WO2008152742A1 - Method and apparatus for recycling semiconductor material, and method and apparatus for manufacturing solar battery - Google Patents

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WO2008152742A1
WO2008152742A1 PCT/JP2007/062467 JP2007062467W WO2008152742A1 WO 2008152742 A1 WO2008152742 A1 WO 2008152742A1 JP 2007062467 W JP2007062467 W JP 2007062467W WO 2008152742 A1 WO2008152742 A1 WO 2008152742A1
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semiconductor material
silicon
phosphorus
solar cell
semiconductor
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PCT/JP2007/062467
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Inventor
Mineo Ikematsu
Kazuhiro Kaneda
Daizo Takaoka
Original Assignee
Sanyo Electric Co., Ltd.
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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
    • C01B33/037Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor material recycling method and a recycling apparatus, and more particularly to a semiconductor material that can be reused by removing or inactivating boron or phosphorus light elements from the semiconductor material.
  • the present invention further relates to a solar cell manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing a solar cell by removing these light metals from a semiconductor material.
  • solar cells made of semiconductor materials such as silicon are currently out of the standard that are generated by the semiconductor industry that manufactures LSI (Large Scale Integration). Manufactured using silicon wafers as raw materials.
  • the power generation method using solar cells is superior to other power generation methods such as thermal power generation from the viewpoint of environmental protection, so the demand for solar cells increases at a rate of several tens of percent or more per year. ing. Therefore, the above-mentioned method using non-standard products generated from the semiconductor industry has a limit on the amount of non-standard products generated, so it is difficult to meet the increasing demand for solar cells.
  • the purity required for silicon as a material for solar cells is significantly lower than that for silicon for semiconductors. Specifically, the purity required for silicon for solar cells is 7 N (9 9. 9 9 9 9 9%), and the purity required for silicon for semiconductors is 1 1 N (9 9. 9 9 9 9 9 9 9 9%) (common name: Eleven Nine). And the energy consumed to purify 1 N silicon is greater than the energy consumed to purify 7 N silicon. For this reason, manufacturing solar cells from silicon for semiconductors with higher purity than necessary is problematic from the viewpoint of environmental protection because of the large energy loss.
  • a method for refining silicon for solar cells there is a method using silicon waste generated from a dicing process of a semiconductor manufacturing process.
  • impurities contained in silicon waste Things need to be removed.
  • a method of removing impurities contained in silicon scrap there is a method of removing phosphorus contained in a silicon melting process by a beam and removing boron in a plasma melting process. According to this method, phosphorus and boron contained in silicon waste can be removed, and a silicon material for solar cells having a purity usable for solar cells can be obtained. Disclosure of the invention
  • the above-described method for refining silicon for solar cells has a problem in that the cost required for removing phosphorus and the like is high. Specifically, in the above-mentioned method of performing beam irradiation and plasma melting, a cost of about 2300 yen Z kg is required to obtain silicon for solar cells having a purity that can be regenerated as a solar cell. . On the other hand, as of FY 2005, the price of commercially available silicon materials (pigment materials) is 4 0 0 0-6 0 0 0 yen Z kg. Therefore, as of 2005, the solar cell silicon regenerated by the above-described method is superior in terms of cost for the virgin material.
  • the price of the purgin material fluctuates depending on the balance between supply and demand, the price of the purgin material is cheaper than the cost of generating silicon for semiconductors (2300 yen / kg).
  • the price of the pearline material was about 200,000 yen kg, so in this case, the method for producing silicon for solar cells described above is disadvantageous in terms of cost.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor material recycling method, a semiconductor material recycling device, a solar cell manufacturing method, and a solar cell manufacturing device that can be realized at a lower cost.
  • the method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material in which phosphorus is removed from the collected semiconductor material, and the phosphorus is moved to the surface of the semiconductor material by heating the semiconductor material. A heating step; and a separation step of separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material.
  • the method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material in which boron contained in the recovered semiconductor material is deactivated. A deactivation step of deactivating the boron.
  • the method for producing a solar cell according to the present invention is a method for producing a solar cell in which a collected semiconductor material is reused as a solar cell, and the phosphorus moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is extracted from the semiconductor material. It is characterized by comprising a removing step of separating or an inactivating step of inactivating boron contained in the semiconductor material.
  • the semiconductor material recycling apparatus of the present invention is a semiconductor material recycling apparatus that removes phosphorus from the recovered semiconductor material, and moves the phosphorus to the surface of the semiconductor material by heating the semiconductor material.
  • the semiconductor material regeneration device of the present invention is a semiconductor material regeneration device that inactivates boron contained in a semiconductor material, wherein the semiconductor material is heated and the poron is deactivated by a thermal donor. It is characterized by comprising an inactivating device.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the present invention is a solar cell manufacturing apparatus that reuses the collected semiconductor material as a solar cell.
  • the phosphorus that has moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is extracted from the semiconductor material. It is characterized by comprising a removing device for separating or an inactivating device for inactivating boron contained in the semiconductor material.
  • the method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material by removing impurities from the collected semiconductor material and reusing the collected semiconductor material, and an assembly process for collecting the semiconductor material to form an aggregate; An impurity removing step of removing the impurities contained in the material in an aggregated state.
  • a semiconductor material recycling apparatus is a semiconductor material recycling apparatus that removes impurities from a collected semiconductor material and reuses the semiconductor material, and collects the semiconductor materials to form an aggregate; And an impurity removing device for removing the impurities contained in the semiconductor material in an aggregated state.
  • the method for producing a solar cell of the present invention is a method for producing a solar cell in which a collected semiconductor material is reused as a solar cell, and an assembly step of assembling the semiconductor material to form an assembly, An impurity removing step of removing the impurities contained in the material in a body state.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the present invention is a solar cell manufacturing apparatus that reuses the collected semiconductor material as a solar cell, and an assembly device that aggregates the semiconductor materials to form an aggregate; And an impurity removing device for removing the impurities contained in the semiconductor material in a body state.
  • FIG. 1 is a diagram showing a method for regenerating a semiconductor silicon material according to the present invention.
  • (A) — (C) is a flow chart, and FIG. 2 is a method for regenerating a semiconductor silicon material according to the present invention.
  • (A) is a conceptual diagram showing gettering
  • (B) is a conceptual diagram showing a thermal donor
  • FIG. 3 is a diagram of a solar to which the method for regenerating a semiconductor silicon material of the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a solar cell to which the method for regenerating semiconductor silicon material of the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the method for manufacturing the battery.
  • FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor material recycling apparatus
  • (A) — (C) is a block diagram
  • FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor material recycling apparatus of the present invention
  • (A) is a block diagram.
  • (B) is a sectional view
  • (C) is a schematic diagram
  • FIG. FIG. 8 is a sectional view showing a thermal donor device included in a material recycling apparatus
  • FIG. 8 is a sectional view showing a plasma removing apparatus included in a semiconductor material recycling apparatus of the present invention
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a heated phosphorus removing device included in a semiconductor material recycling apparatus.
  • FIG. 10 (A) is a flowchart showing a semiconductor material recycling method of the present invention
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a silicon scrap collecting device included in the semiconductor material recycling apparatus of the present invention.
  • FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a separation device included in a semiconductor material regeneration device of the present invention, and FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a flowchart showing a first method, a second method, and a third method for regenerating semiconductor silicon materials. In each method, contained in semiconductor scrap The combination of methods for treating phosphorous and boron is different.
  • the first method for regenerating semiconductor silicon material is to collect silicon waste (used semiconductor silicon material) S 1 1 and from the recovered silicon waste.
  • Step S 1 2 to perform gettering to remove phosphorus
  • Step S 1 3 to inactivate boron contained in silicon waste
  • silicon waste from which impurities are removed or inactivated Etc. and step S 14 is reused. Details of each of these steps are described in detail below.
  • step S 11 silicon waste generated from the semiconductor manufacturing process is collected.
  • silicon scrap for example, the process of cutting off both ends of the silicon ingot, the process of grinding the periphery so that the silicon ingot has a predetermined diameter, the process of slicing the silicon ingot to obtain a silicon wafer, and the silicon wafer thinning Therefore, it occurs in the process of pack grinding the back side.
  • the machining is performed while spraying water such as cooling water onto the silicon ingot. Therefore, silicon waste is included in the wastewater generated from these processes.
  • the silicon waste is dehydrated using a filter press, and further silicon waste is removed using a drying furnace or the like. It is dried.
  • silicon scrap having a relatively high purity of about 90% or more can be obtained.
  • this purity is not sufficient for solar cell silicon that requires a purity of 99.999.99% (7N).
  • silicon wafers include P-type substrates into which boron (B) is introduced and N-type substrates into which phosphorus (P) is introduced.
  • the above-mentioned silicon waste is P-type silicon waste.
  • N-type silicon waste are mixed. For these reasons, it is necessary to remove impurities mixed in silicon scrap in order to reuse silicon scrap.
  • the phosphorus contained in the silicon waste is removed and the boron is inactivated in the following steps S12 and S13.
  • Silicon scrap also contains heavy metals such as aluminum (A l), iron (F e :), and calcium (C a) in addition to light elements such as phosphorus and pollon.
  • these heavy metals have a small solid-liquid distribution coefficient of heavy metals. Is removed by unidirectional coagulation purification. This unidirectional solidification purification is a relatively inexpensive and simple process.
  • step S 12 phosphorus contained in the silicon scrap is removed by gettering. Specifically, the silicon waste is heated to about 100 ° C. or more to move phosphorus to the surface of the silicon waste, and then the phosphorus is removed from the silicon waste. Details of this step will be described later with reference to FIG. 2 (A).
  • step S 1 3 silicon scrap is heated at a constant temperature to generate a thermal donor and inactivate boron contained in the silicon scrap.
  • a thermal donor is a phenomenon in which a plurality of oxygen atoms contained in silicon gather to emit electrons and become a donor, and is sometimes referred to as an oxygen donor.
  • the resistivity of the semiconductor changes from a desired value, so it is understood that the thermal donor is an undesirable phenomenon.
  • this thermal donor is actively used to inactivate boron contained in the silicon waste and remove it in a pseudo manner. Details of the thermal donor will be described later with reference to Fig. 2 (B).
  • step S 14 the silicon waste from which phosphorus has been removed and boron has been inactivated by the above steps is reused.
  • silicon scraps can be used as solar cells.
  • the purity of silicon waste is further increased, it can be used as a semiconductor silicon that is a material such as LSI. Also, silicon scrap can be used as a deoxidizer that is put into the furnace together with iron ore when steel is refined.
  • any one of the above-described steps S12 and S13 may be deleted from the above-described method for regenerating the semiconductor silicon material.
  • boron is deactivated only in step S 1 3 in which thermal donor is performed without performing step S 12 in which gettering for removing phosphorus is performed, and N-type silicon waste containing phosphorus is removed. You may get.
  • the step S 1 2 for removing phosphorus by gettering is performed, and the step S 1 3 for inactivating boron is not performed. P-type silicon scraps containing may be obtained.
  • the second method shown in this figure includes a step S 1 1 for collecting silicon waste, a step S 1 2 for removing phosphorus contained in silicon waste by gettering, and boron contained in silicon waste by an oxidation process. Step S 15 is removed, and Step S 14 is used to reuse silicon scrap. That is, in the first method described above, boron is inactivated by the step S 1 3 in which thermal donor is performed. In the second method, however, the oxidation step is performed instead of step S 1 3. The boron is substantially removed.
  • the other steps of the second method are the same as the first method described above.
  • step S 15 the silicon scrap from which phosphorus has been removed in step S 12 is melted to form molten silicon. Then, water vapor is sprayed on the surface of the molten silicon to combine boron and oxygen to form boron oxide, and then the boron oxide is removed. In this process, carbon contained in silicon scrap is also removed in the form of carbon dioxide.
  • step S 1 1 for recovering silicon waste
  • step S 16 for removing phosphorus contained in silicon waste by the evaporation process
  • silicon waste due to thermal donors for removing phosphorus contained in silicon waste by the evaporation process
  • step S 1 3 for inactivating boron
  • Step S 14 for reusing silicon waste are provided. That is, in the first method described above, phosphorus is removed in step S12 for performing gettering, but in this third method, step S16 for performing an evaporation step instead of step S12 is provided. is doing.
  • the other steps of the third method are the same as the first method described above.
  • step S 1 6 first, the silicon scrap collected in step S 11 is dried. So After that, the silicon scrap is kept in a reduced pressure atmosphere or vacuum atmosphere of about 10 Pa to 0.001 Pa in an inert gas atmosphere such as argon. Then, the phosphorus contained in the silicon waste is removed by evaporation. Phosphorus is an easily-evaporable component that easily evaporates as compared with other impurities, and is thus removed by evaporation in this step. After phosphorus is removed from the silicon waste, after performing step S 1 3 to perform thermal donors that deactivate boron contained in the silicon waste, silicon waste is removed from the solar cells, etc. in step S 1 4 As reused.
  • a pseudo intrinsic semiconductor in which phosphorus is removed and boron is inactivated can be obtained. That is, the silicon material for semiconductors obtained as a result of the treatment is the same as in the first method described above.
  • silicon scrap is used as an example of the semiconductor material.
  • this embodiment can also be applied to the regeneration of other semiconductor materials (for example, germanium (G e)). The same applies to other embodiments described later.
  • FIG. 2 (A) is a conceptual diagram for explaining the details of gettering for removing phosphorus
  • FIG. 2 (B) is a conceptual diagram for explaining the details of a thermal donor for inactivating boron.
  • the gettering is a process in which phosphorus 12 contained in the silicon scrap 10 is moved to the surface and trapped in the oxide film layer by heat treatment. Further, the phosphorus 12 moved to the surface of the silicon waste 10 is removed from the silicon waste 10 together with the oxide film by chemical or physical treatment. In this figure, phosphorus 12 is indicated by a black circle.
  • this step first, when the particle size of the silicon waste 10 is large, pulverization is performed to reduce the particle size of the silicon waste 10.
  • the phosphorus 12 contained in the silicon waste 10 is moved to the surface by heat treatment, and therefore, the treatment becomes easier when the particle size of the silicon waste 10 is smaller.
  • the particle size of silicon waste 10 ⁇ is as large as several millimeters, the particle size is reduced by dusting treatment.
  • the particle size of silicon scrap 10 is about several hundred ⁇ ⁇ or less The pulverization process is unnecessary.
  • the particle size of silicon scrap 10 for example, if the average value (average particle diameter: arithmetic average diameter) of silicon scrap 10 is about 1.2 ⁇ m, the above gettering is preferably used. It can be carried out. Furthermore, with this average particle size, formation of an aggregate by a cold press described later can be suitably performed.
  • the silicon waste 10 is heated at a high temperature of about 100 ° C. or more for several tens of minutes, so that the phosphorus 1 2 contained in the silicon waste 10 is Move to the surface.
  • Lin 1 2 is a substance with higher mobility than boron. Therefore, when the silicon waste 10 is heated to a high temperature, the contained phosphorus moves to the surface (grain boundary) of the silicon waste 10.
  • the surface of the silicon scrap 10 is oxidized by oxygen in the atmosphere by the heat treatment, it is covered with the oxide film (Sio 2 ) 11. Accordingly, the phosphorus 12 contained in the silicon scrap 10 moves to the inside of the oxide film 11.
  • phosphorus 12 is located at the interface between silicon scrap 10 and oxide film 11 (or near the surface of silicon scrap 10).
  • boron contained in silicon scrap 10 has a low diffusion coefficient, and therefore hardly moves by heating in this step. Note that this heating process is not heated until the silicon scrap 10 is melted. Therefore, in comparison with a well-known impurity removing method that melts the silicon scrap 10 to remove impurities such as phosphorus, The thermal energy required for removal can be reduced. The same applies to the removal of boron from the silicon scrap 10.
  • oxide film 11 and phosphorus 12 are removed from the silicon scrap 10.
  • phosphorus 12 is located inside oxide film 11 1 or at the interface between oxide film 11 1 and silicon scrap 10, so that oxide film 11 1 is removed from silicon scrap 10. So phosphorus 1 and 2 are also removed.
  • the silicon scrap 10 that has undergone the above heating process is immersed in an aqueous solution of hydrofluoric acid (HF), and the surrounding oxide film 11 is removed together with the phosphorus 12.
  • HF hydrofluoric acid
  • the oxide film 11 is melted by hydrofluoric acid, but the silicon scrap 10 basically does not react with hydrofluoric acid. Therefore, silicon scrap 10 from which phosphorus 12 has been removed is obtained by the etching process.
  • silicon waste 10 is washed, solid-liquid separation treatment, dehydration treatment, A drying process etc. may be required.
  • phosphorus 12 is removed together with the oxide film 1 1 by grinding the oxide film 11 covering the silicon scrap 10 entirely.
  • the cost for removing phosphorus by the gettering is about 3500 yen Z kg, which is lower than the cost for the background technology using the laser (5500 yen / kg). Therefore, the phosphorus removal method based on the gettering of this embodiment is cost-effective.
  • thermal donor process for inactivating boron 13 contained in silicon scrap 10 will be described.
  • the thermal donor is performed on the silicon waste 10 from which the phosphorus has been removed by the gettering described above.
  • thermal donors are generated by heating silicon scraps 10 continuously for about 1 hour, for example, in a temperature range of 300 ° C. to 500 ° C. (especially 45 ° C.). In this way, boron 13 contained in the silicon waste 10 is inactivated.
  • the details of the thermal donor are as follows.
  • oxygen atoms of l O is Z cm 3 are present as impurities.
  • This oxygen atom normally does not supply a carrier such as an electron or a hole alone, but when subjected to a heat treatment within the above temperature range, a plurality of oxygen atoms gather and emit electrons to form a donor. .
  • 1 0 1 6 / c m 3 extent of oxygen donors are generated.
  • This oxygen donor inactivates the boron 13 inside the silicon waste 10, increases the resistivity of the silicon waste 10, and simulates the state in which the boron 13 is removed. Has been produced.
  • thermal donors are an undesirable phenomenon in normal semiconductor manufacturing processes. The reason is that when a thermal donor occurs, the resistance value of the semiconductor converted to P-type or N-type changes. In this embodiment, this thermal donor is actively used to inactivate boron, which is difficult to remove by a physical method or a chemical method, and is pseudo-removed from the silicon waste 10.
  • a solar cell manufacturing method will be described as an application example of the above-described silicon waste recycling method. That is, in this embodiment, solar cells are manufactured after removing silicon, inactivating boron, or both from silicon waste generated in the semiconductor manufacturing process.
  • the solar cell manufacturing method of this embodiment includes a first manufacturing method for manufacturing a solar cell after manufacturing a P-type semiconductor substrate, and a second manufacturing method for manufacturing a solar cell after manufacturing an N-type semiconductor substrate. There is a manufacturing method.
  • the first manufacturing method will be described with reference to FIG. 3, and the second manufacturing method will be described with reference to FIG.
  • the first manufacturing method will be described with reference to FIG.
  • a P-type semiconductor substrate in which boron remains is manufactured, and a solar cell is manufactured from this P-type semiconductor substrate.
  • the manufacturing process of the polycrystalline solar cell is described below.
  • the flowchart shown in FIG. 3 can be broadly divided into a process for removing impurities such as phosphorus (step S 3 1 and step S 3 2) contained in the recovered silicon waste, and melting the silicon material. It consists of a process (Step S 3 3) and a process for manufacturing a solar cell (Step S 3 4 to Step S 4 2). Each of these steps is described in detail below.
  • step S 30 silicon waste generated from the process of manufacturing a semiconductor such as L S I is collected.
  • the details are the same as step S 1 1 described with reference to FIG.
  • the recovered silicon waste contains silicon waste introduced with boron and silicon waste introduced with phosphorus.
  • step S 3 heavy metals such as copper contained in the silicon waste are removed by performing unidirectional solidification.
  • step S 3 phosphorus contained in the silicon waste is removed.
  • the gettering described in detail with reference to FIG. 2 (A) and the evaporation process described with reference to FIG. 1 (C) can be employed.
  • gettering can remove phosphorus contained in silicon scrap at low cost.
  • a step of fragmenting silicon scraps may be performed before performing step S 3 2.
  • the effect of removing phosphorus by gettering can be improved.
  • the silicon scrap that has undergone this process is a P-type semiconductor silicon material containing boron.
  • the silicon scrap that has undergone this process is a P-type semiconductor silicon material containing boron.
  • the silicon scrap is melted to produce a silicon ingot of a predetermined size.
  • silicon scraps are melted at a temperature of 100 ° C. and fabricated in a vertical shape.
  • the silicon crystal is melted in a melting furnace at a temperature of about 150 ° C., and then the single crystal is pulled.
  • a solar cell film having a thickness of about 500 nm is obtained by a chemical method using silane gas at a temperature of about 300 ° C. It is formed on the main surface of a substrate made of glass.
  • step S 3 4 the silicon ingot is sliced to obtain a semiconductor wafer 20.
  • a method of slicing a silicon ingot there is a cutting method using a multi-wire saw.
  • the wafer 20 obtained in this step is a P-type semiconductor wafer containing boron, and its thickness is, for example, about 200 / m.
  • step S 35 the surface of the wafer 20 is chemically etched to form unevenness (texture).
  • This texture is formed by utilizing the difference in etching rate depending on the crystal orientation of silicon.
  • step S 36 a PN junction is formed on wafer 20.
  • wafer 20 is a P-type semiconductor containing boron
  • phosphorus is used to form a PN junction.
  • the wafer 20 is heated at a temperature of about 85 ° C. for about 30 minutes. Further, the periphery of the wafer 20 is converted into N type or N + type into which phosphorus is introduced.
  • step S 37 the protective film 21 is formed on the surface of the wafer 20.
  • the protective layer 2 1 is made of T i 0 2, it is formed by atmospheric CVD.
  • the protective film 21 also functions as an antireflection film.
  • step S 3 8 the back surface of wafer 20 is etched. Specifically, the N layer other than the light-receiving surface is removed by chemical etching using KOH aqueous solution.
  • the back electrode 22 is formed on the back surface of the wafer 20.
  • the back electrode 22 is formed by screen-printing and baking Ag paste and A 1 paste on the back surface of the wafer 20.
  • screen printing the wafer 20 is heated at about 200 ° C. for about 1 minute.
  • baking the wafer 20 is heated at about 75 ° C. for about 1 minute.
  • step S 40 the light receiving surface electrode 23 is formed on the light receiving surface which is the surface of the wafer 20.
  • the formation method of the light receiving surface electrode 23 is the same as that of the back electrode 22 described above.
  • the protective film 21 is partially removed to form an opening, and then the light-receiving surface electrode 23 is formed in the opening.
  • step S41 the characteristics of the solar cell formed by the above process are measured and inspected using a solar simulator or the like. Only those that pass the inspection are transported to the module assembly process, and the solar cell is completed through the assembly process (step S42).
  • step S 46 for performing a thermal donor may be added.
  • Recovered silicon waste sometimes contains higher concentrations of boron than necessary. Therefore, the characteristics of the manufactured solar cell can be improved by partially inactivating boron with a thermal donor.
  • Partial thermal donors are achieved by adjusting the heating temperature, heating time, or both heating time and heating temperature. This adjustment may be, for example, lowering the heating temperature or shortening the heating time than the thermal donor described with reference to FIG. 2 (B).
  • Steps S 4 6 to perform a partial thermal donor, steps S 34 to S 40 Can be inserted between each step. That is, step S 46 only partially deactivates the polone, so this does not adversely affect the PN junction formed in step S 36. Therefore, step S 46 for performing a partial thermal donor may be performed before step S 36 6 for forming a PN junction, or may be performed after step S 36.
  • Step S 30 and Step S 31 after collecting the silicon waste, heavy metals such as copper are removed from the silicon waste by unidirectional solidification.
  • an aggregate in which a large number of silicon scraps are aggregated by press working may be formed without performing the directional solidification S31. Then, phosphorus removal in step S43 may be performed on this aggregate.
  • step S 4 3 the phosphorus is partially removed from the silicon waste.
  • all or most of the phosphorus contained in the silicon waste was removed by gettering in step S32, but all phosphorus was removed in this step. It is removed only partially.
  • This step is performed by adjusting the time, temperature, or both time and temperature during gettering. This adjustment means, for example, that the gettering process described with reference to FIG. 2 (A) also lowers the heating temperature during gettering or shortens the heating time.
  • step S 3 3 step S 3 4, and step S 3 5, after the ingot is fabricated, the ingot is sliced to produce wafer 20, and unevenness (texture) is formed on the surface of wafer 20. Form. Both phosphorous and boron are present in the wafer 20 obtained in step S 3 4.
  • Step S 4 4 for performing a thermal donor is performed between Step S 3 4 for processing a wafer and Step S 45 for forming an NP junction.
  • the reason for this is that after boron is implanted to form the NP junction, This is because if the thermal donor that inactivates most of the boron contained is performed, the entire wafer 20 becomes N-type, and the wafer 20 is no longer a solar cell.
  • the details of the thermal donor are the same as those in Fig. 2 (B).
  • step S 4 4 for carrying out the thermal donor needs to be carried out after the step S 3 3 for producing the ingot. This is because, in step S 33, silicon waste is heated and melted at a high temperature of, for example, 100 ° C. or higher. That is, if the thermal donor of step S44 is performed prior to step S33, the opening deactivated by the thermal donor is reactivated by the heating of step S33.
  • the wafer 20 that has undergone the thermal donor step S 44 is in an N-type containing phosphorus, in which boron contained therein is inactivated and pseudo-removed.
  • step S 45 an N P junction is formed on the wafer by diffusing boron into the wafer 20.
  • step S36 shown in Fig. 3 phosphorus was introduced, but here boron is introduced. Therefore, in the solar cell manufactured by this manufacturing method, both deactivated boron and active boron that has not been deactivated are mixed.
