JPH11228124A - 結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
結晶シリコンの製造方法Info
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- JPH11228124A JPH11228124A JP2437998A JP2437998A JPH11228124A JP H11228124 A JPH11228124 A JP H11228124A JP 2437998 A JP2437998 A JP 2437998A JP 2437998 A JP2437998 A JP 2437998A JP H11228124 A JPH11228124 A JP H11228124A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリカ原料として高純度でないシリカも使用
でき、また、塩化法に比してエネルギー消費も少なくて
すみ、さらには、ＮＥＤＯ法で要求される専用の原料精
製設備も不要な結晶シリコンの製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 結晶シリコンの製造方法。シリカを加熱
溶融させて溶融シリカとする溶融工程；該溶融シリカを
黒鉛または炭化ケイ素と接触させて一酸化ケイ素ガスを
生成させる第一還元工程；第一還元工程で生成させた一
酸化ケイ素ガスを別室に分離搬送し還元剤と接触させて
溶融シリコンを生成させる第二還元工程；該第二還元工
程の副生物を反応系外に排出させて溶融シリコンから分
離する分離工程を含み、該分離工程後の溶融シリコンを
冷却して結晶シリコンとする。
でき、また、塩化法に比してエネルギー消費も少なくて
すみ、さらには、ＮＥＤＯ法で要求される専用の原料精
製設備も不要な結晶シリコンの製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 結晶シリコンの製造方法。シリカを加熱
溶融させて溶融シリカとする溶融工程；該溶融シリカを
黒鉛または炭化ケイ素と接触させて一酸化ケイ素ガスを
生成させる第一還元工程；第一還元工程で生成させた一
酸化ケイ素ガスを別室に分離搬送し還元剤と接触させて
溶融シリコンを生成させる第二還元工程；該第二還元工
程の副生物を反応系外に排出させて溶融シリコンから分
離する分離工程を含み、該分離工程後の溶融シリコンを
冷却して結晶シリコンとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不純物を含む安価
なシリカ原料から、不純物を分離すると同時に直接還元
することにより、安価で大量の高純度の結晶シリコンを
製造する方法に関する。特に、本発明は、太陽電池用結
晶シリコン原料の製造に好適な方法である。
なシリカ原料から、不純物を分離すると同時に直接還元
することにより、安価で大量の高純度の結晶シリコンを
製造する方法に関する。特に、本発明は、太陽電池用結
晶シリコン原料の製造に好適な方法である。
【０００２】ここでは、太陽電池用シリコン原料を主と
して例にとり説明するがこれに限られるものではなく、
半導体用金属シリコン原料にも、本発明の製造方法は適
用できるものである。
して例にとり説明するがこれに限られるものではなく、
半導体用金属シリコン原料にも、本発明の製造方法は適
用できるものである。
【０００３】
【背景技術】現在、太陽電池用シリコン原料としては、
半導体用金属シリコンの製造工程で得られた単結晶シリ
コンの内、規格外品を主として使用していた。
半導体用金属シリコンの製造工程で得られた単結晶シリ
コンの内、規格外品を主として使用していた。
【０００４】そして半導体用の単結晶シリコンの原料と
なる多結晶シリコンの製造は、通常、原料である高純度
のシリカ（二酸化ケイ素）から、アーク炉を用いて炭素
還元により金属シリコンを調製した後、該金属シリコン
から塩化法（モノシラン系、クロロシラン系、四塩化ケ
イ素系）等により行なっていた。なお、該塩化法で製造
した多結晶シリコンは、更にチョコラルスキー法等によ
り高純度の半導体用単結晶シリコンとして使用していた
（「生産研究３８巻９号」（１９８６．９）東京大学生
産技術研究所発行、ｐ．４２９参照）。
