JP2009114053A - 精製シリコンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン方向凝固物におけるアルミニウム濃度を調べることなく、粗シリコン領域を切除して、精製シリコンを製造しうる方法を提供する。
【解決手段】目標最大アルミニウム濃度Ｃ_10max、温度勾配Ｔおよび凝固速度Ｒから、下式（１）を満足する基準凝固率ｆ₀を求め、凝固させる過程での凝固率ｆがｆ₀に相当する部分でシリコン方向凝固物4を切断する。ｋ＝｛Ｋ₁×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂｝×｛Ｋ₃×ｅｘｐ［Ｋ₄×Ｒ×（Ｋ₅×Ｃ₂＋Ｋ₆）］｝×｛Ｋ₇×Ｔ＋Ｋ₈｝−Ｋ₉（１）〔式中、ｋは、式（２）Ｃ_10max＝ｋ'×Ｃ₂×（１−ｆ₀）^k'-1（２）（ｋ'はアルミニウム実効分配係数、Ｃ₂は原料シリコン融液のアルミニウム濃度）を満足するように求めたアルミニウム実効分配係数ｋ'の０．９倍〜１．１倍の範囲から選ばれる係数。〕
【選択図】図１

Description

本発明は精製シリコンの製造方法に関し、詳しくはアルミニウムを含む原料シリコン融液
を、鋳型内にて、温度勾配を一方向に設けた状態で冷却することにより凝固させる、いわ
ゆる方向凝固法により、精製シリコンを製造する方法に関する。

アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)からアルミニウムを除去して精製シリコン(1)を
製造する方法として、図１に示すように、鋳型(3)内にて、原料シリコン融液(2)を、温度
勾配(Ｔ)を一方向に設けた状態で冷却することにより凝固させる、いわゆる方向凝固法が
知られている。かかる方法によれば、原料シリコン融液(2)は温度勾配(Ｔ)の低温側(21)
から高温側(22)にアルミニウムを偏析しながら凝固し、シリコン方向凝固物(4)となるこ
とから、このシリコン方向凝固物(4)は、凝固させる際の温度勾配(Ｔ)の低温側(21)にあ
りアルミニウム濃度(Ｃ)の比較的低い精製シリコン領域(41)と、温度勾配(Ｔ)の高温側(2
2)にありアルミニウム濃度(Ｃ)の比較的高い粗シリコン領域(45)との２つの領域からなる
ものである。このうち、粗シリコン領域(45)をシリコン方向凝固物(4)から切除すること
により、アルミニウム濃度(Ｃ)の比較的低い精製シリコン領域(41)として、目的の精製シ
リコン(1)を得ることができる〔特許文献１：特開２００４−１９６５７７号公報〕。

かかる方法では、精製シリコン(1)の目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)を大きく設定し
た場合には、凝固する過程における凝固率(ｆ)が大きい部分でシリコン方向凝固物(4)を
切断し、小さく設定した場合には、凝固させる過程における凝固率(ｆ)が低い部分でシリ
コン方向凝固物(4)を切断することにより、目的の精製シリコン(1)を得ることができる。

特開２００４−１９６５７７号公報 「金属の凝固」（昭和４６年１２月２５日、丸善株式会社発行）第１２１頁〜第１３４頁

しかし、従来は、凝固させる過程での温度勾配(Ｔ)および凝固速度(Ｒ)と、得られるシリ
コン方向凝固物(4)におけるアルミニウム濃度(Ｃ)および凝固率(ｆ)との関係は明確では
なく、温度勾配(Ｔ)および凝固速度(Ｒ)が異なる条件で凝固させた場合には、得られたシ
リコン方向凝固物(4)の全体に亙ってアルミニウム濃度(Ｃ)を調べ、その濃度(Ｃ)が目標
最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)となる部分を探し出して、この部分で切断していた。

そこで本発明者は、シリコン方向凝固物(4)の全体に亙ってアルミニウム濃度(Ｃ)を調べ
ることなく、粗シリコン領域(45)を切除して、目的の精製シリコン(1)を製造しうる方法
を開発するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。

