JP2010030851A - Method for producing crystalline silicon particle, crucible, method for manufacturing the same, and apparatus for producing crystalline silicone particle - Google Patents

Method for producing crystalline silicon particle, crucible, method for manufacturing the same, and apparatus for producing crystalline silicone particle Download PDF

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信 菅原
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暢之 北原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a method for producing crystalline silicon particles, by which crystalline silicon particles having a uniform particle diameter is produced inexpensively in a high productivity; a crucible; and an apparatus for producing the crystalline silicon particles. <P>SOLUTION: The method for producing the crystalline silicon particles includes discharging a silicon melt 6 in the form of droplets from a nozzle part 1c of a crucible 1 and solidifying the silicon melt 6 by cooling it to form the crystalline silicon particles. The crucible 1 is formed of a material containing silicon nitride, and the surface layer portion 1b of the inner surface of the crucible 1 is composed of silicon oxynitride. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、結晶シリコン粒子の製造方法及び坩堝並びに結晶シリコン粒子の製造装置に関し、特に光電変換装置に好適に用いられる結晶シリコン粒子の製造方法、及びその結晶シリコン粒子の製造方法に用いられる坩堝、該坩堝の製造方法、並びにその坩堝を用いた結晶シリコン粒子の製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing crystalline silicon particles, a crucible, and an apparatus for producing crystalline silicon particles, and in particular, a method for producing crystalline silicon particles suitably used for a photoelectric conversion device, and a crucible used for a method for producing the crystalline silicon particles, The present invention relates to a method for producing the crucible and an apparatus for producing crystalline silicon particles using the crucible.

従来、結晶シリコン基板(結晶シリコンウエハ)を用いた光電変換効率(以下、変換効率ともいう)の高い太陽電池としての光電変換装置が実用化されている。太陽電池に用いられる結晶シリコン基板は、結晶性が良く、不純物が少なく、かつ不純物の分布に偏りのない大型の単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットから切り出されて作製される。   Conventionally, a photoelectric conversion device as a solar cell having a high photoelectric conversion efficiency (hereinafter also referred to as conversion efficiency) using a crystalline silicon substrate (crystalline silicon wafer) has been put into practical use. A crystalline silicon substrate used for a solar cell is manufactured by being cut from a large single crystal silicon ingot or polycrystalline silicon ingot having good crystallinity, a small amount of impurities, and no uneven distribution of impurities.

しかしながら、大型の単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットは、作製するのに長時間を要するために生産性が低く、その結果、大型の単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットから切り出されて作製される結晶シリコン基板は高価となる。従って、大型の単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットの作製が不要で、低コストに製造可能な高光電変換効率の光電変換装置に対する要望が大きい。   However, large single crystal silicon ingots or polycrystalline silicon ingots are low in productivity because they take a long time to produce, and as a result, they are cut from large single crystal silicon ingots or polycrystalline silicon ingots. A crystalline silicon substrate is expensive. Therefore, there is a great demand for a photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency that can be manufactured at a low cost without manufacturing a large single crystal silicon ingot or a polycrystalline silicon ingot.

そこで、今後の太陽電池の市場において有望な光電変換装置の1種として、光電変換体として結晶シリコン粒子を用いたものが注目されている。結晶シリコン粒子を製造するための原料としては、単結晶シリコンを粉砕した結果として発生するシリコン微粒子、または流動床法によって気相合成された高純度シリコン等が用いられる。   Therefore, as a kind of promising photoelectric conversion device in the future solar cell market, a device using crystalline silicon particles as a photoelectric conversion body has attracted attention. As a raw material for producing crystalline silicon particles, silicon fine particles generated as a result of pulverizing single crystal silicon, high-purity silicon synthesized in a gas phase by a fluidized bed method, or the like is used.

結晶シリコン粒子の製造方法としては、上記の原料をサイズまたは重量によって分別した後、赤外線照射、高周波誘導加熱によって容器内で溶融し、この溶融物を液滴として自由落下させつつ固化させる方法(例えば、特許文献1を参照)、または高周波プラズマ加熱溶融法により球状化させる方法(例えば、特許文献2を参照)が用いられる。
国際公開第WO99/22048号パンフレット 米国特許第4188177号明細書
As a method for producing crystalline silicon particles, the above-mentioned raw materials are separated by size or weight, and then melted in a container by infrared irradiation or high-frequency induction heating, and the melt is solidified while freely falling as droplets (for example, , Refer to Patent Document 1), or a method of spheroidizing by high-frequency plasma heating and melting method (for example, refer to Patent Document 2).
International Publication No. WO99 / 22048 pamphlet U.S. Pat. No. 4,188,177

しかしながら、上記従来の結晶シリコン粒子の製造方法は、原料であるシリコン微粒子の重量の均一化が困難であるために、生産性が低いという問題点がある。原料であるシリコン微粒子の重量のばらつきは、それから製造される結晶シリコン粒子の粒径に反映されるため、均一な重量のシリコン微粒子が必要であるが、100μm〜1000μmの粒径とするとともに粒径の分散が小さくなるように、粉砕、分級等の方法によってシリコン微粒子を効率よく得ることは困難である。   However, the conventional method for producing crystalline silicon particles has a problem that productivity is low because it is difficult to make the weight of silicon fine particles as a raw material uniform. Since the variation in the weight of the silicon microparticles as the raw material is reflected in the particle size of the crystalline silicon particles produced therefrom, silicon particles having a uniform weight are required. It is difficult to efficiently obtain silicon fine particles by a method such as pulverization or classification so that the dispersion of the particles becomes small.

また、粉砕によってシリコン微粒子を製造する場合、粉砕メディアからの汚染(コンタミ)が生じることから、不純物の混入が避けられないという問題点がある。   Further, when silicon fine particles are produced by pulverization, there is a problem that contamination from the pulverization media is generated, so that impurities cannot be mixed.

さらに、結晶シリコン粒子を製造するための高周波プラズマ加熱溶融装置は、非常に大きな電源電力が必要であり、装置コストが高く、使用電力が大きいことから、製造コストが高くなるという問題点がある。   Furthermore, the high-frequency plasma heating and melting apparatus for producing crystalline silicon particles requires a very large power source, and has a problem that the manufacturing cost increases because the apparatus cost is high and the power consumption is large.

また、シリコン融液を液滴として自由落下させつつ固化させることによって結晶シリコン粒子を製造する場合、シリコン融液を排出する坩堝のノズル部のノズル孔の大きさが変動するという問題点がある。即ち、詳細な原因は不明であるが、窒化珪素等から成るノズル部を使用した場合、シリコン融液がノズル部の内壁面(シリコン融液側の面)及びノズル孔の内壁面の表層に含浸し、それに起因してノズル孔の大きさが大きくなる。   In addition, when crystalline silicon particles are produced by solidifying while dropping the silicon melt as free droplets, there is a problem that the size of the nozzle hole of the nozzle portion of the crucible for discharging the silicon melt varies. That is, although the detailed cause is unknown, when a nozzle portion made of silicon nitride or the like is used, the silicon melt is impregnated into the inner wall surface of the nozzle portion (surface on the silicon melt side) and the surface layer of the inner wall surface of the nozzle hole. As a result, the size of the nozzle hole increases.

そのため、シリコン融液の1回の使用(坩堝内の所定量のシリコン融液を全量使用する場合を1回とする)〜2回の使用という短期間で、シリコン融液の液滴の大きさが変動し、均一な粒径の結晶シリコン粒子を生産性良く製造することができなくなるという問題点があった。また、ノズル部を頻繁に取り替える必要が生じるため、製造コストを低下させることが極めて困難であった。   Therefore, the size of the silicon melt droplets can be reduced in a short period of time, from one use of the silicon melt (one use of a predetermined amount of silicon melt in the crucible is used once) to two uses. There is a problem that the crystalline silicon particles having a uniform particle size cannot be produced with high productivity. Moreover, since it becomes necessary to replace a nozzle part frequently, it was very difficult to reduce manufacturing cost.

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、粒径の均一な結晶シリコン粒子を高い生産性で低コストに製造することができる結晶シリコン粒子の製造方法、及びその製造方法に用いられる坩堝、並びに結晶シリコン粒子の製造装置を提供することである。   Therefore, the present invention has been completed in view of the above-mentioned conventional problems, and the object of the present invention is to provide crystalline silicon particles having a uniform particle size with high productivity and low cost. It is to provide a manufacturing method, a crucible used in the manufacturing method, and an apparatus for manufacturing crystalline silicon particles.

