JP5604366B2 - Square silica composite container for manufacturing silicon ingot, porous silica composite plate and method for manufacturing the same - Google Patents

Square silica composite container for manufacturing silicon ingot, porous silica composite plate and method for manufacturing the same Download PDF

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本発明は、シリコン融液を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(角槽形)の容器に関する。   The present invention relates to a rectangular (rectangular tank) container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying a silicon melt.

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. As a container for solidifying a silicon melt to produce a polycrystalline silicon ingot, a silica (silicon dioxide) container or a graphite container is used.

シリカ原料粉の一体成形、焼成によるシリカ角形容器では、特に角形容器の一辺の寸法が30cmを超える大型シリカ角形容器では、成形工程や焼成工程における熱変形、熱収縮が大きいため寸法精度の悪いものしか得られなかった。また成形工程や焼成工程がバッチ式のためコストが高くなる問題があった。(例えば、特許文献1−6参照。)   In silica rectangular containers by integral molding and firing of silica raw material powders, especially large-sized silica rectangular containers with one side of the square container exceeding 30 cm, have poor dimensional accuracy due to large thermal deformation and thermal shrinkage in the molding and firing processes. Only obtained. In addition, there is a problem that costs are increased because the molding process and the firing process are batch-type. (For example, see Patent Documents 1-6.)

炭化ケイ素SiC、チッ化ケイ素Si、酸チッ化ケイ素SiO(x>0、y>0)、炭素C等、シリカ以外の原料から作製された角形容器では、容器中にLi、Na、K等のアルカリ金属元素、Ti、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Au、Ag、Au等の遷移金属元素が高濃度に含有されており、その後角形容器の中でシリコン金属を溶融、固化処理した場合、これらの不純物金属元素がシリコン金属(シリコン融液及びシリコンインゴット)に移動、拡散し、該シリコン金属を汚染してしまうという問題があった。(例えば、特許文献3、7−12参照。) In rectangular containers made from materials other than silica, such as silicon carbide SiC, silicon nitride Si 3 N 4 , silicon oxynitride SiO x N y (x> 0, y> 0), carbon C, etc., Li , Na, K, and other alkali metal elements, Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Au, Ag, Au, and other transition metal elements are contained in a high concentration. When the metal is melted and solidified, there is a problem that these impurity metal elements move and diffuse to silicon metal (silicon melt and silicon ingot) and contaminate the silicon metal. (For example, refer to Patent Documents 3 and 7-12.)

特開2002−362932号公報JP 2002-362932 A 特開2004−131380号公報JP 2004-131380 A 特開2009−269792号公報JP 2009-269992 A 特開2010−52996号公報JP 2010-52996 A 特開2010−83699号公報JP 2010-83699 A 特開2010−280529号公報JP 2010-280529 A 特開2005−125380号公報JP 2005-125380 A 特開2009−274905号公報JP 2009-274905 A 特開2009−215137号公報JP 2009-215137 A 特開2010−77003号公報JP 2010-77003 A 特開2010−77005号公報JP 2010-77005 A 特開2010−208866号公報JP 2010-208866 A

本発明は上記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抑制し、かつ、離型性に優れるとともに、きわめて低コストのシリコンインゴット製造用角形容器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a rectangular container for producing a silicon ingot that suppresses impurity contamination of a silicon melt and a polycrystalline silicon ingot, has excellent releasability, and is extremely low cost. The purpose is to do.

また、本発明は、このようなシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器を構成する多孔質シリカ複合板体及びその製造方法を提供することをも目的とする。   Another object of the present invention is to provide a porous silica composite plate constituting such a square silica composite container for manufacturing a silicon ingot and a method for manufacturing the same.

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であって、少なくとも表層部分がシリカガラスから成り、内部部分がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体が組み合わされて構成された角形容器であることを特徴とするシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器を提供する。   The present invention has been made to solve the above problems, and is a container for solidifying a silicon melt to produce a polycrystalline silicon ingot, wherein at least a surface layer portion is made of silica glass and an inner portion is silica. There is provided a rectangular silica composite container for producing a silicon ingot, which is a rectangular container configured by combining parallel plate-like porous silica composite plates made of a heat-resistant substance having a higher melting point.

このような角形シリカ複合容器は、容器を構成する多孔質シリカ複合板体の耐熱性物質から成る内部部分に含まれる気泡量を多くして(すなわち、気孔率を増大して)、該多孔質シリカ複合板体の内部部分の強度を低くすることができ、その結果、製造された多結晶シリコンインゴットが入っている角形シリカ複合容器から該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いものとすることができる。また、製造されたシリコンと接するのは容器内表面のシリカガラスであるため、製造したシリコンへの容器からの不純物汚染を抑制することができる。また、このような角形シリカ複合容器は、板体を組み合わせたものなので、一体物に比べ容器製造コストを著しく低減できるとともに、大型の角形容器であっても、寸法精度を向上させることができる。   Such a rectangular silica composite container increases the amount of bubbles contained in the internal part made of a heat-resistant substance of the porous silica composite plate constituting the container (that is, increases the porosity), and the porous silica composite container The strength of the inner portion of the silica composite plate can be reduced, and as a result, the polycrystalline silicon ingot can be easily removed from the rectangular silica composite container containing the manufactured polycrystalline silicon ingot without damaging it. be able to. Further, since silica glass on the inner surface of the container contacts the manufactured silicon, impurity contamination from the container to the manufactured silicon can be suppressed. In addition, since such a rectangular silica composite container is a combination of plates, the manufacturing cost of the container can be remarkably reduced as compared with a single body, and the dimensional accuracy can be improved even with a large rectangular container.

この場合、前記多孔質シリカ複合板体が、両平行平面の表面から少なくとも深さ1mmまでの部分がシリカガラスから成り、かつ、内部部分の少なくとも厚さ3mmが前記耐熱性物質から成ることが好ましい。   In this case, it is preferable that the porous silica composite plate is made of silica glass at least from the surfaces of both parallel planes to a depth of 1 mm, and at least 3 mm in thickness of the inner part is made of the heat-resistant substance. .

このような多孔質シリカ複合板体から構成された角形シリカ複合容器であれば、より効果的に離型性を高めることができる。   If it is the square silica composite container comprised from such a porous silica composite board, mold release property can be improved more effectively.

また、前記耐熱性物質が融点2000℃以上の単元素物質、酸化物、複合酸化物、チッ化物、酸チッ化物、炭化物、及びホウ化物のいずれか1種以上であることが好ましい。   The heat-resistant substance is preferably one or more of a single element substance having a melting point of 2000 ° C. or higher, an oxide, a composite oxide, a nitride, an acid nitride, a carbide, and a boride.

このような耐熱性物質であれば、シリカとの融点の差が十分であり、より効果的に多孔質シリカ複合板体の内部部分の気孔率を増大させることができる。   With such a heat-resistant substance, the difference in melting point from silica is sufficient, and the porosity of the inner part of the porous silica composite plate can be increased more effectively.

また、前記耐熱性物質がC、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上であることが好ましい。 In addition, the heat-resistant substance is C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN, Si 3 N 4 , TiN, SiC, It is preferably at least one of TiC, WC, ZrC, TiB 2 and ZrB 2 .

耐熱性物質としてこれらの材料を用いることにより、より効果的に多孔質シリカ複合板体の内部部分の気孔率を増大することができる。   By using these materials as the heat-resistant substance, the porosity of the inner part of the porous silica composite plate can be increased more effectively.

また、前記多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラス中におけるAl濃度が3〜300wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであることが好ましい。   The Al concentration in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate is 3 to 300 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. Preference is given to ppm.

このような濃度でAl及びOH基を表層部分のシリカガラスに含有する多孔質シリカ複合板体から構成される角形シリカ複合容器とすれば、やや純度が低く、安価な原料を用いた場合でも、収容したシリコンへの不純物の拡散を十分に防止することができる。   With a square silica composite container composed of a porous silica composite plate containing Al and OH groups in the surface portion silica glass at such a concentration, even when using an inexpensive raw material, the purity is somewhat low. Diffusion of impurities into the contained silicon can be sufficiently prevented.

また、前記多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに、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ことが好ましい。   Moreover, it is preferable that a release accelerator for promoting release of the polycrystalline silicon ingot is contained in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate.

このように、多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに離型促進剤が含有されているものあれば、より離型性を高めることができる。   Thus, if the release accelerator is contained in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate, the release property can be further improved.

また、本発明は、シリコン融液を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を構成するための、少なくとも表層部分がシリカガラスから成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体であって、両平行平面の表面から少なくとも深さ1mmまでの部分がシリカガラスから成り、かつ、内部部分の少なくとも厚さ3mmがシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成ることを特徴とする多孔質シリカ複合板体を提供する。   The present invention also relates to a parallel flat plate-like porous silica composite plate having at least a surface layer portion made of silica glass for constituting a container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying a silicon melt. The porous silica is characterized in that a portion from the surface of both parallel planes to a depth of at least 1 mm is made of silica glass, and an inner portion is made of a heat-resistant material having a melting point higher than that of silica. A composite plate is provided.

このような多孔質シリカ複合板体であれば、組み合わせて角形シリカ複合容器を構成することができる。その角形シリカ複合容器は、収容したシリコンへの不純物汚染が十分に防止されており、かつ、離型性に優れるとともに、きわめて低コストのシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器とすることができる。   Such porous silica composite plates can be combined to form a square silica composite container. The rectangular silica composite container is sufficiently prevented from contaminating impurities contained in silicon, has excellent releasability, and can be a very low-cost rectangular silica composite container for producing a silicon ingot.

この場合、前記耐熱性物質がC、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上であることが好ましい。 In this case, the heat-resistant substance is C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN, Si 3 N 4 , TiN, SiC , TiC, WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2 are preferably used.

耐熱性物質としてこれらの材料を用いることにより、より効果的に多孔質シリカ複合板体の内部部分の気孔率を増大させることができる。   By using these materials as heat-resistant substances, the porosity of the inner part of the porous silica composite plate can be increased more effectively.

また、前記表層部分のシリカガラス中におけるAl濃度が3〜300wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであることが好ましい。   Moreover, Al concentration in the silica glass of the said surface layer part is 3-300 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. Preference is given to ppm.

このような濃度でAl及びOH基を含有する多孔質シリカ複合板体であれば、やや純度の低い、安価な原料を用いた場合でも、多孔質シリカ複合板体を組み合わせて角形シリカ複合容器としたときに、収容したシリコンへの不純物の拡散を十分に防止することができる。   If it is a porous silica composite plate containing Al and OH groups at such a concentration, even if a low-purity, inexpensive raw material is used, a combination of the porous silica composite plate and In this case, it is possible to sufficiently prevent the diffusion of impurities into the accommodated silicon.

また、前記表層部分のシリカガラスに、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ことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the silica glass of the said surface layer part contains the mold release accelerator which accelerates | stimulates the mold release of the said polycrystal silicon ingot.

このように、多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに離型促進剤が含有されているものあれば、より離型性を高めることができる。   Thus, if the release accelerator is contained in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate, the release property can be further improved.

また、前記表層部分のシリカガラスのLi、Na、Kの各濃度が30wt.ppm以下であり、かつTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Auの各濃度が3wt.ppm以下であることが好ましい。   Further, each concentration of Li, Na, K in the silica glass of the surface layer portion is 30 wt. ppm, and each concentration of Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag, Au is 3 wt. It is preferably at most ppm.

多孔質シリカ複合板体のシリカガラスの表層部分のシリカガラスにおける不純物濃度が、このような濃度であれば、多孔質シリカ複合板体を組み合わせて角形シリカ複合容器としたときの、製造したシリコンへの容器からの不純物汚染をより効果的に抑制することができる。   If the impurity concentration in the silica glass of the surface layer portion of the silica glass of the porous silica composite plate is such a concentration, to the manufactured silicon when the porous silica composite plate is combined into a square silica composite container Impurity contamination from the container can be more effectively suppressed.