すなわち本発明は、アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)を、鋳型(3)内にて、温度勾
配(Ｔ(℃／mm))を一方向に設けた状態で冷却することにより凝固させて、アルミニウム濃
度(Ｃ(ppm))が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max(ppm))以下の精製シリコン領域(41)と
、目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)を超える粗シリコン領域(45)とを含むシリコン方
向凝固物(4)を得、
得られたシリコン方向凝固物(4)から粗シリコン領域(45)を切除することにより、アルミ
ニウム濃度(Ｃ)が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)以下の精製シリコン(1)を得る方法
であり、
目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)と、原料シリコン融液(2)を冷却する際の温度勾配(
Ｔ)および凝固速度(Ｒ(mm／分))とから、下式（１）を満足する基準凝固率(ｆ₀)を求め、
凝固させる過程での凝固率(ｆ)が該基準凝固率(ｆ₀)に相当する部分で前記シリコン方向
凝固物(4)を切断することにより、粗シリコン領域(45)を切除することを特徴とする精製
シリコン(1)の製造方法を提供するものである。

ｋ＝｛Ｋ₁×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂｝
×｛Ｋ₃×ｅｘｐ［Ｋ₄×Ｒ×（Ｋ₅×Ｃ₂＋Ｋ₆）］｝
×｛Ｋ₇×Ｔ＋Ｋ₈｝−Ｋ₉ （１）
〔式中、ｋは、式（２）
Ｃ_10max＝ｋ'×Ｃ₂×（１−ｆ₀）^k'-1 （２）
（式中、Ｃ_10maxは精製シリコンの目標最大アルミニウム濃度(ppm)を、Ｃ₂は原料シリコ
ン融液のアルミニウム濃度(ppm)を、ｆ₀は基準凝固率をそれぞれ示す。）
を満足するように求めたアルミニウム実効分配係数ｋ'の０．９倍〜１．１倍の範囲から
選ばれる係数であり、
Ｋ₁は、１．１×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₂は、４．２×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₃は、１．２±０．１の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₄は、２．２±０．１の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₅は、−１．０×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から得らればれる定数を、
Ｋ₆は、１．０±０．１の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₇は、−０．４±０．１の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₈は、１．３６±０．０１の範囲から選ばれる定数を、
Ｋ₉は、２．０×１０^-4±１．０×１０^-4の範囲から選ばれる定数を、
Ｒは凝固速度(ｍｍ／分)を、
Ｔは温度勾配(℃／ｍｍ)をそれぞれ示す。〕

本発明の製造方法によれば、目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)と、原料シリコン融液(
2)を凝固させる過程での温度勾配(Ｔ)および凝固速度(Ｒ)とから求めた基準凝固率(ｆ₀)
に基づき、シリコン方向凝固物(4)を切断するので、シリコン方向凝固物(4)におけるアル
ミニウム濃度(Ｃ)を調べることなく、アルミニウム濃度(Ｃ)が目標最大アルミニウム濃度
(Ｃ_10max)以下の精製シリコン(1)を製造することができる。

以下、図１を用いて本発明の製造方法を説明する。
本発明の製造方法に用いられる原料シリコン融液(2)は、加熱により溶融状態となったシ
リコンであり、その温度はシリコンの融点(約１４１４℃)を超え、通常は１４２０℃〜１
５８０℃である。

原料シリコン融液(2)は、アルミニウムを含む。原料シリコン融液(2)におけるアルミニウ
ム濃度(Ｃ₂)は通常１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは１５ｐｐｍ以下である。原
料シリコン融液のアルミニウム濃度(Ｃ₂)が１０ｐｐｍ未満であると、さらにアルミニウ
ムを除去することが難しく、１０００ｐｐｍを超えると、精製シリコン(1)を得るために
過大な温度勾配(Ｔ)と凝固速度(Ｒ)が必要となり、実用的ではない。

原料シリコン融液(2)は、アルミニウムのほか、少量、具体的には合計で１ｐｐｍ以下で
あれば、シリコンおよびアルミニウムを除く他の不純物元素を含んでいてもよいが、とく
に、ホウ素、リンなどの含有量は少ないほど好ましく、具体的には、それぞれ０．３ｐｐ
ｍ以下、さらには０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本発明の製造方法では、通常の方向凝固法と同様に、かかる原料シリコン融液(2)を鋳型(
3)内にて冷却する。鋳型(3)としては通常、原料シリコン融液(2)に対して不活性で、耐熱
性のものが使用され、具体的には黒鉛などの炭素、炭化ケイ素、炭化窒素、アルミナ（酸
化アルミニウム）、石英などのシリカ（酸化ケイ素）などで構成されたものが使用される
。

