JP2005220002A - APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO - Google Patents

APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO Download PDF

Info

Publication number
JP2005220002A
JP2005220002A JP2004032679A JP2004032679A JP2005220002A JP 2005220002 A JP2005220002 A JP 2005220002A JP 2004032679 A JP2004032679 A JP 2004032679A JP 2004032679 A JP2004032679 A JP 2004032679A JP 2005220002 A JP2005220002 A JP 2005220002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sio
gas
ppm
condenser
purity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004032679A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Ito
信明 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2004032679A priority Critical patent/JP2005220002A/en
Publication of JP2005220002A publication Critical patent/JP2005220002A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of refining SiO with a high content of P and a method of manufacturing high purity SiO using the SiO. <P>SOLUTION: The apparatus for refining SiO is equipped with an SiO gas reservoir which is installed between an SiO generator and an SiO condenser. The apparatus is used for the method of refining SiO and the obtained SiO is used as a raw material for the method of manufacturing high purity Si. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、SiOの精製装置、かかる精製装置を用いるSiOの精製方法及び得られたSiOを用いる高純度シリコンの製造方法に関し、さらに詳細には太陽電池に使用可能な高純度シリコンの製造方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for purifying SiO, a method for purifying SiO using such a purifier, and a method for producing high-purity silicon using the obtained SiO. More specifically, the present invention relates to a process for producing high-purity silicon usable for solar cells. .

太陽電池基板に使用されるSiは、99.9999%以上のレベルという極めて高純度のものが要求される(以下、このレベルの純度のSiを「高純度Si」と称し、これより低い純度のものを「低純度Si」と称する)。特に、電池性能に悪影響を与える、Si中の不純物元素は、太陽光による発電の起電力を大幅に減少させるn型不純物元素、またはp型不純物元素と呼ばれるリン、ヒ素、アンチモン、ボロン、ガリウム、インジウム、並びに、電気抵抗を低めて素子の絶縁性を阻害したり、電池内で発生した電荷の移動を阻害したりするその他の金属元素、例えば、鉄、アルミ、ニッケル、チタン等である。高純度Siは、従来、シーメンス法(特許文献1等)により製造されてきた。この方法は、純度97%程度の金属シリコン原料を一旦、塩化した後、精製・還元して99.9999999%以上の高純度シリコンを得るものであり、反応に多大のエネルギーを消費するため原理的に製造費は高価になることが避けられない。   The Si used for the solar cell substrate is required to have an extremely high purity of 99.9999% or higher (hereinafter, Si having this level of purity is referred to as “high purity Si” and has a lower purity than this. This is referred to as “low purity Si”). In particular, impurity elements in Si, which adversely affect battery performance, are phosphorus, arsenic, antimony, boron, gallium, n-type impurity elements or p-type impurity elements that significantly reduce the electromotive force generated by sunlight. Indium and other metal elements that lower the electrical resistance to inhibit the insulation of the element and inhibit the movement of electric charges generated in the battery, such as iron, aluminum, nickel, and titanium. High-purity Si has heretofore been produced by the Siemens method (Patent Document 1, etc.). In this method, a metal silicon raw material having a purity of about 97% is once chlorinated, then purified and reduced to obtain high-purity silicon of 99.9999999% or more. In addition, the manufacturing cost is unavoidable.

そこで、金属Si等から一旦、一酸化珪素(SiO)を経由して高純度Siを製造する方法が提案されている。例えば、特許文献2では、高温下で次の反応によりSiOから高純度Siを得る方法が示されている。   Therefore, a method for producing high-purity Si once from metal Si or the like via silicon monoxide (SiO) has been proposed. For example, Patent Document 2 discloses a method for obtaining high-purity Si from SiO by the following reaction at a high temperature.

SiO → Si + SiO (1)
また、特許文献3では、
SiO + H → Si + HO (2)
なる反応でSiOからSiの得られることを示している。
また、SiOを得る方法としては、例えば、特許文献4に示されるように、次の2つの反応による手法が知られている。
SiO → Si + SiO 2 (1)
In Patent Document 3,
SiO + H 2 → Si + H 2 O (2)
It is shown that Si can be obtained from SiO by the following reaction.
As a method for obtaining SiO, for example, as shown in Patent Document 4, a technique based on the following two reactions is known.

Si + SiO → 2SiO (3)
C + SiO → SiO + CO (4)
これは、高温低圧下で発生する大きな吸熱反応である。この方法は、SiO粉末と金属珪素粉末との混合物を減圧処理するための炉と、SiO粉末を回収するための回収装置と、炉と回収装置との間を接続する気密の搬送路からなる装置によって実施される。
Si + SiO 2 → 2SiO (3)
C + SiO 2 → SiO + CO (4)
This is a large endothermic reaction that occurs under high temperature and low pressure. This method comprises a furnace for decompressing a mixture of SiO 2 powder and metal silicon powder, a recovery device for recovering the SiO powder, and an airtight conveyance path connecting the furnace and the recovery device. Implemented by the device.

また、SiOを得るための別の方法として、特許文献5では、プラズマジェットにより蒸気化されたSiを用いて、
2Si + O → 2SiO (5)
なる反応により、SiO微粉末を得ることが開示されている。
As another method for obtaining SiO, Patent Document 5 uses Si vaporized by a plasma jet,
2Si + O 2 → 2SiO (5)
It is disclosed that SiO fine powder is obtained by the following reaction.

さらに、SiOを得るための別の方法として、特許文献6では、例えば、シラン(SiH)ガスを水素ガス雰囲気下で燃焼させることにより、
SiH + O → 2SiO + H (6)
なる反応により、SiO微粉末を得ることが開示されている。
Furthermore, as another method for obtaining SiO, in Patent Document 6, for example, by burning silane (SiH 4 ) gas in a hydrogen gas atmosphere,
SiH 4 + O → 2SiO + H 2 (6)
It is disclosed that SiO fine powder is obtained by the following reaction.

これら、SiOを微粉末で得る製造方法においては、微粉のハンドリング、製造時の安全対策(SiO微粉は、常温空気と触れると爆発する)の点で、バルク状でSiOを得る製造方法に比べて製造費が上昇する。従って、高純度Si製造原料として、SiOを微粉で得る方法は、不利である。   In these production methods for obtaining SiO in fine powder, compared to production methods for obtaining SiO in bulk in terms of handling fine powder and safety measures during production (SiO fine powder explodes when exposed to room temperature air). Manufacturing costs increase. Therefore, the method of obtaining SiO as fine powder as a high-purity Si production raw material is disadvantageous.

他方、太陽電池基板用以外のSiO製造、例えば、SiO蒸着膜の製造においては、SiOが最終製品であることもあり、最適なSiO成分が調査、開示されている。例えば、特許文献7においては、食品や医薬品の包装用SiO膜として、SiO中の不純物元素Fe、Al、Ca、Cu、Cr、Mn、Mg、Ti、Ni、P、As、Cd、Hg、Sb、Pbの合計量について範囲を規定している。しかしながら、この成分系のものを太陽電池基板用Si原料用SiOとして直接用いると電池性能を著しくばらつかせる結果となる。これは、当該技術においては電池特性に大きな影響を与えるボロン等のp型不純物の成分範囲に対して何らの規定もされておらず、また、電池性能に対して特に悪影響の高い特定の元素、例えば、Pが10ppmのオーダーという太陽電池基板用として許容できないレベルでSiO中に含まれていたとしても、他の元素成分値との合計量が基準値(50ppm)以下であれば特許文献7の基準を満たしてしまうからである。
特公昭35−2982号公報 WO99/33749号公報 米国特許3010797号明細書 特公平4−81524号公報 特開昭60−215514号公報 特開昭62−123009号公報 特開2002−194535号公報
On the other hand, in the manufacture of SiO other than for solar cell substrates, for example, the manufacture of SiO deposited films, SiO may be the final product, and the optimum SiO component has been investigated and disclosed. For example, in Patent Document 7, as an SiO film for packaging foods and pharmaceuticals, impurity elements Fe, Al, Ca, Cu, Cr, Mn, Mg, Ti, Ni, P, As, Cd, Hg, Sb in SiO , Pb defines a range for the total amount. However, when this component system is directly used as the SiO for the Si raw material for the solar cell substrate, the battery performance is significantly varied. This is not specified in the art in terms of the component range of p-type impurities such as boron, which has a great influence on battery characteristics, and a specific element that has a particularly bad influence on battery performance, For example, even if P is contained in SiO at an unacceptable level for a solar cell substrate of the order of 10 ppm, if the total amount with other element component values is less than the reference value (50 ppm), Patent Document 7 This is because the standard is satisfied.
Japanese Patent Publication No. 35-2982 WO99 / 33749 US Patent No. 3010797 Japanese Patent Publication No. 4-81524 JP-A-60-215514 Japanese Patent Laid-Open No. 62-123209 JP 2002-194535 A

