JP2002321037A - Casting method for silicon - Google Patents

Casting method for silicon

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JP2002321037A
JP2002321037A JP2001130428A JP2001130428A JP2002321037A JP 2002321037 A JP2002321037 A JP 2002321037A JP 2001130428 A JP2001130428 A JP 2001130428A JP 2001130428 A JP2001130428 A JP 2001130428A JP 2002321037 A JP2002321037 A JP 2002321037A
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JP
Japan
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silicon
mold
release material
binder
casting method
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JP2001130428A
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Japanese (ja)
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Yohei Sakai
洋平 坂井
Muneyoshi Yamatani
宗義 山谷
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a casting method for silicon which can reduce the amount of carbon residue remaining in a parting agent without wasting of a carbon mold. SOLUTION: In the silicon casting method to pour and solidify melted silicon in a casting mold, the inner surface of the mold is coated with the parting agent containing one or more kinds among a silicon nitride, a silicon carbide and a silicon oxide as main components, and a binder, then degreased at 450-600 deg.C in the oxidizing atmosphere. After that, the melted silicon is poured into the mold and solidified.

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】本発明はシリコン鋳造方法に
関し、特にカーボン系素材で形成された鋳型を用いるシ
リコン鋳造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for casting silicon, and more particularly to a method for casting silicon using a mold made of a carbon-based material.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶シリコンの鋳造方法は、シリコン
原料を鋳型内で溶解してそのまま同一の鋳型内で凝固さ
せる方法と、溶解ルツボで溶解したシリコン融液を別の
鋳型に鋳込んで凝固させる方法とに大別される。何れの
場合も融液状態のシリコンを鋳型内で凝固させる必要が
あるため、鋳型の内面に離型材を塗布することが行なわ
れている。この離型材には、シリコンが凝固して冷却す
る過程で発生するシリコンインゴット中の熱応力を緩和
する目的と、活性なシリコン融液が鋳型と反応して融着
することを防ぐ目的がある。
2. Description of the Related Art Polycrystalline silicon is cast by melting a silicon raw material in a mold and solidifying it in the same mold, or by casting a silicon melt melted in a melting crucible into another mold and solidifying it. The method is roughly divided into In any case, since it is necessary to solidify the silicon in a molten state in the mold, a mold release material is applied to the inner surface of the mold. The purpose of the release material is to alleviate the thermal stress in the silicon ingot generated during the process of solidifying and cooling the silicon, and to prevent the active silicon melt from reacting with the mold and fusing.

【0003】一般に、窒化珪素、炭化珪素、あるいは酸
化珪素などの粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成
される溶液中に混合して攪拌してスラリーとし、これを
鋳型の内面に塗布若しくはスプレー等の手段でコーティ
ングすることが行なわれている(例えば、Y. Maed et.
al, J. Electrochem. Soc., vol. 133, No. 2, Feb.198
6p440-443ならびにT. Saito et. al, 15th IEEE Photov
oltaic SpecialistsConf. (1981) p576-580など)。
[0003] Generally, powder such as silicon nitride, silicon carbide or silicon oxide is mixed into a solution composed of an appropriate binder and a solvent and stirred to form a slurry, which is applied to the inner surface of a mold or sprayed. (For example, Y. Maed et.
al, J. Electrochem. Soc., vol. 133, No. 2, Feb. 198
6p440-443 and T. Saito et. Al, 15 th IEEE Photov
oltaic SpecialistsConf. (1981) p576-580).

【0004】また、スラリー状の離型材を作製して鋳型
に塗布するためには、水やアルコール等の溶剤、塗布成
形用バインダー、更には流動性を高めるための添加材等
を適宜、混合し攪拌して作成するのが一般的である。
[0004] Further, in order to prepare a slurry-like release material and apply it to a mold, a solvent such as water or alcohol, a binder for coating and forming, and an additive material for improving fluidity are appropriately mixed. Generally, it is made by stirring.