また、本発明は、シリコン融液を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容器を構成するための、少なくとも表層部分がシリカガラスから成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体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シリカ粉を作製する工程と、第二の原料粉としてシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る粉末を作製する工程と、電気加熱炉内に配置した溶融容器内を窒素、ネオン、アルゴン、クリプトンのいずれか1種以上を含む不活性ガス雰囲気に置換する工程と、前記溶融容器内を前記不活性ガス雰囲気に保ちつつ、前記第二の原料粉の供給位置を前記溶融容器内の中央側として供給するとともに、前記第一の原料粉を前記溶融容器内の前記第二の原料粉の供給位置よりも外側に供給する工程と、前記溶融容器内の前記不活性ガス雰囲気の圧力を大気圧以上に保持しつつ該溶融容器の温度を1700℃以上に加熱することにより前記第一の原料粉を溶融、軟化させてシリカガラスとする工程と、前記溶融、軟化させたシリカガラスと、前記耐熱性物質との複合体を、前記溶融容器の下部から形状成形工具を通して平行平板状に成形しつつ連続して引き出す工程と、前記引き出した前記溶融、軟化させたシリカガラスと、前記耐熱性物質との複合体を所定の寸法で切断し、研削して平行平板状の多孔質シリカ複合板体を作製する工程と、を含むことを特徴とする多孔質シリカ複合板体の製造方法を提供する。   In addition, the present invention produces a parallel flat plate-like porous silica composite plate having at least a surface layer portion made of silica glass for constituting a rectangular container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying a silicon melt. A method of producing at least a silica powder as a first raw material powder, a step of producing a powder comprising a heat-resistant substance having a melting point higher than that of silica as a second raw material powder, and an electric heating furnace Replacing the inside of the melting vessel disposed therein with an inert gas atmosphere containing any one or more of nitrogen, neon, argon, and krypton, while maintaining the inside of the melting vessel in the inert gas atmosphere, The supply position of the raw material powder is supplied as the center side in the melting container, and the first raw material powder is supplied outside the supply position of the second raw material powder in the melting container. And melting and softening the first raw material powder by heating the temperature of the melting container to 1700 ° C. or higher while maintaining the pressure of the inert gas atmosphere in the melting container at atmospheric pressure or higher. A step of forming silica glass, and a step of continuously drawing out a composite of the fused and softened silica glass and the heat-resistant substance from the lower part of the melting container into a parallel plate shape through a shape forming tool; Cutting the composite of the drawn and melted and softened silica glass and the heat-resistant substance with a predetermined size and grinding to produce a parallel flat plate-like porous silica composite plate. The manufacturing method of the porous silica composite board characterized by including is provided.

このような製造方法によれば、少なくとも表層部分がシリカガラスから成り、内部部分がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体を製造することができる。このような多孔質のシリカ複合板体であれば、組み合わせて角形シリカ複合容器を構成することができる。その角形シリカ複合容器は、収容したシリコンへの不純物汚染が十分に防止されており、かつ、離型性に優れるとともに、きわめて低コストのシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器とすることができる。   According to such a production method, it is possible to produce a parallel flat plate-like porous silica composite plate made of a heat-resistant substance having at least a surface layer portion made of silica glass and an inner portion having a melting point higher than that of silica. Such porous silica composite plates can be combined to form a square silica composite container. The rectangular silica composite container is sufficiently prevented from contaminating impurities contained in silicon, has excellent releasability, and can be a very low-cost rectangular silica composite container for producing a silicon ingot.

この場合、前記第一の原料粉は、粒径が5〜1000μmであり、シリカ純度が99.99wt.%以上であるシリカ粉であることが好ましい。   In this case, the first raw material powder has a particle size of 5 to 1000 μm and a silica purity of 99.99 wt. It is preferable that it is the silica powder which is% or more.

第一の原料粉をこのようなシリカ粉とすれば、多孔質シリカ複合板体の表層部分を成す多孔質シリカガラスを、十分な純度で形成することができる。   If the first raw material powder is such a silica powder, the porous silica glass constituting the surface layer portion of the porous silica composite plate can be formed with sufficient purity.

また、前記第二の原料粉は、粒径が5〜1000μmであり、C、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上を含む粉末であることが好ましい。 The second raw material powder has a particle size of 5 to 1000 μm, and C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN , BN, Si 3 N 4 , TiN, SiC, TiC, WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2 are preferable.

第二の原料粉をこのようなものとすれば、より効果的に多孔質シリカ複合板体の内部部分の気孔率を増大することができる。   If the second raw material powder is such, the porosity of the inner part of the porous silica composite plate can be increased more effectively.

また、前記第一の原料粉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添加することが好ましい。   Moreover, it is preferable to add a mold release accelerator for promoting mold release of the polycrystalline silicon ingot to the first raw material powder.

また、前記製造した多孔質シリカ複合板体の表面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塗布することが好ましい。   Moreover, it is preferable to apply a mold release accelerator for promoting mold release of the polycrystalline silicon ingot to the surface of the produced porous silica composite plate.

これらの方法により、多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに離型促進剤を含有することができ、その結果、シリコンの離型性をより高めることができる。   By these methods, a release accelerator can be contained in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate, and as a result, the release property of silicon can be further improved.

本発明に係るシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器は、製造された多結晶シリコンインゴットが入っている角形シリカ複合容器から該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いものとすることができ、製造したシリコンへの容器からの不純物汚染を抑制することができる。また、このような角形シリカ複合容器は、板体を組み合わせたものなので、一体物に比べ容器製造コストを著しく低減できるとともに、大型の角形容器であっても、寸法精度を向上させることができる。   The rectangular silica composite container for manufacturing a silicon ingot according to the present invention can be easily removed from the rectangular silica composite container containing the manufactured polycrystalline silicon ingot without damaging the polycrystalline silicon ingot. Impurity contamination from the container to the silicon can be suppressed. In addition, since such a rectangular silica composite container is a combination of plates, the manufacturing cost of the container can be remarkably reduced as compared with a single body, and the dimensional accuracy can be improved even with a large rectangular container.

また、本発明に係る多孔質シリカ複合板体であれば、そのようなシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器を構成するための多孔質シリカ複合板体とすることができる。
また、本発明に係る多孔質シリカ複合板体の製造方法に従えば、そのような多孔質シリカ複合板体を安価に製造することができる。
Moreover, if it is the porous silica composite board which concerns on this invention, it can be set as the porous silica composite board for comprising such a square silica composite container for silicon ingot manufacture.
Further, according to the method for producing a porous silica composite plate according to the present invention, such a porous silica composite plate 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製造することができ、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, low-cost rectangular polycrystalline silicon ingot can be manufactured, which is particularly suitable for a solar cell.

本発明に係る多孔質シリカ複合板体の構造を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically the structure of the porous silica composite board which concerns on this invention. 本発明に係る角形シリカ複合容器の一例を示す図であり、(a)は概略上面図であり、(b)は概略断面図である。It is a figure which shows an example of the square silica composite container which concerns on this invention, (a) is a schematic top view, (b) is a schematic sectional drawing. 本発明に係る角形シリカ複合容器の他の一例を示す図であり、(a)は概略上面図であり、(b)は概略断面図である。It is a figure which shows another example of the square silica composite container which concerns on this invention, (a) is a schematic top view, (b) is a schematic sectional drawing. 本発明に係る角形シリカ複合容器の他の一例を示す図であり、(a)は概略上面図であり、(b)は概略断面図である。It is a figure which shows another example of the square silica composite container which concerns on this invention, (a) is a schematic top view, (b) is a schematic sectional drawing. 本発明に係る角形シリカ複合容器の他の一例を示す図であり、(a)は概略上面図であり、(b)は概略断面図である。It is a figure which shows another example of the square silica composite container which concerns on this invention, (a) is a schematic top view, (b) is a schematic sectional drawing. 本発明に係る角形シリカ複合容器の設置例を示す図であり、(a)は概略上面図であり、(b)は概略断面図である。It is a figure which shows the example of installation of the square silica composite container which concerns on this invention, (a) is a schematic top view, (b) is a schematic sectional drawing. 本発明に係る多孔質シリカ複合板体の製造に用いる装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the apparatus used for manufacture of the porous silica composite board which concerns on this invention. 本発明に係る多孔質シリカ複合板体の製造に用いる装置の一例を別の角度から示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the apparatus used for manufacture of the porous silica composite board which concerns on this invention from another angle.

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、シリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器について、以下のようなことを課題とした。   In the present invention, for example, a rectangular silica composite container for producing a silicon ingot, which can 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複合容器とすることである(離型性の向上)。これはすなわち、角形シリカ複合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後、多結晶シリコンインゴットを角形シリカ複合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 composite container having excellent releasability (improvement of releasability). In other words, after the polycrystalline silicon ingot is manufactured by solidification of the silicon melt contained in the rectangular silica composite container, the polycrystalline silicon ingot is easily removed from the rectangular silica composite container.

第二に、不純物汚染を防止できる角形シリカ複合容器とすることである。これはすなわち、角形シリカ複合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 composite container capable of preventing impurity contamination. This means that various impurity metal elements contained in the rectangular silica composite 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、上記の優れた離型性、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、角形シリカ複合容器の製造のために、部品コストを低減し、また、安価なシリカ原料を使用することができるようにし、シリカ原料の溶融、成形を比較的短時間で連続的に行い、エネルギー消費を少なくすることである。   Thirdly, the above-described excellent mold releasability and prevention of impurity contamination are realized at low cost. This means that, for the production of a rectangular silica composite container, the cost of parts can be reduced and an inexpensive silica raw material can be used, and the silica raw material can be continuously melted and molded in a relatively short time. To reduce energy consumption.

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2に本発明に係るシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器の一例の概略を示した。図2(a)及び図2(b)に図示したように、本発明に係るシリカ容器10の形状は角形(角槽形、箱形とも呼ばれる)である。角形シリカ複合容器10は、側部(側壁部)11と底部21とからなる。また、本発明に係る角形シリカ複合容器10は、平行平板状の多孔質シリカ複合板体を組み合わされて構成される。具体的には、図2(a)及び図2(b)に示したように、4つの側部11及び1つの底部21がそれぞれ平行平板状の多孔質シリカ複合板体からなり、本発明に係る角形シリカ複合容器10は、これらを組み合わせて構成される。   FIG. 2 shows an outline of an example of a square silica composite container for producing a silicon ingot according to the present invention. As illustrated in FIGS. 2A and 2B, the shape of the silica container 10 according to the present invention is a square shape (also called a square tank shape or a box shape). The square silica composite container 10 includes a side part (side wall part) 11 and a bottom part 21. Moreover, the square silica composite container 10 according to the present invention is configured by combining parallel flat plate-like porous silica composite plates. Specifically, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the four side portions 11 and the one bottom portion 21 are each composed of a parallel flat plate-like porous silica composite plate, The rectangular silica composite container 10 is configured by combining these.

本発明に係る角形シリカ複合容器10を構成する多孔質シリカ複合板体の組み合わせ方法は特に限定されないが、組み合わせた際に内側に倒れてこないようにすることが好ましい。例えば、図2に示したように、平行平板状の多孔質シリカ複合板体の各々の組み合わせ部分を斜面として、該斜面同士を向かい合わせるようにして組み合わせることができる(すり合わせ(すりガラス接合)タイプ)。   The method for combining the porous silica composite plates constituting the rectangular silica composite container 10 according to the present invention is not particularly limited, but it is preferable that the porous silica composite plates do not fall inward when combined. For example, as shown in FIG. 2, each combination portion of the parallel flat plate-like porous silica composite plate body can be combined with the inclined surfaces facing each other (grinding (ground glass bonding) type). .

本発明に係る角形シリカ複合容器10は、さらに、それを構成する多孔質シリカ複合板体の少なくとも表層部分がシリカガラスから成り、内部部分がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成るものである。図1は、本発明に係る多孔質シリカ複合板体の構造を模式的に示す概略断面図である。多孔質シリカ複合板体100は、表層部分111及び112がシリカガラスから成り、内部部分113がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る多孔質である。すなわち、両平行平面の表面101、102からの所定の深さ(T、T)までの部分がシリカガラスから成り、かつ、内部部分113の所定の厚さ(T)が耐熱性物質から成る。好ましくは、T、Tがそれぞれ1mm以上であり、Tが3mm以上である。 The rectangular silica composite container 10 according to the present invention is further made of a heat-resistant substance having at least a surface layer portion made of silica glass and an inner portion having a melting point higher than that of silica. is there. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of a porous silica composite plate according to the present invention. In the porous silica composite plate 100, the surface layer portions 111 and 112 are made of silica glass, and the inner portion 113 is a porous material made of a heat resistant material having a melting point higher than that of silica. That is, the portions from the surfaces 101 and 102 of both parallel planes to a predetermined depth (T 1 , T 2 ) are made of silica glass, and the predetermined thickness (T 3 ) of the inner portion 113 is a refractory material. Consists of. Preferably, T 1 and T 2 are each 1 mm or more, and T 3 is 3 mm or more.