本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は、坩堝のノズル部からシリコン融液を滴状に排出して、前記シリコン融液を冷却して凝固させることによって結晶シリコン粒子を製造する結晶シリコン粒子の製造方法であって、前記坩堝は窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成るものである。   The method for producing crystalline silicon particles according to the present invention comprises producing crystalline silicon particles by discharging the silicon melt in a droplet form from a nozzle part of a crucible, and cooling and solidifying the silicon melt. In the method, the crucible is made of a material containing silicon nitride, and the surface layer portion of the inner surface is made of silicon oxynitride.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、内面の前記シリコン融液に接する部位の表層部が酸窒化珪素から成る。   In the method for producing crystalline silicon particles according to the present invention, preferably, the crucible is formed of silicon oxynitride at the surface layer portion of the inner surface in contact with the silicon melt.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、表面の全面の表層部が酸窒化珪素から成る。   In the method for producing crystalline silicon particles according to the present invention, preferably, the surface of the surface of the crucible is made of silicon oxynitride.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、酸窒化珪素から成る前記表層部の表面に酸化珪素層を有する。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the crucible has a silicon oxide layer on the surface of the surface layer portion made of silicon oxynitride.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部と、該坩堝本体部の内面に形成された、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部と、を有する。   Preferably, in the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, the crucible is a crucible body portion made of silicon nitride ceramics, and a surface layer portion made of silicon oxynitride ceramics formed on the inner surface of the crucible body portion; Have

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、前記坩堝本体部を酸化処理することによって、前記表層部が形成されてなる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the crucible has the surface layer portion formed by oxidizing the crucible body portion.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝は、全体が酸窒化珪素セラミックスから成る。   In the method for producing crystalline silicon particles according to the present invention, preferably, the crucible is entirely made of silicon oxynitride ceramics.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝内に、酸素を含む気体を注入する。   In the method for producing crystalline silicon particles according to the present invention, a gas containing oxygen is preferably injected into the crucible.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記気体が、さらに窒素を含んでなる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the gas further contains nitrogen.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝内に酸素元素を含有する固形物を配置する。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, a solid material containing an oxygen element is placed in the crucible.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記固形物が酸化珪素を含んでなる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the solid material contains silicon oxide.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記固形物が石英である。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the solid is quartz.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記坩堝が窒素雰囲気中に配されている。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the crucible is arranged in a nitrogen atmosphere.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、前記窒化珪素およびガラス材を含む材料から成る坩堝本体部を準備する工程と、前記坩堝本体部の内面側に存在するガラス材を除去する工程と、前記坩堝本体部の内面を酸化処理し、前記酸窒化珪素を形成する工程と、を含んでなる。   In the method for producing crystalline silicon particles according to the present invention, preferably, a step of preparing a crucible body made of a material containing the silicon nitride and the glass material, and a removal of the glass material existing on the inner surface side of the crucible body portion. And a step of oxidizing the inner surface of the crucible body to form the silicon oxynitride.

本発明の坩堝は、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成るものである。   The crucible of the present invention is made of a material containing silicon nitride and the inner surface layer portion is made of silicon oxynitride.

本発明の結晶シリコン粒子の製造装置は、ノズル部からシリコン融液を滴状に排出するための、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成る坩堝と、前記坩堝の前記ノズル部から排出された前記シリコン融液を冷却して凝固させる冷却凝固手段とを具備しているものである。   An apparatus for producing crystalline silicon particles according to the present invention comprises a crucible made of a material containing silicon nitride and having an inner surface layer portion made of silicon oxynitride for discharging a silicon melt droplets from a nozzle portion; Cooling solidification means for cooling and solidifying the silicon melt discharged from the nozzle portion.

本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は、坩堝が、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成ることから、坩堝の表層部の撥シリコン融液性を高めることができるため、坩堝の内面の表層部にシリコン融液が含浸することを大幅に抑制することができる。即ち、酸素を含む窒化珪素である酸窒化珪素は、シリコン融液が濡れ難い(シリコン融液をはじき易い)酸化珪素成分と、分解温度が高い窒化珪素成分とを有するため、それらの特性を併せ持つものとなる。従って、シリコン融液のシリコンが坩堝の構成材料である窒素と反応することを大幅に抑制して、坩堝の内面の磨耗、及びシリコン融液の通過によるノズル孔の内壁面の磨耗を大幅に抑制することができる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, since the crucible is made of a material containing silicon nitride and the surface layer portion of the inner surface is made of silicon oxynitride, the silicon repellency melt property of the surface layer portion of the crucible can be improved. Therefore, it is possible to greatly suppress the impregnation of the silicon melt into the surface layer portion on the inner surface of the crucible. That is, silicon oxynitride, which is silicon nitride containing oxygen, has a silicon oxide component that is difficult to wet the silicon melt (easy to repel the silicon melt) and a silicon nitride component that has a high decomposition temperature. It will be a thing. Therefore, the silicon in the silicon melt is largely prevented from reacting with nitrogen, which is a constituent material of the crucible, and the wear on the inner surface of the crucible and the wear on the inner wall surface of the nozzle hole due to the passage of the silicon melt are greatly suppressed. can do.

その結果、ノズル孔の大きさが拡大することを有効に抑えることができ、長期間にわたって均一な粒径の結晶シリコン粒子を高い生産性でもって製造できる。また、結晶シリコン粒子の粒径のばらつきが小さくなるため、シリコン融液を冷却して凝固させる際に結晶成長の均一性が高まり、結晶品質が揃った結晶シリコン粒子を製造することができる。   As a result, it is possible to effectively suppress the enlargement of the size of the nozzle hole, and it is possible to produce crystalline silicon particles having a uniform particle diameter over a long period of time with high productivity. In addition, since the variation in the particle diameter of the crystalline silicon particles is reduced, the uniformity of crystal growth is increased when the silicon melt is cooled and solidified, and crystalline silicon particles with uniform crystal quality can be manufactured.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、坩堝は、内面のシリコン融液に接する部位の表層部が酸窒化珪素から成ることから、坩堝の酸窒化珪素化処理を施す部位の面積を小さくして効率良く坩堝を製造することができ、その結果、結晶シリコン粒子を効率良く製造することができる。   Further, in the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the crucible has an area of a portion to be subjected to silicon oxynitride treatment of the crucible because the surface layer portion of the portion in contact with the silicon melt on the inner surface is made of silicon oxynitride. The crucible can be efficiently manufactured by reducing the size, and as a result, the crystalline silicon particles can be efficiently manufactured.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、坩堝は、表面の全面の表層部が酸窒化珪素から成ることから、酸窒化珪素化された部位とその残部との間で熱膨張係数差による歪みによって坩堝にクラック等が発生することを抑制することができる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, the crucible preferably has a thermal expansion coefficient between the silicon oxynitride portion and the remainder because the surface layer portion of the entire surface is made of silicon oxynitride. Generation of cracks or the like in the crucible due to distortion due to the difference can be suppressed.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、坩堝は、酸窒化珪素から成る表層部の表面に酸化珪素層を有することから、坩堝の前記表層部の撥シリコン融液性がさらに高まる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, preferably, the crucible has a silicon oxide layer on the surface of the surface layer portion made of silicon oxynitride, so that the silicon repellency of the surface layer portion of the crucible is further enhanced. .

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部と、該坩堝本体部の内面に形成された、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部と、を有することから、坩堝本体部を単結晶体よりも製造が容易な窒化珪素セラミックスでもって製造できる。さらに、より好ましくは、坩堝本体部を酸化処理すれば、容易に酸窒化珪素セラミックスから成る表層部を形成できる。従って、撥シリコン融液性が高い表層部を有する、製造が容易な坩堝を作製することができる。   In addition, the method for producing crystalline silicon particles of the present invention preferably includes a crucible body portion made of silicon nitride ceramics and a surface layer portion made of silicon oxynitride ceramics formed on the inner surface of the crucible body portion. The crucible body can be manufactured with silicon nitride ceramics that is easier to manufacture than a single crystal. More preferably, if the crucible body is oxidized, a surface layer made of silicon oxynitride ceramics can be easily formed. Therefore, an easily manufactured crucible having a surface layer portion with high silicon repellency can be manufactured.

また、坩堝本体部が多孔質の窒化珪素セラミックスから成ることから、酸化処理等によって坩堝本体部の表層部に酸素を容易に含ませることができる。   Moreover, since the crucible body is made of porous silicon nitride ceramics, oxygen can be easily included in the surface layer of the crucible body by oxidation treatment or the like.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、窒化珪素セラミックスから成る坩堝を酸化処理することによって、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部を形成することから、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部を容易に形成することができる。   In the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, the surface layer portion made of silicon oxynitride ceramics is preferably formed by oxidizing the crucible made of silicon nitride ceramics to form the surface layer portion made of silicon oxynitride ceramics. Can be easily formed.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法は好ましくは、坩堝は、全体が酸窒化珪素セラミックスから成ることから、全体的に、シリコン融液が濡れ難い特性と分解温度が高い特性とを併せ持つ坩堝とすることができる。その結果、シリコン融液に対する化学的安定性、耐摩耗性等の耐性がより高い坩堝となり、均一な粒径の結晶シリコン粒子をより高い生産性でもって製造できる。   In addition, the method for producing crystalline silicon particles of the present invention is preferably a crucible, which is composed entirely of silicon oxynitride ceramics, and thus has a characteristic that the silicon melt is difficult to wet and a characteristic having a high decomposition temperature. It can be. As a result, a crucible having higher chemical stability, wear resistance and other resistance to the silicon melt can be obtained, and crystalline silicon particles having a uniform particle size can be produced with higher productivity.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法において、前記坩堝内に、酸素を含む気体を注入すれば、シリコン融液中の酸素濃度を飽和状態に近づけることができるため、坩堝の表層部にある酸窒化珪素中の酸素のシリコン融液への溶け込みを低減でき、酸窒化珪素から成る表層部の劣化を低減することができる。   Further, in the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, if a gas containing oxygen is injected into the crucible, the oxygen concentration in the silicon melt can be brought close to a saturated state. It is possible to reduce the penetration of oxygen in silicon oxynitride into the silicon melt, and to reduce the deterioration of the surface layer portion made of silicon oxynitride.

さらに、前記気体が窒素も含んでいれば、シリコン融液中の窒素濃度を飽和状態に近づけることができるため、坩堝の表層部にある酸窒化珪素中の窒素のシリコン融液への溶け込みを低減でき、酸窒化珪素から成る表層部の劣化を低減することができる。   Furthermore, if the gas also contains nitrogen, the nitrogen concentration in the silicon melt can be brought close to saturation, so that the dissolution of nitrogen in the silicon oxynitride in the surface layer portion of the crucible into the silicon melt is reduced. And deterioration of the surface layer portion made of silicon oxynitride can be reduced.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法において、前記坩堝内に酸素元素を含有する固形物を配置すれば、該固形物中の酸素が、酸窒化珪素中の酸素のシリコン融液への溶け込みを低減し、酸窒化珪素から成る表層部の劣化を低減することができる。   Further, in the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, if a solid material containing an oxygen element is disposed in the crucible, the oxygen in the solid material dissolves into the silicon melt of oxygen in silicon oxynitride. And deterioration of the surface layer portion made of silicon oxynitride can be reduced.

