JP5130323B2 - Square silica container for producing polycrystalline silicon ingot and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形(角槽型)シリカ容器及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a square (square tank type) silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt and a method for producing the same.

太陽電池(ソーラー発電デバイス)は近年、急速に需要が増加しており、より低コストで高い変換効率を有する太陽電池が求められている。   In recent years, the demand for solar cells (solar power generation devices) has increased rapidly, and there is a demand for solar cells having higher conversion efficiency at lower costs.

太陽電池の光起電部を構成する材料の一つとして多結晶シリコンがある。多結晶シリコンは、シリコン融液を冷却して凝固させることにより、多結晶シリコンのインゴット(塊)として製造されることが多い。シリコン融液を収容し、凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための容器として、シリカ(二酸化珪素)製容器や黒鉛製容器が用いられている。   One of the materials constituting the photovoltaic part of a solar cell is polycrystalline silicon. Polycrystalline silicon is often produced as polycrystalline silicon ingots by cooling and solidifying a silicon melt. Silica (silicon dioxide) containers and graphite containers are used as containers for containing a silicon melt and solidifying to produce a polycrystalline silicon ingot.

容器内で凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造するための容器においては、シリコン融液が凝固した際に多結晶シリコンインゴットが該容器と融着(付着)することを防止するため、その内表面に予め離型層を形成することが知られている。離型層を形成するための離型剤としては、様々な材料が使用されている。例えば、特許文献1には、石英ガラスからなるシリコン溶融用容器の内層に、Si、Si、Si+SiO又はSi+Si+SiOを含む離型剤スラリーから、離型層を形成するとすることが記載されている。また、特許文献2には、内面に窒化珪素を含有する離型材層を形成した、二酸化珪素よりなるシリコン鋳造用鋳型が記載されている。 In a container for solidifying in a container to produce a polycrystalline silicon ingot, its inner surface is used to prevent the polycrystalline silicon ingot from fusing (adhering) to the container when the silicon melt is solidified. It is known to form a release layer in advance. Various materials are used as a release agent for forming the release layer. For example, in Patent Document 1, a release agent slurry containing Si, Si 3 N 4 , Si 3 N 4 + SiO 2 or Si + Si 3 N 4 + SiO 2 is used as a release agent in an inner layer of a silicon melting container made of quartz glass. It is described that a layer is formed. Further, Patent Document 2 describes a silicon casting mold made of silicon dioxide in which a release material layer containing silicon nitride is formed on the inner surface.

特開2005−271058号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-271058 特開2005−125380号公報JP 2005-125380 A

上記したように、容器内で凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造するための容器には、その内表面に予め離型層を形成することが一般的である。しかしながら、離型剤として、多結晶シリコンインゴットに不純物となるような材料を用いた場合には、離型層が剥離してシリコン融液に取り込まれる等の理由により、多結晶シリコンインゴットへの不純物混入が不可避であるという問題があった。   As described above, in a container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying in a container, a release layer is generally formed on the inner surface in advance. However, when a material that becomes an impurity in the polycrystalline silicon ingot is used as a mold release agent, the impurity in the polycrystalline silicon ingot is removed because the release layer is peeled off and taken into the silicon melt. There was a problem that mixing was inevitable.

その一方で、離型剤を使用しないとすると、シリコン融液が凝固した際に多結晶シリコンインゴットが該容器と融着し、冷却時、取り外し時等に多結晶シリコンインゴットの表面部分が破損するという問題があった。この結果として、例えば、多結晶シリコンインゴットから太陽電池を製造するような場合には、製造する太陽電池の品質の劣化や、歩留まりの低下による製造する太陽電池のコスト高につながってしまう。   On the other hand, if the release agent is not used, the polycrystalline silicon ingot is fused to the container when the silicon melt is solidified, and the surface portion of the polycrystalline silicon ingot is damaged during cooling or removal. There was a problem. As a result, for example, when a solar cell is manufactured from a polycrystalline silicon ingot, the quality of the manufactured solar cell is deteriorated and the cost of the manufactured solar cell is reduced due to a decrease in yield.

本発明はこれらのような問題に鑑みてなされたもので、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた、低コストの多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を提供すること、及び、そのような多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, has the ability to sufficiently prevent impurity contamination to silicon melt and polycrystalline silicon ingot, and excellent in releasability, It is an object of the present invention to provide a low-cost rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot and to provide a method for producing such a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器であって、該角形シリカ容器は、少なくとも多孔質シリカ基体からなるものであり、前記多孔質シリカ基体は、かさ密度が1.80〜2.10g/cmであり、Al濃度が5〜500wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであり、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤が含有されているものであることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を提供する。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt, and the rectangular silica container is at least porous. The porous silica substrate has a bulk density of 1.80 to 2.10 g / cm 3 and an Al concentration of 5 to 500 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. Polycrystalline silicon, characterized in that a release accelerator for promoting release of the polycrystalline silicon ingot is contained in at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate. A square silica container for producing an ingot is provided.

このようなシリカ容器であれば、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた、低コストの多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器とすることができる。すなわち、角形シリカ容器において、かさ密度を1.80〜2.10g/cmのようにして、気泡量を比較的多くするとともに、内表面部分に離型促進剤を含有させることにより、シリコン融液が凝固した際の多結晶シリコンインゴットの角形シリカ容器との融着を抑制することができる。また、角形シリカ容器のAl、OH基の含有量を上記のようにすることにより、安価な原料を用いた場合でも、収容したシリコン(シリコン融液及び多結晶シリコンインゴット)への不純物の拡散を十分に防止することができる。 With such a silica container, a low-cost polycrystalline silicon ingot having the ability to sufficiently prevent impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot and having excellent releasability It can be set as the square silica container for manufacture. That is, in a rectangular silica container, the bulk density is set to 1.80 to 2.10 g / cm 3 , the amount of bubbles is relatively increased, and a mold release accelerator is included in the inner surface portion, thereby allowing silicon fusion. Fusion of the polycrystalline silicon ingot with the rectangular silica container when the liquid is solidified can be suppressed. In addition, by making the content of Al and OH groups in the square silica container as described above, even when an inexpensive raw material is used, impurities are diffused into the contained silicon (silicon melt and polycrystalline silicon ingot). It can be sufficiently prevented.

この場合、前記離型促進剤としてCa、Sr、Baのうち1以上が、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、該内表面から深さ2mmまでにおいて、各元素の合計値として50〜5000wt.ppmの濃度で添加されているものであることが好ましい。   In this case, one or more of Ca, Sr, and Ba as the mold release accelerator is included in at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate, and the total value of each element from the inner surface to a depth of 2 mm. As 50 to 5000 wt. It is preferable that it is added at a concentration of ppm.

このような濃度で離型促進剤としてのCa、Sr、Baが多孔質シリカ基体の内表面部分に添加されている多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器であれば、より効果的に離型性を高くすることができるとともに、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる。   If it is a square silica container for producing a polycrystalline silicon ingot in which Ca, Sr, and Ba as mold release accelerators are added to the inner surface portion of the porous silica substrate at such a concentration, the mold release property is more effective. The impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot can be sufficiently prevented.

また、前記離型促進剤としてCa、Sr、Baのうち1以上が、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、各元素の合計値として50〜5000μg/cmの濃度で塗布されているものであることも好ましい。 Further, at least one of Ca, Sr, and Ba as the release accelerator is applied at a concentration of 50 to 5000 μg / cm 2 as a total value of each element on at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate. It is also preferable that it is what is done.

このような濃度で離型促進剤としてのCa、Sr、Baが多孔質シリカ基体の内表面部分に塗布されている多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器とすることによっても、より効果的に離型性を高くすることができるとともに、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる。   It is also possible to more effectively release a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot in which Ca, Sr, and Ba as release accelerators are applied to the inner surface portion of the porous silica substrate at such a concentration. The moldability can be increased and impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot can be sufficiently prevented.

また、前記多孔質シリカ基体に含有されているLi、Na、Kの各々の濃度が5wt.ppm以下であることが好ましい。   The concentration of Li, Na, and K contained in the porous silica substrate is 5 wt. It is preferably at most ppm.

多孔質シリカ基体に含有されているLi、Na、Kの各々の濃度をこのようにすれば、より効果的にシリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を防止できる多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器とすることができる。   If the concentration of each of Li, Na, and K contained in the porous silica substrate is set in this manner, impurity contamination to the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot can be more effectively prevented. A square silica container can be used.

また、本発明は、シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器を製造する方法であって、少なくとも、第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉を作製する工程と、第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する工程と、前記第一の原料粉と、前記第二の原料粉と、水とを含む混合スラリーを作製する工程と、前記混合スラリーを角形型枠内で脱水及び乾燥し、多孔質シリカ基体の仮成形体を作製する仮成形工程と、前記多孔質シリカ基体の仮成形体を、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で焼成し、多孔質シリカ基体とする焼成工程とを含み、前記第一の原料粉、前記第二の原料粉、及び前記混合スラリーの少なくとも一つにAl元素を添加することにより、前記多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法を提供する。 The present invention also relates to a method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt, and at least a first raw material powder having a particle size of 0.03. A step of producing a silica powder of ˜3.0 mm, a step of producing a silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm as the second raw material powder, the first raw material powder, and the second raw material powder, A step of preparing a mixed slurry containing water, a step of dehydrating and drying the mixed slurry in a square mold to prepare a temporary molded body of a porous silica substrate, and a step of temporarily forming the porous silica substrate. A fired step of firing the molded body at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and containing O 2 gas to form a porous silica substrate, the first raw material powder , The second raw material powder, and the mixed powder Al element is added to at least one of the leas so that the porous silica substrate contains Al element, and the release of the polycrystalline silicon ingot is performed on at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate. Provided is a method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, characterized by containing a demolding accelerator to be promoted.

このような多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法であれば、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を安価に製造することができる。   If it is a manufacturing method of such a square silica container for polycrystalline silicon ingot manufacture, it has the ability to fully prevent impurity contamination to a silicon melt and a polycrystalline silicon ingot, and it is in mold release nature. An excellent rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot can be produced at low cost.

また、本発明は、シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器を製造する方法であって、第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉を作製する工程と、第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する工程と、前記第一の原料粉と前記第二の原料粉と有機バインダーとを混合させ、混合粉を作製する工程と、前記混合粉を角形型枠内に導入し、50〜200℃に加熱して前記有機バインダーを溶融することにより、多孔質シリカ基体の仮成形体を作製する工程と、前記多孔質シリカ基体の仮成形体を、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で焼成し、多孔質シリカ基体とする焼成工程とを含み、前記第一の原料粉、前記第二の原料粉、及び前記混合粉の少なくとも一つにAl元素を添加することにより、前記多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法を提供する。 The present invention also relates to a method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt, wherein the first raw material powder has a particle size of 0.03 to 3 A step of producing a 0.0 mm silica powder, a step of producing a silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm as a second raw material powder, the first raw material powder, the second raw material powder, and an organic binder To prepare a mixed powder, and the mixed powder is introduced into a square formwork and heated to 50 to 200 ° C. to melt the organic binder, thereby forming a porous silica substrate temporary molded body. The step of producing and the temporary molded body of the porous silica substrate are baked at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and an O 2 gas to obtain a porous silica substrate. Firing step, the first Al element is added to at least one of the raw material powder, the second raw material powder, and the mixed powder, so that the porous silica substrate contains Al element, and at least the inner surface portion of the porous silica substrate A method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, characterized in that a release accelerator that promotes the release of the polycrystalline silicon ingot is included in a part thereof.

このような多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法とすることによっても、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を安価に製造することができる。   Even with such a method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, it has the ability to sufficiently prevent impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot, and release. A rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot having excellent properties can be produced at low cost.

また、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法では、前記離型促進剤の含有を、前記仮成形工程の後に、前記仮成形体の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、前記仮成形体の内表面部分の少なくとも一部に前記離型促進剤を添加することにより、及び/又は、前記焼成工程の後に、前記離型促進剤を前記多孔質シリカ基体の内表面の少なくとも一部に塗布することにより、行うことが好ましい。   Further, in the method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, after the temporary forming step, the content of the release accelerator is applied to at least a part of the inner surface of the temporary molded body, Drying, adding the release accelerator to at least a portion of the inner surface portion of the temporary molded body and / or after the firing step, the release accelerator is added to the porous silica substrate. It is preferable to carry out by applying to at least a part of the inner surface.

このように、離型促進剤の含有を、仮成形工程の後に、仮成形体の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、仮成形体の内表面部分の少なくとも一部に離型促進剤を添加することによって行ったり、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体の内表面の少なくとも一部に塗布することにより行ったりすることにより、より効率的に多孔質シリカ基体の内表面部分へ離型促進剤を含有させることができる。   In this way, after the provisional molding step, the release accelerator is applied to at least a part of the inner surface of the temporary molded body and dried to release at least a part of the inner surface portion of the temporary molded body. By adding an accelerator or by applying a mold release accelerator to at least a part of the inner surface of the porous silica substrate after the firing step, the porous silica substrate can be more efficiently A mold release accelerator can be contained in the inner surface portion of the.

また、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法では、前記離型促進剤をCa、Sr、Baのうち1以上とすることが好ましい。   In the method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, the release accelerator is preferably one or more of Ca, Sr, and Ba.