冷却は、原料シリコン融液(2)に温度勾配(Ｔ)を一方向に設けた状態で行われる。温度勾
配(Ｔ)は一方向に設けられていればよく、水平方向に設けられていて低温側(21)と高温側
(22)とが同じ高さとなっていてもよいし、重力方向に設けられていて低温側(21)が上にな
り高温側(22)が下になるように設けられてもよいが、通常は、図１に示すように、低温側
(21)が下になり、高温側(22)が上になるように温度勾配(Ｔ)が重力方向に設けられる。温度勾配(Ｔ)は、過大な設備を要せず、実用的である点で、通常は０．２℃／ｍｍ〜１．５℃／ｍｍ、好ましくは０．４℃／ｍｍ〜０．９℃／ｍｍ、さらに好ましくは０．７℃／ｍｍ以上である。

温度勾配(Ｔ)は、例えばヒーター(6)を備え、下側が大気に開放された炉(7)内で、ヒータ
ー(6)により鋳型(3)の上方を加熱しつつ、炉(7)の下で鋳型の下方を冷却する方法により
、設けることができる。鋳型(3)の下方を冷却するには、大気中に放冷させる方法でもよ
いが、温度勾配(Ｔ)によっては、例えば炉(7)の下側に水冷プレート(8)を設け、この水冷
プレート(8)により冷却してもよい。

原料シリコン融液(2)は、例えば、これを収容した鋳型(3)を下方向に移動させ、下から炉
(7)の外に導くことにより、冷却することができる。このようにして原料シリコン融液(2)
を冷却することにより、原料シリコン融液(2)は低温側(21)から固相(24)を形成しながら
凝固し、シリコン方向凝固物(4)となる。

凝固速度(Ｒ)は、冷却により低温側(21)から形成される固相(24)と、高温側(22)で未だ凝
固していない液相(25)との界面(26)の移動速度として表わされ、鋳型(3)を炉(7)の外に移
動させる際の鋳型(3)の移動速度によって調整することができる。凝固速度(Ｒ)は通常０
．０５ｍｍ／分〜２ｍｍ／分、好ましくは０．１ｍｍ／分〜１ｍｍ／分である。

このようにして原料シリコン融液(2)を冷却することにより凝固させる過程で、原料シリ
コン融液(2)に含まれるアルミニウムは、高温側(22)に偏析する。このため、凝固後のシ
リコン方向凝固物(4)は、温度勾配〔Ｔ〕の低温側(21)から高温側(22)に向けて一方向に
アルミニウム含有量(Ｃ)が増加したものとなる。この凝固物(4)のうち、冷却過程で温度
勾配(Ｔ)の低温側(21)であった領域がアルミニウム含有量の少ない精製シリコン領域(41)
となり、高温側(22)であった領域は、偏析したアルミニウムを多く含む粗シリコン領域(4
5)となっている。このようなシリコン方向凝固物(4)のうち、粗シリコン領域(45)を切除
することにより、目的とする精製シリコン(1)を得ることができる。粗シリコン領域(45)
を切断する方法は特に限定されるものではなく、例えばダイヤモンドカッターなどを用い
る通常の方法により切断して、粗シリコン領域(45)を切除すればよい。

本発明の製造方法では、凝固させる過程での凝固率(ｆ)が基準凝固率(ｆ₀)に相当する部
分で前記シリコン方向凝固物(4)を切断することにより、粗シリコン領域(45)を切除する
。

凝固率(ｆ)は、使用した原料シリコン融液(2)のうち、原料シリコン融液(2)を冷却により
凝固させる過程において凝固して固相(23)となったものの割合を示すものである。本発明
の製造方法では、温度勾配(Ｔ)を一方向に設けた状態で冷却することによりシリコン方向
凝固物(4)を得るので、得られるシリコン方向凝固物(4)では、この温度勾配(Ｔ)の方向に
沿って凝固率(ｆ)が大きくなる。