【0005】成形用バインダーの中で最も利用されてい
る物質としてPVA(ポリビニルアルコール)がある。
PVAは接着性に優れることから粉体の結合と接着に適
している。この成形用バインダーはその後の工程で加熱
されたり、融液と接触して熱分解生成物になるが、この
ような成形用バインダーの熱分解生成物が融液中に混入
するのを防ぐために、成形用バインダーを塗布した後に
酸化雰囲気中において600℃から900℃程度の温度
で脱バインダー処理することが通常行われている。ま
た、離型材を600℃で熱処理することにより、離型材
が強い離型材層となることが上記のT. Satoらにより示
されている。つまり、このような離型材は600℃程度
の熱処理では粉体状に戻ることはない。なお、粉体状に
戻るとは、離型材中のPVAを脱バインダー処理により
除去すると残るのは粉体だけであるが、温度が600℃
程度では焼結による粉体同志の結合力が小さいため、バ
インダー除去後の離型材強度が小さく粉体層が焼結層に
ならず粉々になってしまう。粉体状に戻るとはこのよう
な状態を指すが、上記文献では脱バインダー処理後も十
分な強度を有していることが示されている。
[0005] PVA (polyvinyl alcohol) is one of the most utilized materials among molding binders.
PVA is suitable for bonding and bonding powder because of its excellent adhesiveness. This molding binder is heated in a subsequent step, or becomes a thermal decomposition product in contact with the melt, but in order to prevent such a thermal decomposition product of the molding binder from being mixed into the melt, It is a common practice to apply a molding binder and then remove the binder at a temperature of about 600 ° C. to 900 ° C. in an oxidizing atmosphere. The above-mentioned T. Sato et al. Show that the release material becomes a strong release material layer by heat-treating the release material at 600 ° C. That is, such a release material does not return to a powder state by heat treatment at about 600 ° C. The term “return to powder” means that only the powder remains when the PVA in the release material is removed by the binder removal treatment.
If the degree is small, the bonding force between the powders due to sintering is small, so that the strength of the release material after the binder is removed is small, and the powder layer does not become a sintered layer but is broken. Returning to a powdery state refers to such a state, but the above-mentioned document indicates that the material has sufficient strength even after the debinding treatment.

【0006】坩堝や鋳型が窒化珪素、炭化珪素、あるい
は石英のような酸化珪素などのセラミックである場合、
上記のような酸化雰囲気における高温の脱バインダー処
理を行っても坩堝や鋳型の酸化などによる消耗は問題に
ならなかった。つまり、600℃〜900℃程度の比較
的低温域でのセラミック系素材の酸化消耗度は殆ど無視
できるためである。
When the crucible or the mold is made of a ceramic such as silicon nitride, silicon carbide, or silicon oxide such as quartz,
Even if the high temperature debinding treatment was performed in an oxidizing atmosphere as described above, there was no problem in that the crucible or the mold was consumed by oxidation or the like. That is, the degree of oxidation consumption of the ceramic material in a relatively low temperature range of about 600 ° C. to 900 ° C. can be almost ignored.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳型と
して低コストなカーボン系素材を用いた場合、カーボン
系素材は一般的に600℃程度から温度の上昇とともに
酸化による消耗が大きく進む。このため、カーボン系素
材から成る鋳型に離型材を塗布した場合、酸化雰囲気中
で高温の脱バインダー処理を行うと鋳型の酸化消耗が進
んで耐久性が落ち、結果的にシリコンインゴットの製作
コストを増大させてしまうという問題があった。
However, when a low-cost carbon-based material is used as a mold, the carbon-based material generally consumes a large amount from about 600 ° C. due to oxidation with an increase in temperature. For this reason, when a release material is applied to a mold made of a carbon-based material, if high-temperature debinding is performed in an oxidizing atmosphere, the oxidation of the mold will be oxidized and the durability will be reduced. As a result, the production cost of the silicon ingot will be reduced. There was a problem that it would increase.