  • step S 37 a protective film 21 is formed in step S 37, and the back surface of the wafer 20 is etched in step S 38 to remove the P-type region except for the light receiving surface. Further, the back electrode 2 2 is formed in step S 39, the light receiving surface electrode 2 3 is formed in step S 40, the characteristic inspection in step S 4 1 is performed, and in step S 4 2 A solar cell is completed.
  • step S44 the deactivated boron may be activated again.
  • the deactivated boron may be activated again. Since the above-mentioned steps after step S45 are not accompanied by such conditions, the possibility that boron is activated again is eliminated.
  • either phosphorus or boron was removed from silicon scrap to produce a P-type or N-type wafer.
  • the method shown in FIG. When used, a wafer made of an intrinsic semiconductor from which both phosphorus and boron have been removed is produced. It is also possible to manufacture solar cells using a wafer made of this intrinsic semiconductor. Furthermore, this wafer can be used as a material for other semiconductor devices such as LSI. Fourth Embodiment: Configuration of Semiconductor Material Recycling Device>
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of each playback device
  • FIGS. 6 to 9 are diagrams showing details of each device included in the playback device.
  • a solar cell manufacturing apparatus Referring to FIG. 5 (A), this figure shows a silicon scrap collecting device 32, a regenerating device 30A, and a solar cell manufacturing device 42.
  • the regenerator 3 O A includes a phosphorus removal device 3 4 and a thermal donor device 40 (deactivation device). Then, by using silicon scraps in order from the device located on the upper side on the paper surface, the silicon scraps are regenerated and solar cells are manufactured.
  • the silicon scrap collecting device 32 is a device for realizing the method described with reference to the silicon collecting step S 30 in FIG.
  • a filtration device for concentrating waste water containing silicon waste, a filter press for dewatering this waste water, or the like can be used as the silicon waste recovery device 32.
  • the silicon scrap recovered by this equipment is a mixture of N-type silicon scrap with phosphorus introduced and P-type silicon scrap with boron introduced.
  • the regenerator 30 A is a device for removing or inactivating impurities contained in the collected silicon waste, and comprises a phosphorus removing device 34 and a thermal donor device 40.
  • the phosphorus removing device 3 4 is a device for removing phosphorus contained in silicon waste, and includes a gettering device 3 6 and a separating device 3 8.
  • the gettering device 36 is a device that performs a gettering process in which phosphorus contained in silicon scrap is moved to the surface of silicon scrap almost uniformly by heating silicon scrap.
  • the separation device 38 is a grinding device or an etching device, and separates the moved phosphorus from the silicon exhibition.
  • the thermal donor device 40 is a device that inactivates boron contained in silicon scraps by heating silicon scraps at a predetermined temperature and time, and removes boron in a pseudo manner.
  • the silicon waste regenerated by the regenerator 30 A is in a state in which the phosphorus is removed and boron is inactivated, and it has a pseudo-intrinsic physical property.
  • the regenerator 30A is configured by only the gettering device 36 or the thermal donor device 40. It is also possible Noh.
  • the solar cell manufacturing apparatus 42 is an apparatus that manufactures solar cells using the semiconductor material regenerated by the regenerating apparatus 30A.
  • the solar cell manufacturing apparatus 4 2 is configured by an apparatus for realizing the steps after step S 3 4 with reference to FIG. That is, an apparatus that cuts out the wafer 20 from the ingot (step S 3 4), an apparatus that forms a texture on the main surface of the wafer 20 (step S 3 5), and phosphorus that is formed on the wafer 20 to form a PN junction.
  • Step S 3 6 Device for forming the protective film 21 on the upper surface of the wafer 20 (Step S 3 7), Device for etching the back surface of the wafer (Step S 3 8), Back surface of the wafer 20
  • the solar cell manufacturing apparatus 4 2 is formed from the apparatus (step S 4 1) for inspecting
  • FIG. 5 (A) further, here, a combination of two or more of silicon waste recovery device 3 2, recycling device 3 OA and solar cell manufacturing device 4 2 is regarded as a solar cell manufacturing device. May be.
  • FIG. 5 (B) the configuration of another embodiment of the playback device 30 B will be described.
  • the configuration of the playback device 30B shown in this figure is basically the same as that of the playback device 30A described above.
  • the difference between the regenerator 30B and the regenerator 30A is that, in the regenerator 30A, the boron contained in the silicon debris was removed by the thermal donor device 40, whereas the regenerator 30 In 3 0 B, boron is removed by the plasma removal device 4 4.
  • Other configurations of the playback device 30B are the same as those of the playback device 30A.
  • FIG. 5 (B) shows a silicon waste collecting device 3 2, a regenerator 30 B, and a solar cell manufacturing device 4 2.
  • the reproduction apparatus 30B includes a line removal apparatus 3 4 and a plasma removal apparatus 44.
  • the phosphorus removal device 34 includes a gettering device 36 and a separation device 38.
  • the above-described plasma removing apparatus 44 is an apparatus that removes boron contained in silicon by irradiating the molten silicon with plasma.
  • boron was artificially removed by the thermal donor device 40, but in the regenerator 30B, boron was substantially removed from the silicon waste. Therefore, since the semiconductor silicon material regenerated by the regenerator 30 B having the above-described configuration has both phosphorus and boron removed, the regenerator 3 OA The purity is higher than the regenerated semiconductor silicon material.
  • the basic configuration of the playback device 30 C is the same as that of the playback device 3 O A described above.
  • the difference between the regenerator 30 A and the regenerator 30 C is that the regenerator 30 A was equipped with the phosphorus removal device 34, whereas the regenerative device 30 C was a hot phosphorus removal device 4. It is in that it has six. That is, in the reproduction apparatus 30 C, phosphorus contained in the silicon scrap is removed by irradiating the melted silicon scrap with a beam with an electron gun.
  • the regenerator 30 C shown in this figure includes a heated phosphorus removing device 46 and a thermal donor device 40.
  • the heated phosphorus removal device 46 removes phosphorus from silicon by irradiating a silicon melted under high vacuum with a beam using an electron gun.
  • boron is pseudo-removed by inactivating (thermal donor) boron contained in the silicon waste.
  • the semiconductor material regenerated by the regenerating apparatus 30 C is in a state where phosphorus is removed and boron is inactivated and pseudo-removed.
  • the regenerator 30 A can regenerate semiconductor waste at the lowest cost. The reason is that, in the regenerators 30 B and 30 C, the silicon scrap is melted in the regenerator 3 O A, but the silicon scrap is heated but not melted. In the regenerator 3 O A, it is not necessary to raise the temperature of the apparatus as the silicon melts, so that less heat energy is required and the silicon can be regenerated at a low cost.
  • FIG. 6 (A) is a schematic view of the phosphorus removing device 34
  • FIG. 6 (B) is a sectional view showing the structure of the gettering device 36
  • FIG. 6 (C) is a separation device 3 8. It is a conceptual diagram which shows the structure of.
  • the phosphorus removing device 3 4 for removing phosphorus from the silicon waste is a gettering device 3 6 for moving the phosphorus contained in the silicon waste toward the surface.
  • a separation device 38 for separating phosphorus that has moved to the surface of the silicon scrap from the silicon scrap More specifically, the surface of silicon waste is covered with silicon oxide (silicon compound) in the gettering device 36, and the silicon oxide is removed from the silicon waste together with phosphorus in the separation device 38. .
  • This silicon oxide may be generated in the heating process, or may be formed by the reaction of oxygen in the air and silicon waste before heating.
  • the 36 mainly includes a quartz tube 48, an introduction part 52, a discharge part 54, and a heater 50.
  • the quartz tube 48 is a housing made of quartz having excellent heat resistance, and a space for heating the silicon waste 62 is secured inside.
  • the introduction part 52 is provided on the right side wall of the quartz tube 48 and allows the inside and outside of the quartz tube 48 to communicate with each other.
  • the introduction part 52 is attached to the left side wall of the quartz tube 48 and allows the inside and outside of the quartz tube 48 to communicate with each other.
  • Gas 5 6 required for gettering is introduced from introduction section 52, and quartz tube is introduced from discharge section 54.
  • Gas 5 8 via 4 8 is discharged to the outside.
  • the heater 50 is provided in the quartz tube 48, and heats the atmosphere inside the quartz tube 48 to a predetermined temperature.
  • a resistance heater can be used as the heater 50.
  • the quartz port 60 is a container for containing silicon waste 62 made of quartz. Inside the quartz tube 48, for example, a temperature monitor 92 made of a thermocouple is installed. Here, instead of the quartz boat 60, a storage container made of alumina may be employed.
  • the quartz boat 60 is transported into the quartz tube 48.
  • an aggregate in which a large number of particulate silicon scraps 62 are gathered by pressing is placed on and stored in a quartz boat 60.
  • the heater 50 is energized to heat the atmosphere inside the quartz tube 48.
  • the gas 56 argon or nitrogen gas is adopted, and the gas is introduced at a pressure of 0.01 Torr or more and 7660 Torr or less.
  • the quartz tube Maintain the internal temperature of 4 8 at 90 ° C or higher and 1 200 ° C or lower. If this temperature is less than 900 ° C, the effect of gettering will be reduced, and if this temperature is 1 2 0 0 or more, the internal temperature will exceed the upper limit of the heat resistant temperature of the quartz tube 48, and the quartz tube will 4 8 may be destroyed.
  • heating at this temperature is continuously performed for 0.5 hour or more and 2 hours or less. If this time is less than 0.5 hours, gettering is insufficient and phosphorus may remain inside the silicon waste 62. On the other hand, if this time is longer than 2 hours, the time required for gettering becomes longer than necessary, which may reduce the efficiency of the regeneration work.
  • the quartz tube 48 is left until the internal atmosphere of the quartz tube 48 becomes about the room temperature, and the silicon scrap 62 is taken out together with the quartz boat 60.
  • Each of the silicon scraps 62 that have undergone the above process is in a state in which the contained phosphorus has been moved to the surface of the silicon scraps 62.
  • Separator 3 8 includes mesh basket 6 6 that is a container for storing silicon waste 62 that has undergone gettering treatment, tank 6 8 that stores hydrofluoric acid 70, and water that is pure water 7 4 Is mainly equipped with a tank 72.
  • the mesh basket 66 is suspended on the conveyor 64, so that it can move in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the tank 68 is made of, for example, Teflon or the like, and hydrofluoric acid 70 (hydrofluoric acid) is stored in the tank 68. Since hydrofluoric acid 70 is a highly corrosive chemical, tank 68 needs to be made of a material such as Teflon having excellent corrosion resistance.
  • the concentration of hydrofluoric acid is, for example, 5%.
  • the tank 7 2 is made of, for example, Teflon, and water 7 4, which is pure water, is stored therein.
  • the tank 7 2 is arranged at a later stage than the tank 6 8 in the path through which the conveyor 6 4 transports the mesh basket 6 6.
  • the water 74 stored in the tank 72 is used to perform a rinsing process for removing the hydrofluoric acid 70 impregnated in the silicon waste 62.
  • a plurality of tanks 72 may be arranged in the transport path of the conveyor 64.
  • a method for separating phosphorus from the surface of the silicon scrap 62 using the separating device 38 having the above-described configuration is as follows. First, the silicon scraps 62 that have undergone the gettering process described above are accommodated in the mesh cage 66.
  • the silicon scrap 62 is pressed, and for example, the shape thereof is a tablet shape having a diameter of several centimeters and a thickness of several centimeters. Accordingly, the conveyance of the silicon waste 62 is easy, and the mesh basket 66 may have a coarse stitch.
  • the mesh basket 6 6 exemplifies the silicon scrap 62 in the state of only one aggregate, but a large number of hundreds of silicon scraps 6 2 are accommodated in the mesh basket 6 6. May be.
  • the mesh basket 6 6 is suspended from the conveyor 64 via a metal cable or the like.
  • the mesh basket 66 containing the silicon scrap 62 is moved by the conveyor 64 and immersed in hydrofluoric acid 70 stored in the tank 68 for a certain period of time.
  • wet etching is performed to separate the phosphorus existing on the surface of the silicon waste 62 from the silicon waste 62. If a silicon compound is present on the surface of the silicon waste 62, this compound is also separated and removed together with the phosphorus.
  • the time for which silicon waste 62 is immersed in hydrofluoric acid 70 is, for example, not less than 0.5 minutes and not more than 10 minutes. If this time is less than 0.5 minutes, the etching process of the silicon waste 62 is insufficient, and there is a possibility that the phosphorus remains in the silicon waste 62. Further, if the time is longer than 10 minutes, the efficiency of this process may be deteriorated.
  • the conveyor 64 is driven to move the mesh basket 66 from the tank 68 to the tank 72.
  • the silicon waste 6 2 accommodated in the mesh basket 6 6 is immersed in the water 7 4 stored in the tank 7 2.
  • the hydrofluoric acid 70 impregnated in the silicon waste 62 in the solid state is removed, and phosphorus and compounds remaining on the surface of the silicon waste 62 are also separated.
  • This process is generally called a rinse process.
  • the number of times of this rinsing process is 3 times or more and 10 times or less, and the number of tanks 72 corresponding to this number of times may be prepared with water 74 stored. Furthermore, water 74 may be caused to flow inside the tank 72 in order to suitably perform the separation in this step.
  • thermal donor device 40 Next, the structure of the thermal donor device 40 and the inactivation using this device will be described with reference to FIG.
  • the schematic configuration of the thermal donor device 40 illustrated in this figure is the same as that of the gettering device 36 shown in FIG. 6 (B).
  • the thermal donor device 40 includes a quartz tube 76 and a heating heater for heating the quartz tube 76.
  • a method of using a thermal donor apparatus 40 to thermally treat silicon waste 86 is as follows. First, the silicon scrap 86 in an aggregated state is placed on top of the quartz port 88 and accommodated in the internal space of the quartz tube 76. Next, a gas 78 containing argon or nitrogen gas is introduced from the introduction unit 80 into the quartz tube 76 from the introduction unit 80. The pressure of the introduced gas 78 is, for example, not less than 0.01 Torr and not more than 760 Torr. As a result, the inside of the quartz tube 76 is filled with the gas 78. The introduced gas 7 8 is finally discharged to the outside from the discharge section 8 2.
  • the quartz tube 6 is heated by the heater 90.
  • the temperature inside the quartz tube 76 is monitored by a temperature monitor 94, and the heater 90 is controlled based on the output from the temperature monitor 94.
  • the temperature of the internal atmosphere of the quartz tube 76 (that is, the temperature at which the silicon scrap 86 is heated) is preferably from 300 ° C. to 500 ° C., for example, as a set value Is 45 ° C.
  • the internal temperature of the quartz tube 76 is less than 300 ° C., thermal donors are not generated and boron is not removed in a pseudo manner. If this temperature is higher than 500 ° C., the generated thermal donor is lost, and boron is not pseudo-removed.
  • the plasma removal apparatus 44 shown in this figure includes a quartz tube 9 6 having a space formed therein, an introduction part 10 0 for communicating the internal space of the stone tube 9 6 and the outside, and a quartz tube 9 6 Temperature monitor that measures the temperature of the exhaust section 1 0 2 that connects the interior space of the interior and the outside, the quartz boat 1 0 8 that contains the silicon waste 1 0 6 and the eaves of the stone tube 9 6 1 1 0 And a plasma torch 1 1 2 for generating plasma and a nozzle 1 1 4 for generating water vapor.
  • the configuration of the quartz tube 96, the introduction unit 100, and the discharge unit 1002 may be the same as the quartz tube 48, the introduction unit 52, and the discharge unit 54 described with reference to FIG. 6 (B). .
  • the quartz bottle 10 8 is a container made of a material having high heat resistance such as quartz, and contains silicon waste 10 6 in an aggregated state or a particle state. Further, since the silicon waste 10 6 is melted, the shape of the quartz port 10 8 is preferably a tank shape in which the molten liquid silicon waste 10 6 does not flow out to the outside.
  • the temperature monitor 110 is installed at or near the quartz boat 108 and is used to measure the temperature at this location.
  • a method of substantially removing boron contained in the silicon scrap 106 using the plasma removing apparatus 44 having such a configuration is as follows. First, the quartz boat 10 8 in which the silicon waste 106 is stored is stored in the quartz tube 96.
  • the quartz tube 96 is heated by a ripening heater (not shown) to melt the silicon scraps 106.
  • a ripening heater (not shown) to melt the silicon scraps 106.
  • the plasma removal device 44 that melts the silicon waste 106 and removes boron consumes a larger amount of thermal energy than the thermal donor device 40 that deactivates boron.
  • argon gas or nitrogen gas (gas 9 8) is introduced into the quartz tube 96 from the introduction part 100. Then, the gas filled in the quartz tube 96 is finally discharged to the outside as the gas 10 4 from the discharge unit 10 2.
  • boron is removed from the liquid silicon scraps 10 6 using the plasma torch 1 1 2 and the nozzle 1 1 4.
  • a plasma gas which is a gas containing plasma
  • a plasma gas is blown from the plasma torch 1 1 2 to the silicon scraps 1 0 6.
  • water vapor is blown to the silicon scraps 1 0 6 through the nozzles 1 1 4.
  • the plasma gas ejected from the plasma torch 1 1 2 and the water vapor ejected from the nozzle 1 1 4 reach the same location on the liquid surface of the molten silicon scrap 1 0 6.
  • hydrogen gas may be sprayed on the silicon scraps 10 6 simultaneously with the water vapor.
  • boron contained in the silicon waste 106 is removed in the form of boron oxide.
  • the heated phosphorus removal device 46 includes a pump 1 1 8, a discharge unit 1 24 drawn from the champ 1 1 8, and a pump connected to the internal space of the champ 1 1 8 via the discharge unit 1 24. 1 2 6 and an electron gun 1 1 6 for applying a beam to silicon scrap 1 20.
  • the silicon waste 1 2 0 stored in the quartz port 1 2 2 which is a storage container is stored inside the chamber 1 1 8.
  • the Champa 1 1 8 is a storage container made of metal such as SUS (Stainless Used Steel) so that it does not deform even when the inside is in a high vacuum state. Molded.
  • the pump 1 2 6 is, for example, a rotary pump and is connected to the champ 1 1 1 8 via the discharge section 1 24 and is used to reduce the internal space of the champ 1 1 8.
  • the Furthermore, the electron gun 1 1 6 has a function of converting electric energy supplied from a power source located outside the chamber 1 1 8 and generating an electron beam inside the chamber 1 1 8.
  • the method of removing the phosphorus using the heated phosphorus removing device 46 having such a configuration is as follows. First, the silicon waste 1 2 0 stored in the quartz boat 1 2 2 is stored in the internal space of the chamber 1 1 8.
  • the pump 1 2 6 is operated and the air located in the internal space of the champ 1 1 1 8 is sucked to make the inside of the champ 1 1 1 8 into a low pressure state.
  • the air pressure in the internal space of the champ 1 1 8 is set to l O Pa or less 0. O l Pa or more.
  • the silicon waste 120 is heated and melted.
  • silicon waste 120 is heated to about 1500 ° C. and melted.
  • the electron gun 1 1 6 is operated to irradiate the molten silicon scrap 1 20 with an electron beam. By performing this operation, phosphorus contained in the silicon waste 1 2 0 is removed by evaporation.
  • FIG. 10 (A) is a flowchart showing the reproducing method
  • FIG. 10 (B) is a block diagram showing the reproducing apparatus.
  • the recycling method of the present embodiment includes a step S 51 for collecting silicon waste, a step S 52 for forming an aggregate, a step S 53 for removing impurities, and a step for reusing silicon waste. S 5 4.
  • all of these steps can be regarded as a regeneration process, or only the step S 52 for forming an aggregate and the step S 53 for removing impurities can be regarded as a regeneration process.
  • step S 51 particulate silicon waste generated from the semiconductor manufacturing process is collected.
  • the details of this process are the same as the recovery step described above (for example, step S 30 shown in FIG. 4), and the silicon waste is removed by performing concentration treatment or dehydration treatment of waste water containing silicon waste. Collected.
  • step S 52 the silicon scrap collected in step S 51 is assembled to form an aggregate. Specifically, silicon waste is subdivided into a predetermined amount, and the divided silicon waste is pressed to form an aggregate. By this processing, for example, a cylindrical aggregate is formed. In this step, basically, by applying pressure to the particulate silicon waste, the silicon waste gathers to form a solid body. In other words, binders made from resin materials are not used. Therefore, a fine space is formed between the silicon scraps constituting the aggregate.
  • step S 53 a process for removing impurities (phosphorus and boron) contained in the silicon scrap is performed on the silicon scrap in the aggregated state. As this process, referring to each figure in FIG.
  • the gettering includes a gettering process in which phosphorus contained in silicon waste is moved to the surface by heat treatment, and a separation process in which phosphorus moved to the surface is separated from the silicon waste.
  • the thermal donor is a process of removing boron in a pseudo manner by inactivating boron contained in the silicon waste by heating the silicon waste at a predetermined temperature for a predetermined time.
  • the oxidation process is a process of substantially removing boron contained in the silicon scrap by spraying plasma gas and water vapor to the molten silicon scrap.
  • the evaporation step is a step of substantially removing the phosphorus contained in the silicon waste by irradiating the molten silicon waste with an electron beam.
  • the above-described impurities are removed from the silicon scrap in the aggregated state. Therefore, handling of silicon waste is improved and scattering of silicon waste is prevented.
  • step S54 it is also possible to employ the solar cell manufacturing method described above. Applying step S 52 to form the assembly to the solar cell manufacturing method facilitates the transport of silicon waste and consequently reduces the cost required for solar cell manufacturing. Can do.
  • this figure shows a silicon scrap collecting device 1 2 8, a regenerating device 1 3 2, and a solar cell manufacturing device 1 4 2.
  • all of these devices may be regarded as playback devices.
  • the playback device 1 3 2 may be regarded as a part of a device for manufacturing a solar cell.
  • the regenerator 1 3 2 includes a silicon scrap collecting device 1 3 0, a phosphorus removing device 1 3 4, and a thermal donor device 1 4 0.
  • the phosphorus removing device 1 3 4 includes a gettering device 1 3 6 and a separating device 1 3 8.
  • impurities contained in silicon waste are mainly phosphorus or boron. Therefore, the phosphorus removal device to remove phosphorus 1 3 4 and poron
  • the thermal donor device 1 4 0 that is inactivated and removed in a pseudo manner is an example of the impurity removal device 1 4 4.
  • the configuration of the playback device 1 3 2 may be changed. That is, instead of the phosphorus removing device 1 34 shown in FIG. 10 (B), the heated phosphorus removing device 46 shown in FIG. 5 (C) may be adopted. Further, instead of the thermal donor device 140 shown in FIG. 10 (B), the plasma removing device 44 shown in FIG. 5 (B) may be adopted. As a result, it is possible to remove silicon and boron from the silicon scrap and regenerate the silicon scrap to obtain an intrinsic semiconductor.
  • Silicon scrap collecting device 1 3 0 consists of punch 1 4 6, die 1 5 0, punch 1 4 8, pressurizing part 1 5 4, pressure gauge 1 5 6 and press rod 1 5 9 And the main.
  • the die 150 is made of a metal material such as iron and has a cylindrical space inside, and the size of this space corresponds to the shape of the formed aggregate.
  • the punch 1 46 is a steel rod having a size that can be inserted into the inner space of the die 1 5 0 without a gap, and is inserted into the internal space of the die 1 5 0 from above.
  • the punch 1 46 has the same shape as the punch 1 46 and is inserted into the internal space of the die 1 50 from below.
  • the pressurizing unit 1 5 4 is a part that pressurizes the table on which the punch 1 4 8 is placed from below to above, and employs driving means such as hydraulic pressure or a motor.
  • the pressure gauge 1 5 6 is a part indicating the pressure generated by the pressurizing unit, and an analog display method or a digital display method is adopted.
  • the pressure rod 1 5 9 is a portion that applies a driving force to the pressure portion 1 5 4.
  • a method for collecting silicon scraps 1 5 2 using the silicon scrap collecting apparatus 1 3 0 is as follows. First, after the die 1 5 0 is placed above the punch 1 4 8, the silicon scrap 1 5 2 is stored in the inner space of the die 1 5 0. The silicon scrap 15 2 may be granular or may be preliminarily molded into a solid state. Next, the punch 1 46 is inserted into the internal space of the die 1 5 0 from above. Further, the press rod 1 5 9 is operated to give a predetermined shrunk from the press unit 1 5 4 to the silicon waste 1 5 2 via the punch 1 4 8.
  • the pressure applied from the pressurizing unit 1 5 4 to the silicon scrap 1 5 2 is, for example, 2 OM P a or more and 3 0 OMP a or less.
  • the pressure is, for example, 2 OM P a or more and 3 0 OMP a or less.
  • the pressure is less than 20 MPa, it is difficult to integrate the silicon scraps 1 5 2 as an aggregate.
  • the pressure is greater than 300 MPa, the required fine space may not be formed inside the silicon waste 15 2.
  • FIG. 12 (A) is a view showing the separation device 1 38
  • FIG. 12 (B) is a view showing a state in which hydrofluoric acid 70 has infiltrated into the aggregate 15 8.
  • the separating device 1 3 8 has a mesh basket 6 6 that accommodates the assembly 1 5 8 and a mesh basket 6 6 vertically via a locking means such as a wire.
  • a tank 7 2 for storing water 74 (pure water). It has become.
  • the aggregate 1558 molded by the silicon scrap collecting apparatus 130 shown in FIG. 11 is housed in the mesh skirt 66 and then immersed in hydrofluoric acid 70 for a certain period of time.
  • the aggregate 15 8 made of silicon waste is immersed in hydrofluoric acid 70 for 0.5 to 10 minutes.
  • the phosphorus located on the surface of the particulate silicon debris constituting the aggregate 1 5 8 is wet-etched by hydrofluoric acid 70 and the silicon debris (aggregate 1 5 8) force, 'Is removed together with the oxide film.
  • the aggregate 1 5 8 stored in the mesh basket 66 is conveyed to the tank 7 2 by the conveyor 6 4.