SiOからSiを製造する従来技術においては最終的なSi純度は、原材料であるSiO純度に依存する。しかし、従来技術においては、最終的なSi製品中の不純物は多くの元素について良く調査されているにもかかわらず、SiO中の不純物への関心は低く、Fe、Al、P等の少数の成分のみしか調査、開示されてこなかった。この結果、成分ばらつきの大きなSiOを原材料として高純度Siを製造していたため、最終的なSi製品の電池特性が安定せずに製品歩留が低く、安価な製造が困難であった。ここで、極めて高純度の原料、例えば、半導体用ポリSiを用いて、(3)式の反応を行い、SiOを生成させればこの様な問題を回避できる可能性は存在するが、この様な製法で得られたSiOの成分ばらつきについて開示された知見は未だ存在しない。また、安価、大量に生産することの求められる太陽電池基板用Siに対して、高価な半導体用ポリSiを用いて製造されたSiOを使用することはそもそも本末転倒であり、現実的ではない。   In the conventional technique for producing Si from SiO, the final Si purity depends on the SiO purity as a raw material. However, in the prior art, although the impurities in the final Si product are well investigated for many elements, the interest in impurities in SiO is low, and a small number of components such as Fe, Al, P, etc. Only investigations and disclosures have been made. As a result, high-purity Si was produced using SiO having a large component variation as a raw material, so that the battery characteristics of the final Si product were not stable, the product yield was low, and inexpensive production was difficult. Here, there is a possibility that such a problem can be avoided if the reaction of the formula (3) is performed by using an extremely high purity raw material, for example, poly-Si for semiconductor, to generate SiO. No knowledge has yet been disclosed about the variation in the components of SiO obtained by various manufacturing methods. Also, using Si manufactured by using expensive poly Si for semiconductors for solar cell substrate Si, which is required to be produced in a low cost and in large quantities, is essentially unsatisfactory.

一方、従来、高濃度のPを含有するSiOを原料に(1)式の反応でSiを製造した場合、特段のP除去作用がないため、Si中にもPが高濃度で残留する。このため、製造されたSiそのままでは太陽電池基板用の材料として適用することはできない、という問題が存在した。   On the other hand, conventionally, when Si is produced by the reaction of formula (1) using SiO containing a high concentration of P as a raw material, there is no particular P removal action, so P remains in Si at a high concentration. For this reason, there was a problem that the manufactured Si as it is cannot be applied as a material for a solar cell substrate.

高純度Si製造上、不純物元素の中で特に問題となるのはPである。これは、次の3つの理由によるものである。第1に、Pは微量でも電池特性に大きな悪影響を与える。第2に、安価、大量に入手可能な原料、例えば金属Si中には大量のPが含まれている。第3に、多くの不純物元素に有効と一般的にいわれる凝固精製がPに対してはほとんど効果がなく、Si中から容易に除去できないからである。   Among the impurity elements, P is a problem in the production of high purity Si. This is due to the following three reasons. First, even if P is a trace amount, it has a great adverse effect on battery characteristics. Secondly, a large amount of P is contained in raw materials that are inexpensive and available in large quantities, such as metal Si. Third, solidification purification, which is generally said to be effective for many impurity elements, has little effect on P and cannot be easily removed from Si.

したがって、高濃度のPを含有するSiOを原料に(1)式の反応でSiを製造した場合、特段のP除去作用がないため、Si中にもPが高濃度で残留する。このため、製造されたSiそのままでは太陽電池基板用の材料として適用することはできない、という問題が存在した。   Therefore, when Si is produced by the reaction of the formula (1) using SiO containing a high concentration of P as a raw material, there is no particular P removal action, so P remains in Si at a high concentration. For this reason, there was a problem that the manufactured Si as it is cannot be applied as a material for a solar cell substrate.

そこで、本発明の目的は、P濃度の高いSiO原料からP濃度の低いSiOを精製する装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for purifying SiO having a low P concentration from an SiO raw material having a high P concentration.

また、本発明の目的は、P濃度の高いSiO原料からP濃度の低いSiOを精製する方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for purifying SiO having a low P concentration from a SiO material having a high P concentration.

さらに、本発明の目的は、かかる精製SiOを用いる高純度Siの製造方法を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide a method for producing high purity Si using such purified SiO.

本発明は、SiO発生器とSiO凝縮器との間にSiOガス滞留器を設けてなることを特徴とするSiO精製装置、に関する。   The present invention relates to a SiO purification apparatus comprising a SiO gas retention device between a SiO generator and a SiO condenser.

また、本発明は、前記装置を用いることを特徴とするSiOの精製方法、に関する。   The present invention also relates to a method for purifying SiO, characterized in that the apparatus is used.

前記SiOガス滞留器でSiO中のP蒸気をPまたはPとして、凝縮SiO中のP濃度を低減させる方法が好ましい。 A method of reducing the P concentration in the condensed SiO by setting P vapor in SiO to P 2 or P 4 in the SiO gas retaining device is preferable.

前記SiO発生器からSiO凝縮器の間の少なくとも1箇所に、水素ガス、フッ素ガスまたは塩素ガスを導入して、SiOガス中に含まれるPと反応させる方法が好ましい。   A method of introducing hydrogen gas, fluorine gas or chlorine gas into at least one location between the SiO generator and the SiO condenser and reacting with P contained in the SiO gas is preferable.

前記SiOガス滞留器のガス温度を1200℃以上2000℃以下の範囲とする方法が好ましい。   A method in which the gas temperature of the SiO gas retainer is in the range of 1200 ° C. or more and 2000 ° C. or less is preferable.

前記SiOガス滞留器におけるガス平均滞留時間を0.1秒以上とする方法が好ましい。   A method in which the average gas residence time in the SiO gas retainer is 0.1 seconds or more is preferable.

さらに、本発明は、前記で得られたSiOを原料とすることを特徴とする高純度Siの製造方法、に関する。   Furthermore, the present invention relates to a method for producing high-purity Si, characterized by using the SiO obtained above as a raw material.

本発明装置及びかかる装置を用いる方法によれば、SiOに含まれる不純物Pを大幅に低減することができる。   According to the device of the present invention and the method using such a device, impurities P contained in SiO can be greatly reduced.

また、かかる精製SiOを用いることによって、高純度Siを容易に製造することができる。   Further, by using such purified SiO, high purity Si can be easily produced.

本発明者は、SiO発生時に蒸発した単体Pガスを保持するとP,Pガスに変化し、かかるP,Pガスは凝縮SiOに吸着しにくいという現象を見出した。この知見をもとに、蒸発単体Pの気相中での形態を簡易、効率的に変化させ、安価なP濃度の低いSiO精製装置、SiOの精製方法、およびかかる精製SiOを原料とする高純度Siを製造する方法を案出した。 The present inventors, when holding a single P gas evaporated when SiO generated changes to P 2, P 4 gas, such P 2, P 4 gas was discovered phenomenon hardly adsorbed to the condensation SiO. Based on this knowledge, the form of the vaporized simple substance P in the gas phase can be changed easily and efficiently, and an inexpensive SiO refining device with a low P concentration, a method for purifying SiO, and a high-performance material using such purified SiO as a raw material. A method for producing pure Si has been devised.

以下、SiOの精製とSiの製造方法に分けて説明する。なお、本明細書において、SiOガスが凝縮器において固化する現象を凝縮と称する。   In the following, the description will be divided into SiO purification and Si production methods. In the present specification, the phenomenon in which the SiO gas is solidified in the condenser is referred to as condensation.

(SiOの精製)
図1は、SiOを精製するために用いた装置の一例を示す概略断面図である。図1において、反応容器1内のるつぼ3内に予め設置されたSi粒−SiO粒混合原料5は、るつぼ3周囲に配置された加熱装置7によって加熱される。反応容器1は、滞留器9を介して凝縮器11と接続されている。ここで、滞留器9は内部に複数の邪魔板13を備え、外部から加熱装置(図示せず)によって保温されている。また、真空ポンプ15により反応容器1、滞留器9及び凝縮器11内は低圧に維持され、圧力計17によって監視される。原料温度が充分に上昇すると(3)式反応によってSiOガス19が生成し、滞留器9でSiO中の不純物Pは凝縮SiOに吸着しにくい形態に変化し、その後凝縮器11に流入する。凝縮器11の外壁は冷却され、SiOが板面に凝固付着してSiO固体21を形成する。凝縮器11内の流路は充分長く設定され、大部分のSiOを凝縮物として回収する。
(Purification of SiO)
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus used for purifying SiO. In FIG. 1, a Si particle-SiO 2 particle mixed raw material 5 previously installed in a crucible 3 in a reaction vessel 1 is heated by a heating device 7 disposed around the crucible 3. The reaction vessel 1 is connected to a condenser 11 through a stayer 9. Here, the retainer 9 includes a plurality of baffle plates 13 inside, and is kept warm by a heating device (not shown) from the outside. Further, the inside of the reaction vessel 1, the retainer 9 and the condenser 11 is maintained at a low pressure by the vacuum pump 15 and is monitored by the pressure gauge 17. When the raw material temperature rises sufficiently, the SiO gas 19 is generated by the reaction (3), and the impurity P in the SiO is changed into a form in which it is difficult to be adsorbed by the condensed SiO in the retainer 9 and then flows into the condenser 11. The outer wall of the condenser 11 is cooled, and SiO solidifies and adheres to the plate surface to form a SiO solid 21. The flow path in the condenser 11 is set long enough to recover most of the SiO as a condensate.

