JPH10182132A - シリコンの精製方法および精製装置 - Google Patents
シリコンの精製方法および精製装置Info
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- JPH10182132A JPH10182132A JP34796196A JP34796196A JPH10182132A JP H10182132 A JPH10182132 A JP H10182132A JP 34796196 A JP34796196 A JP 34796196A JP 34796196 A JP34796196 A JP 34796196A JP H10182132 A JPH10182132 A JP H10182132A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電子ビーム溶解によるＰ、Ａｌ、Ｃａの蒸発除
去の利点を生かして電子ビームを加熱源とし、短時間に
Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去する。 【解決手段】真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａ、１ｂ
を複数個設置し、電子銃１０、１２を黒鉛坩堝１ａ、１
ｂの上部にそれぞれ備え、精製されたシリコン２２を順
次複数個の黒鉛坩堝に移して精製を行う。
去の利点を生かして電子ビームを加熱源とし、短時間に
Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去する。 【解決手段】真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａ、１ｂ
を複数個設置し、電子銃１０、１２を黒鉛坩堝１ａ、１
ｂの上部にそれぞれ備え、精製されたシリコン２２を順
次複数個の黒鉛坩堝に移して精製を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンの精製方法及
び精製装置に関し、とりわけ電子ビーム溶解技術による
Ｐ、Ａｌ、Ｃａなどの不純物の除去効果を高め、これら
の不純物濃度の低いシリコンを得るように工夫したシリ
コンの精製方法および精製装置に関する。
び精製装置に関し、とりわけ電子ビーム溶解技術による
Ｐ、Ａｌ、Ｃａなどの不純物の除去効果を高め、これら
の不純物濃度の低いシリコンを得るように工夫したシリ
コンの精製方法および精製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年エネルギー源の多様化の要求から太
陽光発電がエネルギー源として脚光をあび、低価格発電
装置の実用化に向け研究開発が盛んに行われている。こ
のような状況の中で、太陽電池用原料としてシリコンは
最も汎用されやすい材料であり、しかも、動力用電力供
給に使われる材料として結晶系シリコンが最も重要視さ
れている。
陽光発電がエネルギー源として脚光をあび、低価格発電
装置の実用化に向け研究開発が盛んに行われている。こ
のような状況の中で、太陽電池用原料としてシリコンは
最も汎用されやすい材料であり、しかも、動力用電力供
給に使われる材料として結晶系シリコンが最も重要視さ
れている。
【０００３】太陽電池用原料として用いられるシリコン
（以下ＳＯＧ−Ｓｉと略す）としては、純度が９９．９
９９９％（６Ｎ）以上の高純度シリコンが必要とされ、
シリコン中に含有される不純物の濃度はｐｐｍｗオーダ
ー以下まで低減する必要がある。従来、市販の金属シリ
コン（純度９９．５％，以下ＭＧ−Ｓｉと略す）から上
記高純度シリコンを製造するには、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ等
の金属不純物元素については固液分配係数の小さいこと
を利用した一方向凝固精製により除去し、Ｃについては
ＳｉＣの場合は凝固の際に表面に析出させ、また固溶し
ているＣの場合はＣＯとして除去し、また、Ｂについて
はＨ2 Ｏ、ＣＯ2 あるいはＯ2 を添加したＡｒプラズマ
溶解により除去する方法が提案されている。
（以下ＳＯＧ−Ｓｉと略す）としては、純度が９９．９
９９９％（６Ｎ）以上の高純度シリコンが必要とされ、
シリコン中に含有される不純物の濃度はｐｐｍｗオーダ
ー以下まで低減する必要がある。従来、市販の金属シリ
コン（純度９９．５％，以下ＭＧ−Ｓｉと略す）から上
記高純度シリコンを製造するには、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ等
