JP2002173311A - Method for purifying molten metal silicon - Google Patents

Method for purifying molten metal silicon

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JP2002173311A JP2000369845A JP2000369845A JP2002173311A JP 2002173311 A JP2002173311 A JP 2002173311A JP 2000369845 A JP2000369845 A JP 2000369845A JP 2000369845 A JP2000369845 A JP 2000369845A JP 2002173311 A JP2002173311 A JP 2002173311A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for purifying the molten metal silicon industrially in safety. SOLUTION: An inert gas containing steam of x volume % (x>3) is blown into the molten metal silicon 10 in a treating tank as a processing gas at the flow rate of A l/minute and the inert gas is also blown onto the surface of the silicon 10 as a diluting gas at the flow rate of B l/minute at the same time so that parameters x, A and B satisfy xA/(A+B)<3. When the processing gas contains further hydrogen of y volume %, the processing gas and the diluting gas are blown so that the parameters satisfy (x+y)>3 and (x+y)A/(A+ B)<3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンの精製方法
に関し、特に、たとえば太陽電池用に適するような高純
度シリコンを得るためのシリコン溶湯の精製方法に関す
るものである。
The present invention relates to a method for purifying silicon, and more particularly to a method for purifying molten silicon for obtaining high-purity silicon suitable for, for example, solar cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油などのエネルギ資源の減少と世界の
エネルギ需要の増大とによって近い将来にエネルギ危機
が予想される状況において、自然エネルギの活用が望ま
れており、特に太陽電池による太陽エネルギの活用は全
く環境破壊することのない代替エネルギとして期待され
ている。ここで、太陽電池の普及のためにはそのコスト
ダウンが不可欠であり、そのコスト要因の大きなものと
してシリコン原料の精製の問題がある。
2. Description of the Related Art In a situation where an energy crisis is expected in the near future due to a decrease in energy resources such as petroleum and an increase in world energy demand, utilization of natural energy is desired. Utilization is expected as an alternative energy that does not destroy the environment at all. Here, cost reduction is indispensable for the spread of solar cells, and one of the major cost factors is the problem of refining silicon raw materials.

【0003】太陽エネルギを電気に変換することは半導
体シリコンの1つの特性を活用するものであり、現状で
は、太陽電池用原料としても半導体集積回路用の高純度
シリコンが使用されている。集積回路用のシリコンは極
めて高純度であることを必要とするので、現在の製法と
しては、サブマージアーク炉で珪石を還元して得られる
98%程度の純度のシリコンをトリクロールシランにし
て気相化し、分留精製した後にシリコンを析出させるシ
ーメンス法などの気相分留析出法が採用されている。こ
のようにして精製されたシリコンはイレブンナインと称
される程の超高純度になっているが、その製造工程にお
ける高エネルギの使用のためにコストが高く、太陽電池
の原料として使用すれば太陽電池の普及の妨げとなる。
[0003] Converting solar energy into electricity utilizes one property of semiconductor silicon. At present, high-purity silicon for semiconductor integrated circuits is used as a raw material for solar cells. Since silicon for integrated circuits needs to be extremely high in purity, the current manufacturing method is to convert silicon having a purity of about 98% obtained by reducing silica in a submerged arc furnace into tricrolsilane to form a gas phase. Gas-phase fractional deposition methods such as the Siemens method of depositing silicon after fractionation and purification by fractionation are employed. The silicon purified in this way has an ultra-high purity of so-called Eleven Nine, but the cost is high due to the use of high energy in the manufacturing process. It hinders the spread of batteries.