図2は、SiOを精製するために用いた装置のその他の例を示す概略断面図である。図2において、図1に示される装置に、さらに吹込みガスボンベ31、キャリアーガスボンベ33を具備するガス混合器35が取付けられている。ガス混合器35は、第1流量調整弁39を介して吹き込みガスボンベ31と接続され、第2流量調整弁41を介してキャリアーガスボンベ33を接続され、さらに第3流量調整弁43を介して反応容器1と接続されている。ガス混合器35には、予熱器37が取り付けられており、必要により、ガスの予熱ができる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of an apparatus used for purifying SiO. In FIG. 2, a gas mixer 35 having a blowing gas cylinder 31 and a carrier gas cylinder 33 is further attached to the apparatus shown in FIG. 1. The gas mixer 35 is connected to the blow-in gas cylinder 31 via the first flow rate adjustment valve 39, is connected to the carrier gas cylinder 33 via the second flow rate adjustment valve 41, and is further connected to the reaction vessel via the third flow rate adjustment valve 43. 1 is connected. A preheater 37 is attached to the gas mixer 35 so that the gas can be preheated if necessary.

ここで、SiO発生器または反応容器は、SiとSiOとの混合物からSiOガスを発生させる装置であれば、特に制限されることなく用いることができる。この様な装置として、例えば、るつぼ、るつぼの周りに設けられたるつぼの加熱用の加熱装置を内部に備える反応容器が挙げられる。該るつぼ、加熱装置は、従来公知の装置を用いることができる。該反応容器は、発生したSiOガスを外部に漏洩させることなく、次の凝縮器に導く。したがって、その形状は、正面図において、通常、180度回転したL字状である。該反応容器は、Si粒とSiO粒との混合物を加熱することによってSiOガスを発生させ、次の凝縮器に導くことから、SiOガスを内壁に凝縮させない温度、例えば1100℃を超える温度、好ましくは1100℃を超えて2000℃以下の範囲に維持することが好ましい。 Here, the SiO generator or the reaction vessel can be used without particular limitation as long as it is a device that generates SiO gas from a mixture of Si and SiO 2 . Examples of such an apparatus include a crucible and a reaction vessel provided therein with a heating device for heating a crucible provided around the crucible. A conventionally well-known apparatus can be used for this crucible and a heating apparatus. The reaction vessel guides the generated SiO gas to the next condenser without leaking outside. Therefore, the shape is usually an L shape rotated by 180 degrees in the front view. The reaction vessel generates a SiO gas by heating a mixture of Si particles and SiO 2 particles and leads it to the next condenser, so that the temperature at which the SiO gas does not condense on the inner wall, for example, a temperature exceeding 1100 ° C., It is preferable to maintain the temperature in the range of more than 1100 ° C. and 2000 ° C. or less.

SiO発生時に蒸発する単体Pガスが十分な時間保持されれば、PガスがPまたはPガスに転化する。かかるガスは凝縮SiOへの吸着が少ない。そこで、反応容器と凝縮器との間に滞留器を設けて十分な保持時間が得られるようにした。滞留器は単なる空洞でもよいが、それではあまりにも大きな器となり、広い場所を確保する必要がある。SiOガスの流路に複数の板または邪魔板を、板面をガス流方向に向けて、流路を形成する対面から交互に一定間隔で設け、ガス流がジグザグとなるように構成された、ガスの通過可能な容器を、滞留器として用いることができる。かかる滞留器を用いれば、狭い場所でも使用可能である。また、滞留器はSiOガスの滞留時間を長くするものであるが、SiOを付着させる必要はないので、SiOが壁面または邪魔板に付着しないように、滞留器を保温する加熱装置(図示せず)を設ける。 If the simple substance P gas which evaporates when SiO is generated is maintained for a sufficient time, the P gas is converted into P 2 or P 4 gas. Such gas has little adsorption to condensed SiO. Therefore, a retention device is provided between the reaction vessel and the condenser so that a sufficient holding time can be obtained. The retainer may be a simple cavity, but it is too large and requires a large space. A plurality of plates or baffle plates were provided in the SiO gas flow path, the plate surface was directed in the gas flow direction, and alternately provided at regular intervals from the facing surface forming the flow path, and the gas flow was configured to be zigzag. A container through which gas can pass can be used as a retainer. If such a retainer is used, it can be used even in a narrow place. In addition, the retention device extends the residence time of the SiO gas, but since it is not necessary to attach SiO, a heating device (not shown) that keeps the retention device warm so that SiO does not adhere to the wall surface or baffle plate. ).

凝縮器は、SiOガスを凝縮付着させてSiO固体として回収することを目的とする容器である。通常、SiOガスの流路に複数の板または邪魔板を、板面をガス流方向に向けて、流路を形成する対面から交互に所定間隔で設け、ガス流がジグザグとなるように構成された、ガスの通過可能な容器、または中が空の容器が挙げられる。該間隔は、通常、一定であり、また、回収効率を上げるため、SiO密度の高いSiOガス上流側を短く、下流側を長くしてもよい。該凝縮器は、SiOガスを凝縮できればその温度は特に制限はされない。   The condenser is a container whose purpose is to collect SiO gas as a solid by condensation. Normally, a plurality of plates or baffle plates are provided in the SiO gas flow path, the plate surface is directed in the gas flow direction, and alternately provided at predetermined intervals from the facing surface forming the flow path so that the gas flow is zigzag. In addition, a container through which gas can pass or an empty container can be mentioned. The interval is usually constant, and in order to increase the recovery efficiency, the upstream side of the SiO gas having a high SiO density may be shortened and the downstream side may be lengthened. The temperature of the condenser is not particularly limited as long as SiO gas can be condensed.

次に、SiOの精製方法について説明する。SiとSiOとの混合物を原料として、SiOガスを発生させる。SiとSiOとは、従来から用いられているSi金属粒とけい砂を用いることができる。例えば、Si金属としては、Pが80ppm、Bが9ppm、Feが1500ppm、その他の金属成分が500ppmであり、高純度けい砂中の不純物は、Pが0.3ppm、Bが0.5ppm、Feが400ppm、その他の金属が100ppm程度のものが挙げられる。 Next, a method for purifying SiO will be described. SiO gas is generated using a mixture of Si and SiO 2 as a raw material. As Si and SiO 2 , conventionally used Si metal grains and silica sand can be used. For example, as Si metal, P is 80 ppm, B is 9 ppm, Fe is 1500 ppm, other metal components are 500 ppm, and impurities in high-purity silica sand are P of 0.3 ppm, B of 0.5 ppm, Fe Is 400 ppm, and other metals are about 100 ppm.

SiとSiOとの混合物を原料としてるつぼに投入し、反応容器内をAr,He,COガスなどの不活性ガスで置換する。 A mixture of Si and SiO 2 is put into a crucible as a raw material, and the inside of the reaction vessel is replaced with an inert gas such as Ar, He, or CO 2 gas.

該るつぼ周囲に設けられた加熱装置、例えば抵抗ヒータによって、原料を加熱するとともに、真空ポンプを作動させて反応容器内を所定の減圧度に維持する。   The raw material is heated by a heating device, for example, a resistance heater, provided around the crucible, and the inside of the reaction vessel is maintained at a predetermined pressure reduction level by operating a vacuum pump.

原料を、例えば1700℃まで加熱するとともに、凝縮器後部または後方に設けられた真空ポンプを作動させて反応容器内を所定圧力、例えば10Paとする。原料温度が所定温度、例えば1410℃を超えた時点でSiOガスの発生量が急激に増大するとともに、反応容器内圧力も急激に増大する点に注意が必要である。   The raw material is heated to, for example, 1700 ° C., and a vacuum pump provided at the rear or rear of the condenser is operated to bring the inside of the reaction vessel to a predetermined pressure, for example, 10 Pa. It should be noted that when the raw material temperature exceeds a predetermined temperature, for example, 1410 ° C., the generation amount of SiO gas increases rapidly and the pressure in the reaction vessel also increases rapidly.

