JP4660715B2 - Si purification method, Si purification apparatus, and Si purification film production apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、例えば大気圧水素プラズマを利用し、例えば金属級Si等の低純度Si中に含有される不純物(とりわけボロン(B))を高効率に除去して、高純度Siを精製するSi精製方法、Si精製装置及びSi精製膜製造装置に関するものである。   The present invention uses, for example, atmospheric pressure hydrogen plasma, and removes impurities (especially boron (B)) contained in low-purity Si such as metal grade Si with high efficiency to purify high-purity Si. The present invention relates to a purification method, a Si purification apparatus, and a Si purification film manufacturing apparatus.

近年のエネルギー、環境問題への関心の高まりと共に、太陽電池の市場は世界規模で爆発的な成長を遂げている。2015年には、世界の太陽電池生産量は、年間6GW(ギガワット)に達しようとしており、現在主流であるバルクシリコン(Si)(以下、「シリコン(Si)」を単に「Si」と記載する。)太陽電池が2015年においても太陽電池製品の主流を占めるとすれば、年間約60ktonの太陽電池級Si(SOG−Si:Solar grade Si)の原材料が必要となる。尚、太陽電池級Siとは、太陽電池の品質を満足する純度を有するSiをいう。   With the recent interest in energy and environmental issues, the solar cell market is experiencing explosive growth worldwide. In 2015, global solar cell production is going to reach 6 GW (gigawatts) annually, and bulk silicon (Si) (hereinafter “silicon (Si)”), which is currently mainstream, is simply referred to as “Si”. .) If solar cells occupy the mainstream of solar cell products in 2015, about 60 kton of solar cell grade Si (SOG-Si: Solar grade Si) raw material is required per year. In addition, solar cell grade Si means Si which has the purity which satisfies the quality of a solar cell.

このような背景から、太陽電池の省資源化、低コスト化を目指した取り組みが様々に行われている。とりわけ、薄膜Si太陽電池は、使用する高付加価値Si原料を格段に低減できるため、現在主流となっているバルクSiに代わるデバイスとして大きな期待が持たれている。   Against this background, various efforts have been made to save resources and reduce costs of solar cells. In particular, the thin-film Si solar cell can greatly reduce the high value-added Si raw material to be used, and therefore has great expectations as a device that replaces bulk Si that is currently mainstream.

しかしながら、結晶Si薄膜は、光の吸収係数が非常に小さいため、変換効率に関わる光電流を大きくする場合、必然的に膜厚を厚くしたり、又は光閉じ込め効果を狙った表面構造を意図的に作製したりする必要があるが、未だ、バルクSi太陽電池と同等の変換効率は得られておらず問題は多い。また、一般的な太陽電池用薄膜の形成法であるプラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition :化学気相成長法)では、多くのエネルギーと時間を要して精製された原料ガスを高々20%程度しか、薄膜形成に寄与させることができないという問題点がある。   However, the crystalline Si thin film has a very small light absorption coefficient. Therefore, when the photocurrent related to the conversion efficiency is increased, the film structure is inevitably thickened or the surface structure aimed at the light confinement effect is intentionally used. However, conversion efficiency equivalent to that of bulk Si solar cells has not been obtained yet, and there are many problems. In addition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), which is a general method for forming a thin film for solar cells, requires only about 20% of purified source gas that requires a lot of energy and time. There is a problem that it cannot contribute to the formation of a thin film.

ここで、2007年度の高純度Si原材料の生産量は、LSI(Large Scale Integrated circuit:大規模集積回路)グレードを含めても7kton程度であることから、2015年における60ktonという太陽電池級Siの原材料の消費量がいかに大きいかがわかる。   Here, the production amount of high-purity Si raw material in 2007 is about 7 kton including the LSI (Large Scale Integrated circuit) grade, so the raw material of solar cell grade Si of 60 kton in 2015 You can see how big the consumption is.

現段階での太陽電池需要増大に伴った太陽電池級Siの不足、及び太陽電池級Siの価格高騰が叫ばれる中で、さらに10倍の太陽電池級Siの生産を維持することは、太陽電池の廉価普及に向けて大きな課題であるといえる。   While the demand for solar cell grade Si is increasing and the price of solar cell grade Si is screaming as the demand for solar cell increases at this stage, maintaining the production of 10 times more solar cell grade Si It can be said that this is a major issue for the popularization of low prices.

元来、太陽電池級Siは、金属級Si(MG−Si:Metallurgical Grade Si)を精製することによって製造されている。尚、金属級Siとは、太陽電池級Siのレベルに格段に至らないレベルの不純物を含んだSiをいう。具体的には、金属級Siは不純物濃度が1000ppmwt以上であり、太陽電池級Siは不純物濃度が1ppmwt以下である。   Originally, solar cell grade Si is manufactured by refining metal grade Si (MG-Si: Metallurgical Grade Si). Metal grade Si refers to Si containing impurities at a level that does not reach the level of solar cell grade Si. Specifically, metal grade Si has an impurity concentration of 1000 ppmwt or more, and solar cell grade Si has an impurity concentration of 1 ppmwt or less.

この原料となる金属級Siは、中国、ブラジルをはじめとした電力コストの低い国々から年間242ktonの輸入量を維持しており、材料の供給安定性に関しても5年のスパンでは、大きな懸念材料は無いと考えられる。このため、これら廉価な金属級Siを低コストに精製できれば、逼迫する太陽電池級Siの原材料の供給問題に対する解を得ることが可能であるといえる。   This raw material, metal grade Si, maintains imports of 242 kton annually from countries with low power costs, such as China and Brazil, and the material supply stability is a major concern in the span of 5 years. It is thought that there is not. Therefore, if these inexpensive metal-grade Si can be refined at low cost, it can be said that a solution to the tight supply of raw materials for solar cell-grade Si can be obtained.

このような事情に鑑み、廉価なバルクSi太陽電池原料の製造を目指して様々な取り組みがなされ、様々な出願がなされているが、基本的には鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属に対して冶金学的手法、及び酸洗浄がなされ、酸素(O)、リン(P)、ヒ素(As)、カルシウム(Ca)等については蒸発除去が採用されている。一方、炭素(C)、ボロン(B)等は、酸化性の雰囲気(水蒸気、酸化スラグ、酸化性プラズマ)に曝すことによって、蒸気圧の高い酸化物である二酸化炭素(CO)、一酸化炭素(CO)、無水ホウ酸(B)等に変性させ除去されている。 In view of such circumstances, various efforts have been made with the aim of producing inexpensive bulk Si solar cell raw materials, and various applications have been made. Basically, iron (Fe), aluminum (Al), titanium ( Metallurgical methods and acid cleaning are performed on metals such as Ti), tungsten (W), and chromium (Cr), and oxygen (O), phosphorus (P), arsenic (As), calcium (Ca), etc. Evaporation removal is adopted. On the other hand, carbon (C), boron (B), and the like are exposed to an oxidizing atmosphere (water vapor, oxidized slag, oxidized plasma), so that carbon dioxide (CO 2 ), which is an oxide having a high vapor pressure, is oxidized. It is modified and removed to carbon (CO), boric anhydride (B 2 O 3 ) or the like.

以上のように、金属級Siから太陽電池級Siを製造するに当たり、多段階の不純物除去工程が、現状では必須である。このうち、ボロン(B)は、金属級Siからの除去が非常に困難な元素である。すなわち、ボロン(B)は、固液界面での偏析係数が小さいため、凝固法による除去が適用できないだけでなく、蒸気圧が非常に低いため蒸発法による除去も適用不可能である。また、Si中に残留した場合、電気特性への影響が大きく、さらには、Si中の酸素とボロン(B)複合体を形成することにより、太陽電池特性を劣化させる原因となっている。   As described above, in producing solar cell grade Si from metal grade Si, a multi-step impurity removal process is essential at present. Of these, boron (B) is an element that is very difficult to remove from metallic grade Si. That is, since boron (B) has a small segregation coefficient at the solid-liquid interface, it cannot be removed by a solidification method, and it cannot be removed by an evaporation method because its vapor pressure is very low. Moreover, when it remains in Si, it has a big influence on an electrical property, Furthermore, it forms the cause of deteriorating a solar cell characteristic by forming the boron (B) complex with the oxygen in Si.

従来報告されている酸化法によるボロン(B)除去では、一般的には、1回の精製工程にて除去可能なボロン(B)は約1/2であり、同一工程を多段階に亘り繰り返すことによって、目標とするボロン(B)濃度のSiを作製しているのが現状である。   In boron (B) removal by an oxidation method that has been reported in the past, generally, boron (B) that can be removed in one purification step is about ½, and the same process is repeated in multiple stages. Therefore, the present situation is that Si having a target boron (B) concentration is produced.

これに対して、本願発明者等は、特許文献1に開示しているように、酸化法ではなく、大気圧水素プラズマと金属級Siとの間の水素化反応による不純物除去方法を採用した大気圧水素プラズマを用いた膜製造方法、精製膜製造方法及び装置を提案している。   In contrast, as disclosed in Patent Document 1, the present inventors have adopted an impurity removal method that employs a hydrogenation reaction between atmospheric-pressure hydrogen plasma and metal grade Si, rather than an oxidation method. A film manufacturing method, a purified film manufacturing method and an apparatus using atmospheric pressure hydrogen plasma are proposed.

この膜製造方法では、図12に示すように、大気圧水素プラズマと金属級Siとの間の水素化反応を用いている。具体的には、一方の上部電極101を水冷して金属級SiからなるSiターゲット102を装着し、他方の下部電極103を加温して任意の基板104を装着し、両者の間に大気圧水素プラズマを発生させると、低温側のSiターゲット102からSiが水素化物となって気化し、そのSiの水素化物を原料として高温側の基板104にSiを堆積させることができるものとなっている。   In this film manufacturing method, as shown in FIG. 12, a hydrogenation reaction between atmospheric hydrogen plasma and metal grade Si is used. Specifically, one upper electrode 101 is water-cooled and a Si target 102 made of metal-grade Si is mounted, the other lower electrode 103 is heated and an arbitrary substrate 104 is mounted, and an atmospheric pressure is interposed between them. When the hydrogen plasma is generated, Si is vaporized as a hydride from the Si target 102 on the low temperature side, and Si can be deposited on the high temperature side substrate 104 using the Si hydride as a raw material. .

すなわち、この膜製造方法は、金属級Siが大気圧水素プラズマに暴露された場合、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属不純物は、大気圧水素プラズマにより水素化されても揮発しないため、金属級Si表面に残留し易いという現象を利用したものとなっている。   That is, in this film manufacturing method, when metal grade Si is exposed to atmospheric pressure hydrogen plasma, metal impurities such as iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), chromium (Cr), etc. Since it does not volatilize even when hydrogenated by atmospheric hydrogen plasma, it utilizes the phenomenon that it tends to remain on the surface of the metal grade Si.

そして、この方法により、最も除去することが困難なボロン(B)について、様々な条件を精査したことにより、1工程当たり1/10までボロン(B)を低減可能とすることができるようになっている。
国際公開第WO2007/049402号パンフレット(2007年5月3日公開) 特開平4−275914号公報(1992年10月1日公開) 特開平5−279008号公報(1993年10月26日公開)
And by this method, it became possible to reduce boron (B) to 1/10 per process by examining various conditions about boron (B) which is the most difficult to remove. ing.
International Publication No. WO2007 / 049402 (published on May 3, 2007) Japanese Patent Laid-Open No. 4-275914 (published on October 1, 1992) Japanese Patent Laid-Open No. 5-279008 (released on October 26, 1993)

しかしながら、上記従来の特許文献1に記載された大気圧水素プラズマを用いた膜製造方法及び装置においても、一般的な金属級Siを用いた場合には、上記の工程を多段階に亘り繰り返さなければ、基板104に堆積したSiを太陽電池級Siのレベルにできないという問題点を有している。   However, even in the film manufacturing method and apparatus using atmospheric pressure hydrogen plasma described in the above-mentioned conventional patent document 1, the above process must be repeated in multiple stages when general metal grade Si is used. For example, there is a problem that the Si deposited on the substrate 104 cannot be at the level of solar cell grade Si.

尚、例えば、特許文献2及び特許文献3では、SiHガス中からBを除去するために、酸化銅及び酸化亜鉛の混合物を主成分とする処理剤を使用している。詳細には、先にSiHで吸着飽和させた後、Bを吸着除去するようになっている。 For example, in Patent Document 2 and Patent Document 3, in order to remove B 2 H 6 from SiH 4 gas, a treatment agent mainly composed of a mixture of copper oxide and zinc oxide is used. Specifically, B 2 H 6 is adsorbed and removed after first being adsorbed and saturated with SiH 4 .

この点、特許文献1の技術は効率が良いので、従来技術よりも多段階の繰り返し数を少なくすることができるものとなっているが、それでも、少なくとも2段階の工程を経なければ、太陽電池級Siにおける所望のボロン(B)濃度まで低減することができないという問題点を有している。   In this regard, since the technique of Patent Document 1 is efficient, it is possible to reduce the number of repetitions in multiple stages as compared with the conventional technique. However, if the process does not go through at least two stages, the solar cell There is a problem that it cannot be reduced to a desired boron (B) concentration in grade Si.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、例えば金属級Siから太陽電池級Siを製造すべく、低純度Siから高純度Siへの精製を効率良く行い得るSi精製方法、Si精製装置及びSi精製膜製造装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to efficiently purify low-purity Si to high-purity Si, for example, to produce solar-grade Si from metal-grade Si. An object of the present invention is to provide a Si purification method, a Si purification apparatus, and a Si purification film production apparatus.

本発明のSi精製方法は、上記課題を解決するために、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する工程と、上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去して、上記低純度Siよりも純度の高い高純度Siを得る工程とを含むことを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the Si purification method of the present invention chemically reacts low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen to obtain a hydrogenated gas composed of an element to be removed and a hydrogenated gas composed of Si. A step of generating a hydrogenated gas population including the temperature of the hydrogenated gas population within a range not less than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and not more than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si. A step of causing the element to be removed to adhere to the surface of the heated object by removing it from the hydrogenated gas population by colliding with the surface of the heated object to obtain high purity Si having a purity higher than that of the low purity Si. It is characterized by including.

