JP3300425B2 - シリコン精製方法 - Google Patents
シリコン精製方法Info
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- JP3300425B2 JP3300425B2 JP26857292A JP26857292A JP3300425B2 JP 3300425 B2 JP3300425 B2 JP 3300425B2 JP 26857292 A JP26857292 A JP 26857292A JP 26857292 A JP26857292 A JP 26857292A JP 3300425 B2 JP3300425 B2 JP 3300425B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/037—Purification
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池原料として使
用することができる高純度のシリコンの精製方法に関す
る。
用することができる高純度のシリコンの精製方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池に使用される高純度シリコン
は、例えば比抵抗が０．１Ωｃｍ以上のものが使われる
が、このようなシリコンではシリコン中に含まれる不純
物含有量がｐｐｍオーダまで除去されている必要があ
る。これに対して従来種々の技術が検討されているが、
ボロン及び炭素は最も除去しにくい元素である。
は、例えば比抵抗が０．１Ωｃｍ以上のものが使われる
が、このようなシリコンではシリコン中に含まれる不純
物含有量がｐｐｍオーダまで除去されている必要があ
る。これに対して従来種々の技術が検討されているが、
ボロン及び炭素は最も除去しにくい元素である。
【０００３】先に本発明者等が提案した特開平３−１０
４３４２号公報には、シリカ或はシリカを主成分とする
容器内に溶融シリコンを保持し、これにプラズマガスジ
ェットを噴射する方法及び装置が開示されており、シリ
コン中のボロンと炭素が効率よく除去されることについ
て説明した。しかし、特開平３−１０４３４２号公報の
技術は、ボロンと炭素の除去反応がシリコン浴のプラズ
マガスジェットが投射される部分で進行するために、処
理時間の短縮には限度があった。このため、より一層短
時間で処理できる、すなわち、反応速度の大きな処理技
術の開発が望まれていた。
４３４２号公報には、シリカ或はシリカを主成分とする
容器内に溶融シリコンを保持し、これにプラズマガスジ
ェットを噴射する方法及び装置が開示されており、シリ
コン中のボロンと炭素が効率よく除去されることについ
て説明した。しかし、特開平３−１０４３４２号公報の
技術は、ボロンと炭素の除去反応がシリコン浴のプラズ
マガスジェットが投射される部分で進行するために、処
理時間の短縮には限度があった。このため、より一層短
時間で処理できる、すなわち、反応速度の大きな処理技
術の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決するシリコンの精製方法を提供しようとするもの
である。すなわち、徒にプラズマトーチの本数を増加す
ることなく、シリコン浴のプラズマガスジェットが投射
される部分の面積を増大させ、ボロンと炭素の除去反応
時間を大幅に短縮するシリコン精製方法を提供すること
を課題とするものである。
を解決するシリコンの精製方法を提供しようとするもの
である。すなわち、徒にプラズマトーチの本数を増加す
ることなく、シリコン浴のプラズマガスジェットが投射
される部分の面積を増大させ、ボロンと炭素の除去反応
時間を大幅に短縮するシリコン精製方法を提供すること
を課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題を解
決するものであり、シリカあるいはシリカを主成分とす
る容器内に溶融シリコンを保持し、該溶融シリコンの溶
湯面に、プラズマガスジェットを噴射して不純物を除去
するシリコン精製方法に適用され、次の方法を採った。
すなわち、溶融シリコンの溶湯面に対するプラズマガス
ジェットの噴射角度をθとするとき、 １０°≦ θ ≦６０° とすることを特徴とするシリコン精製方法である。
決するものであり、シリカあるいはシリカを主成分とす
る容器内に溶融シリコンを保持し、該溶融シリコンの溶
湯面に、プラズマガスジェットを噴射して不純物を除去
するシリコン精製方法に適用され、次の方法を採った。
すなわち、溶融シリコンの溶湯面に対するプラズマガス
ジェットの噴射角度をθとするとき、 １０°≦ θ ≦６０° とすることを特徴とするシリコン精製方法である。
【０００６】
【作用】容器中のシリコン全体を溶融状態にすること
で、プラズマジェットによるシリコン浴の撹拌を容易に
し、これによってシリコン浴中の不純物、例えばボロ
ン、炭素などが停滞する領域をなくしてボロンや炭素の
除去反応が逐時進行する。特開平３−１０４３４２号公