【0004】太陽電池用のシリコンとしては集積回路用
シリコン程の超高純度は必要とされないといわれてお
り、古くから太陽電池用グレードの高純度シリコンを安
価に製造するための精製技術の開発が、米国、欧州、お
よび日本などで行なわれてきた。シリコン中の不純物原
子の中で、太陽電池の変換効率のような性能に悪影響を
及ぼすFe、Al、およびTiなどの金属不純物は、シ
リコンの凝固時における固体中を基準にした液体中の平
衡分配係数の比としての固液分配比が大きいので、一方
向凝固により除去することができる。しかし、分配比が
小さくて1に近いBとPは一方向凝固によって太陽電池
製造に必要な高純度レベルまで低下させることができな
いので、別途に精製技術の開発がなされている。
It is said that ultra-high purity silicon for solar cells is not required as much as silicon for integrated circuits, and it has long been necessary to develop a purification technology for producing high-purity silicon for solar cells at low cost. , The United States, Europe, and Japan. Among the impurity atoms in silicon, metal impurities such as Fe, Al, and Ti, which adversely affect the performance such as the conversion efficiency of a solar cell, are equilibrium distributed in a liquid with respect to a solid in the solidification of silicon. Since the solid-liquid distribution ratio as the coefficient ratio is large, it can be removed by unidirectional solidification. However, since B and P having a small distribution ratio and close to 1 cannot be reduced to a high purity level required for solar cell production by unidirectional solidification, a purification technique has been separately developed.

【0005】Pについては、高真空下で溶融シリコンを
保持することにより蒸発除去することが可能である。B
については、H.C.Theuererの実験結果(JOURNAL OF MET
ALS,1956, PP1316-1319)によれば、水蒸気含有水素ガ
ス雰囲気中におけるシリコンの帯融処理により、シリコ
ン中のBが極めて効率的に除去され得ることが示唆され
ている。したがって、H.C.Theuererの実験結果を基礎と
して、シリコン溶湯の水蒸気含有ガスによる処理方法が
展開されて検討されている。
[0005] P can be removed by evaporation by holding the molten silicon under a high vacuum. B
About HCTheuerer's experimental results (JOURNAL OF MET
According to ALS, 1956, PP1316-1319), it has been suggested that B in silicon can be removed very efficiently by a fusion treatment of silicon in a hydrogen gas atmosphere containing water vapor. Therefore, based on the results of HC Theuerer's experiment, a method of treating molten silicon with a gas containing water vapor has been developed and studied.

【0006】たとえば、米国特許第4,097,584
号によれば、BとPの濃度が1ppm以下のシリコンを
製造する方法としてBとPの濃度が1ppm以上のシリ
コン溶湯を1420〜1480℃に保持し、0.1%以
上の水蒸気と1%以上の水素を含む不活性ガスをその溶
湯中へ吹き込む方法が述べられている。特開平4−19
3706号公報においては、B、C、およびPなどの不
純物元素を含むシリコンを溶融し、その溶湯底部からA
rもしくはH2またはこれらの混合ガスを吹き込む方
法、およびこれらのガスにH2Oなどの高温で酸化性の
ガスを添加して吹き込む方法によるシリコンの精製方法
が述べられている。
For example, US Pat. No. 4,097,584
According to No. 4, as a method for producing silicon having a B and P concentration of 1 ppm or less, a silicon melt having a B and P concentration of 1 ppm or more is maintained at 1420 to 1480 ° C., and 0.1% or more of steam and 1% A method of blowing the above inert gas containing hydrogen into the molten metal is described. JP-A-4-19
In Japanese Patent No. 3706, silicon containing impurity elements such as B, C, and P is melted, and A is melted from the bottom of the molten metal.
It describes a method of blowing r or H 2 or a mixed gas thereof, and a method of purifying silicon by a method of adding a high-temperature oxidizing gas such as H 2 O to these gases and blowing them.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】H.C.Theuererの実験結
果を応用した脱Bのためのシリコン精製技術は、未だ実
用化されていない。この理由として、処理槽内空間中の
高濃度水素ガスによる爆発の危険性が挙げられる。すな
わち、シリコン溶湯内に吹き込まれた処理ガスがその溶
湯表面から放出され、高温で高濃度の水素を含むガスが
処理槽内空間中に充満した状態は危険であり、処理槽の
気密性が確保されていなければならない。処理槽のガス
排出管から処理済のガスが大気中に排出される場合に
は、その排出ガスを大気中への出口で燃焼させて、水素
を水蒸気に変えて排出する必要がある。しかし、このよ
うな条件が確保されたとしても、処理槽内における高温
の爆発性ガスの存在は大きな不安を生じ、H.C.Theuerer
の実験結果を利用した工業的プロセスは実現していな
い。
SUMMARY OF THE INVENTION A silicon refining technique for decarburization utilizing the experimental results of HC Theuerer has not yet been put to practical use. The reason for this is that there is a risk of explosion due to high concentration hydrogen gas in the space inside the processing tank. That is, it is dangerous that the processing gas blown into the silicon melt is released from the surface of the molten metal and the gas containing high-temperature and high-concentration hydrogen fills the space inside the processing tank, and the airtightness of the processing tank is secured. Must have been. When the processed gas is discharged into the atmosphere from the gas discharge pipe of the processing tank, it is necessary to burn the discharged gas at the outlet to the atmosphere to convert hydrogen into steam and discharge. However, even if such conditions were ensured, the presence of hot explosive gas in the treatment tank caused great anxiety, and HC Theuerer
No industrial process has been realized using the experimental results.