発生したSiOガスを反応容器から滞留器に導く。この際、Si中に含まれていたPの一部も蒸発する。Si融液中において、Pは、単原子の状態で安定に存在するといわれている。このため、特に、数十ppm以下のP濃度の場合、蒸発するPガスは、単原子P分子が主体である。一方、気相である滞留器内においては、蒸発したP蒸気は次の反応をする、と考えられる。   The generated SiO gas is led from the reaction vessel to the staying device. At this time, a part of P contained in Si is also evaporated. In the Si melt, P is said to exist stably in a single atom state. For this reason, in particular, when the P concentration is several tens of ppm or less, the vaporized P gas is mainly composed of monoatomic P molecules. On the other hand, it is considered that the vaporized P vapor undergoes the following reaction in the retainer that is in the gas phase.

nP(気体)=Pn(気体)
ただし、式中、nは2〜4の整数である。
nP (gas) = Pn (gas)
However, in formula, n is an integer of 2-4.

この平衡は、SiOの発生操業の温度、圧力条件では、右辺の高分子ガスの割合が高い。したがって、SiO中のP濃度が高いほど、Pnの割合が上昇する。SiO発生時に蒸発する単体Pガスが滞留器内部で十分な時間保持されれば、平衡状態でのP、Pガス量に相当する割合までSiOガス中の単体Pガスは減少する。ここで、P、Pガスは、単体Pガスに比べて凝縮SiOに吸着しにくいという特性を有する。つまり、SiOガスを滞留器内に滞留させて、その間にP分子同士の衝突、結合を図り、PやPを効果的に増加させることができる。 This equilibrium is high in the ratio of the polymer gas on the right side under the temperature and pressure conditions of the operation of generating SiO. Therefore, the higher the P concentration in SiO, the higher the ratio of Pn. If the simple substance P gas which evaporates at the time of SiO generation is held for a sufficient time inside the staying vessel, the simple substance P gas in the SiO gas is reduced to a ratio corresponding to the amount of P 2 and P 4 gas in the equilibrium state. Here, the P 2 and P 4 gases have a characteristic that they are less likely to be adsorbed to the condensed SiO than the simple substance P gas. That is, SiO gas can be retained in the retention device, and P molecules can collide and bond with each other during the retention, thereby effectively increasing P 2 and P 4 .

この滞留器は、あくまで単体Pを減少させることを目的とするのであり、SiOガスを凝縮する必要はないのであるから、滞留器はSiOが凝縮しない温度に維持する必要がある。温度維持は加熱装置を用いて行う。該加熱装置はかかる装置の内壁または邪魔板にSiOガスを凝縮させない温度、例えば1100℃を超える温度、好ましくは1200〜2000℃の範囲に維持することが必要である。この温度以下では、SiOが滞留器内部で凝縮し、歩留が大きく低下するからである。必要により、邪魔板内に加熱装置を設けて、SiO凝縮の防止効率を向上させてもよい。   The stayer is intended only to reduce the single substance P, and it is not necessary to condense the SiO gas. Therefore, the stayer needs to be maintained at a temperature at which SiO does not condense. The temperature is maintained using a heating device. The heating device needs to be maintained at a temperature at which SiO gas does not condense on the inner wall or baffle plate of the device, for example, a temperature exceeding 1100 ° C., preferably in the range of 1200 to 2000 ° C. This is because below this temperature, SiO is condensed inside the retainer and the yield is greatly reduced. If necessary, a heating device may be provided in the baffle plate to improve the prevention efficiency of SiO condensation.

さらに、SiOガスの滞留器での滞留時間は単体Pが減少すれば特に限定されるものではないが、通常、0.1秒以上、好ましくは0.1秒〜1時間の滞留時間を設けることが望ましい。滞留時間が0.1秒未満では得られたSiO純度の向上効果は認められないからである。   Further, the residence time in the SiO gas retainer is not particularly limited as long as the simple substance P decreases, but usually a residence time of 0.1 seconds or more, preferably 0.1 seconds to 1 hour is provided. Is desirable. This is because when the residence time is less than 0.1 second, the effect of improving the obtained SiO purity is not recognized.

発生したSiOガス中の単体Pを滞留させて処理した後、外部を水、空気などの冷媒で冷却した凝縮器で凝縮させ、固体SiO膜を形成させる。凝縮効率を上げるために、邪魔板内に冷媒を通過させてもよい。凝縮器の温度は、SiOガスを回収することを目的とすることから、SiOガスを邪魔板に凝縮させることができ、かつ、低沸点化合部を凝縮させない温度、例えば、1100℃以下、好ましくは1100℃〜110℃の範囲であることが望ましい。このときの凝縮器内の圧力を所定値、例えば400Paに維持する。SiOガスの凝縮器内の滞留時間は、SiOが十分に邪魔板に付着する時間であれば特に制限はされない。   After the single substance P in the generated SiO gas is retained and processed, the outside is condensed by a condenser cooled with a refrigerant such as water or air to form a solid SiO film. In order to increase the condensation efficiency, a refrigerant may be passed through the baffle plate. Since the temperature of the condenser is intended to recover the SiO gas, the temperature at which the SiO gas can be condensed on the baffle plate and does not condense the low boiling point compounding portion, for example, 1100 ° C. or less, preferably It is desirable that the temperature be in the range of 1100 ° C to 110 ° C. The pressure in the condenser at this time is maintained at a predetermined value, for example, 400 Pa. The residence time of the SiO gas in the condenser is not particularly limited as long as SiO is sufficiently adhered to the baffle plate.

次に、凝縮器に付着したSiOを回収する。回収方法は従来から用いられていた方法を採用できる。例えば、凝縮器全体を冷却し、解体した容器の邪魔板から固体SiOを剥ぎ取って回収する。   Next, SiO adhering to the condenser is recovered. As a recovery method, a conventionally used method can be adopted. For example, the entire condenser is cooled, and the solid SiO is peeled off from the baffle plate of the disassembled container and recovered.

SiOガス中に含まれるリンは凝縮SiOと吸着し難い形態に変化しているので、リンは実質的に凝縮器では付着することはない。つまり、凝縮器を通過する。   Since phosphorus contained in the SiO gas has changed into a form in which it is difficult to adsorb with condensed SiO, phosphorus does not substantially adhere to the condenser. That is, it passes through the condenser.

上記の方法に加えて、SiOガス中に含まれるPを凝縮SiOに吸着しづらくする方法として次の方法が挙げられる。   In addition to the above method, the following method may be mentioned as a method for making it difficult to adsorb P contained in the SiO gas to the condensed SiO.

SiOガス中に含まれるリンと反応して低沸点化合物を形成させるガスを、反応容器内に導入する。なお、反応容器内は通常減圧に維持されているので、低沸点化合物形成ガスはその差圧を利用して導入することができるが、該ガスを吹き込めば効果的に分散させることができる。該低沸点形成ガスとしては、SiOガス中に含まれるリンと気相で反応して低沸点化合物を形成できるガスであれば特に制限されることはなく、例えば、水素ガス、フッ素ガスまたは塩素ガスが挙げられる。   A gas that reacts with phosphorus contained in the SiO gas to form a low boiling point compound is introduced into the reaction vessel. In addition, since the inside of the reaction vessel is usually maintained at a reduced pressure, the low boiling point compound forming gas can be introduced using the differential pressure, but can be effectively dispersed by blowing the gas. The low boiling point forming gas is not particularly limited as long as it is a gas capable of forming a low boiling point compound by reacting with phosphorus contained in SiO gas in a gas phase, for example, hydrogen gas, fluorine gas or chlorine gas. Is mentioned.

反応容器内に水素ガスを吹込んだ場合、水素とPは次の如く反応する、と考えられる。   When hydrogen gas is blown into the reaction vessel, hydrogen and P are considered to react as follows.

P(気体)+nH(気体)→水素化リン[PHm](気体) (7)
ただし、式中、mは1〜4の整数である。
P (gas) + nH 2 (gas) → phosphorus hydride [PHm] (gas) (7)
However, in formula, m is an integer of 1-4.

生成した水素化リンは、沸点が約60℃以下の低沸点化合物であり、かつ、SiOへの吸着が少ない、という特性を有する。例えば、PHの沸点:−87℃、Pの沸点:51.7℃(改定3版、化学便覧、基礎編I,日本化学会編、丸善株式会社)。 The produced phosphorus hydride is a low boiling point compound having a boiling point of about 60 ° C. or less, and has a property of being hardly adsorbed on SiO. For example, the boiling point of PH 3 is −87 ° C. and the boiling point of P 2 H 4 is 51.7 ° C. (Revised 3rd edition, Chemical Handbook, Basics I, The Chemical Society of Japan, Maruzen Co., Ltd.).