の金属不純物元素については固液分配係数の小さいこと
を利用した一方向凝固精製により除去し、Ｃについては
ＳｉＣの場合は凝固の際に表面に析出させ、また固溶し
ているＣの場合はＣＯとして除去し、また、Ｂについて
はＨ2 Ｏ、ＣＯ2 あるいはＯ2 を添加したＡｒプラズマ
溶解により除去する方法が提案されている。
【０００４】一方、Ｐについては蒸気圧の高いことを利
用して減圧除去する方法が提案されている。従来、Ｐの
減圧除去には長時間を要するという問題があったが、最
近、電子ビーム溶解によりシリコン中のＰが短時間で除
去可能なことが報告されており（ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ，ｖｏｌ．３２（１９９２）．Ｎｏ．
５ ｐ６３５−６４２）、脱Ｐ工程の短時間化が期待さ
れている。
用して減圧除去する方法が提案されている。従来、Ｐの
減圧除去には長時間を要するという問題があったが、最
近、電子ビーム溶解によりシリコン中のＰが短時間で除
去可能なことが報告されており（ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ，ｖｏｌ．３２（１９９２）．Ｎｏ．
５ ｐ６３５−６４２）、脱Ｐ工程の短時間化が期待さ
れている。
【０００５】さらに、この電子ビーム溶解の利点とし
て、Ｐ以外にＡｌ、Ｃａが同時に除去されることがあげ
られており、脱Ｐ工程以外の工程の処理時間短縮も期待
されている。
て、Ｐ以外にＡｌ、Ｃａが同時に除去されることがあげ
られており、脱Ｐ工程以外の工程の処理時間短縮も期待
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
開示された電子ビーム溶解による方法ではシリコン中の
Ｐ、Ａｌ、Ｃａの除去限界はそれぞれ、約３ｐｐｍｗ、
約４７０ｐｐｍｗ、約１５０ｐｐｍｗであり、溶解時間
が１５分以上の範囲ではシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃
度はほぼ一定値となるため、これ以上のＰ、Ａｌ、Ｃａ
の低減は望めず、ＳＯＧ−Ｓｉに要求される純度を得る
ためには、電子ビーム溶解法に関する検討は十分である
とは言えない。また、通常電子ビーム溶解では、水冷銅
容器が用いられるが熱効率が悪いという問題があった。
開示された電子ビーム溶解による方法ではシリコン中の
Ｐ、Ａｌ、Ｃａの除去限界はそれぞれ、約３ｐｐｍｗ、
約４７０ｐｐｍｗ、約１５０ｐｐｍｗであり、溶解時間
が１５分以上の範囲ではシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃
度はほぼ一定値となるため、これ以上のＰ、Ａｌ、Ｃａ
の低減は望めず、ＳＯＧ−Ｓｉに要求される純度を得る
ためには、電子ビーム溶解法に関する検討は十分である
とは言えない。また、通常電子ビーム溶解では、水冷銅
容器が用いられるが熱効率が悪いという問題があった。
【０００７】本発明は、このような従来技術の現状に鑑
みて、電子ビーム溶解によるＰ、Ａｌ、Ｃａの蒸発除去
の利点を生かして電子ビームを加熱源とし、短時間に
Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去する技術を提供することを目的と
する。
みて、電子ビーム溶解によるＰ、Ａｌ、Ｃａの蒸発除去
の利点を生かして電子ビームを加熱源とし、短時間に
Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去する技術を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、電子ビーム溶解によりシ
リコンを精製するにあたり、減圧下において複数の黒鉛
坩堝を用い、上位の坩堝に固体原料シリコンを供給し供
給途中又は供給後電子ビームを照射して該固体原料シリ
コンを溶解し、溶解途中または固体原料シリコンが溶解
後溶融シリコンを下位の坩堝に注湯し、さらに電子ビー
ムの照射を行ないながら該溶融シリコンを順次下位の坩
堝に注湯することを特徴とするシリコンの精製方法であ
る。
決するためになされたもので、電子ビーム溶解によりシ
リコンを精製するにあたり、減圧下において複数の黒鉛
坩堝を用い、上位の坩堝に固体原料シリコンを供給し供
給途中又は供給後電子ビームを照射して該固体原料シリ
コンを溶解し、溶解途中または固体原料シリコンが溶解
後溶融シリコンを下位の坩堝に注湯し、さらに電子ビー
ムの照射を行ないながら該溶融シリコンを順次下位の坩
堝に注湯することを特徴とするシリコンの精製方法であ