報の方法ではボロン、炭素の除去反応が進行する場所と
して、シリコン溶面にプラズマガスジェットが投射され
る部分が考えられる。本発明者等はボロンの除去反応速
度を向上させるため鋭意研究の結果、反応場所として上
述のプラズマガスジェットが投射される部分が有望であ
るとの結果を得た。
で、プラズマジェットによるシリコン浴の撹拌を容易に
し、これによってシリコン浴中の不純物、例えばボロ
ン、炭素などが停滞する領域をなくしてボロンや炭素の
除去反応が逐時進行する。特開平３−１０４３４２号公
報の方法ではボロン、炭素の除去反応が進行する場所と
して、シリコン溶面にプラズマガスジェットが投射され
る部分が考えられる。本発明者等はボロンの除去反応速
度を向上させるため鋭意研究の結果、反応場所として上
述のプラズマガスジェットが投射される部分が有望であ
るとの結果を得た。
【０００７】プラズマガスジェットが投射される部分の
面積を増大させるとボロンの除去反応速度が増大する。
このプラズマガスジェットが投射される部分の面積を増
大させる方法には、プラズマトーチの数を増加する方法
があるが、トーチを傾斜させてシリコン溶湯面とプラズ
マガスジェットのなす角度θを小さくする方法が有効で
ある。シリコン溶湯面とプラズマガスジェットのなす角
度θを小さくする方法は、プラズマトーチの数を増加す
る必要がないため、より安価な処理方法である。
面積を増大させるとボロンの除去反応速度が増大する。
このプラズマガスジェットが投射される部分の面積を増
大させる方法には、プラズマトーチの数を増加する方法
があるが、トーチを傾斜させてシリコン溶湯面とプラズ
マガスジェットのなす角度θを小さくする方法が有効で
ある。シリコン溶湯面とプラズマガスジェットのなす角
度θを小さくする方法は、プラズマトーチの数を増加す
る必要がないため、より安価な処理方法である。
【０００８】シリコン溶湯面とプラズマガスジェットの
なす角度θを種々変化させてボロンの除去反応速度を調
査した結果、６０°を超えるとボロンの除去反応速度に
は大きな差は認められなかった。このため、θは６０°
以下が有効である。更には、θを４０°以下にするとボ
ロンの除去反応速度の増大はより顕著であり、一層効果
的である。
なす角度θを種々変化させてボロンの除去反応速度を調
査した結果、６０°を超えるとボロンの除去反応速度に
は大きな差は認められなかった。このため、θは６０°
以下が有効である。更には、θを４０°以下にするとボ
ロンの除去反応速度の増大はより顕著であり、一層効果
的である。
【０００９】θを小さくして行くと、シリコン溶湯面が
激しく運動してくる。特にθが１０°より小さいとスプ
ラッシュが著しく増大し、プラズマガスジェット投射を
継続することが困難になってくる。このために実用上は
θは１０°以上が望ましい。なお、プラズマを発生させ
るガスには特開平３−１０４３４２号公報に開示される
ように、Ａｒ、Ａｒ−Ｈｅなどの不活性ガスを使用すれ
ばよい。これに、ボロン、炭素の除去反応を促進させる
ために水蒸気を添加する。
激しく運動してくる。特にθが１０°より小さいとスプ
ラッシュが著しく増大し、プラズマガスジェット投射を
継続することが困難になってくる。このために実用上は
θは１０°以上が望ましい。なお、プラズマを発生させ
るガスには特開平３−１０４３４２号公報に開示される
ように、Ａｒ、Ａｒ−Ｈｅなどの不活性ガスを使用すれ
ばよい。これに、ボロン、炭素の除去反応を促進させる
ために水蒸気を添加する。
【００１０】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は、本発明を好適に実施するシリコン精製装置の縦断面
の説明図である。溶融シリコン１はシリカのスタンプ３
と断熱ライニング４で構成させる容器内部に保持されて
おり、その外側に誘導加熱コイル２が装着されている。
溶融シリコンの上方にプラズマトーチ５が設置されてお
り、これより噴射されるプラズマジェット６がシリコン
溶湯面に角度θで投射される。なお、プラズマジェット
６には図示していない補助管から水蒸気が添加される。
は、本発明を好適に実施するシリコン精製装置の縦断面
の説明図である。溶融シリコン１はシリカのスタンプ３
と断熱ライニング４で構成させる容器内部に保持されて
おり、その外側に誘導加熱コイル２が装着されている。
溶融シリコンの上方にプラズマトーチ５が設置されてお
り、これより噴射されるプラズマジェット６がシリコン
溶湯面に角度θで投射される。なお、プラズマジェット
６には図示していない補助管から水蒸気が添加される。
【００１１】このシリコン精製装置を用い、内径１２０
ｍｍ、深さ９０ｍｍの容器中で金属シリコン２ｋｇを誘
導加熱で溶解し、これに３０ＫＷの非移送型プラズマト
ーチ５で発生したプラズマジェット６をシリコン浴表面
のほぼ中央にθ＝９０°で投射した。このとき、溶融シ
リコン１中のボロンの濃度変化は図２に示すように観察
された。なお、このときのプラズマ発生ガスにはＡｒ１
