JPH10203816A - 金属シリコンからのボロン除去方法 - Google Patents

金属シリコンからのボロン除去方法

Info

Publication number
JPH10203816A
JPH10203816A JP9009537A JP953797A JPH10203816A JP H10203816 A JPH10203816 A JP H10203816A JP 9009537 A JP9009537 A JP 9009537A JP 953797 A JP953797 A JP 953797A JP H10203816 A JPH10203816 A JP H10203816A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
steam
boron
gas
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9009537A
Other languages
English (en)
Inventor
Naomichi Nakamura
尚道 中村
Hiroyuki Baba
裕幸 馬場
Masamichi Abe
正道 阿部
Yasuhiko Sakaguchi
泰彦 阪口
Yoshihide Kato
嘉英 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP9009537A priority Critical patent/JPH10203816A/ja
Priority to TW087100564A priority patent/TW372935B/zh
Priority to NO980278A priority patent/NO980278L/no
Priority to EP98101009A priority patent/EP0855367A1/en
Priority to KR1019980001879A priority patent/KR100275973B1/ko
Priority to CN98105942A priority patent/CN1105081C/zh
Priority to CA002227693A priority patent/CA2227693C/en
Priority to BR9800434A priority patent/BR9800434A/pt
Publication of JPH10203816A publication Critical patent/JPH10203816A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、太陽電池用シリコンの製造に際し、
ボロンの除去を従来より一層迅速に行える金属シリコン
の精製方法を提供することを目的としている。 【解決手段】溶融状態にある金属シリコンの溶湯面に、
水蒸気を付加したアルゴン・ガスからなるプラズマ・ガ
スを吹き付けて、該金属シリコンが含有するボロンを除
去するに際し、プラズマ・ガスが形成する流れの方向に
対する水蒸気の吹込み角度を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属シリコンの精
錬方法に関し、詳しくは、金属シリコンから太陽電池用
シリコンを製造する際に障害となる主要不純物、つまり
ボロンを効率良く除去する技術である。
【0002】
【従来の技術】太陽電池に使用するシリコン基板は、所
要の半導体特性を発揮するには、含有するボロンを0.
1〜0.3ppmの範囲まで低減する必要がある。しか
し、ボロンを10ppm程度含有する原料としての金属
シリコンから、ボロンを上記レベルまで低減させるの
は、非常に難しいことであったので、従来より多くのボ
ロン除去技術が研究されてきた。
【0003】例えば、特開昭63−218506号公報
は、「シリカ製容器に保持した金属シリコンに、高温の
プラズマを照射して該金属シリコンを溶融することで、
ボロンを酸化、除去する」方法を開示している。その
際、第1段階として、水素とアルゴンの混合ガスを、第
2段階として0.005〜0.05vol%の酸素、1
〜99.995vol%の水素、残部アルゴンからなる
混合ガスをプラズマ発生ガスに用いている。
【0004】ところが、この特開昭63−218506
号公報記載の方法には、 (1)熱の利用効率が悪いプラズマで溶融(経済的でな
い) (2)金属シリコンの溶融領域が狭い(量産性なし) (3)シリコンの飛散、蒸発ロスが多く、プラズマ・ガ
ス中の酸素濃度が低く、除去速度が遅い等の欠点があっ
た。
【0005】そこで、本出願人は、先般、「多量の金属
シリコンが溶解可能で経済的なボロン除去技術」を、特
開平4−228414号公報で提案した。それは、「原
料となる金属シリコンを、シリカあるいはシリカを主成
分とする耐火物で内張された容器内で、誘導加熱や抵抗
加熱等で溶解、保持し、その溶湯面に高温、高速のプラ
ズマ・ガスを吹き付け、ボロンを酸化物として気化、除
去する」方法であった。その際、プラズマ・ガスとして
用いるアルゴン・ガスには、0.1〜10vol%の水
蒸気を添加するようにした。これにより、特開昭63−
218506号公報に記載された方法の前記(1)〜
(3)の欠点が著しく改善され、従来より経済的に太陽
電池用シリコンが安価に量産できるようになった。
【0006】ところで、上記した従来技術を記載した公
報には、水蒸気の濃度に関する記述はあるが、水蒸気の
添加方法に関しては特段の規定はなく、例えば特開平4