多孔質シリカ複合板体100の内部部分113を構成する耐熱性物質は、融点2000℃以上の単元素物質、酸化物、複合酸化物、チッ化物、酸チッ化物、炭化物、及びホウ化物のいずれか1種以上であることが好ましい。この耐熱性物質は、具体的にはC、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上とすることができる。このような耐熱性物質により内部部分113を構成すれば、シリカとの融点の差が十分であり、より効果的に多孔質シリカ複合板体の内部部分の気孔率を増大することができる。 The heat-resistant substance constituting the inner portion 113 of the porous silica composite plate body 100 is any one of a single element substance, an oxide, a composite oxide, a nitride, an acid nitride, a carbide, and a boride having a melting point of 2000 ° C. or higher. One or more are preferable. Specifically, this heat-resistant substance is C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN, Si 3 N 4 , TiN. , SiC, TiC, WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2 . If the inner portion 113 is made of such a heat-resistant substance, the difference in melting point from silica is sufficient, and the porosity of the inner portion of the porous silica composite plate can be increased more effectively.

図3〜5には、本発明に係る角形シリカ複合容器10の別の例の概略を示した。   3 to 5 show an outline of another example of the square silica composite container 10 according to the present invention.

図3には、本発明に係るシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器の別の一例の概略を示した。図3(a)及び図3(b)に示したように、平行平板状の多孔質シリカ複合板体の各々の組み合わせ部分を嵌合可能に形成し、組み合わせることもできる(嵌め合わせタイプ)。   In FIG. 3, the outline of another example of the square silica composite container for silicon ingot manufacture which concerns on this invention was shown. As shown in FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b), each combination portion of the parallel flat plate-like porous silica composite plate can be formed so as to be fitable, and can be combined (fit type).

また、角形の各側部及び底部はそれぞれ1枚の多孔質シリカ複合板体で組み立てることに限らず、図4、5に示したように、複数枚の多孔質シリカ複合板体で各側部及び底部を構成することができる。この場合、角形の容器が、8つの側部11a、11b及び2つの底部21a、21bがそれぞれ平行平板状の多孔質シリカ複合板体からなる。   In addition, each side and bottom of the square are not limited to being assembled with one porous silica composite plate, but each side with a plurality of porous silica composite plates as shown in FIGS. And the bottom can be configured. In this case, the rectangular container is composed of a porous silica composite plate having eight side portions 11a and 11b and two bottom portions 21a and 21b each having a parallel plate shape.

上記のように、本発明に係る多孔質シリカ複合板体は平行平板状であるが、本発明の説明において、平行平板状とは平板状の形状の表面のうち、面積の大きい2つの平らな表面が略平行であることを意味する。ただし、図2〜5に図示したように、平板状の形状の周縁部において組み合わせのための形状が作り込まれていてもよい。   As described above, the porous silica composite plate according to the present invention has a parallel plate shape. However, in the description of the present invention, the parallel plate shape is two flat surfaces having a large area among the surfaces of the plate shape. It means that the surface is substantially parallel. However, as illustrated in FIGS. 2 to 5, a shape for combination may be formed in the peripheral portion of the flat plate shape.

また、図6に本発明に係る角形シリカ複合容器10の設置例を示した。図6には、図2のようなすり合わせタイプの組み合わせにより角形シリカ複合容器10を構成する例を代表として示したが、他の組み合わせの形態、例えば、図3〜5のような構成であってもよい。
図6に示したように、角形シリカ複合容器10を構成する多孔質シリカ複合板体は、カーボン製等のサセプタ80により固定することができる。
FIG. 6 shows an installation example of the square silica composite container 10 according to the present invention. In FIG. 6, an example in which the square silica composite container 10 is configured by a combination of the combination types as illustrated in FIG. 2 is shown as a representative, but other combinations, for example, configurations as illustrated in FIGS. Also good.
As shown in FIG. 6, the porous silica composite plate constituting the square silica composite container 10 can be fixed by a susceptor 80 made of carbon or the like.

このように、シリコン融液を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、本発明に係る角形シリカ複合容器10は、多孔質シリカ複合板体が組み合わされて構成されている。従って、容器全体を一体的に製造する場合に比べ、著しく製造コストを低減できる。また、容器全体を一体的に製造する場合では成形工程や焼成工程における熱変形、熱収縮が大きいため寸法精度の悪いものしか得られなかったが、本発明であれば、例えば一辺の寸法が50cmを超えるような、大型の角形容器であっても、寸法精度を向上させることができる。   Thus, the rectangular silica composite container 10 according to the present invention, which is a container for solidifying a silicon melt to produce a rectangular polycrystalline silicon ingot, is configured by combining porous silica composite plates. Yes. Therefore, the manufacturing cost can be significantly reduced as compared with the case where the entire container is manufactured integrally. In addition, in the case where the entire container is manufactured integrally, only thermal deformation and thermal shrinkage in the molding process and baking process are large, so that only those with poor dimensional accuracy can be obtained. In the present invention, for example, the dimension of one side is 50 cm. Even if it is a large-sized square container exceeding the above, the dimensional accuracy can be improved.

また、本発明に係る角形シリカ複合容器からは多結晶シリコンインゴットを角形として製造することができる。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をスライスしたウエーハを太陽電池とする場合に比較して受光面積の無駄がなく、きわめて好適である。   Moreover, from the square silica composite container according to the present invention, a polycrystalline silicon ingot can be produced as a square. If the manufactured polycrystalline silicon ingot is rectangular, this can be sliced to obtain a rectangular polycrystalline silicon wafer, compared to a case where a wafer obtained by slicing a cylindrical polycrystalline silicon ingot is used as a solar cell. Therefore, the light receiving area is not wasted, which is very suitable.

また、上記のように、本発明は、多孔質シリカ複合板体の少なくとも表層部分がシリカガラスから成り、内部部分がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成るものであることにより、多孔質シリカ複合板体の内部部分の強度を低く設定する。このような角形シリカ複合容器の中でシリコン融液を凝固させて、多結晶シリコンインゴットを製造する場合、容器自体の強度は適切に保たれているため、角形シリカ複合容器の形状に応じた、所定形状の多結晶シリコンインゴットを製造することが可能となる。   Further, as described above, the present invention provides a porous silica composite plate having at least a surface layer portion made of silica glass and an inner portion made of a heat resistant material having a melting point higher than that of silica. The strength of the inner part of the silica composite plate is set low. In the case of producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying the silicon melt in such a square silica composite container, the strength of the container itself is appropriately maintained. It becomes possible to manufacture a polycrystalline silicon ingot having a predetermined shape.

一方、多結晶シリコンインゴットを容器から剥がすときは、多孔質シリカ複合板体の内部の部分の強度が弱く、多結晶シリコンインゴットの表面部分を欠損させたり、表面にマイクロクラックを生ずることなく容易に多結晶シリコンインゴットを取り出すことが可能となる。また、多孔質シリカ複合板体の内部の部分の強度が弱いため、必要とあらば、容易に角形シリカ複合容器を破壊して多結晶シリコンインゴットを容器から取り外すことができる。   On the other hand, when the polycrystalline silicon ingot is peeled off from the container, the strength of the inner part of the porous silica composite plate is weak, and the surface part of the polycrystalline silicon ingot is easily lost without causing microcracks on the surface. The polycrystalline silicon ingot can be taken out. In addition, since the strength of the inner portion of the porous silica composite plate is weak, if necessary, the rectangular silica composite container can be easily broken and the polycrystalline silicon ingot can be removed from the container.

また、製造されたシリコンと接するのは容器内表面のシリカガラスであるため、製造したシリコンへの容器からの不純物汚染を抑制することができる。   Further, since silica glass on the inner surface of the container contacts the manufactured silicon, impurity contamination from the container to the manufactured silicon can be suppressed.

また、本発明の角形シリカ複合容器では、多結晶シリコンインゴットの離型性をより高めるため、多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに、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ことが好ましい。   Further, in the rectangular silica composite container of the present invention, in order to further improve the release property of the polycrystalline silicon ingot, the release of the polycrystalline silicon ingot is promoted to the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate. It is preferable that an accelerator is contained.

本発明において用いることができる離型促進剤としては、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBa等のアルカリ土類金属元素が挙げられ、化合物(例えば硫酸塩、塩化物、炭酸塩、ハロゲン化物等)の形で角形シリカ複合容器10に含有させることができる。   Examples of the release accelerator that can be used in the present invention include alkaline earth metal elements such as calcium Ca, strontium Sr, and barium Ba, and compounds such as sulfates, chlorides, carbonates, halides, and the like. It can be contained in the square silica composite container 10 in the form.

Ca、Sr、Baを、角形シリカ複合容器10の内側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複合容器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、該角形シリカ複合容器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複合容器10の内側表面との融着をより少なくすることができるため、角形シリカ複合容器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。   Manufacturing by containing Ca, Sr, and Ba in the inner surface portion of the square silica composite container 10 so that the silicon melt is accommodated in the square silica composite container 10 and gradually cooled and solidified to obtain a polycrystalline silicon ingot. In the process, the inner surface layer of the square silica composite container 10 can be transferred from silica glass to a microcrystalline phase such as cristobalite or opal, thereby generating microcracks. As a result, since the fusion between the cooled and solidified polycrystalline silicon ingot and the inner surface of the rectangular silica composite container 10 can be reduced, the polycrystalline silicon ingot can be removed when removing the polycrystalline silicon ingot from the rectangular silica composite container 10. It is possible to remove the silicon ingot without damaging the surface or forming irregularities or progressive cracks on the surface portion of the polycrystalline silicon ingot.

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、本発明において用いる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 used in the present invention because it has less diffusion contamination into the polycrystalline silicon ingot.

角形シリカ複合容器10の内側表面部分のうち、離型促進剤を含有させる範囲は、角形シリカ複合容器10の内側表面部分の少なくとも一部であればよいが、角形シリカ複合容器10のうち、シリコン融液を収容及び凝固する高さまでの内側表面部分全体とすることがより好ましく、角形シリカ複合容器10の内側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 square silica composite container 10, the range in which the release accelerator is contained may be at least a part of the inner surface portion of the square silica composite container 10. The entire inner surface portion up to a height at which the melt is accommodated and solidified is more preferable, and the entire inner surface portion of the square silica composite container 10 is further preferable.

離型促進剤の角形シリカ複合容器の内側表面部分への含有方法としては、角形シリカ複合容器を構成する多孔質シリカ複合板体の表面への塗布(コーティング)による方法や、多孔質シリカ複合板体製造の際の原料粉に添加(ドーピング)させておく方法がある。コストの点からは、硫酸バリウム又は塩化バリウム等の水溶液を角形シリカ複合容器の内表面に塗布し、乾燥させる手法が低コストで効果的である。   Examples of the method for containing the release accelerator in the inner surface portion of the square silica composite container include a method by coating (coating) the surface of the porous silica composite plate constituting the square silica composite container, and a porous silica composite plate. There is a method of adding (doping) the raw material powder during body production. From the viewpoint of cost, a method of applying an aqueous solution such as barium sulfate or barium chloride to the inner surface of the square silica composite container and drying it is effective at low cost.

離型促進剤の塗布濃度としては、離型促進剤としてCa、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素を用いる場合には、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素合計値として50〜5000μg/cm(角形シリカ複合容器の内側表面1cm当たり50〜5000μg)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。 As the coating concentration of the mold release accelerator, when an alkaline earth metal element such as Ca, Sr or Ba is used as the mold release accelerator, the total value of alkaline earth metal elements such as Ca, Sr or Ba is 50 to 50. It is preferably set to 5000 [mu] g / cm 2 (inner surface 1 cm 2 per 50~5000μg prismatic silica composite container), and even more preferably from 100-1000 / cm 2.