本発明のSi精製装置は、上記課題を解決するために、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する水素化ガス母集団発生手段と、上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する不純物水素化ガス除去手段とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the Si purification apparatus of the present invention chemically reacts low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen to obtain a hydrogenated gas composed of an element to be removed and a hydrogenated gas composed of Si. Hydrogen gas population generating means for generating a hydrogen gas population including the hydrogen gas population generation means, and the hydrogen gas population above the decomposition temperature of the hydrogen gas consisting of the element to be removed and below the decomposition temperature of the hydrogen gas consisting of Si Impurity hydrogen gas removal means for fixing an element to be removed to the surface of the heated object by removing it from the hydrogenated gas population by colliding with the surface of the heated object whose temperature is controlled within a range of It is a feature.

上記の発明によれば、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する。   According to the above invention, a low-purity Si as a raw material is chemically reacted with atomic hydrogen to generate a hydrogenated gas population including a hydrogenated gas composed of an element to be removed and a hydrogenated gas composed of Si. .

すなわち、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、例えば、SiH、及びB等の水素化ガスが混合状態となった水素化ガス母集団が生成される。尚、このとき、例えば、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属は、原子状水素と化学反応させて水素化しても揮発しないため、原料としての低純度Siの表面に残留し、低純度Siからは出てこない。 That is, by chemically reacting low purity Si as a raw material with atomic hydrogen, a hydrogenated gas population in which hydrogenated gases such as SiH 4 and B 2 H 6 are mixed is generated. At this time, for example, metals such as iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), and chromium (Cr) do not volatilize even when hydrogenated by chemical reaction with atomic hydrogen. Therefore, it remains on the surface of the low-purity Si as a raw material and does not come out from the low-purity Si.

ここで、SiH、及びB等の混合状態となった水素化ガス母集団から、高純度Siのみを採取するためには、除去したい元素からなる水素化ガスであるBの水素化ガスを除去する必要がある。 Here, SiH 4, and the hydrogenation gas population became mixed state such as B 2 H 6, to collect only the high purity Si is a hydrogenated gas consisting of elements to be removed B 2 H 6 It is necessary to remove the hydrogenated gas.

そこで、本発明では、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する。   Therefore, in the present invention, the hydrogenated gas population collides with the surface of a heated object whose temperature is controlled within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si. Thus, the element to be removed is fixed to the surface of the heated object and removed from the hydrogenated gas population.

すなわち、本発明では、各種の水素化ガスが呈する熱分解温度の差異を利用し、除去したい元素を水素化ガス母集団から除去する。つまり、本発明では、例えば、SiH、及びB等の混合状態となった水素化ガス母集団から、SiH以外の水素化ガスを除去するために、熱分解反応の温度依存性を積極的に利用している。 In other words, in the present invention, the element to be removed is removed from the hydrogenated gas population by utilizing the difference in thermal decomposition temperatures exhibited by various hydrogenated gases. That is, in the present invention, for example, in order to remove hydrogen gas other than SiH 4 from a hydrogen gas population in a mixed state such as SiH 4 and B 2 H 6 , the temperature dependence of the thermal decomposition reaction Is actively used.

この結果、従来では、一度の工程で、例えば、低純度Si中に含有されるボロン(B)を1/2〜1/10までしか除去することができなかったが、本発明では、一度の工程で、例えば、低純度Si中に含有されるボロン(B)を1/1000以下に除去することができる。   As a result, conventionally, for example, boron (B) contained in low-purity Si could be removed only from 1/2 to 1/10 in a single step. In the process, for example, boron (B) contained in low-purity Si can be removed to 1/1000 or less.

したがって、例えば金属級Siから太陽電池級Siを製造すべく、低純度Siから高純度Siへの精製を効率良く行い得るSi精製方法及びSi精製装置を提供することができる。   Therefore, for example, in order to produce solar cell grade Si from metal grade Si, it is possible to provide an Si purification method and an Si purification apparatus that can efficiently purify from low purity Si to high purity Si.

本発明のSi精製方法では、前記低純度Siは、金属級Siであることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, the low purity Si is preferably metal grade Si.

本発明のSi精製装置では、前記低純度Siは、金属級Siであることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, the low purity Si is preferably metal grade Si.

これにより、不純物濃度が1000ppmwt以上である廉価な金属級Siから、例えば、不純物濃度が1ppmwt以下の太陽電池級Siを効率的に製造することができる。   Thereby, for example, solar cell grade Si having an impurity concentration of 1 ppmwt or less can be efficiently produced from inexpensive metal grade Si having an impurity concentration of 1000 ppmwt or more.

また、本発明のSi精製方法では、前記除去したい元素からなる水素化ガスはBであり、Siからなる水素化ガスはSiHであることが好ましい。 In the Si purification method of the present invention, it is preferable that the hydrogenation gas composed of the element to be removed is B 2 H 6 and the hydrogenation gas composed of Si is SiH 4 .

本発明のSi精製装置では、前記除去したい元素からなる水素化ガスはBであり、Siからなる水素化ガスはSiHであることが好ましい。 In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogenation gas composed of the element to be removed is B 2 H 6 and the hydrogenation gas composed of Si is SiH 4 .

これにより、水素化ガス母集団中に含まれる各種水素化ガスに熱分解温度の差異が存在するので、具体的に、太陽電池級Siを形成することができる。   Thereby, since there exists a difference in thermal decomposition temperature among various hydrogenation gases contained in the hydrogenation gas population, it is possible to specifically form solar cell grade Si.

また、本発明のSi精製方法では、前記温度制御された加熱物体は、多孔質体からなっていることが好ましい。尚、多孔質体は、例えば、絶縁体、金属又は半金属を用いることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable that the temperature-controlled heating object is made of a porous body. In addition, it is preferable to use an insulator, a metal, or a semimetal for a porous body, for example.

本発明のSi精製装置では、前記温度制御される加熱物体は、多孔質体からなっていることが好ましい。尚、温度制御される加熱物体は、導電性の多孔質体からなっていることがさらに好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the temperature-controlled heating object is made of a porous body. In addition, it is more preferable that the heating object to be temperature controlled is made of a conductive porous body.

これにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとが比表面積の大きな多孔質体の内部を通過することにより、固体表面との衝突回数を、小さな体積にて十分に確保することができる。また、加熱物体を導電性の多孔質体とした場合には、直接通電加熱し多孔質体自体を発熱体として利用することができ、その内部においても、温度を精度良く一定に保つことができる。したがって、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に容易かつ精度良く温度制御すること、さらには装置体積のコンパクト化が可能となる。   As a result, the hydrogenation gas consisting of the element to be removed and the hydrogenation gas consisting of Si pass through the inside of the porous body having a large specific surface area, so that the number of collisions with the solid surface can be sufficiently secured in a small volume. can do. In addition, when the heating object is a conductive porous body, it can be heated directly by energization and the porous body itself can be used as a heating element, and the temperature can be kept constant with high accuracy even in the inside. . Therefore, the temperature of the hydrogenated gas population can be controlled easily and accurately within a range that is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and equal to or lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si. Can be made compact.

また、本発明のSi精製方法では、前記多孔質体は、カーボン多孔質体からなっていることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, the porous body is preferably made of a carbon porous body.

本発明のSi精製装置では、前記多孔質体は、カーボン多孔質体からなっていることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, the porous body is preferably made of a carbon porous body.

これにより、カーボン多孔質体は電気伝導性を有するので、カーボン多孔質体に直接電圧を印加して、加熱物体として温度調整することが容易である。   Thereby, since the carbon porous body has electrical conductivity, it is easy to adjust the temperature as a heated object by directly applying a voltage to the carbon porous body.

また、カーボン多孔質体は、Siからなる水素化ガスの分解に対して触媒作用がなく、かつ耐薬品性が高いので、カーボン多孔質体に除去したい元素が固着した場合においても、薬液等による再生処理が可能となる。   In addition, since the carbon porous body does not have a catalytic action on the decomposition of the hydrogenated gas composed of Si and has high chemical resistance, even when an element to be removed adheres to the carbon porous body, Playback processing is possible.

また、本発明のSi精製方法では、前記温度制御された加熱物体は、配管からなっていることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable that the temperature-controlled heating object is made of piping.

本発明のSi精製装置では、前記温度制御された加熱物体は、配管からなっていることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the temperature-controlled heating object is a pipe.

すなわち、加熱物体として多孔質体を用いない場合、加熱物体に、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとの混合体を効率良く接触させることは容易ではない。この場合、加熱物体として配管を用いることにより、ガス通過流路体積に対する固体表面積を大きくとれるため、多数回の衝突回数を保持できるので、装置体積をコンパクトにすることが可能となる。   That is, when the porous body is not used as the heating object, it is not easy to efficiently contact the heating object with the mixture of the hydrogenation gas composed of the element to be removed and the hydrogenation gas composed of Si. In this case, since the solid surface area with respect to the gas passage channel volume can be increased by using the piping as the heating object, the number of collisions can be maintained, so that the apparatus volume can be made compact.

また、本発明のSi精製方法では、前記多孔質体として導電性物質を用いることにより、直接、多孔質体に通電加熱して温度制御することが好ましい。   Further, in the Si purification method of the present invention, it is preferable to control the temperature by directly heating the porous body with electricity by using a conductive substance as the porous body.

本発明のSi精製装置では、前記多孔質体は、導電性物質からなっていると共に、上記多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段が設けられていることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the porous body is made of a conductive material and provided with temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body.

これにより、多孔質体は電気伝導性を有するので、多孔質体に直接電圧を印加して、加熱物体として温度調整することが容易となる。   Thereby, since the porous body has electrical conductivity, it is easy to adjust the temperature as a heated object by directly applying a voltage to the porous body.

また、本発明のSi精製方法では、前記多孔質体として電磁波吸収物質を用いることにより、電磁波吸収による加熱作用を利用して温度制御することが可能である。   In addition, in the Si purification method of the present invention, by using an electromagnetic wave absorbing material as the porous body, it is possible to control the temperature using a heating action by electromagnetic wave absorption.

この方法によっても、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に容易かつ精度良く温度制御することが可能となる。   This method also makes it possible to easily and accurately control the temperature of the hydrogenated gas population within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si. It becomes.

また、本発明のSi精製方法では、前記多孔質体に付着した除去したい元素の目詰まり再生法として、フッ硝酸による薬液を用いることが好ましい。   Moreover, in the Si purification method of the present invention, it is preferable to use a chemical solution with hydrofluoric acid as a method for regenerating the clogging of the element attached to the porous body to be removed.

これにより、カーボン多孔質体に除去したい元素が固着した場合においても、フッ硝酸による薬液を用いることによって、容易に、再生処理が可能となる。   Thereby, even when the element to be removed is fixed to the carbon porous body, the regenerating process can be easily performed by using the chemical solution with hydrofluoric acid.

また、本発明のSi精製方法では、前記多孔質体は、前記水素化ガス母集団に含有される微粒子をトラップするフィルタ機能を有していることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable that the porous body has a filter function for trapping fine particles contained in the hydrogenated gas population.

すなわち、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する場合には、除去したい元素からなる水素化ガス及びSiからなる水素化ガスの他に、金属及びシリコン凝集体等の微粒子が含まれることもある。   That is, when a low-purity Si as a raw material is chemically reacted with atomic hydrogen to generate a hydrogenated gas population including a hydrogenated gas composed of an element to be removed and a hydrogenated gas composed of Si, it is removed. In addition to the hydrogenated gas composed of the element desired and the hydrogenated gas composed of Si, fine particles such as metal and silicon aggregates may be contained.

この点、本発明では、前記多孔質体が、前記水素化ガス母集団に含有される微粒子をトラップするフィルタ機能を有しているので、多孔質体の孔径を調整することにより、所望の大きさの微粒子をも多孔質体にて除去することができる。   In this regard, in the present invention, since the porous body has a filter function for trapping fine particles contained in the hydrogenated gas population, by adjusting the pore diameter of the porous body, a desired size can be obtained. The fine particles can be removed by the porous body.

また、本発明のSi精製方法では、前記原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、生起させたプラズマを用いることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable to use plasma generated in an atmosphere containing hydrogen and having a total pressure of 10 to 1520 Torr as the method for generating atomic hydrogen.

本発明のSi精製装置では、前記水素化ガス母集団発生手段は、プラズマを生起させるプラズマ手段を備えていることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogenated gas population generation means includes a plasma means for generating plasma.

これにより、容易に、水素化ガス母集団を発生させることができる。   Thereby, a hydrogen gas population can be easily generated.

また、本発明のSi精製方法では、前記原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、加熱した媒体を設置し、該媒体表面で生じる触媒分解反応を利用して原子状水素を発生させることが可能である。   Further, in the Si purification method of the present invention, as a method for generating the atomic hydrogen, a heated medium is installed in an atmosphere containing hydrogen at a total pressure of 10 to 1520 Torr, and a catalytic decomposition reaction generated on the surface of the medium is utilized. It is possible to generate atomic hydrogen.

すなわち、本発明では、前記原子状水素の生成方法として、プラズマを用いたものに限らず、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、加熱した媒体を設置し、該媒体表面で生じる触媒分解反応を利用して原子状水素を発生させることも可能である。   That is, in the present invention, the method for generating atomic hydrogen is not limited to the method using plasma, and catalytic decomposition that occurs on the surface of the medium is performed by installing a heated medium in an atmosphere containing hydrogen and having a total pressure of 10 to 1520 Torr. It is also possible to generate atomic hydrogen using a reaction.

また、本発明のSi精製方法では、前記加熱物体の温度を150℃〜650℃とすることが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable that the temperature of the heated object is 150 ° C. to 650 ° C.

これにより、具体的に、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御することができる。   In this way, the temperature of the hydrogenated gas population can be specifically controlled in a range that is not less than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and not more than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si.

また、本発明のSi精製方法では、前記加熱物体の温度を制御することにより、除去したい元素の前記加熱物体表面に固着させる量を調整することが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable to adjust the amount of the element to be removed fixed to the surface of the heated object by controlling the temperature of the heated object.

