JP4545505B2 - Method for producing silicon - Google Patents

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Description

本発明は、溶融シリコンを収容し冷却して多結晶シリコンを製造する方法に関する。より詳しくは、溶融シリコンの受容時に、分割された複数枚のシリコン板部材から構成される受容容器を使用する多結晶シリコンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon by containing molten silicon and cooling it. More specifically, the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon using a receiving container composed of a plurality of divided silicon plate members when receiving molten silicon.

従来から、半導体または太陽光発電用電池の原料として用いられる多結晶シリコンを製造する方法は種々知られている。たとえば、ベルジャー内部に配置されたシリコン棒の表面を加熱し、これにトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3；以下、ＴＣＳともいう）、モノシラン（ＳｉＨ4）などのクロロシラン類と水素等の還元性ガスとを含むシリコン析出用原料ガスを接触させて多結晶シリコンを析出させるシーメンス法と呼ばれる方法などが挙げられる。 Conventionally, various methods for producing polycrystalline silicon used as a raw material for semiconductors or photovoltaic power generation batteries are known. For example, the surface of a silicon rod disposed inside a bell jar is heated, and this contains chlorosilanes such as trichlorosilane (SiHCl 3 ; hereinafter referred to as TCS) and monosilane (SiH 4 ) and a reducing gas such as hydrogen. Examples thereof include a method called a Siemens method in which polycrystalline silicon is deposited by bringing a silicon deposition source gas into contact therewith.

上記シーメンス法は、高純度なシリコンが得られることを特徴としており、最も一般的な方法として実施されているが、析出がバッチ式であるため、種となるシリコン棒の設置、通電加熱、析出、冷却、取り出し、ベルジャーの洗浄などの極めて煩雑な手順を行なわなければならないという問題点がある。   The Siemens method is characterized in that high-purity silicon can be obtained, and is the most common method. However, since precipitation is batch-type, the installation of a silicon rod as a seed, current heating, precipitation There is a problem that extremely complicated procedures such as cooling, taking out, and cleaning of the bell jar must be performed.

上記問題に対して、シリコンを連続して安定に製造できる反応装置として、シリコンの融点以上に加熱可能である筒状容器内に、シリコン析出用原料ガスを供給するとともに、該筒状容器を加熱してシリコンを析出させ、析出したシリコンを筒状容器の下端より連続的に溶融して落下させて受容する多結晶シリコン製造用の反応装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。   In response to the above problems, as a reaction apparatus capable of continuously and stably producing silicon, a raw material gas for silicon deposition is supplied into a cylindrical container that can be heated to a temperature higher than the melting point of silicon, and the cylindrical container is heated. Thus, a reactor for producing polycrystalline silicon has been proposed in which silicon is deposited, and the deposited silicon is continuously melted and dropped from the lower end of a cylindrical container (see, for example, Patent Document 1).

上記シリコン製造装置において、溶融シリコンを収容し冷却する容器の基材としては、一般的にはグラファイト、石英ガラス、窒化珪素などの非金属材料またはステンレス鋼、銅、モリブデンなどの金属材料が用いられていた。そして、工業装置として頑丈とし、かつ高純度のシリコンを受容することを両立させるために、金属製受容室の内部を、シリコンでライニングすることが知られている。（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００２−２９７２６号公報 特開２００３−２６２６号公報 In the silicon manufacturing apparatus, as a base material for a container that contains and cools molten silicon, a non-metallic material such as graphite, quartz glass, or silicon nitride, or a metallic material such as stainless steel, copper, or molybdenum is generally used. It was. It is known that the inside of a metal receiving chamber is lined with silicon in order to make it sturdy as an industrial device and to receive high-purity silicon. (For example, refer to Patent Document 2).
JP 2002-29726 A JP 2003-2626 A

従来のシリコンライニングは、シリコンライニング材を接着や溶接によって一体化させたもの、あるいは金属容器や非金属容器に接着または溶射されたものが使用されていた。しかしながら、このような一体化されたシリコンライニング材は、溶融シリコンと接触すると熱応力によって割れたり、また破損したライニング材が溶融シリコンに付着し、結果的に容器の不純物も取り込んでシリコン製品を汚染したりすることがあった。   Conventional silicon linings have been obtained by integrating silicon lining materials by bonding or welding, or by bonding or spraying a metal container or non-metal container. However, such an integrated silicon lining material can crack due to thermal stress when it comes into contact with the molten silicon, or the damaged lining material adheres to the molten silicon, resulting in contamination of the silicon product by also incorporating impurities in the container. There was also.

その結果、高価なシリコンライニング材を毎回製作したり、一方のシリコン製品は付着した汚染物などを除去する工程が必要となり、生産効率が低下し、経済的にも問題があった。   As a result, an expensive silicon lining material is manufactured each time, and one of the silicon products requires a process of removing attached contaminants and the like, resulting in reduced production efficiency and economical problems.