【0008】一方、脱バインダーを真空中又は不活性雰
囲気中で行なうと、バインダーを構成する有機高分子の
熱分解反応が急速に進行する結果、水素原子が引き抜か
れてCHが直線状に並び、それが環状になってベンゼン
その他の環状化合物になる。そして更に脱水素反応を繰
り返して大きく縮合し、炭素の多い煤へと成長してしま
う。つまり、有機高分子は炭素原子骨格の周りに水素原
子が通常高分子の外側に配列した形をとっており、通常
その水素原子同志の反発力により高分子は小さく凝集せ
ずに直鎖状の形状を有しているが、熱エネルギーの供給
により水素原子〜炭素原子結合の振動エネルギーが増加
して結合が切れて水素原子が引き抜かれる。一旦煤とし
て安定化してしまうと熱分解で除去することは困難であ
るため、煤が離型材の中や表面に付着したままシリコン
融液と接触することになる。融液と接触した煤や融液の
中に溶け込んだ炭素は、太陽電池の特性を低下させるば
かりでなく、異物として析出して歩留を低下させる。
On the other hand, when the binder is removed in a vacuum or in an inert atmosphere, the thermal decomposition reaction of the organic polymer constituting the binder proceeds rapidly, so that hydrogen atoms are extracted and CH is arranged in a straight line. It becomes cyclic and becomes benzene and other cyclic compounds. Further, the dehydrogenation reaction is further repeated to greatly condense and grow into carbon-rich soot. In other words, an organic polymer has a form in which hydrogen atoms are usually arranged outside the polymer around the carbon atom skeleton, and the polymer is usually small and does not aggregate due to the repulsive force of the hydrogen atoms. Although it has a shape, the supply of thermal energy increases the vibrational energy of the hydrogen atom to carbon atom bond, breaking the bond and extracting the hydrogen atom. Once stabilized as soot, it is difficult to remove it by thermal decomposition, and soot comes into contact with the silicon melt while adhering to the mold release material or on the surface. Soot in contact with the melt and carbon dissolved in the melt not only deteriorate the characteristics of the solar cell, but also precipitate as foreign matter and lower the yield.

【0009】また、脱バインダー処理によって離型材が
再び粉状に戻ってしまうと、離型材がシリコンの鋳造に
耐える強度を持った離型材層を形成することができず、
シリコンの溶解や凝固などの工程において高温のシリコ
ン融液と鋳型とが融着し、離型材本来の役割を果たせな
い。そこで、離型材がシリコンの鋳造に耐える強度を持
った離型材層を形成するように、離型材中の粉体を仮焼
成するために、一般的に600℃から900℃程度の温
度で脱バインダー処理を行う必要があると考えられてい
た。つまり、脱バインダー処理後は粉体同志を繋いでい
る接着剤(バインダー)が無くなるため、粉体間の結合
力は失われ離型材が層としての強度を持たなくなる。一
般に粉体間の相互作用は融点の1/3から1/2程度の
温度から始まり、このような低温域では粒子間の表面拡
散が主であるため、結合は弱いが、粒子間の相互作用が
生じ、層としての強度を有するようになりる。
Further, if the release material returns to a powdery state again by the binder removal treatment, the release material cannot form a release material layer having strength enough to withstand the casting of silicon.
In a process such as dissolution or solidification of silicon, a high-temperature silicon melt and a mold are fused, and the original function of the release material cannot be fulfilled. Therefore, in order to temporarily sinter the powder in the release material so that the release material forms a release material layer having strength enough to withstand the casting of silicon, the binder is generally removed at a temperature of about 600 ° C. to 900 ° C. It was thought that processing was necessary. That is, after the binder removal treatment, the adhesive (binder) connecting the powders is lost, so that the bonding force between the powders is lost and the release material has no layer strength. In general, the interaction between powders starts at a temperature of about 1/3 to 1/2 of the melting point. In such a low temperature range, the surface diffusion between the particles is dominant, so the bonding is weak, but the interaction between the particles is weak. Occurs, and the layer has the strength.

【0010】PVAを脱バイするには酸化雰囲気で行う
必要があり、従来は処理温度が高いほど離型材層強度を
上げることができると考えられていた。
To remove PVA, it is necessary to remove the PVA in an oxidizing atmosphere. Conventionally, it has been considered that the higher the processing temperature, the higher the strength of the release material layer.