本発明のSi精製装置では、前記多孔質体は、導電性物質からなっていると共に、上記多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段が設けられていることが好ましい。   In the Si purification apparatus of the present invention, it is preferable that the porous body is made of a conductive material and provided with temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body.

これにより、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御することができると共に、反応速度を容易に調整することができる。   This makes it possible to control the temperature of the hydrogenated gas population within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si, and facilitates the reaction rate. Can be adjusted.

また、本発明のSi精製方法では、前記除去したい元素を水素化ガス母集団から除去した後、前記Siからなる水素化ガスを基板に分解付着させて、固体Siを形成することが好ましい。   In the Si purification method of the present invention, it is preferable that after removing the element to be removed from the hydrogenated gas population, the hydrogenated gas comprising Si is decomposed and attached to the substrate to form solid Si.

本発明のSi精製膜製造装置は、上記課題を解決するために、上記記載のSi精製装置を備えたSi精製膜製造装置であって、前記除去したい元素を水素化ガス母集団から除去した後の前記Siからなる水素化ガスを基板に分解付着させて、固体Siを形成するSi成膜手段と備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the Si purified film manufacturing apparatus of the present invention is a Si purified film manufacturing apparatus equipped with the Si purification apparatus described above, after the element to be removed is removed from the hydrogenated gas population. And a Si film forming means for decomposing and adhering the hydrogenated gas composed of Si to the substrate to form solid Si.

これにより、例えば金属級Si等の低純度Siから精製された高純度SiHを用いてSiを成膜することにより、例えば、太陽電池級Si原材料等の高純度Siの膜を形成することができる。 Thus, for example, a high purity Si film such as a solar cell grade Si raw material can be formed by depositing Si using high purity SiH 4 purified from low purity Si such as metal grade Si. it can.

本発明のSi精製膜製造装置では、前記Si成膜手段から排出された水素ガスを、前記水素化ガス母集団発生手段の入り口側に戻す循環手段を備えていることが好ましい。   In the Si purified film manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the apparatus includes a circulating unit that returns the hydrogen gas discharged from the Si film forming unit to the inlet side of the hydrogenated gas population generating unit.

これにより、Si成膜手段から排出された水素ガスは、循環手段によって、前記水素化ガス母集団発生手段の入り口側に戻されるので、水素化ガス母集団発生手段では、この水素ガスを原子状水素のために再利用することができる。   As a result, the hydrogen gas discharged from the Si film forming means is returned to the inlet side of the hydrogenated gas population generating means by the circulating means, so that the hydrogenated gas population generating means converts the hydrogen gas into atomic form. Can be reused for hydrogen.

本発明のSi精製方法は、以上のように、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する工程と、上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去して、上記低純度Siよりも純度の高い高純度Siを得る工程とを含む方法である。   As described above, the Si purification method of the present invention includes a hydrogenation gas comprising an element to be removed and a hydrogenation gas comprising Si by chemically reacting low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen. A step of generating a gas population, and heating the hydrogenated gas population to a temperature that is higher than a decomposition temperature of a hydrogenated gas composed of an element to be removed and lower than a decomposition temperature of a hydrogenated gas composed of Si And a step of fixing the element to be removed to the heated object surface by colliding with the object surface and removing it from the hydrogenated gas population to obtain high purity Si having a purity higher than that of the low purity Si. is there.

本発明のSi精製装置は、以上のように、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する水素化ガス母集団発生手段と、上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する不純物水素化ガス除去手段とを備えているものである。   As described above, the Si purification apparatus of the present invention includes a hydrogenation gas comprising an element to be removed and a hydrogenation gas comprising Si by chemically reacting low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen. Hydrogen gas population generating means for generating a gas population and a range in which the hydrogen gas population is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and equal to or lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si. Impurity hydrogenated gas removing means for fixing the element to be removed to the surface of the heated object and removing it from the hydrogenated gas population by making it collide with the temperature-controlled heated object surface.

本発明のSi精製膜製造装置は、以上のように、上記記載のSi精製装置を備えたSi精製膜製造装置であって、前記除去したい元素を水素化ガス母集団から除去した後の前記Siからなる水素化ガスを基板に分解付着させて、固体Siを形成するSi成膜手段と備えているものである。   As described above, the Si purified film manufacturing apparatus of the present invention is a Si purified film manufacturing apparatus including the Si purifying apparatus described above, and the Si after the element to be removed is removed from the hydrogenated gas population. And a Si film forming means for forming solid Si by decomposing and adhering a hydrogenation gas comprising

それゆえ、低純度Siから高純度Siへの精製を効率良く行い得るSi精製方法、Si精製装置及びSi精製膜製造装置を提供するという効果を奏する。   Therefore, there is an effect of providing an Si purification method, an Si purification apparatus, and an Si purified film manufacturing apparatus that can efficiently purify from low purity Si to high purity Si.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図8に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as follows.

本実施の形態で説明するシリコン(Si)精製方法は、金属級Si(MG−Si:Metallurgical Grade Si)中に含有されるボロン(B)等の不純物を高効率に除去して、太陽電池級Si(SOG−Si:Solar grade Si)のボロン(B)濃度にまで低減するシリコン(Si)(以下、単に、「Si」と記載する。)の精製方法である。尚、金属級Siとは、不純物濃度が1000ppmwt以上であるSiをいう。また、太陽電池級Siとは、不純物濃度が1ppmwt以下であるSiをいう。   The silicon (Si) refining method described in the present embodiment is a solar cell grade by removing impurities such as boron (B) contained in metal grade Si (MG-Si: Metallurgical Grade Si) with high efficiency. This is a method for purifying silicon (Si) (hereinafter simply referred to as “Si”), which is reduced to the boron (B) concentration of Si (SOG-Si: Solar grade Si). Metal grade Si refers to Si having an impurity concentration of 1000 ppmwt or more. Solar cell grade Si refers to Si having an impurity concentration of 1 ppmwt or less.

最初に、本実施の形態のSi精製方法の原理について説明する。   First, the principle of the Si purification method of the present embodiment will be described.

金属級Siの精製をより高効率に行うため、重要となるのは、まず、大気圧水素プラズマと金属級Siとの間の水素化反応である。本実施の形態のSi精製方法では、金属級Siが大気圧水素プラズマに暴露された場合、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属不純物は、大気圧水素プラズマにより水素化されても揮発しないため、金属級Si表面に残留し易いことを利用している。   In order to purify metal-grade Si with higher efficiency, what is important is a hydrogenation reaction between atmospheric hydrogen plasma and metal-grade Si. In the Si purification method of the present embodiment, when metal grade Si is exposed to atmospheric pressure hydrogen plasma, iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), chromium (Cr), etc. Since metal impurities do not volatilize even when hydrogenated by atmospheric pressure hydrogen plasma, the fact that they easily remain on the surface of metal grade Si is utilized.

そして、上記金属級Siを大気圧水素プラズマに暴露した際、金属級Siを構成するシリコン(Si)は、シラン(SiH)(以下、単に「SiH」と記載する。)系の水素化物となって気化すると同時にボロン(B)についても、Siとは異なる確率ながらもジボラン(B)(以下、単に「B」と記載する。)系の水素化物となって気化する。 When the metal grade Si is exposed to atmospheric pressure hydrogen plasma, silicon (Si) constituting the metal grade Si is a silane (SiH 4 ) (hereinafter simply referred to as “SiH 4 ”) hydride. At the same time, boron (B) is vaporized as a hydride of diborane (B 2 H 6 ) (hereinafter simply referred to as “B 2 H 6 ”) with a probability different from that of Si. To do.

ここで、SiH及びBの分解反応における活性化エネルギーは、それぞれ2eV、1.11eVであり、Bの活性化エネルギーが約0.9eV低いことがわかる。このことは、Bがより低温で分解し易いことを意味している。例えば、ある温度に保たれた物質表面にSiH及びBの混合気体が接触した場合を考える。 Here, it can be seen that the activation energies in the decomposition reaction of SiH 4 and B 2 H 6 are 2 eV and 1.11 eV, respectively, and the activation energy of B 2 H 6 is about 0.9 eV lower. This means that B 2 H 6 is easily decomposed at a lower temperature. For example, consider a case where a mixed gas of SiH 4 and B 2 H 6 is in contact with the surface of a substance kept at a certain temperature.

まず、図1(a)に示すように、物質表面の温度が十分低ければSiH及びB共に分解されることなく物質表面から再飛散する。一方、図1(b)に示すように、物質表面の温度が非常に高温である場合、SiH及びB共に物質表面にて分解し、固着してしまうため、100%の分解率であれば、物体接触後のガスには、SiH及びBのいずれもが含有されないこととなる。そこで、SiH及びBがそれぞれ異なる分解活性化エネルギーを有することを利用し、SiHの分解が顕著でなくかつBが効率良く分解される領域の温度に物体表面温度を設定する。この場合、ある混合比をもって到達したSiH及びB混合ガスは、BがSiHに比較して分解固着し易い。 First, as shown in FIG. 1A, if the temperature of the material surface is sufficiently low, both SiH 4 and B 2 H 6 are re-scattered from the material surface without being decomposed. On the other hand, as shown in FIG. 1B, when the temperature of the material surface is very high, both SiH 4 and B 2 H 6 are decomposed and fixed on the material surface. Then, neither SiH 4 nor B 2 H 6 is contained in the gas after contacting the object. Therefore, by utilizing the fact that SiH 4 and B 2 H 6 have different decomposition activation energies, the object surface temperature is set to a temperature in a region where SiH 4 is not significantly decomposed and B 2 H 6 is efficiently decomposed. Set. In this case, in the SiH 4 and B 2 H 6 mixed gas that has reached a certain mixing ratio, B 2 H 6 is easily decomposed and fixed as compared with SiH 4 .

このため、固体表面衝突後の混合ガスでは、図1(c)に示すように、SiHの比率が大きくなる。ここで、分子1個が熱分解反応により、固体表面へ固着する固着速度定数rは、以下のアレニウスの式(1)によって与えられる。 Therefore, in the mixed gas after Solid surface collision, as shown in FIG. 1 (c), the ratio of SiH 4 is increased. Here, the fixation rate constant r at which one molecule is fixed to the solid surface by the thermal decomposition reaction is given by the following Arrhenius equation (1).

r=A・exp(−Ea/k・T) ………(1)
ただし、Aは頻度因子、Tは絶対温度、kはボルツマン定数である。
r = A · exp (−Ea / k · T) (1)
However, A is a frequency factor, T is an absolute temperature, and k is a Boltzmann constant.

この式に、先に挙げた各ガスの活性化エネルギーを代入し、各温度における固着速度定数rを求め、その速度定数の比を算出することにより、定量的な推量を行った。   By substituting the activation energy of each gas listed above into this equation, the fixing rate constant r at each temperature was determined, and the ratio of the rate constants was calculated, so that quantitative estimation was performed.

ここで、係数Aは、厳密には、温度の関数となるが、指数関数の項の変化に比較し、非常に緩やかな変化しか示さないため、ここでは一定とした。   Strictly speaking, the coefficient A is a function of temperature. However, since the coefficient A shows only a very gradual change compared to the change of the exponential function term, it is assumed to be constant here.

それぞれのガスのAxをASiH、ABと与えた場合、
AB=(200,1,0.2,0.0002)×ASiH
の4通りで計算した。尚、ここでは、規格化のためASiH=1としている。結果を図2に示す。
When Ax of each gas is given as ASiH 4 and AB 2 H 6 ,
AB 2 H 6 = (200, 1, 0.2, 0.0002) × ASiH 4
It calculated in four ways. Here, ASiH 4 = 1 is set for standardization. The results are shown in FIG.

図2に示すように、物体表面の温度が低温になれば、反応レートである固着速度定数rの比(以下、単に「反応レート比」という。)が格段に上昇することがわかる。   As shown in FIG. 2, it can be seen that when the temperature of the object surface becomes low, the ratio of the fixing rate constant r, which is the reaction rate (hereinafter simply referred to as “reaction rate ratio”), increases significantly.

一般的な熱CVDの実験では、550℃以上の温度にてSiHの熱分解・固着現象が顕著になるが、550℃の温度において、SiHとBとの反応レート比は、同等の頻度因子を有する場合、10万倍以上、Bが分解固着し易いことがわかる。また、図2に示すように、Bの頻度因子がSiHの1/5000となっても、100倍以上、Bが固体表面へ固着し易い。このことは、Bの熱分解が生じ易く、SiHが略分解しない温度として適切に設定した物体表面へSiHとBの混合ガスを接触させることによって、Bのみが100倍以上の選択比にて固体表面に固着していくため、混合気体中のSiH濃度は、相対的に上昇することとなる。 In a general thermal CVD experiment, the thermal decomposition and fixing phenomenon of SiH 4 becomes prominent at a temperature of 550 ° C. or higher, but at a temperature of 550 ° C., the reaction rate ratio between SiH 4 and B 2 H 6 is when having the same frequency factor, 100,000 times or more, B 2 H 6 it can be seen that easily decomposes secured. Further, as shown in FIG. 2, also the frequency factor of B 2 H 6 becomes 1/5000 of SiH 4, 100 times or more, B 2 H 6 is fixed to a solid surface easily. This is because thermal decomposition of B 2 H 6 is likely to occur, and by bringing a mixed gas of SiH 4 and B 2 H 6 into contact with an object surface appropriately set as a temperature at which SiH 4 does not substantially decompose, B 2 H 6 Since only adheres to the solid surface at a selection ratio of 100 times or more, the SiH 4 concentration in the mixed gas relatively increases.

この現象は、混合ガスからのボロン(B)成分の除去、つまりSiHの精製に他ならず、このような熱分解による固着を利用した手法により、ガス中のボロン(B)水素化物の除去が可能となる。 This phenomenon is nothing but the removal of boron (B) component from the mixed gas, that is, the purification of SiH 4 , and the removal of boron (B) hydride in the gas by the technique utilizing fixation by such thermal decomposition. Is possible.