また、シリコン以外のライニングでは、たとえば特許文献２に開示されているように、石英ガラスやテフロン（登録商標）などの非金属材料では、溶融シリコンが接触すると、固化したシリコンが非金属材料に強く付着または融着してしまい、ライニング材と分離が困難となることがあった。   For non-silicon linings, for example, as disclosed in Patent Document 2, in non-metallic materials such as quartz glass and Teflon (registered trademark), when molten silicon comes into contact, solidified silicon strongly resists non-metallic materials. Adhering or fusing can make separation from the lining material difficult.

このため、受容容器が破損することなく、受容容器を再利用することが可能であり、さらにまた、溶融シリコンと接する受容容器から不純物がシリコンに混入することのない、シリコンの製造方法の出現が望まれていた。   For this reason, it is possible to reuse the receiving container without damaging the receiving container, and furthermore, the appearance of a silicon manufacturing method in which impurities are not mixed into silicon from the receiving container in contact with molten silicon. It was desired.

そこで、本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、溶融シリコンを受容容器に受容させて、多結晶シリコンを製造する際に、
受容容器として、分割された複数枚のシリコン板部材から構成されたものを使用することで、シリコン融液の接触による熱膨張応力と融液が凝固する際の体積膨張力が逸散され、シリコン板部材が割れることを防止し、高価なシリコンライニング材を再利用可能となることを見出した。 Therefore, as a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor received molten silicon in a receiving container and produced polycrystalline silicon.
By using a container composed of a plurality of divided silicon plate members as the receiving container, the thermal expansion stress due to the contact of the silicon melt and the volume expansion force when the melt solidifies are dissipated. It has been found that the plate member can be prevented from cracking and the expensive silicon lining material can be reused.

そして、驚くべきことに、受容容器が複数枚のシリコン板部材から構成され、それぞれの部材が接着されていなくても、シリコン融液はその隙間から漏洩することがなく、シリコン製品の汚染を防止しつつ効率よくシリコンを回収することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   Surprisingly, the receiving container is composed of a plurality of silicon plate members, and even if the respective members are not bonded, the silicon melt does not leak from the gaps and prevents contamination of silicon products. However, the inventors have found that it is possible to efficiently recover silicon, and have completed the present invention.

本発明に係るシリコンの製造方法は、
６００〜１７００℃の範囲にある析出表面で水素とシラン類を接触させてシリコンを固体状態または溶融状態で析出させ、
析出したシリコンの一部または全部を、溶融させて、析出表面から落下させ、落下した溶融シリコンを受容容器に受容する工程を含むシリコンの製造方法において、
受容容器として、
シリコン底板部材と、底板部材側壁周縁部に立設された複数枚のシリコン側板部材とから構成された受容容器を使用することを特徴としている。 The method for producing silicon according to the present invention includes:
Contacting silicon with silanes at a deposition surface in the range of 600-1700 ° C. to deposit silicon in a solid or molten state;
In a method for producing silicon, including a step of melting a part or all of the deposited silicon, dropping the deposited silicon from a deposition surface, and receiving the dropped molten silicon in a receiving container.
As a receiving container,
It is characterized by using a receiving container composed of a silicon bottom plate member and a plurality of silicon side plate members erected on the peripheral edge of the side wall of the bottom plate member.

前記受容容器の周囲に枠体が設けられていてもよい。
シリコン底板部材上には、シリコンの塊状物が載置されていてもよい。 A frame may be provided around the receiving container.
A lump of silicon may be placed on the silicon bottom plate member.

本発明のシリコンの製造方法によれば、溶融シリコンが大量に落下する場合でも、受容容器の破損が大幅に低減され、また製品となるシリコンも効率よく受容できる。また、受容されたシリコン塊状物への不純物の汚染は極めて少ない。さらに、受容容器に使用されたシリコン部材は再利用することが可能である。しかも、シリコン部材を使用しているので、得られたシリコン塊状物を、シリコン部材から脱離させることなく、そのままインゴット化工程に供給することも可能である。さらにまた、シリコン部材として、多結晶シリコンの規格外品を使用できるので、材料の有効利用も可能となる。   According to the silicon manufacturing method of the present invention, even when a large amount of molten silicon falls, the breakage of the receiving container is greatly reduced, and the product silicon can be received efficiently. Also, the contamination of the accepted silicon mass is very low. Furthermore, the silicon member used in the receiving container can be reused. Moreover, since the silicon member is used, the obtained silicon lump can be supplied to the ingot forming process as it is without being detached from the silicon member. Furthermore, since a non-standard product of polycrystalline silicon can be used as the silicon member, the material can be effectively used.

