WO2007013644A1 - Process for producing polycrystalline silicon - Google Patents

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WO2007013644A1
WO2007013644A1 PCT/JP2006/315088 JP2006315088W WO2007013644A1 WO 2007013644 A1 WO2007013644 A1 WO 2007013644A1 JP 2006315088 W JP2006315088 W JP 2006315088W WO 2007013644 A1 WO2007013644 A1 WO 2007013644A1
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silicon
metal
chlorosilane
melting point
gas
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PCT/JP2006/315088
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Inventor
Toshiharu Yamabayashi
Original Assignee
Sumitomo Chemical Company, Limited
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/027Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/033Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by reduction of silicon halides or halosilanes with a metal or a metallic alloy as the only reducing agents

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon. Specifically, the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon with a high yield.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing polycrystalline silicon with a high yield.
  • the present inventor has intensively studied a method for producing polycrystalline silicon, and as a result, has completed the present invention.
  • the present invention provides: [1] a metal having a lower free energy of formation of metal chloride than silicon and a metal having a melting point lower than that of silicon;
  • n an integer of 0 to 3.
  • a method for producing polycrystalline silicon is provided.
  • the present invention also provides [2] a method for producing polycrystalline silicon including steps (i) and (ii), (i) a metal chloride free energy of formation lower than that of silicon, and a metal melting point lower than that of silicon.
  • step (i) when the gaseous chlorosilane is blown into the molten metal,
  • the temperature of the genus is 1.03 times or more and less than 1.79 times the melting point of the metal expressed in absolute temperature, the temperature is kept below the melting point of silicon, and the number of moles of chlorosilane supplied per minute is Less than 1.0 percent of the number of moles of
  • metal according to any one of [1] to [4], wherein the metal is at least one selected from the group consisting of potassium, cesium, rubidium, strontium, lithium, sodium, magnesium, aluminum, zinc, and manganese.
  • a solar cell comprising polycrystalline silicon obtained by the method according to any one of [1] to [8] is provided.
  • Figure 1 shows an overview of the reactor.
  • Figure 2 shows the gas supply system
  • Figure 3 represents the yield of S i C 1 4 / A 1 molar ratio and S i.
  • Thermostatic bath 10 Best mode for carrying out the invention
  • a metal chloride generation free energy is lower than that of silicon and a metal melting point is lower than that of silicon, and a gaseous chlorosilane represented by the above formula (1) is reacted. Is the method.
  • a gas containing chlorosilane is blown into a molten metal to react the metal with gaseous chlorosilane.
  • the temperature of the molten metal is 1.0 3 times or more, preferably 1.10 times or more, more preferably 1. 20 times or more, 1. Less than 79 times, preferably less than 1.50 times, more preferably less than 1.40 times, below the melting point of silicon.
  • the number of moles of chlorosilane supplied per minute is less than 1.0 percent, preferably 0.5 percent or less, relative to the number of moles of metal.
  • the number of moles of chlorosilane supplied is usually 0.01 to the number of moles of metal. % Or more, preferably 0.1% or more.
  • the gas blown into the molten metal may be chlorosilane alone or a mixed gas of chlorosilane and inert gas.
  • the gas concentration of chlorosilane in the mixed gas is preferably 10% by volume or more.
  • inert gas examples include nitrogen gas, argon gas, helium gas, and neon gas, and argon gas is preferable from the viewpoint of reducing the reaction with chlorosilane and the availability.
  • Metals have lower free energy and melting point for metal chlorides than silicon.
  • Examples of the metal include potassium, cesium, rubidium, strontium, lithium, sodium, magnesium, aluminum, zinc, and manganese.
  • metal aluminum is preferably used. The higher the purity of the metal, the higher the purity of the silicon produced, so boron (B) and phosphorus (P) are less than l p p m
  • chlorosilanes silicon tetrachloride, trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane can be used, but hydrogen-containing trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane generate hydrogen chloride by reaction. Induces corrosion of piping. For this reason, it is preferable to use tetrachlorosilane alone.
  • the purity of chlorosilane is that B and P are less than l p p m, 99.9
  • a metal chloride produced as a by-product by reacting with a metal for example,
  • silicon can be obtained in an amount of more than 40% of the weight of the metal used, so that the yield of the obtained silicon is high, which is economically advantageous.
  • the material for holding the metal and the gas introduction pipe for introducing chlorosilane usually does not react with the metal used, and examples thereof include oxides, nitrides, and carbides.
  • the oxide include silica, alumina, zirconia, titania, zinc oxide, magnesia, and tin oxide.
  • the nitride include silicon nitride and aluminum nitride. These constituent elements may be partially substituted with other elements, for example, compounds such as sialon composed of silicon, aluminum, oxygen and nitrogen may be used.
  • Examples of the carbide include SiC, graphite, and the like, and these constituent elements may be partially substituted with other elements.
  • At least one gas inlet tube is installed on the top or side of the molten metal and blown from there, or the molten metal does not leak due to surface tension at the bottom of the container holding the molten metal It is only necessary to install many holes of the same size and blow from there. Even when a large number of holes for introducing gas are provided, the number of moles of chlorosilane supplied per minute is within the above range.
  • the obtained polycrystalline silicon has a high purity and is suitably used as a raw material for solar cell silicon.
  • the obtained polycrystalline silicon can be treated with acid or alkali to remove the unreacted metal component residue, segregation such as directional solidification, dissolution at high vacuum, etc. May be applied.
  • acid or alkali to remove the unreacted metal component residue, segregation such as directional solidification, dissolution at high vacuum, etc. May be applied.
  • the metal and silicon used for the reduction are in a molten state, or the metal and silicon.
  • the temperature of the system can be reduced by lowering the temperature of the system below the reaction temperature or cooling a specific part of the reactor. Silicon deposits corresponding to the lowered amount are obtained. If a metal having the same weight as the deposited silicon is added and the temperature is raised to the reaction temperature, and then chlorosilane is added, the silicon concentration rises to a predetermined concentration. If this operation is repeated, silicon can be obtained continuously.
  • the obtained silicon is usually formed by a casting method or an electromagnetic forging method to obtain an ingot.
  • the conductivity type of the substrate is generally p-type, and can be achieved, for example, by adding boron or leaving aluminum as a dopant.
  • Ingots are usually sliced by cutting the inner peripheral edge, etc., then both sides are lapped with loose abrasive grains, and further immersed in an etching solution such as hydrofluoric acid to remove the damaged layer. Is obtained.
  • a V-groove is mechanically formed using a dicing machine, or a texture structure is formed by reactive ion etching or isotropic etching using acid. It is formed.
  • a diffusion layer of an n-type dopant such as phosphorus or arsenic is formed on the light receiving surface to obtain a pn junction.
  • the electrodes on each side of the oxide film layer, such as a T I_ ⁇ 2 after forming on the surface it forms the shape of the anti-reflection film such as M g F 2 for reducing the loss of light energy due to reflection, solar A battery cell is produced.
  • Figure 1 shows an outline of the reactor.
  • Alumina Tanman tube 4 (Nitsukato SSA—S, T 5 (inner diameter ⁇ 30)) containing aluminum 5 is held in alumina container 3 and held in vertical annular furnace 1, 1273K (melting point of aluminum tetrachloride Kei-containing gas (mixture gas of S i C 1 4 / Ar) 6 was reacted by introducing into the molten aluminum 1. 36x) of.