また、角形シリカ複合容器10は、そのAl濃度(Al元素濃度)が3〜300wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであることが好ましい。不純物汚染防止のため、角形シリカ複合容器10にAl元素と同時にOH基を含有させることが好ましい。Al濃度は10〜100wt.ppmとすることがさらに好ましく、OH基濃度は20〜200wt.ppmとすることがさらに好ましい。   The square silica composite container 10 has an Al concentration (Al element concentration) of 3 to 300 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. Preference is given to ppm. In order to prevent impurity contamination, it is preferable that the square silica composite container 10 contains an OH group simultaneously with the Al element. Al concentration is 10-100 wt. More preferably, it is ppm, and the OH group concentration is 20 to 200 wt. More preferably, it is ppm.

これらAl、OH基が、多孔質シリカ複合板体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、Zr、Mo、Ag、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。   When these Al and OH groups reduce the carrier lifetime of the impurity metal element in the porous silica composite plate, particularly polycrystalline silicon under light irradiation, or when the polycrystalline silicon ingot is used as a solar cell material, Migration and diffusion in silica of alkali metal elements such as Li, Na, K, etc. and transition metal elements such as Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag, Au, which are considered to reduce the conversion efficiency To prevent. 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3wt.ppm以上であれば、十分な不純物汚染防止効果が認められる。一方、Alの濃度が300wt.ppm以下であれば、AlやAl自体による、製造する多結晶シリコンインゴットへの汚染を抑制することができる。 The Al concentration is 3 wt. If it is ppm or more, a sufficient impurity contamination preventing effect is recognized. On the other hand, the Al concentration is 300 wt. If it is less than or equal to ppm, contamination of the polycrystalline silicon ingot to be produced by Al or Al 2 O 3 itself can be suppressed.

また、OH基の濃度が5wt.ppm以上であれば、十分な不純物汚染防止効果が認められる。一方、OH基の濃度が500wt.ppm以下であれば、多孔質シリカ複合板体の高温度下での粘性度が低下しすぎることもない。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複合板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 ppm or more, a sufficient impurity contamination preventing effect is recognized. On the other hand, the OH group concentration is 500 wt. If it is ppm or less, the viscosity of the porous silica composite plate at a high temperature will not be too low. 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 facilitate the deformation of the porous silica composite plate 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、角形シリカ複合容器10を構成する多孔質シリカ複合板体のうち、表層側に位置する多孔質シリカガラス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、本発明の目的により合致する角形シリカ複合容器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の各濃度が30wt.ppm以下であり、かつTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Auの各濃度が3wt.ppm以下である場合、多孔質シリカ複合板体の製造の際にAlとOH基を同時に適量含有させることにより、本発明の角形シリカ複合容器により、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あれば、ソーラー発電デバイス(太陽電池)を製造した場合に、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. Thereby, the purity of the silica powder used as the raw material of the porous silica glass located on the surface layer side of the porous silica composite plate constituting the square silica composite container 10 is SiO 2 99.9 to 99.999 wt. %, It is possible to produce a rectangular silica composite container 10 that matches the purpose of the present invention. More specifically, for example, the purity of the silica raw material powder (SiO 2 purity) is 99.99 wt. %, And each concentration of Li, Na, and K is 30 wt. ppm, and each concentration of Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag, Au is 3 wt. When the content is less than or equal to ppm, by incorporating an appropriate amount of Al and OH groups at the same time when producing a porous silica composite plate, the rectangular silica composite container of the present invention can sufficiently prevent process contamination of the polycrystalline silicon ingot. And can be manufactured. In this way, if the polycrystalline silicon ingot is sufficiently prevented from being contaminated with a process, when a solar power generation device (solar cell) is manufactured, its photoelectric conversion efficiency can be significantly increased.

以上説明したような多孔質シリカ複合板体を製造する方法を、図面を参照しながら説明する。   A method for producing the porous silica composite plate as described above will be described with reference to the drawings.

(1) 原料粉の調製、準備
まず、原料粉としてシリカ粉及び耐熱性物質の粉末を作製する。
(1) Preparation and preparation of raw material powder First, silica powder and heat-resistant substance powder are prepared as raw material powder.

第一の原料粉としては、シリカ粉を作製する。この第一の原料粉は、粒径が5〜1000μmであり、シリカ純度が99.99wt.%以上であるシリカ粉とすることが好ましい。なお、この粒径範囲は、第一の原料粉のシリカ粉のうち、5〜1000μmの粒径範囲の中に99wt.%以上のシリカ粉が含まれることを意味する。   Silica powder is produced as the first raw material powder. The first raw material powder has a particle size of 5 to 1000 μm and a silica purity of 99.99 wt. The silica powder is preferably at least%. In addition, this particle size range is 99 wt.% In the particle size range of 5 to 1000 μm in the silica powder of the first raw material powder. % Of silica powder is included.

製造時の低コスト化のため、従来のような高純度シリカ原料粉(高純度水晶粉、高純度天然石英粉、超高純度合成シリカガラス粉、例えば、シリカ純度が99.9999%以上)は必ずしも使用する必要はない。本発明では、上記のように、例えば、シリカ純度が99.99wt.%以上であれば十分であり、比較的低純度のシリカ原料粉を使用することが好ましい。   High-purity silica raw material powder (high-purity quartz powder, high-purity natural quartz powder, ultra-high-purity synthetic silica glass powder such as silica purity of 99.9999% or more) It is not always necessary to use it. In the present invention, as described above, for example, the silica purity is 99.99 wt. % Or more is sufficient, and it is preferable to use silica raw material powder having relatively low purity.

第一の原料粉のシリカ純度は、不純物を少なくする観点からは上記のように99.99wt.%以上とすることがより好ましい。特に、Li、Na、Kの各濃度が30wt.ppm以下であり、かつTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Auの各濃度が3wt.ppm以下とすることが好ましい。   From the viewpoint of reducing impurities, the silica purity of the first raw material powder is 99.99 wt. % Or more is more preferable. In particular, each concentration of Li, Na, K is 30 wt. ppm, and each concentration of Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag, Au is 3 wt. It is preferable to set it as ppm or less.

この第一の原料粉としては、低コストの結晶質天然石英粉を用いることが好ましいが、必ずしも結晶質天然石英粉のみを用いる場合に限定されるわけでない。例えば、結晶質天然石英粉を主原料(例えば重量比で50%以上)とし、非晶質シリカ粉(溶融天然石英ガラス粉、合成シリカガラス粉)等を混合して原料粉としても良い。また、シリカ原料粉の粒径は、上記のように粒径5〜1000μmの比較的大粒径の原料粉を用いることが好ましいが、必ずしもそれだけを用いる場合に限定されるわけではない。例えば、粒径5〜1000μmの比較的大粒径の原料粉に、高活性である粒径0.1〜5μm程度の微小粒径の合成シリカガラス粉を混合したもの、あるいはそれ以上の種類のシリカ粉を混合して原料粉としても良い。   As the first raw material powder, it is preferable to use low-cost crystalline natural quartz powder, but it is not necessarily limited to the case where only crystalline natural quartz powder is used. For example, crystalline natural quartz powder may be used as the main raw material (for example, 50% or more by weight), and amorphous silica powder (fused natural quartz glass powder, synthetic silica glass powder) or the like may be mixed to obtain the raw material powder. Moreover, the particle size of the silica raw material powder is preferably a raw material powder having a relatively large particle size of 5 to 1000 μm as described above, but is not necessarily limited to the case of using only that. For example, a raw material powder having a particle size of 5 to 1000 μm mixed with a synthetic silica glass powder having a particle size of about 0.1 to 5 μm, which is highly active, or a higher type Silica powder may be mixed to make raw material powder.

第一の原料粉の作製は、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。   The production of the first raw material powder can be produced, for example, by crushing and sizing the quartzite lump 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 the 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、粒径を例えば5〜1000μm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, for example, 5 to 1000 μm 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、800〜1100℃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 heated to 800 to 1100 ° C. For about 1 to 100 hours. However, in a 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、主な原料粉として用いることが好ましい。   The raw material powder obtained after the above steps is crystalline silica powder. From the viewpoint of cost, it is preferable to use such natural crystalline silica powder as the main raw material powder.

また、多孔質シリカ複合板体の耐熱変形性を向上させるために、原料粉にAl(アルミニウム元素)を含有させることが好ましい。原料粉へのAlの添加方法は特に限定されないが、例えば、アルミニウム化合物(硝酸アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム等)をそのまま原料粉に混合し、又は、水又はアルコールに溶解混合させた後、原料粉に混合することができる。添加するAlの量は、前述のように、製造する多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスのAl濃度が3〜300wt.ppmとなるようにすることが好ましく、10〜100wt.ppmとなるようにすることがさらに好ましい。   Moreover, in order to improve the heat-resistant deformation property of the porous silica composite plate, it is preferable to contain Al (aluminum element) in the raw material powder. The method of adding Al to the raw material powder is not particularly limited. For example, an aluminum compound (aluminum nitrate, aluminum carbonate, aluminum chloride, etc.) is directly mixed with the raw material powder, or dissolved and mixed in water or alcohol, and then the raw material is mixed. Can be mixed into powder. As described above, the amount of Al to be added is such that the Al concentration of the silica glass in the surface layer portion of the porous silica composite plate to be produced is 3 to 300 wt. It is preferable to make it ppm, and 10 to 100 wt. It is more preferable to adjust to ppm.

さらに、第一の原料粉に離型促進剤を添加することにより、製造する多孔質シリカ複合板体の表層部分に離型促進剤を添加(ドーピング)することができる。離型促進剤としてBaを含有させる場合、製造した多孔質シリカ複合板体において100〜2000wt.ppmの範囲になるように添加することが好ましい。   Furthermore, a mold release accelerator can be added (doping) to the surface layer portion of the porous silica composite plate to be produced by adding a mold release accelerator to the first raw material powder. When Ba is contained as a mold release accelerator, 100 to 2000 wt. It is preferable to add so that it may become the range of ppm.

第二の原料粉としては、シリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る粉末を作製する。この耐熱性物質は、多孔質シリカ複合板体の内部部分の材料となるものであるので、上記のように、融点が2000℃以上のものを用いることが好ましく、具体的には、第二の原料粉の耐熱性物質としては、炭素C等の単元素物質、アルミナAl、ベリリアBeO、マグネシアMgO、トリアThO、ジルコニアZrO等の酸化物、CaZrO、MgAl、YAlO等の複合酸化物、SiON等の酸窒化物、AlN、BN、Si、TiN等の窒化物、SiC、TiC、WC、ZrC等の炭化物、TiB、ZrB等のホウ化物のいずれか1種以上を含む粉末であることが好ましい。第二の原料粉の純度は99wt.%以上とすることが好ましく、99.9wt.%以上とすることがさらに好ましい。このような純度であれば、製造後の多孔質シリカ複合板体の表面への不純物の拡散を十分に抑制することができる。 As the second raw material powder, a powder made of a heat-resistant substance having a melting point higher than that of silica is prepared. Since this heat-resistant substance is a material for the internal portion of the porous silica composite plate, it is preferable to use a material having a melting point of 2000 ° C. or higher as described above. As the heat-resistant material of the raw material powder, single element material such as carbon C, alumina Al 2 O 3 , beryllia BeO, magnesia MgO, tria ThO 2 , oxide such as zirconia ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO Composite oxides such as 3; oxynitrides such as SiON; nitrides such as AlN, BN, Si 3 N 4 and TiN; carbides such as SiC, TiC, WC and ZrC; borides such as TiB 2 and ZrB 2 A powder containing any one or more of them is preferable. The purity of the second raw material powder is 99 wt. % Or more, preferably 99.9 wt. % Or more is more preferable. With such purity, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of impurities to the surface of the porous silica composite plate after production.

第二の原料粉の作製は、種々の公知の方法によって行うことができる。   The production of the second raw material powder can be performed by various known methods.

この第二の原料粉は、粒径が5〜1000μmとすることが好ましく、50〜500μmとすることがさらに好ましい。この第二の原料粉の粒径範囲も、第二の原料粉のうち、5〜1000μmの粒径範囲の中に99wt.%以上の耐熱性物質から成る粉末が含まれることを意味する。   The second raw material powder preferably has a particle size of 5 to 1000 μm, and more preferably 50 to 500 μm. The particle size range of the second raw material powder is 99 wt. It means that a powder composed of at least% heat-resistant substance is included.