そこで、金属級Siを大気圧水素プラズマに暴露することにより生じたシリコン(Si)及びボロン(B)を含む水素化混合ガスに対し、本原理を適用することによって、ガス中のボロン(B)濃度を劇的に低減することができる。   Therefore, by applying this principle to a hydrogenated mixed gas containing silicon (Si) and boron (B) generated by exposing metal grade Si to atmospheric pressure hydrogen plasma, boron (B) in the gas is obtained. Concentration can be dramatically reduced.

この劇的にボロン(B)が低減された混合ガスを利用して、熱CVD等の一般的な成膜法によりSi膜を形成すれば、金属級Si中の初期ボロン(B)濃度に対して、極度にボロン(B)濃度が低減されたSiを形成することができる。つまり、金属級Siからの金属除去(水素化反応の選択性)、及びボロン(B)除去(熱分解反応の選択性)が可能となる。   If the Si film is formed by a general film forming method such as thermal CVD using the mixed gas in which boron (B) is dramatically reduced, the initial boron (B) concentration in the metal grade Si is reduced. Thus, Si having an extremely reduced boron (B) concentration can be formed. In other words, metal removal from metal grade Si (selectivity of hydrogenation reaction) and boron (B) removal (selectivity of thermal decomposition reaction) are possible.

上記の原理によるボロン(B)除去効果を実証するために、図3に示すSi精製装置10を用いた検証実験を行ったので、以下に説明する。   In order to demonstrate the boron (B) removal effect based on the above principle, a verification experiment using the Si purifying apparatus 10 shown in FIG. 3 was conducted, which will be described below.

上記のSi精製装置10は、図3に示すように、例えば容積400Lの真空チャンバー1と、各ガスの流量制御を行うマスフローコントローラ2と、プラズマを生成すると共にプラズマ内へガス供給を行う焼結ガラス状カーボン製の多孔質カーボン電極3と、この多孔質カーボン電極3にガス供給を行うためのガス供給室4と、Si基板5を載置する基板ヒータ6と、電力を供給するためのマッチングボックス7及びプラズマ用電源8等からなっている。尚、本実施の形態では、基板にはSi(001)基板を用いている。   As shown in FIG. 3, the Si purification apparatus 10 includes, for example, a vacuum chamber 1 having a volume of 400 L, a mass flow controller 2 that controls the flow rate of each gas, and a sintering that generates plasma and supplies gas into the plasma. Porous carbon electrode 3 made of glassy carbon, gas supply chamber 4 for supplying gas to porous carbon electrode 3, substrate heater 6 on which Si substrate 5 is placed, and matching for supplying electric power It consists of a box 7 and a power source 8 for plasma. In the present embodiment, a Si (001) substrate is used as the substrate.

上記Si精製装置10において、まず、基板温度を570℃とし、電力密度を40W/cm、SiH流量を35sccmで一定として、B流量を0.01、0.03、0.1sccmの3通りの流量で供給し、プラズマによる分解によりSi膜を作製した。ここで、多孔質カーボン電極3の厚さは、5mmとした。また、多孔質カーボン電極3の加熱は、Si基板5が570℃に加熱される際の輻射熱、及び生成したプラズマからの熱によって行っている。Si基板5と多孔質カーボン電極3の表面との距離、即ちプラズマが生起されるギャップは、0.7mmである。 In the Si purification apparatus 10, first, the substrate temperature is 570 ° C., the power density is 40 W / cm 2 , the SiH 4 flow rate is constant at 35 sccm, and the B 2 H 6 flow rate is 0.01, 0.03, 0.1 sccm. The Si film was manufactured by plasma decomposition. Here, the thickness of the porous carbon electrode 3 was 5 mm. The porous carbon electrode 3 is heated by radiant heat when the Si substrate 5 is heated to 570 ° C. and by heat from the generated plasma. The distance between the Si substrate 5 and the surface of the porous carbon electrode 3, that is, the gap in which plasma is generated is 0.7 mm.

このような加熱多孔質体を通過した原料ガスを用いて大気圧プラズマCVDにより作製したSi膜中のボロン(B)濃度をSIMS(Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer:二次イオン質量分析計)により測定した。尚、作製したSi膜は、単結晶化していた。そこで、結晶シリコン(Si)の原子数密度に対するSi膜中のボロン(B)原子数密度の比(Γfilm=(CB/CSi))を算出すると共に、多孔質体を通過する前の原料ガス中に含まれるSi原子数に対するボロン(B)原子数の比(Γgas=(CB/CSi))についても算出し、ΓgasとΓfilmとの関係を調べた。その結果を、図4に示す。   The boron (B) concentration in the Si film produced by atmospheric pressure plasma CVD using the source gas that has passed through such a heated porous body is measured by SIMS (Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer). did. The produced Si film was single crystallized. Therefore, the ratio (Γfilm = (CB / CSi)) of the boron (B) atomic number density in the Si film to the atomic number density of crystalline silicon (Si) is calculated, and the raw material gas before passing through the porous body is calculated. The ratio of the number of boron (B) atoms to the number of Si atoms contained in (Γgas = (CB / CSi)) was also calculated, and the relationship between Γgas and Γfilm was examined. The result is shown in FIG.

図4に示すように、ΓgasとΓfilmとは、線形の関係にあることがわかる。図中にはフィッティングした直線も示した。   As shown in FIG. 4, it can be seen that Γgas and Γfilm have a linear relationship. The fitted straight line is also shown in the figure.

ここで、フィッティングにより得られた直線の傾きは0.001であった。このことは、多孔質体を通過したガスを利用して成膜することにより、ガス中に含まれるSiに対するボロン(B)の比率に対し、作製された膜中のボロン(B)の比率が1/1000になることを示している。つまり、原料ガスが多孔質体を通過することによって、ボロン(B)元素を含むガス成分が除去されたため、供給した原料ガスのボロン(B)濃度よりも顕著にボロン(B)濃度の低減されたSi膜が形成できていることを示している。また。先に述べたように、ΓgasとΓfilmとが、いずれのΓgasにおいても良い線形関係を示していることから、供給ガス中の初期ボロン濃度が今回の条件以下にまで低減した場合でも、
Γfilm=1/1000xΓgas
という関係式により、膜中のボロン(B)の濃度を低減できることがわかる。
Here, the slope of the straight line obtained by the fitting was 0.001. This is because the ratio of boron (B) in the produced film is compared to the ratio of boron (B) to Si contained in the gas by forming a film using the gas that has passed through the porous body. It shows that it becomes 1/1000. That is, since the gas component containing the boron (B) element is removed by passing the raw material gas through the porous body, the boron (B) concentration is significantly reduced from the boron (B) concentration of the supplied raw material gas. This shows that a Si film can be formed. Also. As described above, since Γgas and Γfilm show a good linear relationship in any Γgas, even when the initial boron concentration in the supply gas is reduced below this condition,
Γfilm = 1/1000 × Γgas
From the relational expression, it can be seen that the concentration of boron (B) in the film can be reduced.

そこで、この比例係数1/1000が、どのような物理現象により決定されているのかを調べるため、SiH流量35sccm、B流量0.1sccm、さらには投入電力密度を40W/cm一定とし、基板温度を370℃、470℃、570℃と変化させ、Γfilm及びΓgasが示す一次関数の傾きの変化を調べた。その結果を、図5に示す。図5は、アレニウスプロットにより表記されている。 Therefore, in order to investigate what physical phenomenon this proportionality factor 1/1000 is determined, the SiH 4 flow rate is 35 sccm, the B 2 H 6 flow rate is 0.1 sccm, and the input power density is constant at 40 W / cm 2. The substrate temperature was changed to 370 ° C., 470 ° C., and 570 ° C., and the change in the slope of the linear function indicated by Γfilm and Γgas was examined. The result is shown in FIG. FIG. 5 is represented by an Arrhenius plot.

図5から明らかなように、Γfilm/Γgasで求められる傾きは、温度の上昇に対して指数関数的に減少することがわかる。基板温度が570℃の時に約1/1000、470℃の時には約1/300、そして、370℃のとき約1/10であった。   As can be seen from FIG. 5, the slope determined by Γfilm / Γgas decreases exponentially with increasing temperature. When the substrate temperature was 570 ° C., it was about 1/1000, when it was 470 ° C., about 1/300, and when it was 370 ° C., it was about 1/10.

このことは、基板温度を上昇させる、すなわち、多孔質体の温度を上昇させることによって、より高い確率でBガスが分解固着し、Si膜中へのボロン(B)の混入が抑制できていることを示している。これは、加熱した多孔質体を用いてB及びSiH混合ガスから、より純度の高いSiを作製できたことに他ならない。そこで、このB除去現象の主原因を特定するため、図5にて得られたアレニウスプロットの傾きから、ボロン(B)除去現象の活性化エネルギーを算出した。その結果、約1.04±0.009eVが得られた。この値は、先に述べたBの分解活性化エネルギー1.11eVに対して、誤差の範囲において非常に近い値を示している。このことは、観察されたボロン(B)除去現象が、Bの熱分解により支配されている現象であることを示している。 This is because the substrate temperature is raised, that is, the temperature of the porous body is raised, so that the B 2 H 6 gas is decomposed and fixed with a higher probability, and the incorporation of boron (B) into the Si film is suppressed. It shows that it is made. This is none other than the fact that Si with higher purity could be produced from a B 2 H 6 and SiH 4 mixed gas using a heated porous body. Therefore, in order to identify the main cause of this B 2 H 6 removal phenomenon, the activation energy of the boron (B) removal phenomenon was calculated from the slope of the Arrhenius plot obtained in FIG. As a result, about 1.04 ± 0.009 eV was obtained. This value is very close to the above-described decomposition activation energy of B 2 H 6 of 1.11 eV in the error range. This indicates that the observed boron (B) removal phenomenon is dominated by the thermal decomposition of B 2 H 6 .

以上の検討結果から、前述した原理の説明で述べた、各種水素化ガスの熱分解挙動の差異を利用した不純物の除去法の有効性を実証できたといえる。   From the above examination results, it can be said that the effectiveness of the impurity removal method using the difference in the thermal decomposition behavior of various hydrogenation gases described in the explanation of the principle described above has been proved.

本実施の形態で提唱する原理により、Si精製装置10を用いることにより、B及びSiH等の水素化混合ガスから、SiHのみを優先的に取り出し、純度の高い固体Siを作製できることが明らかになった。 Based on the principle proposed in the present embodiment, by using the Si purification apparatus 10, only SiH 4 is preferentially extracted from a hydrogenated mixed gas such as B 2 H 6 and SiH 4 to produce high-purity solid Si. It became clear that we could do it.

ここで、本実施の形態のSi精製方法の原理を用いてBの除去率を高めるためには、Bと固体表面の接触確率を増加させておくことが好ましい。この条件を満足させるため、実用においては、例えば、図6に示すように、混合ガスを、表面積を稼ぐために長い配管11の中を通す方法、又は図7に示すように、適当な温度に加熱された多孔質体12中を通過させる方法等が考えられる。 Here, in order to increase the removal rate of B 2 H 6 using the principle of the Si purification method of the present embodiment, it is preferable to increase the contact probability between B 2 H 6 and the solid surface. In order to satisfy this condition, in practice, for example, as shown in FIG. 6, a mixed gas is passed through a long pipe 11 to increase the surface area, or as shown in FIG. A method of passing through the heated porous body 12 is conceivable.

とりわけ多孔質体12は、小さな体積で大きな表面積を担保することが可能であることから最適であると考えられる。例えば、AH及びBHの多孔質体表面と1回当たりの衝突による表面反応確率をx、yとし、それぞれの初期濃度をCA0、CB0とすれば、衝突回数Z回だけ多孔質体12を構成する内部微細穴の内壁に衝突し、ガスが多孔質体12を通過した場合、通過後の濃度C、Cは、それぞれ、
=CA0(1−x)
=CB0(1−y)
と記述できる。
In particular, the porous body 12 is considered optimal because it can secure a large surface area with a small volume. For example, if the surface reaction probabilities due to collisions with the porous body surface of AH 3 and BH 4 per time are x and y, and the respective initial concentrations are C A0 and C B0 , the porous body is Z times of collisions. When the gas collides with the inner wall of the internal microhole constituting 12 and the gas passes through the porous body 12, the concentrations C A and C B after passing are respectively
C A = C A0 (1-x) z
C B = C B0 (1-y) z
Can be described.

以上の式は、x≠yである場合、通過後の濃度Cと濃度Cとの濃度比を、衝突回数Z乗だけ増幅(指数関数的な増幅)できることを意味している。 The above expression means that when x ≠ y, the density ratio between the density C A and the density C B after passing can be amplified by the number of times of collision Z (exponential amplification).

そこで、N回衝突後のガス濃度比率C/Cをとると、図8に示すようになる。ここで、初期濃度は、CA0=CB0とした。 Therefore, when the gas concentration ratio C A / C B after N collisions is taken, it is as shown in FIG. Here, the initial density was C A0 = C B0 .

図8に示すように、濃度比の衝突回数依存性は、元素Aの反応確率に非常に敏感であり、元素Bを含むガスの反応確率が1〜2桁程度変動してもあまり影響がない。また、図8に示すように、比較的少ない衝突確率にて、濃度Cの濃度Cに対する濃度比率を上昇させるためには、元素Aの反応確率が十分高い(図8では10%程度)温度に設定する必要があることがわかる。元素Aに関連する気体の反応確率を10%とした場合、元素Bに関する気体の反応確率が元素Aの1/100であったとしても、僅か50回の衝突を繰り返すことによって、元素Bの元素Aに対する濃度比を100倍まで高めることが可能になることがわかる。 As shown in FIG. 8, the dependence of the concentration ratio on the number of collisions is very sensitive to the reaction probability of the element A, and even if the reaction probability of the gas containing the element B fluctuates by about 1 to 2 digits, there is not much influence. . Further, as shown in FIG. 8, the reaction probability of the element A is sufficiently high (about 10% in FIG. 8) in order to increase the concentration ratio of the concentration C B to the concentration C A with a relatively low collision probability. It can be seen that the temperature needs to be set. When the reaction probability of the gas related to the element A is 10%, even if the reaction probability of the gas related to the element B is 1/100 of that of the element A, the element of the element B is repeated by repeating collisions only 50 times. It can be seen that the concentration ratio to A can be increased up to 100 times.