【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、鋳型を消耗させることなく、離型材に残るカーボ
ン残渣量を抑えることができるシリコン鋳造方法を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a silicon casting method capable of suppressing the amount of carbon residue remaining in a release material without consuming a mold.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るシリコン鋳造方法は、鋳型にシリコン
融液を注湯して凝固させるシリコン鋳造方法において、
前記鋳型の内面に、窒化珪素、炭化珪素、または酸化珪
素のうちのいずれか1種以上からなる主構成物質とバイ
ンダーとを含有する離型材を塗布して酸化雰囲気中の4
50〜600℃で脱脂した後に、前記鋳型内に前記シリ
コン融液を注湯して凝固させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a silicon casting method according to the present invention is directed to a silicon casting method in which a silicon melt is poured into a mold and solidified.
A mold release material containing a binder and a main constituent material of at least one of silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxide is applied to the inner surface of the mold, and the mold is exposed to an atmosphere containing 4% or less of an oxide atmosphere.
After degreasing at 50 to 600 ° C., the silicon melt is poured into the mold and solidified.

【0013】上記シリコン鋳造方法では、前記鋳型が黒
鉛または黒鉛複合材などのカーボン系素材から成ること
が望ましい。
In the above-mentioned silicon casting method, it is desirable that the mold is made of a carbon-based material such as graphite or a graphite composite material.

【0014】また、上記シリコン鋳造方法では、前記離
型剤中にバインダーとしてポリビニルアルコールを含有
することが望ましい。
In the above-mentioned silicon casting method, it is desirable that the release agent contains polyvinyl alcohol as a binder.

【0015】このように離型材を塗布して酸化雰囲気中
の450〜600℃で脱脂した後に、鋳型内にシリコン
融液を注湯することにより、離型材に残るカーボン残渣
量が抑えられ、更に離型材は粉体に戻ることなくシリコ
ンの鋳造に十分耐える離型材層を形成することから、カ
ーボン系鋳型を消耗させることなくシリコンを鋳造する
ことができる。
After the release material is coated and degreased at 450 to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere as described above, a silicon melt is poured into the mold, whereby the amount of carbon residues remaining in the release material can be suppressed. Since the release material forms a release material layer that does not return to powder and sufficiently withstands casting of silicon, silicon can be cast without consuming the carbon-based mold.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係るシリコン鋳造方法に用いられる鋳型
の一例を示す図である。鋳型1は例えば黒鉛や黒鉛複合
材などから成り、一つの底部材1aと四つの側部材1b
を組み合わせた分割と組み立てが可能な分割型鋳型など
で構成される。なお底部材1aと側部材1bは、ボルト
(不図示)などで固定することによって分割可能に組み
立てたり、底部材1aと側部材1bが丁度はまる枠部材
(不図示)で固定することによって分割可能に組み立て
られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a view showing an example of a mold used in the silicon casting method according to the present invention. The mold 1 is made of, for example, graphite or a graphite composite material, and has one bottom member 1a and four side members 1b.
And a split mold that can be divided and assembled. The bottom member 1a and the side member 1b can be divided and assembled by fixing them with bolts (not shown), or can be divided by fixing with the frame member (not shown) where the bottom member 1a and the side member 1b just fit. Assembled.

【0017】通常、黒鉛材としては等方性材質のものが
使用されるが、黒鉛複合材、例えばC/Cコンポジット
材のように黒鉛よりも断熱性や強度に優れた材質の材料
を鋳型材として使用することができる。
Usually, an isotropic graphite material is used. However, a graphite composite material, for example, a material having better heat insulation and strength than graphite, such as a C / C composite material, is used as a mold material. Can be used as

【0018】鋳型1の内面には、底部材1aや側部材1
bを何回も繰り返して使用することができるように離型
材2が塗布される。このような離型材2としては窒化珪
素、炭化珪素、酸化珪素などを主構成物質とする離型材
が用いられる。例えば窒化シリコン(Si34)、炭化
ケイ素(SiC)、二酸化シリコン(SiO2)または
それらの混合粉を塗布する。塗布の際、この窒化シリコ
ンや炭化ケイ素や二酸化シリコンまたはその混合粉を濃
度が5〜15重量%程度のPVA(ポリビニルアルコー
ル)水溶液に混合してスラリー状とし、へらや刷毛など
で鋳型1の内面に塗布する。その状態で自然乾燥又はホ
ットプレートに載せて乾燥させる。
On the inner surface of the mold 1, a bottom member 1a and side members 1a
The release material 2 is applied so that b can be used repeatedly. As such a release material 2, a release material having silicon nitride, silicon carbide, silicon oxide, or the like as a main constituent substance is used. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), silicon dioxide (SiO 2 ), or a mixed powder thereof is applied. At the time of coating, this silicon nitride, silicon carbide, silicon dioxide or a mixed powder thereof is mixed with a PVA (polyvinyl alcohol) aqueous solution having a concentration of about 5 to 15% by weight to form a slurry, and the inner surface of the mold 1 is spatula or brush. Apply to. In this state, it is dried naturally or placed on a hot plate and dried.