以下、本発明に係るシリコンの製造方法について具体的に説明する。
本発明では、溶融シリコンを受容する受容容器として、複数枚のシリコン部材から構成された受容容器が使用される。 Hereinafter, the method for producing silicon according to the present invention will be specifically described.
In the present invention, as a receiving container for receiving molten silicon, a receiving container composed of a plurality of silicon members is used.

［受容容器］
シリコン板部材
本発明で使用される受容容器は、底部にシリコン底板部材が載置され、底板側壁周縁部にシリコン側板部材が立設されている。上方に、溶融シリコンを受容する開口部が設けられている。 [Receiving container]
Silicon plate member The receiving container used in the present invention has a silicon bottom plate member placed on the bottom and a silicon side plate member erected on the peripheral edge of the bottom plate side wall. An opening for receiving molten silicon is provided above.

シリコン底板部材としては、シリコンからなる板状のものであれば特に制限されるものではないが、通常、厚さ5mm以上、好ましくは10ｍｍ以上、最も好ましくは15mm以上のものが望ましい。また、シリコン底板部材の大きさは、敷板の大きさに応じて適宜選択される。なおシリコン底板部材は、複数枚を並べてもよく、このように分割すれば、それだけ熱衝撃に伴う応力が分散して、割れにくくなる。   The silicon bottom plate member is not particularly limited as long as it is a plate made of silicon, but usually a thickness of 5 mm or more, preferably 10 mm or more, and most preferably 15 mm or more is desirable. Further, the size of the silicon bottom plate member is appropriately selected according to the size of the floor plate. Note that a plurality of silicon bottom plate members may be arranged. If the silicon bottom plate member is divided in this manner, the stress associated with the thermal shock is dispersed accordingly, and the silicon bottom plate member is hardly broken.

シリコン側板部材としては、シリコンからなる板状のものであれば特に制限されるものではないが、通常、厚さ5mm以上、好ましくは10ｍｍ以上、最も好ましくは15mm以上のものが望ましい。また、シリコン側板部材の大きさは、受容容器の大きさに応じて適宜選択され、並べやすさ、立掛けやすさなどの点から、長方形が望ましく、短辺の長さは30cm以下、より好ましくは25cmであることが望ましい。なお、長辺の長さは特に制限されるものではない。   The silicon side plate member is not particularly limited as long as it is a plate made of silicon, but usually a thickness of 5 mm or more, preferably 10 mm or more, and most preferably 15 mm or more is desirable. Further, the size of the silicon side plate member is appropriately selected according to the size of the receiving container, and is preferably a rectangle from the viewpoint of ease of arrangement, ease of standing, etc., and the length of the short side is more preferably 30 cm or less. Is preferably 25 cm. Note that the length of the long side is not particularly limited.

シリコン部材としては、得られた多結晶シリコンインゴットなどの一部を切り出して使用することも可能であるが、たとえな製造ロットの切替時の規格外品を使用することも可能である。さらに、一度使用したものを再使用することも可能である。   As the silicon member, it is possible to cut out and use a part of the obtained polycrystalline silicon ingot or the like, but it is also possible to use a nonstandard product at the time of switching the production lot. Furthermore, what has been used once can be reused.

このような受容容器は図１に示される。図１は本発明で使用される受容容器の一態様例の概略模式図を示す概略図である。図１に示されるように、シリコン側板部材は、シリコン底板部材に対して垂直方向に複数枚並べられていてもよい。   Such a receiving container is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic diagram of an embodiment of a receiving container used in the present invention. As shown in FIG. 1, a plurality of silicon side plate members may be arranged in a direction perpendicular to the silicon bottom plate member.

また、図２に示すように、シリコン底板部材に対して水平方向（すなわち上下）にシリコン側板部材を、複数枚積層してもよい。
シリコン側板部材は、自重により自立させることも可能であるが、シリコン側板部材同士が相互に支え合ってまた、自立させてもよい。たとえば、シリコン側板部材同士が接触する面は、通常垂直であるが、斜めに切断されていてもよい。このようにすれば、互いに支え合って自立させることが可能となる（図３参照）。 Further, as shown in FIG. 2, a plurality of silicon side plate members may be stacked in a horizontal direction (that is, up and down) with respect to the silicon bottom plate member.
The silicon side plate member can be self-supported by its own weight, but the silicon side plate members may support each other and may be self-supporting. For example, the surfaces on which the silicon side plate members contact each other are usually vertical, but may be cut obliquely. If it does in this way, it will become possible to support each other and to become independent (refer FIG. 3).