(2) 原料粉の加熱処理用電気炉
次に、第一の原料粉及び第二の原料粉を投入し、熱処理する電気加熱炉について説明する。電気加熱炉の概略断面図を図7、8に示した。図8は図7とは垂直の方向から見た場合の断面図である。この電気加熱炉300は、原料粉を溶融容器の中に供給する際に、第一の原料粉と第二の原料粉のそれぞれの供給位置を所定の位置にするために必要な構造を備える必要がある。
(2) Electric furnace for heat treatment of raw material powder Next, an electric heating furnace in which the first raw material powder and the second raw material powder are charged and heat-treated will be described. A schematic cross-sectional view of the electric heating furnace is shown in FIGS. FIG. 8 is a cross-sectional view when viewed from a direction perpendicular to FIG. The electric heating furnace 300 needs to have a structure necessary for setting the supply positions of the first raw material powder and the second raw material powder to predetermined positions when the raw material powder is supplied into the melting container. There is.

この電気加熱炉は、第一の原料粉の供給口303a、第二の原料粉の供給口303b、これらの供給口から両原料粉が投入され、両原料粉を溶融、軟化するための溶融容器(モリブデン、タングステン等の高融点金属ルツボが好ましいが、これに限定されない)308、溶融容器308を加熱するための加熱手段(電気抵抗加熱、高周波誘導加熱等が利用可能な方法である)307、加熱手段307により生ずる熱の外側への放出を遮断する断熱材309、開口部の形状が略長方形である形状成形工具(モリブデン、タングステン等の高溶融点金属製工具が好ましいが、これに限定されない)312、溶融容器308内の雰囲気ガスを調整するための溶融容器内雰囲気ガス給気、排気口302、電気加熱炉内のうち溶融容器308の外側の雰囲気ガスを調整するための溶融容器外雰囲気ガス給気、排気口305等からなる。図7、8に示したように、第一の原料粉の供給口303aは、第二の原料粉の供給口303bを取り囲むように構成されている。   The electric heating furnace includes a first raw material powder supply port 303a, a second raw material powder supply port 303b, and a melting container for melting and softening both raw material powders through the supply ports. (A refractory metal crucible such as molybdenum or tungsten is preferable, but not limited thereto) 308, heating means for heating the melting vessel 308 (electric resistance heating, high frequency induction heating, etc. are available methods) 307, A heat insulating material 309 that blocks the release of heat generated by the heating means 307, and a shape forming tool having a substantially rectangular opening (a high melting point metal tool such as molybdenum or tungsten is preferable, but not limited thereto. 312, atmosphere gas supply in the melting container for adjusting the atmosphere gas in the melting container 308, the atmosphere outside the melting container 308 among the exhaust port 302 and the electric heating furnace. Melting vessel outside atmosphere gas supply for adjusting the air gas, from the exhaust port 305 and the like. 7 and 8, the first raw material powder supply port 303a is configured to surround the second raw material powder supply port 303b.

電気加熱炉300の下部には、多孔質シリカ複合板体取出し室313が配置され、多孔質シリカ複合板体取出し室内雰囲気ガス給気、排気口314、多孔質シリカ複合板体引き出しローラ316等が配置されている。また、形状成形工具312の下方に、矢印323の方向に移動可能な溶融容器底部の開閉板322が具備されている。   A porous silica composite plate body take-out chamber 313 is arranged at the lower part of the electric heating furnace 300, and a porous silica composite plate take-out chamber atmosphere gas supply, an exhaust port 314, a porous silica composite plate body drawing roller 316, and the like. Has been placed. An opening / closing plate 322 at the bottom of the melting vessel that can move in the direction of the arrow 323 is provided below the shape forming tool 312.

この電気加熱炉の基本構造や運転条件は、特開平1−320234号公報、特開平2−296740号公報、特開平6−24785号公報等の文献に示されている。ただし、これらの文献に記載されたような従来の電気加熱炉は、気泡を含まない透明な棒状あるいは管状シリカガラスを製造するために設計されたものであり、本発明のように気泡を含む平行平板状の多孔質シリカ複合板体を製造するための電気加熱炉構造とは異なっている。第一の相違点は、電気加熱炉の形状及び溶融容器の形状である。本発明で用いることができる電気加熱炉300は、平行平板状の多孔質シリカ複合板体を製造するために、溶融容器308とともに、略円柱形状ないし略楕円柱形状であることが好ましい。第二の相違点は、シリカ原料粉加熱時の雰囲気ガスの種類、圧力である。本発明では多孔質シリカ複合板体に気泡を含有させるために、窒素、ネオン、アルゴン、クリプトンのいずれか1種以上を含む不活性ガスを大気圧以上の圧力とする。これらのガスは、水素やヘリウムよりも分子半径の大きい不活性ガスである。第三の相違点は、溶融シリカ体を成形する形状成形工具の形状である。また、本発明では溶融シリカ体を平行平板状に成形するために、形状成形工具312の開口部の形状が上記のように略長方形である。   The basic structure and operating conditions of this electric heating furnace are shown in documents such as JP-A-1-320234, JP-A-2-296740, and JP-A-6-24785. However, conventional electric furnaces such as those described in these documents are designed to produce transparent rod-like or tubular silica glass that does not contain bubbles, and parallel that contains bubbles as in the present invention. This is different from an electric heating furnace structure for producing a flat porous silica composite plate. The first difference is the shape of the electric heating furnace and the shape of the melting vessel. The electric heating furnace 300 that can be used in the present invention preferably has a substantially cylindrical shape or a substantially elliptical column shape together with the melting vessel 308 in order to produce a parallel flat plate-like porous silica composite plate. The second difference is the type and pressure of the atmospheric gas when heating the silica raw material powder. In the present invention, an inert gas containing at least one of nitrogen, neon, argon, and krypton is set to a pressure of atmospheric pressure or higher in order to contain bubbles in the porous silica composite plate. These gases are inert gases having a larger molecular radius than hydrogen or helium. The third difference is the shape of the shape forming tool for forming the fused silica body. In the present invention, the shape of the opening of the shape forming tool 312 is substantially rectangular as described above in order to form the fused silica body into a parallel plate shape.

(3) 原料粉の溶融、成形
図7、8に示した電気加熱炉を用いて、本発明の多孔質シリカ複合板体を製造する。具体的には以下のようにして行う。
(3) Melting and forming of raw material powder The porous silica composite plate of the present invention is produced using the electric heating furnace shown in FIGS. Specifically, it is performed as follows.

(a)溶融容器内の雰囲気ガス調整
まず、電気加熱炉300内に配置した溶融容器308内を窒素、ネオン、アルゴン、クリプトンのいずれか1種以上を含む不活性ガス雰囲気に置換する。コストの点から主成分を窒素ガス80vol.%以上とすることが好ましい。また高温度下における容器の寿命を延ばすために、水素ガスを1〜4vol.%混合して使用する場合もある。
(A) Atmospheric gas adjustment in melting container First, the inside of the melting container 308 disposed in the electric heating furnace 300 is replaced with an inert gas atmosphere containing at least one of nitrogen, neon, argon, and krypton. Nitrogen gas is 80 vol. % Or more is preferable. In order to extend the life of the container under high temperature, hydrogen gas is added in an amount of 1 to 4 vol. % May be used in combination.

(b)電気加熱炉内(溶融容器の外側)の雰囲気ガス調整
なお、電気加熱炉内のうち、溶融容器308の外側も窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスと置換することが好ましい。コストの点から主成分を窒素ガス80vol.%以上とするのが好ましい。また高温度下における溶融容器308や加熱手段307の寿命を延ばすために、水素ガスを1〜4vol.%混合して使用する場合もある。
(B) Atmospheric gas adjustment in the electric heating furnace (outside of the melting vessel) In the electric heating furnace, the outside of the melting vessel 308 is also preferably replaced with an inert gas such as nitrogen, neon, argon, krypton, etc. . Nitrogen gas is 80 vol. % Or more is preferable. In order to extend the life of the melting vessel 308 and the heating means 307 at a high temperature, hydrogen gas is added at 1 to 4 vol. % May be used in combination.

(c)第一の原料粉及び第二の原料粉の電気加熱炉内の溶融容器への供給
溶融容器308内を上記の不活性ガス雰囲気に保ちつつ、第一の原料粉及び第二の原料粉を溶融容器308の中に供給する。
このとき、第二の原料粉306bの供給位置を溶融容器308内の中央側として供給するとともに、第一の原料粉306aを溶融容器308内の第二の原料粉306bの供給位置よりも外側に供給する。このような原料粉の供給は、図7、8に示した電気加熱炉300の上部に配置されている第一の原料粉供給口303a及び第二の原料粉供給口303bから、第一の原料粉306a及び第二の原料粉306bをそれぞれ供給することにより、行うことができる。
(C) Supplying the first raw material powder and the second raw material powder to the melting container in the electric heating furnace while maintaining the inside of the melting container 308 in the above inert gas atmosphere, the first raw material powder and the second raw material Powder is fed into the melting vessel 308.
At this time, the supply position of the second raw material powder 306b is supplied as the center side in the melting container 308, and the first raw material powder 306a is placed outside the supply position of the second raw material powder 306b in the melting container 308. Supply. Such raw material powder is supplied from the first raw material powder supply port 303a and the second raw material powder supply port 303b arranged in the upper part of the electric heating furnace 300 shown in FIGS. It can be performed by supplying the powder 306a and the second raw material powder 306b, respectively.

(d)原料粉への加熱による溶融、軟化
次に、溶融容器308内の不活性ガス雰囲気の圧力を大気圧以上に保持しつつ溶融容器308の温度を1700℃以上に加熱することにより第一の原料粉306aを溶融させる。これにより、第一の原料粉は溶融シリカガラス体321aとなる。一方、第二の原料粉306bは、シリカから成る第一の原料粉306aよりも融点が高く、特には融点が2000℃以上であるので、シリカほどは軟化せず、また、ほとんど焼結しない。そのため、原料粉から形状の保持の度合いが高い耐熱性物質321bとなる。ただし、耐熱性物質の種類(例えば、融点が比較的低い耐熱性物質であるSi)によっては、比較的軟化する。
(D) Melting and softening by heating to raw material powder Next, the temperature of the melting vessel 308 is heated to 1700 ° C. or higher while maintaining the pressure of the inert gas atmosphere in the melting vessel 308 at atmospheric pressure or higher. The raw material powder 306a is melted. Thereby, the first raw material powder becomes a fused silica glass body 321a. On the other hand, the second raw material powder 306b has a higher melting point than the first raw material powder 306a made of silica, and in particular, has a melting point of 2000 ° C. or higher. Therefore, the second raw material powder 306b is hardly softened and hardly sintered. Therefore, the heat-resistant substance 321b having a high degree of shape retention is obtained from the raw material powder. However, depending on the type of heat-resistant substance (for example, Si 3 N 4 which is a heat-resistant substance having a relatively low melting point), it is relatively soft.

上記のように第二の原料粉としてシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る粉末を用いることにより、この加熱工程における第二の原料粉の焼結の度合いを低くすることができるので、製造後の多孔質シリカ複合板体における内部部分に含まれる気泡量を多く(すなわち、気孔率を大きく)することができる。そのため、製造後の多孔質シリカ複合板体の内部部分の強度を低く設定することができる。   By using a powder made of a heat-resistant substance having a higher melting point than silica as the second raw material powder as described above, the degree of sintering of the second raw material powder in this heating step can be reduced, The amount of bubbles contained in the inner portion of the porous silica composite plate after production can be increased (that is, the porosity can be increased). Therefore, the strength of the inner part of the manufactured porous silica composite plate can be set low.

また、上記のように、第一の原料粉に離型促進剤を含有した場合、この工程で第一の原料粉306aが溶融、軟化する際に、溶融容器308内の周辺側のシリカガラス体321aに離型促進剤が多く含まれるようになる。   Further, as described above, when the first raw material powder contains a mold release accelerator, when the first raw material powder 306a is melted and softened in this step, the peripheral silica glass body in the melting vessel 308 is used. 321a contains a lot of mold release accelerator.