【0019】シリコン融液は非常に活性な反応性を示し
ほとんどの物質と反応し、シリコンの融点より高い融点
を示す所謂高融点物質でさえ2元系のシリサイドを生成
し反応してしまうため離型材として使用できなかった。
これまで種々の離型材が試されてきたが、固体状態でシ
リコンと反応しない物質は見つかっていない。そこで粉
体とシリコンは融着するがシリコン融液を浸透させず、
且つその粉体層を鋳造後に容易に破壊することで離型材
の役割を持たせる方法が採られている。太陽電池ではA
lやB等は不純物半導体のキャリアとして働くために、
これらの元素を含む粉体は使用できない。また、金属不
純物は半導体内に深い不純物レベルを形成するため高純
度化された粉体を使用する必要がある。これらの条件を
クリアーし、且つコスト的に使用可能なレベルのものと
してSiN、SiC、SiO2粉が使用されている。
The silicon melt has a very active reactivity and reacts with most substances. Even a so-called high-melting substance having a melting point higher than the melting point of silicon generates binary silicide and reacts with it. It could not be used as a mold.
Various release materials have been tried so far, but no substance that does not react with silicon in a solid state has been found. So the powder and silicon fuse together, but do not penetrate the silicon melt,
In addition, a method is employed in which the powder layer is easily broken after casting to have a role of a release material. A for solar cells
Since l and B work as carriers for impurity semiconductors,
Powders containing these elements cannot be used. Further, as metal impurities, it is necessary to use highly purified powder in order to form a deep impurity level in the semiconductor. SiN, SiC, and SiO 2 powders are used at a level that satisfies these conditions and can be used at a low cost.

【0020】また、粉体と溶媒を混合しスラリー状にし
たものを鋳型内面に塗布する場合、塗布層の形状を保持
させたり、塗布面との接着性を持たせる目的でバインダ
ー(結合材)を添加する方法が用いられている。バイン
ダーには、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB
(ポリビニルブチラール)、PEC(ポリエチレングリ
コール)、MC(メチルセルロース)、CMC(カルボ
キシメチルセルロース)、EC(エチルセルロース)、
HPC(ヒドロキシフ゜ロピルセルロース)、ワックス等
が一般的に使用されるが、スラリーを鋳型材に塗布する
為には接着性が最重要ポイントであり、一般的に使用さ
れるバインダーの中ではPVAが最適である。
When a slurry obtained by mixing a powder and a solvent is applied to the inner surface of a mold, a binder (binder) is used for the purpose of maintaining the shape of the applied layer and imparting adhesiveness to the applied surface. Is used. For the binder, PVA (polyvinyl alcohol), PVB
(Polyvinyl butyral), PEC (polyethylene glycol), MC (methyl cellulose), CMC (carboxymethyl cellulose), EC (ethyl cellulose),
HPC (hydroxypropylcellulose), wax, etc. are generally used, but the adhesiveness is the most important point for applying the slurry to the mold material, and PVA is the best binder among the commonly used binders. It is.

【0021】塗布する離型材の厚みは数十μmから数m
m程度であり、離型材は一種類に限らず複数の離型材の
重ね塗りでも構わない。
The thickness of the release material to be applied is several tens μm to several m.
m, and the release material is not limited to one type, and a plurality of release materials may be applied in layers.