  • the aluminum used has a purity of 99.999 wt% [impurity concentration Fe 0.73 ppm, Si 2. 7 ppm, Cu 1.9 ppm, Mg O. 45 ppm, B 0.05 ppm, P 0.27 p pm (according to the results of glow discharge mass spectrometry (GDMS analysis))), and its weight was 25 g (0.93 mol).
  • the purity of aluminum is obtained by subtracting the total weight% of impurities Fe, Si, Cu, and Mg from 100%.
  • the tetrachlorosilane is manufactured by Trichemical Laboratories with a purity of 99.9999% by weight (6) [impurity concentration: Fe 5.2 ppb, A 1 0.8 ppb, Cu 0.9 9 pp b, Mg 0. 8 p pb, Na 2.4 ppb, Ca 5.5 ppb (P and B are less than l ppm)].
  • the distance between the tip of the gas inlet tube 2 [Nichikato SSA-S, (outer diameter ⁇ 6, inner diameter ⁇ 4)] and the bottom of the Tamman tube was 5 mm.
  • Figure 2 shows the gas supply system
  • the transport of the tetrachlorobenzene is Argon gas (made by Japan AG) (purity 99 ⁇ 9 995%) was supplied as 0. IMP a and used as a carrier gas.
  • Argon gas made by Japan AG
  • the stainless steel container containing the tetrachloride cage 9 was held in a constant temperature bath 10 at 20 ° C. Since the vapor pressure of silicon tetrachloride at the same temperature is 193 mmHg, the concentration of the gas is 25.4% by volume.
  • the concentration of carbon tetrachloride gas charged into the reactor is 13.9% by volume.
  • the amount of supply of tetrachlorosilane per minute is 0.431 g, which is 0.0025 mol. Therefore, the number of moles of chlorosilane supplied is 0.27% with respect to the number of moles of aluminum.
  • the gas was allowed to flow for 16 hours and 30 minutes, and then cooled to recover a 14 g sample.
  • the sample was dissolved in hydrochloric acid and the silicon weight in the sample was determined, it was found to be 82% by weight.
  • the weight of silicon obtained for the input aluminum is
  • Impurity elements contained in silicon can be further reduced by unidirectionally solidifying the obtained silicon.
  • Example 2 An alumina protective tube containing aluminum (SSA-S, No.9 (inner diameter ⁇ 16) manufactured by Nikato) is held in an alumina container and held in a vertical annular furnace, 1273K (the melting point of aluminum) 1.36 times the same), and tetrachloromethane gas was introduced into the molten aluminum for 5 hours to react. The same aluminum and tetrachlorosilane as in Example 1 were used. The weight of aluminum was 12 g (0.44 mol).
  • the distance between the tip of the gas inlet pipe [Nichikato SSA-S, (outer diameter ⁇ 6, inner diameter 4)] and the bottom of the alumina protective tube was 5 mm.
  • the transfer of silicon tetrachloride was carried out as a carrier gas by supplying argon gas (manufactured by Japan AG) (purity 99.9 995%) at 0. IMP a.
  • 104SCCM flow rate 104 mLZmin, 0 ° C, 101.3 kPa
  • argon gas is allowed to flow as the carrier gas, and the gas obtained by evaporation is directly used as the carrier. It was introduced into the reactor along with the gas.
  • the supply of silicon tetrachloride per minute is 0.595 g, which is 3.5X 10-3 moles. Therefore, the moles of silicon tetrachloride supplied is 0.8% of the moles of aluminum.
  • the stainless steel container containing silicon tetrachloride is held in a thermostatic chamber of 318 K, and the vapor pressure of silicon tetrachloride at the same temperature is 50 OmmHg (66.6 kPa). The concentration of the gas is 66% by volume.
  • Impurity elements contained in silicon can be further reduced by unidirectionally solidifying the obtained silicon.
  • the temperature is cooled to, for example, 1073 K, and silicon is deposited and taken out at a specific site. If the same weight of aluminum as recon is added and kept at 1273 K, further addition of silicon tetrachloride will increase the silicon concentration to 61%. By repeating this operation, silicon can be obtained continuously. The obtained silicon is considered suitable as a raw material for solar cells.
  • the weight of aluminum is 6.0 g (0.22 mol), and argon is 334 SCCM (flow rate 334 mL / min, 0 ° C, 101.3 kPa) as the carrier gas in the tetrachlorosilane gas container.
  • the gas obtained by flowing and evaporating the gas was introduced into the reactor together with the carrier gas.
  • the supply amount of silicon tetrachloride per minute is 1.912 g, which is 0.011 mol. Therefore, the number of moles of silicon tetrachloride supplied is 5% of the number of moles of aluminum.
  • Hydrogen tetrachloride gas was introduced into the molten aluminum for 2 hours to react. Other than that, the examination was performed in the same manner as in Example 2.
  • the weight of aluminum is 6.0 g (0.22 mol), and argon is 174 S CCM (flow rate 174 mL Zm i n., 0 ° C, 101.3 kPa) as the carrier gas in the tetrachlorosilane gas container.
  • the gas obtained by flowing and evaporating the gas was introduced into the reactor together with the carrier gas as it was.
  • Supply amount tetrachloride Kei containing per minute is 0. 996 g, a 5. 9 ⁇ 10- 3 moles. (The number of moles of silicon tetrachloride supplied is 2.7% of the number of moles of aluminum.) Carbon tetrachloride gas was introduced into molten aluminum for 2 hours to react. Other than that, the examination was performed in the same manner as in Example 2.
  • polycrystalline silicon can be produced with high yield.

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Abstract

A process for producing polycrystalline silicon which comprises reacting a metal whose chloride has a lower free energy of formation than silicon and whose melting point is lower than that of silicon with a gaseous chlorosilane represented by the following formula (1): SiHnCl4-n (1) (wherein n is an integer of 0-3). In the process, the gaseous chlorosilane is bubbled into a melt of the metal while keeping the molten metal at a temperature which is not lower than 1.03 times the melting point of the metal, in terms of absolute temperature, and is lower than 1.79 times the melting point thereof and which is lower than the melting point of silicon. The chlorosilane is fed at such a rate that the number of moles of the chlorosilane being fed per minute is less than 1.0 percent of the moles of the metal.

Description

多結晶シリコンの製造方法  Method for producing polycrystalline silicon
技術分野 Technical field
本発明は、 多結晶シリコンの製造方法に関する。 詳細には多結晶シリコンの収 率の高い製造方法に関する。 明 書  The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon. Specifically, the present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon with a high yield. Memorandum
背景技術  Background art
環境問題がクローズアップされる中、 太陽電池はクリーンなエネルギー源とし て注目を集め、 わが国でも住宅用を中心に需要が急増している。 シリコン太陽電 池は信頼性や変換効率に優れるため、 太陽光発電の 8割程度を占めるに到ってい る。 さらに需要を増加させ発電単価を減少させるため低価格のシリコン原料を確 保することが望まれている。 現在、 高純度シリコンの製造方法としてほとんどの メーカ一がトリクロロシランを熱分解する方法 (ジーメンス法) を採用している 。 しかしながら、 同方法では電力原単位に限界があり、 これ以上のコストダウン は困難と言われている。  As environmental issues are highlighted, solar cells are attracting attention as a clean energy source, and demand in Japan is rapidly increasing, especially for residential use. Since silicon solar cells are excellent in reliability and conversion efficiency, they account for about 80% of solar power generation. In addition, it is desired to secure low-priced silicon raw materials in order to increase demand and reduce the unit price of power generation. Currently, most manufacturers use a method of pyrolyzing trichlorosilane (Siemens method) as a method for producing high-purity silicon. However, this method has a limit in the power consumption, and it is said that further cost reduction is difficult.