このように、離型促進剤をCa、Sr、Baとすれば、より効果的に離型性を高くすることができるとともに、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる。   As described above, when the mold release accelerator is Ca, Sr, or Ba, the mold release property can be increased more effectively and impurity contamination to the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot can be sufficiently prevented. be able to.

また、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法では、前記混合スラリー又は前記混合粉を作製する前に、前記第二の原料粉から、前記第二の原料粉が集合してなる粒径5〜500μmの顆粒体を作製し、該第二の原料粉の顆粒体を用いて前記混合スラリー又は前記混合粉を作製することが好ましい。   Further, in the method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, before the mixed slurry or the mixed powder is produced, the second raw material powder is collected from the second raw material powder. It is preferable to prepare a granule having a particle size of 5 to 500 μm and to prepare the mixed slurry or the mixed powder by using the granule of the second raw material powder.

このように、第二の原料粉を顆粒体としてから混合スラリー又は混合粉を作製すれば、粒径が細かい第二の原料粉の取り扱いを簡便にすることができる。   Thus, if the mixed slurry or mixed powder is prepared after making the second raw material powder into granules, handling of the second raw material powder having a small particle size can be simplified.

また、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法では、前記焼成工程において、前記不活性ガスを、Nガス、Heガス、Arガスの少なくとも一種以上とし、Oガスの含有量を1〜30vol.%とすることが好ましい。 In the method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, in the firing step, the inert gas is at least one of N 2 gas, He gas, and Ar gas, and contains O 2 gas. The amount is 1-30 vol. % Is preferable.

焼成工程における不活性ガスの組成をこのようにすれば、より低コストで多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を製造することができる。   If the composition of the inert gas in the firing step is thus done, a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot can be produced at a lower cost.

本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器であれば、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた、低コストの多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器とすることができる。このような多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を用いることにより、不純物汚染が十分に防止された多結晶シリコンインゴットを製造することができ、多結晶シリコンインゴットを製造する際の総コストを低減することができる。   If it is a square silica container for producing a polycrystalline silicon ingot of the present invention, it has the ability to sufficiently prevent impurity contamination to the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot, and has excellent releasability, A low-cost rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot can be obtained. By using such a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, a polycrystalline silicon ingot in which impurity contamination is sufficiently prevented can be produced, and the total cost for producing the polycrystalline silicon ingot is reduced. be able to.

また、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法であれば、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる能力を有し、かつ、離型性に優れた多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を安価に製造することができる。   Further, the method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention has the ability to sufficiently prevent impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot, and the mold release A rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot having excellent properties can be produced at low cost.

こうして、本発明により、高品質で低コストの角形の多結晶シリコンインゴットを提供することができ、これは特に太陽電池用としてきわめて好適である。   Thus, according to the present invention, a high-quality and low-cost rectangular polycrystalline ingot can be provided, which is particularly suitable for a solar cell.

(a)は、本発明に係る多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の概略上面図であり、(b)は、本発明に係る多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の概略断面図である。(A) is a schematic top view of the rectangular silica container for manufacturing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the rectangular silica container for manufacturing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention. 本発明に係る多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法の一例の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of an example of the manufacturing method of the square silica container for polycrystalline silicon ingot manufacture which concerns on this invention. 本発明に係る多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法の別の一例の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of another example of the manufacturing method of the square silica container for polycrystalline silicon ingot manufacture based on this invention.

上記したように、本発明では、例えば太陽電池用として好適な角形の多結晶シリコンインゴットを得ることができる、多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器について、以下のようなことを課題とした。   As described above, in the present invention, for example, a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot that can be used to obtain a rectangular polycrystalline silicon ingot suitable for a solar cell has the following problems.

第一に、優れた離型性を有する角形シリカ容器とすることである(離型性の向上)。これはすなわち、角形シリカ容器内に収容したシリコン融液の凝固により多結晶シリコンインゴットを製造した際に、多結晶シリコンインゴットの角形シリカ容器への融着(付着)を抑制し、特に、多結晶シリコンインゴットを角形シリカ容器から取り外しやすいものとすることである。   The first is to make a square silica container having excellent releasability (improvement of releasability). In other words, when a polycrystalline silicon ingot is produced by solidification of a silicon melt contained in a rectangular silica container, the fusion (adhesion) of the polycrystalline silicon ingot to the rectangular silica container is suppressed. The silicon ingot should be easily removed from the square silica container.

第二に、不純物汚染を防止できる角形シリカ容器とすることである。これはすなわち、角形シリカ容器に含有されている各種不純物金属元素が、多結晶シリコン製造時の高温度下においても、収容したシリコン(シリコン融液及び多結晶シリコンインゴット等)へ移動、拡散することを抑制することであり、その結果、シリコン融液及び多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することである。   Secondly, a rectangular silica container capable of preventing impurity contamination is used. This means that various impurity metal elements contained in the square silica container move and diffuse to the contained silicon (silicon melt, polycrystalline silicon ingot, etc.) even at high temperatures during the production of polycrystalline silicon. As a result, impurity contamination of the silicon melt and the polycrystalline silicon ingot is sufficiently prevented.

第三に、上記優れた離型性及び不純物汚染の防止を低コストで実現することである。これはすなわち、角形シリカ容器の製造のために、安価なシリカ原料を使用することができるようにし、また、シリカ原料の溶融、焼結温度を比較的低温度下で行い、角形シリカ容器の製造の際のエネルギー消費を少なくすることである。   Thirdly, it is possible to realize the above-mentioned excellent releasability and prevention of impurity contamination at a low cost. This means that an inexpensive silica raw material can be used for the production of a rectangular silica container, and the silica raw material is melted and sintered at a relatively low temperature to produce a rectangular silica container. It is to reduce energy consumption at the time.

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although the present invention is explained in detail, referring to drawings, the present invention is not limited to these.

図1に本発明に係る多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の一例の概略を示した。図1(a)は、本発明の角形シリカ容器の概略上面図であり、図1(b)は、本発明の角形シリカ容器の概略断面図である。   FIG. 1 shows an outline of an example of a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention. Fig.1 (a) is a schematic top view of the square silica container of this invention, FIG.1 (b) is a schematic sectional drawing of the square silica container of this invention.

図1(a)及び図1(b)に図示したように、本発明のシリカ容器10の形状は角形(角槽型とも呼ばれる)である。角形シリカ容器10は、側壁部11と底部21とからなる。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the shape of the silica container 10 of the present invention is a square (also called a square tank type). The square silica container 10 includes a side wall part 11 and a bottom part 21.

この本発明に係る角形シリカ容器10は、シリコン融液を収容した後凝固して角形の多結晶シリコンインゴットを製造するための容器である。製造される多結晶シリコンインゴットが角形であれば、これをスライスして角形の多結晶シリコンウエーハを得ることができ、円柱状の多結晶シリコンインゴットと比較して、スライスしたウエーハを太陽電池とする場合に受光面積の無駄がなく、きわめて好適である。   The rectangular silica container 10 according to the present invention is a container for producing a rectangular polycrystalline silicon ingot by containing a silicon melt and then solidifying. If the manufactured polycrystalline silicon ingot is rectangular, it can be sliced to obtain a rectangular polycrystalline silicon wafer. Compared with a cylindrical polycrystalline silicon ingot, the sliced wafer is used as a solar cell. In this case, the light receiving area is not wasted, which is very suitable.

本発明の角形シリカ容器10は、少なくとも、多孔質シリカ基体151からなる。この多孔質シリカ基体151は、かさ密度が1.80〜2.10g/cmである。このかさ密度は、1.85〜1.93g/cmの範囲とすることが好ましい。 The rectangular silica container 10 of the present invention comprises at least a porous silica substrate 151. The porous silica substrate 151 has a bulk density of 1.80 to 2.10 g / cm 3 . This bulk density is preferably in the range of 1.85 to 1.93 g / cm 3 .

離型性向上のために、多孔質シリカ基体151のかさ密度を上記のような範囲とし、多孔質シリカ基体151に含まれる気泡量を多くする(すなわち、気孔率を増大させる)。このように気泡量を多くすることにより、シリコン融液が凝固した際の多結晶シリコンインゴットの角形シリカ容器10との融着(付着)を抑制し、角形シリカ容器10から、多結晶シリコンインゴットを破損することなく取り外しやすくなる。   In order to improve releasability, the bulk density of the porous silica substrate 151 is set to the above range, and the amount of bubbles contained in the porous silica substrate 151 is increased (that is, the porosity is increased). By increasing the amount of bubbles in this manner, the fusion (adhesion) of the polycrystalline silicon ingot with the rectangular silica container 10 when the silicon melt is solidified is suppressed, and the polycrystalline silicon ingot is removed from the rectangular silica container 10. It becomes easy to remove without being damaged.

多孔質シリカ基体151のかさ密度が2.10g/cmを超える値では、製造した多結晶シリコンインゴットと角形シリカ容器との融着が強くなり、また角形シリカ容器の強度が高くなるため離型性が低下してしまう。一方、かさ密度が1.80g/cmよりも低い値では、離型性は向上するものの、角形シリカ容器自体の強度を低下させすぎてしまう。 When the bulk density of the porous silica substrate 151 exceeds 2.10 g / cm 3 , the fusion between the produced polycrystalline silicon ingot and the square silica container becomes strong, and the strength of the square silica container becomes high. The nature will decline. On the other hand, when the bulk density is lower than 1.80 g / cm 3 , the releasability is improved, but the strength of the rectangular silica container itself is excessively lowered.

本発明では、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤が含有されている。多孔質シリカ基体151の内表面とは、すなわち、多孔質シリカ基体151の側壁部11の内表面12及び多孔質シリカ基体151の底部21の内表面22である。   In the present invention, a mold release accelerator for promoting mold release of the polycrystalline silicon ingot is contained in at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate 151. The inner surface of the porous silica substrate 151 is the inner surface 12 of the side wall 11 of the porous silica substrate 151 and the inner surface 22 of the bottom 21 of the porous silica substrate 151.

本発明の角形シリカ容器10に用いる離型促進剤としては、以下の3種類のタイプが使用できる。   As the mold release accelerator used for the rectangular silica container 10 of the present invention, the following three types can be used.

第一に、再結晶タイプ、すなわち、多孔質シリカ基体151の表面を微細に再結晶させることにより、離型性を向上させるものである。本発明に特に好適なものとして、具体的には、アルカリ土類金属元素Ba、Ca、Srを挙げることができ、このうち、Baが最も好ましい。この他に、ムライト3Al・2SiO〜2Al・SiO、スピネルMgAl等を挙げることができる。 First, the recrystallization type, that is, the releasability is improved by finely recrystallizing the surface of the porous silica substrate 151. Specific examples that are particularly suitable for the present invention include alkaline earth metal elements Ba, Ca, and Sr. Of these, Ba is the most preferable. In addition, mullite 3Al 2 O 3 .2SiO 2 to 2Al 2 O 3 .SiO 2 , spinel MgAl 2 O 4 and the like can be mentioned.

第二に、発泡タイプ、すなわち、例えば1400℃以上のような高温下で、シリカと反応してシリカが発泡することにより、離型性を向上させるものである。具体的には炭化珪素SiC、窒化珪素Si等を挙げることができる。 Secondly, the mold release property is improved by reacting with silica at a high temperature such as 1400 ° C. or higher to foam the silica. Specific examples include silicon carbide SiC and silicon nitride Si 3 N 4 .

第三に、非反応タイプ、すなわち、例えば1400℃以上のような高温下で、シリカともシリコンとも反応しないことで離型性を向上させるものである。具体的には、炭素C、ジルコニアZrO、ベリリアBeO、マグネシアMgO、カルシアCaO、トリアThO、タングステンW等を挙げることができる。 Third, non-reactive type, that is, release property is improved by not reacting with silica or silicon at a high temperature such as 1400 ° C. or higher. Specifically, mention may be made of carbon C, zirconia ZrO 2, beryllia BeO, magnesia MgO, calcia CaO, thoria ThO 2, tungsten W or the like.

これら離型促進剤の3種類のタイプのうち、再結晶タイプを用いることが本発明において最も好ましい。この場合、Ca、Sr、Baのうち1以上が、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、内表面から深さ2mmまでにおいて、各元素の合計値として50〜5000wt.ppmの濃度で添加されているものであることが好ましい。50wt.ppm以上であれば離型性の向上が認められ、5000wt.ppm以下であれば、充分なる離型性が認められつつ、かつ多結晶シリコンインゴットを離型剤で汚染することもなくなるために好ましい。各元素の合計値が300〜3000wt.ppmの範囲がより好ましい。また、離型促進剤としてCa、Sr、Baのうち1以上が、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、各元素の合計値として50〜5000μg/cmの濃度で塗布されているものであることも好ましい。50μg/cm以上であれば離型性の向上が認められ、5000μg/cm以下であれば、充分なる離型性が認められつつ、かつ多結晶シリコンインゴットを離型剤で汚染することもなくなるために好ましい。各元素の合計値が300〜3000μg/cmの範囲がより好ましい。 Of these three types of mold release accelerators, the recrystallization type is most preferably used in the present invention. In this case, at least one of Ca, Sr, and Ba is at least part of the inner surface portion of the porous silica substrate 151 with a total value of 50 to 5000 wt. It is preferable that it is added at a concentration of ppm. 50 wt. If it is ppm or more, an improvement in releasability is recognized, and 5000 wt. If it is less than ppm, it is preferable because sufficient releasability is recognized and the polycrystalline silicon ingot is not contaminated with a release agent. The total value of each element is 300 to 3000 wt. A range of ppm is more preferred. Further, at least one of Ca, Sr, and Ba as a release accelerator is applied to at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate 151 at a concentration of 50 to 5000 μg / cm 2 as a total value of each element. It is also preferable that 50 [mu] g / cm 2 or more is improved if the releasability long is recognized, if 5000 [mu] g / cm 2 or less, while sufficiently made releasability is observed, and contaminating the polycrystalline silicon ingot with a release agent also It is preferable because it disappears. The total value of each element is more preferably in the range of 300 to 3000 μg / cm 2 .

