JP2000351616A - 高純度シリコンの製造方法 - Google Patents
高純度シリコンの製造方法Info
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽電池等に要求されるような９９．９９９
９％以上の高純度シリコンを効率よく製造する方法を提
供すること。 【解決手段】 純度２Ｎの溶融シリコンＳを融液温度１
４２０〜１４７０℃に保持し、中空回転冷却体４を周速
０．１〜２．２０ｍ／秒、中空回転冷却体４の最下部面
に対する晶出部２０の角度が６０〜９０度、中空回転冷
却体４に導入される冷却ガス流量を溶融シリコンＳに浸
漬している晶出部２０の単位面積に対して０．６〜３．
８（ｍ3／秒）／ｍ2、中空回転冷却体４に晶出させた高
純度シリコン６の引き上げ速度を５〜３０ｃｍ／分で、
シリコンを精製して、９９．９９９９％以上の高純度シ
リコンを得る。
９％以上の高純度シリコンを効率よく製造する方法を提
供すること。 【解決手段】 純度２Ｎの溶融シリコンＳを融液温度１
４２０〜１４７０℃に保持し、中空回転冷却体４を周速
０．１〜２．２０ｍ／秒、中空回転冷却体４の最下部面
に対する晶出部２０の角度が６０〜９０度、中空回転冷
却体４に導入される冷却ガス流量を溶融シリコンＳに浸
漬している晶出部２０の単位面積に対して０．６〜３．
８（ｍ3／秒）／ｍ2、中空回転冷却体４に晶出させた高
純度シリコン６の引き上げ速度を５〜３０ｃｍ／分で、
シリコンを精製して、９９．９９９９％以上の高純度シ
リコンを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度シリコンの
製造方法に関し、特に太陽電池等に用いられる高純度シ
リコンを得る製造方法に関する。
製造方法に関し、特に太陽電池等に用いられる高純度シ
リコンを得る製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池に使用されるシリコンは、一般
に、含有するＦｅやＡｌ等の不純物は少ないほどよく、
純度９９．９９９９％以上という高純度が要求されてい
る。このことから、従来、シリコンの精製方法として
は、図７，８に示されたものがある（特開平９―４８６
０７号公報）。この精製方法は、不活性ガス雰囲気下で
粗製シリコン中に中空回転冷却体４を浸漬し、この中空
回転冷却体４の外周面にシリコンを晶出させることによ
り、純度９９．９％以上の高純度シリコンを得るように
している。
に、含有するＦｅやＡｌ等の不純物は少ないほどよく、
純度９９．９９９９％以上という高純度が要求されてい
る。このことから、従来、シリコンの精製方法として
は、図７，８に示されたものがある（特開平９―４８６
０７号公報）。この精製方法は、不活性ガス雰囲気下で
粗製シリコン中に中空回転冷却体４を浸漬し、この中空
回転冷却体４の外周面にシリコンを晶出させることによ
り、純度９９．９％以上の高純度シリコンを得るように
している。
【０００３】特開平９―４８６０７号公報の精製方法
は、より詳しくは、次のようにして高純度シリコンを得
ている。すなわち、予め、坩堝２内に粗製シリコンを入
れておき、不活性ガス供給管７から、溶解炉１内に不活
性ガスを供給して、溶解炉１内を不活性ガス雰囲気にす
る。次いで、ヒータ５により粗製シリコンを溶解して溶
融シリコンＳとし、この溶融シリコンＳを凝固温度を越
えた温度に加熱保持しておく。次いで、冷却流体洪給管
１７を通して中空回転冷却体４の内周壁に向かって冷却
流体を吹出して、その中空回転冷却体４を冷却しながら
その中空回転冷却体４の周面に精製シリコン６を晶出さ
せる。
は、より詳しくは、次のようにして高純度シリコンを得
ている。すなわち、予め、坩堝２内に粗製シリコンを入
れておき、不活性ガス供給管７から、溶解炉１内に不活
性ガスを供給して、溶解炉１内を不活性ガス雰囲気にす
る。次いで、ヒータ５により粗製シリコンを溶解して溶
融シリコンＳとし、この溶融シリコンＳを凝固温度を越
えた温度に加熱保持しておく。次いで、冷却流体洪給管
１７を通して中空回転冷却体４の内周壁に向かって冷却
流体を吹出して、その中空回転冷却体４を冷却しながら
その中空回転冷却体４の周面に精製シリコン６を晶出さ
せる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような精製装置を用いて、太陽電池等に要求されるよ
うな９９．９９９９％以上の精製シリコンを製造する場
合、装置の製造条件の設定範囲が広範であり、高純度シ
リコンを効率よく精製することが困難であった。
たような精製装置を用いて、太陽電池等に要求されるよ
うな９９．９９９９％以上の精製シリコンを製造する場
合、装置の製造条件の設定範囲が広範であり、高純度シ
リコンを効率よく精製することが困難であった。
【０００５】本発明の目的は、上述の課題を解決して、
太陽電池等に使用される高純度シリコンを効率良く得る
ことができる高純度シリコンの製造方法を提供すること
にある。
太陽電池等に使用される高純度シリコンを効率良く得る
ことができる高純度シリコンの製造方法を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の高純度シリコンの製造方法は、溶
融シリコンを収容する坩堝と、この坩堝内を加熱する加
熱手段と、垂直状の中空回転軸およびこの中空回転軸の
下端に固定された中空回転冷却体からなって上記中空回
転軸の内部空間と上記中空回転冷却体の内部空間とが連
通している回転冷却装置と、上記中空回転冷却体内に冷
却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、上記坩堝
内に入れられた溶融シリコン中に中空回転冷却体を浸漬
して、上記中空回転軸を回転させることにより中空回転
冷却体を回転させると共に、上記冷却流体供給手段によ
り中空回転冷却体の内部に冷却流体を供給して、偏析凝
固の原理を利用して上記溶融シリコン中に位置する中空
回転冷却体の外周面に、高純度シリコンを晶出させる精
製装置を用いて、上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの
温度を１４１４〜１６００℃にして、上記中空回転冷却
体の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴と
している。
め、請求項１の発明の高純度シリコンの製造方法は、溶
融シリコンを収容する坩堝と、この坩堝内を加熱する加
熱手段と、垂直状の中空回転軸およびこの中空回転軸の
下端に固定された中空回転冷却体からなって上記中空回
転軸の内部空間と上記中空回転冷却体の内部空間とが連
通している回転冷却装置と、上記中空回転冷却体内に冷
却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、上記坩堝
内に入れられた溶融シリコン中に中空回転冷却体を浸漬
して、上記中空回転軸を回転させることにより中空回転
冷却体を回転させると共に、上記冷却流体供給手段によ
り中空回転冷却体の内部に冷却流体を供給して、偏析凝
固の原理を利用して上記溶融シリコン中に位置する中空
回転冷却体の外周面に、高純度シリコンを晶出させる精
製装置を用いて、上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの
温度を１４１４〜１６００℃にして、上記中空回転冷却
体の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴と
している。
【０００７】上記溶融シリコンの融液温度を１４１４〜
１６００℃の範囲に保持しているのは、１４１４℃未満
であるとシリコンの凝固が始まり、一方、１６００℃以
上の溶融温度を保持しても、既に、平衡分配係数になっ
ていて、効果がなくて、電力コストが大きくなるだけで
あるからである。また、必要以上の温度にまで耐久し得
る設備を備えることは、製造コストを高めることになる
ので、好ましくない。
１６００℃の範囲に保持しているのは、１４１４℃未満
であるとシリコンの凝固が始まり、一方、１６００℃以
上の溶融温度を保持しても、既に、平衡分配係数になっ
ていて、効果がなくて、電力コストが大きくなるだけで
あるからである。また、必要以上の温度にまで耐久し得
る設備を備えることは、製造コストを高めることになる
ので、好ましくない。