基準凝固率(ｆ₀)は上記式（１）を満足するように求められる。式（１）におけるアルミ
ニウム実効分配係数(ｋ)は、上記式（２）を満足するように求められる。

この式（２）は、凝固率(ｆ)と、直前に固相(23)となった部分におけるアルミニウム濃度
(Ｃ)との関係を示す式（２−１）
Ｃ＝ｋ'×Ｃ₂×（１−ｆ）^k'-1 （２−１）
〔式中、Ｃは液相におけるアルミニウム濃度(ｐｐｍ)を、ｋ'はアルミニウム実効分配係
数を、Ｃ₂は使用した原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(ｐｐｍ)を、ｆは凝固率を
、それぞれ示す。〕
から導かれるものである。この式（２−１）は、一般にシャイルの式と呼ばれている関係
式である〔非特許文献１：「金属の凝固」（昭和４６年１２月２５日、丸善株式会社発行
）第１２１頁〜第１３４頁〕。

目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)は通常、原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(
Ｃ₂)の１／１０００倍〜３／１００倍である。

式（１）は、このようなアルミニウム実効分配係数(ｋ)と、凝固速度(Ｒ)および温度勾配(Ｔ)との関係を示す式であって、本発明者らが初めて見出したものである。

そして本発明の製造方法は、このような式（１）を満足する基準凝固率(ｆ₀)を基準とし
て、凝固させたのちのシリコン方向凝固物(4)を切断するものである。

本発明の方法により原料シリコン融液(2)を凝固させることにより得られるシリコン方向
凝固物(4)は、冷却過程における温度勾配(Ｔ)の低温側(21)が精製シリコン領域(41)であ
り、高温側(22)が粗シリコン領域(45)である。また、凝固させる過程における凝固率(ｆ)
が、基準凝固率(ｆ₀)に相当するか、これよりも小さい部分では、アルミニウム含有量(Ｃ
)が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)と等しいか、これを下回り、凝固率(ｆ)が基準凝
固率(ｆ₀)を上回る部分では、アルミニウム濃度(Ｃ)が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10ma
x)を上回るので、凝固率(ｆ)が基準凝固率(ｆ₀)に相当する部分で、シリコン方向凝固物(
4)を切断することによって、粗シリコン領域(45)を除去することことができ、これにより
アルミニウム濃度(Ｃ)が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)以下の目的の精製シリコン(
1)を得ることができる。

得られた精製シリコン(1)は、さらに酸洗する等の方法により精製してもよい。酸洗に用
いる酸として通常は塩酸、硝酸、硫酸などの鉱酸が用いられ、汚染防止の観点から通常は
金属不純物の少ないものが用いられる。得られた精製シリコン(1)を加熱溶融させて本発
明の製造方法の原料シリコン融液(2)として用いることにより、さらにアルミニウム含有
量の少ない精製シリコンを得ることもできる。

除去された粗シリコン(5)は、これよりもアルミニウム含有量の少ないシリコンと共に加
熱溶融して、再び本発明の原料シリコン融液(2)として使用することもできる。
本発明の製造方法により得られる精製シリコン(1)は、例えば太陽電池の原料などとして
好適に用いることができる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限
定されるものではない。

〔参考例１〕式（１）の導出
実験１
図１に示す装置を用いて、アルミニウム濃度(Ｃ₂)１０００ｐｐｍの原料シリコン融液(2)
を、鋳型(3)内で、温度勾配(Ｔ)（０．９℃／ｍｍ）を設けた状態で、凝固速度(Ｒ)０．
４ｍｍ／分で凝固するように冷却してシリコン方向凝固物(4)を得た。得られたシリコン
方向凝固物(4)において、冷却の過程における凝固率(ｆ)が０．１８および０．３８であ
った部分におけるアルミニウム濃度(Ｃ)をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析法または
ＩＣＰ質量分析法により求めたところ、４．０ｐｐｍ（ｆ＝０．１８）および４．９ｐｐ
ｍ（ｆ＝０．３８）であった。この凝固率(ｆ)およびアルミニウム濃度(Ｃ)から式（２−
１）を満足するアルミニウム実行分配係数(ｋ)を求めたところ、３．１×１０^-3であった
。結果を第１表にまとめて示す。

実験２および実験３
実験１で用いた原料シリコン融液(2)に代えて、第１表に示すアルミニウム濃度(Ｃ₂)の原料シリコン融液(2)を第１表に示す温度勾配(Ｔ)を設けた状態で、第１表に示す凝固速度(Ｒ)で凝固するように冷却し、得られたシリコン方向凝固物(4)において、冷却の過程における凝固率(ｆ)がそれぞれ第１表に示す値であった部分におけるアルミニウム濃度(Ｃ)を求めた以外は、実験１と同様に操作して、それぞれアルミニウム実行分配係数(ｋ)を求めたところ、第１表に示すとおりであった。