しかし、水素ガスはSiOガスとも反応し、SiH,Siなどの水素化珪素ガスも同時に発生する。かかる水素化珪素はSiOの品質に及ぼす影響は考慮しなくてよい。というのは、水素化珪素を形成する反応は、(7)式に比べて遅く、さらに、発生する水素化珪素の量そのものが少ないからである。また、水素化珪素は低沸点を示し、かつ、凝縮したSiOへの吸着が少ないという特性を有するので、大部分は水素化リンとともに、系外に排気される。例えば、SiHの沸点:−111.8℃、Siの沸点:−14.5℃(改定3版、化学便覧)。さらに、SiO中に残留した水素は、後工程(Si抽出工程)で除去されるものが多い。 However, the hydrogen gas also reacts with the SiO gas, and silicon hydride gases such as SiH 4 and Si 2 H 6 are generated at the same time. Such silicon hydride need not take into account the effect on the quality of SiO. This is because the reaction for forming silicon hydride is slower than the formula (7), and the amount of silicon hydride generated is small. Further, since silicon hydride has a low boiling point and has a property of being less adsorbed on condensed SiO, most of it is exhausted out of the system together with phosphorus hydride. For example, the boiling point of SiH 4 is -111.8 ° C., and the boiling point of Si 2 H 6 is −14.5 ° C. (Revised 3rd edition, Chemical Handbook). Further, most of the hydrogen remaining in the SiO is removed in a subsequent process (Si extraction process).

反応容器内にフッ素ガスを吹込んだ場合、フッ素とPは次の如く反応する、と考えられる。   When fluorine gas is blown into the reaction vessel, fluorine and P are considered to react as follows.

P(気体)+nF(気体)→フッ化リン[PFm](気体) (8)
ただし、式中、mは1〜5の整数である。
P (gas) + nF 2 (gas) → phosphorus fluoride [PFm] (gas) (8)
However, in formula, m is an integer of 1-5.

生成したフッ化リンは、沸点が0℃以下の低沸点化合物であり、かつ、凝縮SiOへの吸着が少ない、という特性を有する。例えば、PFの沸点:−101.5℃、PFの沸点:−75℃(改定3版、化学便覧)。 The produced phosphorus fluoride is a low boiling point compound having a boiling point of 0 ° C. or less, and has a property of being less adsorbed on condensed SiO. For example, PF 3 has a boiling point of −101.5 ° C. and PF 5 has a boiling point of −75 ° C. (Revised 3rd edition, Chemical Handbook).

しかし、フッ素ガスはSiOガスとも反応し、SiFなどのフッ化珪素ガスも同時に発生する。かかるフッ化珪素ガスはSiOの品質に及ぼす影響は考慮しなくてよい。というのは、フッ化珪素を形成する反応は、(8)式に比べて遅く、さらに、発生するフッ化珪素の量そのものが少ないからである。 However, fluorine gas also reacts with SiO gas, and silicon fluoride gas such as SiF 4 is generated at the same time. Such silicon fluoride gas need not take into account the effect on the quality of SiO. This is because the reaction for forming silicon fluoride is slower than the formula (8), and the amount of silicon fluoride generated itself is small.

反応容器内に塩素ガスを吹込んだ場合、塩素とPは次の如く反応する、と考えられる。   When chlorine gas is blown into the reaction vessel, chlorine and P are considered to react as follows.

P(気体)+nCl(気体)→塩化リン[PClm](気体) (9)
ただし、式中、mは1〜5の整数である。
P (gas) + nCl 2 (gas) → phosphorus chloride [PClm] (gas) (9)
However, in formula, m is an integer of 1-5.

生成した塩化リンは、沸点が約100℃以下の低沸点化合物であり、かつ、SiOへの吸着が少ない、という特性を有する。例えば、PClの沸点:75.5℃、PClの沸点:昇華100℃(改定3版、化学便覧)。 The produced phosphorus chloride is a low boiling point compound having a boiling point of about 100 ° C. or less and has a characteristic that it is hardly adsorbed onto SiO. For example, the boiling point of PCl 3 : 75.5 ° C, the boiling point of PCl 5 : sublimation 100 ° C (3rd revised edition, Chemical Handbook).

しかし、塩素ガスはSiOガスとも反応し、SiClなどの塩化珪素ガスも同時に発生する。かかる塩化珪素はSiOの品質に及ぼす影響は考慮しなくてよい。というのは、塩化珪素を形成する反応は、(9)式に比べて遅く、さらに、発生する塩化珪素の量そのものが少ないからである。 However, chlorine gas also reacts with SiO gas, and silicon chloride gas such as SiCl 4 is generated at the same time. The effect of silicon chloride on the quality of SiO need not be considered. This is because the reaction for forming silicon chloride is slower than the formula (9), and the amount of generated silicon chloride itself is small.

該低沸点形成ガスの代表例として、水素ガス、フッ素ガス、塩素ガスが挙げられるが、これらのガスを混合して反応容器内に導入すると、これらのガス同士が反応する恐れがあることから、これらのガスは混合することなく、単独で用いることが望ましい。なかでも、反応容器の耐腐食性の点から、水素ガスが好ましい。   Representative examples of the low boiling point forming gas include hydrogen gas, fluorine gas, and chlorine gas. However, when these gases are mixed and introduced into the reaction vessel, these gases may react with each other. These gases are desirably used alone without being mixed. Of these, hydrogen gas is preferred from the viewpoint of the corrosion resistance of the reaction vessel.

該低沸点形成ガスの導入量は、原料であるSiとSiOに含まれる不純物、例えばPを完全に低沸点化合物に転化できればなんら限定はされない。通常、該低沸点形成ガスの導入量は、SiO中に存在する不純物Pと反応する理論量〜発生するSiOの50モル%以下の範囲である。ここで、理論量とは一番簡単な化合物を生成する反応、例えば水素ガスの場合PHが、フッ素ガスの場合PFが、塩素ガスの場合PClが生成する反応に基づくものが該当する。理論量未満であると、低沸点化合物の形成が十分でなく、一方、該低沸点形成ガスがSiOと反応することから、発生するSiOの50モル%を超えることは好ましくない。 The amount of the low boiling point forming gas introduced is not limited as long as impurities such as P contained in the raw materials Si and SiO 2 can be completely converted into low boiling point compounds. Usually, the introduction amount of the low boiling point forming gas is in the range of the theoretical amount reacting with the impurity P present in the SiO to 50 mol% or less of the generated SiO. Here, the theoretical amount corresponds to a reaction that generates the simplest compound, for example, a reaction based on a reaction that generates PH 3 in the case of hydrogen gas, PF 3 in the case of fluorine gas, and PCl 3 in the case of chlorine gas. . If the amount is less than the theoretical amount, formation of a low boiling point compound is not sufficient, and on the other hand, the low boiling point forming gas reacts with SiO, so that it is not preferable to exceed 50 mol% of generated SiO.

該低沸点形成ガスの導入箇所としては、SiOガス滞留器よりも上流側であれば特に制約を受けない。また、設計上の制約のある場合などには、SiOガス滞留器内でSiOガス流入口近傍に該低沸点形成ガスを導入してもよい。このような配置にすることにより、SiOガス滞留器の中に効率的に該低沸点形成ガスを供給することができる。   The introduction point of the low boiling point forming gas is not particularly limited as long as it is upstream of the SiO gas retaining device. Further, when there is a design restriction, the low boiling point forming gas may be introduced in the vicinity of the SiO gas inlet in the SiO gas retaining device. With such an arrangement, the low boiling point forming gas can be efficiently supplied into the SiO gas retaining device.

該低沸点形成ガスの導入方法としては、1)ガスボンベから流量調整弁を介する方法、2)該低沸点形成ガスを一旦、炉内での反応性に乏しいAr,COガス,Heなどのキャリアーガスと混合する方法、を挙げることができる。1)の場合、SiOガス局所での反応率、反応速度が高いという利点を有する反面、吹込みガス量が少ないため、SiOガスとの混合が局所的になりがちで未反応部位が発生しやすい、という欠点を有する。2)の場合、導入ガス量が多く、SiOガスとの混合、反応が均一化できるという利点を有する反面、SiOガス局所での反応率、反応速度が低い、という欠点を有する。両者は利点及び欠点をそれぞれ有するが、SiOガスとの混合、反応が均一化できる点から2)が好ましい。 As a method for introducing the low boiling point forming gas, 1) a method from a gas cylinder through a flow rate adjusting valve, 2) a carrier such as Ar, CO 2 gas, and He having low reactivity in the furnace once. The method of mixing with gas can be mentioned. In the case of 1), there is an advantage that the reaction rate and reaction rate are high in the local area of the SiO gas, but since the amount of blown gas is small, mixing with the SiO gas tends to be local and unreacted sites are likely to occur. , Have the disadvantages. In the case of 2), the amount of introduced gas is large, and there is an advantage that the mixing with SiO gas and the reaction can be made uniform, but on the other hand, there are disadvantages in that the reaction rate and reaction rate in the SiO gas local area are low. Both have advantages and disadvantages, but 2) is preferred from the standpoint of uniform mixing and reaction with SiO gas.