る。
【０００９】装置発明は、シリコンを電子ビーム溶解に
より精製する装置において、固体原料シリコンの供給装
置と、下位の坩堝に溶融シリコンを注湯する手段を備え
た複数の黒鉛坩堝と、坩堝内のシリコンを溶解する電子
ビーム装置と、溶融シリコンを受納して凝固させる受器
とを真空容器内に備えたことを特徴とするシリコンの精
製装置である。
より精製する装置において、固体原料シリコンの供給装
置と、下位の坩堝に溶融シリコンを注湯する手段を備え
た複数の黒鉛坩堝と、坩堝内のシリコンを溶解する電子
ビーム装置と、溶融シリコンを受納して凝固させる受器
とを真空容器内に備えたことを特徴とするシリコンの精
製装置である。
【００１０】本発明は、加熱源が清浄な電子ビームを用
い、雰囲気が高真空の減圧下とし、黒鉛坩堝を用いるこ
とによって、坩堝から溶融シリコンへの不純物の汚染を
防止すると共に熱損失を最小限に抑え熱効率の向上を図
るという電子ビーム溶解の利点を最大限に生かし、これ
に加えてＰ、Ａｌ、Ｃａの蒸発除去を促進するものであ
る。
い、雰囲気が高真空の減圧下とし、黒鉛坩堝を用いるこ
とによって、坩堝から溶融シリコンへの不純物の汚染を
防止すると共に熱損失を最小限に抑え熱効率の向上を図
るという電子ビーム溶解の利点を最大限に生かし、これ
に加えてＰ、Ａｌ、Ｃａの蒸発除去を促進するものであ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】前述のごとく電子ビーム溶解によ
れば、溶解時間（ビームの照射時間）が１５分以上の範
囲では、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度はそれぞれ、
約３ｐｐｍｗ、約４７０ｐｐｍｗ、約１５０ｐｐｍｗで
ほぼ一定となり、これ以上の高純度化を図ることは無理
であった。
れば、溶解時間（ビームの照射時間）が１５分以上の範
囲では、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度はそれぞれ、
約３ｐｐｍｗ、約４７０ｐｐｍｗ、約１５０ｐｐｍｗで
ほぼ一定となり、これ以上の高純度化を図ることは無理
であった。
【００１２】本発明者らは、上述した考えに基づき鋭意
研究を行い、シリコンの高純度化が難しい理由を以下の
ように解明した。すなわち、電子ビーム溶解は溶解しよ
うとする物質の上部への一方向からの加熱による溶解方
法であるため、溶解時の溶解量や電子ビーム出力に依存
するが、溶解したシリコンの底部あるいは側部に残留す
るＰ、Ａｌ、Ｃａを多量に含有する未溶解原料、ならび
に溶解後に坩堝に固着するＰ、Ａｌ、Ｃａを多量に含有
する蒸発したシリコンから、溶融シリコンへのＰ、Ａ
ｌ、Ｃａの拡散が徐々に行われる。実際に、電子ビーム
により溶解したシリコンを坩堝中で凝固させ、坩堝内に
おけるシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度分布を調査した
ところ、溶融シリコン底部および側壁付近のＰ、Ａｌ、
Ｃａ濃度が、他の部分に比べ、１０倍以上も高いことが
確認された。したがって、この汚染を防止すれば、シリ
コン中のＰ、Ａｌ、Ｃａをさらに低減することができる
ことが明らかになった。ところで、Ｔｉを電子ビーム溶
解した場合の報告例（ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ，ｖｏｌ．３２（１９９２），Ｎｏ．５，ｐ６０
７−６１５）によると、Ｔｉを溶解する容器内は、完全
に混合された状態にあり、容器内におけるＴｉ中のＡｌ
濃度はほぼ均一である、との結果が得られており、上記
シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度の不均一性は、シリコ
ンに特有のものであると考えられる。また、シリコン中
上記不純物濃度は、ｐｐｍオーダであるため、特に汚染
等の問題が顕著に現れるものと考えられる。
研究を行い、シリコンの高純度化が難しい理由を以下の
ように解明した。すなわち、電子ビーム溶解は溶解しよ
うとする物質の上部への一方向からの加熱による溶解方
法であるため、溶解時の溶解量や電子ビーム出力に依存
するが、溶解したシリコンの底部あるいは側部に残留す
るＰ、Ａｌ、Ｃａを多量に含有する未溶解原料、ならび
に溶解後に坩堝に固着するＰ、Ａｌ、Ｃａを多量に含有
する蒸発したシリコンから、溶融シリコンへのＰ、Ａ
ｌ、Ｃａの拡散が徐々に行われる。実際に、電子ビーム
により溶解したシリコンを坩堝中で凝固させ、坩堝内に
おけるシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度分布を調査した
ところ、溶融シリコン底部および側壁付近のＰ、Ａｌ、
Ｃａ濃度が、他の部分に比べ、１０倍以上も高いことが
確認された。したがって、この汚染を防止すれば、シリ
コン中のＰ、Ａｌ、Ｃａをさらに低減することができる
ことが明らかになった。ところで、Ｔｉを電子ビーム溶
解した場合の報告例（ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ，ｖｏｌ．３２（１９９２），Ｎｏ．５，ｐ６０
７−６１５）によると、Ｔｉを溶解する容器内は、完全
に混合された状態にあり、容器内におけるＴｉ中のＡｌ
濃度はほぼ均一である、との結果が得られており、上記
シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度の不均一性は、シリコ
ンに特有のものであると考えられる。また、シリコン中
上記不純物濃度は、ｐｐｍオーダであるため、特に汚染
等の問題が顕著に現れるものと考えられる。
【００１３】本発明において黒鉛坩堝を用いる理由は高
温、高真空で安定であり、坩堝から溶融シリコンへの汚
染がシリコンへの炭素の溶解量が１００ｐｐｍｍ程度で
あるため少なく、また酸素除去しやすいと共に周囲が真
空断熱層となるため熱損失を最小限に抑え熱効率の向上
を図ることができ、清浄な電子ビーム照射によって効率
よくＰ，Ａｌ，Ｃａの蒸発除去を行うことができるから
である。
温、高真空で安定であり、坩堝から溶融シリコンへの汚
染がシリコンへの炭素の溶解量が１００ｐｐｍｍ程度で
あるため少なく、また酸素除去しやすいと共に周囲が真
空断熱層となるため熱損失を最小限に抑え熱効率の向上
を図ることができ、清浄な電子ビーム照射によって効率
よくＰ，Ａｌ，Ｃａの蒸発除去を行うことができるから
である。
【００１４】以上のことから、黒鉛坩堝は、複数個必要
であるという結論に至った。なぜならば、複数個の坩堝
を用いて溶融シリコンを順次他の坩堝に供給すれば、２
つ目以後の坩堝には、その坩堝の前工程にある坩堝中で
Ｐ、Ａｌ、Ｃａがある程度除去されたシリコンのみが供
給され、前工程における溶融シリコンの底部又は坩堝壁
面に残留していたＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度の高いシリコンが
供給されないためである。また、蒸発したシリコン中の
Ｐ、Ａｌ、Ｃａの濃度は下位の坩堝ほど少なくなるため
壁面に固着する蒸発したシリコンからの汚染は下位の坩
堝ほど少なくなる。
であるという結論に至った。なぜならば、複数個の坩堝
を用いて溶融シリコンを順次他の坩堝に供給すれば、２
つ目以後の坩堝には、その坩堝の前工程にある坩堝中で
Ｐ、Ａｌ、Ｃａがある程度除去されたシリコンのみが供
給され、前工程における溶融シリコンの底部又は坩堝壁
面に残留していたＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度の高いシリコンが
供給されないためである。また、蒸発したシリコン中の
Ｐ、Ａｌ、Ｃａの濃度は下位の坩堝ほど少なくなるため
壁面に固着する蒸発したシリコンからの汚染は下位の坩
堝ほど少なくなる。
【００１５】なお、黒鉛坩堝が１個のみであると、溶解
したシリコンの底部に残留する未溶解原料、ならびに溶
解直後あるいは蒸発後に坩堝に固着したＰ、Ａｌ、Ｃａ
を多量に含有するシリコンからの汚染のため、シリコン
中のＰ、Ａｌ、Ｃａを完全に除去することができない。
この場合、もし、Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去可能であるとし
ても、不純物濃度のばらつき等が生じ、大量生産には不
向きなものになると考えられる。
したシリコンの底部に残留する未溶解原料、ならびに溶
解直後あるいは蒸発後に坩堝に固着したＰ、Ａｌ、Ｃａ
を多量に含有するシリコンからの汚染のため、シリコン
中のＰ、Ａｌ、Ｃａを完全に除去することができない。
この場合、もし、Ｐ、Ａｌ、Ｃａを除去可能であるとし
ても、不純物濃度のばらつき等が生じ、大量生産には不
向きなものになると考えられる。
【００１６】溶融シリコンを１つの坩堝から他の坩堝へ
供給するのは、連続的でもバッチ的でもよい。また、本
発明の黒鉛坩堝の設置位置、黒鉛坩堝間の溶融シリコン
の供給は、原料が供給される黒鉛坩堝から、最終精製す
る黒鉛坩堝までの間に溶融シリコンを供給可能であれば
どのようなものでもかまわない。また、好ましくは、連
続的に固体原料シリコンを供給しながら、黒鉛坩堝から