この結果、それぞれの熱分解挙動の温度依存性の差異を利用して、SiHとBとの混合気体からBを除去することが可能なことがわかる。 As a result, it can be seen that B 2 H 6 can be removed from the mixed gas of SiH 4 and B 2 H 6 by utilizing the difference in temperature dependence of the thermal decomposition behavior.

このように、本実施の形態のSi精製方法は、SiH及びB等の水素化混合ガスからSiHのみを採取する方法である。より具体的には、温度依存性を利用して、Bを分解固着し、SiHは分解せずに通過させ、Bをガス中から除去する。ガスBを含有するSiHガスの経路に、適切に温度管理されたガス接触部を設け、ガス分子の分解固着反応の接触部は、意図した長い配管や、多孔質体等の形態を用いる。 Thus, the Si purification method of the present embodiment is a method of collecting only SiH 4 from a hydrogenated mixed gas such as SiH 4 and B 2 H 6 . More specifically, B 2 H 6 is decomposed and fixed using temperature dependence, SiH 4 is allowed to pass through without being decomposed, and B 2 H 6 is removed from the gas. A gas contact part appropriately controlled in temperature is provided in the path of the SiH 4 gas containing the gas B 2 H 6, and the contact part for the decomposition and fixation reaction of the gas molecules is in the form of an intended long pipe or porous body. Is used.

これにより、金属級Siを原料とした水素化ガスの混合物に対し、本手法を用いれば、僅か1工程にて金属級Si中に含有されるボロン(B)を1/1000以下まで容易に除去することができる。   This makes it possible to easily remove boron (B) contained in metal-grade Si to 1/1000 or less in just one step, using this method for a mixture of hydrogenated gases made from metal-grade Si. can do.

ここで、従来法(酸化除去法)では、1工程で高々1/2程度であり、この値と比較した場合、本手法は500倍以上の精製能力を有することがわかる。また、一般的なシーメンス法等により生成された水素化ガスの混合ガスに対しても、本手法によるボロン(B)除去能力は有効に作用する。さらに、例えばAPECT法(Atmospheric-pressure Plasma Enhanced Chemical Transport:大気圧プラズマ援用化学輸送法)により、金属級Siを原料に生成された水素化混合ガスに対して用いれば、同様に、金属級Siからのボロン(B)、及び金属元素の除去が可能となる。このことは、APECT法と本手法とを併用することによって、従来容易でなかった太陽電池級Si製造工程でのボロン(B)除去を容易ならしめるのみならず、シーメンス法等を経て精製・製造されるSiHを用いずに、高純度なSi膜を作製することができることを意味している。つまり、廉価な金属級Siを原料として、太陽電池級Siバルク基板、及び薄膜Siを作製することが可能となるため、太陽電池製造分野にとってSi原材料の供給に左右されないメリットを有する。 Here, in the conventional method (oxidation removal method), it is about 1/2 at most in one step, and it can be seen that this method has a purification capacity of 500 times or more when compared with this value. Moreover, the boron (B) removal capability by this method works effectively also to the mixed gas of the hydrogenation gas produced | generated by the general Siemens method etc. Furthermore, if metal grade Si is used for the hydrogenated mixed gas produced from the raw material by, for example, APECT method (Atmospheric-pressure Plasma Enhanced Chemical Transport), the metal grade Si is similarly used. Boron (B) and metal elements can be removed. This is because not only can the boron (B) removal in the solar cell grade Si manufacturing process, which was not easy in the past, be made easy by using the APECT method and this method together, but also refinement and manufacturing through the Siemens method and the like. This means that a high-purity Si film can be produced without using SiH 4 . That is, since it is possible to produce a solar cell grade Si bulk substrate and a thin film Si using inexpensive metal grade Si as a raw material, the solar cell manufacturing field has an advantage that does not depend on the supply of Si raw materials.

また、本実施の形態においては、熱分解反応を効率良く生じさせるため、ボロン除去装置には、加熱制御が可能な多孔質体を用いている。この多孔質体は、SiH分解に対し触媒作用が無く、耐薬性が高い、電気伝導性を有するという観点からカーボンの焼結体が望ましい。 In the present embodiment, a porous body that can be controlled by heating is used for the boron removing device in order to efficiently generate a thermal decomposition reaction. The porous body is preferably a carbon sintered body from the viewpoint that it has no catalytic action against SiH 4 decomposition, high chemical resistance, and electrical conductivity.

そして、上記材質からなる多孔質体を用いることにより、通電加熱による温度調整が可能になるのみならず、多孔質体が除去物質で詰まった際に薬液等による再生処理が可能となる。   By using a porous body made of the above material, not only temperature adjustment by electric heating is possible, but also regeneration processing with a chemical solution or the like is possible when the porous body is clogged with a removal substance.

さらに、多孔質体は、不要な水素化物除去の役割以外にも、金属級Siの水素化過程で生成されるパーティクルつまり微粒子の除去にも大きな役割を果たす。このような本実施の形態で用いるフィルタ機能付きの熱分解型多孔質フィルタは、例えば、直径が80μm程度のガラス状カーボン球体を焼結し、ガス通過厚みを5mm、気孔率を30%程度としたものとすることができる。しかし、必ずしもこれに限らず、実際の運用条件においてこれら数値の組み合わせを適宜変更しても構わない。ただし、気孔率が低下すれば、多孔質体による圧力損失が大きくなること、目詰まりの頻度が大きくなること、さらには再生処理の際の再生時間が長くなることが予想されるため過度の低気孔率化は望ましくない。以上の観点から、気孔率は5%〜70%程度が望ましいといえる。   Furthermore, the porous body plays a major role in removing particles, that is, fine particles generated in the hydrogenation process of metal grade Si, in addition to the role of removing unnecessary hydrides. Such a pyrolytic porous filter with a filter function used in the present embodiment is, for example, sintered glassy carbon spheres having a diameter of about 80 μm, a gas passage thickness of 5 mm, and a porosity of about 30%. Can be. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the combination of these numerical values may be appropriately changed under actual operation conditions. However, if the porosity is reduced, the pressure loss due to the porous material will increase, the frequency of clogging will increase, and the regeneration time during the regeneration process is expected to be long. Porosity is not desirable. From the above viewpoint, it can be said that the porosity is preferably about 5% to 70%.

さらに、除去対象となる水素化物の分解温度にもよるが、熱分解型多孔質フィルタの温度は、粒径80μm、30%の気孔率を有する条件においては、SiHの分解が顕著となる温度650℃以下が望ましい。また、水素化ガス母集団に混入したBの除去を行う場合には、150℃以上に設定する必要がある。上記の温度範囲において、熱分解型多孔質フィルタを上限温度に近い温度に設定した場合、ガスが通過する多孔質体の長さを短くすることが必要となる。これは、多孔質体長さが長くなることにより、精製対象となるSiHの通過をも妨げてしまうためである。一方、下限温度に近い温度に設定した場合、多孔質体の長さを長く確保する必要がある。 Further, although depending on the decomposition temperature of the hydride to be removed, the temperature of the thermal decomposition type porous filter is a temperature at which decomposition of SiH 4 becomes remarkable under the condition of a particle size of 80 μm and a porosity of 30%. 650 ° C. or lower is desirable. Further, when removing B 2 H 6 mixed in the hydrogenated gas population, it is necessary to set the temperature to 150 ° C. or higher. In the above temperature range, when the pyrolytic porous filter is set to a temperature close to the upper limit temperature, it is necessary to shorten the length of the porous body through which the gas passes. This is because an increase in the length of the porous body also hinders the passage of SiH 4 to be purified. On the other hand, when the temperature is set close to the lower limit temperature, it is necessary to ensure a long porous body.

尚、本発明において、SiHとの熱分解反応温度の違いがあれば、Bに限定される技術では無い。 In the present invention, if there is a difference in thermal decomposition reaction temperature with SiH 4 , the technique is not limited to B 2 H 6 .

また、金属級Siの水素化方法は、プラズマを用いたものに限定されない(例えば高温の金属加熱体による原子状水素の利用)が、気体が粘性流的性質を示す顕著な領域(10Torr〜)での運用が望ましい。   In addition, the hydrogenation method of metal grade Si is not limited to the one using plasma (for example, use of atomic hydrogen by a high-temperature metal heater), but a remarkable region (10 Torr or more) in which the gas exhibits viscous flow properties. It is desirable to operate in

さらに、従来の、一般的な高純度SiHの製造では、SiHClを出発原料とした不均化反応によるSiHの製造が行われるが、この際には、再処理に大きなコストを必要とするSiClが反応副生成物として発生する。一方、本実施の形態のSi精製方法によれば、直接的にSiHを製造可能とすることができるので、上記副生成物処理の問題を回避できる。すなわち、環境配慮型のプロセスである。 Furthermore, conventional, in the manufacture of a typical high purity SiH 4, although the production of SiH 4 by disproportionation reaction using SiHCl 3 as the starting material takes place, in this case, requires a large cost to reprocess SiCl 4 is generated as a reaction byproduct. On the other hand, according to the Si purification method of the present embodiment, SiH 4 can be directly produced, so that the problem of the by-product treatment can be avoided. In other words, it is an environmentally conscious process.

以上のように、本実施の形態のSi精製方法は、原料としての金属級Siを原子状水素と化学反応させることにより、例えば、SiH、及びB等の水素化ガスが混合状態となった水素化ガス母集団が生成される。尚、このとき、例えば、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属は、原子状水素と化学反応させて水素化しても揮発しないため、原料としての金属級Siの表面に残留し、金属級Siからは出てこない。 As described above, in the Si purification method of the present embodiment, for example, hydrogenated gases such as SiH 4 and B 2 H 6 are mixed by reacting metallic grade Si as a raw material with atomic hydrogen. The resulting hydrogen gas population is generated. At this time, for example, metals such as iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), and chromium (Cr) do not volatilize even when hydrogenated by chemical reaction with atomic hydrogen. Therefore, it remains on the surface of the metal grade Si as a raw material and does not come out from the metal grade Si.

ここで、SiH、及びB等の混合状態となった水素化ガス母集団から、太陽電池級Siのみを採取するためには、除去したいボロン(B)からなるBの水素化ガスを除去する必要がある。 Here, from SiH 4, and hydrogenation gas population became mixed state such as B 2 H 6, in order to collect only the solar-grade Si consists boron (B) to be removed of the B 2 H 6 It is necessary to remove the hydrogenation gas.

そこで、本実施の形態では、水素化ガス母集団を、除去したい元素であるボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体である多孔質カーボン電極3、配管11又は多孔質体12の表面に衝突させることにより、除去したいボロン(B)を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する。 Therefore, in this embodiment, the hydrogenation gas population is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenation gas B 2 H 6 made of boron (B), which is the element to be removed, and the decomposition temperature of the hydrogenation gas SiH 4 made of Si. The boron (B) to be removed is fixed to the surface of the heated object by colliding with the surface of the porous carbon electrode 3, the pipe 11 or the porous body 12, which is a heated object whose temperature is controlled in the following range. Remove from the chemical gas population.

すなわち、本実施の形態では、各種の水素化ガスが呈する熱分解温度の差異を利用し、除去したいボロン(B)を水素化ガス母集団から除去する。つまり、本実施の形態では、例えば、SiH、及びB等の混合状態となった水素化ガス母集団から、Bの水素化ガスを除去するために、熱分解反応の温度依存性を積極的に利用している。 That is, in this embodiment, boron (B) to be removed is removed from the hydrogenated gas population by utilizing the difference in thermal decomposition temperatures exhibited by various hydrogenated gases. That is, in this embodiment, for example, in order to remove the hydrogenated gas of B 2 H 6 from a hydrogenated gas population in a mixed state such as SiH 4 and B 2 H 6 , a thermal decomposition reaction is performed. We are actively using temperature dependence.

この結果、従来では、一度の工程で、例えば、低純度Si中に含有されるボロン(B)を1/2〜1/10までしか除去することができなかったが、本実施の形態では、一度の工程で、例えば、低純度Si中に含有されるボロン(B)を1/1000以下に除去することができる。このように、とりわけ水素化ガス母集団に含まれるBを効率よく除去することができる。 As a result, conventionally, for example, boron (B) contained in low-purity Si could be removed only up to 1/2 to 1/10 in one step, but in the present embodiment, In one step, for example, boron (B) contained in low-purity Si can be removed to 1/1000 or less. In this way, B 2 H 6 contained in the hydrogenation gas population can be particularly efficiently removed.

したがって、例えば金属級Siから太陽電池級Siの精製を効率的に行うべく、低純度Siから高純度Siへの精製を効率良く行い得るSi精製方法及びSi精製装置10を提供することができる。すなわち、一切の薬液、高温溶融処理、及び酸化性雰囲気を必要とせずに、金属級Siから太陽電池級Siの精製が可能となる。   Therefore, for example, in order to efficiently purify solar cell grade Si from metal grade Si, it is possible to provide a Si purification method and Si purification apparatus 10 that can efficiently purify from low purity Si to high purity Si. That is, it is possible to purify solar cell grade Si from metal grade Si without requiring any chemical solution, high temperature melting treatment, and oxidizing atmosphere.

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、低純度Siは、金属級Siであることが好ましい。   Further, in the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the low purity Si is preferably metal grade Si.

これにより、不純物濃度が1000ppmwt以上である廉価な金属級Siから、例えば、不純物濃度が1ppmwt以下の太陽電池級Siを効率的に製造することができる。   Thereby, for example, solar cell grade Si having an impurity concentration of 1 ppmwt or less can be efficiently produced from inexpensive metal grade Si having an impurity concentration of 1000 ppmwt or more.

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、除去したいボロン(B)を水素化ガス母集団から除去した後、Siからなる水素化ガスSiHをSi基板5に分解付着させて、固体Siを形成することが好ましい。 Further, in the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, after removing boron (B) to be removed from the hydrogenated gas population, the hydrogenated gas SiH 4 made of Si is decomposed and attached to the Si substrate 5. Thus, it is preferable to form solid Si.