(e)溶融、軟化した多孔質シリカ複合板体の成形
次に、溶融、軟化させたシリカガラス321aと、耐熱性物質321bとの複合体を溶融容器308の下部から形状成形工具312を通して平行平板状に成形しつつ連続して下方(矢印317の向き)に引き出す。
上記のように、溶融容器308の底部には、シリカガラス321aと、耐熱性物質321bとの複合体を成形する、形状成形工具312と開閉板322が配置されており、当初は開閉板322が形状成形工具312に栓をするように密着している。原料粉が十分に加熱され軟化したシリカガラスと耐熱性物質との複合体となった時点で、開閉板322を横方向へ移動させる。この時、開閉板322の横方向への移動量、形状成形工具312の間隙寸法や溶融容器308内のガス圧力を制御することにより、所定寸法の平行平板状の多孔質シリカ複合板体315を取り出すことが可能となる。多孔質シリカ複合板体315の寸法精度は溶融容器308の温度、雰囲気ガス圧力、開閉板322の位置調整、形状成形工具312の間隙寸法、多孔質シリカ複合板体315の引き出し速度、等を制御することにより高めることができる。また多孔質シリカ複合板体315のかさ密度(g/cm)は、第一の原料粉及び第二の原料粉の平均粒径、粒径範囲及び粒径分布設定や、溶融容器308内のガス種類、ガス圧力等を調整することにより所定の値に制御することができる。
(E) Molding of melted and softened porous silica composite plate Next, a composite of melted and softened silica glass 321a and heat-resistant substance 321b is formed into a parallel plate through the shape forming tool 312 from the lower part of the melting vessel 308. And continuously drawn out (in the direction of arrow 317).
As described above, the shape forming tool 312 and the opening / closing plate 322 for forming a composite of the silica glass 321a and the heat-resistant material 321b are arranged at the bottom of the melting vessel 308. The shape forming tool 312 is in close contact with the plug. When the raw material powder is sufficiently heated and becomes a composite of the softened silica glass and the heat-resistant substance, the opening / closing plate 322 is moved in the lateral direction. At this time, by controlling the amount of movement of the opening / closing plate 322 in the lateral direction, the gap size of the shape forming tool 312 and the gas pressure in the melting vessel 308, the parallel-plate-shaped porous silica composite plate 315 having a predetermined size is formed. It can be taken out. The dimensional accuracy of the porous silica composite plate 315 controls the temperature of the melting vessel 308, the atmospheric gas pressure, the position adjustment of the opening / closing plate 322, the gap size of the shape forming tool 312, the drawing speed of the porous silica composite plate 315, and the like. It can be increased by doing. Further, the bulk density (g / cm 3 ) of the porous silica composite plate 315 is determined based on the average particle size, particle size range and particle size distribution setting of the first raw material powder and the second raw material powder, It can be controlled to a predetermined value by adjusting the gas type, gas pressure and the like.

(f)多孔質シリカ複合板体の仕上げ加工、及び離型促進剤の塗布
電気加熱炉の下部から連続的に製造されている平行平板状の多孔質シリカ複合板体315が所定の長さに到達した時点で切断する。次いで必要に応じて、多孔質シリカ複合板体の端部の切断、研削、研磨を行い、シリコンインゴット製造用組立式角形シリカ複合容器に使用可能な形状、寸法の多孔質シリカ複合板体を得る。
(F) Finishing of porous silica composite plate and application of mold release accelerator Parallel plate-like porous silica composite plate 315 continuously produced from the lower part of the electric heating furnace has a predetermined length. Disconnect when it reaches. Next, if necessary, the end of the porous silica composite plate is cut, ground, and polished to obtain a porous silica composite plate having a shape and size that can be used for an assembled square silica composite container for producing a silicon ingot. .

このようにして得た多孔質シリカ複合板体の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。離型促進剤が水溶性物質であれば、離型促進剤の水溶液を多孔質シリカ複合板体の表面にスプレーコーティング等の後、乾燥すること等により含有させることができ、離型促進剤が不溶性物質であれば、離型促進剤の微粒子体を溶剤と混合して、同様に表面にスプレーコーティングして、乾燥すること等により含有させることができる。   By applying (coating) to at least a part of the surface of the porous silica composite plate thus obtained, a mold release accelerator can be contained. If the release accelerator is a water-soluble substance, an aqueous solution of the release accelerator can be contained on the surface of the porous silica composite plate by spray coating or the like and then dried, etc. If it is an insoluble substance, it can be contained by mixing fine particles of a release accelerator with a solvent, spray-coating the surface in the same manner, and drying.

例えば、離型促進剤としてCa、Sr、Ba等のアルカリ土類金属元素を用いる場合には、Ca、Sr、Baの少なくとも1種以上の化合物混合溶液を多孔質シリカ複合板体の少なくとも一部の表面上にスプレー方式、エアーブラシ方式等により塗布し、乾燥させることによって、塗布処理を行う。Baのみを含有させる場合、シリカガラス表面部分に塗布(コーティング)するときは200〜4000μg/cmの範囲が好ましい。 For example, when an alkaline earth metal element such as Ca, Sr, or Ba is used as a mold release accelerator, at least a part of a mixed solution of at least one compound of Ca, Sr, and Ba is used as at least a part of the porous silica composite plate. The coating process is carried out by applying a spray method, an air brush method, or the like on the surface of the substrate and drying it. When only Ba is contained, the range of 200 to 4000 μg / cm 2 is preferable when it is applied (coated) to the silica glass surface portion.

なお、この多孔質シリカ複合板体の表面部分への離型促進剤の含有を上記の塗布により行う場合は、多孔質シリカ複合板体を組み合わせて角形シリカ複合容器を構成した後に行うのが好ましい。   In addition, when the release accelerator is contained in the surface portion of the porous silica composite plate body by the above-described application, it is preferably performed after combining the porous silica composite plate body to form a square silica composite container. .

多孔質シリカ複合板体に含まれるOH基濃度の調整は、原料粉の種類の選定、原料粉の乾燥工程や、溶融工程の雰囲気、温度、時間条件を変化させることによって行うことができる。これにより、多孔質シリカ複合板体に5〜500wt.ppmの濃度で含有されるようにすることが好ましく、20〜200wt.ppmの範囲とすることがさらに好ましい。   The OH group concentration contained in the porous silica composite plate can be adjusted by selecting the type of raw material powder, changing the raw material powder drying step, and the atmosphere, temperature, and time conditions of the melting step. Thereby, 5-500 wt. It is preferable to make it contain by the density | concentration of ppm, 20-200 wt. More preferably, it is in the range of ppm.

以上のようにして製造した平行平板状の多孔質シリカ複合板体を、例えば、図6に示したように、カーボン製等のサセプタ80内で組み合わせて角形シリカ複合容器10とする。このような配置で全体を加熱すると、多孔質シリカ複合板体のシリカガラスの部分同士が溶着し、簡単に角形シリカ複合容器10を一体化させることができる。   The parallel flat plate-like porous silica composite plates produced as described above are combined in a susceptor 80 made of carbon or the like, for example, as shown in FIG. When the whole is heated in such an arrangement, the silica glass portions of the porous silica composite plate are welded together, and the square silica composite container 10 can be easily integrated.

さらに、特表2008−511527号公報に記載されているような方法を単独で又は補助的に用いてもよい。すなわち、非晶質SiO粒子を含有する水性スラリーを、各多孔質シリカ複合板体の接合部に配置し、該スラリーを乾燥及び加熱によって固化させ、それにより各多孔質シリカ複合板体同士を接合してもよい。 Furthermore, a method as described in JP-T-2008-511527 may be used alone or in an auxiliary manner. That is, an aqueous slurry containing amorphous SiO 2 particles is placed at the joint of each porous silica composite plate, and the slurry is solidified by drying and heating, whereby the porous silica composite plates are bonded together. You may join.

本発明に係るシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器を用いて多結晶シリコンインゴットの製造を行う方法の一例を説明する。   An example of a method for producing a polycrystalline silicon ingot using the rectangular silica composite container for producing a silicon ingot according to the present invention will be described.

まず、本発明に係る角形シリカ複合容器に原料である溶融シリコンを投入する。次に、溶融シリコンを加熱保温し所定温度の融液とする。   First, molten silicon as a raw material is put into a square silica composite container according to the present invention. Next, the molten silicon is heated and kept at a predetermined temperature.

シリコン融液を冷却することで凝固して多結晶シリコンインゴットを製造した後、角形シリカ複合容器から多結晶シリコンインゴットを取り出す。上記のように、本発明では、角形シリカ複合容器を構成する多孔質シリカ複合板体の内部部分を耐熱性物質で構成することにより、含まれる気泡量を表層部分よりも多くして(すなわち、気孔率を増大して)、該多孔質シリカ複合板体の内部部分の強度を低く設定する。このようにして、該容器の強度を適度に低く設定し、割れ易くすることにより、多結晶シリコンインゴットを取り出し易く、また、多結晶シリコンインゴットの破損を防止することができる。   After the silicon melt is solidified by cooling to produce a polycrystalline silicon ingot, the polycrystalline silicon ingot is taken out from the square silica composite container. As described above, in the present invention, by configuring the inner part of the porous silica composite plate constituting the square silica composite container with a heat-resistant substance, the amount of contained bubbles is larger than the surface layer part (that is, Increasing the porosity), the strength of the inner part of the porous silica composite plate is set low. Thus, by setting the strength of the container to be moderately low and making it easy to break, the polycrystalline silicon ingot can be easily taken out, and damage to the polycrystalline silicon ingot can be prevented.

その後、取り出した多結晶シリコンインゴットを所定の厚さにスライス、研磨して、多結晶シリコン基板とする。   Thereafter, the taken polycrystalline silicon ingot is sliced to a predetermined thickness and polished to obtain a polycrystalline silicon substrate.

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、本発明は本実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
本発明に係る多孔質シリカ複合板体の製造方法に従い、以下のように多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。
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 the examples.
Example 1
In accordance with the method for producing a porous silica composite plate according to the present invention, a porous silica composite plate was produced as follows, and a square silica composite container was further produced.

まず、第一の原料粉を作製した。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、粒径範囲50〜500μm、シリカ純度99.99wt.%、総重量40kgのシリカ粉(天然石英粉)とした。この第一の原料粉の平均粒径(質量基準累積分布の50%における粒子径値、D50)は220μmであった。次に、この第一の原料粉に硝酸アルミニウムを水溶液として添加し乾燥させた。 First, a first raw material powder was produced. 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 range of 50 to 500 μm and a silica purity of 99.99 wt. % And a total weight of 40 kg of silica powder (natural quartz powder). The average particle size (particle size value at 50% of the mass-based cumulative distribution, D 50 ) of this first raw material powder was 220 μm. Next, aluminum nitrate was added to the first raw material powder as an aqueous solution and dried.

第二の原料粉として、純度99.99wt.%のアルミナAlの粉末を作製した。このとき粒径範囲30〜300μm、平均粒径95μmになるようにした。 As the second raw material powder, a purity of 99.99 wt. % Alumina Al 2 O 3 powder was prepared. At this time, the particle size range was 30 to 300 μm, and the average particle size was 95 μm.

次に、この第一の原料粉及び第二の原料粉を用いて、図7、8に示した電気加熱炉(高周波誘導加熱)により、多孔質シリカ複合板体を製造した。雰囲気ガスは水素3%を含む窒素雰囲気(窒素97%)とした。   Next, using this first raw material powder and second raw material powder, a porous silica composite plate was produced by an electric heating furnace (high frequency induction heating) shown in FIGS. The atmosphere gas was a nitrogen atmosphere containing 3% hydrogen (nitrogen 97%).

なお、多孔質シリカ複合板体の寸法は、縦200mm×横400mm×厚さ10mmとした。   The dimensions of the porous silica composite plate were 200 mm long x 400 mm wide x 10 mm thick.

このようにして製造した平行平板状の多孔質シリカ複合板体の周辺部を加工し、図4のように10枚を組み合わせて角形シリカ複合容器10とした。組み合わせ後の角形シリカ複合容器の寸法は縦400×横400×高さ400mmとなった。この角形シリカ複合容器の内側表面部分に離型促進剤は塗布しなかった。   The peripheral portion of the parallel flat plate-like porous silica composite plate produced in this way was processed, and 10 pieces were combined to form a square silica composite container 10 as shown in FIG. The dimension of the square silica composite container after the combination was 400 × 400 × 400 mm in height. The mold release accelerator was not applied to the inner surface portion of this square silica composite container.

