JP7391872B2 - トリクロロシランを調製するためのシリコン顆粒、及び関連する製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光起電力産業のためのシリコン生産ラインに関する。本発明は、特に、シリコンインゴットを切断する際の廃棄物(「カーフ」)を再利用することによりもたらされ、且つトリクロロシラン(TCS)の調製に特に適切であるシリコンの顆粒に関する。
光起電力産業に必要な高純度シリコンのための生産チェーンは、一連の複雑な冶金学的及び化学的プロセスである。
200ppm(ppm:質量百万分率)を優に上回る割合の、金属タイプ(Fe、Al、C、Ti、等)の不純物、
20ppmよりも高い割合のドープタイプ、例えばリン(P)及びホウ素(B)の不純物、
100ppmよりも高い割合の、有機(C)又は酸素(O)タイプの不純物。
本発明は、シリコン廃棄物を再利用するための代替的な解決策に関する。本発明は、特に、カーフの再利用からもたらされ、且つTCSを調製するのに特に適切なシリコン顆粒に関する。本発明はまた、シリコン顆粒のための製造方法に関する。
本発明は、10~500ミクロンのサイズを有するシリコン顆粒、特にトリクロロシラン(TCS)を調製するのに適切なシリコン顆粒であって、
5ppm未満の質量分率の、リン又はホウ素を含むドーパントと、
1~2500ppmの質量分率の、鉄、アルミニウム、及びカルシウムから選択される少なくとも1種の共触媒と、
前記少なくとも1種の共触媒を除く、50ppm未満の質量分率の金属不純物と
を含む、シリコン顆粒に関する。
酸素の質量分率は、100ppm未満である。
a) ダイヤモンドワイヤーによる光起電力品質のインゴットの切断からのシリコン廃棄物を供給するステップであり、前記廃棄物が、酸化物層で覆われており且つ水性媒体中で不純物と混合されているシリコン粒子を含む、ステップ、及び/又はマイクロエレクトロニクス又は光起電力産業の格下げになった基板から粉砕されたシリコン廃棄物を供給するステップであり、前記廃棄物が、酸化物層で覆われており且つ不純物と混合されているシリコン粒子を含む、ステップと、
b) 廃棄物を化学的に処理して、すべて又は一部の不純物からシリコン粒子を分離し、シリコン粒子を乾燥させて粉体を形成するステップと、
c) 粉体を冶金処理して、シリコン粒子を融解し、液体シリコン浴を形成するステップと、
d) 少なくとも1種の共触媒を、シリコン顆粒中の共触媒の質量分率が1~2500ppmとなるような量で液体シリコン浴へと導入するステップと、
e) 液体シリコンを凝固させて、シリコン顆粒を形成するステップと
を含む、製造方法に関する。
ステップe)は、液体シリコンの小滴を急速冷却することにより顆粒化するステップを含み、
ステップe)は、急速冷却を可能にするように構成したインゴット鋳型へと液体シリコンを流し込んで、凝固したシリコンのブロックを形成することを含み、
凝固したシリコンブロックを、粉砕し、シリコン顆粒を形成し、
製造方法は、篩い分け又は飛翔(flight)により分離して、シリコン顆粒をサイズで選別するステップf)を含み、
ステップd)では、鉄、アルミニウム、及びカルシウムから選択される少なくとも1種の共触媒が、金属又は金属合金の形態で、液体シリコン浴へと導入され、
ステップa)は、モノシランの分解に基づいて流動床反応器から生じる400ミクロン未満のサイズのシリコン粒を供給し、シリコン粒をシリコン廃棄物と混合することを含み、
ステップc)では、モノシランの分解に基づいて流動床反応器から生じる400ミクロン未満のサイズのシリコン粒は、シリコン粒子の粉体と共に融解され、
ステップa)は、粉砕され且つダイヤモンドワイヤーによる光起電力品質のインゴットの切断からもたらされるシリコン廃棄物と混合された、マイクロエレクトロニクス又は光起電力産業からの格下げになった基板を供給することを含み、
ステップc)では、マイクロエレクトロニクス又は光起電力産業からの格下げになった基板の粉砕した断片は、シリコン粒子の粉体と共に融解される。
表2a、表2b、表2cは、発光放電質量分析法により測定された、本発明にかかるシリコン顆粒の組成の例を示し、
表3は、発光放電質量分析法により測定された、本発明にかかる製造方法の化学的処理ステップからもたらされる粉体中のシリコン粒子の典型的な組成を示す。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図に関連して、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
・後に共触媒として考慮されなければならない特定の「有益な」不純物についてのシリコン顆粒の含有量、
・流動床で、反応塊すなわちシリコン顆粒に添加される触媒の性質及び量。
Si+HCl→TCS+STC+不純物及び副産物
Si+2H2+3STC→4TCS+不純物及び副産物。
・金属、又はダイヤモンドワイヤーで切断することによりもたらされるインゴット支持体からの粒子などの不純物4、及び有機化合物3を分散させ(図1のb)、