【０００８】請求項２の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項１の高純度シリコンの製造方法において、
上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４２０〜
１４７０℃にして、上記中空回転冷却体の外周面に高純
度シリコンを晶出させることを特徴としている。
法は、請求項１の高純度シリコンの製造方法において、
上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４２０〜
１４７０℃にして、上記中空回転冷却体の外周面に高純
度シリコンを晶出させることを特徴としている。
【０００９】上記溶融シリコンの温度は、１４２０℃以
下では分配係数が大きくて精製効果が少なく、一方、１
４７０℃以上では平衡分配係数に達していて、これより
も高い温度では精製効果が頭打ちになるからである。し
たがって、溶融シリコンの融液温度は１４２０〜１４７
０℃にするのが最も好ましいのである。
下では分配係数が大きくて精製効果が少なく、一方、１
４７０℃以上では平衡分配係数に達していて、これより
も高い温度では精製効果が頭打ちになるからである。し
たがって、溶融シリコンの融液温度は１４２０〜１４７
０℃にするのが最も好ましいのである。
【００１０】請求項３の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項１または２の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記中空回転冷却体の外周面の周速が０．００
４〜４．００ｍ／秒になるようにして、上記中空回転冷
却体の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴
としている。
法は、請求項１または２の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記中空回転冷却体の外周面の周速が０．００
４〜４．００ｍ／秒になるようにして、上記中空回転冷
却体の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴
としている。
【００１１】上記中空回転冷却体の回転時の外周面の周
速を０．００４〜４．００ｍ／秒にしているのは、０．
００４ｍ／秒未満であれば、精製の効果が少なく、４．
００ｍ／秒を越えても不純物濃度の減少は頭打ちとなる
からである。また、上記周速度が４．００ｍ／秒を越え
て過度に大きくすると、中空回転軸の回転装置も４．０
０ｍ／秒に耐久する設備が必要となり、設備費が高価と
なるので好ましくない。
速を０．００４〜４．００ｍ／秒にしているのは、０．
００４ｍ／秒未満であれば、精製の効果が少なく、４．
００ｍ／秒を越えても不純物濃度の減少は頭打ちとなる
からである。また、上記周速度が４．００ｍ／秒を越え
て過度に大きくすると、中空回転軸の回転装置も４．０
０ｍ／秒に耐久する設備が必要となり、設備費が高価と
なるので好ましくない。
【００１２】請求項４の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項３の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体の外周面の周速が０．１〜２．２０
ｍ／秒になるようにして、上記中空回転冷却体の外周面
に高純度シリコンを晶出させることを特徴としている。
法は、請求項３の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体の外周面の周速が０．１〜２．２０
ｍ／秒になるようにして、上記中空回転冷却体の外周面
に高純度シリコンを晶出させることを特徴としている。
【００１３】上記中空回転冷却体の回転時の外周面の周
速を０．１〜２．２０ｍ／秒にしているは、０．１ｍ／
秒未満であれば、不純物濃度が比較的高く、０．１ｍ／
秒以上になると不純物濃度が急激に低下し、２．２０ｍ
／秒を越えても不純物の減少は頭打ちとなるからであ
る。また、上記周速度が２．２０ｍ／秒を越えて過度に
大きくすると、中空回転冷却体の外周面に晶出した高純
度シリコンが水平断面に対して真ん丸でなかった場合、
溶融シリコンを坩堝の外側へ飛び散らせてしまう危険性
が大きくなるので、好ましくない。
速を０．１〜２．２０ｍ／秒にしているは、０．１ｍ／
秒未満であれば、不純物濃度が比較的高く、０．１ｍ／
秒以上になると不純物濃度が急激に低下し、２．２０ｍ
／秒を越えても不純物の減少は頭打ちとなるからであ
る。また、上記周速度が２．２０ｍ／秒を越えて過度に
大きくすると、中空回転冷却体の外周面に晶出した高純
度シリコンが水平断面に対して真ん丸でなかった場合、
溶融シリコンを坩堝の外側へ飛び散らせてしまう危険性
が大きくなるので、好ましくない。
【００１４】請求項５の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項１乃至４のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体の最下部の水
平面に対する外周面の垂直断面の角度が６０〜９０度で
ある状態で、上記中空回転冷却体の外周面に高純度シリ
コンを晶出させることを特徴としている。
法は、請求項１乃至４のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体の最下部の水
平面に対する外周面の垂直断面の角度が６０〜９０度で
ある状態で、上記中空回転冷却体の外周面に高純度シリ
コンを晶出させることを特徴としている。
【００１５】上記中空回転冷却体の最下部の水平面に対
する外周面の垂直断面の角度を６０〜９０度にしている
のは、６０度よりも小さい角度であると、不純物濃度の
観点から好ましくないことに加えて、中空回転冷却体４
の上部の径が極端に大きくなって、装置の構造上も好ま
しくなく、また、９０度よりも大きい角度になると、中
空回転冷却体４の晶出部のシリコン精製塊を外しにくく
なって、製造工程上好ましくないからである。
する外周面の垂直断面の角度を６０〜９０度にしている
のは、６０度よりも小さい角度であると、不純物濃度の
観点から好ましくないことに加えて、中空回転冷却体４
の上部の径が極端に大きくなって、装置の構造上も好ま
しくなく、また、９０度よりも大きい角度になると、中
空回転冷却体４の晶出部のシリコン精製塊を外しにくく
なって、製造工程上好ましくないからである。
【００１６】請求項６の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項５の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面の
垂直断面の角度が８０〜９０度である状態で、上記中空
回転冷却体の外周面に高純度シリコンを晶出させること
を特徴としている。
法は、請求項５の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面の
垂直断面の角度が８０〜９０度である状態で、上記中空
回転冷却体の外周面に高純度シリコンを晶出させること
を特徴としている。
【００１７】上記中空回転冷却体の最下部の水平面に対
する外周面の垂直断面の角度を８０〜９０度としている
のは、上記角度が８０度以上になると不純物の濃度が低
くなり、９０度よりも大きい角度になると、中空回転冷
却体４の晶出部のシリコン精製塊を外しにくくなって、
製造工程上好ましくないからである。
する外周面の垂直断面の角度を８０〜９０度としている
のは、上記角度が８０度以上になると不純物の濃度が低
くなり、９０度よりも大きい角度になると、中空回転冷
却体４の晶出部のシリコン精製塊を外しにくくなって、
製造工程上好ましくないからである。
【００１８】請求項７の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項１乃至６のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体に導入される
冷却ガスの流量が、溶融シリコンに浸漬している中空回
転冷却体の晶出部の単位面積当たり０．００１〜４．０
（ｍ3／秒）／ｍ2である状態で、上記中空回転冷却体の
外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴として
いる。