−228414号公報では、あらかじめプラズマ・ガス
に水蒸気を混合しても良く、プラズマ・ガスとは別系統
でシリコン浴面に水蒸気を吹きつけても良いとされてい
る。しかしながら、本発明者らの試験によれば、水蒸気
の吹きつけ方法により同じ水蒸気濃度でも、ボロンの除
去速度が大きく変動することがわかった。すなわちボロ
ン除去処理の安定化および高速化のためには、水蒸気を
最適な方法で供給するための指標が必要であることが明
らかとなった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、太陽電池用シリコンの製造に際し、ボロン除去
を行うにあたっての水蒸気供給方法を最適化するための
指標を提供し、ボロン除去を従来より一層迅速に行える
金属シリコンの精製方法を提供することを目的としてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、溶融状態にある金属シリコンの溶湯面に、
水蒸気を付加した不活性ガスからなるプラズマ・ガスを
吹き付けて、該金属シリコンが含有するボロンを除去す
るに際し、上記水蒸気を、プラズマ・ガスが形成する流
れの方向に対し、一定範囲内の角度θ1 で吹き込むこと
を特徴とする金属シリコンからのボロン除去方法であ
る。
【0009】また、本発明は、プラズマ・ガスの流速を
P 、水蒸気の流速をVH として、上記角度θ1 の範囲
を、 sinθ1 < C(VP /VH ) (C〜tan1
0°) とすることを特徴とする金属シリコンからのボロン除去
方法であり、あるいはシリコン浴面上のプラズマ火点の
中心と、水蒸気吹き出し口から浴面に立てた垂線の足と
の間の距離をRとした時、水蒸気吹き出し口と浴面との
距離dが、 d ≧ R/tanθ1 の範囲内にあることを特徴とする金属シリコンからのボ
ロン除去方法でもある。
【0010】この場合、不活性ガスとしては、アルゴン
・ガス及び/又はヘリウム・ガスの利用が好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に、本発明に係る金属シリコ
ンからのボロン除去方法を実施する装置の1例を示す。
それは、金属シリコン1を溶解するプラズマ・ガス2を
発生させるトーチ3と、該トーチ3に付帯する陽極4と
陰極5との間に電圧を印加する非移行型プラズマ電源6
と、金属シリコン1の供給手段7(シュート)と、溶解
した溶融状態の金属シリコン1を保持するシリカあるい
はシリカ質耐火物を内張りした精錬容器8と、該精錬容
器8を保護する黒鉛あるいは水冷銅製容器10とで形成
されている。ここで、非移行型プラズマ電源6とは、ト
ーチ3に付帯した陽極4と陰極5との間に電圧を印加
し、該トーチ3内のみでアーク11を発生させ、プラズ
マ発生用ガスをそこで加熱することで高温にするもので
ある。この方式で発生したプラズマ・ガス2は、被加熱
物をアーク11で加熱しないので、熱効率は移行型プラ
ズマより劣るが、高速のため溶湯の撹拌力が強い長所が
ある。
【0012】本発明は、この精錬容器8に溶融状態で保
持された金属シリコン1の溶湯面に、不活性ガスと水蒸
気とからなるプラズマ・ガス2を高速で吹き付ける場合
に適用される。従来は、例えば図1に示すように、トー
チ3の先端面に設けられ、中心軸とθ 1 の吹き出し角を
持つノズル12から水蒸気を吹き出していたが、角度の
選び方に関する規定がなく、θ1 の値によってボロン除
去速度が大幅に変動していた。これに対して、本発明者
らは、ボロン除去処理の高速化と安定化を目標に鋭意研
究を進め、図2に示すように、最大のボロン除去速度を
達成できるθ1 は、下記(1)式を満足する範囲内にあ
ることを見い出した。
【0013】 sinθ1 < C(VP /VH ) ……(1) ここで、VP は、プラズマ・ジェット2の吹き出し速
度、VH は、水蒸気の吹き出し速度であり(図3参
照)、Cは、tan10°程度の定数である。角度θ1
をこの範囲内にすることで、水蒸気14が、プラズマ・
ジェット2に効率良く巻き込まれ、ボロン除去反応が起
きている火点へ高効率で供給されるようになる。そのた
めに、本発明の効果が発現するものと推察される。
【0014】なお、図1では、非移行型プラズマ(プラ
ズマ・アークではなく、高温ガス・ジェットが発生)に
よる本発明の実施形態を例示したが、熱効率に優れる移
行型プラズマ(アーク)を熱源としても良い。また、水
蒸気14の吹き付け方法は、トーチ3の側壁に設けたノ
ズル12に限ることはなく、別途の独立した吹き付け手
段、例えばガス吹きランスを利用しても良い。
【0015】さらに、本発明では、水蒸気吹き付けをプ
ラズマ・トーチ内蔵ノズルによるか、別途の独立した手
段によるかを問わず、水蒸気吹き込み口の浴面からの高
さdは d ≧ R/tanθ1 …… (2) であることが好ましい。
【0016】ここで、Rは、水蒸気吹き込み口からシリ
コン浴面におろした垂線の足と、浴面のプラズマ火点の
中心点との間の距離である。このdが(2)式の範囲か
ら外れると、例え角度θ1 が(1)式の範囲にあっても
水蒸気の火点への到達効率が低下し、結果としてボロン
除去速度が低下するからである。
【0017】以下、実施例によりさらに詳細に本発明の
方法について説明するが、本発明は以下の例における具
体的条件に何ら拘束されるものではない。
【0018】
【実施例】
(実施例1)30kgの金属シリコン1を、図1に示し
た精錬容器8に装入し、プラズマ・トーチ3で発生させ
た出力300kWのアルゴン・プラズマ・ジェットで溶