【0008】このような先行技術における状況に鑑み、
本発明は、水蒸気またはこれに加えて水素を含む処理ガ
スをシリコン溶湯中に吹き込んで、そのシリコンを効率
的に精製し得る安全な工業的シリコン精製法を提供する
ことを目的としている。
In view of the situation in the prior art,
An object of the present invention is to provide a safe industrial silicon refining method capable of efficiently purifying silicon by blowing a processing gas containing hydrogen or a processing gas containing hydrogen into the molten silicon.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン溶
湯の精製方法においては、処理槽内のシリコン溶湯中へ
x vol.%の水蒸気をx>3の範囲で含む不活性ガ
スを処理ガスとしてAl/minの流量率で吹き込み、
少なくともその処理ガスが吹き込まれているときには、
それと同時に不活性希釈ガスをシリコン溶湯表面上にB
l/minの流量率で吹き込み、パラメータx、A、
およびBはxA/(A+B)<3の関係を満たすように
設定されることを特徴としている。
In the method for purifying molten silicon according to the present invention, x vol. % Steam is blown at a flow rate of Al / min as a processing gas using an inert gas containing x> 3.
At least when the processing gas is blown,
At the same time, an inert diluent gas
blow at a flow rate of 1 / min, parameters x, A,
And B are set so as to satisfy the relationship of xA / (A + B) <3.

【0010】処理ガスはy vol.%の水素を(x+
y)>3の範囲でさらに含んでもよく、この場合には、
それぞれのパラメータが(x+y)A/(A+B)<3
の関係を満たすように設定される。
The processing gas is y vol. % Hydrogen (x +
y) may further include a range of> 3, in which case,
Each parameter is (x + y) A / (A + B) <3
Are set so as to satisfy the relationship.

【0011】不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、も
しくはヘリウム、またはそれらの混合ガスが好ましく用
いられ得る。
As the inert gas, argon, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof can be preferably used.

【0012】不活性ガスで希釈化された処理済のガス
は、処理槽の天井部に設置された排出管を通して大気中
に排出することができる。
The treated gas diluted with the inert gas can be discharged into the atmosphere through a discharge pipe provided at the ceiling of the processing tank.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】不活性ガスと水素との混合ガスに
おいては、水素成分が3vol.%以下の場合には爆発
を生じることがなく、危険物とはならない。シリコン溶
湯中へ不活性ガスと水蒸気を含む処理ガスを吹き込む場
合、水蒸気は主としてシリコンを酸化してSiO2(固
体)またはSiO(ガス)を生成すると同時に、反応し
た水蒸気と同じ体積の水素ガスを発生する。シリコン溶
湯中に吹き込まれた処理ガスの気泡がその溶湯表面から
処理槽内の空間中に放出される時点で気泡内の水蒸気の
100%がシリコンとの反応を完了しているとすれば、
処理ガス中の水蒸気成分は同じ体積の水素ガスに変わっ
ている。したがって処理槽内の雰囲気ガスは最大で処理
ガスの水蒸気成分と同じ濃度の水素ガス成分を含むこと
になると考えなければならない。たとえば、露点が50
℃の水蒸気を含むアルゴンガスを処理ガスとする場合に
は、約12vol.%の水蒸気を含むから、処理槽内の
雰囲気は最大で12vol.%の水素含有組成になる可
能性があって危険である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a mixed gas of an inert gas and hydrogen, a hydrogen component is 3 vol. If it is less than 10%, no explosion occurs and it is not a hazardous material. When a processing gas containing an inert gas and water vapor is blown into a molten silicon, the water vapor mainly oxidizes silicon to generate SiO 2 (solid) or SiO (gas), and at the same time, generates hydrogen gas having the same volume as the reacted water vapor. appear. Assuming that 100% of the water vapor in the bubbles has completed the reaction with the silicon at the time when the bubbles of the processing gas blown into the silicon melt are released from the surface of the melt into the space in the processing tank,
The water vapor component in the processing gas has been changed to the same volume of hydrogen gas. Therefore, it must be considered that the atmosphere gas in the processing tank contains a hydrogen gas component having the same concentration as the water vapor component of the processing gas at the maximum. For example, if the dew point is 50
When the processing gas is argon gas containing water vapor at about 12 vol. % Of water vapor, the atmosphere in the processing tank is 12 vol. % Hydrogen composition can be dangerous.