なる多結晶シリコンの製造は、通常、原料である高純度
のシリカ（二酸化ケイ素）から、アーク炉を用いて炭素
還元により金属シリコンを調製した後、該金属シリコン
から塩化法（モノシラン系、クロロシラン系、四塩化ケ
イ素系）等により行なっていた。なお、該塩化法で製造
した多結晶シリコンは、更にチョコラルスキー法等によ
り高純度の半導体用単結晶シリコンとして使用していた
（「生産研究３８巻９号」（１９８６．９）東京大学生
産技術研究所発行、ｐ．４２９参照）。
【０００５】多結晶シリコンを上記塩化法を介して製造
する方法を開示する特許文献としては、特開昭５９−１
２１１９０号、特開昭６３−１２３８０６号、特開平６
−１２７９３０号、特開平７−１０９１９８号等多数存
在する。
する方法を開示する特許文献としては、特開昭５９−１
２１１９０号、特開昭６３−１２３８０６号、特開平６
−１２７９３０号、特開平７−１０９１９８号等多数存
在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記塩化法に
よる多結晶シリコンの製造方法は、原料として高純度の
シリカを使用する必要があるとともに、クロロシランの
水素還元工程、及び、クロロシランの蒸留による不純物
除去工程の双方でエネルギーを大量消費する（同文献同
頁参照）。
よる多結晶シリコンの製造方法は、原料として高純度の
シリカを使用する必要があるとともに、クロロシランの
水素還元工程、及び、クロロシランの蒸留による不純物
除去工程の双方でエネルギーを大量消費する（同文献同
頁参照）。
【０００７】また、塩化法によらない結晶シリコンの製
造方法としては、炭素還元を用いるＮＥＤＯ直接還元法
（以下「ＮＥＤＯ法」と略す。）がある。（「エネルギ
ー・資源、第１４巻第５号」（１９９５年５月）エネル
ギー・資源学会、荒谷復夫著”太陽電池用低コストシリ
コン基盤製造技術の開発動向”ｐ４５７−４５８参照）
ＮＥＤＯ法は、高純度原料の製造、高純度シリカの還元
及び脱炭・一方向凝固によるＳｉの精製の３段階からな
る方法である。
造方法としては、炭素還元を用いるＮＥＤＯ直接還元法
（以下「ＮＥＤＯ法」と略す。）がある。（「エネルギ
ー・資源、第１４巻第５号」（１９９５年５月）エネル
ギー・資源学会、荒谷復夫著”太陽電池用低コストシリ
コン基盤製造技術の開発動向”ｐ４５７−４５８参照）
ＮＥＤＯ法は、高純度原料の製造、高純度シリカの還元
及び脱炭・一方向凝固によるＳｉの精製の３段階からな
る方法である。
【０００８】しかし、この方法の場合、還元工程を密閉
系の高温雰囲気で行なうため、添加原料であるシリカや
カーボンに多くの不純物が含まれていた場合、その不純
物のほとんどが還元されて、Ｓｉ中に溶解してしまう。
従って、添加原料として通常の高純度シリカをさらに塩
化法以上に高純度に精製して使用する必要があり、この
ため、原料精製設備が必要であった。
系の高温雰囲気で行なうため、添加原料であるシリカや
カーボンに多くの不純物が含まれていた場合、その不純
物のほとんどが還元されて、Ｓｉ中に溶解してしまう。
従って、添加原料として通常の高純度シリカをさらに塩
化法以上に高純度に精製して使用する必要があり、この
ため、原料精製設備が必要であった。
【０００９】他方、太陽電池は、半導体に比して原料シ
リコンの消費量が格段に多い。このため、上記塩化法や
ＮＥＤＯ法により調製した多結晶シリコンは、全体とし
てコスト高であり、太陽電池用シリコンの原料として使
用することは、実際的でなかった。
リコンの消費量が格段に多い。このため、上記塩化法や
ＮＥＤＯ法により調製した多結晶シリコンは、全体とし
てコスト高であり、太陽電池用シリコンの原料として使
用することは、実際的でなかった。
【００１０】本発明は、上記にかんがみて、シリカ原料
として高純度でないシリカも使用でき、また、塩化法に
比してエネルギー消費も少なくてすむ、さらには、ＮＥ
ＤＯ法で要求される専用の原料精製設備も不要な結晶シ
リコンの製造方法を提供することを目的とする。
として高純度でないシリカも使用でき、また、塩化法に
比してエネルギー消費も少なくてすむ、さらには、ＮＥ
ＤＯ法で要求される専用の原料精製設備も不要な結晶シ
リコンの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る結晶シリコ