再結晶タイプ、特にCa、Sr、Baを、このように多孔質シリカ基体151の内表面部分に含有させることにより、シリコン融液を角形シリカ容器10に収容し、徐々に冷却して凝固させ、多結晶シリコンインゴットとする製造過程において、該角形シリカ容器10の内表面層がシリカガラスからクリストバライトやオパール等の微結晶相に転移し、マイクロクラックの生成を引き起こすことができる。その結果、冷却、凝固された多結晶シリコンインゴットと角形シリカ容器10の内表面との融着を少なくすることができるため、角形シリカ容器10から多結晶シリコンインゴットを取り外す際、多結晶シリコンインゴットを破損したり、多結晶シリコンインゴットの表面部分に凹凸の形成や進行性クラックを発生させたりすることなく取り外すことが可能となる。   By containing the recrystallization type, particularly Ca, Sr, and Ba in the inner surface portion of the porous silica substrate 151 in this way, the silicon melt is accommodated in the rectangular silica container 10 and gradually cooled and solidified. In the manufacturing process of making a polycrystalline silicon ingot, the inner surface layer of the square silica container 10 can be transferred from silica glass to a microcrystalline phase such as cristobalite or opal, thereby causing the generation of microcracks. As a result, since the fusion between the cooled and solidified polycrystalline silicon ingot and the inner surface of the rectangular silica container 10 can be reduced, the polycrystalline silicon ingot is removed when removing the polycrystalline silicon ingot from the rectangular silica container 10. It can be removed without breaking or forming irregularities on the surface portion of the polycrystalline silicon ingot or causing progressive cracks.

Li、Na、K等のアルカリ金属元素に比較して、アルカリ土類金属元素Ca、Sr、Baは、偏析係数との相関関係で、融液からの凝固により製造された多結晶シリコンインゴットへの取り込みが少なく、すなわち多結晶シリコンインゴットへの工程汚染を少なくすることができる。特にBaは多結晶シリコンインゴットへの拡散汚染が少ない点から離型促進剤として最も好ましい。   Compared with alkali metal elements such as Li, Na, K, etc., the alkaline earth metal elements Ca, Sr, Ba have a correlation with the segregation coefficient, and are applied to the polycrystalline silicon ingot produced by solidification from the melt. Incorporation is small, that is, process contamination of the polycrystalline silicon ingot can be reduced. In particular, Ba is most preferable as a mold release accelerator because it has less diffusion contamination into the polycrystalline silicon ingot.

多孔質シリカ基体151の内表面部分のうち、離型促進剤を含有させる範囲は、上記のように多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部であればよいが、多孔質シリカ基体151のうち、シリコン融液を収容及び凝固する高さまでの内表面部分全体とすることがより好ましく、多孔質シリカ基体151の内表面部分全体とすることがさらに好ましい。   Of the inner surface portion of the porous silica substrate 151, the range in which the mold release accelerator is contained may be at least part of the inner surface portion of the porous silica substrate 151 as described above. Of these, the entire inner surface portion up to a height at which the silicon melt is accommodated and solidified is more preferable, and the entire inner surface portion of the porous silica substrate 151 is more preferable.

また、多孔質シリカ基体151は、そのAl濃度(Al元素濃度)が5〜500wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmである。不純物汚染防止のため、多孔質シリカ基体151にAl元素と同時にOH基を含有させる。Al濃度は10〜100wt.ppmとすることが好ましく、OH基濃度は30〜300wt.ppmとすることが好ましい。   The porous silica substrate 151 has an Al concentration (Al element concentration) of 5 to 500 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. ppm. In order to prevent impurity contamination, the porous silica substrate 151 contains an OH group simultaneously with the Al element. Al concentration is 10-100 wt. It is preferable to set it as ppm, and the OH group concentration is 30 to 300 wt. It is preferable to set it as ppm.

これらAl、OH基が、多孔質シリカ基体151中の不純物金属元素、特に、光照射下における多結晶シリコンのキャリアライフタイムを低下させたり、多結晶シリコンインゴットを太陽電池材料とした場合に、変換効率を低下させると考えられるLi、Na、K等のアルカリ金属元素やTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Au等の遷移金属元素のシリカ中の移動、拡散を防止する。そのメカニズムの詳細は不明であるが、Al原子はSi原子と置換することにより、その配位数の違いから、不純物金属元素の陽イオン(カチオン)を取り込み、シリカガラスネットワーク中の電荷バランスを保つという作用から、吸着、拡散防止するものと推定される。また、OH基は、水素イオンと不純物金属イオンが置換することにより、これら不純物金属元素を吸着ないし拡散防止する効果が生ずるものと推定される。   These Al and OH groups are converted when the impurity metal element in the porous silica substrate 151, especially the carrier lifetime of polycrystalline silicon under light irradiation is reduced, or when the polycrystalline silicon ingot is used as a solar cell material. It prevents migration and diffusion in the silica of alkali metal elements such as Li, Na and K which are considered to reduce the efficiency and transition metal elements such as Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo and Au. The details of the mechanism are unknown, but by replacing the Al atom with the Si atom, the cation (cation) of the impurity metal element is incorporated from the difference in coordination number, and the charge balance in the silica glass network is maintained. Therefore, it is presumed to prevent adsorption and diffusion. In addition, it is presumed that the OH group has an effect of adsorbing or preventing diffusion of these impurity metal elements by substitution of hydrogen ions and impurity metal ions.

Alの濃度が5wt.ppm未満では、不純物汚染防止効果が認められず、500wt.ppm超では不純物汚染防止効果が認められるものの、AlやAl自体が、製造する多結晶シリコンインゴットを汚染することになり好ましくない。 Al concentration is 5 wt. If it is less than ppm, the impurity contamination preventing effect is not recognized, and 500 wt. If it exceeds ppm, the effect of preventing impurity contamination is recognized, but Al or Al 2 O 3 itself is not preferable because it contaminates the produced polycrystalline silicon ingot.

また、OH基の濃度が5wt.ppm未満では、同様に、不純物汚染防止効果が認められず、500wt.ppm超では多孔質シリカ基体の高温度下での粘性度を低下させるため好ましくない。OH基は、SiとOのシリカガラス網目構造すなわちガラスネットワークの終端部(ネットワークターミネーター)となるものである。この理由により、OH基の高濃度の含有は、高温度下における多孔質シリカ基体の変形を引き起こしやすくするものと考えられる。   Further, the concentration of OH groups is 5 wt. If it is less than ppm, the impurity contamination preventing effect is not recognized, and 500 wt. Exceeding ppm is not preferable because the viscosity of the porous silica substrate at a high temperature is lowered. The OH group serves as a silica glass network structure of Si and O, that is, a terminal portion (network terminator) of the glass network. For this reason, the inclusion of a high concentration of OH groups is considered to easily cause deformation of the porous silica substrate at a high temperature.

上記AlとOH基の不純物汚染防止効果はAl又はOH基のいずれか1種でもある程度は認められるが、この2種の組み合わせによって大幅に効果が向上する。このことにより、多孔質シリカ基体151の原料となるシリカ粉の純度が、SiO99.9〜99.999wt.%と比較的低純度であっても、本発明の目的に合致する角形シリカ容器10を製造することが可能となる。より具体的には、例えばシリカ原料粉の純度(SiOの純度)が99.99wt.%以上であり、Li、Na、Kの各々の濃度が5wt.ppm以下である場合、AlとOH基を同時に適量含有させることにより、多結晶シリコンインゴットを工程汚染を十分に防止して製造することが可能となる。このように工程汚染が十分に防止された多結晶シリコンインゴットでは各々の結晶粒のサイズがより均一に整っている。このような多結晶シリコンインゴットからソーラー発電デバイス(太陽電池)を製造すれば、その光電変換効率を大幅に高めることが可能となる。 The effect of preventing contamination of impurities by Al and OH groups is recognized to some extent with either one of Al or OH groups, but the combination of these two types greatly improves the effect. As a result, the purity of the silica powder used as the raw material for the porous silica substrate 151 is SiO 2 99.9 to 99.999 wt. %, It is possible to produce a rectangular silica container 10 that meets the object of the present invention. More specifically, for example, the purity of the silica raw material powder (SiO 2 purity) is 99.99 wt. %, And the concentration of each of Li, Na, and K is 5 wt. When the content is less than or equal to ppm, it is possible to produce a polycrystalline silicon ingot with sufficient prevention of process contamination by containing appropriate amounts of Al and OH groups simultaneously. Thus, in the polycrystalline silicon ingot in which the process contamination is sufficiently prevented, the size of each crystal grain is more uniform. If a solar power generation device (solar cell) is manufactured from such a polycrystalline silicon ingot, its photoelectric conversion efficiency can be significantly increased.

以下では、上記のような角形シリカ容器10を製造することができる、本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を製造する方法を、さらに具体的に説明する。   Hereinafter, the method for producing the rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention, which can produce the above-described square silica container 10, will be described more specifically.

(I)第1の態様
本発明に係る角形シリカ容器10の製造方法の一例(第1の態様、湿式法)の概略を図2に示した。
(I) 1st aspect The outline of an example (1st aspect, a wet method) of the manufacturing method of the square silica container 10 which concerns on this invention was shown in FIG.

まず、図2の(a−1)に示したように、原料粉を作製する。具体的には、第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉と、第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する。第一の原料粉と第二の原料粉はそれぞれ、後述する混合スラリーの作製前に作製すればよい。   First, as shown to (a-1) of FIG. 2, raw material powder is produced. Specifically, silica powder having a particle size of 0.03 to 3.0 mm and silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm are prepared as the first raw material powder. Each of the first raw material powder and the second raw material powder may be prepared before preparing a mixed slurry described later.

このうち、第一の原料粉は、本発明に係る角形シリカ容器10(図1参照)の多孔質シリカ基体151の主な構成材料となるものである。第一の原料粉としては、低コスト化のため、従来のような高純度シリカ原料粉(高純度水晶粉、高純度石英粉、超高純度合成シリカガラス粉)を使用せず、シリカ純度SiO99.9〜99.999wt.%の比較的低純度のシリカ粉原料を使用することが好ましい。この第一の原料粉は例えば以下のようにして珪石塊を粉砕、整粒することにより作製することができるが、これに限定されない。 Among these, the first raw material powder is a main constituent material of the porous silica substrate 151 of the rectangular silica container 10 (see FIG. 1) according to the present invention. As the first raw material powder, high purity silica raw material powder (high purity quartz powder, high purity quartz powder, ultra high purity synthetic silica glass powder) is not used, and silica purity SiO 2 99.9 to 99.999 wt. % Of relatively low purity silica powder raw material is preferably used. This first raw material powder can be produced, for example, by pulverizing and sizing the silica mass as follows, but is not limited thereto.

まず、直径10〜100mm程度の天然珪石塊(天然に産出する水晶、石英、珪石、珪質岩石、オパール石等)を大気雰囲気下、600〜1000℃の温度域にて1〜10時間程度加熱する。次いで該天然珪石塊を水中に投入し、急冷却後取出し、乾燥させる。この処理により、次のクラッシャー等による粉砕、整粒の処理を行いやすくできるが、この加熱急冷処理は行わずに粉砕処理へ進んでもよい。   First, a natural silica stone block (naturally produced crystal, quartz, quartzite, siliceous rock, opal stone, etc.) having a diameter of about 10 to 100 mm is heated in a temperature range of 600 to 1000 ° C. for about 1 to 10 hours in an air atmosphere. To do. Next, the natural silica mass is put into water, taken out after rapid cooling, and dried. This process facilitates the subsequent crushing and sizing process using a crusher or the like, but the process may proceed to the crushing process without performing the heating and quenching process.

次いで、該天然珪石塊をクラッシャー等により粉砕、整粒し、粒径を0.03〜3mm、好ましくは0.1〜1mmに調整して天然珪石粉を得る。   Next, the natural silica mass is pulverized and sized by a crusher or the like, and the particle size is adjusted to 0.03 to 3 mm, preferably 0.1 to 1 mm, to obtain natural silica powder.

次いで、この天然珪石粉を、傾斜角度を有するシリカガラス製チューブから成るロータリーキルンの中に投入し、キルン内部を塩化水素(HCl)又は、塩素(Cl)ガス含有雰囲気とし、700〜1100℃にて1〜100時間程度加熱することにより高純度化処理を行う。ただし高純度を必要としない多結晶シリコンインゴット製造用途では、この高純度化処理を行わずに次処理へ進んでもよい。 Next, this natural silica powder is put into a rotary kiln composed of a silica glass tube having an inclination angle, and the inside of the kiln is made into an atmosphere containing hydrogen chloride (HCl) or chlorine (Cl 2 ) gas, and is kept at 700 to 1100 ° C. For about 1 to 100 hours. However, in a polycrystalline silicon ingot manufacturing application that does not require high purity, the process may proceed to the next process without performing this high-purification process.

