相の界面を動かすことが不純物処理に有利であることに鑑み、液相の中に不活性ガスであるアルゴン等をガス吹き込み管25で吹き込むことによって液相を攪拌し、両液相界面での接触状態を改善可能としている。こうすることにより、不活性ガスとともに、界面での不純物の反応生成物を効率よく追い出すこともできる。尚、この場合、蓋部材13とるつぼ3との間に、気体の逃げ道として隙間を設けておくとよい。
2.5.2.
FIG. 4 schematically shows a
溶融シリコン1の撹拌に関しては、上記のようなガス吹き込みの変わりに、高周波誘導炉を用いてシリコン液相を誘導攪拌することや、また、攪拌板を溶融シリコン1中で回転し液相を攪拌する方法も有効である。誘導加熱の場合、電源の周波数が比較的低い、例えば、0.5〜5KHz程度の電源を用いると、誘導電流がシリコン融液内で発生し、特有の攪拌現象が発生するので望ましい。特に、この場合、攪拌板等をシリコン融液内に挿入する機械的撹拌をすることなく融液を攪拌できるので、汚染の点からも好ましい。
Regarding the stirring of the
2.5.3.シリコンの製造装置300
上記説明においては、閉鎖手段を必須に備えるものとして説明したが、本発明に係るシリコンの製造方法を実施可能なシリコンの製造装置としては、当該形態に限定されるものではない。図5に、一実施形態に係るシリコンの製造装置300を概略的に示す。図5の装置300においては、閉鎖手段に替えて吸引手段30が設けられている。吸引手段30は、吸引口が溶融シリコン1及び処理剤2の液面と対向する位置に設けられている。また、吸引口がるつぼ3の内側(上部開口部よりも下方)に設けられているので、蒸発した処理剤を効率的に吸引することが可能である。これにより、処理剤を吸引口で凝縮させることなく効率的に吸引することができる。また、本発明では、処理剤として所定の粒子径を有するものを用いるため、投入した処理剤は、吸引手段30により吸引されることなく、溶融シリコンの液面に到達することができる。
2.5.3.
In the above description, it has been described that the closing means is essential, but the silicon manufacturing apparatus capable of performing the silicon manufacturing method according to the present invention is not limited to this mode. FIG. 5 schematically shows a
ここで、溶融シリコンの液面から蒸発した処理剤や不純物を効率よく吸引するために、溶融シリコンと処理剤とが充填される容器側壁の最上端部の風速(m・s−1)を、0.5以上とすることが好ましい。流通経路の径は小さくすることが、風速を大きくして、経路壁面に処理剤が付着することを抑制するために好ましいが、小さすぎると圧力損失が大きくなる。そのため、流通経路の風速(m・s−1)が、5以上30以下となるように、流通経路の径と風量を決めることが好ましい。 Here, in order to efficiently suck the processing agent and impurities evaporated from the liquid surface of the molten silicon, the wind speed (m · s −1 ) at the uppermost end of the container side wall filled with the molten silicon and the processing agent is It is preferable to set it to 0.5 or more. It is preferable to reduce the diameter of the flow path in order to increase the wind speed and prevent the treatment agent from adhering to the wall of the path, but if it is too small, the pressure loss increases. Therefore, it is preferable to determine the diameter and the air volume of the flow path so that the wind speed (m · s −1 ) of the flow path is 5 or more and 30 or less.
このような形態にあっては、回収した処理剤を精製するため、処理剤を加熱する加熱手段を系外にさらに備えるとよい。回収した処理剤を加熱することで、処理剤中に溶解・残存する不純物を除去することができる。回収手段の形態は上述した通りである。 In such a form, in order to purify the collected processing agent, it is preferable to further include a heating means for heating the processing agent outside the system. By heating the collected treatment agent, impurities dissolved and remaining in the treatment agent can be removed. The form of the recovery means is as described above.