シリコン側板部材は、シリコン底板部材を取り囲むように底板側壁周縁部外部に立設されていてもよく、また周縁部上に載置されて立設されていてもよい。
さらにまた、シリコン底板部材の周縁部に傾斜を設ければ、シリコン側板同士を立掛けやすくすることも可能となる。また、シリコン側板部材の最下端面（すなわち、底板と接触する端面）に傾斜を設けても、同様にシリコン側板同士を立掛けやすくすることが可能となる（図４参照）。 The silicon side plate member may be erected outside the peripheral portion of the bottom plate side wall so as to surround the silicon bottom plate member, or may be erected on the peripheral portion.
Furthermore, if the peripheral part of the silicon bottom plate member is provided with an inclination, it becomes possible to make the silicon side plates easy to stand against each other. Further, even if the bottom end surface of the silicon side plate member (that is, the end surface in contact with the bottom plate) is provided with an inclination, the silicon side plates can be easily put on each other (see FIG. 4).

底板部材上に、シリコン塊状物の破砕物が載置されていてもよい。
シリコン塊状物としては、シリコン破砕物や機械切断物などがあげられる。
このようなシリコン塊状物としては、多結晶シリコンの規格外品や、使用済みのシリコン板部材を適宜所望の大きさに切断・破砕して使用できる。 A crushed silicon lump may be placed on the bottom plate member.
Examples of the silicon lump include a silicon crushed material and a machined material.
As such a silicon lump, a non-standard product of polycrystalline silicon or a used silicon plate member can be appropriately cut and crushed to a desired size.

このようなシリコン塊状物を載置することで、溶融シリコンの温度が高い場合、あるいは受容容器中の一点に大量の融液が落下する場合に、落下シリコンとシリコン底板部材の融着を完全に防止するとともに、落下融液が上方に多量に飛散することを防止することが可能となる。   By placing such a silicon mass, when the temperature of the molten silicon is high, or when a large amount of melt falls to one point in the receiving container, the falling silicon and the silicon bottom plate member are completely fused. It is possible to prevent the falling melt from being scattered in a large amount upward.

また、図５に示すように、受容容器の周りに枠体を設けてもよい。枠体が設けられていると、シリコン部材が受容容器としての形状を保持しやすくなり、輸送時に倒れたり、破損することを抑制することができる。   Moreover, as shown in FIG. 5, you may provide a frame around a receiving container. When the frame is provided, the silicon member can easily hold the shape as the receiving container, and can be prevented from falling over or being damaged during transportation.

図５(a)は、シリコン側板部材は、シリコン底板部材に対して垂直方向に複数枚並べたものであり、図５(b)は、シリコン底板部材に対して水平方向（すなわち上下）にシリコン側板部材を積層したものであり、いずれも回りに枠体が設けられている。   5A shows a plurality of silicon side plate members arranged in a direction perpendicular to the silicon bottom plate member, and FIG. 5B shows silicon in a horizontal direction (that is, up and down) with respect to the silicon bottom plate member. The side plate members are stacked, and each has a frame around it.

枠体は、シリコン部材が受容容器としての形状を維持するため補助部材として受容容器のまわりに設けられていればよく、すなわち、枠体が受容容器に隙間なく接していてもよく、また枠体との受容容器との間に隙間を有していても良い。枠体との受容容器との間に隙間を有していれば、融液が凝固する際の膨張に対処可能となる。また取り扱い時や移送時の衝撃でシリコン板部材が割れ、破損したり、チッピングしたりしてしまうことを防止するために、さらには、受容する溶融シリコンの冷却速度を調節する目的で、枠体とシリコン板部材との間にフェルト状のクッション材（例えばカーボンフェルトなど）を入れてもよい。   The frame body only needs to be provided around the receiving container as an auxiliary member in order to maintain the shape of the silicon container as the receiving container, that is, the frame body may be in contact with the receiving container without any gap. There may be a gap between the container and the receiving container. If there is a gap between the frame and the receiving container, it is possible to cope with expansion when the melt is solidified. Further, in order to prevent the silicon plate member from being cracked, broken or chipped by an impact during handling or transfer, and for the purpose of adjusting the cooling rate of the molten silicon received, the frame body A felt-like cushion material (for example, carbon felt) may be inserted between the silicon plate member and the silicon plate member.

該枠体に、シリコン側板部材が立掛けられていてもよく、また、クリップ、留め具などの保持具で枠型にシリコン側板が留められていてもよい。
枠体の材質としては、特に制限されるものではないが、通常タングステン、モリブデン、SUSなどの金属製枠体が使用される。枠体は図５に示すような骨組みだけでもよいが、底面に底板を有する箱型の枠体であってもよく、また底面がない筒型の枠体であってもよい。 A silicon side plate member may be erected on the frame body, or the silicon side plate may be fastened to the frame shape with a holding tool such as a clip or a fastener.
The material of the frame is not particularly limited, but a metal frame such as tungsten, molybdenum, or SUS is usually used. The frame may be only a framework as shown in FIG. 5, but may be a box-shaped frame having a bottom plate on the bottom surface, or a cylindrical frame having no bottom surface.