熱分解法に代わる製造方法として、 亜鉛やアルミニウムを用いてクロロシラン を還元してシリコンを製造する方法が提案されている。 アルミニウムを用いて還 元する方法としては、 微粒のアルミニウムを四塩化ケィ素ガス中で反応させてシ リコンを得る方法が知られている。 また、 一般式 S i HnX4_n (式中、 Xはハロゲ ンであり、 nは 0〜3である。 ) を有する気体のシリコン化合物をアルミニウム と反応させることによってシリコンを製造する方法であって、 純アルミニウムま たは A 1— S i合金の細かく分散された溶融表面を該気体のシリコン化合物と密 に接触させる方法が知られている (特開平 2— 6 4 0 0 6号公報) 発明の開示 As a production method that can replace the pyrolysis method, a method of producing silicon by reducing chlorosilane using zinc or aluminum has been proposed. As a method of reducing using aluminum, a method is known in which silicon is obtained by reacting fine aluminum particles in a tetrachlorosilane gas. In general formula S i H n X 4 _ n ( wherein, X is halogen, n represents 0 to 3.) A method for producing a silicon by reacting silicon compounds of the gases with aluminum A finely dispersed molten surface of pure aluminum or A 1—Si alloy is in close contact with the gaseous silicon compound. There is known a method of bringing it into contact (Japanese Patent Laid-Open No. 2-6400).
しかし、 従来の方法では十分な収率でシリコンを製造することができないため 、 いずれの方法も実用に到っていない。 本発明の目的は、 多結晶シリコンの収率 の高い製造方法を提供することにある。  However, since conventional methods cannot produce silicon with a sufficient yield, none of the methods has been put to practical use. An object of the present invention is to provide a method for producing polycrystalline silicon with a high yield.
本発明者は、 上記課題を解決すべく、 多結晶シリコンの製造方法について鋭意 検討した結果、 本発明を完成するに至った。  In order to solve the above problems, the present inventor has intensively studied a method for producing polycrystalline silicon, and as a result, has completed the present invention.
すなわち本発明は、 〔1〕 金属の塩化物の生成自由エネルギーがシリコンより 低く、 かつ金属の融点もシリコンより低い金属と、 下式 (1 )  That is, the present invention provides: [1] a metal having a lower free energy of formation of metal chloride than silicon and a metal having a melting point lower than that of silicon;
S i H.C l 4.n ( 1 ) S i HC l 4. N ( 1)
(式中、 nは 0〜3の整数を示す。 )  (In the formula, n represents an integer of 0 to 3.)
で示される気体のクロロシランとを反応させることによってシリコンを製造する 方法であって、 気体のクロロシランを溶融金属中に吹き込む際に、 該溶融金属の 温度を、 該金属の絶対温度で表した融点の 1 . 0 3倍以上1 . 7 9倍未満であり 、 シリコンの融点未満に保持し、 かつ毎分当りのクロロシランの供給モル数を金 属のモル数に対して、 1 . 0パーセント未満とする多結晶シリコンの製造方法を 提供する。 A method for producing silicon by reacting with a gaseous chlorosilane represented by the formula (1), wherein when the gaseous chlorosilane is blown into the molten metal, the temperature of the molten metal is expressed by the melting point represented by the absolute temperature of the metal. 1.0 3 times or more and less than 1.7 times, and kept below the melting point of silicon, and the number of moles of chlorosilane supplied per minute is less than 1.0 percent with respect to the number of moles of metal. A method for producing polycrystalline silicon is provided.
また本発明は 〔2〕 工程 (i) 、 (i i) を含む多結晶シリコンの製造方法、 (i) 金属の塩化物の生成自由エネルギーがシリコンより低く、 かつ金属の融点も シリコンより低い金属と、 前記式 (1 ) で示される気体のクロロシランとを 反応させシリコンを得る工程、  The present invention also provides [2] a method for producing polycrystalline silicon including steps (i) and (ii), (i) a metal chloride free energy of formation lower than that of silicon, and a metal melting point lower than that of silicon. A step of reacting the gaseous chlorosilane represented by the formula (1) to obtain silicon,
(i i) 得られたシリコンを方向凝固する工程、  (i i) a step of directionally solidifying the obtained silicon,
工程(i)において、 気体のクロロシランを溶融金属中に吹き込む際に、 該溶融金 属の温度を該金属の絶対温度で表した融点の 1 . 0 3倍以上1 . 7 9倍未満であ り、 シリコンの融点未満に保持し、 かつ毎分当りのクロロシランの供給モル数を 金属のモル数に対して 1 . 0パーセント未満とする、 In the step (i), when the gaseous chlorosilane is blown into the molten metal, The temperature of the genus is 1.03 times or more and less than 1.79 times the melting point of the metal expressed in absolute temperature, the temperature is kept below the melting point of silicon, and the number of moles of chlorosilane supplied per minute is Less than 1.0 percent of the number of moles of
〔3〕 金属中に吹き込むガスは、 クロロシラン単独またはクロロシランと不活性 ガスとの混合ガスである前記 〔1〕 または 〔2〕 記載の方法、  [3] The method according to [1] or [2], wherein the gas blown into the metal is chlorosilane alone or a mixed gas of chlorosilane and an inert gas,
〔4〕 金属中に吹き込むガス中のクロロシランの濃度が 1 0体積%以上である前 記 〔3〕 記載の方法、  [4] The method according to [3] above, wherein the concentration of chlorosilane in the gas blown into the metal is 10% by volume or more,
〔5〕 金属がカリウム、 セシウム、 ルビジウム、 ストロンチウム、 リチウム、 ナ トリウム、 マグネシウム、 アルミニウム、 亜鉛及びマンガンからなる群より選ば れる少なくとも 1種である前記 〔1〕 〜 〔4〕 のいずれかに記載の方法、 [5] The metal according to any one of [1] to [4], wherein the metal is at least one selected from the group consisting of potassium, cesium, rubidium, strontium, lithium, sodium, magnesium, aluminum, zinc, and manganese. Method,
〔6〕 金属がアルミニウムである前 〔1〕 〜 〔5〕 のいずれかに記載の方法、 〔7〕 クロロシランが四塩化ケィ素、 トリクロロシラン、 ジクロロシラン及びモ ノクロロシランからなる群より選ばれる少なくとも 1種である前記 〔1〕 〜 〔6 〕 のいずれかに記載の方法、 [6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the metal is aluminum, [7] at least selected from the group consisting of silicon tetrachloride, trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane. The method according to any one of the above [1] to [6], which is one kind,
〔8〕 クロロシランと金属に含まれるボロンとリンがそれぞれ 1 p p m未満であ る前記 〔1〕 〜 〔7〕 のいずれかに記載の方法、  [8] The method according to any one of [1] to [7], wherein boron and phosphorus contained in chlorosilane and metal are each less than 1 ppm.