ンの製造方法は、上記課題を、下記構成により解決する
ものである。
ンの製造方法は、上記課題を、下記構成により解決する
ものである。
【００１２】シリカを加熱溶融させて溶融シリカとする
溶融工程；該溶融シリカを黒鉛または炭化ケイ素と接触
させて一酸化ケイ素ガスを生成させる第一還元工程；第
一還元工程で生成させた一酸化ケイ素ガスを別室に分離
搬送し還元剤と接触させて溶融シリコンを生成させる第
二還元工程と；該第二還元工程の副生物を、反応系外に
排出して溶融シリコンから分離する分離工程を含み、該
分離工程後の溶融シリコンを冷却して結晶シリコンとす
ることを特徴とする。
溶融工程；該溶融シリカを黒鉛または炭化ケイ素と接触
させて一酸化ケイ素ガスを生成させる第一還元工程；第
一還元工程で生成させた一酸化ケイ素ガスを別室に分離
搬送し還元剤と接触させて溶融シリコンを生成させる第
二還元工程と；該第二還元工程の副生物を、反応系外に
排出して溶融シリコンから分離する分離工程を含み、該
分離工程後の溶融シリコンを冷却して結晶シリコンとす
ることを特徴とする。
【００１３】上記において、溶融工程における加熱溶融
手段としては、通常、電気加熱により行う。
手段としては、通常、電気加熱により行う。
【００１４】また、前記一酸化ケイ素の分離搬送を、ガ
ス透過壁を介して真空吸引により行なうことが望まし
く、さらには、第二還元工程における還元剤が水素ガス
であることが望ましい。
ス透過壁を介して真空吸引により行なうことが望まし
く、さらには、第二還元工程における還元剤が水素ガス
であることが望ましい。
【００１５】そして、上記方法で製造した結晶シリコン
は、通常、更に脱炭処理する。
は、通常、更に脱炭処理する。
【００１６】
【手段の詳細な説明】次に、上記手段の各構成について
詳細な説明を行う。
詳細な説明を行う。
【００１７】本発明の結晶シリコンの製造方法は、下記
(1) 原料溶融工程、(2) 第一還元工程、(3) 第二還元工
程、及び(4) 回収工程を含むものである。
(1) 原料溶融工程、(2) 第一還元工程、(3) 第二還元工
程、及び(4) 回収工程を含むものである。
【００１８】(1) 原料溶融工程：本工程は、シリカ原料
を加熱溶融させて溶融シリカとする工程である。本工程
は、通常、後述の第一還元工程と同時的に行ない、第一
還元反応を起こさせる第一還元室で行なう。
を加熱溶融させて溶融シリカとする工程である。本工程
は、通常、後述の第一還元工程と同時的に行ない、第一
還元反応を起こさせる第一還元室で行なう。
【００１９】このシリカ原料としては、ＳｉＯ2 を主体
成分とするものであればいずれでも使用可能であり、例
えば、石英粉（ケイ砂）、石炭灰等の粉状体を好適に使
用できる。
成分とするものであればいずれでも使用可能であり、例
えば、石英粉（ケイ砂）、石炭灰等の粉状体を好適に使
用できる。
【００２０】このとき、シリカ原料の加熱温度は、シリ
カの融点１７００℃前後から沸点３０００℃までの間な
ら任意である。反応速度の見地からは、可及的に温度が
高い方が望ましい。他方、不純物の混入を避ける見地か
らは、可及的に温度の低い方が望ましい。即ち、シリカ
原料の種類、反応速度及び許容混入量のバランスから、
上記加熱温度は、適宜設定する。
カの融点１７００℃前後から沸点３０００℃までの間な
ら任意である。反応速度の見地からは、可及的に温度が
高い方が望ましい。他方、不純物の混入を避ける見地か
らは、可及的に温度の低い方が望ましい。即ち、シリカ
原料の種類、反応速度及び許容混入量のバランスから、
上記加熱温度は、適宜設定する。
【００２１】また、第一還元室の材質としては、加熱温
度に耐え、かつ、不純物となる成分が溶融シリカ中に溶
出せず、しかも、還元反応を阻害しないものなら特に限
定されない。具体的には、第一還元反応に寄与するグラ
ファイト（融点約４１００℃）や後述のガス透過壁材と
する炭化ケイ素（融点２７００℃以上）等を好適に使用
できる。
度に耐え、かつ、不純物となる成分が溶融シリカ中に溶
出せず、しかも、還元反応を阻害しないものなら特に限
定されない。具体的には、第一還元反応に寄与するグラ
ファイト（融点約４１００℃）や後述のガス透過壁材と
する炭化ケイ素（融点２７００℃以上）等を好適に使用
できる。