  • the aggregate 1 5 8 is immersed in water 74 stored in the tank 7 2 and rinsed. That is, the phosphorous acid 70 remaining on the surface of each silicon scrap constituting the aggregate 1558 is removed from the surface of the silicon scrap.
  • This rinse process is, for example, not less than 0.5 minutes and not more than 2.0 minutes. Further, the number of times this rinse process is performed is not less than 3 times and not more than 10 times. Even in this rinsing process, fine gaps are formed between the silicon scraps constituting the aggregate 1 5 8, so that the water 7 4 passes through these gaps. Enter inside 8. Therefore, the silicon waste located inside the aggregate 1 5 8 is sufficiently rinsed.
  • the silicon scrap 6 2 constituting the aggregate 1 5 8 is etched.
  • This figure is an enlarged view of a cross-section in which a part of the aggregate 1 5 8 is cut, and the aggregate 1 5 8 is configured by a large number of silicon scraps 6 2 being assembled and integrated.
  • the particle size of the silicon waste 62 is, for example, about 1 m, and the same gap is formed between the silicon wastes 62.
  • the aggregate 15 8 is formed by a so-called cold press in which the silicon waste 62 is pressure-molded at room temperature without being heated.
  • hydrofluoric acid 70 which is an etchant used for wet etching, passes through the gap between the silicon scraps 62 and the silicon located inside the assembly 1558. Reach up to 6 2.
  • the arrived hydrofluoric acid 70 removes impurities and the like attached to the surface of the silicon scrap 62 existing inside the aggregate 1558.
  • the cost required for silicon regeneration can be reduced. Specifically, the cost required to regenerate silicon for solar cells can be reduced to 100 yen / kg or less, and the cost can be reduced to less than half that of the background art.
  • the recovered semiconductor material is heated to remove the contained phosphorus after moving it to the surface of the semiconductor material. That is, in order to recycle the semiconductor waste as a semiconductor material, the semiconductor waste is not melted. Therefore, the cost associated with phosphorus removal can be reduced as compared with the background technology in which semiconductor waste is melted and beam irradiation is performed. Furthermore, in the present invention, the thermal donor is actively used to inactivate boron contained in the semiconductor material, thereby creating a situation in which boron is pseudo-removed. Therefore, the cost can be reduced compared with the background art in which boron is removed by applying plasma to the molten semiconductor.
  • a solar cell can be manufactured at a low cost by using the above-described method for removing phosphorus and boron. Therefore, the price of the solar cell can be greatly reduced, and the use of the solar cell can be promoted.
  • the semiconductor materials are aggregated to form an aggregate, and then impurities contained in the semiconductor material are removed. Therefore, the cost of transporting semiconductor materials In addition to reducing the strikes, it is possible to suppress the scattering of semiconductor material collected in the form of particles or powder.
  • the temperature at which the semiconductor material is heated in the gettering step of moving phosphorus to the surface of the semiconductor material is set to 90 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.

Abstract

This invention provides a method for recycling a semiconductor material, which can recycle semiconductor materials at low cost. The method comprises the step (S11) of collecting used silicon debris (a semiconductor silicon material), the step (S12) of conducting gettering to remove phosphorus from the collected silicon debris, the step (S13) of inactivating boron contained in the silicon debris, and the step (S14) of recycling the silicon debris, with the impurities having been removed or inactivated, as a solar battery or the like. According to the above constitution, the recycling of silicon debris and the manufacture of solar batteries and the like can be realized at lower cost.

Description

明 細 書  Specification
半導体材料の再生方法および再生装置、 太陽電池の製造方法およぴ製造装置 技術分野  Semiconductor material recycling method and recycling apparatus, solar cell manufacturing method and manufacturing apparatus
本発明は半導体材料の再生方法および再生装置に関し、 特に、 半導体材料からボロンや リンの軽元素を除去または不活性化して、 再利用を可能とするものに関する。 更に本発明 は、 これらの軽金属を半導体材料から除去して太陽電池を製造する太陽電池の製造方法お ょぴ製造装置に関する。 背景技術  The present invention relates to a semiconductor material recycling method and a recycling apparatus, and more particularly to a semiconductor material that can be reused by removing or inactivating boron or phosphorus light elements from the semiconductor material. The present invention further relates to a solar cell manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing a solar cell by removing these light metals from a semiconductor material. Background art
特開平 1 0— 3 24 5 1 4号公報では、 シリコン等の半導体材料から成る太陽電池は、 現在では、 L S I (L a r g e S c a l e I n t e g r a t i o n) 等を製造する半 導体産業から発生する規格外のシリコンウェハ等を原材料として製造されている。 しかし ながら、 太陽電池を用いた発電方法は、 火力発電等の他の発電方法と比較して環境保護の 観点から優れているので、 太陽電池の需要量は年間数十%以上の割合で増加している。 従 つて、 半導体産業から発生した規格外品を用いる上記した方法では、 発生する規格外品の 量に制限があるので、 増加する太陽電池の需要に対応することは困難である。  According to Japanese Patent Laid-Open No. 10-324 5 14, solar cells made of semiconductor materials such as silicon are currently out of the standard that are generated by the semiconductor industry that manufactures LSI (Large Scale Integration). Manufactured using silicon wafers as raw materials. However, the power generation method using solar cells is superior to other power generation methods such as thermal power generation from the viewpoint of environmental protection, so the demand for solar cells increases at a rate of several tens of percent or more per year. ing. Therefore, the above-mentioned method using non-standard products generated from the semiconductor industry has a limit on the amount of non-standard products generated, so it is difficult to meet the increasing demand for solar cells.
この問題を解決する方法として、 L S I等の材料である半導体用シリコンを用いて、 太 陽電池を製造する方法がある。 しかしながら、 太陽電池の材料となるシリ コンに要求され る純度は、 半導体用シリコンと比較すると大幅に低い。 具体的には、 太陽電池用シリコン に要求される純度は、 7 N ( 9 9. 9 9 9 9 9 %) であり、 半導体用シリ コンに要求され る純度は、 1 1 N (9 9. 9 9 9 9 9 9 9 9 9 %) (通称、 ィレブンナイン) である。 そし て、 1 1 Nのシリ コンを精製するために消費されるエネルギーは、 7 Nのシリ コンを精製 するために消費されるエネルギ よりも大きい。 このことから、 必要以上に純度が高い半 導体用シリ コンから太陽電池を製造することは、 エネルギーのロスが大きいので、 環境保 護の観点から問題がある。  As a method of solving this problem, there is a method of manufacturing a solar cell using semiconductor silicon which is a material such as LSI. However, the purity required for silicon as a material for solar cells is significantly lower than that for silicon for semiconductors. Specifically, the purity required for silicon for solar cells is 7 N (9 9. 9 9 9 9 9%), and the purity required for silicon for semiconductors is 1 1 N (9 9. 9 9 9 9 9 9 9 9 9%) (common name: Eleven Nine). And the energy consumed to purify 1 N silicon is greater than the energy consumed to purify 7 N silicon. For this reason, manufacturing solar cells from silicon for semiconductors with higher purity than necessary is problematic from the viewpoint of environmental protection because of the large energy loss.
また、 太陽電池用シリ コンを精製する方法として、 半導体製造工程のダイシング工程等 から発生したシリ コン屑を用いる方法がある。 この方法では、 シリ コン屑に含まれる不純 物を除去する必要がある。 シリコン屑に含まれる不純物を除去する方法として、 含有され るリンをビームによるシリコン溶融過程にて除去し、 ボロンをプラズマ溶融過程にて除去 する方法がある。 この方法によると、 シリ コン屑に含まれるリン及ぴボロンを除去して、 太陽電池に利用可能な純度の太陽電池用シリコン材料を得ることができる。 発明の開示 In addition, as a method for refining silicon for solar cells, there is a method using silicon waste generated from a dicing process of a semiconductor manufacturing process. In this method, impurities contained in silicon waste Things need to be removed. As a method of removing impurities contained in silicon scrap, there is a method of removing phosphorus contained in a silicon melting process by a beam and removing boron in a plasma melting process. According to this method, phosphorus and boron contained in silicon waste can be removed, and a silicon material for solar cells having a purity usable for solar cells can be obtained. Disclosure of the invention
しかしながら、 上述した太陽電池用シリ コンの精製方法では、 リン等の除去に必要とさ れるコス トが高い問題があった。 具体的には、 ビーム照射おょぴプラズマ溶融を行う上記 方法では、 太陽電池として再生可能な純度の太陽電池用シリコンを得るのに、 約 2 3 0 0 円 Z k gのコストが必要とされる。一方、 2 0 0 5年度時点では、市販のシリ コン材料(パ 一ジン材) の価格は 4 0 0 0 - 6 0 0 0円 Z k gである。 従って、 2 0 0 5年時点では、 上記した方法で再生された太陽電池用シリコンは、 コスト的にパージン材ょりも優れてい る。 しかしながら、 パージン材の価格は、 需要と供給とのパランスにより変動するので、 パージン材の価格が、 上記した半導体用シリ コンを生成する費用 (2 3 0 0円ノ k g ) よ りも安くなる場合がある。 例えば、 2 0 0 0年時点では、 パージン材の価格は約 2 0 0 0 円 k gであったので、 この場合は、 上記した太陽電池用シリコンの生成方法は、 コスト 的に不利となる。  However, the above-described method for refining silicon for solar cells has a problem in that the cost required for removing phosphorus and the like is high. Specifically, in the above-mentioned method of performing beam irradiation and plasma melting, a cost of about 2300 yen Z kg is required to obtain silicon for solar cells having a purity that can be regenerated as a solar cell. . On the other hand, as of FY 2005, the price of commercially available silicon materials (pigment materials) is 4 0 0 0-6 0 0 0 yen Z kg. Therefore, as of 2005, the solar cell silicon regenerated by the above-described method is superior in terms of cost for the virgin material. However, since the price of the purgin material fluctuates depending on the balance between supply and demand, the price of the purgin material is cheaper than the cost of generating silicon for semiconductors (2300 yen / kg). There is. For example, as of 2000, the price of the pearline material was about 200,000 yen kg, so in this case, the method for producing silicon for solar cells described above is disadvantageous in terms of cost.
更に、 L S I等の半導体装置を製造する工程からは粒子状の半導体屑が排出されるが、 この半導体屑を再生するために粒子状のまま搬送することは容易ではなかった。 更には、 粒子状の半導体屑が、 半導体再生工程の途中段階にて飛散してしまう恐れもあった。 従って、 本発明の目的には、 更に低コス トで実現可能な半導体材料の再生方法、 半導体 材料の再生装置、 太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置を提供することにある。 本発明の半導体材料の再生方法は、 回収された半導体材料からリンを取り除く半導体材 料の再生方法に於いて、 前記半導体材料を加熱することにより、 前記リンを前記半導体材 料の表面に移動させる加熱工程と、 前記半導体材料の表面に位置する前記リンを前記半導 体材料から分離する分離工程と、 を具備することを特徴とする。  Furthermore, particulate semiconductor waste is discharged from the process of manufacturing a semiconductor device such as L S I. However, it is not easy to transport the semiconductor waste as it is in order to regenerate the semiconductor waste. Furthermore, there is a possibility that the particulate semiconductor waste may be scattered during the semiconductor regeneration process. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor material recycling method, a semiconductor material recycling device, a solar cell manufacturing method, and a solar cell manufacturing device that can be realized at a lower cost. The method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material in which phosphorus is removed from the collected semiconductor material, and the phosphorus is moved to the surface of the semiconductor material by heating the semiconductor material. A heating step; and a separation step of separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material.
本発明の半導体材料の再生方法は、 回収された半導体材料に含まれるボロンを不活性化 させる半導体材料の再生方法に於いて、 前記半導体材料を加熱して、 サーマルドナーによ り前記ボロンを不活性化させる不活性化工程を具備することを特徴とする。 The method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material in which boron contained in the recovered semiconductor material is deactivated. A deactivation step of deactivating the boron.
本発明の太陽電池の製造方法は、 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太 陽電池の製造方法であり、 加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前 記半導体材料から分離する除去工程または、 前記半導体材料に含まれるボロンを不活性化 させる不活性化工程を具備することを特徴とする。  The method for producing a solar cell according to the present invention is a method for producing a solar cell in which a collected semiconductor material is reused as a solar cell, and the phosphorus moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is extracted from the semiconductor material. It is characterized by comprising a removing step of separating or an inactivating step of inactivating boron contained in the semiconductor material.
本発明の半導体材料の再生装置は、 回収された半導体材料からリンを取り除く半導体材 料の再生装置に於いて、 前記半導体材料を加熱することにより、 前記リンを前記半導体材 料の表面に移動させる加熱装置と、 前記半導体材料の表面に位置する前記リンを前記半導 体材料から分離する分離装置と、 を具備することを特徴とする。  The semiconductor material recycling apparatus of the present invention is a semiconductor material recycling apparatus that removes phosphorus from the recovered semiconductor material, and moves the phosphorus to the surface of the semiconductor material by heating the semiconductor material. A heating device; and a separation device for separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material.
本発明の半導体材料の再生装置は、 半導体材料に含まれるボロンを不活性化させる半導 体材料の再生装置に於いて、 前記半導体材料を加熱して、 サーマルドナーにより前記ポロ ンを不活性化させる不活性化装置を具備することを特徴とする。  The semiconductor material regeneration device of the present invention is a semiconductor material regeneration device that inactivates boron contained in a semiconductor material, wherein the semiconductor material is heated and the poron is deactivated by a thermal donor. It is characterized by comprising an inactivating device.
本発明の太陽電池の製造装置は、 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太 陽電池の製造装置であり、 加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前 記半導体材料から分離する除去装置、 または、 前記半導体材料に含まれるボロンを不活性 化させる不活性化装置を具備することを特徴とする。  The solar cell manufacturing apparatus of the present invention is a solar cell manufacturing apparatus that reuses the collected semiconductor material as a solar cell. The phosphorus that has moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is extracted from the semiconductor material. It is characterized by comprising a removing device for separating or an inactivating device for inactivating boron contained in the semiconductor material.
本発明の半導体材料の再生方法は、 回収された半導体材料から不純物を除去して再利用 する半導体材料の再生方法であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合ェ 程と、 前記集合体の状態の前記材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去工程と、 を具備することを特徴とする。  The method for regenerating a semiconductor material according to the present invention is a method for regenerating a semiconductor material by removing impurities from the collected semiconductor material and reusing the collected semiconductor material, and an assembly process for collecting the semiconductor material to form an aggregate; An impurity removing step of removing the impurities contained in the material in an aggregated state.
本発明の半導体材料の再生装置は、 回収された半導体材料から不純物を除去して再利用 する半導体材料の再生装置であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合装 置と、 前記集合体の状態の前記半導体材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去装 置と、 を具備することを特徴とする。  A semiconductor material recycling apparatus according to the present invention is a semiconductor material recycling apparatus that removes impurities from a collected semiconductor material and reuses the semiconductor material, and collects the semiconductor materials to form an aggregate; And an impurity removing device for removing the impurities contained in the semiconductor material in an aggregated state.
本発明の太陽電池の製造方法は、 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太 陽電池の製造方法であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合工程と、 前 記集合体の状態の前記材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去工程と、 を具備す ることを特徴とする。 本発明の太陽電池の製造装置は、 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太 陽電池の製造装置であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合装置と、 前 記集合体の状態の前記半導体材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去装置と、 を 具備することを特徴とする。 図面の簡単な説明 The method for producing a solar cell of the present invention is a method for producing a solar cell in which a collected semiconductor material is reused as a solar cell, and an assembly step of assembling the semiconductor material to form an assembly, An impurity removing step of removing the impurities contained in the material in a body state. The solar cell manufacturing apparatus of the present invention is a solar cell manufacturing apparatus that reuses the collected semiconductor material as a solar cell, and an assembly device that aggregates the semiconductor materials to form an aggregate; And an impurity removing device for removing the impurities contained in the semiconductor material in a body state. Brief Description of Drawings
第 1図は本発明の半導体シリ コン材料の再生方法を示す図であり、 (A) — ( C ) はフロ 一チヤ一トであり、 第 2図は本発明の半導体シリ コン材料の再生方法を示す図であり、 ( A) はゲッタリングを示す概念図であり、 (B ) はサーマルドナーを示す概念図であり、 第 3図は本発明の半導体シリコン材料の再生方法が適用された太陽電池の製造方法を示す フローチヤ一トであり、 第 4図は本発明の半導体シリコン材料の再生方法が適用された太 陽電池の製造方法を示すフローチヤ一トであり、 第 5図は本発明の半導体材料の再生装置 を示す図であり、 (A) — ( C ) はブロック図であり、 第 6図は本発明の半導体材料の再生 装置を示す図であり、 (A) はプロック図であり、 (B ) は断面図であり、 (C ) は概要図で あり、 第 7図は本発明の半導体材料の再生装置に含まれるサーマルドナー装置を示す断面 図であり、 第 8図は本発明の半導体材料の再生装置に含まれるプラズマ除去装置を示す断 面図であり、 第 9図は本発明の半導体材料の再生装置に含まれる加熱リン除去装置を示す 断面図であり、 第 1 0図 (A) は本発明の半導体材料の再生方法を示すフローチャートで あり、 第 1 0図 (B ) は本発明の半導体材料の再生装置を示すプロック図であり、 第 1 1 図は本発明の半導体材料の再生装置に含まれるシリコン屑集合装置の構成を示す断面図で あり、 第 1 2図 (A) は本発明の半導体材料の再生装置に含まれる分離装置の構成を示す 図であり、 第 1 2図 (B ) は集合体の部分的な断面図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 1 is a diagram showing a method for regenerating a semiconductor silicon material according to the present invention. (A) — (C) is a flow chart, and FIG. 2 is a method for regenerating a semiconductor silicon material according to the present invention. (A) is a conceptual diagram showing gettering, (B) is a conceptual diagram showing a thermal donor, and FIG. 3 is a diagram of a solar to which the method for regenerating a semiconductor silicon material of the present invention is applied. FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a solar cell to which the method for regenerating semiconductor silicon material of the present invention is applied. FIG. 5 is a flowchart showing the method for manufacturing the battery. FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor material recycling apparatus, (A) — (C) is a block diagram, FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor material recycling apparatus of the present invention, and (A) is a block diagram. , (B) is a sectional view, (C) is a schematic diagram, and FIG. FIG. 8 is a sectional view showing a thermal donor device included in a material recycling apparatus, FIG. 8 is a sectional view showing a plasma removing apparatus included in a semiconductor material recycling apparatus of the present invention, and FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a heated phosphorus removing device included in a semiconductor material recycling apparatus. FIG. 10 (A) is a flowchart showing a semiconductor material recycling method of the present invention, and FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a silicon scrap collecting device included in the semiconductor material recycling apparatus of the present invention. FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a separation device included in a semiconductor material regeneration device of the present invention, and FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<第 1の実施の形態 :半導体材料の再生方法 >  <First Embodiment: Semiconductor Material Recycling Method>
第 1図を参照して、 本形態では、 半導体材料 (一実施例として半導体シリ コン材料) の 再生方法の概要を説明する。第 1図の各図は、半導体シリ コン材料を再生する第 1の方法、 第 2の方法おょぴ第 3の方法.を示すフローチャートである。 各方法では、 半導体屑に含ま れるリンおよびボロンを処理する方法の組合せが異なる。 With reference to FIG. 1, in this embodiment, an outline of a method for regenerating a semiconductor material (a semiconductor silicon material as an example) will be described. Each figure in FIG. 1 is a flowchart showing a first method, a second method, and a third method for regenerating semiconductor silicon materials. In each method, contained in semiconductor scrap The combination of methods for treating phosphorous and boron is different.
第 1図 (A) を参照して、 半導体シリコン材料を再生する第 1の方法は、 シリ コン屑 (使 用された半導体シリコン材料) を回収するステップ S 1 1 と、 回収されたシリコン屑から リンを除去するためにゲッタリングを行うステップ S 1 2と、 シリ コン屑に含有されるポ ロンを不活性化させるステップ S 1 3と、 不純物が除去または不活性化されたシリコン屑 を太陽電池等として再利用するステップ S 1 4とを具備する。 これら各ステップの詳細を 以下に詳述する。  Referring to FIG. 1 (A), the first method for regenerating semiconductor silicon material is to collect silicon waste (used semiconductor silicon material) S 1 1 and from the recovered silicon waste. Step S 1 2 to perform gettering to remove phosphorus, Step S 1 3 to inactivate boron contained in silicon waste, and silicon waste from which impurities are removed or inactivated Etc., and step S 14 is reused. Details of each of these steps are described in detail below.
ステップ S 1 1では、 半導体製造工程から発生するシリ コン屑を回収する。 シリコン屑 は、 例えば、 シリ コンインゴッ トの両端を切り落とす工程、 シリ コンインゴッ トが所定の 径と成るように周囲を研削する工程、 シリ コンインゴッ トをスライスしてシリ コンウェハ を得る工程、 シリコンウェハを薄くするためにその裏面をパックグラインドする工程等に て発生する。  In step S 11, silicon waste generated from the semiconductor manufacturing process is collected. For silicon scrap, for example, the process of cutting off both ends of the silicon ingot, the process of grinding the periphery so that the silicon ingot has a predetermined diameter, the process of slicing the silicon ingot to obtain a silicon wafer, and the silicon wafer thinning Therefore, it occurs in the process of pack grinding the back side.
更に、 上記したシリ コンインゴッ トを機械加工する工程等では、 冷却水等の水をシリコ ンインゴッ ト等に吹き付けながら機械加工を行う。 従って、 シリ コン屑は、 これらの工程 から発生する排水に含まれる。 シリ コン屑を回収するためには、 濾過装置等を用いてシリ コン屑を排水から固液分離した後に、フィルタプレスを用いてシリコン屑を脱水し、更に、 乾燥炉等を用いてシリコン屑を乾燥させている。  Furthermore, in the process of machining the silicon ingot described above, the machining is performed while spraying water such as cooling water onto the silicon ingot. Therefore, silicon waste is included in the wastewater generated from these processes. In order to collect silicon waste, after separating the silicon waste from the wastewater using a filtration device, etc., the silicon waste is dehydrated using a filter press, and further silicon waste is removed using a drying furnace or the like. It is dried.
上記した各工程では、 基本的にシリ コンのみが機械加工されるので、 例えば、 純度が 9 0 %程度以上の純度が比較的高いシリ コン屑が得られる。 しかしながら、 この純度は、 9 9 . 9 9 9 9 9 % ( 7 N )の純度が要求される太陽電池用シリコンと しては充分ではない。 更に、 シリコンウェハは、 ボロン (B ) が導入された P型の基板と、 リン (P ) が導入さ れた N型の基板とがあり、 上記したシリ コン屑は、 P型のシリ コン屑と、 N型のシリ コン 屑の両方が混在した状態と成っている。 これらのことから、 シリ コン屑を再利用するため には、 シリコン屑に混入された不純物を除去する必要がある。  In each of the above steps, basically only silicon is machined, so for example, silicon scrap having a relatively high purity of about 90% or more can be obtained. However, this purity is not sufficient for solar cell silicon that requires a purity of 99.999.99% (7N). Furthermore, silicon wafers include P-type substrates into which boron (B) is introduced and N-type substrates into which phosphorus (P) is introduced. The above-mentioned silicon waste is P-type silicon waste. And N-type silicon waste are mixed. For these reasons, it is necessary to remove impurities mixed in silicon scrap in order to reuse silicon scrap.
本形態では、 下記するステップ S 1 2およびステップ S 1 3にて、 シリ コン屑に含まれ るリンを除去し、 更に、 ボロンを不活性化させている。 また、 シリ コン屑にはリンやポロ ン等の軽元素以外にも、 アルミニウム (A l )、 鉄 (F e:)、 カルシウム (C a ) 等の重金 属も含まれている。 本形態では、 これらの重金属を、 重金属の固液分配係数が小さいこと を利用した、 一方向凝固精製により除去している。 この一方向凝固精製は、 比較的安価且 つ簡単なプロセスである。 In this embodiment, the phosphorus contained in the silicon waste is removed and the boron is inactivated in the following steps S12 and S13. Silicon scrap also contains heavy metals such as aluminum (A l), iron (F e :), and calcium (C a) in addition to light elements such as phosphorus and pollon. In this embodiment, these heavy metals have a small solid-liquid distribution coefficient of heavy metals. Is removed by unidirectional coagulation purification. This unidirectional solidification purification is a relatively inexpensive and simple process.
ステップ S 1 2では、ゲッタリングにより、シリコン屑に含まれるリンを除去している。 具体的には、 シリ コン屑を 1 0 0 0 °C程度以上に加熱することにより、 リンをシリ コン屑 の表面まで移動させ、 その後にこのリンをシリコン屑から除去している。 このステップの 詳細は、 第 2図 (A) を参照して後述する。  In step S 12, phosphorus contained in the silicon scrap is removed by gettering. Specifically, the silicon waste is heated to about 100 ° C. or more to move phosphorus to the surface of the silicon waste, and then the phosphorus is removed from the silicon waste. Details of this step will be described later with reference to FIG. 2 (A).
ステップ S 1 3では、 一定の温度にてシリコン屑を加熱することにより、 サーマルドナ 一を発生させて、 シリ コン屑に含有されるボロンを不活性化させている。 サーマルドナー は、 シリ コンに含まれる酸素原子が複数個集まって電子を放出してドナー化する現象であ り、 酸素ドナー等と称される場合もある。 一般的な半導体プロセスでは、 サーマルドナー が発生すると半導体の抵抗率が所望の値から変化してしまうので、 サーマルドナーは好ま しくない現象であると解されている。 本発明では、 このサーマルドナーを、 シリ コン屑に 含有されたボロンを不活性化して、 擬似的に除去するために、 積極的に利用している。 サ 一マルドナーの詳細については、 第 2図 (B ) を参照して後述する。  In step S 1 3, silicon scrap is heated at a constant temperature to generate a thermal donor and inactivate boron contained in the silicon scrap. A thermal donor is a phenomenon in which a plurality of oxygen atoms contained in silicon gather to emit electrons and become a donor, and is sometimes referred to as an oxygen donor. In a general semiconductor process, when a thermal donor is generated, the resistivity of the semiconductor changes from a desired value, so it is understood that the thermal donor is an undesirable phenomenon. In the present invention, this thermal donor is actively used to inactivate boron contained in the silicon waste and remove it in a pseudo manner. Details of the thermal donor will be described later with reference to Fig. 2 (B).