【0022】次に、こうして準備した鋳型を内部が酸化
雰囲気に保たれた炉内に入れ、0ないし30時間かけて
450〜600℃に加熱し、そのまま0ないし30時間
保って脱バインダー処理を行う。その後冷却して炉から
取り出すことで完了する。このとき温度範囲を450℃
以上600℃未満と定めたのは、450℃以下ではバイ
ンダーの熱分解が不充分であり、また600℃以上では
鋳型のカーボン系素材の酸化消耗が大きく進んでしまう
からである。
Next, the mold thus prepared is placed in a furnace in which the inside is kept in an oxidizing atmosphere, heated to 450 to 600 ° C. over 0 to 30 hours, and kept at 0 to 30 hours for debinding. . Thereafter, it is completed by cooling and taking out from the furnace. At this time, the temperature range is 450 ° C
The reason why the temperature is determined to be less than 600 ° C. is that thermal decomposition of the binder is insufficient at 450 ° C. or less, and that the carbon-based material of the mold is oxidized and consumed greatly at 600 ° C. or more.

【0023】有機高分子は骨格であるC−C結合、側鎖
のC−C結合、側鎖に結合しているC−H結合で構成さ
れるが、加熱されると最初にC−H結合の振動エネルギ
ーが増加し、その後C−C結合にエネルギーが伝達さ
れ、各々の場所で振動エネルギーが結合エネルギーを上
回った瞬間に結合が切れて遊離するという過程をとる。
しかし一般的には結合の切断はいたる個所で発生し様々
な分子量のポリマーが発生する。この様な状態の時、雰
囲気が不活性ガスであったり真空状態であったりする
と、一旦遊離したポリマーが直線状に並び、それが再結
合して環状になりベンゼンその他の環状化合物になる。
そして更に脱水素反応を繰り返して大きく縮合し、炭素
の多い煤へと成長してしまう。一旦煤として安定化して
しまうと熱分解で除去することは困難となる。しかしな
がら、遊離したポリマー周辺に酸素原子が存在すると、
炭素は酸素との反応でCOガスに変化し最終的に安定な
CO2となり、水素は酸素との反応で水蒸気に変換され
排気されてゆく。そのために、脱バインダーは酸化雰囲
気で行なう。
The organic polymer is composed of a CC bond as a skeleton, a CC bond in a side chain, and a CH bond bonded to a side chain. , The energy is transmitted to the C-C bond, and at each moment the vibration energy exceeds the bond energy, the bond is broken and released.
However, in general, bond breaking occurs everywhere, and polymers having various molecular weights are generated. In such a state, if the atmosphere is an inert gas or a vacuum, the once released polymers are arranged in a straight line, and they recombine to form a ring to form a benzene or other cyclic compound.
Further, the dehydrogenation reaction is further repeated to greatly condense and grow into carbon-rich soot. Once stabilized as soot, it becomes difficult to remove it by thermal decomposition. However, if oxygen atoms exist around the released polymer,
Carbon is converted into CO gas by reaction with oxygen and finally becomes stable CO 2 , and hydrogen is converted into water vapor by reaction with oxygen and exhausted. For this purpose, the binder is removed in an oxidizing atmosphere.

【0024】また、この脱バインダー処理はカーボン系
素材で構成された坩堝又は鋳型に限定されるものではな
く、窒化珪素、炭化珪素、あるいは石英のような酸化珪
素などで作られた坩堝や鋳型にも同様に有効である。
The debinding treatment is not limited to a crucible or a mold made of a carbon-based material, but to a crucible or a mold made of silicon oxide such as silicon nitride, silicon carbide, or quartz. Is also effective.

【0025】上記の方法で脱バインディングした鋳型を
使用してシリコンを溶解・凝固する。シリコンが完全に
凝固した後、インゴット内に残留応力が残らないように
徐冷してシリコンインゴットを製造する。鋳造工程を終
了したシリコンインゴットは鋳型内から取り出され、後
工程である切断・スライス工程を経てウエハーとなる。
The silicon is melted and solidified using the template debound by the above method. After the silicon is completely solidified, the silicon ingot is manufactured by gradually cooling so that no residual stress remains in the ingot. The silicon ingot that has completed the casting step is taken out of the mold and turned into a wafer through a cutting / slicing step that is a subsequent step.