【００２２】シリカの溶融加熱手段としては、通常、電
気加熱を使用する。電気加熱の具体的手段としては、抵
抗加熱、アーク加熱、誘導加熱、プラズマ加熱等があ
る。
気加熱を使用する。電気加熱の具体的手段としては、抵
抗加熱、アーク加熱、誘導加熱、プラズマ加熱等があ
る。
【００２３】(2) 第一還元工程 本工程は、溶融シリカを、黒鉛（グラファイト）（Ｃ）
または炭化ケイ素（ＳｉＣ）と接触させて一酸化ケイ素
ガスを生成させる工程である（下記反応式、参
照）。
または炭化ケイ素（ＳｉＣ）と接触させて一酸化ケイ素
ガスを生成させる工程である（下記反応式、参
照）。
【００２４】 ＳｉＣ（ｓ）＋２ＳｉＯ2 （ｌ）＝３ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ）… Ｃ（ｓ）＋ＳｉＯ2 （ｌ）＝ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ） … ここで、黒鉛や炭化ケイ素との接触は、第一還元室に黒
鉛や炭化ケイ素を投入して行なってもよいが、第一還元
室の内壁（後述のガス透過壁の第一還元室側を含む。）
を黒鉛や炭化ケイ素自体で形成して行うことが望まし
い。接触効率が向上するためである。
鉛や炭化ケイ素を投入して行なってもよいが、第一還元
室の内壁（後述のガス透過壁の第一還元室側を含む。）
を黒鉛や炭化ケイ素自体で形成して行うことが望まし
い。接触効率が向上するためである。
【００２５】また、ガス透過壁を黒鉛や炭化ケイ素とし
た場合は、ガス透過壁と溶融シリカとの界面で発生した
一酸化ケイ素ガスが、ガス透過壁を介して第一還元室か
ら直接的に第二還元室に搬送され、一酸化ケイ素の溶融
シリカからの分離透過性が向上する。なお、ガス透過壁
の形成は、原料溶融工程当初から原料溶融工程経過後の
いずれもよい。
た場合は、ガス透過壁と溶融シリカとの界面で発生した
一酸化ケイ素ガスが、ガス透過壁を介して第一還元室か
ら直接的に第二還元室に搬送され、一酸化ケイ素の溶融
シリカからの分離透過性が向上する。なお、ガス透過壁
の形成は、原料溶融工程当初から原料溶融工程経過後の
いずれもよい。
【００２６】(3) 第二還元工程 本工程は、第一還元工程で生成した一酸化ケイ素ガスを
別室（第二還元室）に分離搬送し還元剤と接触させて溶
融シリコンを生成させる工程である。
別室（第二還元室）に分離搬送し還元剤と接触させて溶
融シリコンを生成させる工程である。
【００２７】ここで一酸化ケイ素の分離搬送は、通常、
ガス透過壁を介して真空吸引により行なう。真空吸引に
限らず、第一還元室側に圧力を加えて第二還元室側を大
気圧としてもよい。
ガス透過壁を介して真空吸引により行なう。真空吸引に
限らず、第一還元室側に圧力を加えて第二還元室側を大
気圧としてもよい。
【００２８】ガス透過壁は、溶融シリカを透過させず
に、一酸化ケイ素ガスを選択的に透過する特性を有する
ものであれば特に限定されるものではないが、炭化ケイ
素または黒鉛で形成することが望ましい。
に、一酸化ケイ素ガスを選択的に透過する特性を有する
ものであれば特に限定されるものではないが、炭化ケイ
素または黒鉛で形成することが望ましい。
【００２９】なお、圧力差は、通常、１Torr以上あれば
よい。また、真空に引く場合の真空圧は、通常、２００
〜６００Torrとする。
よい。また、真空に引く場合の真空圧は、通常、２００
〜６００Torrとする。
【００３０】上記還元剤としては、通常、水素を用いる
ことが望ましい。不純物が溶融シリコン中に混入し難い
ためである。カーボン等の不純物の混入が許容できると
き、または、還元反応副生物が容易に溶融シリコンから
分離できるものであるときは、上記還元剤が、ＣＯ、炭
素数１〜４の炭化水素等の還元性ガス、更には、カーボ
ン、ＣａＣ2 等の炭素元素を含む固体であってもよい。
ことが望ましい。不純物が溶融シリコン中に混入し難い
ためである。カーボン等の不純物の混入が許容できると
き、または、還元反応副生物が容易に溶融シリコンから
分離できるものであるときは、上記還元剤が、ＣＯ、炭
素数１〜４の炭化水素等の還元性ガス、更には、カーボ
ン、ＣａＣ2 等の炭素元素を含む固体であってもよい。
【００３１】第二還元工程における還元反応は、第二還
元室に吹き込む還元性ガスと、透過壁等を介して第一還