また、 本工程のサーマルドナーは、 リンを除去するゲッタリングを行うステップ S 1 2 よりも後に行う必要がある。 その理由は、 サーマルドナーを行った後に、 シリ コン屑を 1 0 0 o °c程度に加熱するゲッタリングを行う と、 サーマルドナーにより不活性化されたシ リコン屑中のボロンが、 ゲッタリング時の加熱により再び活性化してしまうからである。 ステップ S 1 4では、 上記ステップにより リンが除去されてボロンが不活性化されたシ リコン屑を再利用する。 本ステップに於いて、 シリコン屑は太陽電池として用いることが できる。 更には、 シリ コン屑の純度を更に高めたら、 L S I等の材料である半導体用シリ コンとしてことも可能である。 また、 鉄鋼を精鍊する際に、 鉄鉱石等と共に炉に投入され る脱酸剤として、 シリコン屑を用いることもできる。  In addition, the thermal donor in this step needs to be performed after step S 1 2 in which gettering for removing phosphorus is performed. The reason for this is that if the silicon waste is heated to about 100 ° C after gettering, then boron in the silicon waste deactivated by the thermal donor will be This is because it is activated again by heating. In step S14, the silicon waste from which phosphorus has been removed and boron has been inactivated by the above steps is reused. In this step, silicon scraps can be used as solar cells. Furthermore, if the purity of silicon waste is further increased, it can be used as a semiconductor silicon that is a material such as LSI. Also, silicon scrap can be used as a deoxidizer that is put into the furnace together with iron ore when steel is refined.
また、 上記したステップ S 1 2とステップ S 1 3の何れか一方を、 半導体シリ コン材料 の再生する上記方法から削除しても良い。 即ち、 リンを除去するゲッタリングを行うステ ップ S 1 2を行わずに、 サーマルドナーを行うステップ S 1 3のみでボロンを不活性化さ せて、 リンを含む N型のシリ コン屑を得ても良い。 また、 ゲッタリングにより リンを除去 するステップ S 1 2を行い、 ボロンを不活性化させるステップ S 1 3を行わずに、 ボロン を含む P型のシリコン屑を得ても良い。 Further, any one of the above-described steps S12 and S13 may be deleted from the above-described method for regenerating the semiconductor silicon material. In other words, boron is deactivated only in step S 1 3 in which thermal donor is performed without performing step S 12 in which gettering for removing phosphorus is performed, and N-type silicon waste containing phosphorus is removed. You may get. In addition, the step S 1 2 for removing phosphorus by gettering is performed, and the step S 1 3 for inactivating boron is not performed. P-type silicon scraps containing may be obtained.
第 1図 (B ) を参照して、 半導体シリ コン材料を再生する第 2の方法を説明する。 この 第 2の方法に於いて、 上述した第 1の方法と同じ部分は同一の符号を付してその説明を省 略する。 この図に示す第 2の方法は、 シリ コン屑を回収するステップ S 1 1 と、 ゲッタリ ングによりシリコン屑に含まれるリンを除去するステップ S 1 2と、 酸化工程によりシリ コン屑に含まれるボロンを除去するステップ S 1 5と、 シリコン屑を再利用するステップ S 1 4とを具備している。 即ち、 上述した第 1の方法では、 サーマルドナーを行うステツ プ S 1 3によりボロンを不活性化していたが、 この第 2の方法ではステップ S 1 3に替え て酸化工程を行うステップ S 1 5を具備しており、 ボロンは実質的に除去されている。 第 2の方法の他のステップは、 上述した第 1の方法と同一である。  With reference to FIG. 1 (B), a second method for regenerating semiconductor silicon material will be described. In the second method, the same parts as those in the first method described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The second method shown in this figure includes a step S 1 1 for collecting silicon waste, a step S 1 2 for removing phosphorus contained in silicon waste by gettering, and boron contained in silicon waste by an oxidation process. Step S 15 is removed, and Step S 14 is used to reuse silicon scrap. That is, in the first method described above, boron is inactivated by the step S 1 3 in which thermal donor is performed. In the second method, however, the oxidation step is performed instead of step S 1 3. The boron is substantially removed. The other steps of the second method are the same as the first method described above.
ステップ S 1 5では、 ステップ S 1 2により リンが除去されたシリコン屑が、 溶融され て溶融シリ コンとなる。 そして、 この溶融シリ コンの表面に水蒸気を吹き付けて、 ボロン と酸素とを化合させて酸化ボロンを生成した後に、 この酸化ボロンを除去する。 また、 本 工程では、 シリ コン屑に含有される炭素も、 2酸化炭素の形で除去される。  In step S 15, the silicon scrap from which phosphorus has been removed in step S 12 is melted to form molten silicon. Then, water vapor is sprayed on the surface of the molten silicon to combine boron and oxygen to form boron oxide, and then the boron oxide is removed. In this process, carbon contained in silicon scrap is also removed in the form of carbon dioxide.
この第 2の方法では、 シリ コン屑に含有されるボロンを不活性化させるのではなく除去 するので、 ステップ S 1 2とステップ S 1 5の順番を入れ替えても良い。 また、 この方法 によると、 リ ンおょぴボロンの両方が除去された、 真性半導体から成る半導体用シリ コン 材料が得られる。  In this second method, boron contained in the silicon scrap is removed rather than inactivated, so the order of steps S 12 and S 15 may be reversed. In addition, according to this method, it is possible to obtain a silicon material for a semiconductor made of an intrinsic semiconductor from which both phosphorus and boron are removed.
第 1図 (C ) を参照して、 半導体用シリ コン材料を再生する第 3の方法を説明する。 こ の第 3の方法に於いても、 上述した第 1の方法と同じ部分は同一の符号を付して、 その説 明を省略する。 この図に示す第 3の方法は、 シリ コン屑を回収するステップ S 1 1 と、 蒸 発工程によりシリコン屑に含まれるリンを除去するステップ S 1 6 と、 サーマルドナーに よりシリコン屑に含まれるボロンを不活性化するステップ S 1 3と、 シリコン屑を再利用 するステップ S 1 4とを具備している。 即ち、 上述した第 1の方法では、 ゲッタリングを 行うステップ S 1 2により リンを除去していたが、 この第 3の方法ではステップ S 1 2に 替えて蒸発工程を行うステップ S 1 6を具備している。 第 3の方法の他のステップは、 上 述した第 1の方法と同一である。  With reference to FIG. 1 (C), a third method for reclaiming a semiconductor silicon material will be described. Also in this third method, the same parts as those in the first method described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The third method shown in this figure consists of step S 1 1 for recovering silicon waste, step S 16 for removing phosphorus contained in silicon waste by the evaporation process, and silicon waste due to thermal donors. Step S 1 3 for inactivating boron and Step S 14 for reusing silicon waste are provided. That is, in the first method described above, phosphorus is removed in step S12 for performing gettering, but in this third method, step S16 for performing an evaporation step instead of step S12 is provided. is doing. The other steps of the third method are the same as the first method described above.
ステップ S 1 6では、 先ず、 ステップ S 1 1にて回収されたシリコン屑を乾燥する。 そ の後に、 シリコン屑を、 アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で、 1 0 P a〜0 . O l P a程 度の減圧雰囲気または真空雰囲気内に保持する。 そして、 シリ コン屑に含有されるリ ンを 蒸発除去する。 リンは、他の不純物と比較すると、蒸発しやすい易蒸発性成分であるので、 本工程により蒸発除去される。 シリ コン屑からリンが除去された後は、 シリ コン屑に含ま れるボロンを不活性化させるサーマルドナーを行うステップ S 1 3を行った後に、 ステツ プ S 1 4にてシリコン屑は太陽電池等として再利用される。 In step S 1 6, first, the silicon scrap collected in step S 11 is dried. So After that, the silicon scrap is kept in a reduced pressure atmosphere or vacuum atmosphere of about 10 Pa to 0.001 Pa in an inert gas atmosphere such as argon. Then, the phosphorus contained in the silicon waste is removed by evaporation. Phosphorus is an easily-evaporable component that easily evaporates as compared with other impurities, and is thus removed by evaporation in this step. After phosphorus is removed from the silicon waste, after performing step S 1 3 to perform thermal donors that deactivate boron contained in the silicon waste, silicon waste is removed from the solar cells, etc. in step S 1 4 As reused.
この第 3の方法によると、 リンが除去されてボロンが不活性化された擬似的な真性半導 体が得られる。 即ち、 処理の結果として得られる半導体用シリ コン材料は、 上記した第 1 の方法と同様である。  According to the third method, a pseudo intrinsic semiconductor in which phosphorus is removed and boron is inactivated can be obtained. That is, the silicon material for semiconductors obtained as a result of the treatment is the same as in the first method described above.
上記した実施の形態では、 半導体材料の一例としてシリ コン屑が採用されたが、 本実施 の形態は、 他の半導体材料 (例えば、 ゲルマニウム (G e ) ) の再生にも適用させることが できる。 この事項は、 後述する他の実施の形態に関しても同様である。  In the above-described embodiment, silicon scrap is used as an example of the semiconductor material. However, this embodiment can also be applied to the regeneration of other semiconductor materials (for example, germanium (G e)). The same applies to other embodiments described later.
<第 2の実施の形態 : ゲッタリングおよぴサーマルドナーの詳細 >  <Second Embodiment: Details of Gettering and Thermal Donor>
第 2図を参照して、 本形態では、 上記したステップ S 1 2およびステップ S 1 3にて行 われる、 ゲッタリングおよぴサーマルドナーの詳細を説明する。 第 2図 (A) はリンを除 去するゲッタリ ングの詳細を説明する概念図であり、 第 2図 (B ) はボロンを不活性化さ せるサーマルドナーの詳細を説明する概念図である。  With reference to FIG. 2, in the present embodiment, details of gettering and thermal donor performed in steps S 12 and S 13 described above will be described. FIG. 2 (A) is a conceptual diagram for explaining the details of gettering for removing phosphorus, and FIG. 2 (B) is a conceptual diagram for explaining the details of a thermal donor for inactivating boron.
第 2図 (A) を参照して、 シリ コン屑 1 0からリン 1 2を除去するゲッタリング ( g e t t e r i n g ) の工程を説明する。 ここで、 ゲッタリングとは、 加熱処理によりシリコ ン屑 1 0に含有されるリン 1 2をその表面まで移動させ酸化膜層にトラップさせる処理で ある。 更に、 シリ コン屑 1 0の表面に移動したリ ン 1 2は、 化学的あるいは物理的処理に より、 酸化膜とともにシリ コン屑 1 0から除去される。 なお、 この図ではリン 1 2を黒丸 にて示している。  With reference to FIG. 2 (A), the process of gettering (gettering) for removing phosphorus 12 from the silicon waste 10 will be described. Here, the gettering is a process in which phosphorus 12 contained in the silicon scrap 10 is moved to the surface and trapped in the oxide film layer by heat treatment. Further, the phosphorus 12 moved to the surface of the silicon waste 10 is removed from the silicon waste 10 together with the oxide film by chemical or physical treatment. In this figure, phosphorus 12 is indicated by a black circle.
本工程では、 先ず、 シリ コン屑 1 0の粒径が大きい場合は、 粉砕処理を行ってシリ コン 屑 1 0の粒径を小さくする。 ここでは、 シリ コン屑 1 0に含まれるリン 1 2を、 加熱処理 によりその表面まで移動させるので、 シリ コン屑 1 0の粒径は小さい方が、 処理が容易に なる。 例えば、 シリ コン屑 1 0 ·の粒径が数 m m程度に大きい場合は、 粉碎処理等によりそ の粒径を小さくする。 また、 シリコン屑 1 0の粒径が数百 μ πι程度以下であり小さい場合 は、 粉砕処理は不要になる。 In this step, first, when the particle size of the silicon waste 10 is large, pulverization is performed to reduce the particle size of the silicon waste 10. Here, the phosphorus 12 contained in the silicon waste 10 is moved to the surface by heat treatment, and therefore, the treatment becomes easier when the particle size of the silicon waste 10 is smaller. For example, if the particle size of silicon waste 10 ··· is as large as several millimeters, the particle size is reduced by dusting treatment. In addition, when the particle size of silicon scrap 10 is about several hundred μ πι or less The pulverization process is unnecessary.
シリ コン屑 1 0の粒径の一例として、 例えば、 シリコン屑 1 0の直径の平均値 (平均粒 径:算術平均径) が 1 . 2 μ m程度であれば、 上記したゲッタリングを好適に行うことが できる。 更に、 この平均粒径であれば、 後述するコールドプレスによる集合体の形成を好 適に行うこともできる。  As an example of the particle size of silicon scrap 10, for example, if the average value (average particle diameter: arithmetic average diameter) of silicon scrap 10 is about 1.2 μm, the above gettering is preferably used. It can be carried out. Furthermore, with this average particle size, formation of an aggregate by a cold press described later can be suitably performed.
次に、 シリ コン屑 1 0を 1 0 0 o °c程度以上の高温で数十分程度加熱することにより、 シリ コン屑 1 0に含有されるリ ン 1 2を、 シリ コン屑 1 0の表面に移動させる。 リ ン 1 2 はボロンと比較すると移動度の高い物質である。 従って、 シリ コン屑 1 0が高温に加熱さ れると、 含有されるリンは、 シリ コン屑 1 0の表面 (粒界) まで移動する。 また、 加熱処 理により、 シリ コン屑 1 0の表面は、 雰囲気中酸素により酸化されるため、 酸化膜(S i o 2 ) 1 1により覆われている。 従って、 シリ コン屑 1 0に含まれるリ ン 1 2は、 酸化膜 1 1 の内部に移動する。 または、 リン 1 2は、 シリコン屑 1 0と酸化膜 1 1 との界面 (あるい はシリコン屑 1 0の表面付近)に位置する。一方、シリ コン屑 1 0に含有されるボロンは、 拡散係数が低いので、 本工程の加熱では殆ど移動しない。 なお、 この加熱工程は、 シリコ ン屑 1 0が溶融されるまでは加熱されないので、 シリ コン屑 1 0を溶融してリン等の不純 物を除去する周知の不純物除去方法と比較すると、 リンの除去に必要とされる熱エネルギ 一を低減させることができる。 このことは、 シリコン屑 1 0からのボロンの除去に関して も同様である。 Next, the silicon waste 10 is heated at a high temperature of about 100 ° C. or more for several tens of minutes, so that the phosphorus 1 2 contained in the silicon waste 10 is Move to the surface. Lin 1 2 is a substance with higher mobility than boron. Therefore, when the silicon waste 10 is heated to a high temperature, the contained phosphorus moves to the surface (grain boundary) of the silicon waste 10. In addition, since the surface of the silicon scrap 10 is oxidized by oxygen in the atmosphere by the heat treatment, it is covered with the oxide film (Sio 2 ) 11. Accordingly, the phosphorus 12 contained in the silicon scrap 10 moves to the inside of the oxide film 11. Alternatively, phosphorus 12 is located at the interface between silicon scrap 10 and oxide film 11 (or near the surface of silicon scrap 10). On the other hand, boron contained in silicon scrap 10 has a low diffusion coefficient, and therefore hardly moves by heating in this step. Note that this heating process is not heated until the silicon scrap 10 is melted. Therefore, in comparison with a well-known impurity removing method that melts the silicon scrap 10 to remove impurities such as phosphorus, The thermal energy required for removal can be reduced. The same applies to the removal of boron from the silicon scrap 10.
次に、 酸化膜 1 1およぴリン 1 2を、 シリコン屑 1 0から除去する。 上記した加熱処理 により、 リン 1 2は、 酸化膜 1 1内部または酸化膜 1 1 とシリコン屑 1 0との界面に位置 しているので、 酸化膜 1 1をシリ コン屑 1 0から除去することで、 リン 1 2も共に除去さ れる。 酸化膜 1 1およびリン 1 2を除去する方法としては、 エッチングを用いた化学的手 法と、 グラインデイングによる機械加工とがある。  Next, the oxide film 11 and phosphorus 12 are removed from the silicon scrap 10. By the heat treatment described above, phosphorus 12 is located inside oxide film 11 1 or at the interface between oxide film 11 1 and silicon scrap 10, so that oxide film 11 1 is removed from silicon scrap 10. So phosphorus 1 and 2 are also removed. As a method for removing the oxide film 11 and phosphorus 12, there are a chemical method using etching and a machining process by grinding.
エッチングによる場合は、 上記した加熱工程を経たシリ コン屑 1 0を、 フッ酸 (H F ) の水溶液に浸漬させて、 周囲の酸化膜 1 1をリ ン 1 2と共に除去する。 酸化膜 1 1はフッ 酸により溶融されるが、 シリ コン屑 1 0は基本的にはフッ酸に反応しない。 従って、 エツ チング処理により、 リン 1 2が除去されたシリコン屑 1 0が得られる。 なお、 エッチング によりシリ コン屑 1 0を処理した後は、シリコン屑 1 0の洗浄、固液分離処理、脱水処理、 乾燥処理等が必要とされる場合もある。 In the case of etching, the silicon scrap 10 that has undergone the above heating process is immersed in an aqueous solution of hydrofluoric acid (HF), and the surrounding oxide film 11 is removed together with the phosphorus 12. The oxide film 11 is melted by hydrofluoric acid, but the silicon scrap 10 basically does not react with hydrofluoric acid. Therefore, silicon scrap 10 from which phosphorus 12 has been removed is obtained by the etching process. In addition, after processing silicon waste 10 by etching, silicon waste 10 is washed, solid-liquid separation treatment, dehydration treatment, A drying process etc. may be required.
グラインデイングによる場合は、 シリ コン屑 1 0を被覆する酸化膜 1 1を全面的に研削 することにより、 酸化膜 1 1 と共にリン 1 2を除去する。  In the case of grinding, phosphorus 12 is removed together with the oxide film 1 1 by grinding the oxide film 11 covering the silicon scrap 10 entirely.
上記したゲッタリングによるリンの除去処理に係る費用は約 3 5 0円 Z k gであり、 レ 一ザ一を用いた背景技術にかかる費用 (5 5 0円/ k g ) よりも安い。 従って、 本形態の ゲッタリングに依るリンの除去方法は、 コス ト的に有利である。  The cost for removing phosphorus by the gettering is about 3500 yen Z kg, which is lower than the cost for the background technology using the laser (5500 yen / kg). Therefore, the phosphorus removal method based on the gettering of this embodiment is cost-effective.
第 2図 (B ) を参照して、 次に、 シリコン屑 1 0に含まれるボロン 1 3を不活性化させ るサ一マルドナーの工程を説明する。 サーマルドナ一は、 上記したゲッタリ ングにてリ ン が除去されたシリコン屑 1 0に対して行われる。  Next, referring to FIG. 2 (B), a thermal donor process for inactivating boron 13 contained in silicon scrap 10 will be described. The thermal donor is performed on the silicon waste 10 from which the phosphorus has been removed by the gettering described above.
ここでは、 シリコン屑 1 0を、 例えば 3 0 0 °C〜 5 0 0 °Cの温度範囲 (特に 4 5 0 °C) にて、 1時間程度連続して加熱することにより、 サーマルドナーを発生させて、 シリ コン 屑 1 0に含有されるボロン 1 3を不活性化させている。  Here, thermal donors are generated by heating silicon scraps 10 continuously for about 1 hour, for example, in a temperature range of 300 ° C. to 500 ° C. (especially 45 ° C.). In this way, boron 13 contained in the silicon waste 10 is inactivated.
サーマルドナーの詳細は次の通りである。 シリ コン屑 1 0中には、 l O i s Z c m 3の酸 素原子が不純物として存在している。 この酸素原子は、 通常単独では電子ゃ正孔等のキヤ リアを供給しないが、 上記した温度範囲内で熱処理を受けると、 複数個の酸素原子が集ま つて、 電子を放出してドナー化する。 具体的には、 上記熱処理により、 1 0 1 6 / c m 3程 度の酸素ドナーが発生する。 この酸素ドナーにより、 シリ コン屑 1 0の内部に存在するポ ロン 1 3が不活性化され、 シリ コン屑 1 0の抵抗率が上昇して、 ボロン 1 3が除去された 状態が擬似的に作り出されている。 The details of the thermal donor are as follows. In silicon waste 10, oxygen atoms of l O is Z cm 3 are present as impurities. This oxygen atom normally does not supply a carrier such as an electron or a hole alone, but when subjected to a heat treatment within the above temperature range, a plurality of oxygen atoms gather and emit electrons to form a donor. . Specifically, by the heat treatment, 1 0 1 6 / c m 3 extent of oxygen donors are generated. This oxygen donor inactivates the boron 13 inside the silicon waste 10, increases the resistivity of the silicon waste 10, and simulates the state in which the boron 13 is removed. Has been produced.
上記したように、 通常の半導体製造プロセスでは、 サーマルドナーは好ましくない現象 であると解されている。 その理由は、 サーマルドナ一が発生すると、 P型または N型に変 換された半導体の抵抗値が変化してしまうからである。 本形態では、 このサーマルドナー を積極的に利用して、 物理的手法または化学的手法により除去することが困難なボロンを 不活性化させ、 シリコン屑 1 0から擬似的に除去している。  As mentioned above, it is understood that thermal donors are an undesirable phenomenon in normal semiconductor manufacturing processes. The reason is that when a thermal donor occurs, the resistance value of the semiconductor converted to P-type or N-type changes. In this embodiment, this thermal donor is actively used to inactivate boron, which is difficult to remove by a physical method or a chemical method, and is pseudo-removed from the silicon waste 10.
また、 上記サーマルドナーを行った後に、 シリ コン屑 1 0が 6 0 0 °C程度以上の髙温に 晒されると、 酸素ドナーが消去されて、 不活性化したボロンが再ぴ活性化されてしまう。 従って、 上記サーマルドナーを行った後は、 酸素ドナーが消去されることを防止するため に、 シリ コン屑 1 0が 6 0 0 °C以上の高温に晒されることを避ける必要がある。 そのため には、 1 0 0 0。C程度にシリ コン屑 1 0を加熱するゲッタリング工程は、 サーマルドナー の工程の前に行う必要がある。 また、 再利用のためにシリ コン屑 1 0を溶融する工程も、 サーマルドナーの工程の前に行う必要がある。 更には、 酸素ドナーが消去されることを防 止するために、 シリコン屑 1 0の急激な温度変化も避けた方がよい。 In addition, if silicon waste 10 is exposed to a temperature of about 600 ° C. or higher after performing the thermal donor, the oxygen donor is erased and the deactivated boron is reactivated. End up. Therefore, after performing the above thermal donor, it is necessary to avoid exposing the silicon waste 10 to a high temperature of 600 ° C. or higher in order to prevent the oxygen donor from being erased. for that reason 1 0 0 0. The gettering process for heating the silicon scrap 10 to about C must be performed before the thermal donor process. Also, the process of melting the silicon waste 10 for reuse needs to be performed before the thermal donor process. Furthermore, in order to prevent the oxygen donor from being erased, it is better to avoid a rapid temperature change of the silicon scrap 10.
<第 3の実施の形態:太陽電池の製造方法 >  <Third Embodiment: Solar Cell Manufacturing Method>
本形態では、 上述したシリ コン屑の再生方法の一適用例として、 太陽電池の製造方法を 説明する。 即ち、 本形態では、 半導体製造工程から発生したシリ コン屑から、 リ ンの除去 またはボロンの不活性化、 あるいは両方の処理を行った後に、 太陽電池を製造している。 本形態の太陽電池の製造方法としては、 P型の半導体基板を製造した後に太陽電池を製 造する第 1の製造方法と、 N型の半導体基板を製造した後に太陽電池を製造する第 2の製 造方法が有る。 この第 1の製造方法を第 3図に基づいて説明し、 第 2の製造方法を第 4図 に基づいて説明する。  In the present embodiment, a solar cell manufacturing method will be described as an application example of the above-described silicon waste recycling method. That is, in this embodiment, solar cells are manufactured after removing silicon, inactivating boron, or both from silicon waste generated in the semiconductor manufacturing process. The solar cell manufacturing method of this embodiment includes a first manufacturing method for manufacturing a solar cell after manufacturing a P-type semiconductor substrate, and a second manufacturing method for manufacturing a solar cell after manufacturing an N-type semiconductor substrate. There is a manufacturing method. The first manufacturing method will be described with reference to FIG. 3, and the second manufacturing method will be described with reference to FIG.
第 3図を参照して、 この第 1の製造方法を説明する。 ここでは、 上記したゲッタリング により リンを除去することで、 ボロンが残存する P型の半導体基板が製造され、 この P型 の半導体基板から太陽電池が製造される。 なお、 本形態では、 多結晶太陽電池の製造工程 を下記するが、 単結晶太陽電池、 非晶質 (アモルファスシリ コン) 太陽電池を、 シリ コン 屑から製造することも可能である。  The first manufacturing method will be described with reference to FIG. Here, by removing phosphorus by the above-described gettering, a P-type semiconductor substrate in which boron remains is manufactured, and a solar cell is manufactured from this P-type semiconductor substrate. In this embodiment, the manufacturing process of the polycrystalline solar cell is described below. However, it is also possible to manufacture a single crystal solar cell and an amorphous (amorphous silicon) solar cell from silicon waste.