該低沸点形成ガスによって、SiOガス中に含まれるリンと反応させて低沸点化合物を形成させたので、リンは実質的に凝縮器では付着することはない。また、該低沸点形成ガス、SiOと該低沸点形成ガスとの反応物、キャリアーガスなどの非凝縮性ガスは、凝縮することなく、凝縮器を通過する。   Since the low-boiling point gas is reacted with phosphorus contained in the SiO gas to form a low-boiling point compound, phosphorus does not substantially adhere to the condenser. Further, the low boiling point forming gas, the reaction product of SiO and the low boiling point forming gas, and the non-condensable gas such as carrier gas pass through the condenser without being condensed.

反応容器と凝縮器との間に滞留器を設けることによってガスを滞留させるという簡単な手段により、SiO中の不純物であるPを大幅に低減することができる。   P, which is an impurity in SiO, can be greatly reduced by a simple means of retaining gas by providing a retention vessel between the reaction vessel and the condenser.

(Siの製造)
SiOからSiの抽出は従来公知の方法を採用することができる。例えば、上記で得られたSiOをるつぼ、例えば高純度黒鉛製のるつぼに投入し、るつぼごと加熱炉に装入する。このSiOを大気圧、不活性ガス雰囲気下、例えばAr,COガス、He、所定温度、例えば、1550℃で所定時間、例えば1時間加熱した後、冷却、固化させる。その後、炉外に取り出す。処理時間は、加熱炉の大きさ、処理すべきSiOの量によって変化するので、適宜変更することが可能である。
(Manufacture of Si)
A conventionally known method can be adopted for extracting Si from SiO. For example, the SiO obtained above is put into a crucible, for example, a high-purity graphite crucible, and the whole crucible is charged into a heating furnace. The SiO is heated at atmospheric pressure and in an inert gas atmosphere, for example, Ar, CO 2 gas, He, a predetermined temperature, for example, 1550 ° C. for a predetermined time, for example, 1 hour, and then cooled and solidified. Thereafter, it is taken out of the furnace. Since the processing time varies depending on the size of the heating furnace and the amount of SiO to be processed, it can be appropriately changed.

SiOは不均化反応により、大半がSiとSiOの2相に分離した状態となっており、Si塊からSiO粒を剥離させてSiを得る。本発明によってSiO原料中の不純物を除くことによって、高濃度のPを含む安価なSiを原料に用いても、太陽電池基板用Siの成分仕様を満たすことができる。 Most of SiO is in a state of being separated into two phases of Si and SiO 2 due to the disproportionation reaction, and Si is obtained by peeling the SiO 2 grains from the Si lump. By removing impurities in the SiO raw material according to the present invention, the component specifications of Si for solar cell substrates can be satisfied even if inexpensive Si containing a high concentration of P is used as the raw material.

ここで、太陽電池基板用Siの成分仕様とは次の組成をいう。太陽電池基板用Siは、一般に、純度のより高いものを用いる程、性能が向上するといわれるが、高純度化するに従い性能向上率は逓減していく。一方で、Siが高純度になる程、純度を上昇させるための費用は急激に増大するので、ある特定のSi純度が費用−効果の最適点となる。この最適点は、成分毎に異なり、現在の太陽電池として市場価値を有する性能を満足するためには、次の範囲のSiを用いることが望ましい。即ち、質量割合でリン(P)0.1ppm以下、ヒ素(As)0.1ppm、アンチモン(Sb)0.1ppm以下、ボロン(B)0.3ppm以下、ガリウム(Ga)0.1ppm以下、インジウム(In)0.1ppm以下、その他の金属成分0.1ppm以下である。   Here, the component specification of Si for solar cell substrates refers to the following composition. In general, it is said that the higher the purity of Si for solar cell substrate, the higher the performance, but the performance improvement rate gradually decreases as the purity increases. On the other hand, the higher the purity of Si, the more rapidly the cost for increasing the purity, so a certain Si purity is the cost-effective optimum. This optimum point differs for each component, and it is desirable to use Si in the following range in order to satisfy the performance having market value as the present solar cell. That is, phosphorus (P) 0.1 ppm or less in mass ratio, arsenic (As) 0.1 ppm, antimony (Sb) 0.1 ppm or less, boron (B) 0.3 ppm or less, gallium (Ga) 0.1 ppm or less, indium (In) 0.1 ppm or less and other metal components 0.1 ppm or less.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the examples.

(実施例1)
1.SiOの精製
図1に記載の装置に準じてSiOの製造、精製を行った。
(Example 1)
1. Purification of SiO Production and purification of SiO were performed according to the apparatus shown in FIG.

直径1mの反応容器内に直径0.5mのるつぼを設置し、その中に40kgの金属Siと150kgの高純度けい砂を混合したものを投入した。このとき、粒の平均径は、金属Siが0.4mm、けい砂が7mmであった。また、金属Siの不純物は、Pが80ppm、Bが9ppm、Feが1500ppm、その他の金属成分が500ppmであり、高純度けい砂中の不純物は、いずれもPが0.3ppm、Bが0.5ppm、Feが400ppm、その他金属が100ppmであった。   A crucible having a diameter of 0.5 m was placed in a reaction container having a diameter of 1 m, and a mixture of 40 kg of metal Si and 150 kg of high-purity silica sand was put therein. At this time, the average diameter of the grains was 0.4 mm for metal Si and 7 mm for silica sand. Further, the impurities of metal Si are 80 ppm for P, 9 ppm for B, 1500 ppm for Fe, and 500 ppm for other metal components, and the impurities in high-purity silica sand are all 0.3 ppm for P and 0. 5 ppm, Fe 400 ppm, and other metals 100 ppm.

次に、反応炉内をアルゴン(Ar)ガスで満たし、るつぼ周囲に設置された抵抗ヒータにより原料を1700℃まで加熱するとともに、真空ポンプを作動させて反応容器内を10Paの圧力とした。原料温度が1410℃を超えた時点でSiOガスの発生が急激に増大し、反応容器内圧力は最終的に1300Paに達した。   Next, the inside of the reaction furnace was filled with argon (Ar) gas, and the raw material was heated to 1700 ° C. with a resistance heater installed around the crucible, and the pressure inside the reaction vessel was adjusted to 10 Pa by operating the vacuum pump. When the raw material temperature exceeded 1410 ° C., the generation of SiO gas rapidly increased, and the pressure in the reaction vessel finally reached 1300 Pa.

反応容器と凝縮器との間に滞留器が設けられている。滞留器は2m角の箱型容器で、内部に邪魔板を配置することによって、SiOガス流のショートカットを防止するとともに、凝縮器上流部での圧力を反応容器内圧に近い値の高圧に保持して、SiOガスの滞留時間を長期化させた容器である。滞留器の材質としては、内面を高純度黒鉛貼りとした。また、内部温度を1400℃に保持するため、滞留器外部に電気ヒータを設置した。SiOガスの平均滞留時間は1秒であった。   A reservoir is provided between the reaction vessel and the condenser. The retainer is a 2m square box-type container. By arranging a baffle plate inside, the SiO gas flow shortcut is prevented and the pressure in the upstream part of the condenser is maintained at a high value close to the internal pressure of the reaction container. In this case, the residence time of the SiO gas is extended. As the material of the retainer, the inner surface was pasted with high purity graphite. In addition, an electric heater was installed outside the stayer in order to keep the internal temperature at 1400 ° C. The average residence time of the SiO gas was 1 second.

発生したSiOガスは、外部を水冷した凝縮器内壁で凝固し、固体SiO膜を形成した。このときの凝縮器内部圧力は平均400Paであった。1700℃での加熱操業を1.5時間継続した後、装置を冷却し、解体した凝縮器内壁から固体SiOを剥ぎ取って回収した。るつぼ内に残留した金属Siは、0.06kgであり、凝縮器から剥離、回収された固体SiOは、約160kgであった。尚、SiO原料温度測定は、るつぼ内壁に取り付けられた熱電対により実施し、圧力測定は容器外部に引き出した保温管内圧力を非接触式圧力計によって計測した。得られた固体SiO中の成分分析結果は、質量割合で、Pが0.4ppm、Bが0.3ppm、Feが0.07ppm、その他の金属成分が合計1ppmであった。   The generated SiO gas was solidified on the inner wall of the condenser whose outside was water-cooled to form a solid SiO film. The condenser internal pressure at this time was 400 Pa on average. After the heating operation at 1700 ° C. was continued for 1.5 hours, the apparatus was cooled, and the solid SiO was peeled off from the disassembled condenser inner wall and recovered. The metal Si remaining in the crucible was 0.06 kg, and the solid SiO exfoliated and recovered from the condenser was about 160 kg. The SiO raw material temperature was measured with a thermocouple attached to the inner wall of the crucible, and the pressure was measured with a non-contact type pressure gauge for the pressure inside the heat insulating tube drawn out of the container. As a result of component analysis in the obtained solid SiO, P was 0.4 ppm, B was 0.3 ppm, Fe was 0.07 ppm, and other metal components were 1 ppm in total.