〔9〕 前記 〔1〕 〜 〔8〕 のいずれかに記載の方法により得られた多結晶シリコ ンを含む太陽電池を提供するものである。 図面の簡単な説明  [9] A solar cell comprising polycrystalline silicon obtained by the method according to any one of [1] to [8] is provided. Brief Description of Drawings
図 1は反応装置の概略を示す。 Figure 1 shows an overview of the reactor.
図 2はガス供給系を示す。 Figure 2 shows the gas supply system.
図 3は S i C 1 4/A 1のモル比と S iの収率を表す。 Figure 3 represents the yield of S i C 1 4 / A 1 molar ratio and S i.
符号の説明 縦型環状炉 1 Explanation of symbols Vertical annular furnace 1
ガス導入管 2  Gas introduction pipe 2
アルミナ容器 3  Alumina container 3
アルミナタンマン管 · · 4  Alumina Tanman tube · · 4
アルミニウム 5  Aluminum 5
S i C 14/A r · · · 6 S i C 1 4 / A r
希釈ガス 7  Dilution gas 7
キャリアガス 8  Carrier gas 8
S i C 14 9 S i C 1 4 9
恒温槽 10 発明を実施するための最良の形態  Thermostatic bath 10 Best mode for carrying out the invention
本発明の多結晶シリコンの製造方法は、 金属の塩化物の生成自由エネルギーが シリコンより低く、 かつ金属の融点もシリコンより低い金属と、 前記式 (1) で 示される気体のクロロシランとを反応させる方法である。  In the method for producing polycrystalline silicon according to the present invention, a metal chloride generation free energy is lower than that of silicon and a metal melting point is lower than that of silicon, and a gaseous chlorosilane represented by the above formula (1) is reacted. Is the method.
本発明の製造方法では、 クロロシランを含むガスを溶融金属中に吹き込んで、 金属と気体のクロロシランを反応させる。 クロロシランを含むガスを溶融金属中 に吹き込む際に、 該溶融金属の温度を、 該金属の絶対温度で表した融点の 1. 0 3倍以上、 好ましくは 1. 10倍以上、 より好ましくは 1. 20倍以上であり、 1. 79倍未満、 好ましくは 1. 50倍未満、 よ.り好ましくは 1. 40倍未満で 、 シリコンの融点未満に保持する。  In the production method of the present invention, a gas containing chlorosilane is blown into a molten metal to react the metal with gaseous chlorosilane. When a gas containing chlorosilane is blown into the molten metal, the temperature of the molten metal is 1.0 3 times or more, preferably 1.10 times or more, more preferably 1. 20 times or more, 1. Less than 79 times, preferably less than 1.50 times, more preferably less than 1.40 times, below the melting point of silicon.
また、 本発明の製造方法では、 毎分当りのクロロシランの供給モル数が金属の モル数に対して、 1. 0パーセント未満、 好ましくは 0. 5パーセント以下であ る。 一方、 クロロシランの供給モル数は、 通常、 金属のモル数に対して 0. 01 パーセント以上、 好ましくは 0 . 1パーセント以上である。 In the production method of the present invention, the number of moles of chlorosilane supplied per minute is less than 1.0 percent, preferably 0.5 percent or less, relative to the number of moles of metal. On the other hand, the number of moles of chlorosilane supplied is usually 0.01 to the number of moles of metal. % Or more, preferably 0.1% or more.
溶融金属中に吹き込むガスは、 クロロシラン単独でもよく、 クロロシランと不 活性ガスとの混合ガスでもよい。 混合ガスの場合には、 混合ガス中のクロロシラ ンのガス濃度は、 1 0体積%以上が好ましい。  The gas blown into the molten metal may be chlorosilane alone or a mixed gas of chlorosilane and inert gas. In the case of a mixed gas, the gas concentration of chlorosilane in the mixed gas is preferably 10% by volume or more.
該不活性ガスとしては、 例えば、 窒素ガス、 アルゴンガス、 ヘリウムガス、 ネ オンガスであり、 クロロシランとの反応を低減すること及び入手しゃすさの観点 から、 アルゴンガスが好ましい。  Examples of the inert gas include nitrogen gas, argon gas, helium gas, and neon gas, and argon gas is preferable from the viewpoint of reducing the reaction with chlorosilane and the availability.
金属は、 金属の塩化物の生成自由エネルギーと融点がシリコンよりも低い。 該 金属として、 例えば、 カリウム、 セシウム、 ルビジウム、 ストロンチウム、 リチ ゥム、 ナトリウム、 マグネシウム、 アルミニウム、 亜鉛、 マンガンが挙げられる Metals have lower free energy and melting point for metal chlorides than silicon. Examples of the metal include potassium, cesium, rubidium, strontium, lithium, sodium, magnesium, aluminum, zinc, and manganese.
。 これらは単独又は組合わせて用いればよい。 これらのうち、 シリコン中やその 表面に金属が残存しても、 酸やアル力リによる溶解除去ゃ偏析法での除去が容易 であり、 さらには反応炉の構造部材を腐食させない等の理由により、 該金属とし て、 アルミニウムを用いることが好ましい。 金属の純度が高ければ生成されるシ リコンの純度も高くなるため、 ボロン (B) 、 リン (P ) が l p p m未満であり. These may be used alone or in combination. Of these, even if metal remains in the silicon or on its surface, it can be easily removed by segregation if it is dissolved and removed by acid or alkali, and further, it does not corrode the structural members of the reactor. As the metal, aluminum is preferably used. The higher the purity of the metal, the higher the purity of the silicon produced, so boron (B) and phosphorus (P) are less than l p p m
、 9 9 . 9 8 %以上の純度である金属を用いることが好ましい。 It is preferable to use a metal having a purity of 99.98% or more.
クロロシランとしては、 四塩化ケィ素、 トリクロロシラン、 ジクロロシラン、 モノクロロシランを用いることができるが、 水素を含有するトリクロロシラン、 ジクロロシラン、 モノクロロシランは、 反応によって塩化水素を発生するために 反応炉材ゃ配管の腐食を誘発させる。 そのため、 四塩化ケィ素を単独で用いるほ うが好ましい。 クロロシランの純度は、 B、 Pが l p p m未満であり、 9 9 . 9 As chlorosilanes, silicon tetrachloride, trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane can be used, but hydrogen-containing trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane generate hydrogen chloride by reaction. Induces corrosion of piping. For this reason, it is preferable to use tetrachlorosilane alone. The purity of chlorosilane is that B and P are less than l p p m, 99.9
9 %以上の純度であるものを用いることが好ましい。 It is preferable to use one having a purity of 9% or more.
本発明において、 金属と反応して副生成物として生成する金属塩化物 (例えば In the present invention, a metal chloride produced as a by-product by reacting with a metal (for example,
、 Ξ塩化アルミニウム、 二塩化アルミニウム、 塩化アルミニウム、 二塩化珪素、 三塩化珪素) と原料のクロロシランガスを個別に回収して未反応のクロロシラン ガスを反応側に循環させれば、 コストの低減が可能となる。 Aluminum chloride, aluminum dichloride, aluminum chloride, silicon dichloride, If the silicon trichloride) and the raw material chlorosilane gas are collected separately and unreacted chlorosilane gas is circulated to the reaction side, the cost can be reduced.