上記シリコンの製造装置100、200及び300を組み合わせた構成とすることも可能である。すなわち、溶融シリコン中にガスを吹き込みつつ閉鎖手段を用いて閉鎖系にて反応を行った後、当該閉鎖手段を取り外して開放系とし、吸引手段を備える除去手段によって、溶融シリコン液面からの揮発物(蒸発物)を吸引しながら、処理剤及び不純物を系外に除去するものとしてもよい。
A combination of the
以上のようなシリコンの製造装置によれば、本発明に係るシリコンの製造方法を適切に実施することができる。本発明に係るシリコンの製造方法により得られるシリコンの不純物濃度は、ホウ素(B)については2.0ppm以下が好ましく、1.5ppm以下がより好ましく、1.0ppm以下がさらに好ましく、0.5ppm以下が特に好ましい。また、アルミニウム(Al)については、通常20ppm以下が好ましく、18ppm以下がより好ましく、2ppm以下がさらに好ましく、1ppm以下が特に好ましい。さらに、カルシウム(Ca)については、通常20ppm以下が好ましく、5ppm以下がより好ましく、2ppm以下がさらに好ましく、1ppm以下が特に好ましい。尚、本発明に係る製造方法において上記工程S4〜6を何度も繰り返すことによって、不純物濃度を上記値よりもさらに小さくすることもできる。 According to the silicon manufacturing apparatus as described above, the silicon manufacturing method according to the present invention can be appropriately implemented. The impurity concentration of silicon obtained by the method for producing silicon according to the present invention is preferably 2.0 ppm or less, more preferably 1.5 ppm or less, further preferably 1.0 ppm or less, and 0.5 ppm or less for boron (B). Is particularly preferred. Moreover, about aluminum (Al), 20 ppm or less is preferable normally, 18 ppm or less is more preferable, 2 ppm or less is further more preferable, and 1 ppm or less is especially preferable. Furthermore, about calcium (Ca), 20 ppm or less is preferable normally, 5 ppm or less is more preferable, 2 ppm or less is further more preferable, and 1 ppm or less is especially preferable. In addition, in the manufacturing method which concerns on this invention, impurity concentration can also be made still smaller than the said value by repeating said process S4-6 many times.
シリコン中の不純物濃度は、例えば、ICP−MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer:高周波誘導結合プラズマ質量分析計)により分析することができる。 The impurity concentration in silicon can be analyzed by, for example, ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer).
本発明に係るシリコンの製造方法により得られるシリコンは、さらに他の精製方法を組み合わせてより純度を高めてもよい。 Silicon obtained by the method for producing silicon according to the present invention may be further purified by combining other purification methods.
3.シリコンの用途
本発明に係るシリコンの製造方法によって得られたシリコンは、公知の方法で加工することにより、例えば、太陽電池用のシリコンインゴットやシリコンウェハーとして用いることができる。或いは、太陽電池用パネルを制作する際の素材に使用される高純度シリコンとして用いることもできる。
3. Use of silicon Silicon obtained by the method for producing silicon according to the present invention can be used as, for example, a silicon ingot for a solar cell or a silicon wafer by processing it by a known method. Alternatively, it can be used as high-purity silicon used as a material for producing a solar cell panel.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例により制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not restrict | limited by a following example, unless the summary is exceeded.
以下の実施例及び比較例においては、それぞれ表1に示す不純物濃度を有する原料金属シリコンを用いた。シリコン中の不純物濃度(ppm)は、ICP−MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer:高周波誘導結合プラズマ質量分析計)で分析した値(質量基準)である。 In the following examples and comparative examples, raw metal silicon having impurity concentrations shown in Table 1 was used. The impurity concentration (ppm) in silicon is a value (mass standard) analyzed by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer).
また、実施例1〜3においては、処理剤としてメジアン径が280.8μmのNaFを用い、比較例1、2においては、処理剤としてメジアン径が54.5μmのNaFを用いた。尚、処理剤の粒子径は、レーザー回折式測定(JIS Z8825−1)により測定した。「メジアン径」とは、レーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定される粒子の粒子径において、体積基準とした累積分布の50%径(d50)、すなわち中位径を意味する。 In Examples 1 to 3, NaF having a median diameter of 280.8 μm was used as the treating agent, and in Comparative Examples 1 and 2, NaF having a median diameter of 54.5 μm was used as the treating agent. The particle size of the treatment agent was measured by laser diffraction measurement (JIS Z8825-1). The “median diameter” means the 50% diameter (d50) of the cumulative distribution on the basis of the volume of particles measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer, that is, the median diameter.