溶融シリコンをオーバーフローさせ、連続的にＰ、Ａ
ｌ、Ｃａの低減されたシリコンを溶融状態で取り出すこ
とが望ましい。この場合、Ｐ、Ａｌ、Ｃａが最も低減し
ている坩堝内の上部溶湯を、優先的にオーバーフローさ
せることが可能であるという利点もある。
供給するのは、連続的でもバッチ的でもよい。また、本
発明の黒鉛坩堝の設置位置、黒鉛坩堝間の溶融シリコン
の供給は、原料が供給される黒鉛坩堝から、最終精製す
る黒鉛坩堝までの間に溶融シリコンを供給可能であれば
どのようなものでもかまわない。また、好ましくは、連
続的に固体原料シリコンを供給しながら、黒鉛坩堝から
溶融シリコンをオーバーフローさせ、連続的にＰ、Ａ
ｌ、Ｃａの低減されたシリコンを溶融状態で取り出すこ
とが望ましい。この場合、Ｐ、Ａｌ、Ｃａが最も低減し
ている坩堝内の上部溶湯を、優先的にオーバーフローさ
せることが可能であるという利点もある。
【００１７】また、本発明により低減可能と考えられる
不純物として、上述したＰ、Ａｌ、Ｃａ以外にシリコン
よりも蒸気圧の高いＮｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｉ
ｎ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｔｌ等があげられる。
不純物として、上述したＰ、Ａｌ、Ｃａ以外にシリコン
よりも蒸気圧の高いＮｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｉ
ｎ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｔｌ等があげられる。
【００１８】
〔実施例〕坩堝を２個とした装置の概略図を図１に示
す。真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａ、１ｂを２個設
置し、最大出力１５０ｋＷ級の電子銃１０、１２を黒鉛
坩堝１ａ、１ｂの上部に２台備えている。また、精製さ
れたシリコン２２は、黒鉛鋳型（受器）３１中に回収で
きるようにした。ここで、黒鉛坩堝１ａ、１ｂの形状
は、溶湯表面で１５０×２４０ｍｍ、深さ６０ｍｍであ
り、図２に示す従来例で用いた坩堝に比べ半分の溶湯表
面積を持つものとした。すなわち２個合計で従来例と同
一の坩堝表面積になるようにした。また、真空チャンバ
４０内の圧力は１×１０-4Ｔｏｒｒとした。
す。真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａ、１ｂを２個設
置し、最大出力１５０ｋＷ級の電子銃１０、１２を黒鉛
坩堝１ａ、１ｂの上部に２台備えている。また、精製さ
れたシリコン２２は、黒鉛鋳型（受器）３１中に回収で
きるようにした。ここで、黒鉛坩堝１ａ、１ｂの形状
は、溶湯表面で１５０×２４０ｍｍ、深さ６０ｍｍであ
り、図２に示す従来例で用いた坩堝に比べ半分の溶湯表
面積を持つものとした。すなわち２個合計で従来例と同
一の坩堝表面積になるようにした。また、真空チャンバ
４０内の圧力は１×１０-4Ｔｏｒｒとした。
【００１９】上記装置を用い、Ｐ、Ａｌ、Ｃａをそれぞ
れ、２５ｐｐｍｗ、７００ｐｐｍｗ、１００ｐｐｍｗ含
有するＭＧ−Ｓｉ（純度９９．５％、直径１〜３ｍｍの
粉末状）を黒鉛坩堝１ａに２．５ｋｇ装入し、電子銃１
０から出力２５ｋＷの電子ビーム１１を溶湯表面上を走
査させながら照射することにより、シリコンを溶解し、
５分間溶解した後、原料供給装置１５から原料シリコン
２１（ＭＧ−Ｓｉ）を所定速度で流入させた。その後、
黒鉛坩堝１ａのオーバーフロー口３からオーバーフロー
した溶融シリコン２２を黒鉛坩堝１ｂに受け、黒鉛坩堝
１ａおよび黒鉛坩堝１ｂ中の溶融シリコン２２にそれぞ
れ電子銃１０、１２からそれぞれ出力２５ｋＷの電子ビ
ーム１１、１３を溶湯表面上を走査させながら照射し、
黒鉛坩堝１ｂのオーバーフロー口３からオーバーフロー
した精製された溶融シリコン２２を黒鉛鋳型（受器）３
１に受け、黒鉛鋳型（受器）３１内に１０ｋｇの精製さ
れたシリコン３２がたまるまで電子ビーム溶解を行っ
た。このとき、黒鉛坩堝１ａ，１ｂの内側上縁には蒸着
物３３が付着している。
れ、２５ｐｐｍｗ、７００ｐｐｍｗ、１００ｐｐｍｗ含
有するＭＧ−Ｓｉ（純度９９．５％、直径１〜３ｍｍの
粉末状）を黒鉛坩堝１ａに２．５ｋｇ装入し、電子銃１
０から出力２５ｋＷの電子ビーム１１を溶湯表面上を走
査させながら照射することにより、シリコンを溶解し、
５分間溶解した後、原料供給装置１５から原料シリコン
２１（ＭＧ−Ｓｉ）を所定速度で流入させた。その後、
黒鉛坩堝１ａのオーバーフロー口３からオーバーフロー
