KR20080108151A - 실리콘의 정제 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (86)
- (a) 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무트, 알루미늄, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 용매 금속(solvent metal)과 실리콘으로부터 제1 용융 액체(molten liquid)를 형성하는 단계;(b) 상기 제1 용융 액체를 제1 가스와 접촉시켜 드로스(dross) 및 제2 용융 액체를 제공하는 단계;(c) 상기 드로스와 상기 제2 용융 액체를 분리하는 단계;(d) 상기 제2 용융 액체를 냉각하여 제1 실리콘 결정 및 제1 모액을 형성하는 단계; 및(e) 상기 제1 실리콘 결정 및 상기 제1 모액을 분리하는 단계를 포함하는실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)에서, 상기 제1 용융 액체는 액상선 온도(liquidus temperature)보다 높은 온도에서 가열함으로써 형성되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)에서, 상기 제1 용융 액체는 약 900℃ 이상의 온도에서 가열함으로써 형성되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)에서, 야금학적 등급의 실리콘을 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)에서, 실리콘을 약 20 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)에서, 상기 용매 금속으로서 알루미늄 또는 그의 합금을 약 50 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 가스는 상기 제1 용융 액체를, 상기 제1 가스를 효과적으로 발생시키는 액체, 고체, 또는 액체와 고체의 조합과 접촉시킴으로써 형성되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 가스는 염소(Cl2), 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수소(H2), 육플루오르화황(SF6), 포스겐(COCl2), 사염화탄소(CCl4), 수증기(H20), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 테트라클로로실란(SiCl4) 및 테트라플루오로실란(SiF4) 중 하나 이상을 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)가 각각, 염소(Cl2)와 불활성 가스; 및 산소(O2)와 불활성 가스를 사용하여 2회 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)가 상기 제1 용융 액체를 교반하는 상태에서 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 제거될, 기체 상태의 드로스 또는 흑색 분말이 생성되는 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)는 회전식 가스제거기(rotary degasser)를 사용하여 실행되는 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 가스는 염소(Cl2)와 불활성 가스를 약 1:20까지의 중량비로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 가스는 염소(Cl2)와 아르곤(Ar)을 약 1:20까지의 중량비로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 가스는 염소(Cl2)와 질소(N2)를 약 1:20까지의 중량비로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 회전식 가스제거기는, 상기 드로스를 상기 제1 용융 액체에 혼합하는 와류(vortex)를 생성하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 용융 액체의 와류가 생성되고, 상기 와류는 산소(O2)와 접촉하여 추가의 드로스를 제공하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 제1 용융 액체의 와류가 생성되고, 상기 와류는 대기중의 산소(O2)와 접촉하여 추가의 드로스를 제공하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(b)에서, 상기 드로스는 상기 제2 용융 액체의 표면 상에 형성되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제1 용융 액체를 액상선 미만의 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제1 용융 액체를 약 825℃ 미만의 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제1 용융 액체를 약 730℃ 내지 약 815℃의 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제1 용융 액체를 액상선 온도보다 약 10℃ 이내로 더 낮은 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제2 용융 액체를 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제2 용융 액체를 액상선 온도보다 높은 온도로 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a) 이후 및 단계(b) 이전에, 상기 제2 용융 액체를 액상선 온도보다 약 20℃ 이내로 더 높은 온도로 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(c)가 스키머(skimmer)를 이용하여 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(c)에서, 상기 드로스를 상기 제2 용융 액체의 표면으로부터 제거하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 약 700℃ 미만의 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 고상선 온도(solidus temperature)보다 약 10℃ 이내로 더 높은 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 약 650℃ 내지 약 700℃의 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 고상선 온도보다 높고 액상선 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 약 75℃/시간 미만의 속도로 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)에서, 상기 제2 용융 액체를 약 2시간 이상의 시간에 걸쳐 냉각시키는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)는 상기 제2 용융 액체를 교반하면서 