この方法によるPの除去率は、99.5%であった。
2.SiOからSiの製造
次に、Si抽出工程においてSiOからSiを抽出した。上記で得たSiOを高純度黒鉛製のるつぼに投入し、るつぼごと加熱炉に装入した。このSiOを大気圧アルゴン雰囲気下の1550℃で1時間加熱した後、冷却、固化させ、炉外に取り出した。この段階で装入されたSiOは不均化反応により大半がSiとSiOの2相に分離した状態となっており、手作業でSi塊からSiO粒を剥離させて25kgのSiを得た。このSiの一部を成分分析した結果、Pが0.4ppm、Bが0.23ppm、Feが0.08ppm、Hが0.1ppm、その他の金属成分が0.01ppmであった。
The removal rate of P by this method was 99.5%.
2. Production of Si from SiO Next, Si was extracted from SiO in the Si extraction step. The SiO obtained above was put into a crucible made of high purity graphite, and the whole crucible was charged into a heating furnace. This SiO was heated at 1550 ° C. under an atmospheric pressure argon atmosphere for 1 hour, then cooled and solidified, and taken out of the furnace. Most of the SiO charged at this stage is separated into two phases of Si and SiO 2 due to the disproportionation reaction. The SiO 2 particles are peeled off from the Si lump by hand to obtain 25 kg of Si. It was. As a result of component analysis of a part of this Si, P was 0.4 ppm, B was 0.23 ppm, Fe was 0.08 ppm, H was 0.1 ppm, and other metal components were 0.01 ppm.

得られたSiのうち1kgを、現状の太陽電池基板用Si原料である半導体屑Si 3kgと混合し、不純物を希釈化することによって、太陽電池基板用高純度Siとしての成分許容値を満たすものが得られた。また、得られたSiを単独で太陽電池基板用高純度Siに適用するため、得られた残りのSiを溶融させて真空脱ガス処理を施した。これは、市販金属Siを溶融させて真空下にさらすことによって、Si中の不純物を蒸発させて純度を向上させるという従来技術を応用したものである。ただし、本実施例でのように、SiOから得られたSiに真空脱ガス処理を施した前例は存在しなかった。金属Siを用いる場合とは異なり、SiOから得られたSi中には、少量ではあるものの、きわめて微量なSiO粒子がSi相中に分散することが避けられない。微細なSiO粒によるSi液相中Pの蒸気圧への影響は知見が存在しない。したがって、従来技術である真空脱ガス処理技術が本実施例により得られたSiに対し有効かどうかは自明とはいえない。本実施例における真空脱ガス処理は、次の条件で実施した。まず、砕いて直径10mm程度の塊状としたSiを直径0.35mの高純度黒鉛製るつぼに入れ、これを真空加熱炉内に配置した。加熱炉内を0.1Paの弱酸化性雰囲気とし、Si塊を加熱して溶融させ、さらにSi液温度を1600℃間で昇温後、真空下で1時間保持した。Siを冷却した後、炉から取り出して成分分析を実施した結果、太陽電池基板用高純度Siの所要成分値を満たすものが得られた。 1 kg of the obtained Si is mixed with 3 kg of semiconductor scrap Si, which is the current Si raw material for solar cell substrates, and the impurities are diluted to satisfy the component tolerance as high-purity Si for solar cell substrates. was gotten. Further, in order to apply the obtained Si alone to high-purity Si for solar cell substrates, the remaining Si obtained was melted and subjected to vacuum degassing treatment. This is an application of the conventional technique of improving the purity by evaporating impurities in Si by melting commercial metal Si and exposing it under vacuum. However, as in this example, there was no precedent in which vacuum degassing treatment was performed on Si obtained from SiO. Unlike the case of using metal Si, it is inevitable that a very small amount of SiO 2 particles are dispersed in the Si phase, although the amount is small in Si obtained from SiO. There is no knowledge about the influence of fine SiO 2 grains on the vapor pressure of P in the Si liquid phase. Therefore, it is not obvious whether the conventional vacuum degassing technique is effective for the Si obtained in this example. The vacuum degassing process in this example was performed under the following conditions. First, Si which was crushed and formed into a lump having a diameter of about 10 mm was placed in a high-purity graphite crucible having a diameter of 0.35 m and placed in a vacuum heating furnace. The inside of the heating furnace was made into a weakly oxidizing atmosphere of 0.1 Pa, the Si lump was heated and melted, and the temperature of the Si solution was raised between 1600 ° C. and then kept under vacuum for 1 hour. After cooling Si, it took out from the furnace, and as a result of component analysis, what satisfy | filled the required component value of the high purity Si for solar cell substrates was obtained.

同一製造条件で滞留器なしの場合にはSiO中P濃度は平均5ppmであるので、1桁以上、SiO中のP濃度が減少できたことになり、後続の真空脱ガス工程負荷を大幅に低減できた。   When there is no retainer under the same production conditions, the average P concentration in SiO is 5 ppm, which means that the P concentration in SiO can be reduced by one digit or more, greatly reducing the subsequent vacuum degassing process load. did it.

この手法では、ガス吹込みを実施していないので、吹込みガスによる汚染に配慮しなくてよく、設備も簡易になることが利点である。   In this method, since gas blowing is not performed, there is an advantage that it is not necessary to consider the contamination by the blowing gas and the facilities are simplified.

(実施例2:水素ガス吹込み)
1.SiOの精製
図2に記載の装置に準じてSiOの製造、精製を行った。吹き込みガスとして水素ガスを、キャリアーガスとしてArガスを用い、SiO発生装置の頂部から吹き込んだ。
(Example 2: Hydrogen gas blowing)
1. Purification of SiO Production and purification of SiO were performed according to the apparatus shown in FIG. Hydrogen gas was used as the blowing gas and Ar gas was used as the carrier gas, and was blown from the top of the SiO generator.

直径1mの反応容器内に直径0.5mのるつぼを設置し、その中に40kgの金属Siと150kgの高純度けい砂を混合したものを投入した。このとき、粒の平均径は、金属Siが0.4mm、けい砂が7mmであった。また、金属Siの不純物は、Pが80ppm、Bが9ppm、Feが1500ppm、その他の金属成分が500ppmであり、高純度けい砂中の不純物は、いずれもPが0.3ppm、Bが0.5ppm、Feが400ppm、その他金属が100ppmであった。   A crucible having a diameter of 0.5 m was placed in a reaction container having a diameter of 1 m, and a mixture of 40 kg of metal Si and 150 kg of high-purity silica sand was put therein. At this time, the average particle diameter was 0.4 mm for metal Si and 7 mm for silica sand. Further, impurities of metal Si are 80 ppm for P, 9 ppm for B, 1500 ppm for Fe, and 500 ppm for other metal components, and all impurities in high-purity silica sand are 0.3 ppm for P and 0. 5 ppm, Fe 400 ppm, and other metals 100 ppm.

次に、反応炉内をアルゴン(Ar)ガスで満たし、るつぼ周囲に設置された抵抗ヒータにより原料を1700℃まで加熱するとともに、真空ポンプを作動させて反応容器内を10Paの圧力とした。SiOの精製中は、常に、水素ガス1mg/sとArガス10mg/sを混合し、1200℃に予熱した後に、反応炉内部に吹込み続けた。原料温度が1410℃を超えた時点でSiOガスの発生が急激に増大し、反応容器内圧力は最終的に1300Paに達した。   Next, the inside of the reaction furnace was filled with argon (Ar) gas, and the raw material was heated to 1700 ° C. with a resistance heater installed around the crucible, and the pressure inside the reaction vessel was adjusted to 10 Pa by operating the vacuum pump. During the purification of SiO, hydrogen gas 1 mg / s and Ar gas 10 mg / s were always mixed, preheated to 1200 ° C., and then continued to be blown into the reactor. When the raw material temperature exceeded 1410 ° C., the generation of SiO gas rapidly increased, and the pressure in the reaction vessel finally reached 1300 Pa.