した溶融シリコン２２を黒鉛坩堝１ｂに受け、黒鉛坩堝
１ａおよび黒鉛坩堝１ｂ中の溶融シリコン２２にそれぞ
れ電子銃１０、１２からそれぞれ出力２５ｋＷの電子ビ
ーム１１、１３を溶湯表面上を走査させながら照射し、
黒鉛坩堝１ｂのオーバーフロー口３からオーバーフロー
した精製された溶融シリコン２２を黒鉛鋳型（受器）３
１に受け、黒鉛鋳型（受器）３１内に１０ｋｇの精製さ
れたシリコン３２がたまるまで電子ビーム溶解を行っ
た。このとき、黒鉛坩堝１ａ，１ｂの内側上縁には蒸着
物３３が付着している。
【００２０】以上のような条件で得られたシリコンの化
学分析をＩＣＰ法により行ったところ表１のような結果
が得られた。この結果によると、原料を連続的に供給し
た場合においても、黒鉛坩堝を２個使用し、適当な原料
の流入速度を選択すれば、実施例２にある結果と同様
に、容易かつ、短時間に、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ
濃度をそれぞれ、０．２ｐｐｍｗ，１０ｐｐｍｗ，０．
５ｐｐｍｗ以下に低減可能なことがわかる。
学分析をＩＣＰ法により行ったところ表１のような結果
が得られた。この結果によると、原料を連続的に供給し
た場合においても、黒鉛坩堝を２個使用し、適当な原料
の流入速度を選択すれば、実施例２にある結果と同様
に、容易かつ、短時間に、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ
濃度をそれぞれ、０．２ｐｐｍｗ，１０ｐｐｍｗ，０．
５ｐｐｍｗ以下に低減可能なことがわかる。
【００２１】
【表１】
【００２２】〔従来例〕使用した溶解装置の概略図を図
２に示す。真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａを１個設
置し、最大出力１５０ｋＷ級の電子銃１０、１２を黒鉛
坩堝１ａ上部に２台備えたものであり、図１に示した溶
解装置と同様の能力を有する。また、精製されたシリコ
ンは、黒鉛鋳型（受器）３１中で回収できるようにし
た。ここで、黒鉛坩堝１ａの形状は、溶湯表面で１５０
×４８０ｍｍ、深さ６０ｍｍであり、真空チャンバ４０
内の圧力は１×１０-4Ｔｏｒｒ，電子銃１０、１２から
の電子ビーム１１、１３の出力は各々２５ｋＷである。
２に示す。真空チャンバ４０内に黒鉛坩堝１ａを１個設
置し、最大出力１５０ｋＷ級の電子銃１０、１２を黒鉛
坩堝１ａ上部に２台備えたものであり、図１に示した溶
解装置と同様の能力を有する。また、精製されたシリコ
ンは、黒鉛鋳型（受器）３１中で回収できるようにし
た。ここで、黒鉛坩堝１ａの形状は、溶湯表面で１５０
×４８０ｍｍ、深さ６０ｍｍであり、真空チャンバ４０
内の圧力は１×１０-4Ｔｏｒｒ，電子銃１０、１２から
の電子ビーム１１、１３の出力は各々２５ｋＷである。
【００２３】上記装置を用い、Ｐ、Ａｌ、Ｃａをそれぞ
れ、２５ｐｐｍｗ、７００ｐｐｍｗ、１００ｐｐｍｗ含
有するＭＧ−Ｓｉ（純度９９．５％、直径１〜３ｍｍの
粉末状）を黒鉛坩堝１ａに５ｋｇ挿入し、電子銃１０、
１２からそれぞれ出力２５ｋＷの電子ビーム１１、１３
を溶湯表面上を走査させながら照射することにより、シ
リコンを溶解し、５分間溶解した後、原料供給装置１５
から原料となるＭＧ−Ｓｉを所定速度で供給した。その
後、黒鉛坩堝１ａのオーバーフロー口からオーバーフロ
ーした精製された溶融シリコン２２を黒鉛鋳型（受器）
３１に受け、黒鉛鋳型３１内に１０ｋｇの精製されたシ
リコンがたまるまで電子ビーム溶解を行った。
れ、２５ｐｐｍｗ、７００ｐｐｍｗ、１００ｐｐｍｗ含
有するＭＧ−Ｓｉ（純度９９．５％、直径１〜３ｍｍの
粉末状）を黒鉛坩堝１ａに５ｋｇ挿入し、電子銃１０、
１２からそれぞれ出力２５ｋＷの電子ビーム１１、１３
を溶湯表面上を走査させながら照射することにより、シ
リコンを溶解し、５分間溶解した後、原料供給装置１５
から原料となるＭＧ−Ｓｉを所定速度で供給した。その
後、黒鉛坩堝１ａのオーバーフロー口からオーバーフロ
ーした精製された溶融シリコン２２を黒鉛鋳型（受器）
３１に受け、黒鉛鋳型３１内に１０ｋｇの精製されたシ
リコンがたまるまで電子ビーム溶解を行った。
【００２４】以上のような条件で得られたシリコンの化
学分析をＩＣＰ法により行ったところ表２のような結果
が得られた。この結果によると、原料を連続的に供給し
た場合においても、黒鉛坩堝を１個しか使用しなけれ
ば、前述した文献及び従来例１にある結果と同様に、シ
リコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度は、原料の流入速度を遅