第 3図に示すフローチャートは、 大別すると、 回収されたシリ コン屑に含まれるリ ン等 の不純物を除去する工程 (ステップ S 3 1およびステップ S 3 2 ) と、 シリ コン材料を溶 融する工程 (ステップ S 3 3 ) と、 太陽電池を製造する工程 (ステップ S 3 4〜ステップ S 4 2 ) とから成る。 これらの各ステップを以下に詳述する。  The flowchart shown in FIG. 3 can be broadly divided into a process for removing impurities such as phosphorus (step S 3 1 and step S 3 2) contained in the recovered silicon waste, and melting the silicon material. It consists of a process (Step S 3 3) and a process for manufacturing a solar cell (Step S 3 4 to Step S 4 2). Each of these steps is described in detail below.
ステップ S 3 0では、 L S I等の半導体を製造する工程から発生するシリコン屑を回収 する。 この詳細は、 第 1図を参照して説明したステップ S 1 1 と同様である。 回収された シリ コン屑には、 ボロンが導入されたシリコン屑と、 リンが導入されたシリ コン屑とが混 在している。  In step S 30, silicon waste generated from the process of manufacturing a semiconductor such as L S I is collected. The details are the same as step S 1 1 described with reference to FIG. The recovered silicon waste contains silicon waste introduced with boron and silicon waste introduced with phosphorus.
ステップ S 3 1では、 一方向性凝固を行うことにより、 シリ コン屑に含まれる銅等の重 金属を除去する。  In step S 3 1, heavy metals such as copper contained in the silicon waste are removed by performing unidirectional solidification.
ステップ S 3 2では、 シリ コン屑に含まれるリンを除去する。 リンを除去する方法とし ては、 第 2図 (A ) を参照して詳述したゲッタリングや、 第 1図 (C ) を参照して説明し た蒸発工程を採用することができる。 特にゲッタリングは、 低コストにてシリコン屑に含 まれるリンを除去することができる。 また、 ゲッタリングにより リンを除去する場合は、 ステップ S 3 2を行う前に、 シリコン屑を細分化する工程が行われても良い。 このことに より、 ゲッタリングにより リンが除去される効果を向上させることができる。 In step S 3 2, phosphorus contained in the silicon waste is removed. As a way to remove phosphorus Thus, the gettering described in detail with reference to FIG. 2 (A) and the evaporation process described with reference to FIG. 1 (C) can be employed. In particular, gettering can remove phosphorus contained in silicon scrap at low cost. In addition, when phosphorus is removed by gettering, a step of fragmenting silicon scraps may be performed before performing step S 3 2. Thus, the effect of removing phosphorus by gettering can be improved.
ここで、 後述する集合体を使用した半導体材料の再生方法が太陽電池の製造方法に適用 される場合は、 方向性凝固のステップ S 3 1を行わずに、 プレス加工により多数のシリコ ン屑が集合した集合体が形成されても良い。 即ち、 シリコン屑は溶融されずに、 集合体の 状態で、 リンを除去するステップ S 3 2の処理を経ることになる。  Here, when the semiconductor material recycling method using an assembly described later is applied to a method for manufacturing a solar cell, a large amount of silicon waste is generated by pressing without performing the directional solidification step S 3 1. Aggregated aggregates may be formed. In other words, the silicon scrap is not melted, but undergoes the process of step S 3 2 for removing phosphorus in an aggregated state.
本工程を経たシリコン屑では、 リンは除去されているがボロンは除去されていない。 従 つて、 本工程を経たシリコン屑は、 ボロンを含む P型の半導体シリコン材料である。 ステップ S 3 3では、 シリコン屑が溶融されて、 所定の大きさのシリコンインゴッ トが 铸造される。 多結晶太陽電池を製造する本方法では、 1 0 0 0 °Cの温度にてシリコン屑を 溶融し、 铸型で鎵造する。 また、 単結晶太陽電池が製造される場合は、 1 5 0 0 °C程度の 温度にて、 シリコン屑を溶融炉中で溶融された後に、 単結晶引き上げを行う。 更に、 非晶 質 (アモルファス) 太陽電池を製造する場合は、 3 0 0 °C程度の温度にて、 シランガスを 用いた化学的な手法で、 厚みが 5 0 0 n m程度の太陽電池膜が、 ガラス等から成る基板の 主面に形成される。  In the silicon scraps that have undergone this process, phosphorus has been removed but boron has not been removed. Therefore, the silicon scrap that has undergone this process is a P-type semiconductor silicon material containing boron. In step S 33, the silicon scrap is melted to produce a silicon ingot of a predetermined size. In this method of manufacturing a polycrystalline solar cell, silicon scraps are melted at a temperature of 100 ° C. and fabricated in a vertical shape. When a single crystal solar cell is manufactured, the silicon crystal is melted in a melting furnace at a temperature of about 150 ° C., and then the single crystal is pulled. Furthermore, when manufacturing an amorphous solar cell, a solar cell film having a thickness of about 500 nm is obtained by a chemical method using silane gas at a temperature of about 300 ° C. It is formed on the main surface of a substrate made of glass.
ステップ S 3 4では、 シリコンインゴッ トをスライスして、 半導体ウェハ 2 0を得る。 シリコンインゴッ トをスライスする方法としては、 マルチワイヤソーを用いた切断方法が ある。 本工程で得られるウェハ 2 0は、 ボロンが含まれる P型の半導体ウェハであり、 そ の厚さは、 例えば 2 0 0 / m程度である。  In step S 3 4, the silicon ingot is sliced to obtain a semiconductor wafer 20. As a method of slicing a silicon ingot, there is a cutting method using a multi-wire saw. The wafer 20 obtained in this step is a P-type semiconductor wafer containing boron, and its thickness is, for example, about 200 / m.
ステップ S 3 5では、 ウェハ 2 0の表面を化学エッチングすることにより、 凹凸 (テク スチヤ) を形成する。 このテクスチャは、 シリコンの結晶方位によるエッチング速度の差 を利用して形成される。 このようにテクスチャをウェハ 2 0の表面に形成することで、 ゥ ェハの表面に光を閉じこめる効果を得ることができる。  In step S 35, the surface of the wafer 20 is chemically etched to form unevenness (texture). This texture is formed by utilizing the difference in etching rate depending on the crystal orientation of silicon. By forming the texture on the surface of the wafer 20 in this way, the effect of confining light on the wafer surface can be obtained.
ステップ S 3 6では、 ウェハ 2 0に P N接合を形成する。 上記したように、 ウェハ 2 0 は、 ボロンを含有する P型の半導体であるので、 P N接合を形成するためにリンをウェハ 20に導入する。 この工程では、 ウェハ 2 0は 8 5 0°C程度の温度で約 3 0分間加熱され る。 また、 ウェハ 2 0の周囲は、 リンが導入された N型または N+型に変換される。 In step S 36, a PN junction is formed on wafer 20. As described above, since wafer 20 is a P-type semiconductor containing boron, phosphorus is used to form a PN junction. Introduce to 20. In this step, the wafer 20 is heated at a temperature of about 85 ° C. for about 30 minutes. Further, the periphery of the wafer 20 is converted into N type or N + type into which phosphorus is introduced.
ステップ S 3 7では、 ウェハ 20の表面に保護膜 2 1を形成する。 この保護膜 2 1は、 T i 02から成り、 常圧 CVDにより形成される。 また、 保護膜 2 1は、 反射防止膜とし ても機能している。 In step S 37, the protective film 21 is formed on the surface of the wafer 20. The protective layer 2 1 is made of T i 0 2, it is formed by atmospheric CVD. The protective film 21 also functions as an antireflection film.
ステップ S 3 8では、 ウェハ 20の裏面をエッチングする。 具体的には、 KOH水溶液 を用いた化学エッチングにより、 受光面以外の N層を除去する。  In step S 3 8, the back surface of wafer 20 is etched. Specifically, the N layer other than the light-receiving surface is removed by chemical etching using KOH aqueous solution.
ステップ S 3 9では、 ウェハ 20の裏面に裏面電極 2 2を形成する。 具体的には、 Ag ペース トおよび A 1ペーストをウェハ 20の裏面にスクリーン印刷して焼成することで、 裏面電極 2 2を形成する。 スクリーン印刷を行う ときは、 ウェハ 20は 20 0°C程度で約 1分加熱される。 また、 焼成を行うときは、 ウェハ 2 0は 7 5 0°C程度で約 1分加熱され る。  In Step S 39, the back electrode 22 is formed on the back surface of the wafer 20. Specifically, the back electrode 22 is formed by screen-printing and baking Ag paste and A 1 paste on the back surface of the wafer 20. When screen printing is performed, the wafer 20 is heated at about 200 ° C. for about 1 minute. Further, when baking is performed, the wafer 20 is heated at about 75 ° C. for about 1 minute.
ステップ S 40では、 ウェハ 20の表面である受光面に、 受光面電極 2 3を形成する。 受光面電極 2 3の形成方法は、 上述した裏面電極 2 2と同様である。 また、 本工程では、 保護膜 2 1を部分的に除去して開口部を形成した後に、 この開口部に受光面電極 2 3を形 成している。  In step S 40, the light receiving surface electrode 23 is formed on the light receiving surface which is the surface of the wafer 20. The formation method of the light receiving surface electrode 23 is the same as that of the back electrode 22 described above. In this step, the protective film 21 is partially removed to form an opening, and then the light-receiving surface electrode 23 is formed in the opening.
ステップ S 4 1では、 ソ一ラーシミュレータ等を用いて、 上記工程により形成された太 陽電池の特性を計測して検査する。 検査に合格した物のみが、 モジュール組み立て工程に 搬送され、 組み立ての工程を経て、 太陽電池が完成する (ステップ S 42)。  In step S41, the characteristics of the solar cell formed by the above process are measured and inspected using a solar simulator or the like. Only those that pass the inspection are transported to the module assembly process, and the solar cell is completed through the assembly process (step S42).
また、 本形態では、 ウェハ 20に含まれるボロンを部分的に不活性にして、 擬似的にポ 口ンの濃度を低下させるために、サーマルドナーを行うステップ S 4 6を追加しても良い。 回収されたシリ コン屑には、 必要以上に高濃度のボロンが含有される時もある。 従って、 サーマルドナーにより部分的にボロンを不活性化させることにより、 製造される太陽電池 の特性を向上させることができる。 部分的なサーマルドナーは、 加熱温度、 加熱時間、 ま たは加熱時間と加熱温度の両方を調整することにより達成される。この調整とは、例えば、 第 2図 (B) を参照して説明したサーマルドナーよりも、 加熱温度を低く したり、 加熱時 間を短く したりすることが考えられる。  In this embodiment, in order to partially inactivate boron contained in the wafer 20 and reduce the concentration of the pores in a pseudo manner, step S 46 for performing a thermal donor may be added. Recovered silicon waste sometimes contains higher concentrations of boron than necessary. Therefore, the characteristics of the manufactured solar cell can be improved by partially inactivating boron with a thermal donor. Partial thermal donors are achieved by adjusting the heating temperature, heating time, or both heating time and heating temperature. This adjustment may be, for example, lowering the heating temperature or shortening the heating time than the thermal donor described with reference to FIG. 2 (B).
部分的なサーマルドナーを行うステップ S 4 6は、 ステップ S 34からステップ S 40 の各ステップ同士の間に挿入することができる。 即ち、 ステップ S 4 6では部分的にポロ ンを不活性化させるのみであるので、 このことはステップ S 3 6にて形成される P N接合 に悪影響を与えない。 このことから、 部分的なサーマルドナーを行うステップ S 4 6は、 P N接合を形成するステップ S 3 6の前に行っても良いし、 ステップ S 3 6の後に行って も良い。 Steps S 4 6 to perform a partial thermal donor, steps S 34 to S 40 Can be inserted between each step. That is, step S 46 only partially deactivates the polone, so this does not adversely affect the PN junction formed in step S 36. Therefore, step S 46 for performing a partial thermal donor may be performed before step S 36 6 for forming a PN junction, or may be performed after step S 36.
第 4図を参照して、 次に、 シリ コン屑に含有されるボロンを不活性化させて、 擬似的に ボロンが除去された N型のウェハを用いる太陽電池の製造方法を説明する。 また、 第 4図 に於いて、第 3図の製造工程と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。 ステップ S 3 0およびステップ S 3 1では、 シリ コン屑を回収した後に、 一方向性凝固 により銅等の重金属をシリ コン屑から除去する。 また、 上述したように、 ここでも方向性 凝固 S 3 1を行わずに、 多数のシリコン屑がプレス加工により集合化された集合体が形成 されても良い。そして、この集合体に対してステップ S 4 3のリン除去が行われても良い。 ステップ S 4 3では、 シリ コン屑からリ ンを部分的に除去する。 第 3図に示した製造方 法では、 ステップ S 3 2にてシリ コン屑に含有されるリ ンの全てまたは殆どをゲッタリ ン グ等により除去していたが、 このステップでは全てのリンは除去せずに、 部分的にのみ除 去している。 このことにより、 シリコン屑に含有されるリ ンの濃度が高すぎる場合、 その 濃度を所定の値に下げることができる。 本ステップは、 ゲッタリング時の時間、 温度、 ま たは、 時間と温度の両方を調整することにより行われる。 この調整とは、 例えば、 第 2図 ( A)を参照して説明したゲッタリングょりも、ゲッタリング時の加熱温度を低く したり、 加熱時間を短くすることである。  Next, referring to FIG. 4, a method for manufacturing a solar cell using an N-type wafer from which boron contained in silicon waste is inactivated and pseudo boron is removed will be described. Further, in FIG. 4, the same parts as those in the manufacturing process of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In Step S 30 and Step S 31, after collecting the silicon waste, heavy metals such as copper are removed from the silicon waste by unidirectional solidification. In addition, as described above, an aggregate in which a large number of silicon scraps are aggregated by press working may be formed without performing the directional solidification S31. Then, phosphorus removal in step S43 may be performed on this aggregate. In step S 4 3, the phosphorus is partially removed from the silicon waste. In the manufacturing method shown in Fig. 3, all or most of the phosphorus contained in the silicon waste was removed by gettering in step S32, but all phosphorus was removed in this step. It is removed only partially. As a result, when the concentration of phosphorus contained in silicon scrap is too high, the concentration can be lowered to a predetermined value. This step is performed by adjusting the time, temperature, or both time and temperature during gettering. This adjustment means, for example, that the gettering process described with reference to FIG. 2 (A) also lowers the heating temperature during gettering or shortens the heating time.
ステップ S 3 3、 ステップ S 3 4およびステップ S 3 5では、 インゴッ トを鎵造した後 に、 インゴッ トをスライスしてウェハ 2 0を製造し、 ウェハ 2 0の表面に凹凸 (テクスチ ャ) を形成する。 ステップ S 3 4にて得られるウェハ 2 0には、 リンおよびボロンの両方 が存在している。  In step S 3 3, step S 3 4, and step S 3 5, after the ingot is fabricated, the ingot is sliced to produce wafer 20, and unevenness (texture) is formed on the surface of wafer 20. Form. Both phosphorous and boron are present in the wafer 20 obtained in step S 3 4.
本製造方法では、 ウェハを加工するステップ S 3 4から、 N P接合を形成するステップ S 4 5までの間に、 サーマルドナーを行うステップ S 4 4が行われる。 即ち、 ここでは、 ボロンをウェハ 2 0に拡散させて N P接合を形成するステップ S 4 5よりも前に、 サーマ ルドナーを行う必要がある。 この理由は、 ボロンを注入して N P接合を形成した後に、 含 有されるボロンの殆どを不活性化させるサーマルドナーを行うと、 ウェハ 2 0全体が N型 になってしまい、 ウェハ 2 0が太陽電池で無くなってしまうからである。 サ一マルドナー の詳細は、 第 2図 (B ) の説明と同様である。 In this manufacturing method, Step S 4 4 for performing a thermal donor is performed between Step S 3 4 for processing a wafer and Step S 45 for forming an NP junction. In other words, here, it is necessary to perform a thermal donor before step S 45 in which boron is diffused into wafer 20 to form an NP junction. The reason for this is that after boron is implanted to form the NP junction, This is because if the thermal donor that inactivates most of the boron contained is performed, the entire wafer 20 becomes N-type, and the wafer 20 is no longer a solar cell. The details of the thermal donor are the same as those in Fig. 2 (B).
更に、 サーマルドナーを行うステップ S 4 4は、 ィンゴッ トを铸造するステップ S 3 3 よりも後に行う必要がある。 この理由は、 ステップ S 3 3では、 例えば 1 0 0 0 °C以上の 高温にてシリ コン屑が加熱されて溶融されるからである。 即ち、 ステップ S 3 3よりも前 に、 ステップ S 4 4のサーマルドナーを行う と、 サーマルドナーにより不活性化されたポ 口ンが、 ステップ S 3 3の加熱により再び活性化されてしまう。  Furthermore, the step S 4 4 for carrying out the thermal donor needs to be carried out after the step S 3 3 for producing the ingot. This is because, in step S 33, silicon waste is heated and melted at a high temperature of, for example, 100 ° C. or higher. That is, if the thermal donor of step S44 is performed prior to step S33, the opening deactivated by the thermal donor is reactivated by the heating of step S33.
サーマルドナーを行うステップ S 4 4を経たウェハ 2 0は、 含有されるボロンが不活性 化されて擬似的に除去され、 リンを含む N型となっている。  The wafer 20 that has undergone the thermal donor step S 44 is in an N-type containing phosphorus, in which boron contained therein is inactivated and pseudo-removed.
ステップ S 4 5では、 ウェハ 2 0にボロンを拡散することにより、 ウェハに N P接合を 形成する。 第 3図に示したステップ S 3 6では、 リンを導入していたが、 ここではボロン を導入している。 従って、 本製造方法により製造される太陽電池には、 不活性化されたボ ロンと、 不活性化されていない活性なボロンの両方が混在している。  In step S 45, an N P junction is formed on the wafer by diffusing boron into the wafer 20. In step S36 shown in Fig. 3, phosphorus was introduced, but here boron is introduced. Therefore, in the solar cell manufactured by this manufacturing method, both deactivated boron and active boron that has not been deactivated are mixed.
続いて、 ステップ S 3 7にて保護膜 2 1を形成し、 ステップ S 3 8にてウェハ 2 0の裏 面をエッチングすることにより、 受光面を除いて P型の部位を除去する。 更に、 ステップ S 3 9にて裏面電極 2 2を形成し、 ステップ S 4 0にて受光面電極 2 3を形成し、 更に、 ステップ S 4 1の特性検査を行って、 ステップ S 4 2にて太陽電池が完成する。  Subsequently, a protective film 21 is formed in step S 37, and the back surface of the wafer 20 is etched in step S 38 to remove the P-type region except for the light receiving surface. Further, the back electrode 2 2 is formed in step S 39, the light receiving surface electrode 2 3 is formed in step S 40, the characteristic inspection in step S 4 1 is performed, and in step S 4 2 A solar cell is completed.
上記した製造方法では、 サーマルドナーを行うステップ S 4 4が行われた後は、 不活性 化されたボロンが再び活性化されないように、 留意する必要がある。 例えば、 ウェハ 2 0 が、 6 0 0 °C以上の高温に 3 0分〜 1時間程度以上晒されてしまう と、 不活性化されたボ ロンが再び活性化されてしまう恐れがある。 上記したステップ S 4 5以降の各工程は、 こ のような条件は伴わないので、 ボロンが再び活性化してしまう恐れは排除されている。 更に、 上述した太陽電池の製造方法では、 リン又はボロンの何れかをシリコン屑から除 去し、 P型または N型のウェハを製造したが、 例えば、 第 1図 (B ) に示した方法を用い ると、 リン及びボロンの両方が除去された真性半導体から成るウェハが製造される。 この 真性半導体から成るウェハを用いて太陽電池を製造することも可能である。 更には、 この ウェハを、 L S I等の他の半導体装置の材料として使用することも可能である。 ぐ第 4の実施の形態:半導体材料の再生装置の構成 > In the manufacturing method described above, care must be taken so that the deactivated boron is not activated again after step S44 of performing thermal donor is performed. For example, if the wafer 20 is exposed to a high temperature of 600 ° C. or more for about 30 minutes to 1 hour or more, the deactivated boron may be activated again. Since the above-mentioned steps after step S45 are not accompanied by such conditions, the possibility that boron is activated again is eliminated. Furthermore, in the solar cell manufacturing method described above, either phosphorus or boron was removed from silicon scrap to produce a P-type or N-type wafer. For example, the method shown in FIG. When used, a wafer made of an intrinsic semiconductor from which both phosphorus and boron have been removed is produced. It is also possible to manufacture solar cells using a wafer made of this intrinsic semiconductor. Furthermore, this wafer can be used as a material for other semiconductor devices such as LSI. Fourth Embodiment: Configuration of Semiconductor Material Recycling Device>
本実施の形態では、 第 5図乃至第 9図を参照して、 上記した半導体材料の再生方法に適 用される半導体材料の再生装置の構成を説明する。 第 5図の各図は各再生装置の概要を示 す図であり、第 6図乃至第 9図は再生装置に含まれる各装置の詳細を示す図である。また、 以下の説明では、半導体材料の再生装置に加えて、太陽電池製造装置に関しても言及する。 第 5図 (A) を参照して、 この図では、 シリコン屑回収装置 3 2と、 再生装置 3 0 Aと、 太陽電池製造装置 4 2とが示されている。 更に、 再生装置 3 O Aは、 リ ン除去装置 3 4と サーマルドナー装置 4 0 (不活性化装置) とが含まれる。 そして、 紙面上にて上側に位置 する装置から順番に使用してシリコン屑を処理することにより、 シリコン屑が再生されて 太陽電池が製造される。  In the present embodiment, a configuration of a semiconductor material recycling apparatus applied to the above-described semiconductor material recycling method will be described with reference to FIGS. Each figure in FIG. 5 is a diagram showing an outline of each playback device, and FIGS. 6 to 9 are diagrams showing details of each device included in the playback device. Moreover, in the following description, in addition to the semiconductor material recycling apparatus, reference is also made to a solar cell manufacturing apparatus. Referring to FIG. 5 (A), this figure shows a silicon scrap collecting device 32, a regenerating device 30A, and a solar cell manufacturing device 42. Further, the regenerator 3 O A includes a phosphorus removal device 3 4 and a thermal donor device 40 (deactivation device). Then, by using silicon scraps in order from the device located on the upper side on the paper surface, the silicon scraps are regenerated and solar cells are manufactured.
シリコン屑回収装置 3 2は、 第 3図のシリコン回収ステップ S 3 0を参照して説明した 方法を実現させるための装置である。 例えば、 シリ コン屑を含む排水を濃縮させる濾過装 置や、 この排水を脱水するフィルタプレス等をシリコン屑回収装置 3 2として採用するこ とができる。 上記したように、 この装置にて回収されたシリコン屑には、 リンが導入され た N型のシリ コン屑と、 ボロンが導入された P型のシリ コン屑とが混在している。  The silicon scrap collecting device 32 is a device for realizing the method described with reference to the silicon collecting step S 30 in FIG. For example, a filtration device for concentrating waste water containing silicon waste, a filter press for dewatering this waste water, or the like can be used as the silicon waste recovery device 32. As described above, the silicon scrap recovered by this equipment is a mixture of N-type silicon scrap with phosphorus introduced and P-type silicon scrap with boron introduced.
再生装置 3 0 Aは、 回収されたシリコン屑に含まれる不純物の除去または不活性化を行 うための装置であり、 リン除去装置 3 4およびサーマルドナー装置 4 0から成る。  The regenerator 30 A is a device for removing or inactivating impurities contained in the collected silicon waste, and comprises a phosphorus removing device 34 and a thermal donor device 40.
リン除去装置 3 4は、 シリ コン屑に含まれるリンを除去する装置であり、 ゲッタリング 装置 3 6および分離装置 3 8から成る。 ゲッタリング装置 3 6は、 シリ コン屑を加熱する ことにより、 略均一にシリコン屑に含有されるリンを、 シリコン屑の表面に移動させるゲ ッタリング処理を行う装置である。 また、 分離装置 3 8は、 グラインデイング装置または エッチング装置であり、 移動したリンをシリコン展から分離させる装置である。  The phosphorus removing device 3 4 is a device for removing phosphorus contained in silicon waste, and includes a gettering device 3 6 and a separating device 3 8. The gettering device 36 is a device that performs a gettering process in which phosphorus contained in silicon scrap is moved to the surface of silicon scrap almost uniformly by heating silicon scrap. The separation device 38 is a grinding device or an etching device, and separates the moved phosphorus from the silicon exhibition.
サーマルドナー装置 4 0は、 所定の温度おょぴ時間にてシリコン屑を加熱することで、 シリコン屑に含まれるボロンを不活性化して、 擬似的にボロンを除去する装置である。 再生装置 3 0 Aにて再生処理されたシリ コン屑は、 リ ンが除去されたと共に、 ボロンが 不活性化された状態であり、 擬似的に真性半導体の如き物性を示す。 ここで、 例えば、 回 収されるシリコン屑が N型または P型のいずれかのシリコン屑であれば、 再生装置 3 0 A としては、 ゲッタリング装置 3 6またはサーマルドナー装置 4 0のみで構成することも可 能である。 The thermal donor device 40 is a device that inactivates boron contained in silicon scraps by heating silicon scraps at a predetermined temperature and time, and removes boron in a pseudo manner. The silicon waste regenerated by the regenerator 30 A is in a state in which the phosphorus is removed and boron is inactivated, and it has a pseudo-intrinsic physical property. Here, for example, if the silicon scrap to be collected is either N-type or P-type silicon scrap, the regenerator 30A is configured by only the gettering device 36 or the thermal donor device 40. It is also possible Noh.