第 １ 表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実験 Ｃ₂ Ｔ Ｒ ｆ Ｃ ｋ
ppm ℃/mm mm/分 ppm
──────────────────────────
１ 1000 0.9 0.4 0.18 4.0 3.1×10^-3
0.38 4.9
２ 1000 0.9 0.2 0.17 2.8 2.5×10^-3
0.38 4.2
３ 1000 0.9 0.05 0.32 1.2 0.8×10^-3
0.72 2.6
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

実験１〜実験３の結果より、凝固速度(Ｒ)と、アルミニウム実効分配係数(ｋ)との関係を
求めたところ、式（１−１）
ｋ＝｛Ｋ₁'×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂'｝ （１−１）
〔式中、ｋはアルミニウム実効分配係数を、Ｒが凝固速度(ｍｍ/分)をそれぞれ示す。〕
を得た。式（１−１）において、Ｋ₁'は１．１×１０^-3であり、Ｋ₂'は４．２×１０^-3で
ある。

実験１〜実験３における温度勾配(Ｔ)、凝固速度(Ｒ)およびアルミニウム実効分配係数(
ｋ)は、式（１−１）を満足する。

実験４〜実験６
上記実験１〜実験３とは温度勾配(Ｔ)が一致するが、原料シリコン融液(2)のアルミニウ
ム濃度(Ｃ₂)が異なる実験４〜実験６を行った。原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)、温度勾配(Ｔ)、凝固速度(Ｒ)は第２表に示すとおりとした。得られたシリコン方向凝固物(4)において、冷却の過程における凝固率(ｆ)がそれぞれ第２表に示す値であった部分におけるアルミニウム濃度(Ｃ)を求め、実験１と同様にして、それぞれアルミニウム実行分配係数(ｋ)を求めたところ、第２表に示すとおりであった。

第 ２ 表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実験 Ｃ₂ Ｔ Ｒ ｆ Ｃ ｋ
ppm ℃/mm mm/分 ppm
──────────────────────────
４ 100 0.9 0.2 0.17 0.4 4.1×10^-3
0.45 1.1
５ 10 0.9 0.4 0.32 0.1 9.0×10^-3
0.72 0.3
６ 10 0.9 0.2 0.20 0.05 4.2×10^-3
0.52 0.17
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

この実験４〜実験６は、実験１〜実験３とは温度勾配(Ｔ)が一致するが、原料シリコン融
液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)が異なる。この実験４〜実験６で求めたアルミニウム実効
分配係数(ｋ)は、上記式（１−１）を満足しない。

上記実験１〜実験３で求めたアルミニウム実効分配係数(ｋ)を満足し、かつ、これら実験
４〜実験６で求めたアルミニウム実効分配係数(ｋ)をも満足する式として、式（１−２）
ｋ＝｛Ｋ₁'×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂'｝
×｛Ｋ₃'×ｅｘｐ［Ｋ₄'×Ｒ×（Ｋ₅'×Ｃ₂＋Ｋ₆'）］｝ （１−２）
〔式中、ｋ、Ｒ、Ｋ₁'およびＫ₂'はそれぞれ前記と同じ意味を示す。Ｃ₂は原料シリコン融液のアルミニウム濃度(ｐｐｍ)を示す。〕
を得た。式（１−２）において、Ｋ₃'は１．２であり、Ｋ₄'は２．２であり、Ｋ₅'は−１
．０×１０^-3であり、Ｋ₆'は１．０である。

実験１〜実験３および実験４〜実験６における温度勾配(Ｔ)、凝固速度(Ｒ)、用いた原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)およびアルミニウム実効分配係数(ｋ)は、式（１−２）を満足する。

実験７
上記実験２とは原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)が一致するが、温度勾配(
Ｔ)が異なる実験７を行った。原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)、温度勾配(Ｔ)、凝固速度(Ｒ)は第３表に示すとおりとした。得られたシリコン方向凝固物(4)において、冷却の過程における凝固率(ｆ)がそれぞれ第３表に示す値であった部分におけるアルミニウム濃度(Ｃ)を求め、実験１と同様にして、それぞれアルミニウム実行分配係数(ｋ)を求めたところ、第３表に示すとおりであった。