５Ｎｌ／ｍｉｎを使用し、水蒸気５％を添加した。
ｍｍ、深さ９０ｍｍの容器中で金属シリコン２ｋｇを誘
導加熱で溶解し、これに３０ＫＷの非移送型プラズマト
ーチ５で発生したプラズマジェット６をシリコン浴表面
のほぼ中央にθ＝９０°で投射した。このとき、溶融シ
リコン１中のボロンの濃度変化は図２に示すように観察
された。なお、このときのプラズマ発生ガスにはＡｒ１
５Ｎｌ／ｍｉｎを使用し、水蒸気５％を添加した。
【００１２】シリコン精製装置、プラズマ発生条件を上
記と同一として角度θのみを、６０°、４０°と変化さ
せると、溶融シリコン中のボロン濃度は図２に示すよう
に観察され、角度θ＝９０°のときよりも脱ボロン反応
速度は増大した。脱ボロン反応は図２に示されるよう
に、下記（１）式のようにボロンの一次反応として観察
された。
記と同一として角度θのみを、６０°、４０°と変化さ
せると、溶融シリコン中のボロン濃度は図２に示すよう
に観察され、角度θ＝９０°のときよりも脱ボロン反応
速度は増大した。脱ボロン反応は図２に示されるよう
に、下記（１）式のようにボロンの一次反応として観察
された。
【００１３】 −ｄ［Ｂ］／ｄｔ＝ｋ［Ｂ］＋Ｃ …（１） ここに、 ［Ｂ］：シリコン中のボロン濃度（ｐｐｍｗ） ｔ：時間（ｍｉｎ） ｋ：係数で、水蒸気の添加量の関数になる。
【００１４】Ｃ：定数 式（１）のｋが脱ボロン反応速度係数となり、この値が
大きい程効率よくボロンが除去されることになる。さら
に、角度θを変化させて検討したところ、係数ｋは角度
θによって変化し、θが６０°以下で脱ボロン反応が好
適に進行することが判明した。さらに、θが４０°以下
がより好適な条件である。すなわち、図３に示すよう
に、角度θを６０°以下にすることで脱ボロン反応速度
が増大することが分った。θ＞６０°の場合は、θ＝９
０°すなわち、溶湯面に垂直に投射する場合に比べて脱
ボロン反応速度に著しい増大は観察されず、実用上θ＞
６０°（〜９０°）は限定する必然性に乏しい。
大きい程効率よくボロンが除去されることになる。さら
に、角度θを変化させて検討したところ、係数ｋは角度
θによって変化し、θが６０°以下で脱ボロン反応が好
適に進行することが判明した。さらに、θが４０°以下
がより好適な条件である。すなわち、図３に示すよう
に、角度θを６０°以下にすることで脱ボロン反応速度
が増大することが分った。θ＞６０°の場合は、θ＝９
０°すなわち、溶湯面に垂直に投射する場合に比べて脱
ボロン反応速度に著しい増大は観察されず、実用上θ＞
６０°（〜９０°）は限定する必然性に乏しい。
【００１５】＜比較例＞図１に示す装置を用い、金属シ
リコン２ｋｇを内径１２０ｍｍ、深さ９０ｍｍに内張さ
れたシリカスタンプ容器の中で誘導加熱によって溶解し
た。これに３０ＫＷのプラズマトーチで発生したプラズ
マジェットをθ＝９０°で投射した。シリコン中のボロ
ン、炭素の濃度は表１に示すように変化した。
リコン２ｋｇを内径１２０ｍｍ、深さ９０ｍｍに内張さ
れたシリカスタンプ容器の中で誘導加熱によって溶解し
た。これに３０ＫＷのプラズマトーチで発生したプラズ
マジェットをθ＝９０°で投射した。シリコン中のボロ
ン、炭素の濃度は表１に示すように変化した。
【００１６】＜実施例１＞比較例と全く同一の装置を用
い、金属シリコン２ｋｇを比較例と同一条件で溶解し、
これに比較例と同様にプラズマジェットをθ＝６０°で
投射した。シリコン中のボロン、炭素の濃度は表１に示
すように変化した。脱ボロン反応速度は比較例の約２倍
に向上した。
い、金属シリコン２ｋｇを比較例と同一条件で溶解し、
これに比較例と同様にプラズマジェットをθ＝６０°で
投射した。シリコン中のボロン、炭素の濃度は表１に示
すように変化した。脱ボロン反応速度は比較例の約２倍
に向上した。
【００１７】＜実施例２＞比較例、実施例１と同一の装
置を用い、金属シリコン２ｋｇを同一条件で溶解し、こ
れに同様にプラズマジェットをθ＝４０°で投射した。
シリコン中のボロン、炭素の濃度は表１に示すように変
化した。
置を用い、金属シリコン２ｋｇを同一条件で溶解し、こ
れに同様にプラズマジェットをθ＝４０°で投射した。
シリコン中のボロン、炭素の濃度は表１に示すように変
化した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】本発明は太陽電池原料として使用される
高純度シリコンを経済的に製造する方法を提供するもの
で、本発明を実施することによって、安価な金属シリコ
ンを出発原料とし短時間でボロン、炭素を除去して高純
度シリコンを製造することができるようになり、従来高
価な半導体用シリコンを用いていた太陽電池の低コスト
化を可能とする。本発明は、これによって太陽電池利用
を大きく進展させることができる等、社会的にも多大の
貢献をもたらす技術である。
高純度シリコンを経済的に製造する方法を提供するもの
で、本発明を実施することによって、安価な金属シリコ
ンを出発原料とし短時間でボロン、炭素を除去して高純
度シリコンを製造することができるようになり、従来高