太陽電池製造装置 4 2は、 再生装置 3 0 Aにて再生処理された半導体材料を利用して太 陽電池を製造する装置である。 例えば、 太陽電池製造装置 4 2は、 第 3図を参照して、 ス テツプ S 3 4以降のステップを具現化させるための装置により構成される。 即ち、 インゴ ッ トからウェハ 2 0を切り出す装置(ステップ S 3 4 )、 ウェハ 2 0の主面にテクスチャを 形成する装置(ステップ S 3 5 )、 P N接合を形成するべく ウェハ 2 0にリンを導入する装 置 (ステップ S 3 6 ) ウェハ 2 0の上面に保護膜 2 1を形成する装置 (ステップ S 3 7 )、 ウェハの裏面をエッチングする装置(ステップ S 3 8 )、 ウェハ 2 0の裏面に裏面電極 2 2 を形成する装置 (ステップ S 3 9 )、 ウェハ 2 0の受光面に電極を形成する装置 (ステップ S 4 0 )、 これらの装置を使用することにより形成された太陽電池の特性を検査する装置 (ステップ S 4 1 ) 等から太陽電池製造装置 4 2は形成される。  The solar cell manufacturing apparatus 42 is an apparatus that manufactures solar cells using the semiconductor material regenerated by the regenerating apparatus 30A. For example, the solar cell manufacturing apparatus 4 2 is configured by an apparatus for realizing the steps after step S 3 4 with reference to FIG. That is, an apparatus that cuts out the wafer 20 from the ingot (step S 3 4), an apparatus that forms a texture on the main surface of the wafer 20 (step S 3 5), and phosphorus that is formed on the wafer 20 to form a PN junction. Device to be introduced (Step S 3 6) Device for forming the protective film 21 on the upper surface of the wafer 20 (Step S 3 7), Device for etching the back surface of the wafer (Step S 3 8), Back surface of the wafer 20 A device for forming the back electrode 2 2 on the substrate (Step S 39), a device for forming the electrode on the light receiving surface of the wafer 20 (Step S 40), and the characteristics of the solar cell formed by using these devices The solar cell manufacturing apparatus 4 2 is formed from the apparatus (step S 4 1) for inspecting
第 5図 (A) を参照して、 更にここで、 シリ コン屑回収装置 3 2、 再生装置 3 O Aおよ び太陽電池製造装置 4 2の 2つ以上を組みあわせて太陽電池製造装置と見なしても良い。 第 5図 (B ) を参照して、 他の形態の再生装置 3 0 Bの構成を説明する。 この図に示す 再生装置 3 0 Bの構成は、 基本的には上述した再生装置 3 0 Aと同様である。 そして、 再 生装置 3 0 Bと再生装置 3 0 Aとの相違点は、 再生装置 3 0 Aではサーマルドナー装置 4 0にてシリコン屑に含まれるボロンを除去していたのに対し、 再生装置 3 0 Bではプラズ マ除去装置 4 4によりボロンを除去している点にある。 再生装置 3 0 Bの他の構成は、 再 生装置 3 0 Aと同様である。  Referring to Fig. 5 (A), further, here, a combination of two or more of silicon waste recovery device 3 2, recycling device 3 OA and solar cell manufacturing device 4 2 is regarded as a solar cell manufacturing device. May be. With reference to FIG. 5 (B), the configuration of another embodiment of the playback device 30 B will be described. The configuration of the playback device 30B shown in this figure is basically the same as that of the playback device 30A described above. The difference between the regenerator 30B and the regenerator 30A is that, in the regenerator 30A, the boron contained in the silicon debris was removed by the thermal donor device 40, whereas the regenerator 30 In 3 0 B, boron is removed by the plasma removal device 4 4. Other configurations of the playback device 30B are the same as those of the playback device 30A.
具体的には、 第 5図 (B ) には、 シリ コン屑回収装置 3 2、 再生装置 3 0 B、 太陽電池 製造装置 4 2が示されている。 そして、 再生装置 3 0 Bはリ ン除去装置 3 4およぴプラズ マ除去装置 4 4が含まれる。 また、 リン除去装置 3 4は、 ゲッタリング装置 3 6および分 離装置 3 8から成る。  Specifically, FIG. 5 (B) shows a silicon waste collecting device 3 2, a regenerator 30 B, and a solar cell manufacturing device 4 2. The reproduction apparatus 30B includes a line removal apparatus 3 4 and a plasma removal apparatus 44. The phosphorus removal device 34 includes a gettering device 36 and a separation device 38.
上記したプラズマ除去装置 4 4は、溶融されたシリコンにプラズマを照射させることで、 シリ コンに含まれるボロンを除去する装置である。 再生装置 3 0 Aではサーマルドナー装 置 4 0にてボロンを擬似的に除去していたが、 再生装置 3 0 Bでは実質的にボロンをシリ コン屑から除去している。 従って、 上記した構成の再生装置 3 0 Bにより再生された半導 体シリ コン材料は、 リンおよびボロンの両方が除去されているので、 再生装置 3 O Aによ り再生された半導体シリコン材料よりも純度が高い。 The above-described plasma removing apparatus 44 is an apparatus that removes boron contained in silicon by irradiating the molten silicon with plasma. In the regenerator 30 A, boron was artificially removed by the thermal donor device 40, but in the regenerator 30B, boron was substantially removed from the silicon waste. Therefore, since the semiconductor silicon material regenerated by the regenerator 30 B having the above-described configuration has both phosphorus and boron removed, the regenerator 3 OA The purity is higher than the regenerated semiconductor silicon material.
第 5図 (C ) を参照して、 他の形態の再生装置 3 0 Cの構成を説明する。 再生装置 3 0 Cの基本的構成は、 上述した再生装置 3 O Aと同様である。 再生装置 3 0 Aと再生装置 3 0 Cとの相違点は、 再生装置 3 0 Aがリ ン除去装置 3 4を備えていたのに対して、 再生装 置 3 0 Cが加熱リン除去装置 4 6を備えている点にある。 即ち、 再生装置 3 0 Cでは、 溶 融されたシリコン屑に電子銃でビームを照射させることで、 シリコン屑に含まれるリンを 除去している。  With reference to FIG. 5 (C), the structure of another embodiment of the playback device 30 C will be described. The basic configuration of the playback device 30 C is the same as that of the playback device 3 O A described above. The difference between the regenerator 30 A and the regenerator 30 C is that the regenerator 30 A was equipped with the phosphorus removal device 34, whereas the regenerative device 30 C was a hot phosphorus removal device 4. It is in that it has six. That is, in the reproduction apparatus 30 C, phosphorus contained in the silicon scrap is removed by irradiating the melted silicon scrap with a beam with an electron gun.
具体的には、 この図に示す再生装置 3 0 Cは、 加熱リン除去装置 4 6と、 サーマルドナ 一装置 4 0とを具備している。 加熱リン除去装置 4 6は、 高真空下にて溶融されたシリコ ンに、電子銃を用いてビームを照射することで、シリコンからリンを除去している。また、 サーマルドナー装置 4 0では、 上述したように、 シリ コン屑に含まれるボロンを不活性化 (サーマルドナー) させることで、 ボロンを擬似的に除去している。  Specifically, the regenerator 30 C shown in this figure includes a heated phosphorus removing device 46 and a thermal donor device 40. The heated phosphorus removal device 46 removes phosphorus from silicon by irradiating a silicon melted under high vacuum with a beam using an electron gun. Further, in the thermal donor device 40, as described above, boron is pseudo-removed by inactivating (thermal donor) boron contained in the silicon waste.
再生装置 3 0 Cにより再生された半導体材料は、 リンが除去されており、 ボロンが不活 性化されて擬似的に除去された状態である。  The semiconductor material regenerated by the regenerating apparatus 30 C is in a state where phosphorus is removed and boron is inactivated and pseudo-removed.
上述した 3つの再生装置 3 0 A、 3 0 B、 3 0 Cを比較してみると、 再生装置 3 0 Aが 最も低コス トで半導体屑を再生することができる。 その理由は、 再生装置 3 0 B、 3 0 C ではシリコン屑を溶融するのと比較して、 再生装置 3 O Aではシリコン屑を加熱する工程 は有するものの溶融しないからである。 再生装置 3 O Aでは、 シリ コンが溶融するほど装 置の温度を上昇させる必要がないので、 その分必要とされる熱エネルギーが少なくなり、 低コス トにシリ コンを再生させることができる。  Comparing the three regenerators 30 A, 30 B, and 30 C described above, the regenerator 30 A can regenerate semiconductor waste at the lowest cost. The reason is that, in the regenerators 30 B and 30 C, the silicon scrap is melted in the regenerator 3 O A, but the silicon scrap is heated but not melted. In the regenerator 3 O A, it is not necessary to raise the temperature of the apparatus as the silicon melts, so that less heat energy is required and the silicon can be regenerated at a low cost.
次に、 第 6図乃至第 9図を参照して、 上記した再生装置 3 0 A等に含まれる各装置の構 成を具体的に説明する。  Next, with reference to FIGS. 6 to 9, the configuration of each device included in the playback device 30 A and the like will be specifically described.
第 6図を参照して、 第 5図 (A) に示された再生装置 3 0 Aまたは第 5図 (B ) に示さ れた再生装置 3 0 Bに含まれるリン除去装置 3 4の構成を説明する。 第 6図 (A ) はリン 除去装置 3 4の概略図であり、 第 6図 (B ) はゲッタリング装置 3 6の構成を示す断面図 であり、 第 6図 (C ) は分離装置 3 8の構成を示す概念図である。  Referring to FIG. 6, the configuration of phosphorus removal device 3 4 included in regenerator 30 A shown in FIG. 5 (A) or regenerator 30 B shown in FIG. 5 (B) is shown. explain. FIG. 6 (A) is a schematic view of the phosphorus removing device 34, FIG. 6 (B) is a sectional view showing the structure of the gettering device 36, and FIG. 6 (C) is a separation device 3 8. It is a conceptual diagram which shows the structure of.
第 6図 (A) を参照して、 シリ コン屑からリンを除去するリン除去装置 3 4は、 シリコ. ン屑の内部に含有されるリンをその表面に向かって移動させるゲッタリング装置 3 6 と、 シリコン屑の表面まで移動したリンをシリコン屑から分離させる分離装置 3 8とを具備し ている。 より具体的には、 ゲッタリング装置 3 6にてシリ コン屑の表面はシリ コン酸化物 (シリ コン化合物) により被覆され、 分離装置 3 8ではリンと共にこのシリコン酸化物が シリコン屑から除去される。このシリコン酸化物は、加熱工程で生成される場合もあるし、 加熱前に空気中の酸素とシリ コン屑とが反応して形成される場合もある。 Referring to FIG. 6 (A), the phosphorus removing device 3 4 for removing phosphorus from the silicon waste is a gettering device 3 6 for moving the phosphorus contained in the silicon waste toward the surface. When, And a separation device 38 for separating phosphorus that has moved to the surface of the silicon scrap from the silicon scrap. More specifically, the surface of silicon waste is covered with silicon oxide (silicon compound) in the gettering device 36, and the silicon oxide is removed from the silicon waste together with phosphorus in the separation device 38. . This silicon oxide may be generated in the heating process, or may be formed by the reaction of oxygen in the air and silicon waste before heating.
第 6図 (B ) を参照して、 ゲッタリング装置 3 6の構造を説明する。 ゲッタリング装置 The structure of the gettering device 36 will be described with reference to FIG. 6 (B). Gettering equipment
3 6は、 石英管 4 8と、 導入部 5 2と、 排出部 5 4と、 加熱ヒーター 5 0とを主要に備え ている。 石英管 4 8は耐熱性に優れた石英から成る収納部であり、 シリ コン屑 6 2を加熱 するための空間が内部に確保されている。 導入部 5 2は、 石英管 4 8の右側側壁に設けら れており、 石英管 4 8の内部と外部とを連通させている。 また、 導入部 5 2は、 石英管 4 8の左側側壁に取り付けられており、 石英管 4 8の内部と外部とを連通させている。 導入 部 5 2からはゲッタリングに必要とされるガス 5 6が導入され、 排出部 5 4からは石英管36 mainly includes a quartz tube 48, an introduction part 52, a discharge part 54, and a heater 50. The quartz tube 48 is a housing made of quartz having excellent heat resistance, and a space for heating the silicon waste 62 is secured inside. The introduction part 52 is provided on the right side wall of the quartz tube 48 and allows the inside and outside of the quartz tube 48 to communicate with each other. The introduction part 52 is attached to the left side wall of the quartz tube 48 and allows the inside and outside of the quartz tube 48 to communicate with each other. Gas 5 6 required for gettering is introduced from introduction section 52, and quartz tube is introduced from discharge section 54.
4 8を経由したガス 5 8が外部に排出される。 Gas 5 8 via 4 8 is discharged to the outside.
加熱ヒータ一 5 0は、 石英管 4 8に設けられており、 石英管 4 8の内部の雰囲気を所定 の温度まで加熱させる。 加熱ヒーター 5 0としては、 抵抗加熱ヒーターを使用することが できる。  The heater 50 is provided in the quartz tube 48, and heats the atmosphere inside the quartz tube 48 to a predetermined temperature. As the heater 50, a resistance heater can be used.
石英ポート 6 0は、 石英から成りシリ コン屑 6 2を収納させるための容器である。 石英 管 4 8の内部には、 例えば熱電対から成る温度モニター 9 2が設置されている。 ここで、 石英ボート 6 0に替えて、 アルミナから成る収納容器が採用されても良い。  The quartz port 60 is a container for containing silicon waste 62 made of quartz. Inside the quartz tube 48, for example, a temperature monitor 92 made of a thermocouple is installed. Here, instead of the quartz boat 60, a storage container made of alumina may be employed.
上記構成のゲッタリング装置 3 6を使用したシリコン屑 6 2のゲッタリング方法を以下 に説明する。  A method for gettering silicon scrap 62 using the gettering device 36 having the above configuration will be described below.
先ず、 シリコン屑 6 2を石英ボート 6 0に載置して収納させた後に、 この石英ボート 6 0を石英管 4 8の内部に搬送する。 ここでは、 プレス加工を施すことで多数の粒子状のシ リコン屑 6 2を集合させた集合体が石英ボート 6 0に載置されて収納されている。  First, after the silicon scrap 62 is placed and stored in the quartz boat 60, the quartz boat 60 is transported into the quartz tube 48. Here, an aggregate in which a large number of particulate silicon scraps 62 are gathered by pressing is placed on and stored in a quartz boat 60.
次に、 ガス 5 6を導入部 5 2から石英管 4 8の内部に導入しつつ、 加熱ヒーター 5 0に 通電して石英管 4 8の内部雰囲気を加熱する。 ガス 5 6 としては、 アルゴンまたは窒素ガ スが採用され、圧力が 0 . 0 1 T o r r以上 7 6 0 T o r r以下で導入される。 ここでは、 温度モニター 9 2にてシリコン屑 6 2付近の雰囲気の温度をモニタリングしつつ、 石英管 4 8の内部の温度を 9 0 0 °C以上且つ 1 2 0 0 °C以下に保つ。 この温度が 9 0 0 °C未満で あるとゲッタリングの効果が小さくなり、 この温度が 1 2 0 0 以上であると石英管 4 8 の耐熱温度の上限を内部の温度が超えてしまい石英管 4 8が破壊されてしまう恐れがある。 そして、 この温度による加熱を、 0 . 5時間以上 2時間以下、 連続して行う。 この時間が 0 . 5時間未満であると、 ゲッタリングが不十分であり、 シリ コン屑 6 2の内部にリンが 残留してしまう恐れがある。 一方、 この時間が 2時間より長くなると、 必要以上にゲッタ リングに係る時間が長くなり、 再生作業の効率が低下してしまう恐れがある。 Next, while the gas 56 is introduced into the quartz tube 48 from the introduction part 52, the heater 50 is energized to heat the atmosphere inside the quartz tube 48. As the gas 56, argon or nitrogen gas is adopted, and the gas is introduced at a pressure of 0.01 Torr or more and 7660 Torr or less. Here, while monitoring the temperature of the atmosphere near the silicon scrap 62 with the temperature monitor 92, the quartz tube Maintain the internal temperature of 4 8 at 90 ° C or higher and 1 200 ° C or lower. If this temperature is less than 900 ° C, the effect of gettering will be reduced, and if this temperature is 1 2 0 0 or more, the internal temperature will exceed the upper limit of the heat resistant temperature of the quartz tube 48, and the quartz tube will 4 8 may be destroyed. Then, heating at this temperature is continuously performed for 0.5 hour or more and 2 hours or less. If this time is less than 0.5 hours, gettering is insufficient and phosphorus may remain inside the silicon waste 62. On the other hand, if this time is longer than 2 hours, the time required for gettering becomes longer than necessary, which may reduce the efficiency of the regeneration work.
次に、 加熱ヒーター 5 0による加熱を停止させた後に、 石英管 4 8の内部雰囲気が室温 と同程度に成るまで放置して、 石英ボート 6 0と共にシリコン屑 6 2を外部に取り出す。 上記工程を経たシリコン屑 6 2の各々は、 含有されるリンがシリコン屑 6 2の表面まで 移動された状態になっている。  Next, after the heating by the heater 50 is stopped, the quartz tube 48 is left until the internal atmosphere of the quartz tube 48 becomes about the room temperature, and the silicon scrap 62 is taken out together with the quartz boat 60. Each of the silicon scraps 62 that have undergone the above process is in a state in which the contained phosphorus has been moved to the surface of the silicon scraps 62.
第 6図 (C ) を参照して、 次に、 シリコン屑 6 2の表面に移動したリンをシリコン屑か ら分離させる分離装置 3 8の構造を説明する。  Next, with reference to FIG. 6 (C), the structure of the separation device 38 for separating phosphorus that has moved to the surface of the silicon scrap 62 from the silicon scrap will be described.
分離装置 3 8は、 ゲッタリング処理を経たシリコン屑 6 2を収納させる収納容器である メッシュカゴ 6 6 と、 フッ化水素酸 7 0が貯留されたタンク 6 8 と、 純水である水 7 4が 貯留されたタンク 7 2とを主要に備えている。 そして、 メッシュカゴ 6 6は、 コンベヤー 6 4に吊り下げられることで、 上下方向および水平方向への移動が可能とされている。 タンク 6 8は、 例えば、 テフロン等を材科とするものであり、 その内部にはフッ化水素 酸 7 0 (フッ酸) が貯留されている。 フッ化水素酸 7 0は、 非常に腐食性が強い薬品であ るので、 タンク 6 8は耐食性に優れたテフロン等の材料から成る必要がある。 ここで、 フ ッ酸の濃度は、 例えば 5 %である。  Separator 3 8 includes mesh basket 6 6 that is a container for storing silicon waste 62 that has undergone gettering treatment, tank 6 8 that stores hydrofluoric acid 70, and water that is pure water 7 4 Is mainly equipped with a tank 72. The mesh basket 66 is suspended on the conveyor 64, so that it can move in the vertical direction and the horizontal direction. The tank 68 is made of, for example, Teflon or the like, and hydrofluoric acid 70 (hydrofluoric acid) is stored in the tank 68. Since hydrofluoric acid 70 is a highly corrosive chemical, tank 68 needs to be made of a material such as Teflon having excellent corrosion resistance. Here, the concentration of hydrofluoric acid is, for example, 5%.
タンク 7 2は、 例えば、 テフロンから成るものであり、 その内部には純水である水 7 4 が貯留されている。 また、 タンク 7 2は、 コンベヤー 6 4がメッシュカゴ 6 6を輸送する 経路に於いて、 タンク 6 8よりも後段に配置されている。 タンク 7 2に貯留された水 7 4 は、 シリ コン屑 6 2に含浸されたフッ化水素酸 7 0を除去するリ ンス処理を行うために使 用される。 また、 複数のタンク 7 2がコンベヤー 6 4の輸送経路中に配置されても良い。 上記構成の分離装置 3 8を使用してシリコン屑 6 2の表面からリンを分離させる方法は 次の通りである。 先ず、 上記したゲッタリング処理を経たシリコン屑 6 2をメッシユカゴ 6 6の内部に収 容させる。 ここで、 シリ コン屑 6 2は、 プレス加工が施されており、 例えばその形状は直 径が数 c mであり厚みが数 c mのタブレッ ト状である。 従って、 シリ コン屑 6 2の搬送は 容易であり、 メッシュカゴ 6 6の編み目も粗いもので良い。 図では、 メッシュカゴ 6 6に は 1つのみの集合体の状態のシリ コン屑 6 2が例示されているが、 数百個程度の多数のシ リコン屑 6 2がメッシュカゴ 6 6に収容されても良い。 メッシュカゴ 6 6は、 金属製のケ 一プル等を経由して、 コンベヤー 6 4に吊り下げられる。 The tank 7 2 is made of, for example, Teflon, and water 7 4, which is pure water, is stored therein. In addition, the tank 7 2 is arranged at a later stage than the tank 6 8 in the path through which the conveyor 6 4 transports the mesh basket 6 6. The water 74 stored in the tank 72 is used to perform a rinsing process for removing the hydrofluoric acid 70 impregnated in the silicon waste 62. A plurality of tanks 72 may be arranged in the transport path of the conveyor 64. A method for separating phosphorus from the surface of the silicon scrap 62 using the separating device 38 having the above-described configuration is as follows. First, the silicon scraps 62 that have undergone the gettering process described above are accommodated in the mesh cage 66. Here, the silicon scrap 62 is pressed, and for example, the shape thereof is a tablet shape having a diameter of several centimeters and a thickness of several centimeters. Accordingly, the conveyance of the silicon waste 62 is easy, and the mesh basket 66 may have a coarse stitch. In the figure, the mesh basket 6 6 exemplifies the silicon scrap 62 in the state of only one aggregate, but a large number of hundreds of silicon scraps 6 2 are accommodated in the mesh basket 6 6. May be. The mesh basket 6 6 is suspended from the conveyor 64 via a metal cable or the like.
次に、 シリコン屑 6 2が収容されたメッシユカゴ 6 6をコンベヤー 6 4により移動させ て、 タンク 6 8に貯留されたフッ化水素酸 7 0に一定時間浸漬させる。 このことにより、 ウエッ トエッチングを行い、 シリ コン屑 6 2の表面に存在するリ ンを、 シリ コン屑 6 2か ら分離させる。 また、 シリ コン屑 6 2の表面にシリ コン化合物が存在する場合は、 リ ンと 共にこの化合物も分離して除去させる。 フッ化水素酸 7 0にシリ コン屑 6 2が浸漬される 時間は、 例えば、 0 . 5分以上 1 0分以下である。 この時間が 0 . 5分未満であると、 シ リコン屑 6 2のエッチング処理が不十分であり、 シリコン屑 6 2にリンゃ酸化物が残留し てしまう恐れがある。 また、 上記時間が 1 0分より長いと、 この工程の効率が悪く成って しまう恐れがある。 本工程が終了したら、 コンベヤー 6 4を駆動させて、 メッシュカゴ 6 6をタンク 6 8からタンク 7 2に移動させる。  Next, the mesh basket 66 containing the silicon scrap 62 is moved by the conveyor 64 and immersed in hydrofluoric acid 70 stored in the tank 68 for a certain period of time. As a result, wet etching is performed to separate the phosphorus existing on the surface of the silicon waste 62 from the silicon waste 62. If a silicon compound is present on the surface of the silicon waste 62, this compound is also separated and removed together with the phosphorus. The time for which silicon waste 62 is immersed in hydrofluoric acid 70 is, for example, not less than 0.5 minutes and not more than 10 minutes. If this time is less than 0.5 minutes, the etching process of the silicon waste 62 is insufficient, and there is a possibility that the phosphorus remains in the silicon waste 62. Further, if the time is longer than 10 minutes, the efficiency of this process may be deteriorated. When this process is completed, the conveyor 64 is driven to move the mesh basket 66 from the tank 68 to the tank 72.
次に、 タンク 7 2に貯留された水 7 4に、 メッシュカゴ 6 6に収容されたシリ コン屑 6 2を浸漬させる。 この工程により、 固形状態のシリ コン屑 6 2に含浸されたフッ化水素酸 7 0が除去され、 更に、 シリ コン屑 6 2の表面に残存するリンや化合物も分離される。 本 処理は一般的にリ ンス処理と称されている。 このリ ンス処理の回数は、 3回以上 1 0回以 下であり、 この回数に応じた数のタンク 7 2が水 7 4が貯留された状態で用意されても良 い。 更に、 本工程の分離を好適に行うために、 タンク 7 2の内部に於いて水 7 4を流動さ せても良い。  Next, the silicon waste 6 2 accommodated in the mesh basket 6 6 is immersed in the water 7 4 stored in the tank 7 2. By this step, the hydrofluoric acid 70 impregnated in the silicon waste 62 in the solid state is removed, and phosphorus and compounds remaining on the surface of the silicon waste 62 are also separated. This process is generally called a rinse process. The number of times of this rinsing process is 3 times or more and 10 times or less, and the number of tanks 72 corresponding to this number of times may be prepared with water 74 stored. Furthermore, water 74 may be caused to flow inside the tank 72 in order to suitably perform the separation in this step.
第 7図を参照して、 次に、 サーマルドナー装置 4 0の構造およびこの装置を使用した不 活性化を説明する。 この図に例示されているサーマルドナー装置 4 0の概略的構成は、 第 6図 (B ) に示したゲッタリング装置 3 6 と同様である。  Next, the structure of the thermal donor device 40 and the inactivation using this device will be described with reference to FIG. The schematic configuration of the thermal donor device 40 illustrated in this figure is the same as that of the gettering device 36 shown in FIG. 6 (B).
具体的には、 サーマルドナー装置 4 0は、 石英管 7 6と、 石英管 7 6を加熱する加熱ヒ 一ター 9 0と、 石英管 7 6の内部と外部とを連通させて外部からガス 7 8が導入される導 入部 8 0 と、 石英管 7 6の内部と外部とを連通させてガス 8 4が排出される排出部 8 2と から構成される。 また、 先工程を経てリンが除去されたシリコン屑 8 6は、 石英ボート 8 8に載置された状態で、 石英管 7 6の内部に収納される。 Specifically, the thermal donor device 40 includes a quartz tube 76 and a heating heater for heating the quartz tube 76. The gas inlet 8 0 through which the gas 9 8 is introduced from the outside by communicating the inside of the quartz tube 7 6 with the inside and outside of the quartz tube 7 6, and the gas 8 4 It is composed of a discharge part 8 2 and Further, the silicon scrap 86 from which phosphorus has been removed through the previous process is stored in the quartz tube 76 while being placed on the quartz boat 88.