法は、請求項１乃至６のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体に導入される
冷却ガスの流量が、溶融シリコンに浸漬している中空回
転冷却体の晶出部の単位面積当たり０．００１〜４．０
（ｍ3／秒）／ｍ2である状態で、上記中空回転冷却体の
外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴として
いる。
【００１９】上記中空回転冷却体に導入される冷却ガス
の流量は、溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面
積に対する流量が０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2
にしているのは、０．００１（ｍ3／秒）／ｍ2から急激
に分配係数が小さくなって、不純物除去の効果が大きく
なり、また、４．０（ｍ3／秒）／ｍ2よりも大きくして
も、分配係数が殆ど小さくならないからである。したが
って、上記流量を０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2
に設定すれば、不純物の除去効果が大きいからである。
の流量は、溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面
積に対する流量が０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2
にしているのは、０．００１（ｍ3／秒）／ｍ2から急激
に分配係数が小さくなって、不純物除去の効果が大きく
なり、また、４．０（ｍ3／秒）／ｍ2よりも大きくして
も、分配係数が殆ど小さくならないからである。したが
って、上記流量を０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2
に設定すれば、不純物の除去効果が大きいからである。
【００２０】請求項８の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項７の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量が、溶
融シリコンに浸漬している中空回転冷却体の晶出部の単
位面積当たり０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2である状
態で、上記中空回転冷却体の外周面に高純度シリコンを
晶出させることを特徴としている。
法は、請求項７の高純度シリコンの製造方法において、
上記中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量が、溶
融シリコンに浸漬している中空回転冷却体の晶出部の単
位面積当たり０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2である状
態で、上記中空回転冷却体の外周面に高純度シリコンを
晶出させることを特徴としている。
【００２１】上記中空回転冷却体に導入される冷却ガス
の流量を０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定してい
るのは、０．００１〜０．６（ｍ3／秒）／ｍ2の範囲に
おいて、急激に分配係数が小さくなって、０．６（ｍ3
／秒）／ｍ2を越えると分配係数はなだらかに変化す
る。したがって、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2より冷却ガス
流量が少ないと、冷却流量が不安定になれば、分配係数
が大きく変化して、つまりは、不純物除去の効果が大き
く変動して、シリコン精製塊の品質が変わり易くなるの
で、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2以上にしているのである。
また、３．８（ｍ 3／秒）／ｍ2よりも大きくしても、分
配係数が殆ど小さくならないからである。したがって、
上記流量を０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定して
いるのである。
の流量を０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定してい
るのは、０．００１〜０．６（ｍ3／秒）／ｍ2の範囲に
おいて、急激に分配係数が小さくなって、０．６（ｍ3
／秒）／ｍ2を越えると分配係数はなだらかに変化す
る。したがって、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2より冷却ガス
流量が少ないと、冷却流量が不安定になれば、分配係数
が大きく変化して、つまりは、不純物除去の効果が大き
く変動して、シリコン精製塊の品質が変わり易くなるの
で、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2以上にしているのである。
また、３．８（ｍ 3／秒）／ｍ2よりも大きくしても、分
配係数が殆ど小さくならないからである。したがって、
上記流量を０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定して
いるのである。
【００２２】請求項９の発明の高純度シリコンの製造方
法は、請求項１乃至８のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体に導入される
冷却ガスは、上記中空回転冷却体を酸化させない不活性
ガスの単体ガスあるいは２種類以上の上記単体ガスの混
合ガスからなることを特徴としている。
法は、請求項１乃至８のいずれか１つの高純度シリコン
の製造方法において、上記中空回転冷却体に導入される
冷却ガスは、上記中空回転冷却体を酸化させない不活性
ガスの単体ガスあるいは２種類以上の上記単体ガスの混
合ガスからなることを特徴としている。
【００２３】上記中空回転冷却体に導入される冷却ガス
は、上記中空回転冷却体を酸化させない不活性ガスの単
体ガスあるいは２種類以上の上記単体ガスの混合ガスか
らなるので、上記中空回転冷却体を酸化させることな
く、好適に冷却できる。
は、上記中空回転冷却体を酸化させない不活性ガスの単
体ガスあるいは２種類以上の上記単体ガスの混合ガスか
らなるので、上記中空回転冷却体を酸化させることな
く、好適に冷却できる。
【００２４】請求項１０の発明の高純度シリコンの製造
方法は、請求項９の高純度シリコンの製造方法におい
て、上記中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、窒素
ガスであることを特徴としている。
方法は、請求項９の高純度シリコンの製造方法におい
て、上記中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、窒素
ガスであることを特徴としている。
【００２５】上記窒素ガスは、ヘリウムガスやアルゴン
ガスに比べて安価で、それらと略同等あるいはそれ以上
の冷却能力を有する。したがって、上記窒素ガスは中空
回転冷却体を冷やすのに最も適している。
ガスに比べて安価で、それらと略同等あるいはそれ以上
の冷却能力を有する。したがって、上記窒素ガスは中空
回転冷却体を冷やすのに最も適している。
【００２６】請求項１１の発明の高純度シリコンの製造
方法は、請求項１乃至１０のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法において、上記中空回転冷却体に晶出さ
せた高純度シリコンを引き上げる速度は、５〜７０ｃｍ
／分であることを特徴としている。
方法は、請求項１乃至１０のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法において、上記中空回転冷却体に晶出さ
せた高純度シリコンを引き上げる速度は、５〜７０ｃｍ
／分であることを特徴としている。
【００２７】中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製
塊を溶融シリコンから引き上げる時の引き上げ速度を５
〜７０ｃｍ／分にすると、シリコン精製塊の不純物濃度
が低くなることが実験によって分かった。９９％程度の
金属級シリコンを溶融すると、坩堝の湯面に不純物が浮
遊している。シリコン精製塊を溶融シリコンから引き上
げる際、引き上げ速度を過度に遅くすると、上記の湯面