【0014】そこで本発明者達は、このような処理を安
全に工業化する方法として、処理ガスをシリコン溶湯中
に吹き込むと同時にその溶湯面上に不活性ガスを吹き込
んでシリコン溶湯中から出てくる処理済ガス中の水素成
分を処理槽内の雰囲気中で3vol.%以下にすること
を考え出した。すなわち、x vol.%の水蒸気を含
む不活性ガスを処理ガスとしてA l/minの流量率
でシリコン溶湯中に吹き込むとき、その溶湯面から放出
されるA l/minの処理済ガスは最大でxvol.
%の水素を含む。したがって、溶湯面上に別途に不活性
希釈ガスをBl/minの流量率で吹き込んで雰囲気ガ
ス全体としての水素成分を3vol.%以下にするため
には、パラメータx、A、およびBがxA/(A+B)
<3の関係を満たすように設定すればよい。これによっ
て、処理槽内の雰囲気中の水素濃度を爆発限界以下に抑
えて、シリコン溶湯の精製処理を続けることができる。
The inventors of the present invention have developed a method for safely industrializing such a process, in which a process gas is blown into a molten silicon and at the same time, an inert gas is blown onto the surface of the molten silicon to come out of the molten silicon. The hydrogen component in the treated gas was reduced to 3 vol. % Or less. That is, x vol. % Of the steam is blown into the molten silicon at a flow rate of Al / min as a processing gas, the processed gas of Al / min discharged from the surface of the molten metal is at most xvol.
% Hydrogen. Therefore, an inert diluent gas is separately blown onto the molten metal surface at a flow rate of Bl / min to reduce the hydrogen content of the entire atmosphere gas to 3 vol. %, The parameters x, A, and B must be xA / (A + B)
What is necessary is just to set so that <3 may be satisfied. As a result, the concentration of hydrogen in the atmosphere in the processing tank can be kept below the explosion limit, and the processing for purifying the molten silicon can be continued.

【0015】シリコン溶湯の処理ガスとして水蒸気と水
素を含む不活性ガスを用いる場合には、シリコン溶湯面
から放出されるガス中の水素濃度は、最大でも処理ガス
中の水蒸気濃度と水素濃度の総和を超えることはない。
したがって、水蒸気と水素を含む不活性ガスをA l/
minの流量率でシリコン溶湯中に吹き込むとき、その
溶湯面上に放出されるA l/minの処理済のガスは
最大で(x+y) vol.%の水素を含むから、溶湯
面上に別途に不活性希釈ガスをB l/minの流量率
で吹き込んで、雰囲気ガス全体としての水素濃度を3v
ol.%以下にするためにはパラメータx、y、A、お
よびBが(x+y)A/(A+B)<3の関係を満たす
ように設定すればよい。これによって、処理槽内の雰囲
気の水素濃度を爆発限界以下に抑えて、シリコン溶湯の
精製処理を続けることができる。
When an inert gas containing water vapor and hydrogen is used as the processing gas for the silicon melt, the hydrogen concentration in the gas released from the silicon melt surface is at most the sum of the water vapor concentration and the hydrogen concentration in the processing gas. Never exceed.
Therefore, the inert gas containing water vapor and hydrogen is converted to Al /
min, the Al / min treated gas released onto the surface of the molten silicon at the maximum flow rate of (x + y) vol. % Of hydrogen, a separate inert diluent gas is blown onto the molten metal surface at a flow rate of B1 / min to reduce the hydrogen concentration of the entire atmosphere gas to 3 V.
ol. %, The parameters x, y, A, and B may be set so as to satisfy the relationship of (x + y) A / (A + B) <3. This makes it possible to keep the hydrogen concentration in the atmosphere in the processing tank below the explosion limit and continue the purification process of the molten silicon.