元室から流入してくる一酸化ケイ素とを接触させて行な
う。還元性ガスとして水素を用いた場合の反応式を下記
式に示す。
元室に吹き込む還元性ガスと、透過壁等を介して第一還
元室から流入してくる一酸化ケイ素とを接触させて行な
う。還元性ガスとして水素を用いた場合の反応式を下記
式に示す。
【００３２】 ＳｉＯ（ｇ）＋Ｈ2 （ｇ）＝Ｓｉ（ｌ）＋Ｈ2 Ｏ（ｇ）… 第二還元反応室の温度は、Ｓｉ（シリコン）を液状化
（溶融化）させ、かつ、還元反応生成物を蒸発させて分
離可能な温度、即ち、Ｓｉの融点（１４２０℃）以上で
あれば特に限定されない。
（溶融化）させ、かつ、還元反応生成物を蒸発させて分
離可能な温度、即ち、Ｓｉの融点（１４２０℃）以上で
あれば特に限定されない。
【００３３】通常、第二還元室は第一還元室とガス透過
壁を介して隣接しているため、両者は相互に熱影響を受
け易い。このため第二還元室の温度は、第一還元室の温
度を低減させないために、第一還元室の温度と同等以上
とすることが望ましい。
壁を介して隣接しているため、両者は相互に熱影響を受
け易い。このため第二還元室の温度は、第一還元室の温
度を低減させないために、第一還元室の温度と同等以上
とすることが望ましい。
【００３４】また、第二還元室の材質は、第一還元室と
同様、加熱温度に耐え、かつ、不純物となる成分が溶融
シリコン中に溶出せず、しかも、還元反応を阻害しない
ものなら特に限定されない。望ましい材質としては、前
述の炭化ケイ素、黒鉛等を挙げることができる。
同様、加熱温度に耐え、かつ、不純物となる成分が溶融
シリコン中に溶出せず、しかも、還元反応を阻害しない
ものなら特に限定されない。望ましい材質としては、前
述の炭化ケイ素、黒鉛等を挙げることができる。
【００３５】(4) 分離工程：本工程は、第二還元工程で
の副生物を、反応系外に排出させて記溶融シリコンから
分離する工程である。この分離工程は、通常、前記第二
還元工程と同時的に行なう。
の副生物を、反応系外に排出させて記溶融シリコンから
分離する工程である。この分離工程は、通常、前記第二
還元工程と同時的に行なう。
【００３６】前記式で示す如く、生成シリコンは溶融
シリコン（液状）であり、Ｈ2 ０は蒸気である。このた
め、副生物であるＨ2 ０を、真空吸引により第二還元反
応系外に排出して、溶融シリコンから容易に分離でき
る。該分離工程後の溶融シリコンは冷却して結晶シリコ
ンとする。
シリコン（液状）であり、Ｈ2 ０は蒸気である。このた
め、副生物であるＨ2 ０を、真空吸引により第二還元反
応系外に排出して、溶融シリコンから容易に分離でき
る。該分離工程後の溶融シリコンは冷却して結晶シリコ
ンとする。
【００３７】(5) 本発明の方法で製造した結晶シリコン
はガス透過壁との界面で壁材の混濁によって、炭素分が
不純物として存在しうる。このため、太陽電池用結晶シ
リコン原料として使用する場合は、該脱炭処理を行うこ
とにより、５−Ｎ（ファイブナイン）または６−Ｎ程度
（Ｃ濃度として数ppmwオーダー）まで低減させて使用す
る。更には、必要により単結晶化処理を行って使用す
る。
はガス透過壁との界面で壁材の混濁によって、炭素分が
不純物として存在しうる。このため、太陽電池用結晶シ
リコン原料として使用する場合は、該脱炭処理を行うこ
とにより、５−Ｎ（ファイブナイン）または６−Ｎ程度
（Ｃ濃度として数ppmwオーダー）まで低減させて使用す
る。更には、必要により単結晶化処理を行って使用す
る。
【００３８】
【実施例】以下、本発明の効果の確認するために、図１
に示す実験装置を用いて行った実施例について説明す
る。
に示す実験装置を用いて行った実施例について説明す
る。
【００３９】図１に示す実験装置の各部材の仕様は、下
記の通りとした。
記の通りとした。
【００４０】黒鉛るつぼ（第一還元室）１２：容量約５
０ｃｃ（外径５０mm×高さ４０mm×厚み５mm） タンマン管（ガス透過壁／第二還元室）１４：容量約
０．３５ｃｃ（外径１３mm×高さ７mm×厚み２．５m
m）、平均気孔径１．６〜２．０μｍ、嵩密度１．９ｇ
／ｃｃ、気孔率４０％（β−ＳｉＣを冷間等方圧密（Ｃ
ＩＰ）法により成形して１８００℃で燒結して調製した
もの。） ＳｉＣチューブ（第二還元室）１６：外径１３mm×内径
７mm×高さ３０mm Ｍｏチューブ（還元ガス吹き込みチューブ）：外径２．