以上のような工程後に得られる第一の原料粉は結晶質のシリカ粉である。コストの点からも、このような天然結晶質シリカ粉を、第一の原料粉とすることが好ましい。   The first raw material powder obtained after the above steps is crystalline silica powder. From the viewpoint of cost, such natural crystalline silica powder is preferably used as the first raw material powder.

第一の原料粉の粒径は、上記のように、0.03〜3mm、好ましくは0.1〜1mmとする。
第一の原料粉のシリカ純度は、99.9wt.%以上とすることが好ましく、99.99wt.%以上とすることがさらに好ましい。特に、Li、Na、Kの各々の濃度を5wt.ppm以下とすることが好ましい。また、本発明の角形シリカ容器の製造方法であれば、第一の原料粉のシリカ純度を99.999wt.%以下と比較的低純度のものとしても、製造される角形シリカ容器は、シリコン融液や多結晶シリコンインゴットへの不純物汚染を十分に防止することができる。そのため、従来よりも低コストで多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を製造することができることになる。
As described above, the particle size of the first raw material powder is 0.03 to 3 mm, preferably 0.1 to 1 mm.
The silica purity of the first raw material powder is 99.9 wt. % Or more, preferably 99.99 wt. % Or more is more preferable. In particular, the concentration of each of Li, Na, and K is 5 wt. It is preferable to set it as ppm or less. Moreover, if it is a manufacturing method of the square silica container of this invention, the silica purity of 1st raw material powder will be 99.999 wt. Even if it has a relatively low purity of not more than%, the manufactured rectangular silica container can sufficiently prevent impurity contamination of the silicon melt and polycrystalline silicon ingot. Therefore, a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot can be produced at a lower cost than before.

第一の原料粉としては、粒径が0.03〜3mmであればよく、非晶質溶融天然石英ガラス粉、合成シリカガラス粉等を上記の結晶質シリカ粉に代えて又は混合して使用してもよい。このようなガラス質のシリカ粉であれば、焼成温度を低下させることができる。   As the first raw material powder, it is sufficient that the particle diameter is 0.03 to 3 mm, and amorphous fused natural quartz glass powder, synthetic silica glass powder, etc. are used in place of or mixed with the above crystalline silica powder. May be. With such a vitreous silica powder, the firing temperature can be lowered.

第二の原料粉は、本発明の角形シリカ容器10の多孔質シリカ基体151を第一の原料粉とともに構成する材料となるものである。   The second raw material powder is a material that constitutes the porous silica substrate 151 of the rectangular silica container 10 of the present invention together with the first raw material powder.

第二の原料粉として、粒径0.1〜10μm、好ましくは0.2〜5μmのシリカガラス粉、好ましくは球状シリカガラスを作製する。球状シリカガラスの製法には湿式法のゾルゲル法(アルコキシド法)と乾式法の溶融法(溶射法)がある。又は、代わりの材料として四塩化珪素(SiCl)等のケイ素化合物原料の火炎加水分解法によるシリカガラス微粉体、いわゆるスート粉を作製する。この場合のスート粉の粒径は、上記と同様に0.1〜10μm、好ましくは0.2〜5μmとする。 As the second raw material powder, silica glass powder having a particle size of 0.1 to 10 μm, preferably 0.2 to 5 μm, preferably spherical silica glass is prepared. The spherical silica glass can be produced by a wet sol-gel method (alkoxide method) and a dry melting method (spraying method). Alternatively, as an alternative material, a silica glass fine powder, so-called soot powder, is produced by flame hydrolysis of a silicon compound raw material such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ). The particle size of the soot powder in this case is 0.1 to 10 μm, preferably 0.2 to 5 μm, as described above.

第二の原料粉を作製した後、後述する混合スラリーを作製する前に、第二の原料粉から、第二の原料粉が集合してなる粒径5〜500μmの顆粒体を作製することができる。このように第二の原料粉を顆粒体とすることで、第二の原料粉の取り扱いが簡便になるので好ましい。
第二の原料粉を顆粒体とするには、例えば以下のような手順により行うことができる。
After producing the second raw material powder, before producing a mixed slurry to be described later, it is possible to produce a granule having a particle diameter of 5 to 500 μm formed by the aggregation of the second raw material powder from the second raw material powder. it can. Thus, it is preferable to use the second raw material powder as a granule because the second raw material powder can be handled easily.
In order to make the second raw material powder into granules, for example, the following procedure can be used.

まず、第二の原料粉に、融点200℃以下の有機バインダー、例えばパラフィン系バインダー(融点40〜70℃)又はステアリン酸系バインダー(融点70〜150℃)を重量比率1〜10wt.%好ましくは2〜5wt.%混合し、1〜10/secのせん断速度における粘性値10〜100mPa・Sとなるように純水を加え(水分率として10〜40%程度)、その後20〜30μmに設定されたメッシュフィルターにより異物を除去して顆粒体作製用のスラリー(懸濁液)を作製する。   First, an organic binder having a melting point of 200 ° C. or lower, for example, a paraffin binder (melting point 40 to 70 ° C.) or a stearic acid binder (melting point 70 to 150 ° C.) is added to the second raw material powder in a weight ratio of 1 to 10 wt. % Preferably 2 to 5 wt. % Pure water is added so that the viscosity value is 10 to 100 mPa · S at a shear rate of 1 to 10 / sec (about 10 to 40% as a moisture content), and then the mesh filter is set to 20 to 30 μm. Foreign matter is removed to prepare a slurry (suspension) for preparing granules.

この顆粒体作製用混合スラリーを乾燥させることにより、バインダーコーティングされた顆粒体を作製する。混合スラリーの乾燥方法は特に限定されないが、例えば、噴霧乾燥機(スプレードライヤー)に投入してバインダーが表面にコーティングされている第二の原料粉の顆粒体を作製することができる。このスプレードライヤーは円柱状のホッパー型チャンバーと該チャンバーの上部に設置された顆粒体作製用混合スラリーを噴霧する装置(アトマイザー)と、該チャンバーの横に設置された熱風給気ダクトと該チャンバー下部に設置された顆粒体捕集口からなる。熱風給気ダクトから流出する空気温度は使用するバインダーの融点より高く設定する必要があり、100〜250℃の範囲に設定する。これにより作製される顆粒体は、バインダーが表面にコーティングされた第二の原料粉の集合体であり、粒径5〜500μmの範囲で所定の平均粒径に設定することが可能である。   This granule-prepared mixed slurry is dried to produce a binder-coated granule. The method of drying the mixed slurry is not particularly limited, and for example, it can be put into a spray dryer (spray dryer) to produce granules of the second raw material powder having a binder coated on the surface. This spray dryer has a cylindrical hopper-type chamber, an apparatus (atomizer) for spraying the granule preparation mixed slurry installed at the upper part of the chamber, a hot air supply duct installed at the side of the chamber, and the lower part of the chamber It consists of a granule collection port installed in the. The temperature of the air flowing out from the hot air supply duct needs to be set higher than the melting point of the binder to be used, and is set in the range of 100 to 250 ° C. The granules produced in this way are aggregates of second raw material powders whose surfaces are coated with a binder, and can be set to a predetermined average particle size in the range of 5 to 500 μm.

以上のようにして第一の原料粉、第二の原料粉をそれぞれ作製する。本発明では、第一の原料粉、第二の原料粉、及び後述する、第一の原料粉と第二の原料粉と水とを混合した混合スラリーの少なくとも一つにAl元素を添加(ドーピング)する。このことにより、多孔質シリカ基体151にAl元素を含有させることができる。これにより、上記したように、Li、Na、K等のアルカリ金属元素やTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Au等の遷移金属元素の多孔質シリカ基体151中の移動、拡散を防止することができ、また、角形シリカ容器10の耐熱変形性を向上させることができる。   The first raw material powder and the second raw material powder are produced as described above. In the present invention, Al element is added to at least one of the first raw material powder, the second raw material powder, and a mixed slurry obtained by mixing the first raw material powder, the second raw material powder, and water, which will be described later (doping). ) As a result, the porous silica substrate 151 can contain Al element. Accordingly, as described above, movement and diffusion of alkali metal elements such as Li, Na, and K and transition metal elements such as Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, and Au in the porous silica substrate 151 are performed. Can be prevented, and the heat-resistant deformation property of the square silica container 10 can be improved.

第一の原料粉及び第二の原料粉の少なくともいずれか一方にAl元素を添加するには、水やアルコールに可溶性のAl化合物溶液に原料粉を浸漬して含浸させ、次いで一定速度で引き上げて乾燥するなどの方法を用いることができる。添加するAlの量は、製造後の角形シリカ容器10の多孔質シリカ基体151中のAl濃度が5〜500wt.ppmとなるようにし、10〜100wt.ppmとなるようにすることが好ましい。   In order to add Al element to at least one of the first raw material powder and the second raw material powder, the raw material powder is immersed and impregnated in an Al compound solution soluble in water or alcohol, and then pulled up at a constant rate. A method such as drying can be used. The amount of Al to be added is such that the Al concentration in the porous silica substrate 151 of the square silica container 10 after manufacture is 5 to 500 wt. ppm, and 10 to 100 wt. It is preferable to make it ppm.

次に、図2の(a−2)に示したように、第一の原料粉と、第二の原料粉と、水とを含む混合スラリー131を作製する。第二の原料粉は、上記のように顆粒体の状態で混合させて混合スラリー131とすることもできる。   Next, as shown to (a-2) of FIG. 2, the mixed slurry 131 containing 1st raw material powder, 2nd raw material powder, and water is produced. The second raw material powder can be mixed in the state of granules as described above to form a mixed slurry 131.

この混合スラリー131の作製は、具体的には下記のように、(1)第一の原料粉と第二の原料粉の混合、(2)混合スラリーの作製、(3)スラリーの均質混合、(4)スラリーの真空脱ガス、等の各サブステップを経て行うことができるが、これに限定されるものではない。   Specifically, the mixed slurry 131 is prepared as follows: (1) mixing of the first raw material powder and second raw material powder, (2) preparation of the mixed slurry, (3) homogeneous mixing of the slurry, (4) Although it can be performed through each sub-step such as vacuum degassing of the slurry, it is not limited to this.

(1)第一の原料粉と第二の原料粉の混合
まず、第一の原料粉を主原料とし、第二の原料粉を、好ましくは5wt.%〜50wt.%、より好ましくは10〜30wt.%範囲で均一に混合する。ここでの原料粉の混合比率により、混合スラリー131を作製する際の第一の原料粉と第二の原料粉との配合比が決まる。製造コストを低減させる目的からは、なるべく第一の原料粉の第二の原料粉に対する比率を高くする必要がある。第二の原料粉の混合比率が5wt.%以上であれば、成形、焼成後の多孔質シリカ基体151の空隙が少なくなり、密度が十分に高く、その結果多孔質シリカ基体151の寸法制度や耐熱性を向上させることができる。また、第二の原料粉の混合比率が50wt.%以下であれば、成形、焼成後の多孔質シリカ基体151の空隙を十分確保でき、離型性をより高めることができる。混合手法としては、比較的量が少ない場合、V型ミキサーを用いることもできるが、この手法に限定されるわけではない。
(1) Mixing of first raw material powder and second raw material powder First, the first raw material powder is used as a main raw material, and the second raw material powder is preferably 5 wt. % To 50 wt. %, More preferably 10-30 wt. Mix evenly in the% range. The mixing ratio of the raw material powder here determines the mixing ratio of the first raw material powder and the second raw material powder when the mixed slurry 131 is produced. In order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to increase the ratio of the first raw material powder to the second raw material powder as much as possible. The mixing ratio of the second raw material powder is 5 wt. If it is% or more, the voids of the porous silica substrate 151 after molding and firing are reduced, and the density is sufficiently high. As a result, the dimensional system and heat resistance of the porous silica substrate 151 can be improved. The mixing ratio of the second raw material powder is 50 wt. If it is% or less, sufficient voids in the porous silica substrate 151 after molding and firing can be secured, and the releasability can be further improved. As a mixing method, when the amount is relatively small, a V-type mixer can be used, but it is not limited to this method.

(2)スラリー(混合水溶液)の作製
上記で作製した第一の原料粉と第二の原料粉との混合粉を、主原料として95〜80wt.%、純水を5〜20wt.%として混合スラリー131とする。角形シリカ容器10作製中の不純物汚染には注意が必要であり、多孔質シリカ基体151中のLi、Na、Kの各濃度が5wt.ppm以下となるように混合スラリー131を作製することが好ましく、1wt.ppm以下とすることがさらに好ましい。
(2) Preparation of slurry (mixed aqueous solution) The mixed powder of the first raw material powder and the second raw material powder prepared above was used as a main raw material at 95 to 80 wt. %, Pure water 5-20 wt. % Is used as the mixed slurry 131. Care must be taken for impurity contamination during the production of the square silica container 10, and the concentration of Li, Na, and K in the porous silica substrate 151 is 5 wt. It is preferable to prepare the mixed slurry 131 so as to be equal to or lower than ppm. More preferably, it is at most ppm.