(実施例2)
実施例1とほぼ同様にして多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。ただし、以下の条件を変更した。第一の原料粉は実施例1とほぼ同様に作製したが、平均粒径が210μmとなった。第二の原料粉としては、ジルコニアZrOの粉末を作製した(粒径範囲30〜300μm、平均粒径100μm)。
(Example 2)
A porous silica composite plate was produced in substantially the same manner as in Example 1, and a square silica composite container was produced. However, the following conditions were changed. The first raw material powder was produced in substantially the same manner as in Example 1, but the average particle size was 210 μm. As the second raw material powder, a zirconia ZrO 2 powder was prepared (particle size range 30 to 300 μm, average particle size 100 μm).

(実施例3)
実施例1とほぼ同様にして多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。ただし、以下の条件を変更した。すなわち、第二の原料粉として、スピネルMgAlの粉末を作製した(粒径範囲30〜300μm、平均粒径110μm)。
(Example 3)
A porous silica composite plate was produced in substantially the same manner as in Example 1, and a square silica composite container was produced. However, the following conditions were changed. That is, spinel MgAl 2 O 4 powder was prepared as the second raw material powder (particle size range 30 to 300 μm, average particle size 110 μm).

(実施例4)
実施例1とほぼ同様の工程により、多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。ただし、以下の条件を変更した。
第一の原料粉のシリカ純度を99.999wt.%と高くした。また、第一の原料粉の粒径範囲は100〜700μm、平均粒径は350μmとした。また、第一の原料粉に添加する硝酸アルミニウムの量を少なくし、Al添加量を少なくした。
第二の原料粉として純度99.9wt.%のマグネシアMgOの粉末を作製した(粒径範囲30〜300μm、平均粒径105μm)。
Example 4
A porous silica composite plate was manufactured by substantially the same process as in Example 1, and a square silica composite container was manufactured. However, the following conditions were changed.
The silica purity of the first raw material powder is 99.999 wt. %. The particle size range of the first raw material powder was 100 to 700 μm, and the average particle size was 350 μm. Further, the amount of aluminum nitrate added to the first raw material powder was reduced, and the amount of Al added was reduced.
The purity of 99.9 wt. % Magnesia MgO powder was prepared (particle size range 30-300 μm, average particle size 105 μm).

(実施例5)
実施例1とほぼ同様の工程により、多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。ただし、以下の条件を変更した。
第一の原料粉のシリカ純度を99.999wt.%と高くした。第一の原料粉の粒径範囲を100〜700μm、平均粒径は360μmとした。また、第一の原料粉には塩化アルミニウムによりAlを添加させたが、Al添加量は少なくした。
第二の原料粉として、Alの粉末を作製した(純度99.9wt.%、粒径範囲30〜300μm、平均粒径は100μm)。
また、角形シリカ複合容器内表面にBa塗布(濃度1000μg/cm)を行った。
(Example 5)
A porous silica composite plate was manufactured by substantially the same process as in Example 1, and a square silica composite container was manufactured. However, the following conditions were changed.
The silica purity of the first raw material powder is 99.999 wt. %. The particle size range of the first raw material powder was 100 to 700 μm, and the average particle size was 360 μm. Moreover, Al was added to the first raw material powder by aluminum chloride, but the amount of Al added was reduced.
Al 2 O 3 powder was produced as the second raw material powder (purity 99.9 wt.%, Particle size range 30 to 300 μm, average particle size 100 μm).
Moreover, Ba application | coating (concentration 1000 microgram / cm < 2 >) was performed to the square silica composite container inner surface.

(実施例6)
実施例1とほぼ同様の工程に従い、以下のように多孔質シリカ複合板体を製造し、さらに角形シリカ複合容器を製造した。
第一の原料粉のシリカ純度を99.9wt.%と低くした。第一の原料粉の粒径範囲を100〜700μm、平均粒径は340μmとした。また、第一の原料粉には塩化アルミニウムによりAlを添加させ、Al添加量を多くした。
第二の原料粉として、Alの粉末を作製した(純度99.9wt.%、粒径範囲30〜300μm、平均粒径は110μm)。
(Example 6)
In accordance with substantially the same process as in Example 1, a porous silica composite plate was manufactured as follows, and a square silica composite container was further manufactured.
The silica purity of the first raw material powder is 99.9 wt. %. The particle size range of the first raw material powder was 100 to 700 μm, and the average particle size was 340 μm. Moreover, Al was added to the first raw material powder by aluminum chloride to increase the amount of Al added.
Al 2 O 3 powder was produced as the second raw material powder (purity 99.9 wt.%, Particle size range 30 to 300 μm, average particle size 110 μm).

(比較例1)
以下のように、シリカ板体を製造し、さらに角形シリカ容器を製造した。
原料粉として高純度化天然石英粉(シリカ純度99.9999wt.%、粒径範囲50〜500μm、平均粒径210μm)のみを用いた。また、溶融ガス雰囲気をHe100%とした。電気加熱炉は実施例1と同様のものを用いたが、原料粉は上記1種類のみとした。
また、原料粉にAlを添加しなかった。
得られたシリカ板体は透明シリカガラスであり、密度は2.2(g/cm)であった。
(Comparative Example 1)
A silica plate was manufactured as follows, and a rectangular silica container was further manufactured.
Only high-purity natural quartz powder (silica purity 99.9999 wt.%, Particle size range 50-500 μm, average particle size 210 μm) was used as the raw material powder. The molten gas atmosphere was He 100%. The same electric heating furnace as in Example 1 was used, but only one kind of raw material powder was used.
Moreover, Al was not added to the raw material powder.
The obtained silica plate was transparent silica glass, and the density was 2.2 (g / cm 3 ).

(比較例2)
比較例1と比べて、以下の条件を変更し、シリカ板体を製造し、さらに角形シリカ容器を製造した。
原料粉の粒径範囲を100〜700μm、平均粒径を350μmとした。また、電気加熱炉の雰囲気ガスをHe95vol.%、H5vol.%のものとした。
比較例1と同様に、得られたシリカ板体は透明シリカガラスであった。
(Comparative Example 2)
Compared to Comparative Example 1, the following conditions were changed to produce a silica plate, and a square silica container was further produced.
The particle size range of the raw material powder was 100 to 700 μm, and the average particle size was 350 μm. In addition, the atmosphere gas of the electric heating furnace was changed to He95 vol. %, H 2 5 vol. %.
As in Comparative Example 1, the obtained silica plate was a transparent silica glass.

(比較例3)
比較例1と比べて、以下の条件を変更し、シリカ板体を製造し、さらに角形シリカ容器を製造した。
原料粉のシリカ純度を99.99wt.%と比較例1と比べて低くした。原料粉の粒径範囲を50〜500μm、平均粒径を200μmとした。また、原料粉に硝酸アルミニウムを添加し、乾燥した。また、雰囲気ガスをHe70vol.%、H30vol.%とした。
比較例1と同様、得られたシリカ板体は透明シリカガラスであった。
(Comparative Example 3)
Compared to Comparative Example 1, the following conditions were changed to produce a silica plate, and a square silica container was further produced.
The silica purity of the raw material powder is 99.99 wt. % Compared with Comparative Example 1. The particle size range of the raw material powder was 50 to 500 μm, and the average particle size was 200 μm. Also, aluminum nitrate was added to the raw material powder and dried. In addition, the atmospheric gas was changed to He 70 vol. %, H 2 30 vol. %.
As in Comparative Example 1, the obtained silica plate was a transparent silica glass.

[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、並びに、製造した多孔質シリカ複合板体及び角形シリカ複合容器の物性、特性評価を以下のようにして行った。
[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 produced porous silica composite plate and square silica composite container were evaluated as follows.

(a)各原料粉の粒径範囲測定:
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)。
(A) Measurement of particle size range of 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).

(b)各原料粉の平均粒径測定:
粉体用ふるいを複数用いて、ふるい分け法(JIS R 1639−1)に従って粒子径分布測定を行った。ふるいはJIS Z 8801の標準ふるいを使用した。
また、上記ふるい分け法とともに、レーザー回折、散乱法(同様にJIS R 1639−1)に従って粒子径分布測定を行った。この2種のデータから粒子径(μm)と質量基準累積分布(wt.%)との相関関係を求めた。最終的には各原料粉の50wt.%累積質量値における粒子径(D50)を平均粒径として示した。
(B) Measurement of average particle size of each raw material powder:
Using a plurality of powder sieves, the particle size distribution was measured according to the screening method (JIS R1639-1). As a sieve, a standard sieve of JIS Z 8801 was used.
In addition to the above sieving method, particle size distribution measurement was performed according to laser diffraction and scattering methods (also JIS R 1639-1). From these two types of data, the correlation between the particle diameter (μm) and the mass-based cumulative distribution (wt.%) Was determined. Finally, 50 wt. The particle diameter (D 50 ) in% cumulative mass value was shown as the average particle diameter.

(c)金属元素濃度分析:
まず、多孔質シリカ複合板体の表層部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。このサンプルを用いて、金属元素濃度分析を、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。
(C) Metal element concentration analysis:
First, a sample was prepared by cutting out a silica sample piece from the surface layer position of the porous silica composite plate and dissolving it in a hydrofluoric acid aqueous solution. Using this sample, the metal element concentration analysis was performed when the concentration of the metal element contained was relatively low. Plasma emission analysis (ICP-AES, Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy) or plasma mass spectrometry (ICP-MS, Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy was performed, and when the concentration of the metal element contained was relatively high, it was performed by atomic absorption spectrophotometry (AAS, Atomic Absorption Spectroscopy).

(d)OH基濃度測定:
多孔質シリカ複合板体の表層部分から略30mm×30mm×厚さ1mm(ただし、比較例のシリカ板体では厚さ9mmとした。)、両面鏡面仕上げサンプル作成し、赤外線吸収分光光度法で行った。OH基濃度への変換は、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.
(D) OH group concentration measurement:
From the surface layer portion of the porous silica composite plate, approximately 30 mm × 30 mm × thickness 1 mm (however, the thickness of the comparative silica plate was 9 mm), a double-sided mirror finish sample was prepared, and the infrared absorption spectrophotometry was performed. It was. The conversion to the OH group concentration follows the literature.
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.

(e)角形シリカ複合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:
角形シリカ複合容器の中へSi純度99.99999999wt.%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380mm×380mm×240mm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3mmの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−AESにて、Na濃度分析を行った。このNa濃度値によって、角形シリカ複合容器から多結晶シリコンインゴットへの不純物拡散を防止する効果を評価した。
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)
(E) Effect of preventing diffusion of impurities from the rectangular silica composite container to the 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 380 mm × 380 mm × 240 mm. Next, a silicon piece was sampled at a depth of 3 mm from the surface of the ingot, and this was treated with an acidic solution to obtain a solution sample, and then analyzed for Na concentration by ICP-AES. The effect of preventing impurity diffusion from the rectangular silica composite container into the polycrystalline silicon ingot was evaluated based on 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)

(f)離型性評価:
前記と同様に多結晶シリコンインゴットを作製し、次いで角形シリカ複合容器の4カ所の側壁角部及び4カ所の側壁と底部の角部の溶着している部分をカッターにて切断し、該インゴットから角形シリカ複合容器の4つの側壁及び底板を剥がし取った。その後、該インゴット表面に残存する凹凸やクラック等が、角形シリカ複合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)
(F) Releasability evaluation:
A polycrystalline silicon ingot was prepared in the same manner as described above, and then the four side wall corners of the square silica composite container and the welded portions of the four side walls and the bottom corner were cut with a cutter. The four side walls and the bottom plate of the square silica composite container were peeled off. Thereafter, the releasability was evaluated by measuring the depth of the unevenness and cracks remaining on the surface of the ingot from the position in contact with the inner surface of the square silica composite 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)

(g)製造コスト(相対的)評価:
角形シリカ複合容器の製造コストを調べた。
基準を比較例1とし、特にシリカ粉及び耐熱性物質の原料コスト及び調整コスト、溶融、焼結コスト等の製造工程全体の合計のコストを相対的に評価した。
コストが非常に低い ◎(30%以下)
コストが低い ○(30〜50%程度)
コストが中程度 △(50〜90%程度)
コストが大きい ×(比較例1を100%とする)
(G) Manufacturing cost (relative) evaluation:
The manufacturing cost of the square silica composite container was examined.
The standard was Comparative Example 1, and the total costs of the entire manufacturing process such as the raw material costs and adjustment costs of the silica powder and the heat-resistant substance, the melting and sintering costs, etc. were relatively evaluated.
Cost is very low ◎ (30% or less)
Low cost ○ (about 30-50%)
Medium cost △ (about 50-90%)
Cost is high × (Comparative Example 1 is 100%)

実施例1〜6、比較例1〜3で製造したそれぞれの多孔質シリカ複合板体及び角形シリカ複合容器の製造条件と、測定した物性値、評価結果をまとめ、下記の表1〜3に示す。   The production conditions, measured physical property values, and evaluation results of each porous silica composite plate and square silica composite container produced in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 are summarized and shown in Tables 1 to 3 below. .