【0016】処理ガスをシリコン溶湯中に吹き込むと同
時にその溶湯面上に吹き込む不活性希釈ガスとしては、
Ar、He、およびN2を用いることができる。シリコ
ン溶湯の温度は通常1430〜1550℃に保持される
から、その溶湯上の雰囲気ガスは高温となって不活性ガ
スと水素の相互拡散および混合が速やかに起こり、雰囲
気ガス組成の均一性は高くなると推定される。しかし、
水素がその軽さによって処理槽内の天井部に溜まるとい
う傾向を無視することなくその天井部からのガス排出を
行なうことによって、より安全なシリコン溶湯の精製方
法とすることができる。処理ガスは処理槽天井部からシ
リコン溶湯中へシリカや黒鉛などの耐火材でできたラン
ス管などを浸漬して吹き込むことができ、鉄鋼業界で使
用される底吹きの形式を利用してもよい。
The inert diluent gas which is blown into the silicon melt at the same time as the process gas is blown into the molten silicon is:
Ar, can be used He, and N 2. Since the temperature of the silicon melt is usually maintained at 1430 to 1550 ° C., the temperature of the atmosphere gas on the melt becomes high and the interdiffusion and mixing of the inert gas and hydrogen occur quickly, and the uniformity of the atmosphere gas composition is high. It is estimated that But,
By discharging gas from the ceiling without ignoring the tendency of hydrogen to accumulate on the ceiling in the processing tank due to its lightness, a safer method for purifying molten silicon can be achieved. The processing gas can be blown by dipping a lance tube made of a refractory material such as silica or graphite from the ceiling of the processing tank into the molten silicon, and a bottom-blowing type used in the steel industry can be used. .

【0017】図1において、本発明によるシリコン溶湯
の精製方法に用いられ得る処理槽を含む精製装置が模式
的な断面図で図解されている。このシリコン精製装置
は、電磁誘導加熱装置4により加熱され得る溶解炉、シ
リコン溶湯10中に処理ガスを吹き込むランスパイプ
6、シリコン溶湯10面上に不活性ガスを吹き込む2本
の管7、および処理済ガスと不活性希釈ガスとの混合ガ
スを排出する排出管8を含み、シリコン溶湯10上方の
雰囲気は気密性が維持されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a purifying apparatus including a treatment tank that can be used in the method for purifying a molten silicon according to the present invention. The silicon refining apparatus includes a melting furnace that can be heated by the electromagnetic induction heating device 4, a lance pipe 6 that blows a processing gas into the silicon melt 10, two pipes 7 that blows an inert gas onto the surface of the silicon melt 10, and a processing furnace. The atmosphere above the silicon melt 10 is kept airtight, including a discharge pipe 8 for discharging a mixed gas of the used gas and the inert dilution gas.