本発明によると、 通常、 用いる金属の重量の 4 0 %より多量のシリコンを得る ことができるので、 得られるシリコンの収率が高く、 経済的に有利である。 金属を保持する容器、 及びクロロシランを導入するガス導入管の材質は、 通常 、 用いる金属と反応しないものであり、 例えば、 酸化物、 窒化物、 炭化物が挙げ られる。 酸化物としてはシリカ、 アルミナ、 ジルコニァ、 チタニア、 酸化亜鉛、 マグネシア、 酸化スズ等が挙げられ、 窒化物としては、 窒化珪素、 窒化アルミ二 ゥムが挙げられる。 これらは構成元素が他元素で部分置換されていてもよく、 例 えば、 シリコンとアルミニウムと酸素と窒素からなるサイアロン等の化合物であ つてもよい。 炭化物としては、 S i C、 グラフアイト等が挙げられ、 これらも構 成元素が他元素で部分置換されていてもよい。  According to the present invention, usually, silicon can be obtained in an amount of more than 40% of the weight of the metal used, so that the yield of the obtained silicon is high, which is economically advantageous. The material for holding the metal and the gas introduction pipe for introducing chlorosilane usually does not react with the metal used, and examples thereof include oxides, nitrides, and carbides. Examples of the oxide include silica, alumina, zirconia, titania, zinc oxide, magnesia, and tin oxide. Examples of the nitride include silicon nitride and aluminum nitride. These constituent elements may be partially substituted with other elements, for example, compounds such as sialon composed of silicon, aluminum, oxygen and nitrogen may be used. Examples of the carbide include SiC, graphite, and the like, and these constituent elements may be partially substituted with other elements.
気体のクロロシランは、 例えば、 少なくとも 1つのガス導入管を溶融金属の上 面や側面に設置し、 そこから吹き込む、 又は溶融金属を保持する容器の底部に表 面張力によつて溶融金属が漏れない程度の孔を多数設置し、 そこから吹き込めば よい。 ガスを導入するための孔を多数設ける場合でも、 クロロシランの毎分当り の供給モル数は前記範囲内とする。  For gaseous chlorosilane, for example, at least one gas inlet tube is installed on the top or side of the molten metal and blown from there, or the molten metal does not leak due to surface tension at the bottom of the container holding the molten metal It is only necessary to install many holes of the same size and blow from there. Even when a large number of holes for introducing gas are provided, the number of moles of chlorosilane supplied per minute is within the above range.
得られた多結晶シリコンは、 高純度であり、 太陽電池用シリコンの原料として 好適に用いられる。  The obtained polycrystalline silicon has a high purity and is suitably used as a raw material for solar cell silicon.
必要に応じて、 得られた多結晶シリコンには、 付着した金属成分の残渣ゃ未反 応金属成分を取り除くために酸やアルカリによる処理、 さらに方向凝固等の偏析 、 高真空化での溶解等を施してもよい。 このような操作、 特に方向凝固により、 シリコン中に含まれる不純物元素はさらに低減され、 高純度化される。  If necessary, the obtained polycrystalline silicon can be treated with acid or alkali to remove the unreacted metal component residue, segregation such as directional solidification, dissolution at high vacuum, etc. May be applied. By such operations, particularly directional solidification, the impurity elements contained in silicon are further reduced and highly purified.
本発明では還元に用いた金属とシリコンが溶融した状態、 または金属とシリコ ンの溶融物中にシリコンが一部析出した状態になるので、 上記の方法以外にも、 系の温度を反応温度より下げることや、 反応装置の特定の部位を冷却することに よって、 温度を下げた分に相当するだけのシリコンの析出物が得られる。 析出し たシリコンと同じ重量の金属を加えて反応温度まで上昇させた後にクロロシラン を加えればシリコン濃度は所定濃度まで上昇する。 この操作を繰り返せばシリコ ンを連続して得ることができる。 In the present invention, the metal and silicon used for the reduction are in a molten state, or the metal and silicon. In addition to the above method, the temperature of the system can be reduced by lowering the temperature of the system below the reaction temperature or cooling a specific part of the reactor. Silicon deposits corresponding to the lowered amount are obtained. If a metal having the same weight as the deposited silicon is added and the temperature is raised to the reaction temperature, and then chlorosilane is added, the silicon concentration rises to a predetermined concentration. If this operation is repeated, silicon can be obtained continuously.
得られたシリコンは、 通常、 キャスト法または電磁铸造法によって成形され、 インゴットが得られる。  The obtained silicon is usually formed by a casting method or an electromagnetic forging method to obtain an ingot.
基板の導電型は、 一般には p型であって、 ドーパントとしては、 例えばホウ素 の添加や、 アルミニウムを残存させることによって達成できる。  The conductivity type of the substrate is generally p-type, and can be achieved, for example, by adding boron or leaving aluminum as a dopant.
インゴットは、 通常、 内周刃切断等によりスライシングされた後、 遊離砥粒を 用いて両面がラッピングされ、 さらに、 ダメージ層を除去するために弗酸等のェ ツチング液に浸漬されて多結晶基板が得られる。  Ingots are usually sliced by cutting the inner peripheral edge, etc., then both sides are lapped with loose abrasive grains, and further immersed in an etching solution such as hydrofluoric acid to remove the damaged layer. Is obtained.
多結晶基板は、 表面での光反射損出を低減するため、 ダイシングマシンを用い て機械的に V溝が形成されたり、 又は反応性イオンエッチングや酸を用いた等方 性エッチングによりテクスチャー構造が形成される。  In order to reduce light reflection loss on the surface of a polycrystalline substrate, a V-groove is mechanically formed using a dicing machine, or a texture structure is formed by reactive ion etching or isotropic etching using acid. It is formed.
続いて、 受光面にリンや砒素等の n型ドーパントの拡散層を形成して、 p— n 接合部を得る。 さらに、 T i〇2等の酸化膜層を表面に形成した後に各面に電極を 付け、 反射による光エネルギーの損失を減らすための M g F 2等の反射防止膜を形 成して、 太陽電池セルを作製する。 Subsequently, a diffusion layer of an n-type dopant such as phosphorus or arsenic is formed on the light receiving surface to obtain a pn junction. Further, with the electrodes on each side of the oxide film layer, such as a T I_〇 2 after forming on the surface, it forms the shape of the anti-reflection film such as M g F 2 for reducing the loss of light energy due to reflection, solar A battery cell is produced.
上記において、 本発明の実施の形態について説明を行ったが、 上記に開示され た本発明の実施の形態は、 あくまで例示であって、 本発明の範囲はこれらの実施 の形態に限定されない。 本発明の範囲は、 特許請求の範囲によって示され、 さら に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むもので ある。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and also includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the terms of the claims. is there.
実施例  Example
以下実施例により本発明を説明する。 しかしながら、 本発明はこれに限定され るものではない。  The following examples illustrate the invention. However, the present invention is not limited to this.
実施例 1 Example 1
図 1に反応装置の概略を示す。  Figure 1 shows an outline of the reactor.