実施例1
図3で示したような装置を用いてシリコンの精製を行った。具体的には、アルゴンでシールしたうえで、筐体7内を大気圧とし、グラファイト製るつぼ3に精製用の原料金属シリコン3.0kgを入れ、約1480℃に加熱溶解した。その後、投入管6を介して溶融シリコンの液面上方からNaFを3.0kg投入した後、るつぼ3を逆さにしたものと同様の形態である蓋部材13をるつぼ3の上部に被せて、閉鎖系にて、6時間反応を行った。その後、蓋部材13をるつぼ3の上部から外し、NaFを全て蒸発除去した。最後にるつぼ3を傾動して、シリコンを鋳型9に傾鋳して固化させた。
Example 1
Silicon was purified using an apparatus as shown in FIG. Specifically, after sealing with argon, the inside of the
実施例2
図3で示したような装置を用いてシリコンの精製を行った。具体的には、アルゴンでシールしたうえで、筐体7内を大気圧とし、グラファイト製るつぼ3に精製用の原料金属シリコン3.0kgを入れ、約1490℃に加熱溶解した。その後、投入管6を介して溶融シリコンの液面上方からNaFを3.0kg投入した後、るつぼ3を逆さにしたものと同様の形態である蓋部材13をるつぼ3の上部に被せて、閉鎖系にて、6時間反応を行った。その後、蓋部材13をるつぼ3の上部から外し、NaFを全て蒸発除去した。最後にるつぼ3を傾動して、シリコンを鋳型9に傾鋳して固化させた。
Example 2
Silicon was purified using an apparatus as shown in FIG. Specifically, after sealing with argon, the inside of the
実施例3
図3で示したような装置を用いてシリコンの精製を行った。具体的には、アルゴンでシールしたうえで、筐体7内を大気圧とし、グラファイト製るつぼ3に精製用の原料金属シリコン3.0kgを入れ、約1480℃に加熱溶解した。その後、投入管6を介して溶融シリコンの液面上方からNaFを1.5kg投入した後、るつぼ3を逆さにしたものと同様の形態である蓋部材13をるつぼ3の上部に被せて、閉鎖系にて、6時間反応を行った。その後、蓋部材13をるつぼ3の上部から外し、NaFを全て蒸発除去した。最後にるつぼ3を傾動して、シリコンを鋳型9に傾鋳して固化させた。
Example 3
Silicon was purified using an apparatus as shown in FIG. Specifically, after sealing with argon, the inside of the
比較例1
図3で示したような装置を用いてシリコンの精製を行った。具体的には、アルゴンでシールしたうえで、筐体7内を大気圧とし、グラファイト製るつぼ3に精製用の原料金属シリコン3.0kgを入れ、約1485℃に加熱溶解した。その後、投入管6を介して溶融シリコンの液面上方からNaFを1.2kg投入した後、るつぼ3を逆さにしたものと同様の形態である蓋部材13をるつぼ3の上部に被せて、閉鎖系にて、4.5時間反応を行った。その後、蓋部材13をるつぼ3の上部から外し、NaFを全て蒸発除去した。最後にるつぼ3を傾動して、シリコンを鋳型9に傾鋳して固化させた。
Comparative Example 1
Silicon was purified using an apparatus as shown in FIG. Specifically, after sealing with argon, the inside of the
比較例2
図3で示したような装置を用いてシリコンの精製を行った。具体的には、アルゴンでシールしたうえで、筐体7内を大気圧とし、グラファイト製るつぼ3に精製用の原料金属シリコン3.0kgを入れ、約1480℃に加熱溶解した。その後、投入管6を介して溶融シリコンの液面上方からNaFを3.0kg投入した後、るつぼ3を逆さにしたものと同様の形態である蓋部材13をるつぼ3の上部に被せて、閉鎖系にて、7.5時間反応を行った。その後、蓋部材13をるつぼ3の上部から外し、NaFを全て蒸発除去した。最後にるつぼ3を傾動して、シリコンを鋳型9に傾鋳して固化させた。
Comparative Example 2
Silicon was purified using an apparatus as shown in FIG. Specifically, after sealing with argon, the inside of the
下記表1に、実施例1〜3及び比較例1、2について、精製前のシリコン(原料金属シリコン)に含まれるホウ素濃度、アルミニウム濃度及びカルシウム濃度、並びに、精製後のシリコンに含まれるホウ素濃度、アルミニウム濃度及びカルシウム濃度を示す。また、精製シリコンの歩留まりや、シリコン精製後に回収したNaFに含まれるホウ素の濃度についても併せて示す。 In Table 1 below, for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the boron concentration, aluminum concentration and calcium concentration contained in silicon before purification (raw metal silicon), and the boron concentration contained in silicon after purification The aluminum concentration and calcium concentration are shown. In addition, the yield of purified silicon and the concentration of boron contained in NaF recovered after silicon purification are also shown.