【0018】溶解炉においては、アルミナのような耐火
材3の内側に黒鉛製の保護るつぼ1が設置され、さらに
その内側にシリカるつぼ2が配置されている。シリカる
つぼ2内に挿入される原料シリコンは、不活性ガス雰囲
気中で電磁誘導による黒鉛保護るつぼ1の加熱によって
温度が上昇して溶解し、シリコン溶湯10となる。その
後、シリコン溶湯10は導電性を有するので、電磁誘導
によって直接加熱を受け、所定の精製処理温度に保持さ
れる。
In the melting furnace, a protective crucible 1 made of graphite is provided inside a refractory material 3 such as alumina, and a silica crucible 2 is further provided inside the protective crucible 1. The temperature of the raw material silicon inserted into the silica crucible 2 is increased by the heating of the graphite protection crucible 1 by electromagnetic induction in an inert gas atmosphere, and the raw silicon is melted into the silicon melt 10. Thereafter, since the silicon melt 10 has conductivity, it is directly heated by electromagnetic induction, and is maintained at a predetermined purification processing temperature.

【0019】シリコン精製に用いられる処理ガスは、精
製装置の天井部9から別途の昇降装置(図示せず)によ
って挿入されるランス管6を通してシリコン溶湯10中
に吹き込まれる。このランス管6はシリコン溶湯10に
対して耐食性のあるシリカなどの材料で形成されてい
る。上下方向に移動が可能なランス管6の天井挿入部1
1は、適当なシール手段によって気密に支持されてい
る。シリコン溶湯10中への処理ガスの吹き込み方法と
しては、ランス管6の代わりにアルミニウムの溶湯処理
において工業的に使用されている回転ノズル(大塚良達
他:軽金属、40(1990)、p290参照)の使用
も可能であって、これによって精製がより効果的になり
得るであろう。その他にもシリコン溶湯10中への処理
ガスの吹き込み方法として種々の方法が可能であり、本
発明はそれらの特定の吹き込み方法に限定されはしな
い。
The processing gas used for silicon refining is blown into the molten silicon 10 from the ceiling 9 of the refining device through a lance tube 6 inserted by a separate lifting device (not shown). The lance tube 6 is formed of a material such as silica having corrosion resistance to the molten silicon 10. Ceiling insertion part 1 of lance tube 6 that can move up and down
1 is hermetically supported by suitable sealing means. As a method of injecting the processing gas into the molten silicon 10, a rotary nozzle that is industrially used in the processing of molten aluminum instead of the lance tube 6 (Ryo Otsuka et al .: Light Metal, 40 (1990), p. 290) Can also be used, which could make purification more efficient. Various other methods are also possible as a method of blowing the processing gas into the silicon melt 10, and the present invention is not limited to the specific blowing method.

【0020】シリコン精製に用いる処理ガスと同時にシ
リコン溶湯面上の雰囲気中に希釈ガスを吹き込んで処理
済ガスの水素成分を3vol.%以下に希釈するために
は、天井部9から挿入された黒鉛などの耐熱材製の2本
の管7を通して不活性希釈ガスが吹き込まれる。しか
し、不活性希釈ガスを溶湯面上に吹き込む方法は、図1
に例示された方法に限定されるものではなく、吹き込み
管7の本数も2本に限定されない。たとえば、精製装置
の側面からシリコン溶湯面上の雰囲気中に不活性希釈ガ
スが吹き込まれてもよい。精製装置中に吹き込まれた処
理ガスは処理済ガスとなってシリコン溶湯面から放出さ
れ、その溶湯面上に吹き込まれた不活性希釈ガスと混合
されて3vol.%以下の水素濃度にされ、天井部9に
設けられた排出管8を通って排出される。
At the same time as the processing gas used for silicon purification, a diluting gas is blown into the atmosphere on the silicon melt surface to reduce the hydrogen content of the processed gas to 3 vol. %, An inert diluent gas is blown through two tubes 7 made of a heat-resistant material such as graphite inserted from the ceiling 9. However, the method of injecting the inert dilution gas onto the molten metal surface is described in FIG.
However, the number of the blowing pipes 7 is not limited to two. For example, an inert diluent gas may be blown into the atmosphere above the silicon melt from the side of the refiner. The processing gas blown into the refining device becomes a processed gas and is released from the surface of the silicon melt, and is mixed with the inert diluent gas blown onto the surface of the melt to obtain 3 vol. % And is discharged through a discharge pipe 8 provided in a ceiling portion 9.