価な半導体用シリコンを用いていた太陽電池の低コスト
化を可能とする。本発明は、これによって太陽電池利用
を大きく進展させることができる等、社会的にも多大の
貢献をもたらす技術である。
【図１】本発明を好適に実施するシリコン精製装置の縦
断面の説明図である。
断面の説明図である。
【図２】図１に示す装置でシリコンの精製を行った際の
シリコン中のボロン濃度の経時変化を示すグラフであ
る。
シリコン中のボロン濃度の経時変化を示すグラフであ
る。
【図３】速度係数ｋと角度θとの関係グラフである。
１ 溶融シリコン ２ 誘導加熱コイル ３ シリカスタンプ ４ 断熱ライニング ５ プラズマトーチ ６ プラズマジェット ７ シリコンの流れ θ 角度 ｋ 速度係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−83210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−251112（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−228414（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 33/00 - 33/037 H01L 31/04 ＣＡ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (1)
- 【請求項１】 シリカあるいはシリカを主成分とする容
器内に溶融シリコンを保持し、該溶融シリコンの溶湯面
に、プラズマガスジェットを噴射して不純物を除去する
シリコン精製方法において、 該溶融シリコンの溶湯面に対する該プラズマガスジェッ
トのなす角度をθとするとき、 １０°≦ θ ≦６０° とすることを特徴とするシリコン精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26857292A JP3300425B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | シリコン精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26857292A JP3300425B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | シリコン精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06115922A JPH06115922A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3300425B2 true JP3300425B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=17460387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26857292A Expired - Fee Related JP3300425B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | シリコン精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300425B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0855367A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus |
| FR2772741B1 (fr) * | 1997-12-19 | 2000-03-10 | Centre Nat Rech Scient | Procede et installation d'affinage du silicium |
| KR100966755B1 (ko) * | 2009-05-25 | 2010-06-29 | (주)원익머트리얼즈 | 금속실리콘의 정제방법 및 그 정제장치 |
| TWI494274B (zh) * | 2009-09-18 | 2015-08-01 | Ulvac Inc | 矽精製方法及矽精製裝置 |
| CN115872408B (zh) * | 2022-10-19 | 2023-08-11 | 北京理工大学 | 一种基于热等离子体射流的石英砂纯化方法 |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP26857292A patent/JP3300425B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06115922A (ja) | 1994-04-26 |
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