第 ３ 表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実験 Ｃ₂ Ｔ Ｒ ｆ Ｃ ｋ
ppm ℃/mm mm/分 ppm
──────────────────────────
７ 1000 0.4 0.2 0.17 3.1 3.0×10^-3
0.52 6.7
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

この実験７は、実験２とは原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)が一致するが、
温度勾配(Ｔ)が異なる。このため、実験７で求めたアルミニウム実効分配係数(ｋ)は、上
記式（１−１）および式（１−２）を満足しない。

上記実験１〜実験３および実験４〜実験６で求めたアルミニウム実効分配係数(ｋ)を満足
し、かつ、実験７で求めたアルミニウム実効分配係数(ｋ)をも満足する式として、式（１
−３）
ｋ＝｛Ｋ₁'×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂'｝
×｛Ｋ₃'×ｅｘｐ［Ｋ₄'×Ｒ×（Ｋ₅'×Ｃ₂＋Ｋ₆'）］｝
×｛Ｋ₇'×Ｔ＋Ｋ₈'｝−Ｋ₉' （１−３）
〔式中、ｋ、Ｒ、Ｃ₂、Ｋ₁'、Ｋ₂'、Ｋ₃'、Ｋ₄'、Ｋ₅'およびＫ₆'はそれぞれ前記と同じ
意味を示す。Ｔは温度勾配(℃／ｍｍ)を示す。〕
を得た。式（１−３）において、Ｋ₇'は−０．４であり、Ｋ₈'は１．３６であり、Ｋ₉'は
２．０×１０^-4である。

実験１〜実験３、実験４〜実験６および実験７における温度勾配(Ｔ)、凝固速度(Ｒ)、用いた原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)およびアルミニウム実効分配係数(ｋ)は、式（１−３）を満足する。

上記で求めた式（１−３）における上記Ｋ₁'〜Ｋ₉'の値に基づいてＫ₁〜Ｋ₉の値をそれぞ
れ上記式（１）のとおりとすると、上記式（１）を得る。

〔実施例１−１〕
原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)を１０００ｐｐｍ、目標最大アルミニウム
濃度(Ｃ_10max)を４．０ｐｐｍ、温度勾配(Ｔ)を０．９℃／ｍｍおよび凝固速度(Ｒ)を０
．４ｍｍ／分として、式（１）〔ただし、Ｋ₁〜Ｋ₉の値はそれぞれＫ₁'〜Ｋ₉'と同じ値と
する。〕を満足する基準凝固率(ｆ₀)を求めると、０．１８となる。

図１に示す装置を用いて、アルミニウム濃度(Ｃ₂)１０００ｐｐｍの原料シリコン融液(2)
を、鋳型(3)内で、温度勾配(Ｔ)０．９℃／ｍｍを設けた状態で、凝固速度(Ｒ)０．４ｍ
ｍ／分で凝固するように冷却することにより、図２に示すようなシリコン方向凝固物(4)
を得る。

図２に示すように、得られたシリコン方向凝固物(4)を、冷却の過程における凝固率(ｆ)
が０．１８であった部分で切断し、温度勾配(Ｔ)の高温側(22)であった領域(45)を取り除
くことにより、精製シリコン(1)を得る。この精製シリコン(1)のアルミニウム濃度の最大
値(Ｃ_1max)は、４．０ｐｐｍである。

〔実施例１−２および実施例２〜実施例７〕
原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(Ｃ₂)、目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)、
温度勾配(Ｔ)および凝固速度(Ｒ)₀をそれぞれ第４表に示すとおりとする以外は実施例１
−１と同様にして基準凝固率(ｆ₀)を得、第４表の記載と同じ温度勾配(Ｔ)および凝固速
度(Ｒ)とするほかは実施例１−１と同様に操作してシリコン方向凝固物(4)を得、冷却過
程における凝固率(ｆ)が基準凝固率(ｆ₀)と同じ値であった部分で切断することにより、
精製シリコン(1)を得る。この精製シリコン(1)は、アルミニウム濃度の最大値(Ｃ_1max)が
第４表に示すとおりである。