これにより、例えば金属級Si等の低純度Siから精製された高純度SiHを用いてSiを成膜することにより、例えば、太陽電池級Si等の高純度Siの膜を形成することができる。 Thereby, for example, a film of high purity Si such as solar cell grade Si can be formed by depositing Si using high purity SiH 4 purified from low purity Si such as metal grade Si. .

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスはBであり、Siからなる水素化ガスはSiHであることが好ましい。 Further, in the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, it is preferable that the hydrogenated gas composed of boron (B) to be removed is B 2 H 6 and the hydrogenated gas composed of Si is SiH 4. .

これにより、水素化ガス母集団中に含まれる各種水素化ガスに熱分解温度の差異が存在するので、具体的に、太陽電池級Si原材料を形成することができる。   Thereby, since the difference in thermal decomposition temperature exists in various hydrogenation gas contained in a hydrogenation gas population, a solar cell grade Si raw material can be specifically formed.

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、温度制御された加熱物体は、多孔質体12からなっていることが好ましい。尚、多孔質体12は、例えば、絶縁体、金属又は半金属を用いることができる。   In the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the temperature-controlled heating object is preferably composed of the porous body 12. In addition, the porous body 12 can use an insulator, a metal, or a semimetal, for example.

これにより、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBとSiからなる水素化ガスSiHとが多孔質体12の内部を通過することにより、その内部では、温度を精度良く一定に保つことができる。したがって、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に容易かつ精度良く温度制御することが可能となる。 As a result, the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) to be removed and the hydrogenated gas SiH 4 made of Si pass through the inside of the porous body 12, so that the temperature is kept constant with high accuracy. Can be kept in. Accordingly, the hydrogenated gas population is easily and accurately within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si. The temperature can be controlled.

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、多孔質体12は、例えば多孔質カーボン電極3等のカーボン多孔質体からなっていることが好ましい。   Moreover, in the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the porous body 12 is preferably made of a carbon porous body such as the porous carbon electrode 3.

これにより、カーボン多孔質体は電気伝導性を有するので、カーボン多孔質体に直接電圧を印加して、加熱物体として温度調整することが容易である。   Thereby, since the carbon porous body has electrical conductivity, it is easy to adjust the temperature as a heated object by directly applying a voltage to the carbon porous body.

また、カーボン多孔質体は、Siからなる水素化ガスSiHの分解に対して触媒作用がなく、かつ耐薬品性が高いので、カーボン多孔質体に除去したいボロン(B)が固着した場合においても、薬液等による再生処理が可能となる。 Further, since the carbon porous body has no catalytic action on the decomposition of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si and has high chemical resistance, the boron (B) to be removed is fixed to the carbon porous body. Also, the regeneration process with a chemical solution or the like becomes possible.

また、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置10では、温度制御された加熱物体は、配管11からなっているとすることができる。   Further, in the Si purification method and the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the heated object whose temperature is controlled can be assumed to be composed of the pipe 11.

すなわち、加熱物体として多孔質体を用いない場合、加熱物体に、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBとSiからなる水素化ガスSiHとの混合体を効率良く接触させることは容易ではない。この場合、加熱物体として配管11を用いることにより、ガス通過流路体積に対する固体表面積を大きくとれるため、多数回の衝突回数を保持できるので、装置体積をコンパクトにすることが可能となる。 That is, when a porous body is not used as the heating object, a mixture of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) and the hydrogenated gas SiH 4 made of Si to be removed is efficiently brought into contact with the heated object. It is not easy. In this case, since the solid surface area with respect to the gas passage channel volume can be increased by using the pipe 11 as the heating object, a large number of collisions can be maintained, so that the apparatus volume can be made compact.

また、本実施の形態のSi精製方法では、多孔質体として導電性物質を用いることにより、直接、多孔質体12に通電加熱して温度制御することが好ましい。   Further, in the Si purification method of the present embodiment, it is preferable to control the temperature by directly energizing and heating the porous body 12 by using a conductive material as the porous body.

また、本実施の形態のSi精製装置10では、多孔質体は、導電性物質である多孔質カーボン電極3からなっていると共に、多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段としてのプラズマ用電源8が設けられている。   Further, in the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the porous body is composed of the porous carbon electrode 3 which is a conductive substance, and as temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body. A plasma power source 8 is provided.

これにより、多孔質体は電気伝導性を有するので、多孔質体に直接電圧を印加して、加熱物体として温度調整することが容易となる。   Thereby, since the porous body has electrical conductivity, it is easy to adjust the temperature as a heated object by directly applying a voltage to the porous body.

また、本実施の形態のSi精製方法では、多孔質体としてラジオ波から紫外に至る電磁波吸収物質を用いることにより、電磁波吸収による加熱作用を利用して温度制御することが可能である。   In addition, in the Si purification method of the present embodiment, by using an electromagnetic wave absorbing material ranging from radio waves to ultraviolet rays as the porous body, it is possible to control the temperature using the heating action by electromagnetic wave absorption.

この方法によっても、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に容易かつ精度良く温度制御することが可能となる。 Also by this method, the hydrogenated gas population is easily within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si. In addition, temperature control can be performed with high accuracy.

また、本実施の形態のSi精製方法では、多孔質体に付着した除去したい元素の目詰まり再生法として、フッ硝酸による薬液を用いることができる。   In addition, in the Si purification method of the present embodiment, a chemical solution using hydrofluoric acid can be used as a method for regenerating clogging of elements attached to the porous body to be removed.

これにより、カーボン多孔質体に除去したいボロン(B)が固着した場合においても、フッ硝酸による薬液を用いることによって、容易に、再生処理が可能となる。   Thereby, even when boron (B) to be removed adheres to the carbon porous body, the regenerating process can be easily performed by using the chemical solution of hydrofluoric acid.

また、本実施の形態のSi精製方法では、多孔質体は、水素化ガス母集団に含有される微粒子をトラップするフィルタ機能を有していることが好ましい。   In the Si purification method of the present embodiment, the porous body preferably has a filter function for trapping fine particles contained in the hydrogenated gas population.

すなわち、原料としての金属級Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBとSiからなる水素化ガスSiHとを含む水素化ガス母集団を生成する場合には、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスB及びSiからなる水素化ガスSiHの他に、金属やシリコン凝集体等の微粒子が含まれることもある。 That is, a hydrogenated gas mother containing a hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) and a hydrogenated gas SiH 4 made of Si to be removed by chemically reacting metal grade Si as a raw material with atomic hydrogen. In the case of generating a group, in addition to the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) to be removed and the hydrogenated gas SiH 4 made of Si, fine particles such as metals and silicon aggregates may be contained. .

この点、本実施の形態では、多孔質体の、水素化ガス母集団に含有される微粒子をトラップするフィルタ機能を有しているので、多孔質体の孔径を調整することにより、所望の大きさの金属やシリコン凝集体等の微粒子をも多孔質体にて除去することができる。   In this respect, the present embodiment has a filter function for trapping fine particles contained in the hydrogenated gas population of the porous body. Therefore, by adjusting the pore diameter of the porous body, a desired size can be obtained. Fine particles such as metal and silicon aggregates can also be removed by the porous body.

また、本実施の形態のSi精製方法では、原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、生起させたプラズマを用いることが好ましい。   In the Si purification method of the present embodiment, it is preferable to use generated plasma in an atmosphere containing hydrogen at a total pressure of 10 to 1520 Torr as a method for generating atomic hydrogen.

さらに、本実施の形態のSi精製装置10では、水素化ガス母集団発生手段は、プラズマを生起させるプラズマ手段としてのプラズマ用電源8を備えていることが好ましい。   Furthermore, in the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, it is preferable that the hydrogen gas population generating means includes a plasma power source 8 as plasma means for generating plasma.

これにより、容易に、水素化ガス母集団を発生させることができる。   Thereby, a hydrogen gas population can be easily generated.

また、本実施の形態のSi精製方法では、原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、図示しない加熱した媒体を設置し、該媒体表面で生じる触媒分解反応を利用して原子状水素を発生させることが可能である。   Further, in the Si purification method of the present embodiment, as a method for generating atomic hydrogen, a heated medium (not shown) is placed in an atmosphere containing hydrogen at a total pressure of 10 to 1520 Torr, and a catalytic decomposition reaction that occurs on the surface of the medium is performed. It can be used to generate atomic hydrogen.

すなわち、本実施の形態では、原子状水素の生成方法として、プラズマを用いたものに限らず、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、加熱した媒体を設置し、該媒体表面で生じる触媒分解反応を利用して原子状水素を発生させることも可能である。   That is, in the present embodiment, the method for generating atomic hydrogen is not limited to a method using plasma, and a catalyst that is generated on the surface of the medium by installing a heated medium in an atmosphere containing hydrogen and having a total pressure of 10 to 1520 Torr. It is also possible to generate atomic hydrogen using a decomposition reaction.

また、本実施の形態のSi精製方法では、加熱物体の温度を150℃〜650℃とすることが好ましい。   Further, in the Si purification method of the present embodiment, it is preferable that the temperature of the heated object is 150 ° C. to 650 ° C.

これにより、具体的に、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に温度制御することができる。 Thus, specifically, a range in which the hydrogenation gas population is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si to be removed. The temperature can be controlled.

また、本実施の形態のSi精製方法では、加熱物体の温度を制御することにより、除去したい元素の前記加熱物体表面に固着させる量を調整することができるようになっている。   In the Si purification method of the present embodiment, the amount of the element to be removed fixed on the surface of the heated object can be adjusted by controlling the temperature of the heated object.

さらに、本実施の形態のSi精製装置10では、多孔質体は、導電性物質である多孔質カーボン電極3からなっていると共に、多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段が設けられていることが好ましい。   Furthermore, in the Si purification apparatus 10 of the present embodiment, the porous body is composed of the porous carbon electrode 3 that is a conductive substance, and temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body is provided. It is preferable that

これにより、水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御することができると共に、反応速度を容易に調整することができる。   This makes it possible to control the temperature of the hydrogenated gas population within a range that is higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of the element to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas composed of Si, and facilitates the reaction rate. Can be adjusted.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図9に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

本実施の形態のSi精製装置20は、図9に示すように、水等の手段により冷却されている水冷電極21に、低純度Si22を設置し、接地された多孔質電極との間に水素プラズマを生成するものとなっている。すなわち、Si精製装置20は、前記実施の形態1のSi精製装置10とは、低純度Si22を用いている点が異なっている。   As shown in FIG. 9, the Si purification apparatus 20 of the present embodiment has a low-purity Si 22 installed on a water-cooled electrode 21 cooled by means such as water, and hydrogen between the grounded porous electrode. Plasma is generated. That is, the Si purification apparatus 20 is different from the Si purification apparatus 10 of the first embodiment in that low-purity Si22 is used.

上記Si精製装置20は、詳細には、図9に示すように、例えば、金属級Si等の低純度Si22を設置して冷却可能な水冷電極21と、接地された不純物除去用多孔質体23と、この不純物除去用多孔質体23を通してガスを図示しないポンプにて吸引するためのガス吸引陰圧室24と、不純物除去用多孔質体23の温度制御のための熱電対25及び多孔質体温調用電源26と、水素を一定流量にて供給するガス供給システム27とを備えている。   Specifically, as shown in FIG. 9, the Si purification apparatus 20 includes, for example, a water-cooled electrode 21 that can be cooled by installing low-purity Si 22 such as metal grade Si, and a grounded impurity removing porous body 23. A gas suction negative pressure chamber 24 for sucking gas with a pump (not shown) through the impurity removing porous body 23, a thermocouple 25 for controlling the temperature of the impurity removing porous body 23, and the porous body temperature. A conditioning power supply 26 and a gas supply system 27 for supplying hydrogen at a constant flow rate are provided.

上記Si精製装置20でのプラズマの生成は、一般的な手法を用いればよい。例えば直流方式でも良いし、マッチングボックス7を介した高周波方式、さらにはマイクロ波方式でも可能である。   A general method may be used to generate plasma in the Si purification apparatus 20. For example, a direct current method may be used, a high frequency method via a matching box 7 or a microwave method may be used.

また、水冷電極21の冷却方式は、水には限らないが、経済的には水が好ましい。水冷温度は、例えば、0〜40℃である。   In addition, the cooling method of the water-cooled electrode 21 is not limited to water, but water is preferable from an economical viewpoint. The water cooling temperature is, for example, 0 to 40 ° C.

本実施の形態のSi精製装置20では、図9に示すように、不純物除去用多孔質体23と低純度Si22との間にプラズマを生成し、低純度Si22から水素化され発生するガスを、不純物除去用多孔質体23を通して吸引する。このとき、不純物除去用多孔質体23の温度は、除去すべき元素からなる水素化物の熱分解が顕著になる温度に設定しておく。具体的には、例えば、発生した水素化ガス中にSiH、及びBが含有される場合、Bが分解し易い温度である例えば150℃〜650℃に設定しておく。 In the Si purification apparatus 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 9, plasma is generated between the impurity removing porous body 23 and the low-purity Si 22, and the gas generated by hydrogenation from the low-purity Si 22 is generated. Suction is performed through the porous body 23 for removing impurities. At this time, the temperature of the impurity removing porous body 23 is set to a temperature at which thermal decomposition of the hydride composed of the element to be removed becomes remarkable. Specifically, for example, when SiH 4 and B 2 H 6 are contained in the generated hydrogenated gas, the temperature is set to, for example, 150 ° C. to 650 ° C., which is a temperature at which B 2 H 6 is easily decomposed. .

本実施の形態のSi精製装置20では、ガス吸引陰圧室24内に流れ込むガス中のB濃度は、プラズマ中のB濃度に比較して著しく低減された状態となる。このガス吸引陰圧室24に流れ込んだガスには、Siからなる水素化ガスSiHが多く含まれるため、この不純物除去用多孔質体23を通過した後のガスを利用して成膜を行えば、初期に用いた低純度Si22のボロン(B)濃度に比較して、著しくボロン(B)濃度が低減されたSi膜を形成することが可能となる。 In Si purifying apparatus 20 of the present embodiment, the B 2 H 6 concentration in the gas flowing into the gas suction negative pressure chamber 24 is a considerably reduced state compared to the B 2 H 6 concentration in the plasma. Since the gas flowing into the gas suction negative pressure chamber 24 contains a large amount of Si hydride gas SiH 4 , film formation is performed using the gas after passing through the impurity removing porous body 23. For example, it is possible to form a Si film having a significantly reduced boron (B) concentration compared to the boron (B) concentration of low-purity Si22 used in the initial stage.