サーマルドナー装置 4 0を使用して、 シリ コン屑 8 6をサーマルドナー処理させる方法 は次の通りである。 先ず、 集合体の状態のシリコン屑 8 6を石英ポート 8 8の上部に載置 させて、 石英管 7 6の内部空間に収納させる。 次に、 導入部 8 0から、 アルゴンまたは窒 素ガスを含むガス 7 8を、 導入部 8 0から石英管 7 6に導入する。 導入されるガス 7 8の 圧力は、 例えば 0 . 0 1 T o r r以上 7 6 0 T o r r以下である。 このとにより、 石英管 7 6の内部はガス 7 8により満たされる。 導入されたガス 7 8は、 最終的には排出部 8 2 から外部に排出される。  A method of using a thermal donor apparatus 40 to thermally treat silicon waste 86 is as follows. First, the silicon scrap 86 in an aggregated state is placed on top of the quartz port 88 and accommodated in the internal space of the quartz tube 76. Next, a gas 78 containing argon or nitrogen gas is introduced from the introduction unit 80 into the quartz tube 76 from the introduction unit 80. The pressure of the introduced gas 78 is, for example, not less than 0.01 Torr and not more than 760 Torr. As a result, the inside of the quartz tube 76 is filled with the gas 78. The introduced gas 7 8 is finally discharged to the outside from the discharge section 8 2.
ガス 7 8の導入に同期して、加熱ヒーター 9 0により石英管 Ί 6が加熱される。そして、 石英管 7 6の内部の温度は温度モニター 9 4によりモニタリングされており、 温度モニタ 一 9 4からの出力に基づいて加熱ヒーター 9 0が制御されている。 本工程では、 石英管 7 6の内部雰囲気の温度 (即ち、 シリ コン屑 8 6が加熱される温度) は、 3 0 0 °C以上 5 0 0 °C以下が好適であり、 例えば設定値としては 4 5 0 °Cである。 本工程に於ける石英管 7 6の内部温度をこの範囲内とすることで、 シリ コン屑 8 6に含まれるボロンを不活性化さ せて、 擬似的にボロンをシリコン屑 8 6から除去することができる。 一方、 石英管 7 6の 内部温度が 3 0 0 °C未満であると、 サーマルドナーが生成されずにボロンが擬似的に除去 されない。 また、 この温度が 5 0 0 °Cよりも上であると、 生成されたサーマルドナーが消 失してしまい、 ボロンが擬似的に除去されない。  In synchronization with the introduction of the gas 78, the quartz tube 6 is heated by the heater 90. The temperature inside the quartz tube 76 is monitored by a temperature monitor 94, and the heater 90 is controlled based on the output from the temperature monitor 94. In this process, the temperature of the internal atmosphere of the quartz tube 76 (that is, the temperature at which the silicon scrap 86 is heated) is preferably from 300 ° C. to 500 ° C., for example, as a set value Is 45 ° C. By making the internal temperature of the quartz tube 76 in this process within this range, boron contained in the silicon waste 8 6 is inactivated and pseudo boron is removed from the silicon waste 8 6. be able to. On the other hand, when the internal temperature of the quartz tube 76 is less than 300 ° C., thermal donors are not generated and boron is not removed in a pseudo manner. If this temperature is higher than 500 ° C., the generated thermal donor is lost, and boron is not pseudo-removed.
第 8図を参照して、 シリコン屑 1 0 6から実質的にボロンを除去するプラズマ除去装置 4 4の構成およびこの装置によるボロンの除去方法を説明する。  With reference to FIG. 8, the configuration of a plasma removing apparatus 44 for substantially removing boron from silicon scraps 106 and a method for removing boron using this apparatus will be described.
この図に示されるプラズマ除去装置 4 4は、 内部に空間が形成された石英管 9 6と、 石 英管 9 6の内部空間と外部とを連通させる導入部 1 0 0と、 石英管 9 6の内部空間と外部 とを連通させる排出部 1 0 2と、 シリ コン屑 1 0 6が収納される石英ボート 1 0 8と、 石 英管 9 6の內部の温度を計測する温度モニター 1 1 0と、 プラズマを発生させるプラズマ トーチ 1 1 2と、 水蒸気を発生させるノズル 1 1 4とを具備している。 石英管 9 6、 導入部 1 0 0および排出部 1 0 2の構成は、 第 6図 (B ) を参照して説明 した石英管 4 8、 導入部 5 2および排出部 5 4と同様でよい。 The plasma removal apparatus 44 shown in this figure includes a quartz tube 9 6 having a space formed therein, an introduction part 10 0 for communicating the internal space of the stone tube 9 6 and the outside, and a quartz tube 9 6 Temperature monitor that measures the temperature of the exhaust section 1 0 2 that connects the interior space of the interior and the outside, the quartz boat 1 0 8 that contains the silicon waste 1 0 6 and the eaves of the stone tube 9 6 1 1 0 And a plasma torch 1 1 2 for generating plasma and a nozzle 1 1 4 for generating water vapor. The configuration of the quartz tube 96, the introduction unit 100, and the discharge unit 1002 may be the same as the quartz tube 48, the introduction unit 52, and the discharge unit 54 described with reference to FIG. 6 (B). .
石英ボ ト 1 0 8は、 石英等の耐熱性が高い材料から成る容器であり、 集合体の状態ま たは粒子状態のままのシリ コン屑 1 0 6が収納されている。 また、 シリ コン屑 1 0 6は溶 融されるので、 石英ポート 1 0 8の形状は、 溶融された液状のシリ コン屑 1 0 6が外部に 流出しないタンク状のものが好適である。  The quartz bottle 10 8 is a container made of a material having high heat resistance such as quartz, and contains silicon waste 10 6 in an aggregated state or a particle state. Further, since the silicon waste 10 6 is melted, the shape of the quartz port 10 8 is preferably a tank shape in which the molten liquid silicon waste 10 6 does not flow out to the outside.
温度モニター 1 1 0は、 石英ボート 1 0 8またはその近傍に設置され、 この箇所の温度 を計測するためのものである。  The temperature monitor 110 is installed at or near the quartz boat 108 and is used to measure the temperature at this location.
この様な構成のプラズマ除去装置 4 4を使用して、 シリコン屑 1 0 6に含まれるボロン を実質的に除去する方法は次の通りである。 先ず、 シリ コン屑 1 0 6が収納された石英ボ ート 1 0 8を、 石英管 9 6の内部に格納する。  A method of substantially removing boron contained in the silicon scrap 106 using the plasma removing apparatus 44 having such a configuration is as follows. First, the quartz boat 10 8 in which the silicon waste 106 is stored is stored in the quartz tube 96.
次に、 不図示の加熟ヒーターにより石英管 9 6を加熱して、 シリコン屑 1 0 6を溶融さ せる。 シリ コン屑 1 0 6を溶融させるためには、 石英管 9 6の内部の温度を 1 5 0 0 °C以 上に加熱する必要がある。 換言すると、 シリ コン屑 1 0 6を溶融させてボロンを除去する プラズマ除去装置 4 4は、 ボロンを不活性化させるサーマルドナー装置 4 0よりも多量の 熱エネルギーを消費する。 更に、 この加熱処理に同期して、 アルゴンガスまたは窒素ガス (ガス 9 8 ) が導入部 1 0 0から石英管 9 6の内部に導入される。 そして、 石英管 9 6に 充填されたガスは、 最終的にはガス 1 0 4として排出部 1 0 2から外部に放出される。 シリコン屑 1 0 6が溶融したら、プラズマトーチ 1 1 2およびノズル 1 1 4を使用して、 液状のシリコン屑 1 0 6からボロンを除去する。 具体的には、 プラズマトーチ 1 1 2から プラズマを含むガスであるプラズマガスをシリコン屑 1 0 6に吹き付ける。これと同時に、 ノズル 1 1 4を経由して、 シリコン屑 1 0 6に水蒸気を吹き付ける。 プラズマトーチ 1 1 2から噴出されるプラズマガスと、 ノズル 1 1 4から噴出される水蒸気とは、 溶融したシ リコン屑 1 0 6の液面の同じ箇所に到達する。 ここで、 水蒸気と同時に水素ガスをシリコ ン屑 1 0 6に吹き付けても良い。 このことにより、 シリ コン屑 1 0 6に含まれるボロンは 酸化ボロンの状態で除去される。  Next, the quartz tube 96 is heated by a ripening heater (not shown) to melt the silicon scraps 106. In order to melt the silicon scrap 10 6, it is necessary to heat the temperature inside the quartz tube 96 to 1550 ° C. or higher. In other words, the plasma removal device 44 that melts the silicon waste 106 and removes boron consumes a larger amount of thermal energy than the thermal donor device 40 that deactivates boron. Further, in synchronism with this heat treatment, argon gas or nitrogen gas (gas 9 8) is introduced into the quartz tube 96 from the introduction part 100. Then, the gas filled in the quartz tube 96 is finally discharged to the outside as the gas 10 4 from the discharge unit 10 2. When the silicon scraps 10 6 are melted, boron is removed from the liquid silicon scraps 10 6 using the plasma torch 1 1 2 and the nozzle 1 1 4. Specifically, a plasma gas, which is a gas containing plasma, is blown from the plasma torch 1 1 2 to the silicon scraps 1 0 6. At the same time, water vapor is blown to the silicon scraps 1 0 6 through the nozzles 1 1 4. The plasma gas ejected from the plasma torch 1 1 2 and the water vapor ejected from the nozzle 1 1 4 reach the same location on the liquid surface of the molten silicon scrap 1 0 6. Here, hydrogen gas may be sprayed on the silicon scraps 10 6 simultaneously with the water vapor. As a result, boron contained in the silicon waste 106 is removed in the form of boron oxide.
上記手法によりボロンがシリコン屑 1 0 6から除去されたら、 石英管 9 6の内部を冷却 した後に、 シリ コン屑 1 0 6を石英管 9 6から取り出す。 この処理を経たシリ コン屑 1 0 6は、 ボロンが除去された状態となっている。 When boron is removed from the silicon scrap 10 6 by the above method, the inside of the quartz tube 96 is cooled, and then the silicon scrap 10 6 is taken out from the quartz tube 96. Silicon waste after this treatment 1 0 6 is in a state where boron is removed.
第 9図を参照して、 シリコン屑 1 20からリンを実質的に除去する加熱リン除去装置 4 6の構造とこれを使用したリンの除去方法を説明する。 加熱リン除去装置 46は、 チャン パー 1 1 8と、 チャンパ一 1 1 8から引き出された排出部 1 24と、 排出部 1 24を経由 してチャンパ一 1 1 8の内部空間と連絡されたポンプ 1 2 6と、 シリコン屑 1 20にビー ムを印加させる電子銃 1 1 6とを具備している。 収納容器である石英ポート 1 2 2に収納 されたシリコン屑 1 2 0は、 チャンパ一 1 1 8の内部に収納される。  With reference to FIG. 9, the structure of a heated phosphorus removing device 46 that substantially removes phosphorus from silicon scrap 120 and a method of removing phosphorus using this will be described. The heated phosphorus removal device 46 includes a pump 1 1 8, a discharge unit 1 24 drawn from the champ 1 1 8, and a pump connected to the internal space of the champ 1 1 8 via the discharge unit 1 24. 1 2 6 and an electron gun 1 1 6 for applying a beam to silicon scrap 1 20. The silicon waste 1 2 0 stored in the quartz port 1 2 2 which is a storage container is stored inside the chamber 1 1 8.
チャンパ一 1 1 8は、 SUS (S t a i n l e s s U s e d S t e e l : ステンレ ス鋼) 等の金属から成る収納容器であり、 内部が高真空状態となっても変形しない程度の 機械的強度を有する様に成形されている。 また、 ポンプ 1 2 6は、 例えばロータリーボン プであり、 排出部 1 24を経由してチャンパ一 1 1 8に連絡されており、 チャンパ一 1 1 8の内部空間を低圧化させるために使用される。 更にまた、 電子銃 1 1 6は、 チャンパ一 1 1 8の外部に位置する電源から供給される電気エネルギーを変換して、 チャンパ一 1 1 8の内部にて電子ビームを発生させる機能を有する。  The Champa 1 1 8 is a storage container made of metal such as SUS (Stainless Used Steel) so that it does not deform even when the inside is in a high vacuum state. Molded. The pump 1 2 6 is, for example, a rotary pump and is connected to the champ 1 1 1 8 via the discharge section 1 24 and is used to reduce the internal space of the champ 1 1 8. The Furthermore, the electron gun 1 1 6 has a function of converting electric energy supplied from a power source located outside the chamber 1 1 8 and generating an electron beam inside the chamber 1 1 8.
この様な構成の加熱リ ン除去装置 4 6を使用したリ ンの除去方法は次の通りである。 先 ず、 石英ボート 1 2 2に収納されたシリコン屑 1 2 0を、 チャンパ一 1 1 8の内部空間に 収容させる。  The method of removing the phosphorus using the heated phosphorus removing device 46 having such a configuration is as follows. First, the silicon waste 1 2 0 stored in the quartz boat 1 2 2 is stored in the internal space of the chamber 1 1 8.
次に、ポンプ 1 2 6を稼働させてチャンパ一 1 1 8の内部空間に位置する空気を吸引し、 チャンパ一 1 1 8の内部を低圧状態にする。 例えば、 チャンパ一 1 1 8の内部空間の気圧 を、 l O P a以下 0. O l P a以上にする。  Next, the pump 1 2 6 is operated and the air located in the internal space of the champ 1 1 1 8 is sucked to make the inside of the champ 1 1 1 8 into a low pressure state. For example, the air pressure in the internal space of the champ 1 1 8 is set to l O Pa or less 0. O l Pa or more.
次に、 または先工程と同時に、 シリ コン屑 1 2 0を加熱して溶融させる。 例えば、 シリ コン屑 1 20は、 1 5 0 0°C程度に加熱されて溶融される。  Next, or simultaneously with the previous step, the silicon waste 120 is heated and melted. For example, silicon waste 120 is heated to about 1500 ° C. and melted.
更に、 電子銃 1 1 6を稼働させて、 溶融されたシリコン屑 1 20に電子ビームを照射さ せる。 この作業を行うことで、 シリ コン屑 1 2 0に含まれるリンは蒸発除去される。  Further, the electron gun 1 1 6 is operated to irradiate the molten silicon scrap 1 20 with an electron beam. By performing this operation, phosphorus contained in the silicon waste 1 2 0 is removed by evaporation.
<第 5の実施の形態:再生方法おょぴ再生装置 >  <Fifth embodiment: playback method oppi playback device>
本実施の形態では、 第 1 0図乃至第 1 2図を参照して、 粒子状のシリコン屑から成る半 導体材料の再生方法および再生装置を説明する。 本実施の形態に於いて、 先に述べた実施 の形態と共通する名称または符号の部位は、 その説明を省略する。 本実施の形態の特徴的 な事項は、 粒子状態のシリ コン屑にプレス加工を施して集合体の状態にした後に、 シリコ ン屑に含まれるリンゃボロン等の不純物を除去している点にある。 In the present embodiment, a method and an apparatus for regenerating a semiconductor material composed of particulate silicon scrap will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, description of parts having names or reference numerals common to the above-described embodiments is omitted. Characteristic of this embodiment The important point is that impurities such as phosphorus and boron contained in the silicon waste are removed after the silicon waste in the particle state is pressed into an aggregated state.
先ず、 第 1 0図を参照して、 本実施の形態の再生方法および再生装置を説明する。 第 1 0図 (A) は再生方法を示すフローチャートであり、 第 1 0図 (B ) は再生装置を示すプ ロック図である。  First, with reference to FIG. 10, the playback method and playback apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 10 (A) is a flowchart showing the reproducing method, and FIG. 10 (B) is a block diagram showing the reproducing apparatus.
第 1 0図 (A ) を参照して、 本実施の形態の半導体材料の再生方法を説明する。 本実施 の形態の再生方法は、 シリ コン屑を回収するステップ S 5 1 と、 集合体を形成するステツ プ S 5 2と、 不純物を除去するステップ S 5 3と、 シリコン屑を再利用するステップ S 5 4とを具備している。 ここで、 これらのステップの全てを再生工程と見なすこともできる し、 集合体を形成するステップ S 5 2と不純物を除去するステップ S 5 3のみを再生工程 を見なすこともできる。  With reference to FIG. 10A, a method for regenerating a semiconductor material of the present embodiment will be described. The recycling method of the present embodiment includes a step S 51 for collecting silicon waste, a step S 52 for forming an aggregate, a step S 53 for removing impurities, and a step for reusing silicon waste. S 5 4. Here, all of these steps can be regarded as a regeneration process, or only the step S 52 for forming an aggregate and the step S 53 for removing impurities can be regarded as a regeneration process.
ステップ S 5 1では、 半導体製造工程から発生する粒子状のシリ コン屑を回収する。 こ の工程の詳細は、 上述した回収ステップ (例えば、 第 4図に示されたステップ S 3 0 ) と 同様であり、 シリコン屑が含まれる排水の濃縮処理または脱水処理等を行ってシリコン屑 を回収している。  In step S 51, particulate silicon waste generated from the semiconductor manufacturing process is collected. The details of this process are the same as the recovery step described above (for example, step S 30 shown in FIG. 4), and the silicon waste is removed by performing concentration treatment or dehydration treatment of waste water containing silicon waste. Collected.
ステップ S 5 2では、 ステップ S 5 1にて回収されたシリコン屑を集合させて集合体を 形成する。 具体的には、 シリ コン屑を所定量に小分けして、 分けられたシリ コン屑に対し てプレス加工を行って集合体を形成している。 この加工により、 例えば円柱形状の集合体 が形成される。 本ステップでは、 基本的には粒子状のシリ コン屑に対して圧力を加えるこ とのみによって、 シリ コン屑が集合して固形状と成った集合体を形成している。 即ち、 樹 脂材料等から成る結着剤 (パインダー) 等を使用していない。 従って、 集合体を構成する シリコン屑同士の間には微細な空間が形成されている。  In step S 52, the silicon scrap collected in step S 51 is assembled to form an aggregate. Specifically, silicon waste is subdivided into a predetermined amount, and the divided silicon waste is pressed to form an aggregate. By this processing, for example, a cylindrical aggregate is formed. In this step, basically, by applying pressure to the particulate silicon waste, the silicon waste gathers to form a solid body. In other words, binders made from resin materials are not used. Therefore, a fine space is formed between the silicon scraps constituting the aggregate.
更に、 本ステップでは、 シリ コン屑に対して熱エネルギーを加えることなく常温でプレ ス加工を行っており、 この加工方法はコールドプレスと称されている。 更にまた、 上記し たシリ コン屑から成る集合体は、 加圧成型体、 固形体と称することもできる。 更には、 集 合体の形成は、 シリ コン屑を小分けして集合体の形状を仮成型する工程と、 仮成型された 集合体に対してプレス加工を行うプレス加工とに分けて行われても良い。 そして、 本ステ ップょり後段のステップは、 集合体の状態のシリコン屑に対して行われる。 ステップ S 5 3では、 集合体の状態のシリコン屑に対して、 シリコン屑に含まれる不純 物 (リン、 ボロン) を除去するための処理を行う。 この処理としては、 第 1図の各図を参 照して、 ゲッタリング、 サーマルドナー、 酸化工程、 蒸発工程のいずれかあるいはこれら の組合せが考えられる。 ゲッタリングは、 正確には、 加熱処理によりシリ コン屑に含まれ るリンを表面に移動させるゲッタリング処理と、 表面に移動したリンをシリ コン屑から分 離させる分離処理とを含む。 サーマルドナーは、 シリ コン屑を所定の温度で所定時間に渡 り加熱することで、 シリ コン屑に含まれるボロンを不活性化させて、 ボロンを擬似的に除 去する処理である。 酸化工程は、 溶融されたシリ コン屑にプラズマガスと水蒸気を吹き付 けて、シリコン屑に含まれるボロンを実質的に除去する工程である。また、蒸発工程とは、 溶融されたシリ コン屑に電子ビームを照射して、 シリ コン屑に含まれるリ ンを実質的に除 去する工程である。 Furthermore, in this step, pressing is performed at normal temperature without applying thermal energy to the silicon waste, and this processing method is called a cold press. Furthermore, the above-mentioned aggregate composed of silicon waste can also be called a pressure-molded body or a solid body. Further, the formation of the aggregate may be performed by dividing the silicon waste into small parts and temporarily forming the shape of the aggregate, and by pressing the temporary molded aggregate. good. The steps after this step are performed on the silicon scrap in the aggregated state. In step S 53, a process for removing impurities (phosphorus and boron) contained in the silicon scrap is performed on the silicon scrap in the aggregated state. As this process, referring to each figure in FIG. 1, gettering, thermal donor, oxidation process, evaporation process, or a combination thereof may be considered. To be precise, the gettering includes a gettering process in which phosphorus contained in silicon waste is moved to the surface by heat treatment, and a separation process in which phosphorus moved to the surface is separated from the silicon waste. The thermal donor is a process of removing boron in a pseudo manner by inactivating boron contained in the silicon waste by heating the silicon waste at a predetermined temperature for a predetermined time. The oxidation process is a process of substantially removing boron contained in the silicon scrap by spraying plasma gas and water vapor to the molten silicon scrap. The evaporation step is a step of substantially removing the phosphorus contained in the silicon waste by irradiating the molten silicon waste with an electron beam.
シリコン屑から不純物を除去する各工程の詳細は、 上記した他の実施の形態にて説明さ れている。  Details of each step of removing impurities from silicon scrap are described in the other embodiments described above.
本実施の形態では、 微細な粒状のシリ コン屑を集合体とした後に、 この集合体の状態の シリ コン屑に対して上記した不純物の除去を行っている。 従って、 シリ コン屑のハンドリ ング性を向上させると共に、 シリコン屑の飛散が防止される。  In the present embodiment, after the fine granular silicon waste is aggregated, the above-described impurities are removed from the silicon scrap in the aggregated state. Therefore, handling of silicon waste is improved and scattering of silicon waste is prevented.
ステップ S 5 4としては、 上述した太陽電池の製造方法を採用することも可能である。 集合体を形成するステップ S 5 2を、 太陽電池の製造方法に適用させることで、 シリ コン 屑の輸送が容易になり、 結果的に太陽電池の製造に必要とされるコス トを低減させること ができる。  As step S54, it is also possible to employ the solar cell manufacturing method described above. Applying step S 52 to form the assembly to the solar cell manufacturing method facilitates the transport of silicon waste and consequently reduces the cost required for solar cell manufacturing. Can do.
第 1 0図 (B ) を参照して、 この図では、 シリコン屑回収装置 1 2 8と、 再生装置 1 3 2と、 太陽電池製造装置 1 4 2が示されている。 ここで、 これら装置全てを再生装置と見 なしても良い。 更には、 再生装置 1 3 2を、 太陽電池を製造するための装置の一部と見な しても良い。  Referring to FIG. 10 (B), this figure shows a silicon scrap collecting device 1 2 8, a regenerating device 1 3 2, and a solar cell manufacturing device 1 4 2. Here, all of these devices may be regarded as playback devices. Furthermore, the playback device 1 3 2 may be regarded as a part of a device for manufacturing a solar cell.
また、 再生装置 1 3 2は、 シリコン屑集合装置 1 3 0と、 リン除去装置 1 3 4と、 サー マルドナー装置 1 4 0とを含んでいる。 更に、 リン除去装置 1 3 4には、 ゲッタリング装 置 1 3 6と、 分離装置 1 3 8が含まれている。 ここで、 シリ コン屑に含まれる不純物は主 にリンまたはボロンである。 従って、 リンを除去するリン除去装置 1 3 4およびポロンを 不活性化して擬似的に除去するサーマルドナー装置 1 4 0が、 不純物除去装置 1 4 4の一 例である。 Further, the regenerator 1 3 2 includes a silicon scrap collecting device 1 3 0, a phosphorus removing device 1 3 4, and a thermal donor device 1 4 0. Further, the phosphorus removing device 1 3 4 includes a gettering device 1 3 6 and a separating device 1 3 8. Here, impurities contained in silicon waste are mainly phosphorus or boron. Therefore, the phosphorus removal device to remove phosphorus 1 3 4 and poron The thermal donor device 1 4 0 that is inactivated and removed in a pseudo manner is an example of the impurity removal device 1 4 4.
ここで、 再生装置 1 3 2の構成を変更しても良い。 即ち、 第 1 0図 (B ) に示されるリ ン除去装置 1 3 4に替えて、 第 5図 (C ) に示された加熱リン除去装置 4 6を採用しても 良い。 更に、 第 1 0図 (B ) に示されるサーマルドナー装置 1 4 0に替えて、 第 5図 (B ) に示されたプラズマ除去装置 4 4を採用しても良い。 このことにより、 シリ コン屑からリ ンおよびボロンを除去してシリコン屑を再生して真性半導体を得ることができる。  Here, the configuration of the playback device 1 3 2 may be changed. That is, instead of the phosphorus removing device 1 34 shown in FIG. 10 (B), the heated phosphorus removing device 46 shown in FIG. 5 (C) may be adopted. Further, instead of the thermal donor device 140 shown in FIG. 10 (B), the plasma removing device 44 shown in FIG. 5 (B) may be adopted. As a result, it is possible to remove silicon and boron from the silicon scrap and regenerate the silicon scrap to obtain an intrinsic semiconductor.
第 1 1図を参照して、 シリ コン屑集合装置 1 3 0の詳細を説明する。 シリ コン屑集合装 置 1 3 0は、 パンチ 1 4 6と、 ダイス 1 5 0と、 パンチ 1 4 8と、 加圧部 1 5 4と、 圧力 ゲージ 1 5 6と、 加圧棒 1 5 9 とを主要に備えている。  The details of the silicon waste collecting device 1 30 will be described with reference to FIG. Silicon scrap collecting device 1 3 0 consists of punch 1 4 6, die 1 5 0, punch 1 4 8, pressurizing part 1 5 4, pressure gauge 1 5 6 and press rod 1 5 9 And the main.