また保持具は、不純物として、シリコンを汚染しないものであれば特に制限されるものではないが、通常、タングステン、モリブデン製の保持具が使用される。
本発明では、シリコン底板部材同士、シリコン側板部材同士、およびシリコン側板部材とシリコン底板部材とは、互いに近接させるものの、特に接着剤等で接着させる必要はない。すなわち、前述したように、シリコン部材間に多少の隙間が存在していても、シリコン融液は温度の低い構造物と接触すると急激に粘度が上昇し、接触した融液そのものシーラントとして作用するためにシリコン板部材外への漏洩は防止される。しかしながら融液の漏洩量を最小限に抑えるためには、シリコン板部材間の隙間は最大でも１０ｍｍ以内、好ましくは５ｍｍ以内に抑えることが望ましい。 The holder is not particularly limited as long as it does not contaminate silicon as an impurity. Usually, a holder made of tungsten or molybdenum is used.
In the present invention, the silicon bottom plate members, the silicon side plate members, and the silicon side plate member and the silicon bottom plate member are close to each other, but need not be bonded with an adhesive or the like. That is, as described above, even if there are some gaps between the silicon members, the viscosity of the silicon melt suddenly rises when it comes into contact with a structure having a low temperature, and the contacted melt itself acts as a sealant. In addition, leakage outside the silicon plate member is prevented. However, in order to minimize the amount of leakage of the melt, it is desirable to keep the gap between the silicon plate members within a maximum of 10 mm, preferably within 5 mm.

シリコンライニング板部材の受容容器を組み立てる際には、仮止めのために部分的な溶接の施工、あるいは接着剤の塗布も許容される。しかしながら、本発明の本質は、前述したように、分割された複数のシリコン板部材を使用することによって、シリコン融液の接触による熱膨張応力と融液が凝固する際の体積膨張力を逸散し、シリコン板部材の破壊を防止することにあるから、これらの応力が作用した際に溶接部や接着部が優先的に剥離して板部材が保護されるように、接着力は十分に考慮されることが重要である。なお接着剤としては、シリカ、アルミナ、マグネシア等の酸化物系、あるいはカーボン系のものが、単独または混合して使用することができる。   When assembling the receiving container for the silicon lining plate member, a partial welding operation or application of an adhesive is allowed for temporary fixing. However, the essence of the present invention is that, as described above, by using a plurality of divided silicon plate members, the thermal expansion stress due to the contact of the silicon melt and the volume expansion force when the melt solidifies are dissipated. In order to prevent the silicon plate member from being destroyed, the adhesive strength should be taken into consideration so that when these stresses are applied, the welded portion and the bonded portion are preferentially peeled off to protect the plate member. It is important that As the adhesive, oxides such as silica, alumina and magnesia, or carbons can be used alone or in combination.

敷板
受容容器のシリコン底部板材の下に敷板を敷設してもよい。敷板を構成する材料としては特に制限されるものではないが、シリコンを汚染しないものが好適であり、グラファイトなどのカーボン材料、タングステン、モリブデン、ステンレス鋼などの金属材料からなるものが使用される。 A floor plate may be laid under the silicon bottom plate material of the floor plate receiving container. The material constituting the floor plate is not particularly limited, but a material that does not contaminate silicon is suitable, and a material made of a carbon material such as graphite or a metal material such as tungsten, molybdenum, or stainless steel is used.

敷板の形状としては特に制限されるものではないが、通常、シリコン底板部材に類似した形状のものが使用される。またその大きさとしては特に制限されるものではないが、シリコン底板部材より大きい方が望ましい。敷板は、二重、三重に重ねてもよく、さらに細かく分割してもよい。さらに、シリコン底部板材の隅にのみ敷板を設けてもよい。さらに、敷板に水冷ジャケットなどを設けて、冷却していてもよい。   The shape of the floor plate is not particularly limited, but usually a shape similar to the silicon bottom plate member is used. The size is not particularly limited, but is preferably larger than the silicon bottom plate member. The floorboard may be doubled or tripled and may be further finely divided. Furthermore, you may provide a base plate only in the corner of a silicon | silicone bottom part board | plate material. Furthermore, the floor board may be cooled by providing a water cooling jacket or the like.

［シリコンの製造方法］
本発明では、上記受容容器に、溶融シリコンを収容し、冷却して、多結晶シリコンが製造される。 [Method of manufacturing silicon]
In the present invention, molten silicon is accommodated in the receiving container and cooled to produce polycrystalline silicon.

具体的には、６００〜１７００℃の範囲にある析出表面で水素とシラン類を接触させてシリコンを固体状態または溶融状態で析出させ、析出したシリコンの一部または全部を、溶融させて、析出表面から落下させ、落下した溶融シリコンを前記受容容器に受容する。   Specifically, hydrogen and silanes are brought into contact with each other on a deposition surface in the range of 600 to 1700 ° C. to deposit silicon in a solid state or in a molten state, and a part or all of the deposited silicon is melted and deposited. The molten silicon is dropped from the surface and the dropped molten silicon is received in the receiving container.