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(d)는 상기 제1 실리콘 결정으로부터 상기 제1 모액을 쏟아냄으로써 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(e)는 원심분리를 이용하여 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)∼(e) 중 하나 이상을 여러 번 실행하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)∼(e) 각각을 여러 번 실행하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(a)∼(e) 각각을 여러 번 실행하고, 단계(e)에서 얻어지는 상기 제1 모액을 후속되는 단계(a)에서 용매 금속으로서 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정이 약 65 중량% 내지 약 95 중량%의 실리콘을 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항에 있어서,단계(e) 후에, (f) 상기 제1 실리콘 결정을 가열하여 제1 용융조(molten bath)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제42항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정을 약 1100℃ 내지 약 1500℃의 온도로 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제42항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정을 불활성 가스, 진공 또는 상기 두 가지의 조합의 존재 하에서 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제42항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정을 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 상기 두 가지의 조합의 존재 하에서 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제42항에 있어서,단계(f) 후에, (g) 상기 제1 용융조를 방향성 응고시켜 제2 실리콘 결정 및 제2 모액을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제46항에 있어서,단계(g)는 상기 제1 용융조의 정상 부분을 가열하는 단계, 상기 제1 용융조의 저면 부분을 냉각하는 단계, 또는 상기 두 단계의 조합을 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제46항에 있어서,단계(g)는 상기 제1 용융조를 냉각하여 제2 실리콘 결정 및 제2 모액을 형성하는 단계를 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제46항에 있어서,상기 방향성 응고시키는 단계는, 상기 제1 용융조를 융점 미만의 온도로 냉각시킴으로써 제2 실리콘 결정을 형성하고 상측 부분과 하측 부분을 분리하되; 상기 상측 부분은 제2 모액을 포함하고, 상기 하측 부분은 제2 실리콘 결정을 포함하도록 하는 단계를 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제42항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,단계(g) 후에,(h) 상기 제2 실리콘 결정을 가열하여 제2 용융조를 제공하는 단계;(i) 상기 제2 용융조를 제2 가스와 접촉시켜 제3 용융조의 표면 상에 형성되는 슬래그를 제공하는 단계; 및(j) 상기 슬래그와 상기 제3 용융조를 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(h)에서, 상기 제2 실리콘 결정을 액상선 온도보다 높은 온도로 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(h)에서, 상기 제2 실리콘 결정을 약 1300℃ 이상의 온도로 가열하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i)에서, 상기 제2 가스는 상기 제2 용융조를 상기 제2 가스를 효과적으로 발생시키는 액체, 고체, 또는 또는 액체와 고체의 조합과 접촉시킴으로써 형성되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i)에서, 상기 제2 가스는 염소(Cl2), 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수소(H2), 육플루오르화황(SF6), 포스겐(COCl2), 사염화탄소(CCl4), 수증기(H20), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 테트라클로로실란(SiCl4) 및 테트라플루오로실란(SiF4) 중 하나 이상을 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i) 및 (j)를 약 2회 이상 실행하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i) 및 (j)를 2회 실행하고, 그 첫번째 실행은 단계(i)에서 수증기(H2O), 수소(H2), 또는 그의 조합, 및 산소(O2)와 불활성 가스를 사용하고, 그 두번째 실행은 단계(i)에서 불활성 가스를 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i) 및 (j)를 2회 실행하고, 그 첫번째 실행은 단계(i)에서 수증기(H2O), 산소(O2), 및 불활성 가스를 사용하고, 그 두번째 실행은 단계(i)에서 불활성 가스를 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i) 및 (j)를 2회 실행하고, 그 첫번째 실행은 단계(i)에서 수소(H2), 산소(O2) 및 불활성 가스를 사용하고, 그 두번째 실행은 단계(i)에서 불활성 가스를 사용하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i)를 상기 제2 용융조를 교반하면서 실행하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(i)는 회전식 가스제거기를 이용하여 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항에 있어서,단계(j)는 스키머를 이용하여 실행되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,단계(j) 후에, (k) 상기 제3 용융조를 냉각하여 실리콘 잉곳을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,단계(j) 후에, (l) 상기 제3 용융조를 과립화 실리콘(granulized silicon)으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,단계(j) 후에, (m) 상기 제3 용융조를 몰드에 도입하고 냉각하여 제2 실리콘을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,단계(j) 