に浮遊している不純物がシリコン精製塊に付着してシリ
コン精製塊の純度を悪化させてしまうからである。した
がって、この付着は引き上げ速度を５〜７０ｃｍ／分に
することにより低減させることができる。
塊を溶融シリコンから引き上げる時の引き上げ速度を５
〜７０ｃｍ／分にすると、シリコン精製塊の不純物濃度
が低くなることが実験によって分かった。９９％程度の
金属級シリコンを溶融すると、坩堝の湯面に不純物が浮
遊している。シリコン精製塊を溶融シリコンから引き上
げる際、引き上げ速度を過度に遅くすると、上記の湯面
に浮遊している不純物がシリコン精製塊に付着してシリ
コン精製塊の純度を悪化させてしまうからである。した
がって、この付着は引き上げ速度を５〜７０ｃｍ／分に
することにより低減させることができる。
【００２８】請求項１２の発明の高純度シリコンの製造
方法は、請求項１１の高純度シリコンの製造方法におい
て、上記中空回転冷却体に晶出させた高純度シリコンを
引き上げる速度は、１０〜６０ｃｍ／分であることを特
徴としている。
方法は、請求項１１の高純度シリコンの製造方法におい
て、上記中空回転冷却体に晶出させた高純度シリコンを
引き上げる速度は、１０〜６０ｃｍ／分であることを特
徴としている。
【００２９】中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製
塊を溶融シリコンから引上げる時の引き上げ速度を１０
〜６０ｃｍ／分にすると、シリコン精製塊の不純物濃度
が安定に極めて低くなることが実験によって分かった。
９９％程度の金属級シリコンを溶融すると、坩堝の湯面
に不純物が浮遊している。シリコン精製塊を溶融シリコ
ンから引き上げる際、引き上げ速度を過度に遅くする
と、上記の湯面に浮遊している不純物がシリコン精製塊
に付着してシリコン精製塊の純度を悪化させてしまうか
らである。この付着は引上げ速度を１０〜６０ｃｍ／分
で引上げることにより低減させることができる。
塊を溶融シリコンから引上げる時の引き上げ速度を１０
〜６０ｃｍ／分にすると、シリコン精製塊の不純物濃度
が安定に極めて低くなることが実験によって分かった。
９９％程度の金属級シリコンを溶融すると、坩堝の湯面
に不純物が浮遊している。シリコン精製塊を溶融シリコ
ンから引き上げる際、引き上げ速度を過度に遅くする
と、上記の湯面に浮遊している不純物がシリコン精製塊
に付着してシリコン精製塊の純度を悪化させてしまうか
らである。この付着は引上げ速度を１０〜６０ｃｍ／分
で引上げることにより低減させることができる。
【００３０】請求項１３の発明の高純度シリコンの製造
方法は、請求項１乃至１２のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法を少なくとも２回以上繰り返すことを特
徴としている。
方法は、請求項１乃至１２のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法を少なくとも２回以上繰り返すことを特
徴としている。
【００３１】上記高純度シリコンの製造方法を少なくと
も２回以上繰り返すことによって、極めて純度の高いシ
リコンを簡単、安価に得ることができる。
も２回以上繰り返すことによって、極めて純度の高いシ
リコンを簡単、安価に得ることができる。
【００３２】
【発明の実施形態】以下、本発明を図示の実施形態によ
り詳細に説明する。本実施形態は図７，８に示す金属シ
リコンの精製装置を用いる。
り詳細に説明する。本実施形態は図７，８に示す金属シ
リコンの精製装置を用いる。
【００３３】図７，８に示すように、上記精製装置は、
密閉状の溶解炉１と、この溶解炉１内に配置されて溶融
シリコンＳを収容する坩堝２と、上記溶解炉１の頂壁１
ａの貫通穴１８を貫通する垂直状の中空回転軸３と、こ
の中空回転軸３の下端に固定されると共に内部空間が上
記中空回転軸３の内部空間と連通する中空回転冷却体４
とを備えている。
密閉状の溶解炉１と、この溶解炉１内に配置されて溶融
シリコンＳを収容する坩堝２と、上記溶解炉１の頂壁１
ａの貫通穴１８を貫通する垂直状の中空回転軸３と、こ
の中空回転軸３の下端に固定されると共に内部空間が上
記中空回転軸３の内部空間と連通する中空回転冷却体４
とを備えている。
【００３４】上記溶解炉１は耐火物により形成してい
る。また、上記溶解炉１の頂壁１ａには、窒素ガス、ア
ルゴンガス等の不活性ガスを溶解炉１内に供給する不活
性ガス供給管７と、溶解炉１内を真空引きする真空排気
管３０を貫通させて取り付けている。また、上記溶解炉
１の頂壁１ａの貫通穴１８と中空回転軸３の外周面との
間は、例えば、オイルシールとして用いられている合成
ゴムを用いたパッキン９により密封している。
る。また、上記溶解炉１の頂壁１ａには、窒素ガス、ア
ルゴンガス等の不活性ガスを溶解炉１内に供給する不活
性ガス供給管７と、溶解炉１内を真空引きする真空排気
管３０を貫通させて取り付けている。また、上記溶解炉
１の頂壁１ａの貫通穴１８と中空回転軸３の外周面との
間は、例えば、オイルシールとして用いられている合成
ゴムを用いたパッキン９により密封している。
【００３５】上記坩堝２は、石英、黒鉛あるいはアルミ
ナのようなシリコンとの反応が少なくて、溶融シリコン
Ｓに対する汚染が少ない物質により形成している。上記
坩堝２は、溶解炉１の底壁１ｃ上に置かれた耐火物から
なる坩堝台８上に載置している。上記坩堝２の外周面に
沿ってヒーター５を配置している。
ナのようなシリコンとの反応が少なくて、溶融シリコン
Ｓに対する汚染が少ない物質により形成している。上記
坩堝２は、溶解炉１の底壁１ｃ上に置かれた耐火物から
なる坩堝台８上に載置している。上記坩堝２の外周面に
沿ってヒーター５を配置している。
【００３６】上記中空回転軸３は、例えば、黒鉛により
形成している。上記中空回転軸３は、溶解炉１の上方に
おいて、固定部１０に対して上下動自在な回転軸保持ア
ーム１１に、図示しない軸受けを介して回転自在に支持
している。そして、上記中空回転軸３は回転駆動手段１
２により回転するようになっている。上記回転駆動手段
１２は、回転軸保持アーム１１に取り付けられたモータ
ー１３と、このモータ１３の出力軸１３ａに固定したベ
ルト車１４と、中空回転軸３に固定したベルト車１５
と、このベルト車１４，１５に掛け渡したベルト１６と
から構成していて、中空回転軸３を所定の速度で回転さ
せることができるようになっている。
形成している。上記中空回転軸３は、溶解炉１の上方に
おいて、固定部１０に対して上下動自在な回転軸保持ア
ーム１１に、図示しない軸受けを介して回転自在に支持
している。そして、上記中空回転軸３は回転駆動手段１
２により回転するようになっている。上記回転駆動手段
１２は、回転軸保持アーム１１に取り付けられたモータ
ー１３と、このモータ１３の出力軸１３ａに固定したベ
ルト車１４と、中空回転軸３に固定したベルト車１５
と、このベルト車１４，１５に掛け渡したベルト１６と
から構成していて、中空回転軸３を所定の速度で回転さ
せることができるようになっている。
【００３７】上記中空回転冷却体４は、図８に示すよう
に、有底の筒状であり、熱伝導性が良く、しかも溶融シ
リコンＳと反応しないで、これを汚染することの無い材
料、たとえば窒化シリコンや黒鉛等により形成してい
る。上記中空回転軸３の内部には筒状の金属、セラミッ
クスあるいは黒鉛から形成された冷却流体供給管１７を
配置して、この冷却流体供給管１７の下端外周に冷却流
体吹出し部材３２の下端を連結する一方、上記冷却流体
吹出し部材３２の上端を中空回転軸３の内周面の下端に
連結している。上記冷却流体供給管１７の下端部の外周
面と冷却流体吹出し部材３２の内周面との間に導かれた
冷却流体を、冷却流体吹出し部材３２の吹出し口２５か
ら中空回転冷却体４の内壁に向けて吹き付けて、中空回
転冷却体４の内壁を冷却して、高純度シリコン晶出部２
０に高純度シリコン６を晶出させるようにしている。
に、有底の筒状であり、熱伝導性が良く、しかも溶融シ
リコンＳと反応しないで、これを汚染することの無い材
料、たとえば窒化シリコンや黒鉛等により形成してい
る。上記中空回転軸３の内部には筒状の金属、セラミッ
クスあるいは黒鉛から形成された冷却流体供給管１７を
配置して、この冷却流体供給管１７の下端外周に冷却流
体吹出し部材３２の下端を連結する一方、上記冷却流体
吹出し部材３２の上端を中空回転軸３の内周面の下端に
連結している。上記冷却流体供給管１７の下端部の外周