さらに、前記固形物が酸化珪素を含んでいれば、シリコン以外の不純物となる金属の混入を低減できるため、不純物の少ない結晶シリコン粒子を製造することができる。   Furthermore, if the solid material contains silicon oxide, it is possible to reduce the mixing of metals that become impurities other than silicon, so that crystalline silicon particles with few impurities can be manufactured.

加えて、前記固形物が石英であれば、結晶シリコン粒子への不純物の混入をより低減することができる。   In addition, if the solid is quartz, it is possible to further reduce the contamination of impurities into the crystalline silicon particles.

また、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法において、前記坩堝が窒素雰囲気中に配されていれば、坩堝の構成成分である窒化珪素の分解温度近傍まで高温になったとしても、窒化珪素の分解を窒素によって低減することができるため、坩堝の耐熱性を向上させることができる。   Further, in the method for producing crystalline silicon particles of the present invention, if the crucible is arranged in a nitrogen atmosphere, even if the temperature rises to near the decomposition temperature of silicon nitride, which is a constituent component of the crucible, Therefore, the heat resistance of the crucible can be improved.

本発明の坩堝は、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成ることから、シリコン融液が濡れ難い特性と分解温度が高い特性とを併せ持つものとなり、シリコン融液に対する化学的安定性、耐摩耗性等の耐性が高いものとなる。従って、シリコン融液に直接接する状態で使用される長寿命な坩堝として好適に使用できる。   Since the crucible of the present invention is made of a material containing silicon nitride and the surface layer portion of the inner surface is made of silicon oxynitride, the crucible has both a property that the silicon melt is difficult to wet and a property that has a high decomposition temperature. It has high resistance such as chemical stability and wear resistance. Accordingly, it can be suitably used as a long-life crucible used in direct contact with the silicon melt.

本発明の坩堝の製造方法では、坩堝本体部の内面側において、窒化珪素粒子間に存在するガラス材を除去した後に酸化処理することによって、表層部の組成を酸窒化珪素とすることができるため、坩堝本体部の内面側から坩堝本体部の深さ方向に亘って酸窒化珪素を形成することができる。その結果、本製造方法によれば、坩堝の發シリコン融液性をより高めることができる。   In the crucible manufacturing method of the present invention, the composition of the surface layer portion can be changed to silicon oxynitride by oxidizing after removing the glass material existing between the silicon nitride particles on the inner surface side of the crucible body. Then, silicon oxynitride can be formed from the inner surface side of the crucible body portion to the depth direction of the crucible body portion. As a result, according to the present manufacturing method, the silicon meltability of the crucible can be further improved.

本発明の結晶シリコン粒子の製造装置は、ノズル部からシリコン融液を滴状に排出するための、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成る坩堝と、坩堝のノズル部から排出されたシリコン融液を冷却して凝固させる冷却凝固手段とを具備していることから、ノズル部のノズル孔の変動を抑えて、長期間にわたって均一な粒径の結晶シリコン粒子を高い生産性でもって製造できる。   An apparatus for producing crystalline silicon particles according to the present invention includes a crucible made of a material containing silicon nitride and having an inner surface layer portion made of silicon oxynitride, and a nozzle of the crucible, for discharging the silicon melt from the nozzle portion in a droplet shape. A cooling and solidifying means that cools and solidifies the silicon melt discharged from the portion, so that the fluctuation of the nozzle hole of the nozzle portion is suppressed and the crystalline silicon particles having a uniform particle size are increased over a long period of time. Can be manufactured with productivity.

本実施の形態の結晶シリコン粒子の製造方法、坩堝、坩堝の製造方法及び結晶シリコン粒子の製造装置について、以下に詳細に説明する。   A method for producing crystalline silicon particles, a crucible, a method for producing crucibles, and an apparatus for producing crystalline silicon particles according to the present embodiment will be described in detail below.

図1は、本実施の形態の結晶シリコン粒子の製造方法に用いられる製造装置Xを示す断面図である。図1において、1は坩堝、1cはノズル孔、2は坩堝1の下方に長手方向が上下方向となるように配置された落下管、4は粒状のシリコン融液、5は結晶シリコン粒子、6は坩堝1内のシリコン融液である。また、坩堝1は、坩堝本体部1a、表層部1bおよびノズル孔1cを有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus X used in the method for manufacturing crystalline silicon particles according to the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a crucible, 1c is a nozzle hole, 2 is a dropping tube arranged below the crucible 1 so that the longitudinal direction is the vertical direction, 4 is a granular silicon melt, 5 is a crystalline silicon particle, 6 Is a silicon melt in the crucible 1. Moreover, the crucible 1 has the crucible main-body part 1a, the surface layer part 1b, and the nozzle hole 1c.

なお、結晶シリコン粒子5は、シリコン融液6が入った坩堝1のノズル孔1cから粒状のシリコン融液として排出されて、落下中に冷却され固化することによって形成される。   The crystalline silicon particles 5 are formed by being discharged as a granular silicon melt from the nozzle hole 1c of the crucible 1 containing the silicon melt 6 and cooled and solidified during the fall.

本実施の形態の結晶シリコン粒子の製造方法は、坩堝1のノズル孔1cからシリコン融液6を滴状に排出して、シリコン融液6を冷却して凝固させることによって結晶シリコン粒子5を製造するものであり、坩堝1は窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部1bが酸窒化珪素から成る。   The method for producing crystalline silicon particles according to the present embodiment produces crystalline silicon particles 5 by discharging the silicon melt 6 from the nozzle hole 1c of the crucible 1 in a drop shape, and cooling and solidifying the silicon melt 6. The crucible 1 is made of a material containing silicon nitride, and the surface layer portion 1b on the inner surface is made of silicon oxynitride.

上記の構成により、坩堝1の表層部1bの撥シリコン融液性が高まり、坩堝1の内面(シリコン融液6側の面)の表層部にシリコン融液6が含浸することを大幅に抑制することができる。窒化珪素の窒素原子の一部が酸素に置き換えられてなる酸窒化珪素は、シリコン融液6が濡れ難い(シリコン融液をはじき易い)酸化珪素成分と、分解温度が高い窒化珪素成分とを有するため、それらの特性を併せ持つものとなる。従って、このような構成では、シリコン融液6のシリコンが坩堝1の構成材料である窒素と反応することを大幅に抑制して、シリコン融液6の通過による坩堝1の内面の磨耗、及びシリコン融液6の通過によるノズル孔1cの内壁面の磨耗を大幅に抑制することができる。   With the above configuration, the silicon repellency of the surface layer portion 1b of the crucible 1 is enhanced, and the surface layer portion of the inner surface of the crucible 1 (the surface on the silicon melt 6 side) is significantly suppressed from being impregnated with the silicon melt 6. be able to. Silicon oxynitride in which a part of nitrogen atoms of silicon nitride is replaced with oxygen has a silicon oxide component in which the silicon melt 6 is difficult to wet (easy to repel the silicon melt) and a silicon nitride component having a high decomposition temperature. Therefore, it has those characteristics together. Accordingly, in such a configuration, the silicon in the silicon melt 6 is largely prevented from reacting with nitrogen, which is a constituent material of the crucible 1, and the inner surface of the crucible 1 is worn due to the passage of the silicon melt 6, and the silicon Abrasion of the inner wall surface of the nozzle hole 1c due to the passage of the melt 6 can be significantly suppressed.

その結果、本実施の形態では、ノズル孔1cの大きさの拡大を有効に抑えることができ、長期間にわたって均一な粒径の結晶シリコン粒子5を高い生産性でもって製造できる。また、本実施の形態では、結晶シリコン粒子5の粒径のばらつきが小さくなるため、粒状のシリコン融液4を冷却して凝固させる際に結晶成長の均一性が高まり、結晶品質が揃った結晶シリコン粒子5を製造することができる。   As a result, in the present embodiment, the enlargement of the size of the nozzle hole 1c can be effectively suppressed, and the crystalline silicon particles 5 having a uniform particle diameter can be manufactured with high productivity over a long period of time. Further, in the present embodiment, since the variation in the particle size of the crystalline silicon particles 5 is reduced, the uniformity of crystal growth is increased when the granular silicon melt 4 is cooled and solidified, so that the crystal with uniform crystal quality is obtained. Silicon particles 5 can be manufactured.

また、坩堝1は、内面のシリコン融液6に接する部位の表層部が酸窒化珪素から成ることが好ましい。この場合、坩堝1の酸窒化珪素化処理を施す部位の面積を小さくして効率良く坩堝1を製造することができ、その結果、結晶シリコン粒子5を効率的に製造することができる。   Moreover, it is preferable that the surface layer part of the part which the crucible 1 touches the silicon melt 6 of an inner surface consists of silicon oxynitride. In this case, the crucible 1 can be efficiently manufactured by reducing the area of the portion where the silicon oxynitride treatment of the crucible 1 is performed. As a result, the crystalline silicon particles 5 can be efficiently manufactured.