후에, (n) 상기 제3 용융조를 융점 미만의 온도로 냉각하여 방향성 응고시킴으로써 제3 실리콘 결정을 형성하고, 상측 부분과 하측 부분을 분리하되; 상기 상측 부분은 제3 모액을 포함하고, 상기 하측 부분은 제3 실리콘을 포함하도록 하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제65항에 있어서,단계(n)는 상기 제3 용융조의 정상 부분을 가열하는 단계, 상기 제3 용융조의 저면 부분을 냉각하는 단계, 또는 상기 두 단계의 조합을 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제65항에 있어서,단계(n)는 상기 제3 용융조를 냉각하는 단계를 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- (a) 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무트, 알루미늄, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 용매 금속과 실리콘으로부터 제1 용융 액체를 형성하는 단계;(b) 상기 제1 용융 액체를 제1 가스와 접촉시켜 제2 용융 액체 및 드로스를 제공하는 단계;(c) 상기 제2 용융 액체를 가열하는 단계;(d) 상기 드로스와 상기 제2 용융 액체를 분리하는 단계;(e) 상기 제2 용융 액체를 냉각하여 제1 실리콘 결정 및 제1 모액을 형성하는 단계;(f) 상기 제1 실리콘 결정 및 상기 제1 모액을 분리하는 단계;(g) 상기 제1 실리콘 결정을 가열하여 제1 용융조(molten bath)를 형성하는 단계;(h) 상기 제1 실리콘 결정을 방향성 응고시켜 제2 실리콘 결정 및 제2 모액을 형성하는 단계;(i) 상기 제2 실리콘 결정을 가열하여 제2 용융조를 제공하는 단계;(j) 상기 제2 용융조를 제2 가스와 접촉시켜 제3 용융조의 표면 상에 형성되는 슬래그를 형성하는 단계;(k) 상기 슬래그와 상기 제3 용융조를 분리하는 단계; 및하기 단계 (l)∼(o) 중 하나 이상의 단계:(l) 상기 제2 용융조를 냉각하여 실리콘 잉곳을 형성하는 단계;(m) 상기 제2 용융조를 과립화 실리콘으로 변환시키는 단계;(n) 상기 제3 용융조를 몰드에 도입하고 상기 제3 용융조를 냉각하여 제2 실리콘을 형성하는 단계; 및(o) 상기 제3 용융조를 융점 미만의 온도에서 방향성 응고시킴으로써 제3 실리콘 결정을 형성하고 상측 부분과 하측 부분을 분리하되, 상기 상측 부분은 제3 모액을 포함하고, 상기 하측 부분은 제3 실리콘을 포함하도록 하는 단계를 포함하는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,다결정질 실리콘이 얻어지는 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,단결정질 실리콘이 얻어지는 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,정제된 상기 실리콘이 다결정질 또는 단결정질 잉곳 또는 불을 성장시키는 데 사용되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘을 절단하여 웨이퍼로 만드는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,상기 실리콘은, 리튬(Li), 붕소(B), 나트륨(Na), 티타늄(Ti), 철(Fe), 마그 네슘(Mg), 바나듐(V), 아연(Zn), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 염소(Cl), 크롬(Cr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 비소(As), 안티몬(Sb), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 하나 이상으로부터 정제되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘은 다음 중 하나 이상을 각각 약 10 ppm 미만의 양으로 포함하는 실리콘의 정제 방법:리튬(Li), 붕소(B), 나트륨(Na), 티타늄(Ti), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 아연(Zn), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 염소(Cl), 크롬(Cr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 비소(As), 안티몬(Sb), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니켈(Ni) 및 구리(Cu).
- 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘은 다음 중 하나 이상을 각각 약 10 ppm 미만의 양으로 포함하는 실리콘의 정제 방법:철(Fe) 및 알루미늄(Al).
- 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘은 다음 중 하나 이상을 각각 약 1 ppm 미만의 양으로 포함하는 실리콘의 정제 방법:리튬(Li), 붕소(B), 나트륨(Na), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 아연(Zn), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 염소(Cl), 크롬(Cr), 망간(Mn), 비소(As), 안티몬(Sb), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니켈(Ni) 및 구리(Cu).
- 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘은 태양 전지 패널(solar panel)의 제조에 사용되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘은 집적 회로의 제조에 사용되는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실 리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘이 약 45kg 이상의 양으로 얻어지는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘이 연간 약 200톤 이상의 양으로 얻어지는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 실리콘 결정, 상기 제2 실리콘 결정, 상기 과립화 실리콘, 상기 실리콘 잉곳, 상기 제2 실리콘, 상기 제3 실리콘 결정 또는 상기 제3 실리콘이 연간 약 1,000톤 이상의 양으로 얻어지는, 실리콘의 정제 방법.
- 제1항 내지 제81항 중 어느 한 항의 방법으로부터 얻어지는 정제된 실리콘.
- 제1항 내지 제41항, 제46항 내지 제49항 또는 제68항 중 어느 한 항의 방법으로부터 얻어지는 실리콘 결정.
- 제63항 또는 제68항의 방법으로부터 얻어지는 과립화 실리콘.
- 제62항 또는 제68항의 방법으로부터 얻어지는 실리콘 잉곳
- 제64항 내지 제68항 중 어느 한 항의 방법으로부터 얻어지는 실리콘.
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