面と冷却流体吹出し部材３２の内周面との間に導かれた
冷却流体を、冷却流体吹出し部材３２の吹出し口２５か
ら中空回転冷却体４の内壁に向けて吹き付けて、中空回
転冷却体４の内壁を冷却して、高純度シリコン晶出部２
０に高純度シリコン６を晶出させるようにしている。
【００３８】上記精製装置を用いて、高純度シリコンを
次のようにして製造している。
次のようにして製造している。
【００３９】予め、坩堝２内に、精製すべき粗製シリコ
ン（金属級シリコン、純度２‐Ｎｉｎｅ）６．０ｋｇを
入れておき、真空排気管３０から溶解炉１内を真空引き
した後、不活性ガス供給管７から溶解炉１内に不活性ガ
スを供給して溶解炉１内を不活性ガス雰囲気にする。こ
うすると、溶解炉１内を完璧な不活性ガス雰囲気とする
ことができる。
ン（金属級シリコン、純度２‐Ｎｉｎｅ）６．０ｋｇを
入れておき、真空排気管３０から溶解炉１内を真空引き
した後、不活性ガス供給管７から溶解炉１内に不活性ガ
スを供給して溶解炉１内を不活性ガス雰囲気にする。こ
うすると、溶解炉１内を完璧な不活性ガス雰囲気とする
ことができる。
【００４０】そして、ヒーター５により粗製シリコンを
加熱し溶解して、溶融シリコンＳとし、この溶融シリコ
ンＳの融液温度を１４１４〜１６００℃の範囲に保持す
るように必要に応じて加熱する。これは１４１４℃未満
であるとシリコンの凝固が始まり、一方、１６００℃以
上の溶融温度を保持しても、既に、平衡分配係数になっ
ていて、効果がなくて、電力コストが高くなるだけであ
るからである。また、必要以上の温度にまで耐久し得る
設備を備えることは、製造コストを高めることになるの
で、好ましくない。また、上記中空回転冷却体４を溶融
シリコンＳに浸漬する前の融液温度と精製効果の関係に
ついて詳細に検討した結果を図１に示す。図１より、１
４２０℃以下では分配係数が大きくて精製効果が少な
く、一方、１４７０℃以上では平衡分配係数に達してい
て、これよりも高い温度では精製効果が頭打ちになるこ
とが分かる。この結果から、溶融シリコンＳの融液温度
は１４２０〜１４７０℃にするのが最も好ましいことが
分かる。
加熱し溶解して、溶融シリコンＳとし、この溶融シリコ
ンＳの融液温度を１４１４〜１６００℃の範囲に保持す
るように必要に応じて加熱する。これは１４１４℃未満
であるとシリコンの凝固が始まり、一方、１６００℃以
上の溶融温度を保持しても、既に、平衡分配係数になっ
ていて、効果がなくて、電力コストが高くなるだけであ
るからである。また、必要以上の温度にまで耐久し得る
設備を備えることは、製造コストを高めることになるの
で、好ましくない。また、上記中空回転冷却体４を溶融
シリコンＳに浸漬する前の融液温度と精製効果の関係に
ついて詳細に検討した結果を図１に示す。図１より、１
４２０℃以下では分配係数が大きくて精製効果が少な
く、一方、１４７０℃以上では平衡分配係数に達してい
て、これよりも高い温度では精製効果が頭打ちになるこ
とが分かる。この結果から、溶融シリコンＳの融液温度
は１４２０〜１４７０℃にするのが最も好ましいことが
分かる。
【００４１】上記溶融シリコンＳは不活性ガス雰囲気下
におかれる。溶融粗製シリコンは別途溶解してから坩堝
２内へ入れてもよいし、溶解炉１に原料投入口を別途設
置し、原料シリコンを原料投入口から供給して坩堝２内
へ入れてもよい。
におかれる。溶融粗製シリコンは別途溶解してから坩堝
２内へ入れてもよいし、溶解炉１に原料投入口を別途設
置し、原料シリコンを原料投入口から供給して坩堝２内
へ入れてもよい。
【００４２】次いで、図７のロータリージョイント１９
に形成された冷却流体導入口２１に、図示しない冷却流
体用配管から冷却流体を供給して、図８に示すように、
中空回転軸３の内周面と冷却流体供給管１７の外周面と
の間の冷却流体通路に冷却流体を送り込んで、冷却流体
吹出し部材３２の吹出し口２５から中空回転冷却体４の
内壁に向かって冷却流体を吹出しながら、回転駆動手段
１２により中空回転軸３を介して中空回転冷却体４を回
転させて、偏析凝固の原理により中空回転冷却体４の外
周面（シリコン晶出部）２０に高純度の精製シリコン６
を晶出させる。上記中空回転冷却体４の回転により、凝
固界面から液相中に排出された不純物を凝固界面から遠
ざけて液相全体に分散させながら、高純度のシリコンの
凝固を進めることができる。したがって、平衡偏析係数
に近い値の偏析係数で溶融シリコンＳの凝固が進行する
から、中空回転冷却体４の外周面に、短時間に高純度の
精製シリコン６を晶出させることができる。
に形成された冷却流体導入口２１に、図示しない冷却流
体用配管から冷却流体を供給して、図８に示すように、
中空回転軸３の内周面と冷却流体供給管１７の外周面と
の間の冷却流体通路に冷却流体を送り込んで、冷却流体
吹出し部材３２の吹出し口２５から中空回転冷却体４の
内壁に向かって冷却流体を吹出しながら、回転駆動手段
１２により中空回転軸３を介して中空回転冷却体４を回
転させて、偏析凝固の原理により中空回転冷却体４の外
周面（シリコン晶出部）２０に高純度の精製シリコン６
を晶出させる。上記中空回転冷却体４の回転により、凝
固界面から液相中に排出された不純物を凝固界面から遠
ざけて液相全体に分散させながら、高純度のシリコンの
凝固を進めることができる。したがって、平衡偏析係数
に近い値の偏析係数で溶融シリコンＳの凝固が進行する
から、中空回転冷却体４の外周面に、短時間に高純度の
精製シリコン６を晶出させることができる。
【００４３】上記中空回転冷却体４の回転時の外周面の
周速度は、図２から分かるように、０．００４ｍ／秒以
上とするのが好ましい。より好ましくは、０．１〜２．
２０ｍ／秒である。０．００４ｍ／秒未満であれば、精
製の効果が少なく、２．２０ｍ／秒を越えても不純物の
減少は頭打ちとなるからである。また、上記周速度が
２．２０ｍ／秒を越えて過度に大きくすると、中空回転
冷却体の外周面に晶出した高純度シリコンが水平断面図
に対して真ん丸でなかった場合、溶融シリコンを坩堝の
外側へ飛び散らせてしまう危険性が大きくなるので、好
ましくない。
周速度は、図２から分かるように、０．００４ｍ／秒以
上とするのが好ましい。より好ましくは、０．１〜２．
２０ｍ／秒である。０．００４ｍ／秒未満であれば、精
製の効果が少なく、２．２０ｍ／秒を越えても不純物の
減少は頭打ちとなるからである。また、上記周速度が
２．２０ｍ／秒を越えて過度に大きくすると、中空回転
冷却体の外周面に晶出した高純度シリコンが水平断面図
に対して真ん丸でなかった場合、溶融シリコンを坩堝の
外側へ飛び散らせてしまう危険性が大きくなるので、好
ましくない。
【００４４】また、図６に示す中空回転冷却体４の最下
部の水平面に対する外周面（晶出面）の垂直断面の角度
（テーパ角度）３１と不純物濃度との関係を検討した結
果を図３に示している。この結果から、中空回転冷却体
のテーパ角度３１は６０〜９０度、特に、８０〜９０度
とするのが好ましいことが分かる。６０度よりも小さい
角度であると、不純物濃度の観点から好ましくないこと
に加えて、中空回転冷却体４の上部の径が極端に大きく
なって、装置の構造上も好ましくない。９０度よりも大
きい角度になると、中空回転冷却体４の晶出部２０のシ
リコン精製塊６を外しにくくなって、製造工程上好まし
くないからである。
部の水平面に対する外周面（晶出面）の垂直断面の角度
（テーパ角度）３１と不純物濃度との関係を検討した結
果を図３に示している。この結果から、中空回転冷却体
のテーパ角度３１は６０〜９０度、特に、８０〜９０度
とするのが好ましいことが分かる。６０度よりも小さい
角度であると、不純物濃度の観点から好ましくないこと
に加えて、中空回転冷却体４の上部の径が極端に大きく
なって、装置の構造上も好ましくない。９０度よりも大
きい角度になると、中空回転冷却体４の晶出部２０のシ
リコン精製塊６を外しにくくなって、製造工程上好まし
くないからである。
【００４５】上記中空回転冷却体４に導入される冷却ガ
スの流量は、溶融シリコンＳに浸漬している晶出部２０
の単位面積に対する流量が０．００１〜４．０（ｍ3／
秒）／ｍ2、より好ましくは０．６〜３．８（ｍ3／秒）
／ｍ2がよい。図４に上記晶出部２０の単位面積当たり
の冷却ガスの流量とＦｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）
について不純物の分配係数の関係を示している。図４よ
り、０．００１〜０．６（ｍ3／秒）／ｍ2の範囲におい