【0021】処理槽内雰囲気を大気圧に比較して減圧状
態でシリコン精製することが効果的である旨を米国特許
第4,097,584号が述べているが、そのような場
合でも、天井部9の排出管8から3vol.%以下の水
素濃度の安全なガスの吸引排出により、処理槽内および
排出ガスの爆発の危険性なく精製処理を続けることがで
きる。
US Pat. No. 4,097,584 states that it is effective to purify silicon under reduced pressure compared to atmospheric pressure in the atmosphere in the processing tank. 3 vol. %, The purification process can be continued without the danger of explosion in the processing tank and the exhaust gas.

【0022】(実施例1)図1に示されたシリカるつぼ
2内に5kgのシリコン(B濃度5ppm)が装入さ
れ、不活性希釈ガス吹き込み管7からArを吹き込んで
精製装置内をAr雰囲気にした後に、電磁誘導コイル4
によって黒鉛保護るつぼ1を加熱し、シリカるつぼ2内
のシリコンが溶融させられた。1450℃に保持された
シリコン溶湯10内へ天井9からランス管6を降下さ
せ、10vol.%の水蒸気を含むArガスを2 l/
minの流量率で供給しつつ浸漬させた。ランス管6か
ら処理ガスを流すと同時に、溶湯面上の2本の不活性希
釈ガス吹き込み管7からそれぞれ3 l/minの流量
率でAr希釈ガスを吹き込み、雰囲気ガス中の水素濃度
を最大で2.5vol.%に抑えて4時間の精製処理が
行なわれた。その処理後のシリコン中におけるB濃度は
2ppmに減じられていた。
Example 1 5 kg of silicon (B concentration: 5 ppm) was charged into the silica crucible 2 shown in FIG. 1, and Ar was blown from an inert diluent gas blowing pipe 7 so that the inside of the purification apparatus was Ar atmosphere. And then the electromagnetic induction coil 4
Thus, the graphite protection crucible 1 was heated, and the silicon in the silica crucible 2 was melted. The lance tube 6 is lowered from the ceiling 9 into the silicon melt 10 maintained at 1450 ° C., and 10 vol. % Of water containing 2% water vapor
It was immersed while being supplied at a flow rate of min. At the same time as the processing gas flows from the lance pipe 6, Ar diluting gas is blown at a flow rate of 3 l / min from the two inert diluting gas blowing pipes 7 on the molten metal surface, thereby maximizing the hydrogen concentration in the atmosphere gas. 2.5 vol. %, And the purification treatment was performed for 4 hours. The B concentration in the silicon after the treatment was reduced to 2 ppm.