より具体的には、ＴＣＳなどのクロロシラン類と水素とを含むシリコン析出用原料ガスを、加熱したシリコン析出用基材（たとえば、グラファイト等の炭素材料からなる基材）に接触させてシリコンを析出させ、析出したシリコンを溶融さた溶融シリコンを落下させ、前記受容容器にて受容させる。   More specifically, a silicon deposition source gas containing chlorosilanes such as TCS and hydrogen is brought into contact with a heated silicon deposition substrate (for example, a substrate made of a carbon material such as graphite) to deposit silicon. The molten silicon obtained by melting the deposited silicon is dropped and received in the receiving container.

なお、前記受容容器に受容される溶融シリコンは、１６００℃以下であることが望ましい。溶融シリコンの温度が高いと、溶融シリコンが底板やシリコン側板部材に付着してはがせなくなることがある。   The molten silicon received in the receiving container is desirably 1600 ° C. or lower. When the temperature of the molten silicon is high, the molten silicon may adhere to the bottom plate or the silicon side plate member and cannot be peeled off.

溶融シリコンは、シリコン底板部材の一点に落下し、さらにその上に断続的または連続的に落下する。また、溶融シリコンの自重により、シリコンは容器全体に広がるが、このときは、ある程度温度は低下している。このため、落下点以外の場所、たとえば、落下点から離れた底板部材やシリコン側板部材では、冷えたシリコンと接触しているので、シリコンの融着は起こらない。また、落下するシリコン融液の温度が高い場合には、シリコン底板部材のシリコン落下点近傍では、落下シリコンの一部と底板の一部が融着する場合があるが、１６００℃以下の溶融シリコンを落下させれば、この融着を大幅に低減することができる。   Molten silicon falls to one point of the silicon bottom plate member, and further falls intermittently or continuously thereon. In addition, due to the dead weight of the molten silicon, silicon spreads throughout the container, but at this time, the temperature is lowered to some extent. For this reason, in the place other than the dropping point, for example, the bottom plate member and the silicon side plate member separated from the dropping point are in contact with the cooled silicon, so that no silicon fusion occurs. In addition, when the temperature of the falling silicon melt is high, a part of the falling silicon and a part of the bottom plate may be fused in the vicinity of the silicon dropping point of the silicon bottom plate member. If this is dropped, this fusion can be greatly reduced.

本発明で使用される溶融シリコンとは、溶融シリコンを少なくとも一部含有するものであり、例えば、すべてが溶融シリコンでもよく、溶融シリコンと固体シリコンが混在するものであってもよい。このような溶融シリコンと固体シリコンが混在する態様として、
(1) 落下前に、溶融シリコンに固体シリコンが一部含まれている状態、
(2) 落下前に、固体シリコンに溶融シリコンが一部含まれている状態、
(3) 落下の途中で冷却された固体シリコンが溶融シリコンに一部含まれている状態、
(4) 落下の途中で冷却された固体シリコンに溶融シリコンが一部含まれている状態、などが挙げられる。 The molten silicon used in the present invention contains at least a part of molten silicon. For example, all of the molten silicon may be molten silicon, or a mixture of molten silicon and solid silicon may be used. As an aspect in which such molten silicon and solid silicon are mixed,
(1) Before dropping, the molten silicon contains some solid silicon,
(2) A state in which molten silicon is partially contained in solid silicon before dropping,
(3) The state that the molten silicon partially contains solid silicon cooled during the fall,
(4) A state in which a part of molten silicon is contained in solid silicon cooled in the middle of dropping.

受容容器に、溶融シリコンを受容し冷却した後、固化した多結晶シリコンが容器から取り出される。このとき、多結晶シリコンを取り出す際に、シリコン底板部材およびシリコン側板部材は剥離される。また、シリコン底板部材とシリコン側板部材とを多結晶シリコンから剥離させずに、インゴット化工程に供給してもよい。シリコン融液の受容方法の態様としては、連続的に受容しても、断続的に複数回受容してもよい。   After the molten silicon is received in the receiving container and cooled, the solidified polycrystalline silicon is removed from the container. At this time, when the polycrystalline silicon is taken out, the silicon bottom plate member and the silicon side plate member are peeled off. Further, the silicon bottom plate member and the silicon side plate member may be supplied to the ingot forming step without being separated from the polycrystalline silicon. As an aspect of the method for receiving the silicon melt, it may be received continuously or intermittently a plurality of times.

剥離されたシリコン底板部材およびシリコン側板部材は、上記受容容器を組み立てて再利用することも可能である。底板部材にシリコンの融着が多い場合、底板のみ、新しいものに交換することも可能である。   The peeled silicon bottom plate member and silicon side plate member can be reused by assembling the receiving container. When the bottom plate member has a lot of silicon fusion, it is possible to replace only the bottom plate with a new one.