また、50Torr以上の高圧力にてプラズマを生起させた場合には、原子、分子さらにはイオン等の平均自由行程が著しく減少するため、プラズマ中で生成されるイオンの持つ運動エネルギーが低減される。これにより物理的なスパッタリング現象が抑制され、水素と原料シリコンとの水素化気化反応が顕著となり、この水素化反応の元素選択性から、低純度Si22に含有される金属は、低純度Siに取り残される形で、水素化混合ガスから除去されるため、ボロン(B)のみならず他の金属不純物濃度についても低減されたSi膜を形成することが可能になる。すなわち、低純度Si22に含有される金属である、例えば、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)等の金属は、原子状水素と化学反応させて水素化しても揮発しないため、原料としての低純度Siの表面に残留し、低純度Si22からは出てこない。   In addition, when plasma is generated at a high pressure of 50 Torr or more, the mean free path of atoms, molecules, and ions is significantly reduced, so that the kinetic energy of ions generated in the plasma is reduced. . As a result, the physical sputtering phenomenon is suppressed, and the hydrogenation and vaporization reaction between hydrogen and raw material silicon becomes remarkable. From the element selectivity of this hydrogenation reaction, the metal contained in the low purity Si22 is left behind in the low purity Si. In this way, since it is removed from the hydrogenation gas mixture, it is possible to form a Si film in which not only boron (B) but also other metal impurity concentrations are reduced. That is, metals such as iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), and chromium (Cr), which are metals contained in low-purity Si22, chemically react with atomic hydrogen. Since it does not volatilize even when hydrogenated, it remains on the surface of low-purity Si as a raw material and does not come out from the low-purity Si22.

以上のように、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製装置20では、加熱物体の温度を150℃〜650℃とする。これにより、具体的に、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に温度制御することができる。 As described above, in the Si purification method and the Si purification apparatus 20 of the present embodiment, the temperature of the heated object is set to 150 ° C. to 650 ° C. Thus, specifically, a range in which the hydrogenation gas population is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si to be removed. The temperature can be controlled.

また、本実施の形態のSi精製方法では、加熱物体としての不純物除去用多孔質体23の温度を制御することにより、除去したいボロン(B)の加熱物体表面に固着させる量を調整することができるようになっている。   Further, in the Si purification method of the present embodiment, the amount of boron (B) to be removed fixed on the heated object surface can be adjusted by controlling the temperature of the impurity removing porous body 23 as the heated object. It can be done.

すなわち、本実施の形態のSi精製装置20では、多孔質体は、導電性物質である不純物除去用多孔質体23からなっていると共に、多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段としての多孔質体温調用電源26が設けられている。   That is, in the Si purification apparatus 20 of the present embodiment, the porous body is made of the impurity removing porous body 23 that is a conductive substance, and the temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body. As a porous body temperature control power source 26 is provided.

これにより、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に温度制御することができると共に、反応速度を容易に調整することができる。 As a result, the temperature of the hydrogenated gas population is controlled in a range that is equal to or higher than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of boron (B) to be removed and lower than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si. And the reaction rate can be easily adjusted.

すなわち、このように、加熱物体としての不純物除去用多孔質体23の温度を制御することにより、除去したいボロン(B)の加熱物体表面に固着させる量を調整する方法を採用することによって、基板上へ分解付着させることにより形成される固体Siのボロン(B)濃度を任意に制御可能となる。ここでボロン(B)は、p型シリコンを形成する際の重要なドーパント元素でもある。   That is, by adopting a method of adjusting the amount of boron (B) to be removed to be fixed to the heated object surface by controlling the temperature of the porous body 23 for removing impurities as the heated object in this way, It becomes possible to arbitrarily control the boron (B) concentration of solid Si formed by decomposing and adhering to the top. Here, boron (B) is also an important dopant element in forming p-type silicon.

〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1及び実施の形態2と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1及び実施の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment and the second embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiment 1 and Embodiment 2 are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

本実施の形態のSi精製装置30は、図10に示すように、不純物除去のための多孔質体が、プラズマに直接触れることがないようになっている。   As shown in FIG. 10, the Si purification apparatus 30 of the present embodiment is configured such that the porous body for removing impurities does not directly contact the plasma.

すなわち、Si精製装置30は、図10に示すように、電極側及び接地側共に水等により冷却された水冷電極31・31と、電極側と接地側とにそれぞれ設置された低純度Si32・32と、水素を一定流量にて供給可能なガス供給システム33と、さらには不純物除去のための不純物除去用多孔質体34と、その多孔質体温調用電源35とを備えている。   That is, as shown in FIG. 10, the Si refining device 30 includes water-cooled electrodes 31 and 31 cooled by water or the like on both the electrode side and the ground side, and low-purity Si 32 and 32 respectively installed on the electrode side and the ground side. A gas supply system 33 capable of supplying hydrogen at a constant flow rate, an impurity removing porous body 34 for removing impurities, and a porous body temperature adjusting power source 35.

上記構成のSi精製装置30では、プラズマの生成は、前記実施の形態2の図9に示すSi精製装置20と同様に、一般的な手法を用いればよい。   In the Si purification apparatus 30 having the above-described configuration, a general technique may be used to generate plasma, as in the Si purification apparatus 20 shown in FIG. 9 of the second embodiment.

上記Si精製装置30では、図10に示すように、例えば、金属級Si等の低純度Si32から生成された水素化混合ガスは、下流側に設置された加熱された不純物除去用多孔質体34を通過することによって、ガス中に含有されるBを除去することができる。不純物除去用多孔質体34を通過した後のガスを用いて成膜を行えば、用いた低純度Si32に比較して純度の高いSiを作製することができる。 In the Si purification apparatus 30, as shown in FIG. 10, for example, a hydrogenated mixed gas generated from low-purity Si 32 such as metal grade Si is heated on the downstream side, and is a porous body 34 for removing impurities. By passing through, B 2 H 6 contained in the gas can be removed. If a film is formed using the gas after passing through the porous body 34 for removing impurities, Si having a higher purity than that of the low-purity Si 32 used can be produced.

ここで、本実施の形態において用いるガスについては、純粋な水素ガスである必要はなく、水素を主体とした不活性な希ガスとの混合体を用いても実施可能である。希ガスは、例えば、ヘリウム(He)又はネオン(Ne)、アルゴン(Ar)を用いることができる。   Here, the gas used in the present embodiment does not need to be pure hydrogen gas, and can be implemented using a mixture with an inert rare gas mainly composed of hydrogen. As the rare gas, for example, helium (He), neon (Ne), or argon (Ar) can be used.

〔実施の形態4〕
本発明のさらに他の実施の形態について図11に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1〜実施の形態3と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1〜実施の形態3の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first to third embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 to 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

本実施の形態のSi精製膜製造装置40は、図11に示すように、前記実施の形態1〜実施の形態3に示すSi精製装置10・20・30を利用するものであって、除去したい元素であるボロン(B)を水素化ガス母集団から除去した後のSiからなる水素化ガスであるSiHをSi基板5に分解付着させて、固体Siを形成するSi成膜手段としてのSi成膜部43を備えたものとなっている。 As shown in FIG. 11, the Si refined film manufacturing apparatus 40 of the present embodiment uses the Si refinement apparatuses 10, 20, and 30 shown in the first to third embodiments and is desired to be removed. Si as a Si film forming means for forming solid Si by decomposing and adhering SiH 4 , which is a hydrogenated gas composed of Si, after removing boron (B) as an element from the hydrogenated gas population to Si substrate 5. A film forming unit 43 is provided.

また、本実施の形態のSi精製膜製造装置40では、水素ガスの使用量を節約するため、図11に示すように、循環精製システムを構成したものとなっている。   Moreover, in the Si refined film manufacturing apparatus 40 of this Embodiment, in order to save the usage-amount of hydrogen gas, as shown in FIG. 11, the circulation refinement | purification system is comprised.

すなわち、本実施の形態のSi精製膜製造装置40は、図11に示ように、例えば金属級Si等の低純度Si32から水素化ガスを発生させる水素化ガス発生部41、B除去のための多孔質部42、Si成膜部43、及び循環ポンプ44等から構成されている。 That is, as shown in FIG. 11, the Si refined film manufacturing apparatus 40 according to the present embodiment removes the hydrogenated gas generator 41 and B 2 H 6 that generate a hydrogenated gas from low-purity Si 32 such as metal grade Si. For example, a porous part 42, a Si film forming part 43, and a circulation pump 44.

上記のSi精製膜製造装置40では、低純度Si32から発生した水素化ガスを、一旦、多孔質部42においてB等の不純物を除去した後、後段に設置されたSi成膜部43にてSiHを熱等により分解し、高純度なSi膜を作製する。この場合、成膜領域を通過後のガスの組成は、略水素のみであるため、循環ポンプ44により再度、水素化ガス発生部41の入り口側へ水素ガスを循環供給する。これにより反永続的に水素(H)を浪費することなくSiの純化成膜が可能になる。 In the Si refined film manufacturing apparatus 40, the hydrogen gas generated from the low-purity Si 32 once removes impurities such as B 2 H 6 in the porous part 42 and then the Si film forming part 43 installed in the subsequent stage. SiH 4 is decomposed by heat or the like to produce a high-purity Si film. In this case, since the composition of the gas after passing through the film forming region is substantially only hydrogen, the circulation pump 44 circulates and supplies the hydrogen gas again to the inlet side of the hydrogenated gas generator 41. This makes it possible to purify the Si film without wasting hydrogen (H) permanently.

このように、本実施の形態のSi精製方法では、除去したい元素であるボロン(B)を水素化ガス母集団から除去した後、Siからなる水素化ガスSiHをSi基板5に分解付着させて、固体Siを形成する。 Thus, in the Si purification method of the present embodiment, boron (B), which is an element to be removed, is removed from the hydrogenated gas population, and then the hydrogenated gas SiH 4 made of Si is decomposed and attached to the Si substrate 5. Thus, solid Si is formed.

また、本実施の形態のSi精製膜製造装置40は、原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素であるボロン(B)からなる水素化ガスBとSiからなる水素化ガスSiHとを含む水素化ガス母集団を生成する水素化ガス母集団発生手段としての水素化ガス発生部41と、水素化ガス母集団を、除去したいボロン(B)からなる水素化ガスBの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスSiHの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体としての不純物除去用多孔質体34の表面及び孔内表面に衝突させることにより、除去したいボロン(B)を不純物除去用多孔質体34の表面及び孔内表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する不純物水素化ガス除去手段としての多孔質部42と、除去したいボロン(B)を水素化ガス母集団から除去した後のSiからなる水素化ガスSiHをSi基板5に分解付着させて、固体Siを形成するSi成膜手段としてのSi成膜部43を備えている。 Further, the Si refined film manufacturing apparatus 40 of the present embodiment chemically reacts low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen, thereby hydrogenating gas B 2 H 6 made of boron (B), which is an element to be removed. And hydrogen gas generating section 41 as a hydrogen gas population generating means for generating a hydrogen gas population including a hydrogen gas SiH 4 made of Si, and boron (B) to be removed from the hydrogen gas population The surface and pores of the porous body 34 for removing impurities as a heated object whose temperature is controlled in a range of not less than the decomposition temperature of the hydrogenated gas B 2 H 6 made of and not more than the decomposition temperature of the hydrogenated gas SiH 4 made of Si Impurity hydrogen gas removing means for removing boron (B) to be removed from the hydrogen gas population by fixing the boron (B) to be removed to the surface of the impurity removing porous body 34 and the inner surface of the hole by colliding with the inner surface. The porous portion 42 of Te, the hydrogenation gas SiH 4 consisting of Si after boron (B) to be removed is removed from the hydrogenated gas population by decomposition adhere to the Si substrate 5, Si formed to form a solid Si A Si film forming unit 43 is provided as a film means.

したがって、例えば金属級Siから太陽電池級Siの精製を効率的に行うべく、低純度Si32から高純度Siへの精製を効率良く行い得るSi精製方法及びSi精製膜製造装置40を提供することができる。   Therefore, for example, in order to efficiently purify solar cell grade Si from metal grade Si, it is possible to provide a Si purification method and Si refined film manufacturing apparatus 40 capable of efficiently purifying from low purity Si32 to high purity Si. it can.

すなわち、本実施の形態のSi精製方法及びSi精製膜製造装置40を用いれば、一切の薬液、高温溶融処理、及び酸化性雰囲気を必要とせずに、金属級Siから太陽電池級Siの精製が可能となる。   That is, by using the Si purification method and the Si purified film manufacturing apparatus 40 of the present embodiment, it is possible to purify solar cell grade Si from metal grade Si without requiring any chemical solution, high temperature melting treatment, and oxidizing atmosphere. It becomes possible.

また、本実施の形態のSi精製膜製造装置40では、Si成膜部43から排出された水素ガスを、水素化ガス発生部41の入り口側に戻す循環手段としての循環ポンプ44を備えている。   Further, the Si purified film manufacturing apparatus 40 according to the present embodiment includes a circulation pump 44 as a circulation means for returning the hydrogen gas discharged from the Si film forming unit 43 to the entrance side of the hydrogenated gas generation unit 41. .

これにより、Si成膜部43から排出された水素ガスは、循環ポンプ44によって、水素化ガス発生部41の入り口側に戻されるので、水素化ガス発生部41では、この水素ガスを原子状水素のために再利用することができる。   As a result, the hydrogen gas discharged from the Si film forming unit 43 is returned to the entrance side of the hydrogenated gas generating unit 41 by the circulation pump 44. Therefore, the hydrogenated gas generating unit 41 converts the hydrogen gas into atomic hydrogen. Can be reused for.