・シリコン粒子1を固体相から濾過して、液体及び不純物を除去し(図1のc)、
・操作を繰り返して、汚染された残留物(不純物)をほぼ含有しないシリコン粒子の凝集体を得て、
・シリコン粒子1の凝集体を、前記粒子1の表面に位置する酸化物層2を最小化又は減少させる化学溶液で「エッチング」により処理する。特に、フッ化水素酸がベースの溶液を、凝集体に適用し、その後、水を用いる数回のすすぎサイクルにさらしてもよく、
・乾燥粉体を得るために凝集体を不活性雰囲気下で乾燥させ、これを有利には不活性雰囲気下で保存する。
Claims (15)
- トリクロロシランを調製するための、10~500ミクロンのサイズを有するシリコン顆粒であって、前記サイズは前記シリコン顆粒の相当Sauter直径であり、
それぞれ5ppm未満の質量分率の、リン又はホウ素を含むドーパントと、
トータルで100~2300ppmの質量分率の、鉄、アルミニウム、及びカルシウムから選択される少なくとも1種の共触媒と、
前記少なくとも1種の共触媒を除く、それぞれ50ppm未満の質量分率の金属不純物と、を含む、シリコン顆粒。 - 酸素の質量分率が、100ppm未満である、請求項1に記載のシリコン顆粒。
- 請求項1又は2に記載のシリコン顆粒を含む粉体状調製物であって、前記シリコン顆粒の平均サイズ(体積基準のd50)が、50~400ミクロンである、粉体状調製物。
- 前記シリコン顆粒の前記相当Sauter直径が、50ミクロンを超える、請求項3に記載の粉体状調製物。
- 請求項1又は2に記載のシリコン顆粒の製造方法であって、
a) ダイヤモンドワイヤーによる光起電力品質のインゴットの切断からのシリコン廃棄物を供給するステップであり、前記シリコン廃棄物が、酸化物層で覆われており且つ水性媒体中で不純物と混合されているシリコン粒子を含む、ステップと、
b) 前記シリコン廃棄物を化学的に処理して、すべて又は一部の前記不純物から前記シリコン粒子を分離し、及び、前記シリコン粒子を乾燥させて粉体を形成するステップと、
c) 前記粉体を冶金処理して、前記シリコン粒子を融解し、液体シリコン浴を形成するステップと、
d) 鉄、アルミニウム、及びカルシウムから選択される少なくとも1種の共触媒を、前記シリコン顆粒中の前記共触媒のトータルの質量分率が100~2300ppmとなるような量で前記液体シリコン浴へと導入するステップと、
e) 前記液体シリコンを凝固させて、前記シリコン顆粒を形成するステップと、を含む、方法。 - ステップe)が、液体シリコンの滴を急速冷却することにより顆粒化するステップを含む、請求項5に記載の方法。
- ステップe)が、急速冷却を可能とするように構成したインゴット鋳型へと前記液体シリコンを流し込んで、凝固したシリコンブロックを形成することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記凝固したシリコンブロックを、粉砕して、前記シリコン顆粒を形成する、請求項7に記載の方法。
- 篩い分け又は飛翔により分離して、サイズで前記シリコン顆粒を選別するステップf)を含む、請求項5~8のいずれか一項に記載の方法。
- ステップd)において、鉄、アルミニウム、及びカルシウムから選択される少なくとも1種の前記共触媒が、金属又は金属合金の形態で、前記液体シリコン浴に導入される、請求項5~9のいずれか一項に記載の方法。
- ステップa)が、モノシランの分解に基づいて流動床反応器から生じる400ミクロン未満のサイズのシリコン粒を供給することを含み、前記サイズは前記シリコン粒の相当Sauter直径であり、前記シリコン粒がシリコン廃棄物と混合される、請求項5~10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)において、モノシランの分解に基づいて流動床反応器から生じる400ミクロン未満のサイズのシリコン粒が、前記シリコン粒子の前記粉体と共に溶融される、前記サイズは前記シリコン粒の相当Sauter直径である、請求項5~11のいずれか一項に記載の方法。
- ステップa)が、粉砕され且つダイヤモンドワイヤーによる光起電力品質のインゴットの前記切断からもたらされる前記シリコン廃棄物と混合された、マイクロエレクトロニクス又は光起電力産業からの格下げになった基板を供給することを含む、請求項5~12のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)において、マイクロエレクトロニクス又は光起電力産業からの格下げになった基板の粉砕された断片が、前記シリコン粒子の前記粉体と共に溶融される、請求項5~13のいずれか一項に記載の方法。
- 塩素処理又は塩化水素処理によりトリクロロシラン(TCS)を得るための方法であって、請求項3又は4に記載の粉体状調製物を使用する、方法。
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