て、急激に分配係数が小さくなり、つまり不純物除去の
効果が大きくなる。したがって、０．６（ｍ3／秒）／
ｍ2より冷却ガス流量が少ないと、冷却流量が不安定に
なれば、分配係数が大きく変化し、つまりは、不純物除
去の効果が大きく変動して、シリコン精製塊６の品質が
変わり易くなるので、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2以上が好
ましい。
スの流量は、溶融シリコンＳに浸漬している晶出部２０
の単位面積に対する流量が０．００１〜４．０（ｍ3／
秒）／ｍ2、より好ましくは０．６〜３．８（ｍ3／秒）
／ｍ2がよい。図４に上記晶出部２０の単位面積当たり
の冷却ガスの流量とＦｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）
について不純物の分配係数の関係を示している。図４よ
り、０．００１〜０．６（ｍ3／秒）／ｍ2の範囲におい
て、急激に分配係数が小さくなり、つまり不純物除去の
効果が大きくなる。したがって、０．６（ｍ3／秒）／
ｍ2より冷却ガス流量が少ないと、冷却流量が不安定に
なれば、分配係数が大きく変化し、つまりは、不純物除
去の効果が大きく変動して、シリコン精製塊６の品質が
変わり易くなるので、０．６（ｍ3／秒）／ｍ2以上が好
ましい。
【００４６】上述の実施例では、冷却ガスとして窒素ガ
スを用いた一例であるが、冷却ガスは窒素ガスに限定さ
れるものでない。中空回転冷却体４を酸化させない不活
性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等を用いてもよい。
その実施例を下表に示す。
スを用いた一例であるが、冷却ガスは窒素ガスに限定さ
れるものでない。中空回転冷却体４を酸化させない不活
性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等を用いてもよい。
その実施例を下表に示す。
【００４７】
【表１】冷却ガス種とＦｅ、Ａｌ分配係数
【００４８】表１はＦｅおよびＡｌの分配係数を夫々８
×１０-4、８×１０-3とするに必要なガス流量を示して
いる。
×１０-4、８×１０-3とするに必要なガス流量を示して
いる。
【００４９】窒素ガスでは、２．３３×１０-3ｍ3／秒
（＝１４０Ｌ／分）を必要とするのに対して、ヘリウム
ガスでは９．１７×１０-4ｍ3／秒（＝５５Ｌ／分）の
流量で窒素と同等の能力である。しかし、窒素ガスの方
がヘリウムガスに比べ安価であるので、窒素ガスの方が
より好ましい。同様に、アルゴンガスでは３．５２×１
０-2ｍ3／秒（＝２１１Ｌ／分）が必要となる。アルゴ
ンガスを使用した場合は、窒素ガスよりも多量に必要で
ある。これもヘリウムと同様に、窒素ガスの方がアルゴ
ンガスに比べ安価であるので、窒素ガスの方がより好ま
しい。ここでは、一実施例として、各単体ガスについて
記述したが、２種類以上の混合ガスを用いても良い。
（＝１４０Ｌ／分）を必要とするのに対して、ヘリウム
ガスでは９．１７×１０-4ｍ3／秒（＝５５Ｌ／分）の
流量で窒素と同等の能力である。しかし、窒素ガスの方
がヘリウムガスに比べ安価であるので、窒素ガスの方が
より好ましい。同様に、アルゴンガスでは３．５２×１
０-2ｍ3／秒（＝２１１Ｌ／分）が必要となる。アルゴ
ンガスを使用した場合は、窒素ガスよりも多量に必要で
ある。これもヘリウムと同様に、窒素ガスの方がアルゴ
ンガスに比べ安価であるので、窒素ガスの方がより好ま
しい。ここでは、一実施例として、各単体ガスについて
記述したが、２種類以上の混合ガスを用いても良い。
【００５０】以上の方法により中空回転冷却体４に晶出
させたシリコン精製塊６を溶融シリコンＳから引上げる
時の引上げ速度についても、詳細に検討をおこなった。
図５にその検討結果を示す。図５より、引上げ速度は５
〜７０ｃｍ／分、より好ましくは１０〜６０ｃｍ／分以
上で引上げるのがよい。これは、９９％程度の金属級シ
リコンを溶融すると、坩堝の湯面に不純物が浮遊してい
て、シリコン精製塊６を溶融シリコンＳから引上げる
際、引き上げ速度を過度に遅くすると、上記不純物がシ
リコン精製塊６に付着して、シリコン精製塊６の純度を
悪化させてしまうからである。この付着は引上げ速度を
５〜７０ｃｍ／分、より好ましくは１０〜６０ｃｍ／分
で引上げることにより低減させることができる。
させたシリコン精製塊６を溶融シリコンＳから引上げる
時の引上げ速度についても、詳細に検討をおこなった。
図５にその検討結果を示す。図５より、引上げ速度は５
〜７０ｃｍ／分、より好ましくは１０〜６０ｃｍ／分以
上で引上げるのがよい。これは、９９％程度の金属級シ
リコンを溶融すると、坩堝の湯面に不純物が浮遊してい
て、シリコン精製塊６を溶融シリコンＳから引上げる
際、引き上げ速度を過度に遅くすると、上記不純物がシ
リコン精製塊６に付着して、シリコン精製塊６の純度を
悪化させてしまうからである。この付着は引上げ速度を
５〜７０ｃｍ／分、より好ましくは１０〜６０ｃｍ／分
で引上げることにより低減させることができる。
【００５１】ところで、２Ｎのシリコンを太陽電池級６
Ｎレベルに到達させるには、以上述べた方法を多数回繰
り返すことにより容易に達成できることはいうまでもな
い。
Ｎレベルに到達させるには、以上述べた方法を多数回繰
り返すことにより容易に達成できることはいうまでもな
い。
【００５２】また、上記実施形態においては、この発明
による製造方法がシリコンに適用されているが、例えば
９９．９９９９ｗｔ％の純度を有する超高純度アルミニ
ウムの精製に適用することもできる。
による製造方法がシリコンに適用されているが、例えば
９９．９９９９ｗｔ％の純度を有する超高純度アルミニ
ウムの精製に適用することもできる。
【００５３】
【発明の効果】以上より明かなように、請求項１の発明
の高純度シリコンの製造方法は、溶融シリコンを収容す
る坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４１４〜１
６００℃にしているので、１４１４℃未満でおこるシリ
コンの凝固を防止でき、かつ、１６００℃以下の溶融温
度に保持して、電力コストを低減できる。
の高純度シリコンの製造方法は、溶融シリコンを収容す
る坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４１４〜１
６００℃にしているので、１４１４℃未満でおこるシリ
コンの凝固を防止でき、かつ、１６００℃以下の溶融温
度に保持して、電力コストを低減できる。
【００５４】請求項２の発明の高純度シリコンの製造方
法は、坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４２０
〜１４７０℃にしているので、１４２０℃以上での小さ
な分配係数を使用して、精製効果を大きくできる。ま
た、坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を平衡分配係
数に達している１４７０℃以下にしているので、過度に
溶融シリコンの温度を高くすることがなくて、エネルギ
ーのロスを少なくできる。
法は、坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４２０
〜１４７０℃にしているので、１４２０℃以上での小さ
な分配係数を使用して、精製効果を大きくできる。ま
た、坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を平衡分配係
数に達している１４７０℃以下にしているので、過度に
溶融シリコンの温度を高くすることがなくて、エネルギ
ーのロスを少なくできる。
【００５５】請求項３の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体の回転時の外周面の周速を０．０
０４〜４．００ｍ／秒にしているので、精製の効果が大
きく、かつ、溶融シリコンを坩堝の外側へ飛び散らせて
しまう恐れもない。
法は、中空回転冷却体の回転時の外周面の周速を０．０
０４〜４．００ｍ／秒にしているので、精製の効果が大
きく、かつ、溶融シリコンを坩堝の外側へ飛び散らせて
しまう恐れもない。
【００５６】請求項４の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体の回転時の外周面の周速を０．１
〜２．２０ｍ／秒にしているので、不純物濃度を低下で