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、例えば大気圧水素プラズマを利用し、例えば金属級Si等の低純度Si中に含有される不純物(とりわけボロン(B))を高効率に除去して、高純度Siを精製するSi精製方法、Si精製装置及びSi精製膜製造装置に適用することができる。   The present invention uses, for example, atmospheric pressure hydrogen plasma, and removes impurities (especially boron (B)) contained in low-purity Si such as metal grade Si with high efficiency to purify high-purity Si. The present invention can be applied to a purification method, a Si purification apparatus, and a Si purification film manufacturing apparatus.

(a),(b),(c)は、本発明におけるSi精製方法の実施の一形態を示すものであり、物質表面の温度とSiH及びBの分解状況を示す図である。(A), (b), (c) shows one embodiment of the Si purification method in the present invention, and is a diagram showing the temperature of the material surface and the decomposition state of SiH 4 and B 2 H 6 . . 物体表面の温度と反応レート比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature of an object surface, and reaction rate ratio. 上記Si精製方法を検証するためのSi精製装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the Si refinement | purification apparatus for verifying the said Si refinement | purification method. 結晶シリコン(Si)の原子数密度に対するSi膜中のボロン(B)原子数密度の比(Γfilm=(CB/CSi))と、多孔質体を通過する前の原料ガス中に含まれるSi原子数に対するボロン(B)原子数の比(Γgas=(CB/CSi))との関係を示すグラフである。Ratio of boron (B) atom number density in Si film to atom number density of crystalline silicon (Si) (Γfilm = (CB / CSi)) and Si atoms contained in source gas before passing through porous body It is a graph which shows the relationship with the ratio (Γgas = (CB / CSi)) of the number of boron (B) atoms to the number. 上記ΓfilmとΓgasとの比の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the ratio of the said Γfilm and Γgas. 上記Si精製装置における温度制御された加熱物体として、配管を用いる場合の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure in the case of using piping as a heating object by which the temperature control in the said Si refinement | purification apparatus was carried out. 上記Si精製装置における温度制御された加熱物体として、多孔質体を用いる場合の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a structure in the case of using a porous body as a heating object by which the temperature control in the said Si refinement | purification apparatus was carried out. ガス濃度比の固体表面衝突回数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the solid surface collision frequency dependence of gas concentration ratio. 本発明におけるSi精製装置の他の実施の形態を示すものであり、Si精製装置の構成を示す断面図である。The other embodiment of Si refinement | purification apparatus in this invention is shown, and it is sectional drawing which shows the structure of Si refinement | purification apparatus. 本発明におけるSi精製装置のさらに他の実施の形態を示すものであり、Si精製装置の構成を示す断面図である。The further another embodiment of Si refinement | purification apparatus in this invention is shown, and it is sectional drawing which shows the structure of Si refinement | purification apparatus. 本発明におけるさらに他の実施の形態を示すものであり、Si精製膜製造装置の構成を示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention and showing a configuration of a Si purified film manufacturing apparatus. 従来のSi精製膜製造装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional Si refinement | purification film manufacturing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバー
3 多孔質カーボン電極(加熱物体、多孔質体、カーボン多孔質体)
5 Si基板(基板)
8 プラズマ用電源(プラズマ手段)
10 Si精製装置
11 配管(加熱物体)
12 多孔質体(加熱物体)
20 Si精製装置
22 低純度Si(金属級Si)
23 不純物除去用多孔質体(加熱物体、多孔質体)
25 熱電対(温度制御手段)
26 多孔質体温調用電源(温度制御手段)
30 Si精製装置
32 低純度Si(金属級Si)
33 ガス供給システム
34 不純物除去用多孔質体
35 多孔質体温調用電源(温度制御手段)
40 Si精製膜製造装置
41 水素化ガス発生部(水素化ガス母集団発生手段)
42 多孔質部(不純物水素化ガス除去手段)
43 Si成膜部(Si成膜手段)
44 循環ポンプ(循環手段)
1 Vacuum chamber 3 Porous carbon electrode (heating object, porous body, carbon porous body)
5 Si substrate (substrate)
8 Power supply for plasma (plasma means)
10 Si purification equipment 11 Piping (Heating object)
12 Porous body (Heating object)
20 Si refiner 22 Low purity Si (metal grade Si)
23 Porous material for removing impurities (heating object, porous material)
25 Thermocouple (Temperature control means)
26 Power source for temperature control of porous body (temperature control means)
30 Si refiner 32 Low purity Si (metal grade Si)
33 Gas supply system 34 Porous body for removing impurities 35 Power source for temperature control of porous body (temperature control means)
40 Si refined film production apparatus 41 Hydrogenation gas generation part (hydrogenation gas population generation means)
42 Porous part (impurity hydrogen gas removal means)
43 Si film forming part (Si film forming means)
44 Circulation pump (circulation means)

Claims (25)

原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する工程と、
上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去して、上記低純度Siよりも純度の高い高純度Siを得る工程とを含むことを特徴とするSi精製方法。
Generating a hydrogenated gas population including a hydrogenated gas composed of an element to be removed and a hydrogenated gas composed of Si by chemically reacting low-purity Si as a raw material with atomic hydrogen;
The hydrogenated gas population is removed by colliding with the surface of a heated object whose temperature is controlled to be within the range of the decomposition temperature of the hydrogenation gas composed of the element to be removed and the decomposition temperature of the hydrogenation gas composed of Si or less. And a step of fixing a desired element on the surface of the heated object and removing it from the hydrogenation gas population to obtain high purity Si having a purity higher than that of the low purity Si.
前記低純度Siは、金属級Siであることを特徴とする請求項1記載のSi精製方法。   2. The Si purification method according to claim 1, wherein the low purity Si is metal grade Si. 前記除去したい元素を水素化ガス母集団から除去した後、前記Siからなる水素化ガスを基板に分解付着させて、固体Siを形成することを特徴とする請求項1又は2記載のSi精製方法。   3. The Si purification method according to claim 1, wherein the element to be removed is removed from the hydrogenation gas population, and then the hydrogenation gas comprising Si is decomposed and attached to a substrate to form solid Si. . 前記除去したい元素からなる水素化ガスはBであり、Siからなる水素化ガスはSiHであることを特徴とする請求項1,2又は3記載のSi精製方法。 The Si purification method according to claim 1, 2 or 3, wherein the hydrogenation gas composed of the element to be removed is B 2 H 6 and the hydrogenation gas composed of Si is SiH 4 . 前記温度制御された加熱物体は、多孔質体からなっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のSi精製方法。   The Si purification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature-controlled heating object is made of a porous body. 前記多孔質体は、カーボン多孔質体からなっていることを特徴とする請求項5記載のSi精製方法。   The Si purification method according to claim 5, wherein the porous body is made of a carbon porous body. 前記温度制御された加熱物体は、配管からなっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のSi精製方法。   The Si purification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature-controlled heating object is made of piping. 前記多孔質体として導電性物質を用いることにより、直接、多孔質体に通電加熱して温度制御することを特徴とする請求項5又は6記載のSi精製方法。 The Si purification method according to claim 5 or 6, wherein the temperature is controlled by directly energizing and heating the porous body by using a conductive substance as the porous body. 前記多孔質体として電磁波吸収物質を用いることにより、電磁波吸収による加熱作用を利用して温度制御することを特徴とする請求項5又は6記載のSi精製方法。 The method for purifying Si according to claim 5 or 6, wherein an electromagnetic wave absorbing substance is used as the porous body, and the temperature is controlled using a heating action by electromagnetic wave absorption. 前記多孔質体に付着した除去したい元素の目詰まり再生法として、フッ硝酸による薬液を用いることを特徴とする請求項6記載のSi精製方法。   The Si purification method according to claim 6, wherein a chemical solution using hydrofluoric acid is used as a method for regenerating clogging of an element to be removed attached to the porous body. 前記多孔質体は、前記水素化ガス母集団に含有される微粒子をトラップするフィルタ機能を有していることを特徴とする請求項6記載のSi精製方法。   The Si purification method according to claim 6, wherein the porous body has a filter function of trapping fine particles contained in the hydrogenated gas population. 前記原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、生起させたプラズマを用いることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のSi精製方法。   The Si purification method according to any one of claims 1 to 11, wherein plasma generated in an atmosphere containing hydrogen and having a total pressure of 10 to 1520 Torr is used as the method for generating atomic hydrogen. 前記原子状水素の生成方法として、水素を含む全圧10〜1520Torrの雰囲気において、加熱した媒体を設置し、該媒体表面で生じる触媒分解反応を利用して原子状水素を発生させることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のSi精製方法。   The method for producing atomic hydrogen is characterized in that a heated medium is placed in an atmosphere containing hydrogen at a total pressure of 10 to 1520 Torr, and atomic hydrogen is generated using a catalytic decomposition reaction generated on the surface of the medium. The Si purification method according to any one of claims 1 to 11. 前記加熱物体の温度を150℃〜650℃とすることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のSi精製方法。   The temperature of the said heating object shall be 150 degreeC-650 degreeC, The Si refinement | purification method of any one of Claims 1-13 characterized by the above-mentioned. 前記加熱物体の温度を制御することにより、除去したい元素の前記加熱物体表面に固着させる量を調整すること特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のSi精製方法。 Wherein by controlling the temperature of the heating object, Si purifying method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that adjusting the amount to be fixed to the heating surface of the object element to be removed. 原料としての低純度Siを原子状水素と化学反応させることにより、除去したい元素からなる水素化ガスとSiからなる水素化ガスとを含む水素化ガス母集団を生成する水素化ガス母集団発生手段と、
上記水素化ガス母集団を、除去したい元素からなる水素化ガスの分解温度以上、かつSiからなる水素化ガスの分解温度以下となる範囲に温度制御された加熱物体表面に衝突させることにより、除去したい元素を上記加熱物体表面に固着させて水素化ガス母集団から除去する不純物水素化ガス除去手段とを備えていることを特徴とするSi精製装置。
Hydrogen gas population generating means for generating a hydrogen gas population including a hydrogen gas consisting of an element to be removed and a hydrogen gas consisting of Si by chemically reacting low purity Si as a raw material with atomic hydrogen When,
The hydrogenated gas population is removed by colliding with the surface of a heated object whose temperature is controlled to be within the range of the decomposition temperature of the hydrogenation gas composed of the element to be removed and the decomposition temperature of the hydrogenation gas composed of Si or less. An Si refining apparatus, comprising: an impurity hydrogenated gas removing means for fixing an element desired to be heated to the surface of the heated object and removing the element from the hydrogenated gas population.
前記低純度Siは、金属級Siであることを特徴とする請求項16記載のSi精製装置。   17. The Si purifier according to claim 16, wherein the low purity Si is metal grade Si. 前記除去したい元素からなる水素化ガスはBであり、Siからなる水素化ガスはSiHであることを特徴とする請求項16又は17記載のSi精製装置。 18. The Si purifier according to claim 16, wherein the hydrogenated gas composed of an element to be removed is B 2 H 6 and the hydrogenated gas composed of Si is SiH 4 . 前記温度制御される加熱物体は、多孔質体からなっていることを特徴とする請求項16,17又は18記載のSi精製装置。   The Si purifier according to claim 16, 17 or 18, wherein the temperature-controlled heating object is made of a porous material. 前記多孔質体は、カーボン多孔質体からなっていることを特徴とする請求項19記載のSi精製装置。   The Si purifier according to claim 19, wherein the porous body is made of a carbon porous body. 前記温度制御された加熱物体は、配管からなっていることを特徴とする請求項16,17又は18記載のSi精製装置。   The Si purifier according to claim 16, 17 or 18, wherein the temperature-controlled heating object is a pipe. 前記多孔質体は、導電性物質からなっていると共に、
上記多孔質体に通電加熱して温度制御する温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項19又は20記載のSi精製装置。
The porous body is made of a conductive material,
21. The Si purifier according to claim 19 or 20, further comprising temperature control means for controlling the temperature by energizing and heating the porous body.
前記水素化ガス母集団発生手段は、プラズマを生起させるプラズマ手段を備えていることを特徴とする請求項16〜22のいずれか1項に記載のSi精製装置。   The Si purification apparatus according to any one of claims 16 to 22, wherein the hydrogen gas population generating means includes plasma means for generating plasma. 請求項16〜23のいずれか1項に記載のSi精製装置を備えたSi精製膜製造装置であって、
前記除去したい元素を水素化ガス母集団から除去した後の前記Siからなる水素化ガスを基板に分解付着させて、固体Siを形成するSi成膜手段備えていることを特徴とするSi精製膜製造装置。
A Si refined film manufacturing apparatus comprising the Si refiner according to any one of claims 16 to 23,
Si purification means comprising Si film forming means for forming a solid Si by decomposing and adhering the hydrogenated gas comprising Si after removing the element to be removed from the hydrogenated gas population. Membrane manufacturing equipment.
前記Si成膜手段から排出された水素ガスを、前記水素化ガス母集団発生手段の入り口側に戻す循環手段を備えていることを特徴とする請求項24記載のSi精製膜製造装置。   25. The Si refined film manufacturing apparatus according to claim 24, further comprising a circulating means for returning the hydrogen gas discharged from the Si film forming means to the inlet side of the hydrogenated gas population generating means.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006188367A (en) * 2004-12-28 2006-07-20 Hokkaido Method for producing silicon
JP2007129009A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Osaka Univ Method of manufacturing epitaxial silicon film and plasma processing apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3279754D1 (en) * 1981-08-24 1989-07-13 Eagle Picher Ind Inc Production of elemental silicon from impure silane feed
JPH0699128B2 (en) * 1991-03-04 1994-12-07 岩谷産業株式会社 Silane refining agent and refining method
CN101401190B (en) * 2005-10-26 2011-10-05 夏普株式会社 Process for producing film using atmospheric pressure hydrogen plasma, and method and apparatus for producing purification film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006188367A (en) * 2004-12-28 2006-07-20 Hokkaido Method for producing silicon
JP2007129009A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Osaka Univ Method of manufacturing epitaxial silicon film and plasma processing apparatus

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