【0026】[0026]

【実施例】窒化珪素粉末(純度99%以上)に8.7%
PVA(ポリビニルアルコール)水溶液をバインダーと
して加えてスラリー化したものを、図1に示すような鋳
型の内面に厚さ4mmで塗布して乾燥させた後、酸化雰
囲気に保たれた炉内に入れて4時間で450℃まで加熱
し、その後450℃で4時間保持し、再び室温まで冷却
して取り出した。
[Example] 8.7% to silicon nitride powder (purity 99% or more)
A slurry obtained by adding a PVA (polyvinyl alcohol) aqueous solution as a binder was applied to the inner surface of a mold as shown in FIG. 1 at a thickness of 4 mm, dried, and then placed in a furnace kept in an oxidizing atmosphere. The mixture was heated to 450 ° C. in 4 hours, kept at 450 ° C. for 4 hours, cooled to room temperature again, and taken out.

【0027】図2は脱バインダー処理前の離型材のスラ
リーの熱重量を分析した結果であり、図3は脱バインダ
ー処理後の離型材のスラリーの熱重量を分析した結果で
ある(図2、3ともにTG曲線(TG分析(熱重量分
析)は温度変化によってもたらされる物質重量の変化を
測定するものであり、加熱中のサンプル重量の変化をモ
ニターすることにより熱分解による重量減少、酸化・吸
着による重量増加等が明確になり、どの温度領域でどの
ような反応が起きているか等の情報が得られる。TG曲
線とは、加熱中のサンプルの重量変化曲線のことを指
す))。
FIG. 2 shows the results of analysis of the thermogravimetry of the release material slurry before the binder removal treatment, and FIG. 3 shows the results of the analysis of the thermogravimetry of the release material slurry after the binder removal treatment (FIG. 2, FIG. In both cases, the TG curve (TG analysis (thermogravimetric analysis) measures the change in the weight of a substance caused by a change in temperature. By monitoring the change in the weight of a sample during heating, weight loss due to thermal decomposition, oxidation / adsorption The TG curve indicates a weight change curve of a sample during heating), which clarifies the weight increase due to the temperature, and what kind of reaction is occurring in which temperature range.))

【0028】図2のように脱バインダー処理前の離型材
のスラリーでは温度の上昇とともにバインダーの熱分解
反応による重量減少が見られる。ここで、この重量減少
はおよそ440℃以上では見られなくなることから、ス
ラリー中のバインダーがこの温度付近で完全に熱分解し
ていることがわかる。つまり、重量減少が見られないと
いうことは分解反応が終了したということであり、離型
材スラリー中のPVAを分解するのに必要な温度が44
0℃であることを意味している。
As shown in FIG. 2, in the slurry of the release material before the binder removal treatment, a decrease in weight due to the thermal decomposition reaction of the binder is observed as the temperature increases. Here, since this weight loss is not observed at about 440 ° C. or higher, it is understood that the binder in the slurry is completely thermally decomposed near this temperature. That is, the absence of weight loss means that the decomposition reaction has been completed, and the temperature required to decompose PVA in the release material slurry is 44 ° C.
It means 0 ° C.

【0029】図3は上記の条件で脱バインダー処理を行
った後、鋳型の内面の離型材を鋳型から注意深く取り、
熱重量を分析した結果である。図3のように、重量減少
は全く見られず、離型材スラリー中のバインダーがこの
脱バインダー処理によって完全に取り除かれたことがわ
かる。なお、図3は横軸が温度、縦軸が重量で、離型材
を一定速度で加熱した際の重量変化を表しているが、脱
バイ処理前のサンプルに対する同じ分析結果である図2
の重量減少曲線と比較して、全く重量減少が見られず、
逆に酸化による重量増が見られる。従って、脱バイ処理
によりバインダーが除去されたことが判る。
FIG. 3 shows that after performing the binder removal treatment under the above conditions, the release material on the inner surface of the mold is carefully removed from the mold.
It is the result of having analyzed thermogravimetry. As shown in FIG. 3, no weight reduction was observed, indicating that the binder in the release material slurry was completely removed by the debinding treatment. FIG. 3 shows the change in weight when the release material is heated at a constant speed, with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing weight. FIG. 3 shows the same analysis result for the sample before the debubbling treatment.
No weight loss is seen compared to the weight loss curve of
Conversely, weight increase due to oxidation is observed. Accordingly, it can be seen that the binder was removed by the de-buying treatment.