受容容器に受容した溶融シリコンを冷却する方法としては、放置による自然冷却でもよいが、冷却時間が長くなる場合には、受容容器近傍に冷却ガスを導入して冷却を促進する方法、受容容器近傍に冷却装置を設けて冷却する方法などが挙げられる。   The method of cooling the molten silicon received in the receiving container may be natural cooling by standing, but if the cooling time becomes long, a method of promoting cooling by introducing a cooling gas in the vicinity of the receiving container, the vicinity of the receiving container And a method of cooling by providing a cooling device.

上記冷却ガスとしては、シリコンと実質的に反応しないガス、たとえば、水素ガス、窒素などが挙げられる。
上記冷却装置による冷却の方法としては、たとえば、内部に水、熱媒油、アルコールなどの冷媒液体を流通させる流路を設けて冷却する液体ジャケット方式などが挙げられる。 Examples of the cooling gas include gases that do not substantially react with silicon, such as hydrogen gas and nitrogen.
Examples of the cooling method using the cooling device include a liquid jacket method in which a cooling medium such as water, heat transfer oil, alcohol, or the like is provided inside to cool the cooling liquid.

冷却装置は、シリコン析出反応ガス雰囲気と大気とを遮断する金属製チャンバーがこれを兼ねることができる。
［実施例］
図５（ｂ）に示すような受容容器を製作した。シリコン板部材は幅１０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ１ｃｍのものを１５枚使用し、それぞれ接着せずにステンレス製の枠体内に組み立てた。底板部材としては、前記シリコン板部材を３枚並べ、側板部材としては、シリコン板部材を３枚上下方向に積層した。このとき枠体はシリコン板部材で組み立てられる受容容器よりもやや大きいものを使用し、枠体とシリコン板部材の間には厚さ５〜１０ｍｍのカーボンフェルトを挿入した。なお、シリコン底板の上部には、１個が５〜２０ｇのシリコン破砕物を５ｋｇ載置した。 In the cooling device, a metal chamber that shuts off the silicon deposition reaction gas atmosphere and the atmosphere can also serve as this.
[Example]
A receiving container as shown in FIG. 5B was manufactured. Fifteen silicon plate members having a width of 10 cm, a length of 30 cm, and a thickness of 1 cm were used and assembled into a stainless steel frame without bonding. As the bottom plate member, three silicon plate members were arranged, and as the side plate member, three silicon plate members were stacked in the vertical direction. At this time, the frame body was slightly larger than the receiving container assembled with the silicon plate member, and a carbon felt having a thickness of 5 to 10 mm was inserted between the frame body and the silicon plate member. Note that 5 kg of crushed silicon of 5 to 20 g was placed on the top of the silicon bottom plate.

水素と窒素の混合ガス雰囲気内で、上記受容容器内に、１５７０℃のシリコン融液５０ｋｇを約２分かけて注ぎ込んだ。
十分に温度が低下してから受容容器を観察したところ、落下させた溶融シリコンの凝固物にはクラックが発生していたが、シリコン板部材と落下凝固物の剥離性は良好であり、またシリコン板部材も割れていなかった。 In a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen, 50 kg of a silicon melt at 1570 ° C. was poured into the receiving container over about 2 minutes.
When the receiving container was observed after the temperature was sufficiently lowered, cracks were generated in the solidified material of the dropped molten silicon, but the peelability between the silicon plate member and the solidified material was good. The plate member was not broken.

［比較例１］
実施例で使用したシリコン板部材に変えて、同様な寸法の石英ガラス製の受容容器を用い、同様な条件で溶融シリコンを受容させた。 [Comparative Example 1]
Instead of the silicon plate member used in the examples, a quartz glass receiving container having the same size was used, and molten silicon was received under the same conditions.

その結果、石英の受容容器は割れており、またシリコンと石英も融着していた。
［比較例２］
実施例で使用したシリコン板部材に変えて、幅３０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ１ｃｍのシリコン板部材５枚を使用し、底板部材としては、前記シリコン板部材を１枚、側板部材としては、シリコン板部材４枚を底板部材の周縁部に立設させて、それぞれの継ぎ目をシリカアルミナ系の接着剤で接着して受容容器を作製した。この受容容器を、該受容容器がちょうど納まる大きさのステンレス製枠体内に収納し、実施例と同様な条件で溶融シリコンを受容させた。 As a result, the quartz receiving container was broken and silicon and quartz were also fused.
[Comparative Example 2]
Instead of the silicon plate member used in the examples, 5 silicon plate members having a width of 30 cm, a length of 30 cm, and a thickness of 1 cm were used. As the bottom plate member, one silicon plate member was used as the side plate member. Four silicon plate members were erected on the peripheral edge of the bottom plate member, and each joint was bonded with a silica-alumina adhesive to produce a receiving container. This receiving container was accommodated in a stainless steel frame having a size that could just fit the receiving container, and molten silicon was received under the same conditions as in the example.