０３mm×内径１．４３mm×高さ５００mm また、高周波誘導炉としては、下記仕様のものを使用し
た。
０ｃｃ（外径５０mm×高さ４０mm×厚み５mm） タンマン管（ガス透過壁／第二還元室）１４：容量約
０．３５ｃｃ（外径１３mm×高さ７mm×厚み２．５m
m）、平均気孔径１．６〜２．０μｍ、嵩密度１．９ｇ
／ｃｃ、気孔率４０％（β−ＳｉＣを冷間等方圧密（Ｃ
ＩＰ）法により成形して１８００℃で燒結して調製した
もの。） ＳｉＣチューブ（第二還元室）１６：外径１３mm×内径
７mm×高さ３０mm Ｍｏチューブ（還元ガス吹き込みチューブ）：外径２．
０３mm×内径１．４３mm×高さ５００mm また、高周波誘導炉としては、下記仕様のものを使用し
た。
【００４１】富士電機社製「ＦＲＴ−１５−１００
Ｈ」、電源：２００Ｖ×３０ｋＶＡ、出力：１５ｋＷ×
１００Ｈｚ 表１に示す組成の石英ガラス屑（大建石英社製造販売、
東芝セラミックス社製品屑）１２０ｇを、黒鉛るつぼ
（第一還元室）１２に入れ、高周波誘導炉を用いて２０
００℃に加熱してＡｒ雰囲気中で溶融させ、該黒鉛るつ
ぼ（第一還元室）１２内にタンマン管（ガス透過壁／第
二還元室）１４を浸漬した。そして、タンマン管（ガス
透過壁／第二還元室）１４内部を、５００Torr×２００
０℃の状態に２０分間保持するとともに、Ｍｏチューブ
（還元性ガス吹込みチューブ）１８を介してタンマン管
１４内に流入速度５０cc/minで水素ガスを流入させた。
そして、発生した水蒸気は、ＳｉＣチューブ１６を介し
て第二還元室外へ排出させた（図１白矢印参照）。
Ｈ」、電源：２００Ｖ×３０ｋＶＡ、出力：１５ｋＷ×
１００Ｈｚ 表１に示す組成の石英ガラス屑（大建石英社製造販売、
東芝セラミックス社製品屑）１２０ｇを、黒鉛るつぼ
（第一還元室）１２に入れ、高周波誘導炉を用いて２０
００℃に加熱してＡｒ雰囲気中で溶融させ、該黒鉛るつ
ぼ（第一還元室）１２内にタンマン管（ガス透過壁／第
二還元室）１４を浸漬した。そして、タンマン管（ガス
透過壁／第二還元室）１４内部を、５００Torr×２００
０℃の状態に２０分間保持するとともに、Ｍｏチューブ
（還元性ガス吹込みチューブ）１８を介してタンマン管
１４内に流入速度５０cc/minで水素ガスを流入させた。
そして、発生した水蒸気は、ＳｉＣチューブ１６を介し
て第二還元室外へ排出させた（図１白矢印参照）。
【００４２】こうして得られた結晶シリコンの純度を表
１に示す。なお、該結晶シリコンの生成速度は９．３〜
１５３mg／分であり、結晶形態は多結晶であった。
１に示す。なお、該結晶シリコンの生成速度は９．３〜
１５３mg／分であり、結晶形態は多結晶であった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【発明の作用・効果】本発明の結晶シリコンの製造方法
では、上記の如く、第一工程のシリカ原料の溶融還元の
際に、溶融温度あるいは一酸化ケイ素ガス生成温度まで
昇温させる間に、蒸気圧の高い成分は、揮発分離でき、
逆に蒸気圧の低い成分は、溶湯（溶融シリカ）中に残留
する。このため、温度や圧力の制御により、目的とする
ＳｉＯ成分のみの選択的な生成が可能となり、シリカ原
料が、従来の塩化法やＮＥＤＯ法に要求される如く高純
度精製品に限定されることはない。通常の珪砂や石炭灰
などでも使用可能である。
では、上記の如く、第一工程のシリカ原料の溶融還元の
際に、溶融温度あるいは一酸化ケイ素ガス生成温度まで
昇温させる間に、蒸気圧の高い成分は、揮発分離でき、
逆に蒸気圧の低い成分は、溶湯（溶融シリカ）中に残留
する。このため、温度や圧力の制御により、目的とする
ＳｉＯ成分のみの選択的な生成が可能となり、シリカ原
料が、従来の塩化法やＮＥＤＯ法に要求される如く高純
度精製品に限定されることはない。通常の珪砂や石炭灰
などでも使用可能である。
【００４５】また、塩化法に比してエネルギーコストが
格段に低く済むとともに、ＮＥＤＯ法で必要な原料精製
設備も不要である。
格段に低く済むとともに、ＮＥＤＯ法で必要な原料精製
設備も不要である。
【００４６】従って、本発明の結晶シリコンの製造方法
は、全体として従来の製造方法に比して、低コストで結
晶シリコンを製造することが可能となり、太陽電池等、
シリコンを大量消費する分野への適用が期待できるもの