解した。その後、溶湯温度を1620〜1630℃に維
持するために、出力200kWに変更した後、プラズマ
・ジェット(流量200Nリットル/min)の流れ方
向に対して角度θ1 で、プラズマ・ジェット吹き出し口
中心から300mmの位置に配置されたノズル12か
ら、水蒸気を含有するアルゴン・ガスを50Nリットル
/minの速度で注入し、浴面吹き付けガス総量に対す
るH2 Oの体積分率が10%となるように調整した。浴
面に形成された火点13の深さとトーチ浴面間距離(2
00mm)とから、プラズマ・ガス・ジェットの吹き出
し速度VPは500m/secと見積もられた。また、
水蒸気含有ガスの吹き出し速度VHは120m/sec
であった。
【0019】この状態で、浴面にプラズマ・ガス・ジェ
ット2を吹き付け、浴から採取した試料の比抵抗値が
1.5オーム・cmになった時点をもって脱ボロンが終
了したと判断し、溶解を終らせた。表1には、水蒸気吹
き付け角度θ1 に応じたボロンの分析値、及び水蒸気の
吹込み開始からボロン除去処理終了までの時間(以下、
処理時間という)を示す。
【0020】見積ったVP およびVH から判断すると、
(1)式の範囲を満たすには、θ1<47°でなければ
ならない。表1から明らかなように、本発明の角度範囲
を満たす角度θ1 =15°,40°での脱ボロン処理
は、本発明の範囲外でのθ1 =55°の場合に対して、
1/3時間で終了することがわかる。なお、上記実施例
では、プラズマ火点中心と、水蒸気吹き出し口から浴面
におろした垂線の足との間の距離Rが30mmであった
ので、(2)式を満たすためには、水蒸気吹き出し口が
位置するトーチ先端面と浴面の間の距離dは、それぞれ
のθ1 に対して表1に示した(R/tanθ1 )より大
きくなければならない。θ1 =15°の場合において、
dを(R/tanθ1 )より小さい100mmとして実
験を行ったところ、表1に併せて示したように、(2)
式を満たすd=200mmの場合に比し、約2倍のボロ
ン除去処理時間を要した。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、太陽
電池用シリコンの製造に際し、ボロンの除去を従来より
一層迅速に行えるようになった。その結果、該シリコン
の製造に要する時間が短縮され、太陽電池用シリコンの
生産性が向上すると共に、製造コストの低下が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属シリコンからのボロン除去方
法を実施した装置の一例を示す縦断面図である。
【図2】プラズマ・トーチの側壁に設けた水蒸気添加用
ノズルとプラズマ・ガス流との関係を説明する図であ
る。
【符号の説明】 1 金属シリコン(溶湯) 2 プラズマ・ガス(ジェット) 3 プラズマ・トーチ(トーチ) 4 陽極 5 陰極 6 非移行型プラズマ電源 7 供給手段 8 精錬容器 9 水蒸気含有アルゴン・ガス 10 黒鉛あるいは水冷銅製容器 11 アーク 12 ノズル(水蒸気の付加) 13 火点
フロントページの続き (72)発明者 阿部 正道 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 阪口 泰彦 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 加藤 嘉英 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融状態にある金属シリコンの溶湯面
    に、水蒸気を付加した不活性ガスからなるプラズマ・ガ
    スを吹き付けて、該金属シリコンが含有するボロンを除
    去するに際し、 上記水蒸気を、プラズマ・ガスが形成する流れの方向に
    対し、一定範囲内の角度θ1 で吹き込むことを特徴とす
    る金属シリコンからのボロン除去方法。
  2. 【請求項2】 プラズマ・ガスの流速をVP 、水蒸気の
    流速をVH として、上記角度θ1 の範囲を、 sinθ1 < C(VP /VH ) (C〜tan1
    0°) とすることを特徴とする請求項1記載の金属シリコンか
    らのボロン除去方法。
  3. 【請求項3】 シリコン浴面上のプラズマ火点の中心
    と、水蒸気吹き出し口から浴面に立てた垂線の足との間
    の距離をRとした時、水蒸気吹き出し口と浴面との距離
    dが、 d ≧ R/tanθ1 の範囲内にあることを特徴とする請求項1又は2記載の
    金属シリコンからのボロン除去方法。
JP9009537A 1997-01-22 1997-01-22 金属シリコンからのボロン除去方法 Withdrawn JPH10203816A (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9009537A JPH10203816A (ja) 1997-01-22 1997-01-22 金属シリコンからのボロン除去方法
TW087100564A TW372935B (en) 1997-01-22 1998-01-16 Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus
NO980278A NO980278L (no) 1997-01-22 1998-01-21 FremgangsmÕte og apparatur for fjerning av bor fra silisium av metallurgisk kvalitet