その結果、ステンレス製の枠体は変形し、シリコン板部材も底板、側板ともに割れていた。   As a result, the stainless steel frame was deformed, and the silicon plate member was cracked in both the bottom plate and the side plate.

本発明で使用される受容容器の一態様の概略図を示す。1 shows a schematic view of one embodiment of a receiving container used in the present invention. 本発明で使用される受容容器の別態様の概略図を示す。FIG. 3 shows a schematic view of another embodiment of a receiving container used in the present invention. シリコン側板部材同士の接触面の別態様の概略図を示す。The schematic of the another aspect of the contact surface of silicon side board members is shown. シリコン側板部材と敷板との接触面の別態様の概略図を示す。The schematic of another aspect of the contact surface of a silicon side board member and a flooring board is shown. 本発明で使用される受容容器の別態様の概略図を示す。FIG. 3 shows a schematic view of another embodiment of a receiving container used in the present invention.

Claims (3)

６００〜１７００℃の範囲にある析出表面で水素とシラン類を接触させてシリコンを固体状態または溶融状態で析出させ、
析出したシリコンの一部または全部を、溶融させて、析出表面から落下させ、落下した溶融シリコンを受容容器に受容する工程を含むシリコンの製造方法において、
受容容器として、
シリコン底板部材と、底板部材側壁周縁部に立設された複数枚のシリコン側板部材と
から構成された受容容器を使用することを特徴とするシリコンの製造方法。 Contacting silicon with silanes at a deposition surface in the range of 600-1700 ° C. to deposit silicon in a solid or molten state;
In a method for producing silicon, including a step of melting a part or all of the deposited silicon, dropping the deposited silicon from a deposition surface, and receiving the dropped molten silicon in a receiving container.
As a receiving container,
A method for producing silicon, characterized by using a receiving container comprising a silicon bottom plate member and a plurality of silicon side plate members erected on the peripheral edge of the side wall of the bottom plate member. 前記受容容器の周囲に枠体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの製造方法。   The method for manufacturing silicon according to claim 1, wherein a frame is provided around the receiving container. 底板部材上に、シリコン塊状物の破砕物が載置されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のシリコンの製造方法。   The method for producing silicon according to claim 1, wherein a crushed silicon lump is placed on the bottom plate member.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010173926A (en) * 2009-02-02 2010-08-12 Sharp Corp Container for fused silicon
DE102009015236B4 (en) * 2009-04-01 2015-03-05 H.C. Starck Gmbh Crucible and its use
US8821634B2 (en) * 2011-03-22 2014-09-02 Gtat Corporation High temperature furnace insulation
FR3019189B1 (en) * 2014-03-31 2018-07-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives CREUSET, METHOD FOR MANUFACTURING THE CUP, AND METHOD FOR MANUFACTURING CRYSTALLINE MATERIAL USING SUCH CUP

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06127925A (en) * 1992-10-16 1994-05-10 Tonen Chem Corp Heat resistant cylindrical body, reaction tube for production of polycrystalline silicon and its production
JP2002029726A (en) * 2000-05-11 2002-01-29 Tokuyama Corp Reactor for silicon production
WO2002100777A1 (en) * 2001-06-06 2002-12-19 Tokuyama Corporation Method of manufacturing silicon
JP2003002628A (en) * 2001-06-21 2003-01-08 Tokuyama Corp Apparatus and method for manufacturing silicon
JP2003002626A (en) * 2001-06-18 2003-01-08 Tokuyama Corp Reaction apparatus for producing silicon

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4123989A (en) * 1977-09-12 1978-11-07 Mobil Tyco Solar Energy Corp. Manufacture of silicon on the inside of a tube
JPS61262625A (en) * 1985-05-16 1986-11-20 Toyota Motor Corp Protective pipe for thermocouple and its preparation
ES2350591T3 (en) * 2000-05-11 2011-01-25 Tokuyama Corporation APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF POLYCYSTALLINE SILICON.
DE10060469A1 (en) * 2000-12-06 2002-07-04 Solarworld Ag Process for the production of high-purity, granular silicon

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06127925A (en) * 1992-10-16 1994-05-10 Tonen Chem Corp Heat resistant cylindrical body, reaction tube for production of polycrystalline silicon and its production
JP2002029726A (en) * 2000-05-11 2002-01-29 Tokuyama Corp Reactor for silicon production
WO2002100777A1 (en) * 2001-06-06 2002-12-19 Tokuyama Corporation Method of manufacturing silicon
JP2003002626A (en) * 2001-06-18 2003-01-08 Tokuyama Corp Reaction apparatus for producing silicon
JP2003002628A (en) * 2001-06-21 2003-01-08 Tokuyama Corp Apparatus and method for manufacturing silicon

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