【0030】また、こうして脱バインダー処理した離型
材は粉体に戻ることなく鋳型の内面に離型材層を形成す
る。この鋳型を用いてシリコンの鋳造を行ったところ、
シリコン融液が鋳型と融着することなく、シリコン鋳造
用鋳型として大変良好な鋳型を得ることができた。
Further, the release material subjected to the binder removal treatment forms a release material layer on the inner surface of the mold without returning to the powder. When casting silicon using this mold,
A very good mold was obtained as a mold for silicon casting without the silicon melt being fused with the mold.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明に係るシリコン鋳造
方法では、鋳型にシリコン融液を注湯して凝固させるシ
リコン鋳造方法において、上記鋳型の内面に、窒化珪
素、炭化珪素、または酸化珪素のうちのいずれか1種以
上からなる主構成物質とバインダーとを含有する離型材
を塗布して酸化雰囲気中の450〜600℃で脱脂した
後に、上記鋳型内に上記シリコン融液を注湯して凝固さ
せることから、カーボン系鋳型を消耗させることなく離
型材のスラリー中のバインダーを脱バインダー処理する
ことができ、離型材に残るカーボン残渣量を抑えてシリ
コンの鋳造に耐える離型材層を有するシリコン鋳造用鋳
型とすることができ、良好な鋳型を得てシリコンを鋳造
することができる。
As described above, in the silicon casting method according to the present invention, in a silicon casting method in which a silicon melt is poured into a mold and solidified, silicon nitride, silicon carbide, or silicon oxide is formed on the inner surface of the mold. After applying a release material containing a main constituent substance and a binder composed of any one or more of the above and degreased at 450 to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere, the silicon melt is poured into the mold. Since the solidification is performed, the binder in the slurry of the release material can be removed without depleting the carbon-based mold, and the release material layer has a carbon residue remaining in the release material, suppresses the amount of carbon residue remaining, and withstands silicon casting. A silicon casting mold can be used, and a good mold can be obtained to cast silicon.

【0032】[0032]

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

【図1】本発明に係るシリコン鋳造方法に用いられる鋳
型を示す図である
FIG. 1 is a view showing a mold used in a silicon casting method according to the present invention.

【図2】本発明に係るシリコン鋳造方法における脱バイ
ンダー処理前の離型材の熱重量分析結果を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a thermogravimetric analysis result of a release material before a binder removal treatment in a silicon casting method according to the present invention.

【図3】本発明に係るシリコン鋳造方法における脱バイ
ンダー処理後の離型材の熱重量分析結果を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a thermogravimetric analysis result of a release material after a binder removal treatment in the silicon casting method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:鋳型、2:離型材 1: Mold, 2: Release material

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋳型にシリコン融液を注湯して凝固させ
るシリコン鋳造方法において、前記鋳型の内面に、窒化
珪素、炭化珪素、または酸化珪素のうちのいずれか1種
以上からなる主構成物質とバインダーとを含有する離型
材を塗布して酸化雰囲気中の450〜600℃で脱脂し
た後に、前記鋳型内に前記シリコン融液を注湯して凝固
させることを特徴とするシリコン鋳造方法。
1. A silicon casting method in which a silicon melt is poured into a mold and solidified, wherein a main constituent substance of at least one of silicon nitride, silicon carbide and silicon oxide is formed on an inner surface of the mold. A mold casting method comprising applying a mold release material containing a mold and a binder, degreased the material at 450 to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere, and then pouring the silicon melt into the mold to solidify it.
【請求項2】 前記鋳型が黒鉛または黒鉛複合材などの
カーボン系素材から成ることを特徴とする請求項1に記
載のシリコン鋳造方法。
2. The silicon casting method according to claim 1, wherein the mold is made of a carbon-based material such as graphite or a graphite composite material.
【請求項3】 前記バインダーがポリビニルアルコール
から成ることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載のシリコン鋳造方法。
3. The silicon casting method according to claim 1, wherein the binder is made of polyvinyl alcohol.
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