EP98101009A EP0855367A1 (en) 1997-01-22 1998-01-21 Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus
KR1019980001879A KR100275973B1 (ko) 1997-01-22 1998-01-22 금속 실리콘으로부터의 붕소제거 방법 및 장치
CN98105942A CN1105081C (zh) 1997-01-22 1998-01-22 从金属硅中除去硼的方法和装置
CA002227693A CA2227693C (en) 1997-01-22 1998-01-22 Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus
BR9800434A BR9800434A (pt) 1997-01-22 1998-01-22 Processo para remoção de boro a partir de silício de grau metalúrgico e aparelho

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9009537A JPH10203816A (ja) 1997-01-22 1997-01-22 金属シリコンからのボロン除去方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10203816A true JPH10203816A (ja) 1998-08-04

Family

ID=11723029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9009537A Withdrawn JPH10203816A (ja) 1997-01-22 1997-01-22 金属シリコンからのボロン除去方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10203816A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432496B1 (ko) * 2002-08-06 2004-05-20 주식회사 실트론 어닐 웨이퍼의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432496B1 (ko) * 2002-08-06 2004-05-20 주식회사 실트론 어닐 웨이퍼의 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3205352B2 (ja) シリコン精製方法及び装置
KR100275973B1 (ko) 금속 실리콘으로부터의 붕소제거 방법 및 장치
BR0211193B1 (pt) processo de produção de silìcio de qualidade fotovoltáica a partir de silìcio metalúrgico afinado ao oxigênio ou ao cloro e contendo menos de 500 ppm de elementos metálicos.
JPS5827937A (ja) 化学的及び冶金学的利用のための移行ア−ク式プラズマ反応器
JP3473369B2 (ja) シリコンの精製方法
JPS6158524B2 (ja)
JP2846408B2 (ja) シリコンの精製方法
JPH10203816A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法
JPS62234654A (ja) 溶融鋼の加熱方法及び装置
JP3138003B2 (ja) シリコンの精製方法及びその装置
TWI552958B (zh) 矽精製方法及矽精製裝置
JPH07267624A (ja) シリコンの精製方法及びその装置
JPH10130011A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法
JPH05139713A (ja) シリコンの精製方法及びその装置
JP3300425B2 (ja) シリコン精製方法
JPH10212113A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法
JP2000007318A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法及び装置
KR100659285B1 (ko) 플라즈마 아크 용해법 및 이를 이용한 고융점 활성금속소경봉 제조방법
JP3369094B2 (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法
JPH10203814A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法及び装置
JPH10182136A (ja) 金属シリコンからのボロン除去方法
KR20100099396A (ko) 고순도 실리콘 정제장치 및 그 정제방법
RU2381990C1 (ru) Способ вакуумной очистки кремния
JPH10139415A (ja) 溶融シリコンの凝固精製方法
JPH03505474A (ja) 軽金属の結晶微細化方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040406