くしてもほとんど変化せず、それぞれ、約１ｐｐｍｗ、
約１５０ｐｐｍｗ、１０ｐｐｍｗ程度までしか低減でき
ないことが分かる。
学分析をＩＣＰ法により行ったところ表２のような結果
が得られた。この結果によると、原料を連続的に供給し
た場合においても、黒鉛坩堝を１個しか使用しなけれ
ば、前述した文献及び従来例１にある結果と同様に、シ
リコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａ濃度は、原料の流入速度を遅
くしてもほとんど変化せず、それぞれ、約１ｐｐｍｗ、
約１５０ｐｐｍｗ、１０ｐｐｍｗ程度までしか低減でき
ないことが分かる。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】本発明は、シリコンを電子ビーム溶解す
るに当たり、溶解したシリコンの底部に残留するＰ、Ａ
ｌ、Ｃａを多量に含有する未溶解原料、ならびに溶解直
後にあるいは蒸発後黒鉛坩堝に固着するＰ、Ａｌ、Ｃａ
を多量に含有するシリコンからの汚染を防ぐようにした
からシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａの低減を図ることがで
き、容易かつ短時間に、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａが
それぞれ、０．２ｐｐｍｗ、１０ｐｐｍｗ、０．５ｐｐ
ｍｗ以下であるシリコンが得られるようになった。
るに当たり、溶解したシリコンの底部に残留するＰ、Ａ
ｌ、Ｃａを多量に含有する未溶解原料、ならびに溶解直
後にあるいは蒸発後黒鉛坩堝に固着するＰ、Ａｌ、Ｃａ
を多量に含有するシリコンからの汚染を防ぐようにした
からシリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａの低減を図ることがで
き、容易かつ短時間に、シリコン中のＰ、Ａｌ、Ｃａが
それぞれ、０．２ｐｐｍｗ、１０ｐｐｍｗ、０．５ｐｐ
ｍｗ以下であるシリコンが得られるようになった。
【図１】本発明の実施例のシリコンの精製方法および精
製装置を示す説明図である。
製装置を示す説明図である。
【図２】従来例の実施例のシリコンの精製方法および精
製装置を示す説明図である。
製装置を示す説明図である。
【符号の説明】 １ａ、１ｂ 坩堝 ３ オーバーフロー口 １０、１２ 電子銃 １１、１３ 電子ビーム １５ 原料供給装置 ２１、２２、３２ シリコン ３１ 黒鉛鋳型（受器） ３３ 蒸着物 ４０ 真空チャンバ
Claims (2)
- 【請求項１】 電子ビーム溶解によりシリコンを精製す
るにあたり、減圧下において複数の黒鉛坩堝を用い、上
位の坩堝に固体原料シリコンを供給し供給途中又は供給
後電子ビームを照射して該固体原料シリコンを溶解し、
溶解途中または固体原料シリコンが溶解後溶融シリコン
を下位の坩堝に注湯し、さらに電子ビームの照射を行な
いながら該溶融シリコンを順次下位の坩堝に注湯するこ
とを特徴とするシリコンの精製方法。 - 【請求項２】 シリコンを電子ビーム溶解により精製す
る装置において、固体原料シリコンの供給装置と、下位
の坩堝に溶融シリコンを注湯する手段を備えた複数の黒
鉛坩堝と、坩堝内のシリコンを溶解する電子ビーム装置
と、溶融シリコンを受納して凝固させる受器とを真空容
器内に備えたことを特徴とするシリコンの精製装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34796196A JPH10182132A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | シリコンの精製方法および精製装置 |
| EP97104299A EP0796820B1 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-13 | Process and apparatus for refining silicon |
| DE69702555T DE69702555T2 (de) | 1996-03-19 | 1997-03-13 | Verfahren und Vorrichtung zur Raffinierung von Silicium |
| CA002200166A CA2200166C (en) | 1996-03-19 | 1997-03-17 | Process and apparatus for refining silicon |