また、坩堝1は、表面の全面の表層部が酸窒化珪素から成ることから、酸窒化珪素化された部位とその残部(窒化珪素)との間で熱膨張係数差による歪みによって坩堝1にクラック等が発生することを抑制することができる。   In addition, since the surface portion of the entire surface of the crucible 1 is made of silicon oxynitride, the crucible 1 is cracked due to distortion caused by the difference in thermal expansion coefficient between the silicon oxynitride portion and the remaining portion (silicon nitride). Etc. can be prevented from occurring.

坩堝1は、シリコン原料を加熱溶融してシリコン融液6とするとともに、底部のノズル孔1cから粒状のシリコン融液4として排出するための容器である。坩堝1内で加熱溶融されたシリコン融液6は、ノズル孔1cより落下管2中へ排出され、粒状のシリコン融液4となって落下管2の内部を落下する。坩堝1は、シリコンの融点より高い融点を有する材料から成る。また坩堝1は、シリコン融液6との反応性が小さい材料から成ることが好ましく、シリコン融液6との反応が大きい場合、坩堝1の材料が不純物として結晶シリコン粒子5中へ多量に混入することとなるため、好ましくない。   The crucible 1 is a container for heating and melting a silicon raw material to form a silicon melt 6 and discharging it as a granular silicon melt 4 from a nozzle hole 1c at the bottom. The silicon melt 6 heated and melted in the crucible 1 is discharged into the drop tube 2 from the nozzle hole 1 c and falls into the drop tube 2 as a granular silicon melt 4. The crucible 1 is made of a material having a melting point higher than that of silicon. The crucible 1 is preferably made of a material having low reactivity with the silicon melt 6, and when the reaction with the silicon melt 6 is large, the material of the crucible 1 is mixed in the crystalline silicon particles 5 as impurities in large quantities. Therefore, it is not preferable.

例えば、坩堝1の材料としては、窒化珪素,酸窒化珪素,窒化珪素質焼結体(窒化珪素セラミックス),酸窒化珪素質焼結体(酸窒化珪素セラミックス)等が好ましい。とりわけ、不純物の少ない結晶シリコン粒子5を製造するという観点から、坩堝1は、高純度(99.5重量%〜99.99重量%)の窒化珪素セラミックス,単結晶窒化珪素等から成るのが好適である。焼結助剤にはMgOなどのアルカリ土類金属を含んでなる酸化物、Yなどの希土類金属の酸化物、並びにAlなどを用いる。 For example, the material of the crucible 1 is preferably silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride sintered body (silicon nitride ceramics), silicon oxynitride sintered body (silicon oxynitride ceramics), or the like. In particular, from the viewpoint of producing crystalline silicon particles 5 with few impurities, the crucible 1 is preferably composed of high-purity (99.5 wt% to 99.99 wt%) silicon nitride ceramics, single crystal silicon nitride, or the like. It is. As the sintering aid, an oxide containing an alkaline earth metal such as MgO, an oxide of a rare earth metal such as Y 2 O 3 , Al 2 O 3 or the like is used.

また、シリコン融液6の液面は、シリコン原料の供給管から断続的にシリコン原料を供給することにより、常にほぼ一定の高さとなるように制御される。   Further, the liquid surface of the silicon melt 6 is controlled so as to always have a substantially constant height by intermittently supplying the silicon material from the silicon material supply pipe.

坩堝1は、少なくとも内面の表層部が酸窒化珪素から成り、その表層部の厚みは0.1〜20μmであることが好ましい。このように、上述した表層部の厚みの範囲内であれば、表層部の撥シリコン融液性をより高めることができる。酸窒化珪素とは、窒化珪素に酸化処理を施すことにより、窒化珪素の表面(内面)または該表面から内部において、窒化珪素の一部の窒素原子が酸素原子に置き換えられたものである。図2は、表層部1bの化学組成を模式的に示した模式図である。図2において、X軸は、坩堝の深さ方向(坩堝の厚み方向)を示し、Y軸は、各元素(酸素、窒素、珪素)の含有量を示している。酸窒化珪素層では珪素、窒素、酸素原子が存在し、さらに窒素原子の比率は、図2の模式図に示すように、坩堝本体部1aの内部から坩堝本体部1aの内面の表層部に向かって減少し、酸素原子の比率は坩堝本体部1aの内部に向かって増加している。また、図2では、表層部1bの最表面
が酸化珪素であるが、本実施の形態では酸窒化珪素であってもよい。なお、最表面が酸化珪素である実施形態については、以下に詳述する。
As for the crucible 1, it is preferable that the surface layer part of an inner surface consists of silicon oxynitride, and the thickness of the surface layer part is 0.1-20 micrometers. Thus, if it exists in the range of the thickness of the surface layer part mentioned above, the silicon repellency melt property of a surface layer part can be improved more. Silicon oxynitride is obtained by oxidizing some of the nitrogen atoms of silicon nitride inside or from the surface (inner surface) of silicon nitride by oxidizing silicon nitride. FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the chemical composition of the surface layer portion 1b. In FIG. 2, the X axis indicates the crucible depth direction (crucible thickness direction), and the Y axis indicates the content of each element (oxygen, nitrogen, silicon). In the silicon oxynitride layer, silicon, nitrogen, and oxygen atoms are present, and the ratio of nitrogen atoms is from the inside of the crucible body 1a to the surface layer on the inner surface of the crucible body 1a, as shown in the schematic diagram of FIG. The ratio of oxygen atoms increases toward the inside of the crucible body 1a. In FIG. 2, the outermost surface of the surface layer portion 1b is silicon oxide, but in this embodiment, silicon oxynitride may be used. An embodiment in which the outermost surface is silicon oxide will be described in detail below.

坩堝1は、図2に示すように、さらにその表層部の表面に酸化珪素層を有することが好ましい。この場合、坩堝1の内面の表層部の撥シリコン融液性がさらに高まる。酸化珪素層の厚みは0.1μm〜10μm程度がよい。この厚みの範囲内とすることにより、坩堝1の内面の表層部の撥シリコン融液性を維持し、また、酸化珪素層とそれ以外の部位との熱膨張係数差による坩堝1の強度低下を抑えることができる。   As shown in FIG. 2, the crucible 1 preferably further has a silicon oxide layer on the surface of the surface layer portion. In this case, the silicon repellency of the surface layer on the inner surface of the crucible 1 is further enhanced. The thickness of the silicon oxide layer is preferably about 0.1 μm to 10 μm. By making it within this thickness range, the silicon repellency melt property of the surface layer portion of the inner surface of the crucible 1 is maintained, and the strength of the crucible 1 is reduced due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon oxide layer and other portions. Can be suppressed.

また、坩堝1は、図3に示すように、円筒状、角筒状等の筒状体であり、筒状体の下端にノズル孔(貫通孔)1cを形成した形状であることがよい。この場合、ノズル部材を別体として製造する場合と比較して、坩堝1をノズル部と一体的に効率良く製造することができる。   Moreover, as shown in FIG. 3, the crucible 1 is a cylindrical body such as a cylinder or a rectangular tube, and preferably has a shape in which a nozzle hole (through hole) 1c is formed at the lower end of the cylindrical body. In this case, compared with the case where the nozzle member is manufactured as a separate body, the crucible 1 can be efficiently manufactured integrally with the nozzle portion.

一方、坩堝1は、ノズル部材を別体とし、筒状体の坩堝1の坩堝本体部1aの下端にねじ止め等の方法によってノズル部材を固定してもよい。この場合、ノズル部材の作製が容易となり、またノズル部材を坩堝1の坩堝本体部1aから容易に取り外すことができる。   On the other hand, the crucible 1 may have a separate nozzle member, and the nozzle member may be fixed to the lower end of the crucible body 1a of the cylindrical crucible 1 by a method such as screwing. In this case, the nozzle member can be easily manufactured, and the nozzle member can be easily detached from the crucible body 1a of the crucible 1.

なお、図3において、1bは酸窒化珪素から成る表層部である。表層部1bは、坩堝1の少なくともシリコン融液6側の面(内面)に形成されている。坩堝1のシリコン融液6側の面がシリコン融液6に直に接するからである。また、ノズル孔1cの内壁面にも表層部1bが形成されていることが好ましい。ノズル孔1cの内壁面は、流動するシリコン融液6が直に接する面であるからである。   In FIG. 3, 1b is a surface layer portion made of silicon oxynitride. The surface layer 1b is formed on at least the surface (inner surface) of the crucible 1 on the silicon melt 6 side. This is because the surface of the crucible 1 on the silicon melt 6 side is in direct contact with the silicon melt 6. Moreover, it is preferable that the surface layer part 1b is also formed in the inner wall face of the nozzle hole 1c. This is because the inner wall surface of the nozzle hole 1c is a surface where the flowing silicon melt 6 is in direct contact.

また、坩堝1の表面の全面に表層部1bが形成されていてもよく、その場合、表層部1bとその内部との熱膨張係数差による応力差が坩堝1の全体に分布するため、坩堝1の機械的強度の低下を抑えることができる。   Further, the surface layer portion 1b may be formed on the entire surface of the crucible 1. In this case, the stress difference due to the difference in thermal expansion coefficient between the surface layer portion 1b and the inside thereof is distributed throughout the crucible 1. It is possible to suppress a decrease in mechanical strength.

ノズル孔1cの直径は100μm〜150μm程度であり、これにより、光電変換装置に好適に使用される300〜600μm程度の粒径の結晶シリコン粒子5を容易に製造することができる。ノズル孔1cは複数あってもよい。   The diameter of the nozzle hole 1c is about 100 μm to 150 μm, whereby the crystalline silicon particles 5 having a particle size of about 300 to 600 μm that are preferably used in the photoelectric conversion device can be easily manufactured. There may be a plurality of nozzle holes 1c.