き、かつ、エネルギーのロスを少なくできる。
法は、中空回転冷却体の回転時の外周面の周速を０．１
〜２．２０ｍ／秒にしているので、不純物濃度を低下で
き、かつ、エネルギーのロスを少なくできる。
【００５７】請求項５の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面
の垂直断面の角度を６０〜９０度にしているので、不純
物濃度を少なくでき、かつ、中空回転冷却体の上部の径
が極端に大きくなることがなく、かつ、中空回転冷却体
の晶出部からシリコン精製塊を外し易くなって、製造工
程上好ましい。
法は、中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面
の垂直断面の角度を６０〜９０度にしているので、不純
物濃度を少なくでき、かつ、中空回転冷却体の上部の径
が極端に大きくなることがなく、かつ、中空回転冷却体
の晶出部からシリコン精製塊を外し易くなって、製造工
程上好ましい。
【００５８】請求項６の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面
の垂直断面の角度が８０〜９０度にしているので、不純
物の濃度を安定に少なくでき、かつ、中空回転冷却体の
晶出部からシリコン精製塊を外し易くなって、製造工程
上好ましい。
法は、中空回転冷却体の最下部の水平面に対する外周面
の垂直断面の角度が８０〜９０度にしているので、不純
物の濃度を安定に少なくでき、かつ、中空回転冷却体の
晶出部からシリコン精製塊を外し易くなって、製造工程
上好ましい。
【００５９】請求項７の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量を、
溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面積に対して
０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2にしているので、
不純物除去の効果が大きく、かつ、エネルギーのロスが
少ない。
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量を、
溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面積に対して
０．００１〜４．０（ｍ3／秒）／ｍ2にしているので、
不純物除去の効果が大きく、かつ、エネルギーのロスが
少ない。
【００６０】請求項８の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量を、
溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面積に対して
０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定しているので、
分配係数が安定して小さく、不純物除去の効果を安定し
て大きくでき、かつ、エネルギーのロスが少ない。
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流量を、
溶融シリコンに浸漬している晶出部の単位面積に対して
０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2に設定しているので、
分配係数が安定して小さく、不純物除去の効果を安定し
て大きくでき、かつ、エネルギーのロスが少ない。
【００６１】請求項９の発明の高純度シリコンの製造方
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、上記中
空回転冷却体を酸化させない不活性ガスの単体ガスある
いは２種類以上の上記単体ガスの混合ガスからなるの
で、上記中空回転冷却体を酸化させることなく、好適に
冷却できる。
法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、上記中
空回転冷却体を酸化させない不活性ガスの単体ガスある
いは２種類以上の上記単体ガスの混合ガスからなるの
で、上記中空回転冷却体を酸化させることなく、好適に
冷却できる。
【００６２】請求項１０の発明の高純度シリコンの製造
方法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、窒素
ガスであるので、中空回転冷却体を酸化させることな
く、安価かつ効果的に冷却することができる。
方法は、中空回転冷却体に導入される冷却ガスは、窒素
ガスであるので、中空回転冷却体を酸化させることな
く、安価かつ効果的に冷却することができる。
【００６３】請求項１１の発明の高純度シリコンの製造
方法は、中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製塊を
溶融シリコンから引き上げる時の引き上げ速度を５〜７
０ｃｍ／分にしているので、湯面に浮遊している不純物
がシリコン精製塊に付着するのを防止して、シリコン精
製塊の不純物濃度を低くすることができる。
方法は、中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製塊を
溶融シリコンから引き上げる時の引き上げ速度を５〜７
０ｃｍ／分にしているので、湯面に浮遊している不純物
がシリコン精製塊に付着するのを防止して、シリコン精
製塊の不純物濃度を低くすることができる。
【００６４】請求項１２の発明の高純度シリコンの製造
方法は、中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製塊を
溶融シリコンから引上げる時の引き上げ速度を１０〜６
０ｃｍ／分にしているので、湯面に浮遊している不純物
がシリコン精製塊に付着するのを防止して、シリコン精
製塊の不純物濃度を低くすることができる。
方法は、中空回転冷却体に晶出させたシリコン精製塊を
溶融シリコンから引上げる時の引き上げ速度を１０〜６
０ｃｍ／分にしているので、湯面に浮遊している不純物
がシリコン精製塊に付着するのを防止して、シリコン精
製塊の不純物濃度を低くすることができる。
【００６５】請求項１３の発明の高純度シリコンの製造
方法は、請求項１乃至１２のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法を少なくとも２回以上繰り返すので、極
めて純度の高いシリコンを簡単、安価に得ることができ
る。
方法は、請求項１乃至１２のいずれか１つの高純度シリ
コンの製造方法を少なくとも２回以上繰り返すので、極
めて純度の高いシリコンを簡単、安価に得ることができ
る。
【図１】 中空回転冷却体の浸漬前に保持されるシリコ
ン融液の温度と不純物元素の分配係数との関係を示す図
である。
ン融液の温度と不純物元素の分配係数との関係を示す図
である。
【図２】 中空回転冷却体の周速度と不純物濃度の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 中空回転冷却体のテーパ角度と不純物濃度の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図４】 中空回転冷却体に導入される冷却ガス流量と
不純物濃度の関係を示す図である。
不純物濃度の関係を示す図である。
【図５】 中空回転冷却体に晶出したシリコン精製塊の
引き上げ速度とシリコン精製塊に取り込まれる不純物濃
度との関係を示す図である。
引き上げ速度とシリコン精製塊に取り込まれる不純物濃
度との関係を示す図である。
【図６】 中空回転冷却体の最下部面に対する角度を示
す図である。
す図である。
【図７】 本発明の高純度シリコンの精製方法に使用し
た精製装置の全体構成を示す一部を切り欠いた正面図で
ある。
た精製装置の全体構成を示す一部を切り欠いた正面図で
ある。
【図８】 図７の精製装置の下部の拡大図である。
１ 溶解炉 １ａ 頂壁 １ｂ 側壁 １ｃ 底壁 ２ 坩堝 ３ 中空回転軸 ４ 中空回転冷却体 ５ ヒータ ６ 高純度シリコン １７ 冷却流体供給
管 １７ａ 側面 ２０ 晶出部 Ｓ 溶融シリコン
管 １７ａ 側面 ２０ 晶出部 Ｓ 溶融シリコン