| NO971252A NO971252L (no) | 1996-03-19 | 1997-03-18 | Fremgangsmåte og apparatur for raffinering av silisium |
| CN97111213A CN1167728A (zh) | 1996-03-19 | 1997-03-18 | 硅的精制方法及其精制装置 |
| BR9701330A BR9701330A (pt) | 1996-03-19 | 1997-03-18 | Processo e aparelho para refinamento de silício |
| US09/391,564 US6231826B1 (en) | 1996-03-19 | 1999-09-08 | Process and apparatus for refining silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34796196A JPH10182132A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | シリコンの精製方法および精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10182132A true JPH10182132A (ja) | 1998-07-07 |
Family
ID=18393792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34796196A Withdrawn JPH10182132A (ja) | 1996-03-19 | 1996-12-26 | シリコンの精製方法および精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10182132A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005343780A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Iis Materials:Kk | スクラップシリコンのリサイクル方法 |
| JP2005343781A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Iis Materials:Kk | 電子ビームを用いたスクラップシリコンの精錬方法 |
| JP2007051047A (ja) * | 2005-08-16 | 2007-03-01 | Norichika Yamauchi | 電子ビームを用いたシリコンの精錬方法及び装置 |
| CN102448881A (zh) * | 2009-04-27 | 2012-05-09 | 优慕科技术股份有限公司 | 硅的精制方法以及精制装置 |
| CN104649276A (zh) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 电子束熔炼高效去除多晶硅中杂质氧的方法及其装置 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34796196A patent/JPH10182132A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005343780A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Iis Materials:Kk | スクラップシリコンのリサイクル方法 |
| JP2005343781A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Iis Materials:Kk | 電子ビームを用いたスクラップシリコンの精錬方法 |
| JP2007051047A (ja) * | 2005-08-16 | 2007-03-01 | Norichika Yamauchi | 電子ビームを用いたシリコンの精錬方法及び装置 |
| CN102448881A (zh) * | 2009-04-27 | 2012-05-09 | 优慕科技术股份有限公司 | 硅的精制方法以及精制装置 |
| CN104649276A (zh) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 电子束熔炼高效去除多晶硅中杂质氧的方法及其装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040302 |