アルミニウム 5を入れたアルミナタンマン管 4 (ニツカト一製 SSA— S、 T 5 (内径 Φ 30) ) をアルミナ容器 3中に保持し、 縦型環状炉 1中に保持して、 1273K (アルミニウムの融点の 1. 36倍) で四塩化ケィ素ガス (S i C 14 /Arの混合ガス) 6を溶融アルミニウム中に導入して反応させた。 Alumina Tanman tube 4 (Nitsukato SSA—S, T 5 (inner diameter Φ 30)) containing aluminum 5 is held in alumina container 3 and held in vertical annular furnace 1, 1273K (melting point of aluminum tetrachloride Kei-containing gas (mixture gas of S i C 1 4 / Ar) 6 was reacted by introducing into the molten aluminum 1. 36x) of.
用いたアルミニウムは、 純度 99. 999重量% [不純物濃度 F e 0. 73 p pm、 S i 2. 7 ppm、 C u 1. 9 ppm、 Mg O. 45 ppm、 B 0. 0 5 ppm、 P 0. 27 p pm (グロ一放電質量分析 (GDMS分析) 結果によ る。 ) ] であり、 その重量は、 25 g (0. 93モル) 用いた。  The aluminum used has a purity of 99.999 wt% [impurity concentration Fe 0.73 ppm, Si 2. 7 ppm, Cu 1.9 ppm, Mg O. 45 ppm, B 0.05 ppm, P 0.27 p pm (according to the results of glow discharge mass spectrometry (GDMS analysis))), and its weight was 25 g (0.93 mol).
なお、 本発明において、 アルミニウムの純度とは、 100%から不純物の Fe 、 S i、 Cu、 Mgの合計重量%を差し引いたものである。  In the present invention, the purity of aluminum is obtained by subtracting the total weight% of impurities Fe, Si, Cu, and Mg from 100%.
四塩化ケィ素は、 トリケミカル研究所製の純度 99. 9999重量% (6 ) 品 [不純物濃度: F e 5. 2 ppb、 A 1 0. 8 ppb、 Cu 0. 9 pp b、 Mg 0. 8 p pb、 Na 2. 4ppb、 C a 5. 5 p p b (P、 B は l ppm未満) ] のものを用いた。  The tetrachlorosilane is manufactured by Trichemical Laboratories with a purity of 99.9999% by weight (6) [impurity concentration: Fe 5.2 ppb, A 1 0.8 ppb, Cu 0.9 9 pp b, Mg 0. 8 p pb, Na 2.4 ppb, Ca 5.5 ppb (P and B are less than l ppm)].
ガスパブリングを行うため、 ガス導入管 2 [ニツカトー製 SSA— S、 (外径 Φ 6、 内径 Φ4) ] の先端とタンマン管底部の距離は 5mmとした。  In order to perform gas publishing, the distance between the tip of the gas inlet tube 2 [Nichikato SSA-S, (outer diameter Φ 6, inner diameter Φ4)] and the bottom of the Tamman tube was 5 mm.
図 2にガス供給系を示す。  Figure 2 shows the gas supply system.
四塩化ケィ素の移送は、 アルゴンガス (ジャパンェアガシズ製 (純度 99· 9 995 %) を 0. IMP aで供給してキャリアガスとして行った。 その際、 四塩 化ケィ素 9を入れたステンレス鋼製容器は、 20°Cの恒温槽 10に保持した。 同 温度における四塩化ケィ素の蒸気圧は 193mmHgであることから、 同ガスの 濃度は 25. 4体積%である。 The transport of the tetrachlorobenzene is Argon gas (made by Japan AG) (purity 99 · 9 995%) was supplied as 0. IMP a and used as a carrier gas. At that time, the stainless steel container containing the tetrachloride cage 9 was held in a constant temperature bath 10 at 20 ° C. Since the vapor pressure of silicon tetrachloride at the same temperature is 193 mmHg, the concentration of the gas is 25.4% by volume.
四塩化ケィ素ガス容器中にはキャリアガス用調節弁 8を通じて、 キャリアガス として 240 SCCM (流量 24 OmLZm i n. 、 0°C、 101. 3 k P a) のアルゴンガスを流して、 蒸発して得られたガスはさらにアルゴンガスを希釈ガ ス用調節弁 7を通じて 200 SCCM流して希釈した。  Through the carrier gas control valve 8, 240 SCCM (flow rate: 24 OmLZm i n., 0 ° C, 101.3 kPa) of argon gas is allowed to flow into the tetrachlorosilane gas container and evaporate. The resulting gas was further diluted by flowing 200 SCCM of argon gas through the dilution gas control valve 7.
この結果、 反応炉に投入した四塩化ケィ素ガスの濃度は、 13. 9体積%とな る。 1分間当りの四塩化ケィ素の供給量は、 0. 431 gであり、 0. 0025 モルとなる。 従って、 クロロシランの供給モル数はアルミニウムのモル数に対し て、 0. 27 %となる。  As a result, the concentration of carbon tetrachloride gas charged into the reactor is 13.9% by volume. The amount of supply of tetrachlorosilane per minute is 0.431 g, which is 0.0025 mol. Therefore, the number of moles of chlorosilane supplied is 0.27% with respect to the number of moles of aluminum.
ガスを 16時間 30分流した後、 冷却して 14 gのサンプルを回収した。 サン プルを塩酸で溶解して、 サンプル中のシリコン重量を求めたところ 82重量%で あることがわかった。 投入したアルミニウムに対して得られたシリコンの重量は The gas was allowed to flow for 16 hours and 30 minutes, and then cooled to recover a 14 g sample. When the sample was dissolved in hydrochloric acid and the silicon weight in the sample was determined, it was found to be 82% by weight. The weight of silicon obtained for the input aluminum is
46%となる。 46%.
さらに、 溶解抽出したシリコンを G D M S分析により不純物濃度を測定したと ころ、 Fe 0. 88 ppm、 Cu 0. 41 ppm、 Mg 0. 3ppm、 B In addition, impurity concentration of dissolved and extracted silicon was measured by GDSMS analysis. Fe 0.88 ppm, Cu 0.41 ppm, Mg 0.3 ppm, B
0. 05 ppm、 P 0. 67 ppmであった。 It was 0.05 ppm and P 0.667 ppm.
得られたシリコンを一方向凝固することによりシリコン中に含まれる不純物元 素をさらに低減することができる。  Impurity elements contained in silicon can be further reduced by unidirectionally solidifying the obtained silicon.
このシリコンは太陽電池用の原料として好適と考えられる。 実施例 2 アルミニウムを入れたアルミナ保護管 (ニツカトー製 SSA— S、 No.9 (内径 Φ 16) ) をアルミナ容器中に保持し、 縦型環状炉中に保持して、 1273K (ァ ルミ二ゥムの融点の 1. 36倍) で四塩化ゲイ素ガスを溶融アルミニウム中に、 5時間導入して反応させた。 アルミニウムと四塩化ケィ素は実施例 1と同等のも のを使用した。 アルミニウムの重量は 12 g (0. 44モル) とした。 This silicon is considered suitable as a raw material for solar cells. Example 2 An alumina protective tube containing aluminum (SSA-S, No.9 (inner diameter Φ 16) manufactured by Nikato) is held in an alumina container and held in a vertical annular furnace, 1273K (the melting point of aluminum) 1.36 times the same), and tetrachloromethane gas was introduced into the molten aluminum for 5 hours to react. The same aluminum and tetrachlorosilane as in Example 1 were used. The weight of aluminum was 12 g (0.44 mol).