フロントページの続き (72)発明者 福山 稔章 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 布居 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G072 AA01 GG03 HH01 MM08 MM38 RR12 TT30 UU02 5F051 AA02 CB03 CB29 5F053 AA12 AA13 BB04 DD01 FF04 GG02 LL05 RR20
Claims (13)
- 【請求項１】 溶融シリコンを収容する坩堝と、この坩
堝内を加熱する加熱手段と、垂直状の中空回転軸および
この中空回転軸の下端に固定された中空回転冷却体から
なって上記中空回転軸の内部空間と上記中空回転冷却体
の内部空間とが連通している回転冷却装置と、上記中空
回転冷却体内に冷却流体を供給する冷却流体供給手段と
を備え、上記坩堝内に入れられた溶融シリコン中に中空
回転冷却体を浸漬して、上記中空回転軸を回転させるこ
とにより中空回転冷却体を回転させると共に、上記冷却
流体供給手段により中空回転冷却体の内部に冷却流体を
供給して、偏析凝固の原理を利用して上記溶融シリコン
中に位置する中空回転冷却体の外周面に、高純度シリコ
ンを晶出させる精製装置を用いて、 上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１４１４〜
１６００℃にして、上記中空回転冷却体の外周面に高純
度シリコンを晶出させることを特徴とする高純度シリコ
ンの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記坩堝の壁面近傍の溶融シリコンの温度を１
４２０〜１４７０℃にして、上記中空回転冷却体の外周
面に高純度シリコンを晶出させることを特徴とする高純
度シリコンの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２の高純度シリコンの製
造方法において、上記中空回転冷却体の外周面の周速が
０．００４〜４．００ｍ／秒になるようにして、上記中
空回転冷却体の外周面に高純度シリコンを晶出させるこ
とを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項４】 請求項３の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記中空回転冷却体の外周面の周速が０．１〜
２．２０ｍ／秒になるようにして、上記中空回転冷却体
の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特徴とす
る高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つの高純度
シリコンの製造方法において、上記中空回転冷却体の最
下部の水平面に対する外周面の垂直断面の角度が６０〜
９０度である状態で、上記中空回転冷却体の外周面に高
純度シリコンを晶出させることを特徴とする高純度シリ
コンの製造方法。 - 【請求項６】 請求項５の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記中空回転冷却体の最下部の水平面に対する
外周面の垂直断面の角度が８０〜９０度である状態で、
上記中空回転冷却体の外周面に高純度シリコンを晶出さ
せることを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つの高純度
シリコンの製造方法において、上記中空回転冷却体に導
入される冷却ガスの流量が、溶融シリコンに浸漬してい
る中空回転冷却体の晶出部の単位面積当たり０．００１
〜４．０（ｍ 3／秒）／ｍ2である状態で、上記中空回転
冷却体の外周面に高純度シリコンを晶出させることを特
徴とする高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項８】 請求項７の高純度シリコンの製造方法に
おいて、上記中空回転冷却体に導入される冷却ガスの流
量が、溶融シリコンに浸漬している中空回転冷却体の晶
出部の単位面積当たり０．６〜３．８（ｍ3／秒）／ｍ2
である状態で、上記中空回転冷却体の外周面に高純度シ
リコンを晶出させることを特徴とする高純度シリコンの
製造方法。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つの高純度
シリコンの製造方法において、上記中空回転冷却体に導
入される冷却ガスは、上記中空回転冷却体を酸化させな
い不活性ガスの単体ガスあるいは２種類以上の上記単体
ガスの混合ガスからなることを特徴とする高純度シリコ
ンの製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９の高純度シリコンの製造方法
において、上記中空回転冷却体に導入される冷却ガス
は、窒素ガスであることを特徴とする高純度シリコンの
製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれか１つの高
純度シリコンの製造方法において、上記中空回転冷却体
に晶出させた高純度シリコンを引き上げる速度は、５〜
７０ｃｍ／分であることを特徴とする高純度シリコンの
製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１の高純度シリコンの製造方
法において、上記中空回転冷却体に晶出させた高純度シ
リコンを引き上げる速度は、１０〜６０ｃｍ／分である
ことを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１つの高
純度シリコンの製造方法を少なくとも２回以上繰り返す
ことを特徴とする高純度シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15962099A JP4365480B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 高純度シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15962099A JP4365480B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 高純度シリコンの製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000351616A true JP2000351616A (ja) | 2000-12-19 |
| JP2000351616A5 JP2000351616A5 (ja) | 2007-04-05 |
| JP4365480B2 JP4365480B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=15697709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15962099A Expired - Fee Related JP4365480B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 高純度シリコンの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4365480B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006436A1 (ja) | 2004-07-14 | 2006-01-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | 金属の精製方法 |
| JP2006240963A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Corp | 高純度のシリコンの製造方法 |
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-
1999
- 1999-06-07 JP JP15962099A patent/JP4365480B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
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|---|---|
| JP4365480B2 (ja) | 2009-11-18 |
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