本発明では、上記のように第一の原料粉、第二の原料粉、及び混合スラリー131の少なくとも一つにAl元素を添加する。混合スラリー131にAl元素を含有させるためには、水やアルコールに可溶性のAl化合物、例えば、微量の硝酸アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウムのいずれかを、純水やアルコールに溶解混合することなどによって行うことができる。添加するAlの量は、製造後の角形シリカ容器10の多孔質シリカ基体151中のAl濃度が5〜500wt.ppmとなるようにし、10〜100wt.ppmとなるようにすることが好ましい。   In the present invention, Al element is added to at least one of the first raw material powder, the second raw material powder, and the mixed slurry 131 as described above. In order to contain the Al element in the mixed slurry 131, by dissolving and mixing an Al compound soluble in water or alcohol, for example, any one of a small amount of aluminum nitrate, aluminum carbonate, and aluminum chloride in pure water or alcohol. It can be carried out. The amount of Al to be added is such that the Al concentration in the porous silica substrate 151 of the square silica container 10 after manufacture is 5 to 500 wt. ppm, and 10 to 100 wt. It is preferable to make it ppm.

なお、混合スラリーとした状態でAl元素を添加する代わりに、混合スラリー131を作製する前に、混合する前の水にAl元素を添加することにより、混合スラリー131にAl元素を添加してもよい。   Instead of adding the Al element in the mixed slurry state, the Al element may be added to the mixed slurry 131 by adding the Al element to the water before mixing before preparing the mixed slurry 131. Good.

また、この混合スラリー131には、さらに必要に応じて分散剤(例えばポリアクリル酸塩)、消泡剤(例えばポリエチレングリコール)、潤滑剤(例えばステアリン酸、ワックス)、結合剤(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリステレンアクリル系レジン、パラフィン系ワックス、エポキシレジン、メチルセルロース、エチルセルロース)等を適量混合することができる。   Further, the mixed slurry 131 may further include a dispersant (for example, polyacrylate), an antifoaming agent (for example, polyethylene glycol), a lubricant (for example, stearic acid, wax), a binder (for example, polyethylene, A suitable amount of polypropylene, a polystyrene acrylic resin, a paraffin wax, an epoxy resin, methyl cellulose, ethyl cellulose, or the like can be mixed.

(3)スラリーの均質混合
円筒状シリカガラス容器及びシリカガラスボールから成るボールミルの中に混合スラリー131を投入し1〜2時間混合する。作製された混合スラリー131の密度(比重)は1.6〜2.1g/cm好ましくは1.7〜2.0g/cmとし、粘性度は1〜10/secのせん断速度において300〜3000mPa・secとすることが好ましい。
(3) Homogenous mixing of slurry The mixed slurry 131 is put into a ball mill composed of a cylindrical silica glass container and silica glass balls, and mixed for 1 to 2 hours. The density (specific gravity) of the prepared mixed slurry 131 is 1.6 to 2.1 g / cm 3, preferably 1.7 to 2.0 g / cm 3 , and the viscosity is 300 to 300 at a shear rate of 1 to 10 / sec. It is preferable to set it as 3000 mPa * sec.

(4)スラリーの真空脱ガス
シリカガラスチャンバー内に混合スラリー131を設置し、室温下にて10Pa以下の真空度で5〜30分間真空脱ガス処理を行う。ただし、この処理は製造された角形シリカ容器の用途によっては行わない場合もある。
(4) Vacuum degassing of slurry The mixed slurry 131 is placed in a silica glass chamber, and vacuum degassing is performed at room temperature at a vacuum degree of 10 4 Pa or less for 5 to 30 minutes. However, this treatment may not be performed depending on the use of the manufactured square silica container.

このようにして混合スラリー131を作製した後、図2の(a−3)に示したように、混合スラリー131を角形形状とする角形型枠内に導入する。   After preparing the mixed slurry 131 in this way, the mixed slurry 131 is introduced into a rectangular mold having a rectangular shape, as shown in FIG.

次に、図2の(a−4)に示したように、混合スラリーを角形型枠内で脱水及び乾燥し、多孔質シリカ基体の仮成形体141を作製する(仮成形工程)。具体的には、角形型枠内に入った混合スラリー131をクリーンオーブン内に入れ、室温から5〜20℃/時で昇温後、50〜200℃にて10〜100時間保持して、水分を蒸発させ乾燥させる。   Next, as shown in (a-4) of FIG. 2, the mixed slurry is dehydrated and dried in a square mold to produce a porous silica substrate temporary molded body 141 (temporary molding step). Specifically, the mixed slurry 131 contained in the square mold is put in a clean oven, heated from room temperature to 5 to 20 ° C./hour, and then held at 50 to 200 ° C. for 10 to 100 hours to obtain moisture. Is evaporated to dryness.

このようにして多孔質シリカ基体の仮成形体141を作製した後、焼成して多孔質シリカ基体151とする(焼成工程)のであるが、本発明では、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させる。この離型促進剤の含有は、仮成形工程の後に、離型促進剤を仮成形体141の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、仮成形体141の内表面部分の少なくとも一部に離型促進剤を添加することにより行うこともできるし、後述するように、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体151の内表面の少なくとも一部に塗布することにより行うこともできる。離型促進剤の含有の具体的な方法は後述する。   In this way, after the porous silica substrate temporary molded body 141 is produced, it is fired to form the porous silica substrate 151 (firing step). In the present invention, the inner surface portion of the porous silica substrate 151 is formed. A release accelerator that promotes release of the polycrystalline silicon ingot is included in at least a part. The release accelerator is contained in at least one of the inner surface portions of the temporary molded body 141 by applying the mold release accelerator to at least a part of the inner surface of the temporary molded body 141 and drying it after the temporary molding step. It can also be performed by adding a mold release accelerator to the part, or, as will be described later, by applying a mold release accelerator to at least a part of the inner surface of the porous silica substrate 151 after the firing step. You can also. A specific method of containing the mold release accelerator will be described later.

仮成形工程の後、図2の(a−5)に示したように、多孔質シリカ基体の仮成形体141を、焼成して多孔質シリカ基体151とする(焼成工程)。この焼成工程の焼成条件は、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で行う。 After the temporary molding step, as shown in FIG. 2 (a-5), the porous silica substrate temporary molded body 141 is fired to form a porous silica substrate 151 (firing step). The firing conditions of this firing step are performed at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and O 2 gas.

具体的には、角形型枠から取り外した仮成形体141を、例えば高純度アルミナボードを保温材とし、二珪化モリブデンをヒーターとする電気抵抗加熱炉内に設置する。次いで、N(窒素)ガス、He(ヘリウム)ガス、Ar(アルゴン)ガス等の不活性ガスを主成分とするO(酸素)ガス含有雰囲気にて、室温から1000℃に至るまで50℃/時〜500℃/時にて昇温し、仮成形体141に含まれているバインダー等の有機物質を酸化、燃焼、除去する。次いで1000℃から1200〜1500℃に至るまでに、20℃/時〜200℃/時にて昇温し、引き続き1200〜1500℃好ましくは1250〜1350℃の範囲の所定温度にて、1〜10時間保持し、仮成形体141中の第一の原料粉と、第二の原料粉を焼結させる。 Specifically, the temporary molded body 141 removed from the rectangular mold is placed in an electric resistance heating furnace using, for example, a high-purity alumina board as a heat insulating material and molybdenum disilicide as a heater. Next, in an atmosphere containing O 2 (oxygen) gas containing an inert gas such as N 2 (nitrogen) gas, He (helium) gas, or Ar (argon) gas as a main component, 50 ° C. from room temperature to 1000 ° C. The temperature is raised at / hour to 500 ° C./hour to oxidize, burn, and remove organic substances such as a binder contained in the temporary molded body 141. Subsequently, the temperature is increased from 1000 ° C. to 1200 to 1500 ° C. at 20 ° C./hour to 200 ° C./hour, and subsequently at a predetermined temperature in the range of 1200 to 1500 ° C., preferably 1250 to 1350 ° C., for 1 to 10 hours. The first raw material powder in the temporary molded body 141 and the second raw material powder are sintered.

焼成工程におけるOガス含有量は、各種有機バインダーを酸化除去する目的から1〜30vol.%が好ましい。Oガス含有量が1vol.%以上であれば、有機バインダーの除去をより効果的に行うことができる。また、Oガス含有量が30vol.%以下であれば、有機バインダー除去に十分であり、ヒーター材の消耗を低減したり、焼成のためのガスのコストも抑制することができ、工業上好ましい。 The O 2 gas content in the firing step is 1 to 30 vol. For the purpose of oxidizing and removing various organic binders. % Is preferred. O 2 gas content is 1 vol. If it is% or more, the organic binder can be removed more effectively. The O 2 gas content is 30 vol. If it is% or less, it is sufficient for removing the organic binder, and the consumption of the heater material can be reduced, and the cost of gas for firing can be suppressed, which is industrially preferable.

以上のようにして、多孔質シリカ基体151を製造するのであるが、上記のように、本発明では、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させる。   As described above, the porous silica substrate 151 is manufactured. As described above, in the present invention, the release of the polycrystalline silicon ingot is applied to at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate 151. Include a release accelerator to promote.

離型促進剤を含有させる具体的な方法として、まず、仮成形工程の後に、仮成形体141の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、仮成形体141の内表面部分の少なくとも一部に離型促進剤を添加することにより離型促進剤を含有させる具体的な方法を例示して説明する。   As a specific method for containing the mold release accelerator, first, after the temporary molding step, at least a part of the inner surface of the temporary molded body 141 is applied and dried, and at least the inner surface part of the temporary molded body 141 is dried. A specific method of adding a mold release accelerator by adding a mold release accelerator to a part will be described as an example.

例えば再結晶タイプのCa、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素の場合、水又はアルコールに溶解するこれら元素化合物である塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩等を選出し、仮成形体141の内表面からスプレー方式、エアーブラシ方式、ローラー方式、又は刷毛塗り方式等により、塗布、乾燥させることにより添加処理を行う。離型促進剤が添加処理された仮成形体141は、後述する焼成工程にて、不活性ガスを主成分とするOガス含有雰囲気にて、1200〜1500℃で焼成されることになる。焼成工程によりこれら離型促進剤は容器内表面の少なくとも2mm厚に含有されることになる。含有濃度としてはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属元素の合計値として50〜5000wt.ppmとすることが好ましく、100〜1000wt.ppmとすることがさらに好ましい。 For example, in the case of alkaline earth metal elements such as recrystallized type Ca, Sr, Ba, etc., chlorides, nitrates, carbonates, acetates, etc., which are these elemental compounds dissolved in water or alcohol, are selected, and a temporary molded body 141 Addition treatment is performed by applying and drying from the inner surface by spraying, airbrushing, rollering, or brushing. The temporary molded body 141 to which the release accelerator has been added is fired at 1200 to 1500 ° C. in an O 2 gas-containing atmosphere containing an inert gas as a main component in a firing step described later. These mold release accelerators are contained in at least 2 mm thickness of the inner surface of the container by the firing step. The content concentration is 50 to 5000 wt. As the total value of alkaline earth metal elements of Ca, Sr, and Ba. ppm, preferably 100 to 1000 wt. More preferably, it is ppm.

離型促進剤を含有させる具体的な別の方法として、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体151の内表面の少なくとも一部に塗布することにより行う方法を説明する。   As another specific method for containing a mold release accelerator, a method of applying a mold release accelerator to at least a part of the inner surface of the porous silica substrate 151 after the firing step will be described.

上記の仮成形工程後の塗布による離型促進剤の添加の方法の代わりに、又はそれに加えて、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体151の内表面の少なくとも一部に塗布(コーティング)することにより離型促進剤を含有させることができる。Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素の少なくとも1種以上の化合物混合溶液を焼成後の多孔質シリカ基体151の内表面上にスプレー方式、エアーブラシ方式等により塗布、乾燥させることにより、塗布処理を行う。塗布濃度としては、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素合計値として50〜5000μg/cmとすることが好ましく、100〜1000μg/cmとすることがさらに好ましい。 Instead of, or in addition to, the method of adding the release accelerator by application after the temporary forming step, the release accelerator is applied to at least a part of the inner surface of the porous silica substrate 151 after the firing step. A mold release accelerator can be incorporated by coating. By applying and drying at least one compound mixed solution of alkaline earth metal elements such as Ca, Sr, Ba on the inner surface of the fired porous silica substrate 151 by a spray method, an air brush method, and the like, A coating process is performed. The coating concentration, Ca, Sr, it is preferable that the 50~5000μg / cm 2 as an alkaline earth metal element sum of such Ba, and even more preferably from 100-1000 / cm 2.

OH基濃度の調整は、第一の原料粉の種類の選定、乾燥工程や焼結工程の雰囲気、温度、時間条件を変化させることによって行い、多孔質シリカ基体151に5〜500wt.ppmになるようにする。更に、30〜300wt.ppmの範囲が好ましい。   The OH group concentration is adjusted by selecting the type of the first raw material powder and changing the atmosphere, temperature, and time conditions of the drying process and the sintering process, so that the porous silica substrate 151 has 5 to 500 wt. Set to ppm. Furthermore, 30 to 300 wt. A range of ppm is preferred.

(II)第2の態様
本発明に係る角形シリカ容器10の製造方法の別の一例(第2の態様、乾式法)の概略を図3に示した。
(II) 2nd aspect The outline of another example (2nd aspect, a dry process) of the manufacturing method of the square silica container 10 which concerns on this invention was shown in FIG.

まず、図3の(b−1)に示したように、原料粉を作製する。具体的には、第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉と、第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する。これらの原料粉は、第1の態様の際と同様にして作製することができる。   First, as shown to (b-1) of FIG. 3, raw material powder is produced. Specifically, silica powder having a particle size of 0.03 to 3.0 mm and silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm are prepared as the first raw material powder. These raw material powders can be produced in the same manner as in the first embodiment.