発生したSiOガスは、外部を水冷した凝縮器内壁で凝固し、固体SiO膜を形成した。このときの凝縮器内部圧力は平均400Paであった。1700℃での加熱操業を1.5時間継続した後、装置を冷却し、解体した凝縮器内壁から固体SiOを剥ぎ取って回収した。るつぼ内に残留した金属Siは、0.06kgであり、凝縮器から剥離、回収された固体SiOは、約160kgであった。得られた固体SiO中の成分分析結果は、質量割合で、Pが0.04ppm、Bが0.3ppm、Feが0.07ppm、その他の金属成分が合計1ppmであった。   The generated SiO gas was solidified on the inner wall of the condenser whose outside was water-cooled to form a solid SiO film. The condenser internal pressure at this time was 400 Pa on average. After the heating operation at 1700 ° C. was continued for 1.5 hours, the apparatus was cooled, and the solid SiO was peeled off from the disassembled condenser inner wall and recovered. The metal Si remaining in the crucible was 0.06 kg, and the solid SiO exfoliated and recovered from the condenser was about 160 kg. As a result of component analysis in the obtained solid SiO, P was 0.04 ppm, B was 0.3 ppm, Fe was 0.07 ppm, and other metal components were 1 ppm in total.

この方法によるPの除去率は、99.95%であった。
2.SiOからSiの製造
次に、Si抽出工程においてSiOからSiを抽出した。上記で得たSiOを高純度黒鉛製のるつぼに投入し、るつぼごと加熱炉に装入した。このSiOを大気圧アルゴン雰囲気下の1550℃で1時間加熱した後、冷却、固化させ、炉外に取り出した。この段階で装入されたSiOは不均化反応により大半がSiとSiOの2相に分離した状態となっており、手作業でSi塊からSiO粒を剥離させて25kgのSiを得た。このSiの一部を成分分析した結果、Pが0.04ppm、Bが0.23ppm、Feが0.08ppm、Hが0.1ppm、その他の金属成分が0.01ppmであった。得られたSiは、太陽電池基板用Siの成分仕様を満たした。
The removal rate of P by this method was 99.95%.
2. Production of Si from SiO Next, Si was extracted from SiO in the Si extraction step. The SiO obtained above was put into a crucible made of high purity graphite, and the whole crucible was charged into a heating furnace. This SiO was heated at 1550 ° C. under an atmospheric pressure argon atmosphere for 1 hour, then cooled and solidified, and taken out of the furnace. Most of the SiO charged at this stage is separated into two phases of Si and SiO 2 due to the disproportionation reaction. The SiO 2 particles are peeled off from the Si lump by hand to obtain 25 kg of Si. It was. As a result of component analysis of a part of this Si, P was 0.04 ppm, B was 0.23 ppm, Fe was 0.08 ppm, H was 0.1 ppm, and other metal components were 0.01 ppm. The obtained Si satisfied the component specifications of Si for solar cell substrates.

本発明のSiO製造用の装置の一例を説明する概略図である。It is the schematic explaining an example of the apparatus for SiO manufacture of this invention. 本発明のSiO製造用の装置のその他の例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the other example of the apparatus for SiO manufacture of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応容器、
5 Si粒−SiO粒混合原料、
3 るつぼ、
7 加熱装置、
9 滞留器、
11 凝縮器、
13 邪魔板、
15 真空ポンプ、
17 圧力計、
19 SiOガス、
21 固体SiO、
23 不純物蒸気、
31 吹込みガスボンベ、
33 キャリアーガスボンベ、
35 ガス混合器、
37 予熱器、
39,41,43 流量調整弁。
1 reaction vessel,
5 Si grain-SiO 2 grain mixed raw material,
3 crucible,
7 Heating device,
9 Retainer,
11 Condenser,
13 baffle,
15 vacuum pump,
17 Pressure gauge,
19 SiO gas,
21 solid SiO,
23 Impurity vapor,
31 Blowing gas cylinder,
33 Carrier gas cylinder,
35 gas mixer,
37 Preheater,
39, 41, 43 Flow control valve.

Claims (7)

SiO発生器とSiO凝縮器との間にSiOガス滞留器を設けてなることを特徴とするSiO精製装置。   A SiO refining device comprising a SiO gas retention device between a SiO generator and a SiO condenser. 請求項1に記載の装置を用いることを特徴とするSiOの精製方法。   A method for purifying SiO, comprising using the apparatus according to claim 1. 前記SiOガス滞留器でSiO中のP蒸気をPまたはPとして、凝縮SiO中のP濃度を低減させる請求項2記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the P gas concentration in the condensed SiO is reduced by setting the P vapor in SiO to P 2 or P 4 in the SiO gas retainer. 前記SiO発生器からSiO凝縮器の間の少なくとも1箇所に、水素ガス、フッ素ガスまたは塩素ガスを導入して、SiOガス中に含まれるPと反応させる請求項2又は3記載の方法。   The method according to claim 2 or 3, wherein hydrogen gas, fluorine gas, or chlorine gas is introduced into at least one location between the SiO generator and the SiO condenser to react with P contained in the SiO gas. 前記SiOガス滞留器のガス温度を1200℃以上2000℃以下の範囲とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 2 to 4, wherein a gas temperature of the SiO gas retainer is set in a range of 1200 ° C or higher and 2000 ° C or lower. 前記SiOガス滞留器におけるガス平均滞留時間を0.1秒以上とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 2 to 5, wherein an average gas residence time in the SiO gas retainer is 0.1 seconds or more. 請求項2〜6のいずれか1項に記載の方法で得られたSiOを原料とすることを特徴とする高純度Siの製造方法。   A method for producing high-purity Si, characterized in that SiO obtained by the method according to any one of claims 2 to 6 is used as a raw material.
JP2004032679A 2004-02-09 2004-02-09 APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO Pending JP2005220002A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004032679A JP2005220002A (en) 2004-02-09 2004-02-09 APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004032679A JP2005220002A (en) 2004-02-09 2004-02-09 APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005220002A true JP2005220002A (en) 2005-08-18

Family

ID=34995927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004032679A Pending JP2005220002A (en) 2004-02-09 2004-02-09 APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005220002A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8269126B2 (en) 2006-10-12 2012-09-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas insulated switchgear and method for detecting arc damage in a gas insulated switchgear part

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999033749A1 (en) * 1997-12-25 1999-07-08 Nippon Steel Corporation PROCESS FOR THE PREPARATION OF HIGH-PURITY Si AND EQUIPMENT THEREFOR
JP2002194535A (en) * 2000-10-19 2002-07-10 Sumitomo Titanium Corp Pure silicon monoxide for vapor deposition material and production device therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999033749A1 (en) * 1997-12-25 1999-07-08 Nippon Steel Corporation PROCESS FOR THE PREPARATION OF HIGH-PURITY Si AND EQUIPMENT THEREFOR
JP2002194535A (en) * 2000-10-19 2002-07-10 Sumitomo Titanium Corp Pure silicon monoxide for vapor deposition material and production device therefor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8269126B2 (en) 2006-10-12 2012-09-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas insulated switchgear and method for detecting arc damage in a gas insulated switchgear part

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100436315C (en) Silicon production process
US9073756B2 (en) Low-dopant polycrystalline silicon chunk
JP3865033B2 (en) Continuous production method and continuous production apparatus for silicon oxide powder
JP5311930B2 (en) Method for producing silicon
JP4038110B2 (en) Method for producing silicon
WO2010029894A1 (en) High-purity crystalline silicon, high-purity silicon tetrachloride, and processes for producing same
JP2010510163A (en) Purification method
US20120171848A1 (en) Method and System for Manufacturing Silicon and Silicon Carbide
CN110540208A (en) Method for producing silicon
WO2003059816A1 (en) HIGHLY PURE ULTRA-FINE SiOX POWDER AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF
US20040091630A1 (en) Deposition of a solid by thermal decomposition of a gaseous substance in a cup reactor
EP1288163A2 (en) Purified silicon production system
WO2010074674A1 (en) Method and apparatus for silicon refinement
US20140328740A1 (en) Methods for producing silane
US8173094B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon
CN101857270A (en) Method for synthesizing high-purity arsine
JP2007055891A (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon
WO2007013644A1 (en) Process for producing polycrystalline silicon
JP2005220002A (en) APPARATUS FOR REFINING SiO, METHOD OF REFINING SiO USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH PURITY SILICON USING THE OBTAINED SiO
JP5217162B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon
JP4672264B2 (en) Method for purifying SiO and method for producing high-purity silicon using the obtained SiO
JP5586005B2 (en) Method for producing silicon
JP2005225729A (en) PURIFYING APPARATUS OF SiO, PURIFYING METHOD OF SiO USING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD OF HIGH PURIFIED SILICON
CN103384640B (en) For the preparation of the method and system of silane
JP2010100455A (en) Method for producing silicon

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Effective date: 20061127

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

A621 Written request for application examination

Effective date: 20070119

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091127

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20091208

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100406