表1の結果から明らかなように、処理剤としてメジアン径が280.8μmのNaFを用いた実施例1〜3は、処理剤としてメジアン径が54.5μmのNaFを用いた比較例1、2と比べて、シリコンに含まれるホウ素、アルミニウム及びカルシウム(特に、ホウ素及びアルミニウム)を除去できており、高純度なシリコンを得ることができた。また、比較例1、2よりも実施例1〜3のほうが、回収したNaFに含まれるホウ素濃度が高いことからも、特にホウ素を効率的に除去するためには、メジアン径の大きなNaFを用いることが好ましいといえる。すなわち、実施例1〜3では、処理剤として、粒子径が所定以上のものを用いることにより、系内で処理剤が飛散すること等を適切に防止して、処理剤を溶融シリコンへと確実に到達させることができ、これにより、処理剤を無駄なく利用することができた結果、処理剤と不純物とを効率的に反応させることができたものと考えられる。一方、比較例1、2では、投入した際に処理剤が系内で飛散し、或いは、系内の熱により溶融・蒸発し、処理剤が溶融シリコンと接触しないまま系外に排出されてしまったものと考えられる。 As is clear from the results in Table 1, Examples 1 to 3 using NaF having a median diameter of 280.8 μm as the treating agent are Comparative Examples 1 and 2 using NaF having a median diameter of 54.5 μm as the treating agent. As compared with, boron, aluminum and calcium (particularly boron and aluminum) contained in silicon could be removed, and high-purity silicon could be obtained. In addition, since Examples 1 to 3 have a higher boron concentration in the recovered NaF than Comparative Examples 1 and 2, NaF having a large median diameter is used particularly for efficiently removing boron. It can be said that it is preferable. That is, in Examples 1 to 3, by using a treatment agent having a particle diameter of a predetermined value or more, it is possible to appropriately prevent the treatment agent from being scattered in the system and to ensure that the treatment agent is molten silicon. As a result, it was considered that the treatment agent and the impurities could be reacted efficiently as a result of using the treatment agent without waste. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the processing agent scatters in the system when charged, or melts and evaporates due to heat in the system, and the processing agent is discharged out of the system without coming into contact with the molten silicon. It is thought that.
以上、現時点において、最も実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うシリコンの製造方法、シリコンウェハー、及び、太陽電池パネルもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. The silicon manufacturing method, silicon wafer, and solar cell panel with such changes can also be appropriately changed without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. Should be understood as being included in the technical scope of
本発明に係るシリコンの製造方法によって得られたシリコンは、シリコンウェハーや太陽電池用パネルの材料として利用することができる。 Silicon obtained by the method for producing silicon according to the present invention can be used as a material for a silicon wafer or a solar cell panel.
1 溶融シリコン
2 処理剤
3 るつぼ(容器)
4 コイル(加熱手段)
6 原材料投入口(投入管)
7 筐体
8 断熱材
9 鋳型
10 支持台
11 ガス導入口
12 排気口(除去手段)
13 蓋部材(閉鎖手段)
25 ガス吹き込み管
30 吸引手段
100、200、300 シリコンの製造装置
1
4 Coils (heating means)
6 Raw material input (input pipe)
7
13 Lid member (closing means)
25
Claims (10)
前記溶融シリコン中の不純物と前記処理剤とを反応させ、該不純物を系外に除去する工程とを有し、
前記処理剤のメジアン径が70μm以上である、
シリコンの製造方法。 Adding a processing agent to molten silicon in the system;
Reacting the impurities in the molten silicon with the treatment agent, and removing the impurities out of the system,
The median diameter of the treatment agent is 70 μm or more,
Silicon manufacturing method.
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| JP2013209268A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for producing silicon, silicon wafer, and panel for solar cell |
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