また、坩堝1は、窒化珪素と、助剤となりうるガラス材を含んだ窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部1aと、坩堝本体部1aの周りの酸窒化珪素セラミックスから成る表層部1bとから成ることが好ましい。このような構成であれば、坩堝本体部1aを単結晶体よりも製造が容易な窒化珪素セラミックスでもって製造し、坩堝本体部1aの表層部を酸化処理等することにより酸窒化珪素セラミックスから成る表層部とすることができる。従って、撥シリコン融液性が高い表層部を有する、製造が容易な坩堝1を作製することができる。   The crucible 1 is composed of a crucible body 1a made of silicon nitride and silicon nitride ceramics containing a glass material that can serve as an auxiliary agent, and a surface layer 1b made of silicon oxynitride ceramics around the crucible body 1a. Is preferred. With such a configuration, the crucible body 1a is made of silicon nitride ceramics that are easier to manufacture than a single crystal, and the surface layer of the crucible body 1a is made of silicon oxynitride ceramics by oxidation treatment or the like. It can be a surface layer part. Therefore, a crucible 1 having a surface layer portion having high silicon repellency and easy to manufacture can be manufactured.

以下に、坩堝1の製造方法について詳述する。窒化珪素とガラス材を含んで成る坩堝本体部1aの内面付着物を超音波洗浄で除去した後、酸素窒素混合ガス雰囲気で酸化処理を行う。このときの処理温度は1300〜1550℃、処理時間は1〜60時間の範囲内であることが望ましい。これにより窒化珪素坩堝の表面層で窒素原子と酸素原子の置換反応が進み、酸窒化珪素が形成され、さらに上記置換反応を進めれば、最表面に酸化珪素層が形成される。さらに、酸化処理を行う前に坩堝に含有されるガラス材を除去するために酸によるエッチング処理をおこなってもよい。たとえばこのエッチング処理は塩酸を100℃まで加熱したものに1〜60時間浸漬させる。このように、エッチング処理を施せば、窒化珪素粒子間に存在するガラス材を除去した後に酸化処理することによって、表層部の組成を酸窒化珪素とすることができるため、坩堝本体部1aの内面側から坩堝本体部1aの深さ方向に亘って酸窒化珪素を形成することができる。その結果、このような坩堝の製造方法によれば、坩堝の發シリコン融液性をより高めることができる。   Below, the manufacturing method of the crucible 1 is explained in full detail. After removing the deposits on the inner surface of the crucible body 1a containing silicon nitride and glass material by ultrasonic cleaning, oxidation treatment is performed in an oxygen-nitrogen mixed gas atmosphere. In this case, it is desirable that the processing temperature is 1300 to 1550 ° C. and the processing time is in the range of 1 to 60 hours. As a result, the substitution reaction of nitrogen atoms and oxygen atoms proceeds in the surface layer of the silicon nitride crucible to form silicon oxynitride. When the substitution reaction further proceeds, a silicon oxide layer is formed on the outermost surface. Furthermore, before the oxidation treatment, an acid etching treatment may be performed to remove the glass material contained in the crucible. For example, in this etching treatment, hydrochloric acid is heated to 100 ° C. for 1 to 60 hours. In this way, if the etching treatment is performed, the composition of the surface layer portion can be changed to silicon oxynitride by performing the oxidation treatment after removing the glass material existing between the silicon nitride particles, so that the inner surface of the crucible body portion 1a Silicon oxynitride can be formed from the side to the depth direction of the crucible body 1a. As a result, according to such a crucible manufacturing method, the silicon meltability of the crucible can be further improved.

また、坩堝本体部1aは、緻密な窒化珪素セラミックスでも多孔質の窒化珪素セラミックスでも作製可能だが、多孔質の窒化珪素セラミックスで構成すれば、酸化処理等によって坩堝本体部1aの表層部1bに酸素を容易に含ませることができる。   The crucible body 1a can be made of either dense silicon nitride ceramics or porous silicon nitride ceramics. However, if the crucible body 1a is made of porous silicon nitride ceramics, the surface layer 1b of the crucible body 1a is oxygenated by oxidation treatment or the like. Can be easily included.

酸化処理によって酸窒化珪素セラミックスから成る表層部1bを形成する場合、酸化処理の温度は1300〜1500℃程度であり、処理時間は0.5〜60時間程度である。これにより、好適な厚み(10μm以上)の表層部1bを形成することができる。   When the surface layer portion 1b made of silicon oxynitride ceramics is formed by oxidation treatment, the temperature of the oxidation treatment is about 1300 to 1500 ° C., and the treatment time is about 0.5 to 60 hours. Thereby, the surface layer part 1b of suitable thickness (10 micrometers or more) can be formed.

また、酸窒化珪素から成る表層部1bは、例えばコーティングによって坩堝本体部1aの内面に形成してもよい。具体的には、ポリシラザンを坩堝本体部1aの内面に塗布し、加熱、乾燥させればよい。坩堝本体部1aの内面への塗布には、ディッピング、刷毛塗りまたはスプレーにより行い、その後溶媒を揮発させるために40〜100℃で2〜5時間乾燥させる。次いで、恒温恒湿槽でポリシラザンをシリカ化させることにより、坩堝本体部1aの内側に酸窒化珪素および酸化珪素の表層部を形成することができる。   Further, the surface layer portion 1b made of silicon oxynitride may be formed on the inner surface of the crucible body portion 1a by coating, for example. Specifically, polysilazane may be applied to the inner surface of the crucible body 1a, heated and dried. Application to the inner surface of the crucible body 1a is performed by dipping, brushing or spraying, followed by drying at 40 to 100 ° C. for 2 to 5 hours in order to volatilize the solvent. Next, the surface layer portion of silicon oxynitride and silicon oxide can be formed inside the crucible main body 1a by silicifying polysilazane in a constant temperature and humidity chamber.

また、坩堝1は、全体が酸窒化珪素セラミックスから成ることが好ましい。この場合、全体的に、シリコン融液6が濡れ難い特性と分解温度が高い特性とを併せ持つ坩堝1とすることができる。その結果、シリコン融液6に対する化学的安定性、耐摩耗性等の耐性がより高い坩堝1となり、均一な粒径の結晶シリコン粒子5をより高い生産性でもって製造できる。   The crucible 1 is preferably made entirely of silicon oxynitride ceramics. In this case, as a whole, the crucible 1 having both the characteristic that the silicon melt 6 is difficult to wet and the characteristic that the decomposition temperature is high can be obtained. As a result, the crucible 1 having higher chemical stability, wear resistance and other resistance to the silicon melt 6 can be obtained, and the crystalline silicon particles 5 having a uniform particle diameter can be manufactured with higher productivity.

全体が酸窒化珪素セラミックスから成る坩堝1は、窒化珪素セラミックスから成る坩堝1を長時間酸化処理する方法等によって製造できる。   The crucible 1 made entirely of silicon oxynitride ceramics can be manufactured by a method of oxidizing the crucible 1 made of silicon nitride ceramics for a long time.

また、本実施の形態では、坩堝1内には酸素を含む気体を注入することが好ましい。即ち、本実施形態では、坩堝1内を酸素雰囲気とするのが良い。このような形態によれば、シリコン融液6に上記気体から酸素が溶け込む速度を、坩堝の表層部1bにある酸窒化珪素中の酸素のシリコン融液6へ溶け込む速度よりも速くすることができるため、酸窒化珪素中の酸素がシリコン融液6に溶け込む前にシリコン融液中の酸素濃度が飽和状態に近づく。それゆえ、このような形態では、坩堝の表層部1bにある酸窒化珪素中の酸素のシリコン融液6への溶け込みを低減できるため、表層部1bの劣化を低減できる。   In the present embodiment, it is preferable to inject a gas containing oxygen into the crucible 1. That is, in the present embodiment, the inside of the crucible 1 is preferably an oxygen atmosphere. According to such a form, the rate at which oxygen is dissolved from the gas into the silicon melt 6 can be made faster than the rate at which oxygen in silicon oxynitride in the surface layer portion 1b of the crucible is dissolved into the silicon melt 6. Therefore, before the oxygen in silicon oxynitride dissolves in the silicon melt 6, the oxygen concentration in the silicon melt approaches a saturated state. Therefore, in such a form, since the penetration of oxygen in the silicon oxynitride in the surface layer portion 1b of the crucible into the silicon melt 6 can be reduced, the deterioration of the surface layer portion 1b can be reduced.

さらに、上記気体には、窒素も含んでいれば尚好ましい。このような形態によれば、シリコン融液6に上記気体から窒素が溶け込む速度を、坩堝の表層部1bにある酸窒化珪素中の窒素のシリコン融液6へ溶け込む速度よりも速くすることができるため、酸窒化珪素中の窒素がシリコン融液6に溶け込む前にシリコン融液中の窒素濃度が飽和状態に近づく。それゆえ、このような形態では、坩堝の表層部1bにある酸窒化珪素中の窒素のシリコン融液6への溶け込みを低減できるため、表層部1bの劣化を低減できる。   Furthermore, it is more preferable that the gas contains nitrogen. According to such a form, the rate at which nitrogen is dissolved from the gas into the silicon melt 6 can be made faster than the rate at which nitrogen in the silicon oxynitride in the surface layer portion 1b of the crucible is dissolved into the silicon melt 6. Therefore, before the nitrogen in the silicon oxynitride dissolves into the silicon melt 6, the nitrogen concentration in the silicon melt approaches a saturated state. Therefore, in such a form, since the penetration of nitrogen in silicon oxynitride in the surface layer portion 1b of the crucible into the silicon melt 6 can be reduced, deterioration of the surface layer portion 1b can be reduced.