ガスバブリングを行うため、 ガス導入管 [ニツカトー製 SSA— S、 (外径 Φ 6、 内径 4) ] の先端とアルミナ保護管底部の距離は 5 mmとした。  In order to perform gas bubbling, the distance between the tip of the gas inlet pipe [Nichikato SSA-S, (outer diameter Φ 6, inner diameter 4)] and the bottom of the alumina protective tube was 5 mm.
四塩化ケィ素の移送は、 アルゴンガス (ジャパンェアガシズ製 (純度 99. 9 995 %) を 0. IMP aで供給してキャリアガスとして行った。  The transfer of silicon tetrachloride was carried out as a carrier gas by supplying argon gas (manufactured by Japan AG) (purity 99.9 995%) at 0. IMP a.
四塩化ケィ素ガス容器中にはキャリアガスとして 104SCCM (流量 104 mLZmi n. 、 0°C、 101. 3 k P a) のアルゴンガスを流して、 蒸発して 得られたガスを、 そのまま前記キャリアガスと共に反応炉へ導入した。 1分間当 りの四塩化ゲイ素の供給量は、 0. 595 gであり、 3. 5X 10—3 モルとなる 。 従って、 四塩化ゲイ素の供給モル数はアルミニウムのモル数に対して、 0. 8 %となる。  In the carbon tetrachloride gas container, 104SCCM (flow rate 104 mLZmin, 0 ° C, 101.3 kPa) of argon gas is allowed to flow as the carrier gas, and the gas obtained by evaporation is directly used as the carrier. It was introduced into the reactor along with the gas. The supply of silicon tetrachloride per minute is 0.595 g, which is 3.5X 10-3 moles. Therefore, the moles of silicon tetrachloride supplied is 0.8% of the moles of aluminum.
四塩化ケィ素を入れたステンレス鋼製容器は、 318 Kの恒温槽に保持してお り、 同温度における四塩化ケィ素の蒸気圧は 50 OmmHg (66. 6 kP a) であることから、 同ガスの濃度は 66体積%である。  The stainless steel container containing silicon tetrachloride is held in a thermostatic chamber of 318 K, and the vapor pressure of silicon tetrachloride at the same temperature is 50 OmmHg (66.6 kPa). The concentration of the gas is 66% by volume.
冷却して 8. 27 gのサンプルを回収した。 サンプルを塩酸で溶解して、 サン プル中のシリコン重量を求めたところ 61重量%であった。 従って、 投入したァ ルミニゥムに対して得られたシリコンの重量は 42 %となる。  Upon cooling, a 8.27 g sample was collected. The sample was dissolved in hydrochloric acid and the silicon weight in the sample was determined to be 61% by weight. Therefore, the weight of silicon obtained for the input albumin is 42%.
得られたシリコンを一方向凝固することによりシリコン中に含まれる不純物元 素をさらに低減することができる。 また、 所定量反応した後に温度を、 例えば 1 073Kまで冷却して特定の部位にシリコンを析出させて取り出し、 析出したシ リコンと同じ重量のアルミニウムを加えて、 1273 Kに保ちさらに四塩化ケィ 素を加えればシリコン濃度は 61 %まで上昇すると考えられる。 この操作を繰り 返せばシリコンを連続して得ることができる。 得られたシリコンは太陽電池用の 原料として好適と考えられる。 Impurity elements contained in silicon can be further reduced by unidirectionally solidifying the obtained silicon. In addition, after a predetermined amount of reaction, the temperature is cooled to, for example, 1073 K, and silicon is deposited and taken out at a specific site. If the same weight of aluminum as recon is added and kept at 1273 K, further addition of silicon tetrachloride will increase the silicon concentration to 61%. By repeating this operation, silicon can be obtained continuously. The obtained silicon is considered suitable as a raw material for solar cells.
実施例の結果を図 3に示す。 溶融金属の温度を、 該金属の絶対温度で表した融 点の 1. 03倍以上 1. 79倍未満で、 シリコンの融点未満に保持しながら、 毎 分当りのクロロシランの供給モル数が金属のモル数に対して、 1. 0パーセント 未満とすることでシリコンの収率は金属重量に対して 40重量%より大きくなる と考えられる。 比較例 1  The results of the example are shown in FIG. While maintaining the temperature of the molten metal at 1.03 times or more and less than 1.79 times the melting point represented by the absolute temperature of the metal and below the melting point of silicon, the supply moles of chlorosilane per minute By making it less than 1.0 percent with respect to the number of moles, the silicon yield is considered to be greater than 40% by weight with respect to the metal weight. Comparative Example 1
反応温度を 1673K (アルミニウムの融点の 1. 79倍) にした以外は、 実 施例 1と同様の実験を行った。  The same experiment as in Example 1 was performed, except that the reaction temperature was 1673 K (1.79 times the melting point of aluminum).
ガスを 16時間 30分流した後、 冷却してアルミナ容器を開放したが、 サンプ ルは消失して残存していなかった。 高温により、 二塩化ケィ素が発生した可能性 がある。 比較例 2  After flowing gas for 16 hours and 30 minutes, the alumina container was opened by cooling, but the sample disappeared and did not remain. High temperature may cause the formation of silicon dichloride. Comparative Example 2
反応温度を 683K (アルミニウムの融点の 1. 02倍) にした以外は、 実施 例 1と同様の実験を行つた。  The same experiment as in Example 1 was performed, except that the reaction temperature was 683 K (1.02 times the melting point of aluminum).
ガスを 16時間 30分流した後、 冷却して 24 gのサンプルを回収した。 サン プルを塩酸で溶解して、 サンプル中のシリコン重量%を求めたところ 0. 5重量 %であった。 比較例 3 The gas was allowed to flow for 16 hours and 30 minutes, and then cooled to recover a 24 g sample. The sample was dissolved in hydrochloric acid, and the silicon weight% in the sample was determined to be 0.5% by weight. Comparative Example 3
アルミニウムの重量は 6. 0 g (0. 22モル) とし、 四塩化ケィ素ガス容器 中にはキャリアガスとして 334 SCCM (流量 334mL/m i n. 、 0°C、 101. 3 kP a) のアルゴンガスを流して、 蒸発して得られたガスを、 そのま ま前記キャリアガスと共に反応炉へ導入した。 1分間当りの四塩化ゲイ素の供給 量は、 1. 912 gであり、 0. 011モルとなる。 従って、 四塩化ゲイ素の供 給モル数はアルミニウムのモル数に対して、 5%となる。 四塩化ゲイ素ガスを溶 融アルミニウム中に、 2時間導入して反応させた。 それ以外は実施例 2と同様に 検討を実施した。  The weight of aluminum is 6.0 g (0.22 mol), and argon is 334 SCCM (flow rate 334 mL / min, 0 ° C, 101.3 kPa) as the carrier gas in the tetrachlorosilane gas container. The gas obtained by flowing and evaporating the gas was introduced into the reactor together with the carrier gas. The supply amount of silicon tetrachloride per minute is 1.912 g, which is 0.011 mol. Therefore, the number of moles of silicon tetrachloride supplied is 5% of the number of moles of aluminum. Hydrogen tetrachloride gas was introduced into the molten aluminum for 2 hours to react. Other than that, the examination was performed in the same manner as in Example 2.