Figure 0005604366
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表1〜3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、かつ不純物汚染の少ないシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器を、低コストで製造することができた。   As can be seen from Tables 1 to 3, in Examples 1 to 6 according to the method for producing a silica container according to the present invention, a rectangular silica composite container for producing a silicon ingot having excellent releasability and low impurity contamination is reduced. It was possible to manufacture at a cost.

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…本発明に係るシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器、
11、11a、11b…側部、
21、21a、21b…底部、
80…サセプタ、
100…本発明に係る多孔質シリカ複合板体、
101、102…表面、 111、112…表層部分、 113…内部部分、
300…電気加熱炉、
302…溶融容器内雰囲気ガス給気、排気口、
303a…第一の原料粉の供給口、 303b…第二の原料粉の供給口、
305…溶融容器外雰囲気ガス給気、排気口、
306a…第一の原料粉、 306b…第二の原料粉、
307…加熱手段(誘導コイル、抵抗加熱体等)、
308…溶融容器、
309…断熱材、
312…形状成形工具、
313…多孔質シリカ複合板体取出し室、
314…多孔質シリカ複合板体取出し室内雰囲気ガス給気、排気口、
315…製造した多孔質シリカ複合板体、
316…多孔質シリカ複合板体引き出しローラ、
317…多孔質シリカ複合板体引き出し方向、
321a…溶融シリカガラス体、 321b…耐熱性物質、
322…開閉板、 323…開閉板移動方向。
10 ... Square silica composite container for producing a silicon ingot according to the present invention,
11, 11a, 11b ... side,
21, 21a, 21b ... bottom,
80 ... susceptor,
100 ... porous silica composite plate according to the present invention,
101, 102 ... surface, 111, 112 ... surface layer portion, 113 ... inner portion,
300 ... Electric heating furnace,
302 ... atmosphere gas supply in the melting container, exhaust port,
303a ... First raw material powder supply port, 303b ... Second raw material powder supply port,
305 ... Gas supply outside the melting container, exhaust port,
306a ... first raw material powder, 306b ... second raw material powder,
307 ... Heating means (induction coil, resistance heating body, etc.),
308 ... melting container,
309 ... heat insulation,
312 ... Shape forming tool,
313: Porous silica composite plate take-out chamber,
314... Porous silica composite plate take-out indoor atmosphere gas supply, exhaust port,
315 ... manufactured porous silica composite plate,
316 ... porous silica composite plate drawing roller,
317 ... porous silica composite plate body drawing direction,
321a ... fused silica glass body, 321b ... heat-resistant substance,
322: Opening / closing plate, 323: Opening / closing plate moving direction.

Claims (16)

シリコン融液を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であって、
少なくとも表層部分がシリカガラスから成り、内部部分がシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体が組み合わされて構成された角形容器であることを特徴とするシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。
A container for solidifying a silicon melt to produce a polycrystalline silicon ingot,
At least a surface layer portion is made of silica glass, and an inner portion is a rectangular container composed of a combination of parallel plate-like porous silica composite plates made of a heat-resistant material having a melting point higher than that of silica. Square silica composite container for silicon ingot production.
前記多孔質シリカ複合板体が、両平行平面の表面から少なくとも深さ1mmまでの部分がシリカガラスから成り、かつ、内部部分の少なくとも厚さ3mmが前記耐熱性物質から成ることを特徴とする請求項1に記載のシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。   The porous silica composite plate is characterized in that a portion from the surfaces of both parallel planes to a depth of at least 1 mm is made of silica glass and an inner portion is made of the heat-resistant substance at a thickness of at least 3 mm. Item 2. A rectangular silica composite container for manufacturing a silicon ingot according to Item 1. 前記耐熱性物質が融点2000℃以上の単元素物質、酸化物、複合酸化物、チッ化物、酸チッ化物、炭化物、及びホウ化物のいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。   The heat-resistant substance is at least one of a single element substance having a melting point of 2000 ° C or higher, an oxide, a composite oxide, a nitride, an acid nitride, a carbide, and a boride. A rectangular silica composite container for producing a silicon ingot according to claim 2. 前記耐熱性物質がC、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上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シリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。 The heat-resistant substance is C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN, Si 3 N 4 , TiN, SiC, TiC, The rectangular silica composite container for producing a silicon ingot according to any one of claims 1 to 3, wherein the rectangular silica composite container is one or more of WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2 . 前記多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラス中におけるAl濃度が3〜300wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。   The Al concentration in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate is 3 to 300 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. The square silica composite container for producing a silicon ingot according to any one of claims 1 to 4, wherein the composite is a ppm. 前記多孔質シリカ複合板体の表層部分のシリカガラスに、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ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のシリコンインゴット製造用角形シリカ複合容器。   6. The mold release accelerator for promoting mold release of the polycrystalline silicon ingot is contained in the silica glass of the surface layer portion of the porous silica composite plate body. The square silica composite container for producing a silicon ingot according to one item. シリコン融液を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を構成するための、少なくとも表層部分がシリカガラスから成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体であって、両平行平面の表面から少なくとも深さ1mmまでの部分がシリカガラスから成り、かつ、内部部分の少なくとも厚さ3mmがシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成ることを特徴とする多孔質シリカ複合板体。   A parallel flat plate-like porous silica composite plate having at least a surface layer portion made of silica glass for constituting a container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying a silicon melt, and surfaces of both parallel planes A porous silica composite plate characterized in that at least a portion up to a depth of 1 mm is made of silica glass, and at least a thickness of 3 mm of the inner portion is made of a heat resistant material having a melting point higher than that of silica. 前記耐熱性物質がC、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上であることを特徴とする請求項7に記載の多孔質シリカ複合板体。 The heat-resistant substance is C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN, Si 3 N 4 , TiN, SiC, TiC, The porous silica composite plate according to claim 7, which is at least one of WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2 . 前記表層部分のシリカガラス中におけるAl濃度が3〜300wt.ppmであり、OH基濃度が5〜500wt.ppmであることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の多孔質シリカ複合板体。   The Al concentration in the silica glass of the surface layer portion is 3 to 300 wt. ppm, and the OH group concentration is 5 to 500 wt. It is ppm, The porous silica composite board of Claim 7 or Claim 8 characterized by the above-mentioned. 前記表層部分のシリカガラスに、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ことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか一項に記載の多孔質シリカ複合板体。   The porous glass according to any one of claims 7 to 9, wherein a release accelerator that promotes release of the polycrystalline silicon ingot is contained in the silica glass of the surface layer portion. Silica composite plate. 前記表層部分のシリカガラスのLi、Na、Kの各濃度が30wt.ppm以下であり、かつTi、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Auの各濃度が3wt.ppm以下であることを特徴とする請求項7ないし請求項10のいずれか一項に記載の多孔質シリカ複合板体。   Each concentration of Li, Na, K in the silica glass of the surface layer portion is 30 wt. ppm, and each concentration of Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag, Au is 3 wt. The porous silica composite plate according to any one of claims 7 to 10, wherein the porous silica composite plate is not more than ppm. シリコン融液を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容器を構成するための、少なくとも表層部分がシリカガラスから成る平行平板状の多孔質シリカ複合板体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シリカ粉を作製する工程と、
第二の原料粉としてシリカよりも高い融点を有する耐熱性物質から成る粉末を作製する工程と、
電気加熱炉内に配置した溶融容器内を窒素、ネオン、アルゴン、クリプトンのいずれか1種以上を含む不活性ガス雰囲気に置換する工程と、
前記溶融容器内を前記不活性ガス雰囲気に保ちつつ、前記第二の原料粉の供給位置を前記溶融容器内の中央側として供給するとともに、前記第一の原料粉を前記溶融容器内の前記第二の原料粉の供給位置よりも外側に供給する工程と、
前記溶融容器内の前記不活性ガス雰囲気の圧力を大気圧以上に保持しつつ該溶融容器の温度を1700℃以上に加熱することにより前記第一の原料粉を溶融、軟化させてシリカガラスとする工程と、
前記溶融、軟化させたシリカガラスと、前記耐熱性物質との複合体を、前記溶融容器の下部から形状成形工具を通して平行平板状に成形しつつ連続して引き出す工程と、
前記引き出した前記溶融、軟化させたシリカガラスと、前記耐熱性物質との複合体を所定の寸法で切断し、研削して平行平板状の多孔質シリカ複合板体を作製する工程と、
を含むことを特徴とする多孔質シリカ複合板体の製造方法。
A method for producing a parallel flat plate-like porous silica composite plate having at least a surface layer portion made of silica glass for constituting a rectangular container for producing a polycrystalline silicon ingot by solidifying a silicon melt, at least,
Producing silica powder as the first raw material powder;
Producing a powder composed of a heat-resistant substance having a higher melting point than silica as the second raw material powder;
A step of replacing the inside of the melting vessel disposed in the electric heating furnace with an inert gas atmosphere containing any one or more of nitrogen, neon, argon, and krypton;
While maintaining the inside of the melting container in the inert gas atmosphere, the supply position of the second raw material powder is supplied as the center side in the melting container, and the first raw material powder is supplied to the first in the melting container. Supplying the outside of the supply position of the second raw material powder;
While maintaining the pressure of the inert gas atmosphere in the melting container at atmospheric pressure or higher, the temperature of the melting container is heated to 1700 ° C. or higher to melt and soften the first raw material powder to form silica glass. Process,
A step of continuously pulling out a composite of the fused, softened silica glass and the heat-resistant substance while forming a parallel plate shape from a lower part of the melting container through a shape forming tool;
Cutting the composite of the drawn fused and softened silica glass and the heat-resistant substance with a predetermined size and grinding to produce a parallel flat plate-like porous silica composite plate;
A method for producing a porous silica composite plate, comprising:
前記第一の原料粉は、粒径が5〜1000μmであり、シリカ純度が99.99wt.%以上であるシリカ粉であることを特徴とする請求項12に記載の多孔質シリカ複合板体の製造方法。   The first raw material powder has a particle size of 5 to 1000 μm and a silica purity of 99.99 wt. The method for producing a porous silica composite plate according to claim 12, wherein the silica powder is at least%. 前記第二の原料粉は、粒径が5〜1000μmであり、C、Al、BeO、MgO、ThO、ZrO、CaZrO、MgAl、YAlO、SiON、AlN、BN、Si、TiN、SiC、TiC、WC、ZrC、TiB、及びZrBのいずれか1種以上を含む粉末であることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の多孔質シリカ複合板体の製造方法。 The second raw material powder has a particle size of 5 to 1000 μm, and C, Al 2 O 3 , BeO, MgO, ThO 2 , ZrO 2 , CaZrO 3 , MgAl 2 O 4 , YAlO 3 , SiON, AlN, BN The porous material according to claim 12, which is a powder containing at least one of Si 3 N 4 , TiN, SiC, TiC, WC, ZrC, TiB 2 , and ZrB 2. A method for producing a silica composite plate. 前記第一の原料粉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添加することを特徴とする請求項12ないし請求項14のいずれか一項に記載の多孔質シリカ複合板体の製造方法。   The porous silica composite plate according to any one of claims 12 to 14, wherein a release accelerator for promoting release of the polycrystalline silicon ingot is added to the first raw material powder. Body manufacturing method. 前記製造した多孔質シリカ複合板体の表面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塗布することを特徴とする請求項12ないし請求項15のいずれか一項に記載の多孔質シリカ複合板体の製造方法。   The mold release accelerator which accelerates | stimulates the mold release of the said polycrystal silicon ingot is apply | coated to the surface of the said manufactured porous silica composite board body, The Claim 12 thru | or 15 characterized by the above-mentioned. A method for producing a porous silica composite plate.
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