上述したように、気体を坩堝1に注入する際には、図4に示すように、例えば、ガス混合機を用いてアルゴンなどの不活性ガスに酸素を0.01〜5%混合させた混合ガス7を、混合ガス導入口8より坩堝内に注入する。このような酸素濃度であれば、シリコン融液6表面の酸化を低減しつつ、坩堝1内を酸素雰囲気にすることができる。   As described above, when the gas is injected into the crucible 1, as shown in FIG. 4, for example, a mixture in which 0.01 to 5% of oxygen is mixed with an inert gas such as argon using a gas mixer is used. The gas 7 is injected into the crucible from the mixed gas inlet 8. With such an oxygen concentration, the inside of the crucible 1 can be in an oxygen atmosphere while reducing the oxidation on the surface of the silicon melt 6.

また、本実施の形態では、図5に示すように、坩堝1内に酸素元素を含有する固形物9を配置することが好ましい。このような形態によれば、坩堝1内に配置された固形物9から酸素が外部に放出され、坩堝1内を酸素雰囲気とすることができる。このような形態によれば、坩堝1内に酸素を含む気体を注入した場合と同様に、坩堝1の表層部1bにある酸窒化珪素中の酸素のシリコン融液6への溶け込みを低減できるため、表層部1bの劣化を低減できる。一方、上述したような気体と異なり、気体を含有する固形物9を用いれば、シリコン融液6と反応する速度は固形物9の表面積に依存するため、反応速度を緩やかに制御することができる。さらに、このような固形物9を用いた形態によれば、シリコン融液6中で反応が進むため、シリコン融液6の表面が酸化して形成される酸化珪素の発生を低減し、シリコン融液6を効率良く排出することができる。さらに、この固形物9が酸化珪素を含むものであれば、シリコン以外の不純物となる金属の混入を低減できるため、不純物の少ない結晶シリコン粒子5を製造することができる。このような酸化珪素を含む固形物9としては、例えば二酸化珪素である水晶、石英や珪酸塩鉱物である長石、雲母、カンラン石、輝石、角閃石などがあげられる。とりわけ、この固形物9が石英であれば、上述した酸化珪素を含有する固形物9に比べて不純物が少ないため、結晶シリコン粒子5への不純物の混入をより低減することができるとともに、上述した酸化珪素を含有する固形物9よりも量産性があり安価であるという利点がある。なお、この固形物9の形状は、板状、棒状、粒状、筒状が挙げられる。そのなかでも板状は単位重量あたりの比表面積を比較的大きくしやすいため、過度に固形物の重量を増やすことなく、シリコン融液6との反応速度を容易に制御することができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, it is preferable to dispose a solid material 9 containing an oxygen element in the crucible 1. According to such a form, oxygen is discharged | emitted from the solid substance 9 arrange | positioned in the crucible 1, and the inside of the crucible 1 can be made into oxygen atmosphere. According to such a form, since the oxygen-containing silicon oxynitride in the surface layer portion 1b of the crucible 1 can be reduced from being dissolved into the silicon melt 6 as in the case where a gas containing oxygen is injected into the crucible 1. Deterioration of the surface layer portion 1b can be reduced. On the other hand, unlike the gas as described above, if a solid material 9 containing a gas is used, the reaction rate with the silicon melt 6 depends on the surface area of the solid material 9, and thus the reaction rate can be controlled gently. . Further, according to such a form using the solid material 9, since the reaction proceeds in the silicon melt 6, the generation of silicon oxide formed by oxidizing the surface of the silicon melt 6 is reduced, and the silicon melt 6 is reduced. The liquid 6 can be discharged efficiently. Furthermore, if this solid substance 9 contains silicon oxide, it is possible to reduce the mixing of metals that become impurities other than silicon, so that the crystalline silicon particles 5 with few impurities can be manufactured. Examples of the solid substance 9 containing silicon oxide include quartz, which is silicon dioxide, quartz, feldspar, which is silicate mineral, mica, olivine, pyroxene, amphibole, and the like. In particular, if this solid material 9 is quartz, since there are few impurities compared with the solid material 9 containing silicon oxide described above, it is possible to further reduce the contamination of the impurities into the crystalline silicon particles 5 as described above. There is an advantage that it is more productive and cheaper than the solid material 9 containing silicon oxide. In addition, the shape of this solid substance 9 includes a plate shape, a rod shape, a granular shape, and a cylindrical shape. Among these, since the plate-like shape tends to relatively increase the specific surface area per unit weight, the reaction rate with the silicon melt 6 can be easily controlled without excessively increasing the weight of the solid.

また、本実施の形態では、坩堝1を窒素雰囲気中に配することが好ましい。即ち、このような形態では、坩堝1の内部および外部が窒素に晒されている。このような形成によれば、坩堝1の構成成分である窒化珪素の分解温度近傍まで坩堝1が高温になったとしても、窒化珪素の分解を窒素によって低減することができるため、坩堝1の耐熱性を向上させることができる。これは、窒化珪素が熱によって分解する際には、窒化珪素から窒素成分が脱離するため、窒素成分が脱離しにくくなるように、坩堝1の周囲を窒素の飽和状態に近づけることにより、窒素成分が脱離を低減している。   Moreover, in this Embodiment, it is preferable to arrange the crucible 1 in a nitrogen atmosphere. That is, in such a form, the inside and outside of the crucible 1 are exposed to nitrogen. According to such formation, since the decomposition of silicon nitride can be reduced by nitrogen even when the temperature of the crucible 1 reaches a temperature close to the decomposition temperature of silicon nitride, which is a constituent component of the crucible 1, the heat resistance of the crucible 1 can be reduced. Can be improved. This is because when the silicon nitride is decomposed by heat, the nitrogen component is desorbed from the silicon nitride, so that the periphery of the crucible 1 is brought close to the saturation state of nitrogen so that the nitrogen component is not easily desorbed. The component reduces detachment.

坩堝1のノズル孔1cから下方に向けて、長手方向が上下方向となるように配置された落下管2は、ノズル孔1cから排出された粒状のシリコン融液4を落下中に冷却して凝固させる容器である。落下管2の内部は、必要に応じて、所望の雰囲気ガスで所望の圧力に設定してもよい。このような雰囲気ガスとしては、不活性ガスがよく、特にヘリウムガスまたはアルゴンガスが好ましい。ヘリウムガスまたはアルゴンガスは不活性ガスであり、粒状のシリコン融液4への雰囲気ガスからの不純物の混入を防ぐことができる。   The drop tube 2 arranged so that the longitudinal direction is vertical from the nozzle hole 1c of the crucible 1 cools and solidifies the granular silicon melt 4 discharged from the nozzle hole 1c while dropping. It is a container to be made. The inside of the drop tube 2 may be set to a desired pressure with a desired atmospheric gas as necessary. As such an atmospheric gas, an inert gas is preferable, and helium gas or argon gas is particularly preferable. Helium gas or argon gas is an inert gas, and can prevent impurities from being mixed into the granular silicon melt 4 from the atmospheric gas.

さらに、ヘリウムガスまたはアルゴンガスは、粒状のシリコン融液4との反応が小さく、粒状のシリコン融液4が凝固して結晶化する際の妨げとなる、粒状のシリコン融液4表面の反応層の形成が抑制できるため好ましい。   Further, helium gas or argon gas has a small reaction with the granular silicon melt 4, and the reaction layer on the surface of the granular silicon melt 4 is an obstacle to solidification and crystallization of the granular silicon melt 4. Is preferable because the formation of can be suppressed.

また、落下管2はシリコンの融点(1414℃程度)よりも高い融点を有する材料から成ることが好ましい。その場合、粒状のシリコン融液4が斜め方向に排出されて落下管2の内壁に衝突したとしても、落下管2が、該落下管2を構成する材料の融点以上に加熱されないため、落下管2の材料が衝突した粒状のシリコン融液4中へ不純物として混入しにくくなる。また、落下管2の融点がシリコンの融点よりも低いときには、粒状のシリコン融液4が斜め方向に排出されて落下管2の内壁に衝突した際に、落下管2がその材料の融点以上に加熱されることとなり、衝突した粒状のシリコン融液4中へ落下管2の材料が不純物として混入することがある。   The drop tube 2 is preferably made of a material having a melting point higher than that of silicon (about 1414 ° C.). In that case, even if the granular silicon melt 4 is discharged obliquely and collides with the inner wall of the drop tube 2, the drop tube 2 is not heated above the melting point of the material constituting the drop tube 2. It becomes difficult to mix as impurities into the granular silicon melt 4 with which the two materials collide. When the melting point of the drop tube 2 is lower than the melting point of silicon, when the granular silicon melt 4 is discharged obliquely and collides with the inner wall of the drop tube 2, the drop tube 2 exceeds the melting point of the material. The material of the drop tube 2 may be mixed as impurities into the granular silicon melt 4 that has been heated.

従って、落下管2の材料は、シリコンより高融点である炭素,炭化珪素,酸化珪素,窒化珪素,酸化アルミニウム等であることが好ましい。また、落下管2は、落下する粒状のシリコン融液4の温度プロファイルを制御すべく、水冷ジャケット等の冷却構造を有していてもよい。このような冷却構造を有する落下管2であれば、例えばステンレススチール,アルミニウム等であることが好ましい。また、落下管2は、同心円状に複数の管が重なって構成される多層構造であってもよい。   Therefore, the material of the drop tube 2 is preferably carbon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide or the like having a melting point higher than that of silicon. Further, the drop tube 2 may have a cooling structure such as a water cooling jacket in order to control the temperature profile of the falling granular silicon melt 4. If it is the fall tube 2 which has such a cooling structure, it is preferable that they are stainless steel, aluminum, etc., for example. Further, the drop tube 2 may have a multilayer structure in which a plurality of tubes are concentrically overlapped.