第二の原料粉を作製した後、後述する混合粉を作製する前に、第二の原料粉から、第二の原料粉が集合してなる粒径5〜500μmの顆粒体を作製することができることも、第1の態様と同様である。このように第二の原料粉を顆粒体とすることで、第二の原料粉の取り扱いが簡便になるので好ましい。   After producing the second raw material powder, before producing the mixed powder to be described later, it is possible to produce a granule having a particle size of 5 to 500 μm in which the second raw material powder is aggregated from the second raw material powder. What can be done is the same as in the first embodiment. Thus, it is preferable to use the second raw material powder as a granule because the second raw material powder can be handled easily.

この実施態様(第2の態様)においては、第一の原料粉、第二の原料粉、及び後述する、第一の原料粉と第二の原料粉と有機バインダーとを混合した混合粉231の少なくとも一つにAl元素を添加(ドーピング)する。このことにより、多孔質シリカ基体151にAl元素を含有させることができる。これにより、上記したように、Li、Na、K等のアルカリ金属元素やTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Au等の遷移金属元素の多孔質シリカ基体151中の移動、拡散を防止することができ、また、角形シリカ容器10の耐熱変形性を向上させることができる。   In this embodiment (second aspect), the first raw material powder, the second raw material powder, and the mixed powder 231 obtained by mixing the first raw material powder, the second raw material powder, and the organic binder described later are used. Al element is added (doping) to at least one. As a result, the porous silica substrate 151 can contain Al element. Accordingly, as described above, movement and diffusion of alkali metal elements such as Li, Na, and K and transition metal elements such as Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, and Au in the porous silica substrate 151 are performed. Can be prevented, and the heat-resistant deformation property of the square silica container 10 can be improved.

第一の原料粉及び第二の原料粉の少なくともいずれか一方にAl元素を添加するには、水やアルコールに可溶性のAl化合物溶液に原料粉を浸漬して含浸させ、次いで一定速度で引き上げて乾燥するなどの方法を用いることができる。添加するAlの量は、製造後の角形シリカ容器10の多孔質シリカ基体151中のAl濃度が5〜500wt.ppmとなるようにし、10〜100wt.ppmとなるようにすることが好ましい。   In order to add Al element to at least one of the first raw material powder and the second raw material powder, the raw material powder is immersed and impregnated in an Al compound solution soluble in water or alcohol, and then pulled up at a constant rate. A method such as drying can be used. The amount of Al to be added is such that the Al concentration in the porous silica substrate 151 of the square silica container 10 after manufacture is 5 to 500 wt. ppm, and 10 to 100 wt. It is preferable to make it ppm.

次に、図3の(b−2)に示したように、第一の原料粉と、第二の原料粉と、有機バインダーとを混合させ、混合粉231を作製する。第二の原料粉は、上記のように顆粒体の状態で混合させて混合粉231とすることもできる。   Next, as shown to (b-2) of FIG. 3, 1st raw material powder, 2nd raw material powder, and an organic binder are mixed, and the mixed powder 231 is produced. The second raw material powder may be mixed in the state of granules as described above to obtain a mixed powder 231.

この混合は、有機バインダーを除いた比率として、第一の原料粉を主原料とし、第二の原料粉を、好ましくは5wt.%以上50wt.%未満、より好ましくは10〜30wt.%範囲で均一に混合する。混合粉231中の有機バインダーの比率は重量比率1〜10wt.%とすることが好ましい。   In this mixing, the first raw material powder is the main raw material and the second raw material powder is preferably 5 wt. % Or more and 50 wt. %, More preferably 10-30 wt. Mix evenly in the% range. The ratio of the organic binder in the mixed powder 231 is 1 to 10 wt. % Is preferable.

製造コストを低減させる目的からは、なるべく第一の原料粉の第二の原料粉に対する比率を高くする必要がある。第二の原料粉の混合比率が5wt.%であれば、成形、焼成後の多孔質シリカ基体151の空隙が少なくなり、密度が十分に高く、その結果多孔質シリカ基体151の寸法制度や耐熱性を向上させることができる。また、第二の原料粉の混合比率が50wt.%以下であれば、成形、焼成後の多孔質シリカ基体151の空隙を十分確保でき、離型性をより高めることができる。混合手法としては、比較的量が少ない場合、V型ミキサーを用いることもできるが、この手法に限定されるわけではない。   In order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to increase the ratio of the first raw material powder to the second raw material powder as much as possible. The mixing ratio of the second raw material powder is 5 wt. If it is%, the voids of the porous silica substrate 151 after molding and firing are reduced, and the density is sufficiently high. As a result, the dimensional system and heat resistance of the porous silica substrate 151 can be improved. The mixing ratio of the second raw material powder is 50 wt. If it is% or less, sufficient voids in the porous silica substrate 151 after molding and firing can be secured, and the releasability can be further improved. As a mixing method, when the amount is relatively small, a V-type mixer can be used, but it is not limited to this method.

上記のように、第一の原料粉及び第二の原料粉の少なくともいずれかにAl元素を添加する代わりに、又はそれに加えて、混合粉231に対してAl元素を添加してもよい。この場合、水やアルコールに可溶性のAl化合物溶液に混合粉231を浸漬して含浸させ、次いで一定速度で引き上げて乾燥するなどの方法を用いることができる。添加するAlの量は、製造後の角形シリカ容器10の多孔質シリカ基体151中のAl濃度が5〜500wt.ppmとなるようにし、10〜100wt.ppmとなるようにすることが好ましい。   As described above, an Al element may be added to the mixed powder 231 instead of or in addition to adding the Al element to at least one of the first raw material powder and the second raw material powder. In this case, it is possible to use a method in which the mixed powder 231 is immersed and impregnated in an Al compound solution soluble in water or alcohol, and then pulled up at a constant speed and dried. The amount of Al to be added is such that the Al concentration in the porous silica substrate 151 of the square silica container 10 after manufacture is 5 to 500 wt. ppm, and 10 to 100 wt. It is preferable to make it ppm.

次に、図3の(b−3)、(b−4)に示したように、混合粉231を角形型枠内に導入し、50〜200℃に加熱して有機バインダーを溶融することにより、多孔質シリカ基体の仮成形体241を作製する。   Next, as shown in (b-3) and (b-4) of FIG. 3, the mixed powder 231 is introduced into the square formwork, and heated to 50 to 200 ° C. to melt the organic binder. A porous silica-based temporary molded body 241 is prepared.

具体的には、まず、混合粉231を角形型枠内へ導入し、内壁部の形状に合わせて所定の形状に形成する。次いで、角形型枠内の混合粉231を加圧し、0.1〜1MPaの所定の圧力に調整しつつ、混合粉231の温度が50〜200℃の所定の温度に達するまで昇温し、ある程度圧密してバインダーが溶着するまで保持する。次いで室温まで放冷し原料の多孔質シリカ基体の仮成形体241を得る。   Specifically, first, the mixed powder 231 is introduced into a rectangular mold and formed into a predetermined shape in accordance with the shape of the inner wall portion. Next, the mixed powder 231 in the square formwork is pressurized and adjusted to a predetermined pressure of 0.1 to 1 MPa, and the temperature of the mixed powder 231 is increased to a predetermined temperature of 50 to 200 ° C. Consolidate and hold until binder is welded. Next, it is allowed to cool to room temperature to obtain a raw material porous silica base temporary molding 241.

このようにして多孔質シリカ基体の仮成形体241を作製した後、焼成して多孔質シリカ基体151とする(焼成工程)のであるが、本発明では、多孔質シリカ基体151の内表面部分の少なくとも一部に、多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させる。この離型促進剤の含有は、この実施態様においても上記の第1の態様と同様に、仮成形工程の後に、仮成形体241の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、仮成形体241の内表面部分の少なくとも一部に離型促進剤を添加することにより行うこともできるし、後述するように、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体151の内表面の少なくとも一部に塗布することにより行うこともできる。   In this way, the porous silica substrate temporary molded body 241 is prepared and then fired to form the porous silica substrate 151 (firing step). In the present invention, the inner surface portion of the porous silica substrate 151 is formed. A release accelerator that promotes release of the polycrystalline silicon ingot is included in at least a part. In this embodiment, the release accelerator is contained in at least a part of the inner surface of the temporary molded body 241 after the temporary molding step and dried, as in the first aspect. It can also be carried out by adding a mold release accelerator to at least a part of the inner surface portion of the molded body 241. As will be described later, the mold release accelerator is applied to the inner surface of the porous silica substrate 151 after the firing step. It can also be carried out by applying to at least a part of.

次に、図3の(b−5)に示したように、多孔質シリカ基体の仮成形体を、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で焼成し、多孔質シリカ基体とする(焼成工程)。
この工程は、上記した第1の態様の焼成工程と同様にして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3 (b-5), the porous silica-based temporary molded body is 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and O 2 gas. Firing at temperature to form a porous silica substrate (firing step).
This step can be performed in the same manner as the firing step of the first aspect described above.

以上のようにして、多孔質シリカ基体151を製造するのであるが、第1の態様と同様に、離型促進剤の含有を、焼成工程の後に、離型促進剤を多孔質シリカ基体151の内表面の少なくとも一部に塗布することにより行うこともできる。   As described above, the porous silica substrate 151 is manufactured. As in the first embodiment, the release accelerator is contained in the porous silica substrate 151 after the firing step. It can also be performed by applying to at least a part of the inner surface.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図2に示した本発明の角形シリカ容器の製造方法(第1の態様)に従い、角形シリカ容器を以下のように製造した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
Example 1
In accordance with the method for producing a rectangular silica container of the present invention shown in FIG. 2 (first embodiment), a rectangular silica container was produced as follows.

まず、第一の原料粉を以下のように作製した。
天然珪石を50kg準備し、大気雰囲気下で、1000℃、10時間の条件で加熱後、純水の入った水槽へ投入し、急冷却した。これを乾燥後、クラッシャーを用いて粉砕し、粒径0.03〜3.0mm、シリカ(SiO)純度99.99wt.%、総重量40kgのシリカ粉(天然珪石粉)とした。
First, the first raw material powder was produced as follows.
50 kg of natural silica was prepared, heated in an air atmosphere at 1000 ° C. for 10 hours, put into a water tank containing pure water, and rapidly cooled. This was dried and then pulverized using a crusher to obtain a particle size of 0.03 to 3.0 mm and a silica (SiO 2 ) purity of 99.99 wt. % And a total weight of 40 kg of silica powder (natural silica powder).

また、以下のように、第二の原料粉を作製し、これを顆粒体の状態とした。   Moreover, the 2nd raw material powder was produced as follows and this was made into the state of a granule.

第二の原料粉として、溶融法によって球状非晶質シリカ粉を作製した。粒径0.2〜5μm、重量10kgとした。   As the second raw material powder, spherical amorphous silica powder was produced by a melting method. The particle size was 0.2-5 μm and the weight was 10 kg.

このようにして作製した第二の原料粉を、以下のようにしてバインダーコーティングされた顆粒体とした。第二の原料粉の10kgに対して、パラフィン系バインダー(融点55℃)50g、ステアリン酸系バインダー(融点100℃)50g、純水2.5kgを混合して、顆粒体形成用混合スラリーを作製した。この混合スラリーを、スプレードライヤーにより乾燥させ、バインダーコーティングされた顆粒体を作製した。このバインダーコーティングされた第二の原料粉の顆粒体の、顆粒径は10〜100μmであり、平均は50μmであった。   The second raw material powder produced in this way was used as a binder-coated granule as follows. 50 g of paraffinic binder (melting point 55 ° C.), 50 g of stearic acid binder (melting point 100 ° C.) and 2.5 kg of pure water are mixed with 10 kg of the second raw material powder to produce a mixed slurry for forming granules. did. This mixed slurry was dried by a spray dryer to prepare a binder-coated granule. The granule diameter of the second raw material powder coated with the binder was 10 to 100 μm, and the average was 50 μm.

次に、V型混合器を使用し、第一の原料粉80wt.%に対して顆粒体状の第二の原料粉を20wt.%を均一に乾式混合した。   Next, using a V-type mixer, 80 wt. % Of the second raw material powder in a granular form with respect to 20% by weight. % Were uniformly dry mixed.

この第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合粉90重量部に対して純水10重量部、そして塩化アルミニウムAlCl、分散剤(ポリアクリル酸アンモニウム)を少量混合してスラリー状とした。次に、円筒型シリカガラス製容器、及びシリカガラスボールから成るボールミルにて1時間、このスラリーを均一混合した。この均一混合したスラリーに、密度が1.8〜1.9g/cm、粘度が1〜10/secせん断速度にて約500〜1000mPa・secになるように、純水を適量加えて調整した。次に、このスラリーを容器に入れ、シリカガラスチャンバー内に設置し、室温にて10Paの真空にて3分間真空脱ガス処理を行った。このようにして混合スラリー131とした。 To 90 parts by weight of the mixed powder of the first raw material powder and the granular second raw material powder, 10 parts by weight of pure water, and a small amount of aluminum chloride AlCl 3 and a dispersing agent (ammonium polyacrylate) were mixed. A slurry was formed. Next, the slurry was uniformly mixed for 1 hour in a ball mill composed of a cylindrical silica glass container and silica glass balls. An appropriate amount of pure water was added to the uniformly mixed slurry so that the density was 1.8 to 1.9 g / cm 3 and the viscosity was about 500 to 1000 mPa · sec at a shear rate of 1 to 10 / sec. . Next, this slurry was put in a container, placed in a silica glass chamber, and vacuum degassed for 3 minutes at a vacuum of 10 4 Pa at room temperature. Thus, a mixed slurry 131 was obtained.