第 ４ 表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例 Ｃ₂ Ｃ_10max ｆ₀ Ｔ Ｒ Ｃ_1max
ppm ppm ℃/mm mm/分 ppm
────────────────────────────
１−１ 1000 4.0 0.18 0.9 0.4 4.0
１−２ 4.9 0.38 4.9
２−１ 1000 2.8 0.17 0.9 0.2 2.8
２−２ 4.2 0.38 4.2
３−１ 1000 1.2 0.32 0.9 0.05 1.2
３−２ 2.6 0.72 2.6
４−１ 100 0.4 0.17 0.9 0.2 0.4
４−２ 1.1 0.45 1.1
５−１ 10 0.1 0.32 0.9 0.4 0.1
５−２ 0.3 0.72 0.3
６−１ 10 0.05 0.20 0.9 0.2 0.05
６−２ 0.17 0.52 0.17
７−１ 1000 3.1 0.17 0.4 0.2 3.1
７−２ 6.7 0.52 6.7
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

方向凝固法により原料シリコン融液からシリコン方向凝固物を得る過程を模式的に示す断面図である。 シリコン方向凝固物から精製シリコンを得る工程を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１：精製シリコン
２：原料シリコン融液 21：温度勾配の低温側 22：温度勾配の高温側
24：固相 25：液相
26：界面
３：鋳型
４：シリコン方向凝固物 41：精製シリコン領域
45：粗シリコン領域
５：粗シリコン ６：ヒーター ７：炉
８：水冷板 Ｔ：温度勾配 ｆ₀:基準凝固率

Claims (2)

1. アルミニウムを含む原料シリコン融液を、鋳型内にて、温度勾配(Ｔ(℃／ｍｍ))を一方向に設けた状態で冷却することにより凝固させて、アルミニウム濃度(Ｃ(ｐｐｍ))が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max(ｐｐｍ))以下の精製シリコン領域と、目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)を超える粗シリコン領域とを含むシリコン方向凝固物を得、
   得られたシリコン方向凝固物から粗シリコン領域を切除することにより、アルミニウム濃度(Ｃ)が目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)以下の精製シリコンを得る方法であり、
   目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)と、原料シリコン融液を冷却する際の温度勾配(Ｔ)および凝固速度(Ｒ(ｍｍ／分))とから、下式（１）を満足する基準凝固率(ｆ₀)を求め、凝固させる過程での凝固率(ｆ)が該基準凝固率(ｆ₀)に相当する部分で前記シリコン方向凝固物を切断することにより粗シリコン領域を切除することを特徴とする精製シリコンの製造方法。
   ｋ＝｛Ｋ₁×Ｌｎ（Ｒ）＋Ｋ₂｝
   ×｛Ｋ₃×ｅｘｐ［Ｋ₄×Ｒ×（Ｋ₅×Ｃ₂＋Ｋ₆）］｝
   ×｛Ｋ₇×Ｔ＋Ｋ₈｝−Ｋ₉ （１）
   〔式中、ｋは、式（２）
   Ｃ_10max＝ｋ'×Ｃ₂×（１−ｆ₀）^k'-1 （２）
   （式中、Ｃ_10maxは精製シリコンの目標最大アルミニウム濃度(ｐｐｍ)を、Ｃ₂は原料シリコン融液のアルミニウム濃度(ｐｐｍ)を、ｆ₀は基準凝固率をそれぞれ示す。）
   を満足するように求めたアルミニウム実効分配係数ｋ'の０．９倍〜１．１倍の範囲から選ばれる係数であり、
   Ｋ₁は、１．１×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₂は、４．２×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₃は、１．２±０．１の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₄は、２．２±０．１の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₅は、−１．０×１０^-3±０．１×１０^-3の範囲から得らればれる定数を、
   Ｋ₆は、１．０±０．１の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₇は、−０．４±０．１の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₈は、１．３６±０．０１の範囲から選ばれる定数を、
   Ｋ₉は、２．０×１０^-4±１．０×１０^-4の範囲から選ばれる定数を、
   Ｒは凝固速度(ｍｍ／分)を、
   Ｔは温度勾配(℃／ｍｍ)をそれぞれ示す。〕
2. 目標最大アルミニウム濃度(Ｃ_10max)が原料シリコン融液のアルミニウム濃度(Ｃ₂)の１／１０００倍〜３／１００倍である請求項１に記載の製造方法。

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