結晶シリコンの製造装置Xは、坩堝1内にあるシリコン原料を加熱し溶融させるための加熱装置が設置される。加熱装置は、高周波誘導コイル等の高周波誘導加熱装置、抵抗加熱装置等から成る。加熱温度は、シリコンを溶融するため、シリコンの融点である1414℃以上である。抵抗加熱装置を使用する場合、例えば坩堝1と同じ不活性ガスから成る雰囲気ガス中で坩堝1に接触させて加熱するものであり、炭素系ヒーター、例えば、グラファイト,炭素繊維強化カーボン,SiCコート材料,ガラス状炭素コート材料等から成るものが使用可能である。また、炉心管(不図示)の外側の酸化性雰囲気から間接的に坩堝1を加熱する場合、炭化珪素や珪化モリブデンを含む抵抗線、抵抗板等を有する抵抗加熱装置を使用することができる。   The crystalline silicon manufacturing apparatus X is provided with a heating device for heating and melting the silicon raw material in the crucible 1. The heating device includes a high-frequency induction heating device such as a high-frequency induction coil, a resistance heating device, and the like. The heating temperature is 1414 ° C. or higher, which is the melting point of silicon, in order to melt silicon. When a resistance heating device is used, for example, it is heated in contact with the crucible 1 in an atmospheric gas composed of the same inert gas as the crucible 1, and a carbon-based heater, for example, graphite, carbon fiber reinforced carbon, SiC coating material A material made of glassy carbon coating material or the like can be used. In addition, when the crucible 1 is indirectly heated from an oxidizing atmosphere outside the furnace core tube (not shown), a resistance heating device having a resistance wire, a resistance plate, or the like containing silicon carbide or molybdenum silicide can be used.

加熱装置として、高周波誘導加熱装置を使用する場合、例えば坩堝1に炭素からなるサセプターを接触させ、炉心管(不図示)の外側に高周波誘導コイルを設け、誘導電流によりサセプターを加熱することにより、坩堝1を加熱する方法等がある。   When using a high-frequency induction heating device as the heating device, for example, by bringing a susceptor made of carbon into contact with the crucible 1 and providing a high-frequency induction coil outside the core tube (not shown) and heating the susceptor with an induced current, There are methods such as heating the crucible 1.

坩堝1内のシリコン融液6中に窒素を含む無機固形部材を導入することによって、シリコン融液6中に窒素を微量かつ飽和濃度程度混入させることができる。シリコン融液6中に窒素を微量かつ飽和濃度程度混入させない場合、シリコン融液6のシリコンとノズル孔1cの部位との反応が大きいため、ノズル孔1cの形状が変化し易い。その結果、ノズル孔1cが大きくなった場合、粒状のシリコン融液4の大きさが時間とともに大きくなり、必要とする粒径の結晶シリコン粒子5を得ることが難しくなる。さらに、ノズル孔1cが大きくなると、粒状のシリコン融液4が凝固する前に落下管2の底に到達し、結晶シリコン粒子5を製造することが難しくなる。   By introducing an inorganic solid member containing nitrogen into the silicon melt 6 in the crucible 1, a small amount of nitrogen can be mixed in the silicon melt 6 to a saturation concentration. When a small amount of nitrogen is not mixed in the silicon melt 6 at a saturated concentration, the reaction between the silicon of the silicon melt 6 and the nozzle hole 1c is large, and the shape of the nozzle hole 1c is likely to change. As a result, when the nozzle hole 1c becomes large, the size of the granular silicon melt 4 increases with time, and it becomes difficult to obtain crystalline silicon particles 5 having a required particle size. Furthermore, when the nozzle hole 1c becomes large, it becomes difficult to manufacture the crystalline silicon particles 5 by reaching the bottom of the drop tube 2 before the granular silicon melt 4 is solidified.

本実施の形態の坩堝1は、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部1bが酸窒化珪素から成る。この場合、シリコン融液6が濡れ難い特性と分解温度が高い特性とを併せ持つものとなり、シリコン融液6に対する化学的安定性、耐摩耗性等の耐性が高いものとなる。従って、シリコン融液6に直接接する状態で使用される長寿命な坩堝1として好適に使用できる。   Crucible 1 of the present embodiment is made of a material containing silicon nitride, and surface layer portion 1b on the inner surface is made of silicon oxynitride. In this case, the silicon melt 6 has both a characteristic that the silicon melt 6 is difficult to wet and a characteristic that the decomposition temperature is high, and the resistance to the silicon melt 6 such as chemical stability and wear resistance is high. Therefore, the crucible 1 can be suitably used as a long-life crucible 1 used in direct contact with the silicon melt 6.

本実施の形態の結晶シリコン粒子5の製造装置Xは、ノズル部からシリコン融液を滴状に排出するための、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部1bが酸窒化珪素から成る坩堝1と、坩堝1のノズル部から排出されたシリコン融液4を冷却して凝固させる冷却凝固手段とを具備している。この場合、ノズル部のノズル孔1cの変動を抑えて、長期間にわたって均一な粒径の結晶シリコン粒子4を高い生産性でもって製造できる。   An apparatus X for producing crystalline silicon particles 5 according to the present embodiment is a crucible made of a material containing silicon nitride and having an inner surface layer portion 1b made of silicon oxynitride for discharging a silicon melt in a droplet form from a nozzle portion. 1 and a cooling and solidifying means for cooling and solidifying the silicon melt 4 discharged from the nozzle portion of the crucible 1. In this case, it is possible to manufacture the crystalline silicon particles 4 having a uniform particle diameter over a long period of time with high productivity while suppressing fluctuations in the nozzle holes 1c of the nozzle portion.

粒状のシリコン融液4を冷却して凝固させる冷却凝固手段は、粒状のシリコン融液4を内側で落下させつつ冷却し凝固させる落下管2等であり、あるいは大気雰囲気中で自然冷却するものであってもよい。   The cooling and solidifying means for cooling and solidifying the granular silicon melt 4 is the drop tube 2 or the like for cooling and solidifying the granular silicon melt 4 while dropping it inside, or by natural cooling in the air atmosphere. There may be.

以上、本発明の結晶シリコン粒子の製造方法、坩堝、結晶シリコン粒子の製造装置について実施の形態を説明したが、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加えても何ら差し支えない。   The embodiments of the method for producing crystalline silicon particles, the crucible, and the apparatus for producing crystalline silicon particles according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the examples of the above embodiments, Various changes can be made without departing from the gist.

(実施例)
本実施の形態の結晶シリコン粒子の製造方法の実施例について以下に説明する。
(Example)
Examples of the method for producing crystalline silicon particles of the present embodiment will be described below.

まず、坩堝1として、窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部1aと、坩堝本体部1aの全体の周りの酸窒化珪素セラミックスから成る表層部1bとから成るものを用いた。窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部1aはホットプレス法により作製し、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部1bは酸化処理によって形成した。   First, as the crucible 1, a crucible body portion 1a made of silicon nitride ceramics and a surface layer portion 1b made of silicon oxynitride ceramics around the entire crucible body portion 1a were used. The crucible body 1a made of silicon nitride ceramics was produced by hot pressing, and the surface layer 1b made of silicon oxynitride ceramics was formed by oxidation treatment.

酸化処理の温度は1480℃程度であり、処理時間は1時間程度とした。これにより、厚み8μm程度の表層部1bを形成した。   The temperature of the oxidation treatment was about 1480 ° C., and the treatment time was about 1 hour. Thereby, a surface layer portion 1b having a thickness of about 8 μm was formed.

坩堝1の形状は円筒状であり、外形の直径150mm、シリコン原料を収容する収容空間の内径(直径)が130mm、ノズル孔1cの直径は200μmとした。   The shape of the crucible 1 was cylindrical, the outer diameter was 150 mm, the inner diameter (diameter) of the accommodation space for accommodating the silicon raw material was 130 mm, and the diameter of the nozzle hole 1 c was 200 μm.

坩堝1の中に窒化珪素から成る無機固形部材を配置した。無機固形部材は、縦16mm、横16mm、高さ2mmの直方体であって、その角部からの窒化珪素の過剰な溶出を抑制するために角部は丸めた。   An inorganic solid member made of silicon nitride was placed in the crucible 1. The inorganic solid member was a rectangular parallelepiped having a length of 16 mm, a width of 16 mm, and a height of 2 mm, and the corners were rounded to suppress excessive elution of silicon nitride from the corners.

次に、坩堝1の中に、結晶シリコン粒子5の原料として、p型ドーパントであるB(ホウ素)を約1×1016原子/cm3添加したシリコン原料を5000g入れて、坩堝1を
抵抗加熱により加熱した。
Next, in a crucible 1, as a raw material for crystal silicon grains 5, a p-type dopant B about 1 × 10 16 atoms / cm 3 added silicon raw material (boron) was placed 5000 g, the crucible 1 resistance heating By heating.

坩堝1内の雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用い、アルゴンガスを坩堝1内で循環させて、坩堝1内のシリコン融液6に基づいて生成される一酸化珪素等の排出ガスを除去した。   Argon gas was used as the atmospheric gas in the crucible 1, and the argon gas was circulated in the crucible 1 to remove exhaust gas such as silicon monoxide generated based on the silicon melt 6 in the crucible 1.