次に、角形型枠内へ混合スラリー131を導入した。   Next, the mixed slurry 131 was introduced into the square formwork.

次に、角形型枠内へ導入した混合スラリー131をクリーンオーブン中にて100℃で10時間保持し、その後室温まで冷却し、多孔質シリカ基体の仮成形体141を作製した。   Next, the mixed slurry 131 introduced into the rectangular formwork was kept in a clean oven at 100 ° C. for 10 hours, and then cooled to room temperature to prepare a porous silica substrate temporary molded body 141.

次に、多孔質シリカ基体の仮成形体141の内表面部全体に塩化バリウム溶液をスプレー方式により塗布した。   Next, a barium chloride solution was applied to the entire inner surface portion of the porous silica-based temporary molded body 141 by a spray method.

次に、二珪化モリブデンヒータを具備する、炉内寸法1m×1m×1mの高純度アルミナボードの耐熱材からなる電気抵抗加熱炉内に多孔質シリカ基体の仮成形体141を設置した。そして、酸素20vol.%、窒素80vol.%の雰囲気下にて、室温から1000℃まで200℃/時間の昇温速度で約5時間かけて昇温、1350℃まで100℃/時間の昇温速度で昇温した後、1350℃にて1時間保持した。このようにして、多孔質シリカ基体の仮成形体141を焼成して、角形シリカ容器10を製造した。   Next, a temporary molded body 141 made of a porous silica substrate was placed in an electric resistance heating furnace made of a heat-resistant material of a high-purity alumina board having an in-furnace size of 1 m × 1 m × 1 m and equipped with a molybdenum disilicide heater. And oxygen 20 vol. %, Nitrogen 80 vol. In an atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 1000 ° C. at a rate of 200 ° C./hour over about 5 hours, raised to 1350 ° C. at a rate of 100 ° C./hour, and then at 1350 ° Hold for 1 hour. In this way, the porous silica-based temporary molded body 141 was fired to produce the square silica container 10.

なお、多孔質シリカ基体151の寸法は、内寸が幅400mm×奥行き400mm×高さ400mmとなるようにし、厚さ15mmとなるようにした。   The dimensions of the porous silica substrate 151 were such that the inner dimension was 400 mm wide × 400 mm deep × 400 mm high and the thickness was 15 mm.

(実施例2)
実施例1と同様に、ただし、多孔質シリカ基体151に含有させるAl元素濃度及びOH基濃度を3〜10倍程度とするとともに、多孔質シリカ基体の仮成形体141の内表面部全体に塗布する塩化バリウムの濃度も10倍程度として、角形シリカ容器10を製造した。また、仮成形体141の焼成の際に、1350℃まで昇温、保持する代わりに、1300℃まで昇温、保持することとした。
(Example 2)
As in Example 1, except that the Al element concentration and the OH group concentration contained in the porous silica substrate 151 are about 3 to 10 times and applied to the entire inner surface portion of the temporary molded body 141 of the porous silica substrate. The square silica container 10 was manufactured at a barium chloride concentration of about 10 times. Further, when the temporary molded body 141 is fired, the temperature is raised to 1350 ° C. and held instead of being raised to 1350 ° C.

(実施例3)
図3に示した本発明の角形シリカ容器の製造方法(第2の態様)に従い、角形シリカ容器を以下のように製造した。
(Example 3)
According to the method for producing a rectangular silica container of the present invention shown in FIG. 3 (second embodiment), a rectangular silica container was produced as follows.

まず、第一の原料粉及び第二の原料粉を、実施例1の際と同様にして作製した。また、第二の原料粉を実施例1の際と同様にして顆粒体とした。   First, the first raw material powder and the second raw material powder were produced in the same manner as in Example 1. The second raw material powder was made into granules in the same manner as in Example 1.

次に、V型混合器を使用し、第一の原料粉80wt.%に対して顆粒体状の第二の原料粉を20wt.%を均一に乾式混合した。   Next, using a V-type mixer, 80 wt. % Of the second raw material powder in a granular form with respect to 20% by weight. % Were uniformly dry mixed.

この第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合粉90の中に塩化アルミニウムAlCl、有機バインダーを少量混合して混合粉231とした。 A small amount of aluminum chloride AlCl 3 and an organic binder were mixed in the mixed powder 90 of the first raw material powder and the granular second raw material powder to obtain a mixed powder 231.

次に、角形型枠内へ混合粉231を導入した。   Next, the mixed powder 231 was introduced into the square formwork.

次に、角形型枠内へ導入した混合粉231をクリーンオーブン中にて100℃で10時間保持し、その後室温まで冷却し、多孔質シリカ基体の仮成形体241を作製した。   Next, the mixed powder 231 introduced into the rectangular formwork was kept in a clean oven at 100 ° C. for 10 hours, and then cooled to room temperature to prepare a porous silica-based temporary molded body 241.

次に、多孔質シリカ基体の仮成形体241の内表面部全体に塩化バリウム溶液をスプレー方式により塗布した。   Next, a barium chloride solution was applied to the entire inner surface portion of the porous silica-based temporary molded body 241 by a spray method.

次に、二珪化モリブデンヒータを具備する、炉内寸法1m×1m×1mの高純度アルミナボードの耐熱材からなる電気抵抗加熱炉内に多孔質シリカ基体の仮成形体241を設置した。そして、酸素20vol.%、窒素80vol.%の雰囲気下にて、室温から1000℃まで200℃/時間の昇温速度で約5時間かけて昇温、1350℃まで100℃/時間の昇温速度で昇温した後、1350℃にて1時間保持した。このようにして、多孔質シリカ基体の仮成形体241を焼成して、角形シリカ容器10を製造した。   Next, a temporary molded body 241 of a porous silica substrate was installed in an electric resistance heating furnace made of a heat-resistant material of a high-purity alumina board having an in-furnace size of 1 m × 1 m × 1 m and equipped with a molybdenum disilicide heater. And oxygen 20 vol. %, Nitrogen 80 vol. In an atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 1000 ° C. at a rate of 200 ° C./hour over about 5 hours, raised to 1350 ° C. at a rate of 100 ° C./hour, and then at 1350 ° Hold for 1 hour. In this way, the porous silica-based temporary molded body 241 was fired to produce the square silica container 10.

(実施例4)
実施例3と同様に、ただし、多孔質シリカ基体151に含有させるAl元素濃度及びOH基濃度を2〜10倍程度とするとともに、多孔質シリカ基体の仮成形体241の内表面部全体に塗布する塩化バリウムの濃度も10倍程度として、角形シリカ容器10を製造した。また、仮成形体141の焼成の際に、1350℃まで昇温、保持する代わりに、1300℃まで昇温、保持することとした。
Example 4
Similar to Example 3, except that the Al element concentration and the OH group concentration contained in the porous silica substrate 151 are about 2 to 10 times and applied to the entire inner surface portion of the temporary molded body 241 of the porous silica substrate. The square silica container 10 was manufactured at a barium chloride concentration of about 10 times. Further, when the temporary molded body 141 is fired, the temperature is raised to 1350 ° C. and held instead of being raised to 1350 ° C.

(実施例5)
実施例3から以下のように条件を変更して角形シリカ容器10の製造を行った。まず、第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合比を90:10とした。また、多孔質シリカ基体151に含有させるAl元素濃度を5倍程度とした。また、多孔質シリカ基体の仮成形体241の内表面部全体に塗布する塩化バリウムの濃度も10倍程度とした。
(Example 5)
The square silica container 10 was manufactured by changing the conditions from Example 3 as follows. First, the mixing ratio of the first raw material powder and the granular second raw material powder was 90:10. Further, the Al element concentration contained in the porous silica substrate 151 was set to about 5 times. The concentration of barium chloride applied to the entire inner surface portion of the porous silica-based temporary molded body 241 was also set to about 10 times.

(実施例6)
実施例5と同様に、ただし、第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合比を95:5とし、また、仮成形体141の焼成の際の温度を、1370℃まで昇温、保持することとして、角形シリカ容器10の製造を行った。
(Example 6)
As in Example 5, except that the mixing ratio of the first raw material powder and the granular second raw material powder is 95: 5, and the temperature during firing of the temporary molded body 141 is up to 1370 ° C. The square silica container 10 was manufactured by raising and holding the temperature.

(比較例1)
実施例2と同様に、ただし、Al添加をせず、また、多孔質シリカ基体の内表面部分に離型促進剤を含有させることなく、角形シリカ容器を製造した。
(Comparative Example 1)
A square silica container was produced in the same manner as in Example 2, except that Al was not added and a release accelerator was not contained in the inner surface portion of the porous silica substrate.

(比較例2)
実施例4と同様に、ただし、Al添加をせず、また、多孔質シリカ基体の内表面部分に離型促進剤を含有させることなく、角形シリカ容器を製造した。
(Comparative Example 2)
A square silica container was produced in the same manner as in Example 4 except that Al was not added and a release accelerator was not contained in the inner surface portion of the porous silica substrate.

(比較例3)
比較例1と同様に、ただし、第一の原料粉としてシリカ(SiO)純度99.9999wt.%の高純度品を使用し、また、第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合比を60:40とし、多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、角形シリカ容器を製造した。
(Comparative Example 3)
As in Comparative Example 1, except that silica (SiO 2 ) purity 99.9999 wt. % High-purity product, the mixing ratio of the first raw material powder and the granular second raw material powder is 60:40, Al element is contained in the porous silica substrate, Manufactured.

(比較例4)
比較例2と同様に、ただし、第一の原料粉としてシリカ(SiO)純度99.9999wt.%の高純度品を使用し、また、第一の原料粉と顆粒体状の第二の原料粉の混合比を60:40とし、多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、角形シリカ容器を製造した。
(Comparative Example 4)
Similar to Comparative Example 2, except that silica (SiO 2 ) purity 99.9999 wt. % High-purity product, the mixing ratio of the first raw material powder and the granular second raw material powder is 60:40, Al element is contained in the porous silica substrate, Manufactured.

[実施例及び比較例における評価方法]
各実施例及び比較例において用いた原料粉及び製造した角形シリカ容器の物性、特性評価を以下のようにして行った。
かさ密度の測定方法:
角形シリカ容器から50mm×50mm×15mmの板状サンプルを切り出し、該サンプルの重量(g)を測定した。
次いで、純水の入った水槽中に該サンプルを浸漬させて、該サンプルの重量減を測定することにより、該サンプルの体積(cm)を求めた。これらの2つの数値からかさ密度(g/cm)を計算した。
[Evaluation Methods in Examples and Comparative Examples]
The physical properties and characteristics of the raw material powder used in each example and comparative example and the manufactured square silica container were evaluated as follows.
Bulk density measurement method:
A plate-like sample of 50 mm × 50 mm × 15 mm was cut out from the square silica container, and the weight (g) of the sample was measured.
Next, the volume of the sample (cm 3 ) was determined by immersing the sample in a water tank containing pure water and measuring the weight loss of the sample. The bulk density (g / cm 3 ) was calculated from these two values.

各原料粉の粒径測定方法:
光学顕微鏡又は電子顕微鏡で各原料粉の二次元的形状観察及び面積測定を行った。次いで、粒子の形状を真円と仮定し、その面積値から直径を計算して求めた。この手法を統計的に繰り返し行い、粒径の範囲の値とした(この範囲の中に99wt.%以上の原料粉が含まれる)。
Particle size measurement method for each raw material powder:
Two-dimensional shape observation and area measurement of each raw material powder were performed with an optical microscope or an electron microscope. Next, assuming that the shape of the particle is a perfect circle, the diameter was calculated from the area value. This method was repeated statistically to obtain a value within the range of the particle size (in this range, 99 wt.% Or more of the raw material powder was included).

金属元素濃度分析:
所定の位置からシリカサンプル片を切り出し、フッ化水素酸水溶液で溶解させるサンプル調整を行った。特に離型促進剤の濃度分析においては、角形シリカ容器の内表層部分から20mm×20mm×2mmのサンプルを複数枚切り出し、分析用シリカサンプル片とした。含有金属元素濃度が比較的低い場合は、プラズマ発光分析法(ICP−AES、Inductively Coupled Plasma − Atomic Emission Spectroscopy)又はプラズマ質量分析法(ICP−MS、Inductively Coupled Plasma − Mass Spectroscopy)で行い、含有金属元素濃度が比較的高い場合は、原子吸光光度法(AAS、Atomic Absorption Spectroscopy)で行った。
Metal element concentration analysis:
A sample sample was prepared by cutting a silica sample piece from a predetermined position and dissolving it with a hydrofluoric acid aqueous solution. In particular, in the concentration analysis of the mold release accelerator, a plurality of 20 mm × 20 mm × 2 mm samples were cut out from the inner surface layer portion of the square silica container to obtain a silica sample piece for analysis. When the concentration of the contained metal element is relatively low, plasma emission spectrometry (ICP-AES, Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy) or plasma mass spectrometry (ICP-MS, Inductively Coupled Plasma, When the element concentration was relatively high, it was performed by atomic absorption spectrophotometry (AAS, Atomic Absorption Spectroscopy).