【0023】(実施例2)図1に示されたシリカるつぼ
2内に5kgのシリコン(B濃度5ppm)が装入さ
れ、不活性希釈ガス吹き込み管7からArを吹き込んで
精製装置内がAr雰囲気にされた後に、電磁誘導コイル
4によって黒鉛保護るつぼ1を加熱して、シリカるつぼ
2内のシリコンが溶融された。1450℃に保持された
シリコン溶湯10内へ天井9からランス管6を降下さ
せ、10vol.%の水蒸気と10vol.%の水素を
含むArガスを処理ガスとして2 l/minの流量率
で流しながら浸漬させた。ランス管6から処理ガスを流
すと同時に、溶湯面上の2本の不活性希釈ガス吹き込み
管7からそれぞれ9 l/minの流量率でAr希釈ガ
スが吹き込まれ、雰囲気ガス中の水素濃度が最大で2.
0vol.%に抑えられて4時間の精製処理が行なわれ
た。その処理後のB濃度は、1ppmに減じられてい
た。
Example 2 5 kg of silicon (B concentration: 5 ppm) was charged into the silica crucible 2 shown in FIG. 1, and Ar was blown from an inert diluent gas blowing pipe 7 so that the inside of the purification apparatus was Ar atmosphere. After that, the graphite protection crucible 1 was heated by the electromagnetic induction coil 4 to melt the silicon in the silica crucible 2. The lance tube 6 is lowered from the ceiling 9 into the silicon melt 10 maintained at 1450 ° C., and 10 vol. % Steam and 10 vol. The gas was immersed while flowing Ar gas containing 2% hydrogen as a processing gas at a flow rate of 2 l / min. At the same time as the processing gas flows from the lance tube 6, Ar diluting gas is blown at a flow rate of 9 l / min from the two inert diluting gas blowing tubes 7 on the melt surface, and the hydrogen concentration in the atmosphere gas is maximized. 2.
0 vol. %, And the purification treatment was performed for 4 hours. The B concentration after the treatment was reduced to 1 ppm.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリコ
ン溶湯の精製処理において、精製装置内に含まれる水素
成分による高温における爆発の危険性を伴うことなく、
安全に長時間の精製処理が可能となり、工業的精製方法
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in the process of purifying molten silicon, there is no danger of explosion at high temperatures due to hydrogen components contained in the purifier.
A long-term purification treatment can be performed safely, and an industrial purification method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるシリコン溶湯の精製方法に用い
られ得る精製装置を示す模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a refining apparatus that can be used in the method for purifying a molten silicon according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 黒鉛製保護るつぼ、2 シリカるつぼ、3 アルミ
ナ質耐火材、4 電磁誘導コイル、5 炉殻、6 ラン
ス管、7 不活性希釈ガス吹き込み管、8 処理済ガス
排出管、9 天井板、10 シリコン溶湯、11 ラン
ス管挿入部。
1 graphite crucible, 2 silica crucible, 3 alumina refractory material, 4 electromagnetic induction coil, 5 furnace shell, 6 lance tube, 7 inert dilution gas injection tube, 8 treated gas discharge tube, 9 ceiling plate, 10 silicon Molten, 11 Lance tube insertion part.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 処理槽内のシリコン溶湯中へx vo
l.%の水蒸気をx>3の範囲で含む不活性ガスを処理
ガスとしてA l/minの流量率で吹き込み、 少なくとも前記処理ガスが吹き込まれているときには、
それと同時に不活性希釈ガスを前記シリコン溶湯表面上
にB l/minの流量率で吹き込み、 前記パラメータx、A、およびBはxA/(A+B)<
3の関係を満たすように設定されることを特徴とするシ
リコン溶湯の精製方法。
1. x vo into silicon melt in a processing tank
l. % Of water vapor in the range of x> 3 is blown at a flow rate of Al / min as a processing gas. At least when the processing gas is blown,
At the same time, an inert dilution gas is blown onto the surface of the silicon melt at a flow rate of B1 / min, and the parameters x, A, and B are xA / (A + B) <
3. A method for purifying molten silicon, wherein the method is set so as to satisfy the relationship of 3.
【請求項2】 処理槽内のシリコン溶湯中へx vo
l.%の水蒸気とyvol.%の水素を(x+y)>3
の範囲で含む不活性ガスを処理ガスとしてAl/min
の流量率で吹き込み、 少なくとも前記処理ガスが吹き込まれているときには、
それと同時に不活性ガスを前記シリコン溶湯表面上にB
l/minの流量率で吹き込み、 前記パラメータx、y、A、およびBは(x+y)A/
(A+B)<3の関係を満たすように設定されることを
特徴とするシリコン溶湯の精製方法。
2. x vo into the silicon melt in the processing tank
l. % Steam and yvol. % Hydrogen (x + y)> 3
Al / min as a processing gas containing an inert gas containing
When the processing gas is blown at least,
At the same time, an inert gas
The parameters x, y, A, and B are (x + y) A /
A method for purifying a molten silicon, wherein the method is set so as to satisfy a relationship of (A + B) <3.
【請求項3】 前記不活性ガスはアルゴン、窒素、もし
くはヘリウム、またはこれらの混合ガスからなることを
特徴とする請求項1または2に記載のシリコン溶湯の精
製方法。
3. The method according to claim 1, wherein the inert gas is argon, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof.
【請求項4】 前記希釈ガスで希釈された処理済の前記
処理ガスを前記処理槽の天井部に配置された排出管を通
して排出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか
の項に記載のシリコン溶湯の精製方法。
4. The processing gas according to claim 1, wherein the processed processing gas diluted with the dilution gas is discharged through a discharge pipe arranged on a ceiling portion of the processing tank. The method for purifying a molten silicon according to the above.
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