次に、坩堝1を囲むように設置された抵抗加熱式ヒーターによって坩堝1を1480℃程度に加熱するとともに、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、落下管2内の雰囲気ガスの圧力である0.1MPaから0.3MPaに高めてシリコン融液6の液面に圧力を加え、ノズル孔1cから落下管2の内側へシリコン融液6を排出し、粒状のシリコン融液4を落下管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、多数の結晶シリコン粒子5を得た。   Next, the crucible 1 is heated to about 1480 ° C. by a resistance heating heater installed so as to surround the crucible 1, and the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is 0, which is the pressure of the atmospheric gas in the drop tube 2. The pressure is applied to the liquid surface of the silicon melt 6 from 1 MPa to 0.3 MPa, the silicon melt 6 is discharged from the nozzle hole 1 c to the inside of the drop tube 2, and the granular silicon melt 4 is discharged into the drop tube 2. While being dropped inside, it was cooled and solidified to obtain a large number of crystalline silicon particles 5.

得られた結晶シリコン粒子5は、平均粒径450μm、粒径の標準偏差70μm、回収率96%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の結晶シリコン粒子5として回収できた重量を、総重量で割ったものとした。また、得られた結晶シリコン粒子5には、炭素が1×1018atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。 The obtained crystalline silicon particles 5 had an average particle diameter of 450 μm, a standard deviation of particle diameter of 70 μm, and a recovery rate of 96%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the crystalline silicon particles 5 within the range of a desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total weight. The obtained crystalline silicon particles 5 contained carbon as a trace component of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

結晶シリコン粒子5の製造を連続して20時間行った後に、坩堝1を調べたところ、坩堝1の内面の表層部1b及びノズル孔1cの部位の表層部1bへのシリコン融液6の含浸は認められず、またノズル孔1cの直径はほぼ200μmであり、殆ど変化していなかった。   After the production of the crystalline silicon particles 5 was continuously performed for 20 hours, the crucible 1 was examined. As a result, the surface layer portion 1b on the inner surface of the crucible 1 and the surface layer portion 1b at the nozzle hole 1c were impregnated with the silicon melt 6. It was not recognized, and the diameter of the nozzle hole 1c was almost 200 μm, and hardly changed.

(比較例)
比較例として、全体が窒化珪素セラミックスから成る坩堝1を用いて、上記実施例と同様にして結晶シリコン粒子5を製造した。
(Comparative example)
As a comparative example, using a crucible 1 made entirely of silicon nitride ceramics, crystalline silicon particles 5 were produced in the same manner as in the above example.

得られた結晶シリコン粒子5は、平均粒径800μm、粒径の標準偏差200μm、回収率10%であった。   The obtained crystalline silicon particles 5 had an average particle diameter of 800 μm, a standard deviation of particle diameter of 200 μm, and a recovery rate of 10%.

結晶シリコン粒子5の製造を連続して2時間程度行った後に、ノズル孔1cを調べたところ、ノズル孔1cの表層部1bへシリコン融液6が1500μmの厚みで含浸し、ノズル孔1cの直径は200μmから1000μm程度に拡大していた。   After continuously producing the crystalline silicon particles 5 for about 2 hours, the nozzle hole 1c was examined. As a result, the surface layer portion 1b of the nozzle hole 1c was impregnated with the silicon melt 6 in a thickness of 1500 μm, and the diameter of the nozzle hole 1c was Was enlarged from 200 μm to about 1000 μm.

従って、本実施例においては、結晶シリコン粒子5の連続製造時間を従来の10倍にすることができた。また、本実施例において得られた結晶シリコン粒子5は、比較例において得られた結晶シリコン粒子5に対して粒径ばらつきが小さく、回収率が大きくなった。これは、本実施例の結晶シリコン粒子5の製造方法は、粒径ばらつきの小さい結晶シリコン粒子5を高い生産性でもって製造できることを示すものである。   Therefore, in this example, the continuous production time of the crystalline silicon particles 5 could be 10 times that of the prior art. In addition, the crystalline silicon particles 5 obtained in this example had smaller particle size variations than the crystalline silicon particles 5 obtained in the comparative example, and the recovery rate was increased. This indicates that the method for producing the crystalline silicon particles 5 of the present embodiment can produce the crystalline silicon particles 5 with small particle size variation with high productivity.

本発明の実施の形態に係る結晶シリコン粒子の製造方法に係わる製造装置を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the manufacturing apparatus concerning the manufacturing method of the crystalline silicon particle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る坩堝の表層部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface layer part of the crucible which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る坩堝の断面図である。It is sectional drawing of the crucible which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係る結晶シリコン粒子の製造方法に係わる坩堝の断面図である。It is sectional drawing of the crucible concerning the manufacturing method of the crystalline silicon particle which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係る結晶シリコン粒子の製造方法に係わる坩堝の断面図である。It is sectional drawing of the crucible concerning the manufacturing method of the crystalline silicon particle which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

X:結晶シリコン粒子の製造装置
1:坩堝
1a:坩堝本体部
1b:表層部
1c:ノズル孔
2:落下管
4:粒状のシリコン融液
5:結晶シリコン粒子
6:シリコン融液
7:混合ガス
8:混合ガス導入口
9:固形物
X: Crystalline silicon particle production apparatus 1: crucible 1a: crucible body 1b: surface layer 1c: nozzle hole 2: drop tube 4: granular silicon melt 5: crystalline silicon particle 6: silicon melt 7: mixed gas 8 : Mixed gas inlet 9: Solid matter

Claims (16)

坩堝のノズル部からシリコン融液を滴状に排出して、前記シリコン融液を冷却して凝固させることによって結晶シリコン粒子を製造する結晶シリコン粒子の製造方法であって、前記坩堝は窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成る結晶シリコン粒子の製造方法。   A method for producing crystalline silicon particles in which a silicon melt is discharged from a nozzle part of a crucible in a drop shape, and the silicon melt is cooled and solidified to produce crystalline silicon particles, wherein the crucible contains silicon nitride. A method for producing crystalline silicon particles comprising a material containing the same and having an inner surface layer portion comprising silicon oxynitride. 前記坩堝は、内面の前記シリコン融液に接する部位の表層部が酸窒化珪素から成る請求項1記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   2. The method for producing crystalline silicon particles according to claim 1, wherein a surface layer portion of the inner surface of the crucible made of silicon oxynitride is in contact with the silicon melt. 前記坩堝は、表面の全面の表層部が酸窒化珪素から成る請求項1記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   2. The method for producing crystalline silicon particles according to claim 1, wherein the surface portion of the entire surface of the crucible is made of silicon oxynitride. 前記坩堝は、前記表層部の表面に酸化珪素層を有する請求項1乃至3のいずれか記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to claim 1, wherein the crucible has a silicon oxide layer on a surface of the surface layer portion. 前記坩堝は、窒化珪素セラミックスから成る坩堝本体部と、該坩堝本体部の内面に形成された、酸窒化珪素セラミックスから成る表層部と、を有する請求項1乃至4のいずれか記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   5. The crystalline silicon particle according to claim 1, wherein the crucible has a crucible body portion made of silicon nitride ceramics, and a surface layer portion made of silicon oxynitride ceramics formed on the inner surface of the crucible body portion. Manufacturing method. 前記坩堝は、前記坩堝本体部を酸化処理することによって、前記表層部が形成されてなる請求項5記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   6. The method for producing crystalline silicon particles according to claim 5, wherein the crucible is formed by oxidizing the crucible body to form the surface layer. 前記坩堝は、全体が酸窒化珪素セラミックスから成る請求項1記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   2. The method for producing crystalline silicon particles according to claim 1, wherein the crucible is entirely made of silicon oxynitride ceramics. 前記坩堝内に、酸素を含む気体を注入することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to claim 1, wherein a gas containing oxygen is injected into the crucible. 前記気体は、さらに窒素を含んでなることを特徴とする請求項8に記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to claim 8, wherein the gas further contains nitrogen. 前記坩堝内に、酸素元素を含有する固形物を配置することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to any one of claims 1 to 7, wherein a solid material containing an oxygen element is disposed in the crucible. 前記固形物は、酸化珪素を含んでなることを特徴とする請求項10に記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to claim 10, wherein the solid material includes silicon oxide. 前記固形物は、石英であることを特徴とする請求項11に記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to claim 11, wherein the solid material is quartz. 前記坩堝は、窒素雰囲気中に配されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の結晶シリコン粒子の製造方法。   The method for producing crystalline silicon particles according to any one of claims 1 to 12, wherein the crucible is arranged in a nitrogen atmosphere. 窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成る坩堝。   A crucible made of a material containing silicon nitride and having an inner surface layer portion made of silicon oxynitride. 請求項14に記載の坩堝の製造方法であって、
前記窒化珪素およびガラス材を含む材料から成る坩堝本体部を準備する工程と、
前記坩堝本体部の内面側に存在するガラス材を除去する工程と、
前記坩堝本体部の内面を酸化処理し、該坩堝本体部の内面における表層部に前記酸窒化珪素を形成する工程と、を含んでなる坩堝の製造方法。
A method for producing a crucible according to claim 14,
Preparing a crucible body made of a material containing the silicon nitride and glass material;
Removing the glass material present on the inner surface side of the crucible body part;
And a step of oxidizing the inner surface of the crucible body and forming the silicon oxynitride on the surface layer of the inner surface of the crucible body.
ノズル部からシリコン融液を滴状に排出するための、窒化珪素を含む材料から成るとともに内面の表層部が酸窒化珪素から成る坩堝と、前記坩堝の前記ノズル部から排出された前記シリコン融液を冷却して凝固させる冷却凝固手段とを具備している結晶シリコン粒子の製造装置。   A crucible made of a material containing silicon nitride and having a surface layer portion made of silicon oxynitride for discharging the silicon melt in a droplet form from the nozzle portion, and the silicon melt discharged from the nozzle portion of the crucible An apparatus for producing crystalline silicon particles, comprising cooling and solidifying means for cooling and solidifying the material.
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