OH基濃度測定:
多孔質シリカ基体から粒径10〜100μmの粉状サンプルを作製し、赤外線拡散反射分光光度法で行った。OH基濃度への換算は、以下文献に従う。
Dodd,D.M. and Fraser,D.B.(1966) Optical determination of OH in fused silica. Journal of Applied Physics, vol.37, P.3911.
OH group concentration measurement:
A powdery sample having a particle size of 10 to 100 μm was prepared from a porous silica substrate, and was subjected to infrared diffuse reflection spectrophotometry. Conversion to the OH group concentration follows the literature below.
Dodd, D.D. M.M. and Fraser, D.A. B. (1966) Optical determination of OH in fused silica. Journal of Applied Physics, vol. 37, P.I. 3911.

角形シリカ容器から多結晶シリコンインゴットへの不純物拡散防止効果:
角形シリカ容器の中へSi純度99.9999999wt.%の高純度シリコン溶融体を投入し、室温まで冷却して寸法400mm×400mm×300mmの多結晶シリコンインゴットを作製した。次いで、該インゴットの表面から5mm深さの位置でシリコン片のサンプリングを行い、これを酸性溶液処理することにより溶液状サンプルとした後、ICP−MSにて、Na濃度分析を行った。Na濃度値によって、角形シリカ容器から多結晶シリコンインゴットへの不純物拡散防止効果を評価した。
不純物拡散防止効果大 ○(Naの濃度が10wt.ppb未満)
不純物拡散防止効果中 △(Naの濃度が10wt.ppb以上100wt.ppb未満)
不純物拡散防止効果小 ×(Naの濃度が100wt.ppb以上)
Anti-diffusion effect from rectangular silica container to polycrystalline silicon ingot:
Si purity 99.99999999 wt. % High-purity silicon melt was charged and cooled to room temperature to prepare a polycrystalline silicon ingot having dimensions of 400 mm × 400 mm × 300 mm. Next, a silicon piece was sampled at a position 5 mm deep from the surface of the ingot, and this was treated with an acidic solution to obtain a solution sample, and then Na concentration analysis was performed by ICP-MS. The effect of preventing impurity diffusion from the rectangular silica container to the polycrystalline silicon ingot was evaluated by the Na concentration value.
High impurity diffusion prevention effect ○ (Na concentration is less than 10wt.ppb)
During impurity diffusion prevention effect Δ (Na concentration is 10 wt. Ppb or more and less than 100 wt. Ppb)
Small impurity diffusion prevention effect × (Na concentration is 100wt.ppb or more)

離型性評価:
前記同様に多結晶シリコンインゴットを作製し、次いで角形シリカ容器の4カ所の角部をカッターにて切断し、該インゴットから角形シリカ容器の4つの側壁及び底板を剥がし取った。該インゴット表面に残存する凹凸やクラック等が、角形シリカ容器の内表面と接触した位置から内部方向にどのくらいの深さまであるのかをスケールにより測定することで離型性の評価を行った。
離型性良好 ○(深さ2mm未満)
離型性中程度 △(深さ2mm以上5mm未満)
離型性悪い ×(深さ5mm以上)
Release property evaluation:
A polycrystalline silicon ingot was prepared in the same manner as described above, and then the four corners of the square silica container were cut with a cutter, and the four side walls and bottom plate of the square silica container were peeled off from the ingot. The releasability was evaluated by measuring the depth of unevenness and cracks remaining on the surface of the ingot from the position in contact with the inner surface of the square silica container to the inner direction with a scale.
Good releasability ○ (depth less than 2mm)
Moderate releasability △ (depth 2mm or more and less than 5mm)
Good releasability × (depth 5mm or more)

製造コスト(相対的)評価:
角形シリカ容器の製造コストを調べた。
基準を比較例3及び4とし、特にシリカ原料粉コスト、粉体成形コスト、成形体の焼成コスト等の合計値を相対的に評価した。比較例3と4では、第一の原料粉をシリカ純度99.9999wt.%の高純度品とし、また、第二の原料粉を高純度合成球状シリカガラスとし、かつ混合比率が高いことにより合計コストが大きくなった。
コストが低い ○(50%以下)
コストが中程度 △(50〜90%程度)
コストが大きい ×(比較例3と4を100%とする)
Manufacturing cost (relative) evaluation:
The manufacturing cost of the square silica container was examined.
The reference was set as Comparative Examples 3 and 4, and the total values of the silica raw material powder cost, the powder molding cost, the fired cost of the molded body and the like were relatively evaluated. In Comparative Examples 3 and 4, the first raw material powder has a silica purity of 99.9999 wt. %, And the second raw material powder was made of high-purity synthetic spherical silica glass and the mixing ratio was high, resulting in an increase in the total cost.
Low cost ○ (50% or less)
Medium cost △ (about 50-90%)
Cost is high × (Comparative Examples 3 and 4 are 100%)

実施例1〜6、比較例1〜4で製造したそれぞれの角形シリカ容器の製造条件と、測定した物性値、評価結果をまとめ、下記の表1〜5に示す。   The production conditions, measured physical property values, and evaluation results of the respective square silica containers produced in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized and shown in Tables 1 to 5 below.

Figure 0005130323
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表1〜5からわかるように、本発明に係るシリカ容器の製造方法に従った実施例1〜6では、離型性に優れた多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器を、低コストで製造することができた。   As can be seen from Tables 1 to 5, in Examples 1 to 6 according to the method for producing a silica container according to the present invention, a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot excellent in releasability is produced at low cost. I was able to.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

10…本発明の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器、
11…多孔質シリカ基体の側壁部、 12…多孔質シリカ基体の側壁部の内表面、
21…多孔質シリカ基体の底部、 22…多孔質シリカ基体の底部の内表面、
131…混合スラリー、 141…仮成形体、 151…多孔質シリカ基体、
231…混合粉、 241…仮成形体。
10 ... Square silica container for producing a polycrystalline silicon ingot of the present invention,
11 ... Side wall portion of porous silica substrate, 12 ... Inner surface of side wall portion of porous silica substrate,
21 ... Bottom of the porous silica substrate, 22 ... Inner surface of the bottom of the porous silica substrate,
131 ... Mixed slurry, 141 ... Temporary molded article, 151 ... Porous silica substrate,
231 ... Mixed powder, 241 ... Temporary molding.

Claims (10)

シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器であって、
該角形シリカ容器は、少なくとも多孔質シリカ基体からなるものであり、
前記多孔質シリカ基体は、かさ密度が1.80〜2.10g/cmであり、Al濃度が5〜500wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであり、
前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤が含有されているものであることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器。
A rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt,
The rectangular silica container is composed of at least a porous silica substrate,
The porous silica substrate has a bulk density of 1.80 to 2.10 g / cm 3 and an Al concentration of 5 to 500 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. ppm,
Polygonal silicon ingot-producing square, characterized in that at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate contains a mold release accelerator for promoting mold release of the polycrystalline silicon ingot. Silica container.
前記離型促進剤としてCa、Sr、Baのうち1以上が、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、該内表面から深さ2mmまでにおいて、各元素の合計値として50〜5000wt.ppmの濃度で添加されているものであることを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器。   One or more of Ca, Sr, and Ba as the mold release accelerator may be added to at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate at a depth of 2 mm from the inner surface as a total value of each element from 50 to 50. 5000 wt. The rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to claim 1, which is added at a concentration of ppm. 前記離型促進剤としてCa、Sr、Baのうち1以上が、前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、各元素の合計値として50〜5000μg/cmの濃度で塗布されているものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器。 One or more of Ca, Sr, and Ba as the release accelerator is applied to at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate at a concentration of 50 to 5000 μg / cm 2 as a total value of each element. The rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to claim 1 or 2, wherein the container is a rectangular silica container. 前記多孔質シリカ基体に含有されているLi、Na、Kの各々の濃度が5wt.ppm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器。   The concentration of each of Li, Na, and K contained in the porous silica substrate is 5 wt. The rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to any one of claims 1 to 3, wherein the square silica container is at most ppm. シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器を製造する方法であって、少なくとも、
第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉を作製する工程と、
第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する工程と、
前記第一の原料粉と、前記第二の原料粉と、水とを含む混合スラリーを作製する工程と、
前記混合スラリーを角形型枠内で脱水及び乾燥し、多孔質シリカ基体の仮成形体を作製する仮成形工程と、
前記多孔質シリカ基体の仮成形体を、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で焼成し、多孔質シリカ基体とする焼成工程と
を含み、
前記第一の原料粉、前記第二の原料粉、及び前記混合スラリーの少なくとも一つにAl元素を添加することにより、前記多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、
前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。
A method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt, comprising at least:
A step of producing silica powder having a particle size of 0.03 to 3.0 mm as the first raw material powder,
Producing silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm as the second raw material powder;
Producing a mixed slurry containing the first raw material powder, the second raw material powder, and water;
The mixed slurry is dehydrated and dried in a square mold, and a temporary molding step for producing a temporary molded body of a porous silica substrate;
A calcining step in which the porous silica substrate temporary molded body is calcined at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and an O 2 gas to obtain a porous silica substrate. ,
By adding Al element to at least one of the first raw material powder, the second raw material powder, and the mixed slurry, the porous silica substrate contains Al element,
A method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, characterized in that a release accelerator that promotes the release of the polycrystalline silicon ingot is contained in at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate. .
シリコン融液を収容した後凝固して多結晶シリコンインゴットを製造するための角形シリカ容器を製造する方法であって、
第一の原料粉として、粒径0.03〜3.0mmのシリカ粉を作製する工程と、
第二の原料粉として粒径0.1〜10μmのシリカ粉を作製する工程と、
前記第一の原料粉と前記第二の原料粉と有機バインダーとを混合させ、混合粉を作製する工程と、
前記混合粉を角形型枠内に導入し、50〜200℃に加熱して前記有機バインダーを溶融することにより、多孔質シリカ基体の仮成形体を作製する工程と、
前記多孔質シリカ基体の仮成形体を、不活性ガスを主成分とし、Oガスを含有する雰囲気にて、1200〜1500℃の温度で焼成し、多孔質シリカ基体とする焼成工程と
を含み、
前記第一の原料粉、前記第二の原料粉、及び前記混合粉の少なくとも一つにAl元素を添加することにより、前記多孔質シリカ基体にAl元素を含有させ、
前記多孔質シリカ基体の内表面部分の少なくとも一部に、前記多結晶シリコンインゴットの離型を促進する離型促進剤を含有させることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。
A method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying after containing a silicon melt,
A step of producing silica powder having a particle size of 0.03 to 3.0 mm as the first raw material powder,
Producing silica powder having a particle size of 0.1 to 10 μm as the second raw material powder;
Mixing the first raw material powder, the second raw material powder and an organic binder to produce a mixed powder;
Introducing the mixed powder into a square mold, heating to 50 to 200 ° C., and melting the organic binder to produce a porous silica substrate temporary molded body; and
A calcining step in which the porous silica substrate temporary molded body is calcined at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an atmosphere containing an inert gas as a main component and an O 2 gas to obtain a porous silica substrate. ,
By adding Al element to at least one of the first raw material powder, the second raw material powder, and the mixed powder, the porous silica substrate is caused to contain Al element,
A method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot, characterized in that a release accelerator that promotes the release of the polycrystalline silicon ingot is contained in at least a part of the inner surface portion of the porous silica substrate. .
前記離型促進剤の含有を、前記仮成形工程の後に、前記仮成形体の内表面の少なくとも一部に塗布し、乾燥させて、前記仮成形体の内表面部分の少なくとも一部に前記離型促進剤を添加することにより、及び/又は、前記焼成工程の後に、前記離型促進剤を前記多孔質シリカ基体の内表面の少なくとも一部に塗布することにより、行うことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。   After the temporary molding step, the release accelerator is applied to at least a part of the inner surface of the temporary molded body and dried, so that the release agent is applied to at least a part of the inner surface part of the temporary molded body. It is performed by adding a mold accelerator and / or by applying the mold release accelerator to at least a part of the inner surface of the porous silica substrate after the firing step. The manufacturing method of the square silica container for polycrystal silicon ingot manufacture of Claim 5 or Claim 6. 前記離型促進剤をCa、Sr、Baのうち1以上とすることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。   The method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to any one of claims 5 to 7, wherein the mold release accelerator is one or more of Ca, Sr, and Ba. 前記混合スラリー又は前記混合粉を作製する前に、前記第二の原料粉から、前記第二の原料粉が集合してなる粒径5〜500μmの顆粒体を作製し、該第二の原料粉の顆粒体を用いて前記混合スラリー又は前記混合粉を作製することを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。   Before producing the mixed slurry or the mixed powder, a granule having a particle diameter of 5 to 500 μm formed by collecting the second raw material powder is produced from the second raw material powder, and the second raw material powder The method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to any one of claims 5 to 8, wherein the mixed slurry or the mixed powder is prepared by using a granule. 前記焼成工程において、前記不活性ガスを、Nガス、Heガス、Arガスの少なくとも一種以上とし、Oガスの含有量を1〜30vol.%とすることを特徴とする請求項5ないし請求項9のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴット製造用角形シリカ容器の製造方法。 In the firing step, the inert gas is at least one of N 2 gas, He gas, and Ar gas, and the content of O 2 gas is 1 to 30 vol. The method for producing a rectangular silica container for producing a polycrystalline silicon ingot according to any one of claims 5 to 9, wherein the percentage is%.
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