である。
は、全体として従来の製造方法に比して、低コストで結
晶シリコンを製造することが可能となり、太陽電池等、
シリコンを大量消費する分野への適用が期待できるもの
である。
【図１】本発明の実施例に使用する実験装置のモデル
図。
図。
【符号の説明】 １２ 黒鉛るつぼ（第一還元室） １４ タンマン管（ガス透過壁／第二還元室） １６ ＳｉＣチューブ（第二還元室） １８ Ｍｏチューブ（還元性ガス吹込みチューブ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚橋 尚貴 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電気利用技術研究 所内 (72)発明者 平沢 政広 宮城県仙台市太白区郡山六丁目５−11− 101
Claims (5)
- 【請求項１】 シリカ原料を加熱溶融させて溶融シリカ
とする溶融工程；該溶融シリカを黒鉛または炭化ケイ素
と接触させて一酸化ケイ素ガスを生成させる第一還元工
程；第一還元工程で生成させた一酸化ケイ素ガスを別室
に分離搬送し還元剤と接触させて溶融シリコンを生成さ
せる第二還元工程；及び、該第二還元工程の副生物を、
反応系外に排出して前記溶融シリコンから分離する分離
工程を含み、該分離工程後の溶融シリコンを冷却して結
晶シリコンとすることを特徴とする結晶シリコンの製造
方法。 - 【請求項２】 前記溶融工程における加熱溶融を電気加
熱により行うことを特徴とする請求項１記載の結晶シリ
コンの製造方法。 - 【請求項３】 前記一酸化ケイ素ガスの分離搬送を、ガ
ス透過壁を介して真空吸引により行なうことを特徴とす
る請求項１記載の結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項４】 前記第二還元工程における前記還元剤が
水素ガスであることを特徴とする請求項１記載の結晶シ
リコンの製造方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法で
製造した結晶シリコンを、更に脱炭処理して結晶シリコ
ンを製造することを特徴とする結晶シリコンの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2437998A JPH11228124A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2437998A JPH11228124A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 結晶シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11228124A true JPH11228124A (ja) | 1999-08-24 |
Family
ID=12136563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2437998A Withdrawn JPH11228124A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11228124A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009084094A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバー心線のリサイクル方法及び該方法で製造されたシリコン |
-
1998
- 1998-02-05 JP JP2437998A patent/JPH11228124A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009084094A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバー心線のリサイクル方法及び該方法で製造されたシリコン |
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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: 20050405 |