冷却して 3. 71 gのサンプルを回収した。 サンプルを塩酸で溶解して、 サン プル中のシリコン重量を求めたところ 50重量%であった。 従って、 投入したァ ルミニゥムに対して得られたシリコンの重量は 31 %となる。 比較例 4  Upon cooling, a 3.71 g sample was collected. The sample was dissolved in hydrochloric acid and the silicon weight in the sample was determined to be 50% by weight. Therefore, the weight of silicon obtained for the input albumin is 31%. Comparative Example 4
アルミニウムの重量は 6. 0 g (0. 22モル) とし、 四塩化ケィ素ガス容器 中にはキャリアガスとして 174 S CCM (流量 174mLZm i n. 、 0°C、 101. 3 kP a) のアルゴンガスを流して、 蒸発して得られたガスを、 そのま ま前記キヤリァガスと共に反応炉へ導入した。 1分間当りの四塩化ケィ素の供給 量は、 0. 996 gであり、 5. 9Χ 10—3 モルとなる。 (四塩化ゲイ素の供給 モル数はアルミニウムのモル数に対して、 2. 7%となる。 ) 四塩化ケィ素ガス を溶融アルミニウム中に、 2時間導入して反応させた。 それ以外は実施例 2と同 様に検討を実施した。 The weight of aluminum is 6.0 g (0.22 mol), and argon is 174 S CCM (flow rate 174 mL Zm i n., 0 ° C, 101.3 kPa) as the carrier gas in the tetrachlorosilane gas container. The gas obtained by flowing and evaporating the gas was introduced into the reactor together with the carrier gas as it was. Supply amount tetrachloride Kei containing per minute is 0. 996 g, a 5. 9Χ 10- 3 moles. (The number of moles of silicon tetrachloride supplied is 2.7% of the number of moles of aluminum.) Carbon tetrachloride gas was introduced into molten aluminum for 2 hours to react. Other than that, the examination was performed in the same manner as in Example 2.
冷却して 4. 14 gのサンプルを回収した。 サンプルを塩酸で溶解して、 サン プル中のシリコン重量を求めたところ 49重量%であった。 従って、 投入したァ 産業上の利用可能性 On cooling, a 4.14 g sample was collected. The sample was dissolved in hydrochloric acid and the silicon weight in the sample was determined to be 49% by weight. Therefore, Industrial applicability
本発明の製造方法によれば、 高い収率で多結晶シリコンを製造することができ る。  According to the production method of the present invention, polycrystalline silicon can be produced with high yield.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 金属の塩化物の生成自由エネルギーがシリコンより低く、 かつ金属の融点も シリコンより低い金属と、 下式 (1 ) 1. A metal chloride has a lower free energy of formation than silicon and a metal melting point lower than that of silicon.
S i HnC l 4.n ( 1 ) S i H n C l 4. N (1)
(式中、 ηは 0〜3の整数を示す。 )  (In the formula, η represents an integer of 0 to 3.)
で示される気体のクロロシランとを反応させることによってシリコンを製造 する方法であって、 気体のクロロシランを溶融金属中に吹き込む際に、 該溶 融金属の温度を、 該金属の絶対温度で表した融点の 1 . 0 3倍以上1 . 7 9 倍未満であり、 シリコンの融点未満に保持し、 かつ毎分当りのクロロシラン の供給モル数を金属のモル数に対して、 1 . 0パーセント未満とする多結晶 シリコンの製造方法。  A method for producing silicon by reacting with a gaseous chlorosilane represented by the above, wherein when the gaseous chlorosilane is blown into the molten metal, the melting point of the temperature of the molten metal is expressed by the absolute temperature of the metal. 1.0 3 times or more and less than 1.7 9 times, and kept below the melting point of silicon, and the number of moles of chlorosilane supplied per minute is less than 1.0 percent of the number of moles of metal. A method for producing polycrystalline silicon.
2 . 工程 (i) 、 (i i) を含む多結晶シリコンの製造方法、  2. a process for producing polycrystalline silicon comprising steps (i) and (i i),
(0 金属の塩化物の生成自由エネルギーがシリコンより低く、 かつ金属の融 点もシリコンより低い金属と、 前記式 (1 ) で示される気体のクロロシラン とを反応させシリコンを得る工程、  (0 The step of obtaining silicon by reacting a metal having a free energy of formation of metal chloride lower than that of silicon and having a metal melting point lower than that of silicon with gaseous chlorosilane represented by the above formula (1),
(i i) 得られたシリコンを方向凝固する工程、  (i i) a step of directionally solidifying the obtained silicon,
工程(i)において、 気体のクロロシランを溶融金属中に吹き込む際に、 該溶融 金属の温度を該金属の絶対温度で表した融点の 1 . 0 3倍以上 1 . 7 9倍未 満であり、 シリコンの融点未満に保持し、 かつ毎分当りのクロロシランの供 給モル数を金属のモル数に対して 1 . 0パーセント未満とする。  In step (i), when gaseous chlorosilane is blown into the molten metal, the temperature of the molten metal is not less than 1.03 times and less than 1.79 times the melting point of the metal expressed in absolute temperature, Keep the temperature below the melting point of silicon and supply less than 1.0 percent moles of chlorosilane per minute with respect to the number of moles of metal.
3 . 金属中に吹き込むガスは、 クロロシラン単独またはクロロシランと不活性ガ スとの混合ガスである前記 〔1〕 または 〔2〕 記載の方法。  3. The method according to [1] or [2], wherein the gas blown into the metal is chlorosilane alone or a mixed gas of chlorosilane and inert gas.
4. 金属中に吹き込むガス中のクロロシランの濃度が 1 0体積%以上である前記 〔3〕 記載の方法。 4. The concentration of chlorosilane in the gas blown into the metal is 10% by volume or more [3] The method described.
5 . 金属がカリウム、 セシウム、 ルビジウム、 ストロンチウム、 リチウム、 ナト リウム、 マグネシウム、 アルミニウム、 亜鉛及びマンガンからなる群より選 ばれる少なくとも 1種である前記 〔1〕 〜 〔4〕 のいずれかに記載の方法。 5. The method according to any one of [1] to [4], wherein the metal is at least one selected from the group consisting of potassium, cesium, rubidium, strontium, lithium, sodium, magnesium, aluminum, zinc and manganese. .
6 . 金属がアルミニウムである前記 〔1〕 〜 〔5〕 のいずれかに記載の方法。6. The method according to any one of [1] to [5] above, wherein the metal is aluminum.
7 . クロロシランが四塩化ケィ素、 トリクロロシラン、 ジクロロシラン及びモノ クロロシランからなる群より選ばれる少なくとも 1種である前記 〔1〕 〜 〔 6〕 のいずれかに記載の方法。 7. The method according to any one of [1] to [6], wherein the chlorosilane is at least one selected from the group consisting of silicon tetrachloride, trichlorosilane, dichlorosilane, and monochlorosilane.
8 . クロロシランと金属に含まれるボロンとリンがそれぞれ 1 p p m未満である 前記 〔1〕 〜 〔7〕 のいずれかに記載の方法。  8. The method according to any one of [1] to [7], wherein boron and phosphorus contained in chlorosilane and metal are each less than 1 ppm.
9 . 前記 〔1〕 〜 〔8〕 のいずれかに記載の方法により得られた多結晶シリコン を含む太陽電池。  9. A solar cell containing polycrystalline silicon obtained by the method according to any one of [1] to [8].
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