ダイス 1 5 0は、 鉄等の金属材料からなり、 円筒形状の空間を内部に有し、 この空間の 大きさは、 形成される集合体の形状に対応している。  The die 150 is made of a metal material such as iron and has a cylindrical space inside, and the size of this space corresponds to the shape of the formed aggregate.
パンチ 1 4 6は、 ダイス 1 5 0の内部空間に隙間無く揷入できる大きさの鋼棒であり、 上方からダイス 1 5 0の内部空間に揷入されている。  The punch 1 46 is a steel rod having a size that can be inserted into the inner space of the die 1 5 0 without a gap, and is inserted into the internal space of the die 1 5 0 from above.
パンチ 1 4 6は、 パンチ 1 4 6 と同様の形状を有し、 ダイス 1 5 0の内部空間に下方か ら揷入されている。  The punch 1 46 has the same shape as the punch 1 46 and is inserted into the internal space of the die 1 50 from below.
加圧部 1 5 4は、 パンチ 1 4 8が載置されたテーブルを下方から上方に向かって加圧す る部位であり、 油圧またはモータ等の駆動手段が採用される。  The pressurizing unit 1 5 4 is a part that pressurizes the table on which the punch 1 4 8 is placed from below to above, and employs driving means such as hydraulic pressure or a motor.
圧力ゲージ 1 5 6は、 加圧部が発生させている圧力を示している部位であり、 アナログ 表示方式またはデジタル表示方式が採用される。  The pressure gauge 1 5 6 is a part indicating the pressure generated by the pressurizing unit, and an analog display method or a digital display method is adopted.
加圧棒 1 5 9は加圧部 1 5 4に駆動力を与える部位である。  The pressure rod 1 5 9 is a portion that applies a driving force to the pressure portion 1 5 4.
シリコン屑集合装置 1 3 0を使用して、 シリコン屑 1 5 2を集合体とする方法は次の通 りである。 先ず、 パンチ 1 4 8の上方にダイス 1 5 0を載置した後に、 ダイス 1 5 0の内 部空間にシリコン屑 1 5 2を収納させる。 シリコン屑 1 5 2は、 粒状のままでも良いし、 予め固形状態に仮成形されたものでも良い。 次に、 ダイス 1 5 0の内部空間に上方からパ ンチ 1 4 6を揷入する。 更に、 加圧棒 1 5 9を操作して加圧部 1 5 4から所定の庄カを、 パンチ 1 4 8を経由して、 シリ コン屑 1 5 2に与える。  A method for collecting silicon scraps 1 5 2 using the silicon scrap collecting apparatus 1 3 0 is as follows. First, after the die 1 5 0 is placed above the punch 1 4 8, the silicon scrap 1 5 2 is stored in the inner space of the die 1 5 0. The silicon scrap 15 2 may be granular or may be preliminarily molded into a solid state. Next, the punch 1 46 is inserted into the internal space of the die 1 5 0 from above. Further, the press rod 1 5 9 is operated to give a predetermined shrunk from the press unit 1 5 4 to the silicon waste 1 5 2 via the punch 1 4 8.
このときに、 加圧部 1 5 4からシリコン屑 1 5 2に与えられる圧力は、 例えば、 2 O M P a以上 3 0 O M P a以下である。 圧力をこの範囲内とすることで、 多数のシリ コン屑 1 5 2が一体化されて且つ内部に微細な空間を有する集合体が形成される。 圧力が 2 0 M P a未満であると、シリコン屑 1 5 2を集合体として一体化させることが困難になる。一方、 圧力が 3 0 0 M P aより大きいと、 シリ コン屑 1 5 2の内部に、 必要とされる微細な空間 が形成されない恐れがある。 At this time, the pressure applied from the pressurizing unit 1 5 4 to the silicon scrap 1 5 2 is, for example, 2 OM P a or more and 3 0 OMP a or less. By setting the pressure within this range, a large number of silicon scraps 15 2 are integrated, and an aggregate having a fine space inside is formed. If the pressure is less than 20 MPa, it is difficult to integrate the silicon scraps 1 5 2 as an aggregate. On the other hand, if the pressure is greater than 300 MPa, the required fine space may not be formed inside the silicon waste 15 2.
第 1 2図を参照して、 シリ コン屑 (集合体 1 5 8 ) の表面に位置するリ ンを分離させる 分離装置 1 3 8および分離方法を説明する。 第 1 2図 (A) は分離装置 1 3 8を示す図で あり、第 1 2図(B )は集合体 1 5 8にフッ化水素酸 7 0が滲入した状態を示す図である。 第 1 2図 (A ) を参照して、 分離装置 1 3 8は、 集合体 1 5 8を収容させるメッシユカ ゴ 6 6 と、 ワイヤー等の係止手段を経由して、 メッシュカゴ 6 6を縦方向および横方向に 移動させるコンペヤー 6 4と、 フッ化水素酸 7 0 (エツチャント) が貯留されるタンク 6 8と、 水 7 4 (純水) が貯留されるタンク 7 2とを具備する構成となっている。  With reference to FIG. 12, a separation device 1 38 and a separation method for separating the phosphorus located on the surface of the silicon waste (aggregate 15 8) will be described. FIG. 12 (A) is a view showing the separation device 1 38, and FIG. 12 (B) is a view showing a state in which hydrofluoric acid 70 has infiltrated into the aggregate 15 8. Referring to FIG. 12 (A), the separating device 1 3 8 has a mesh basket 6 6 that accommodates the assembly 1 5 8 and a mesh basket 6 6 vertically via a locking means such as a wire. And a tank 6 2 for storing hydrofluoric acid 70 (etchant), and a tank 7 2 for storing water 74 (pure water). It has become.
第 1 1図に示したシリコン屑集合装置 1 3 0により成型された集合体 1 5 8は、 メッシ ユカゴ 6 6に収納された後に、 フッ化水素酸 7 0に一定時間浸漬される。 例えば、 シリコ ン屑から成る集合体 1 5 8は、 0 . 5分以上 1 0分以下の間、 フッ化水素酸 7 0に浸漬さ れる。 このことにより、 集合体 1 5 8を構成する粒子状のシリコン屑の表面に位置するリ ンが、 フッ化水素酸 7 0によりウエッ トエッチングされてシリ コン屑 (集合体 1 5 8 ) 力、' ら酸化膜とともに除去される。 この分離が終了した後は、 メッシュカゴ 6 6に収納された 集合体 1 5 8は、 コンべヤー 6 4によりタンク 7 2に搬送される。  The aggregate 1558 molded by the silicon scrap collecting apparatus 130 shown in FIG. 11 is housed in the mesh skirt 66 and then immersed in hydrofluoric acid 70 for a certain period of time. For example, the aggregate 15 8 made of silicon waste is immersed in hydrofluoric acid 70 for 0.5 to 10 minutes. As a result, the phosphorus located on the surface of the particulate silicon debris constituting the aggregate 1 5 8 is wet-etched by hydrofluoric acid 70 and the silicon debris (aggregate 1 5 8) force, 'Is removed together with the oxide film. After this separation is completed, the aggregate 1 5 8 stored in the mesh basket 66 is conveyed to the tank 7 2 by the conveyor 6 4.
次に、集合体 1 5 8は、タンク 7 2に収納された水 7 4に浸漬されてリンス処理される。 即ち、 集合体 1 5 8を構成する各シリコン屑の表面に残存しているリンゃフッ化水素酸 7 0をシリ コン屑の表面から除去する。 このリ ンス処理は、 例えば、 0 . 5分以上 2 . 0分 以下である。 更に、 このリ ンス処理が行われる回数は、 3回以上 1 0回以下である。 この リンス処理に於いても、 集合体 1 5 8を構成する各シリ コン屑同士の間には、 微細な間隙 が形成されているので、 この間隙を経由して水 7 4が集合体 1 5 8の内部に進入する。 従 つて、 集合体 1 5 8の内部に位置するシリ コン屑に対しても、 十分にリ ンス処理が行われ る。  Next, the aggregate 1 5 8 is immersed in water 74 stored in the tank 7 2 and rinsed. That is, the phosphorous acid 70 remaining on the surface of each silicon scrap constituting the aggregate 1558 is removed from the surface of the silicon scrap. This rinse process is, for example, not less than 0.5 minutes and not more than 2.0 minutes. Further, the number of times this rinse process is performed is not less than 3 times and not more than 10 times. Even in this rinsing process, fine gaps are formed between the silicon scraps constituting the aggregate 1 5 8, so that the water 7 4 passes through these gaps. Enter inside 8. Therefore, the silicon waste located inside the aggregate 1 5 8 is sufficiently rinsed.
第 1 2図 (B ) を参照して、 集合体 1 5 8を構成するシリコン屑 6 2がエッチング処理 される状況を説明する。 この図は、 集合体 1 5 8の一部を切開した断面の拡大図であり、 多数のシリコン屑 6 2が集合して一体化することで、 集合体 1 5 8が構成されている。 シ リコン屑 6 2の粒径は例えば 1 m程度であり、 シリ コン屑 6 2同士の間にも同程度の間 隙が形成されている。 更に、 本実施の形態では、 シリ コン屑 6 2を加熱せずに常温で加圧 成型する所謂コールドプレスにより集合体 1 5 8を形成している。 従って、 隣接するシリ コン屑 6 2同士は面でなく点で接合された状態であり、 シリ コン屑 6 2同士の間に形成さ れる間隙は、 集合体 1 5 8の內部まで連続している。 このことから、 ウエッ トエッチング の為に使用されるエッチヤントであるフッ化水素酸 7 0は、 シリコン屑 6 2同士の間の間 隙を経由して、 集合体 1 5 8の内部に位置するシリ コン屑 6 2まで到達する。 そして、 到 達したフッ化水素酸 7 0により、 集合体 1 5 8の内部に存在するシリコン屑 6 2の表面に 付着された不純物等が除去される。 Referring to FIG. 12 (B), the silicon scrap 6 2 constituting the aggregate 1 5 8 is etched. Explain the situation. This figure is an enlarged view of a cross-section in which a part of the aggregate 1 5 8 is cut, and the aggregate 1 5 8 is configured by a large number of silicon scraps 6 2 being assembled and integrated. The particle size of the silicon waste 62 is, for example, about 1 m, and the same gap is formed between the silicon wastes 62. Further, in the present embodiment, the aggregate 15 8 is formed by a so-called cold press in which the silicon waste 62 is pressure-molded at room temperature without being heated. Therefore, the adjacent silicon scraps 62 are joined to each other by a point rather than a surface, and the gap formed between the silicon scraps 62 is continuous up to the ridge of the assembly 15 8. . Therefore, hydrofluoric acid 70, which is an etchant used for wet etching, passes through the gap between the silicon scraps 62 and the silicon located inside the assembly 1558. Reach up to 6 2. The arrived hydrofluoric acid 70 removes impurities and the like attached to the surface of the silicon scrap 62 existing inside the aggregate 1558.
本発明によると、 シリ コンの再生に必要とされる費用を低減させることができる。 具体 的には、 太陽電池用シリコンの再生に必要とされる費用を、 1 0 0 0円/ k g以下にする ことができ、 その費用を背景技術の半分以下にすることができる。  According to the present invention, the cost required for silicon regeneration can be reduced. Specifically, the cost required to regenerate silicon for solar cells can be reduced to 100 yen / kg or less, and the cost can be reduced to less than half that of the background art.
詳述すると、 本発明では、 回収された半導体材料を加熱することにより、 含有されるリ ンを半導体材料の表面に移動させた後に除去している。 即ち、 半導体屑を半導体材料とし て再生するために、 半導体屑を溶融していない。 従って、 半導体屑を溶融させてビーム照 射を行う背景技術と比較すると、 リンの除去に係るコス トを低減させることができる。 更に、 本発明では、 サーマルドナーを積極的に利用することで、 半導体材料に含有され るボロンを不活性化させ、 擬似的にボロンが除去された状況を作り出している。 従って、 溶融された半導体にプラズマを印加してボロンを除去していた背景技術と比較すると、 コ ス トを低減させることができる。  More specifically, in the present invention, the recovered semiconductor material is heated to remove the contained phosphorus after moving it to the surface of the semiconductor material. That is, in order to recycle the semiconductor waste as a semiconductor material, the semiconductor waste is not melted. Therefore, the cost associated with phosphorus removal can be reduced as compared with the background technology in which semiconductor waste is melted and beam irradiation is performed. Furthermore, in the present invention, the thermal donor is actively used to inactivate boron contained in the semiconductor material, thereby creating a situation in which boron is pseudo-removed. Therefore, the cost can be reduced compared with the background art in which boron is removed by applying plasma to the molten semiconductor.
更にまた、 本発明の太陽電池の製造方法および製造装置によれば、 上記したリンおよび ボロンを除去する方法を用いて、 太陽電池を低コス トで製造することができる。 従って、 太陽電池の価格を大幅に安くすることが可能となり、 太陽電池の利用を促進させることが できる。  Furthermore, according to the method and apparatus for manufacturing a solar cell of the present invention, a solar cell can be manufactured at a low cost by using the above-described method for removing phosphorus and boron. Therefore, the price of the solar cell can be greatly reduced, and the use of the solar cell can be promoted.
更に、 本発明の半導体材料の再生方法によれば、 半導体材料を集合させて集合体とした 後に、 半導体材料に含まれる不純物を除去している。 従って、 半導体材料の輸送に係るコ ストを低減できると共に、 粒子状または粉末状で回収される半導体材料の飛散を抑止でき る。 Furthermore, according to the method for regenerating a semiconductor material of the present invention, the semiconductor materials are aggregated to form an aggregate, and then impurities contained in the semiconductor material are removed. Therefore, the cost of transporting semiconductor materials In addition to reducing the strikes, it is possible to suppress the scattering of semiconductor material collected in the form of particles or powder.
更にまた、 本発明によれば、 リンを半導体材料の表面まで移動させるゲッタリング工程 にて、 半導体材料が加熱される温度を、 9 0 0 °C以上、 1 2 0 0 °C以下としている。 この 様な温度範囲にて半導体材料を加熱することで、 半導体材料を固体の状態のままで、 溶融 させずにリ ンを除去することができる。 従って、 半導体材料を溶融してリ ンを除去してい た従来の技術を比較すると、 投入される熱エネルギーが少ない。 このことから、 リンの除 去に係るコストが低減される。  Furthermore, according to the present invention, the temperature at which the semiconductor material is heated in the gettering step of moving phosphorus to the surface of the semiconductor material is set to 90 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. By heating the semiconductor material in such a temperature range, it is possible to remove the phosphorus without melting the semiconductor material in a solid state. Therefore, compared with the conventional technology that melts the semiconductor material and removes the phosphorus, less heat energy is input. This reduces the cost of removing phosphorus.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 回収された半導体材料からリンを取り除く半導体材料の再生方法に於いて、 1. In a method of reclaiming semiconductor material that removes phosphorus from recovered semiconductor material,
前記半導体材料を加熱することにより、 前記リンを前記半導体材料の表面に移動させる 加熱工程と、  Heating the semiconductor material to move the phosphorus to the surface of the semiconductor material; and
前記半導体材料の表面に位置する前記リンを前記半導体材料から分離する分離工程と、 を具備することを特徴とする半導体材料の再生方法。  A separation step of separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material.
2 . 前記分離工程では、 前記半導体材料を被覆する酸化物と共に前記リ ンを前記半導体 材料から分離することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体材料の再生方法。  2. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 1, wherein, in the separation step, the phosphorus is separated from the semiconductor material together with an oxide covering the semiconductor material.
3 . 前記分離工程では、 エッチングまたはグラインデイングにより前記リ ンを前記半導 体材料から分離することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体材料の再生方法。 3. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 1, wherein, in the separation step, the line is separated from the semiconductor material by etching or grinding.
4 . 更に、 酸化処理により前記半導体材料に含まれるボロンを除去する酸化工程、 また は、 4. Further, an oxidation process for removing boron contained in the semiconductor material by an oxidation treatment, or
サーマルドナ一により前記ボロンを不活性化させる不活性化工程を具備することを特徴 とする請求の範囲第 1項に記載の半導体材料の再生方法。  2. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 1, further comprising an inactivation step of inactivating the boron with a thermal donor.
5 . 前記加熱工程では、前記半導体材料が加熱される温度は、 9 0 0 °C以上、 1 2 0 0 °C 以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体材料の再生方法。  5. In the heating step, the temperature at which the semiconductor material is heated is not less than 90 ° C. and not more than 120 ° C. The semiconductor material according to claim 1, Playback method.
6 . 回収された半導体材料に含まれるボロンを不活性化させる半導体材料の再生方法に 於いて、  6. In a method of reclaiming semiconductor material that inactivates boron contained in recovered semiconductor material,
前記半導体材料を加熱して、 サーマルドナーにより前記ボロンを不活性化させる不活性 化工程を具備することを特徴とする半導体材料の再生方法。  A method for regenerating a semiconductor material, comprising a deactivation step of heating the semiconductor material and deactivating the boron by a thermal donor.
7 . 前記不活性化工程では、 前記半導体材料が加熱される温度は、 3 0 0 °C以上、 5 0 0 °C以下であることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の半導体材料の再生方法。  7. The semiconductor material according to claim 6, wherein, in the deactivation step, a temperature at which the semiconductor material is heated is not less than 300 ° C and not more than 500 ° C. How to play.
8 . 更に、 前記半導体材料に含まれるリンを蒸発除去する蒸発工程または、  8. Further, an evaporation step of evaporating and removing phosphorus contained in the semiconductor material, or
加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前記半導体材料から分離す る分離工程を具備することを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の半導体材料の再生方法。 7. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 6, further comprising a separation step of separating the phosphorus that has moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment from the semiconductor material.
9 . 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太陽電池の製造方法であり、 加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前記半導体材料から分離す る除去工程または、 前記半導体材料に含まれるポロンを不活性化させる不活性化工程を具 備することを特徴とする太陽電池の製造方法。 9. A method of manufacturing a solar cell in which the collected semiconductor material is reused as a solar cell, wherein the phosphorus that has moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is separated from the semiconductor material. Or a deactivation step of deactivating poron contained in the semiconductor material. A method for manufacturing a solar cell, comprising:
1 0 . 前記半導体材料は、 粒子状のシリコンであることを特徴とする請求の範囲第 9項 に記載の太陽電池の製造方法。  10. The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, wherein the semiconductor material is particulate silicon.
1 1 . 前記除去工程おょぴ前記不活性化工程の両方を具備することを特徴とする請求の 範囲第 9項に記載の太陽電池の製造方法。 11. The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, comprising both the removal step and the deactivation step.
1 2 . 回収された半導体材料からリンを取り除く半導体材料の再生装置に於いて、 前記半導体材料を加熱することにより、 前記リンを前記半導体材料の表面に移動させる 加熱装置と、  1 2. In a semiconductor material recycling apparatus that removes phosphorus from recovered semiconductor material, by heating the semiconductor material, the heating apparatus moves the phosphorus to the surface of the semiconductor material;
前記半導体材料の表面に位置する前記リンを前記半導体材料から分離する分離装置と、 を具備することを特徴とする半導体材料の再生装置。  A separation apparatus for separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material, and a semiconductor material recycling apparatus.
1 3 . 前記加熱装置では、 前記半導体材料の表面に酸化物が形成され、  1 3. In the heating device, an oxide is formed on the surface of the semiconductor material,
前記分離装置では、 前記酸化物と共に前記リンが前記半導体材料から分離されることを 特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の半導体材料の再生装置。  13. The semiconductor material regeneration device according to claim 12, wherein the phosphorus is separated from the semiconductor material together with the oxide in the separation device.
1 4 . 前記分離装置では、 エッチングまたはグラインデイングにより前記リンを前記半 導体材料から分離することを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の半導体材料の再生装 置。  14. The semiconductor material regeneration device according to claim 12, wherein the separation device separates the phosphorus from the semiconductor material by etching or grinding.
1 5 . 更に、 酸化処理により前記半導体材料に含まれるボロンを除去する酸化装置、 ま たは、 サーマルドナーにより前記ボロンを不活性化させる不活性化装置を具備することを 特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の半導体材料の再生装置。  15. An oxidation apparatus for removing boron contained in the semiconductor material by an oxidation treatment, or an inactivation apparatus for inactivating the boron by a thermal donor. 12. A semiconductor material recycling apparatus according to item 12.
1 6 . 前記加熱装置が前記半導体材料を加熱する温度は、 9 0 0 °C以上、 1 2 0 0 ^以 下であることを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の半導体材料の再生装置。  16. The temperature of the semiconductor material according to claim 12, wherein the temperature at which the heating device heats the semiconductor material is not less than 90 ° C. and not more than 12 00 ^. Playback device.
1 7 . 半導体材料に含まれるボロンを不活性化させる半導体材料の再生装置に於いて、 前記半導体材料を加熱して、 サーマルドナーにより前記ボロンを不活性化させる不活性 化装置を具備することを特徴とする半導体材料の再生装置。  17. A semiconductor material regeneration device for inactivating boron contained in a semiconductor material, comprising: an inactivation device for heating the semiconductor material to inactivate the boron by a thermal donor. A semiconductor material recycling apparatus.
1 8 . 前記不活性化装置では、 前記半導体材料が加熱される温度は、 3 0 0 °C以上、 5 0 0 °C以下であることを特徴とする請求の範囲第.1 7項に記載の半導体材料の再生装置。 18. In the deactivation apparatus, the temperature at which the semiconductor material is heated is 30 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. Semiconductor material recycling equipment.
1 9 . 更に、 前記半導体材料に含まれるリンを蒸発除去する蒸発装置または、 加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前記半導体材料から分離す る分離装置を具備することを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載の半導体材料の再生装 置。 1 9. Further, an evaporation apparatus for evaporating and removing phosphorus contained in the semiconductor material, or 18. The semiconductor material regeneration device according to claim 17, further comprising a separation device for separating the phosphorus that has moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment from the semiconductor material.
2 0 . 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太陽電池の製造装置であり、 加熱処理により前記半導体材料の表面に移動した前記リンを前記半導体材料から分離す る除去装置、 または、 前記半導体材料に含まれるボロンを不活性化させる不活性化装置を 具備することを特徴とする太陽電池の製造装置。  2 0. A solar cell manufacturing apparatus for reusing a collected semiconductor material as a solar cell, wherein the phosphorus moved to the surface of the semiconductor material by heat treatment is separated from the semiconductor material, or An apparatus for producing a solar cell, comprising: an inactivation device for inactivating boron contained in a semiconductor material.
2 1 . 前記半導体材料は、 粒子状のシリコンであることを特徴とする請求の範囲第 2 0 項に記載の太陽電池の製造装置。  21. The apparatus for manufacturing a solar cell according to claim 20, wherein the semiconductor material is particulate silicon.
2 2 . 前記除去装置および前記不活性化装置の両方を具備することを特徴とする請求の 範囲第 2 0項に記載の太陽電池の製造装置。 2. The solar cell manufacturing apparatus according to claim 2, further comprising both the removing device and the deactivating device.
2 3 . 回収された半導体材料から不純物を除去して再利用する半導体材料の再生方法で あり、  2 3. A method for reclaiming semiconductor material by removing impurities from the collected semiconductor material and reusing it.
前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合工程と、  An assembling step of assembling the semiconductor materials to form an aggregate;
前記集合体の状態の前記材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去工程と、 を具 備することを特徴とする半導体材料の再生方法。  An impurity removal step of removing the impurities contained in the material in the aggregate state. A method for regenerating a semiconductor material, comprising:
2 4 . 前記集合工程では、 加圧成形により多数の前記半導体材料を前記集合体とするこ とを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  24. The method of reclaiming a semiconductor material according to claim 23, wherein, in the assembly step, a large number of the semiconductor materials are formed into the aggregate by pressure molding.
2 5 . 前記集合工程では、 結着剤を使用せずに、 多数の前記半導体材料を前記集合体と することを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  25. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 23, wherein in the assembly step, a large number of the semiconductor materials are used as the aggregate without using a binder.
2 6 . 前記集合工程では、 内部に空隙を含む前記集合体を形成することを特徴とする請 求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  26. The method for reclaiming a semiconductor material according to claim 23, wherein, in the assembly step, the aggregate including voids is formed therein.
2 7 . 前記不純物除去工程は、 液体を用いて前記半導体材料をエッチングする工程を含 み、  27. The impurity removal step includes a step of etching the semiconductor material using a liquid,
前記半導体材料は、 前記集合体の状態で前記液体に浸漬されることを特徴とする請求の 範囲第 2 3項に 載の半導体材料の再生方法。  The method for regenerating a semiconductor material according to claim 23, wherein the semiconductor material is immersed in the liquid in the state of the aggregate.
2 8 . 前記不純物除去工程は、  2 8. The impurity removal step comprises:
前記半導体材料を加熱することで、 前記半導体材料に含まれる前記不純物を、 前記半導 体材料の表面に移動させる加熱工程と、 By heating the semiconductor material, the impurities contained in the semiconductor material are converted into the semiconductor. A heating step to move to the surface of the body material;
集合体の状態の前記半導体材料を液体に浸漬して、 前記半導体材料の表面に存在する前 記不純物を除去する分離工程と、 を含み、  A step of immersing the semiconductor material in an aggregate state in a liquid to remove the impurities present on the surface of the semiconductor material, and
前記分離工程では、 前記集合体に形成された間隙を経由して前記集合体の内部に前記液 体が滲入し、 前記集合体を構成する粒子状の前記半導体材料の表面に存在する前記不純物 が除去されることを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  In the separation step, the liquid infiltrates into the aggregate through a gap formed in the aggregate, and the impurities present on the surface of the particulate semiconductor material constituting the aggregate are The method for regenerating a semiconductor material according to claim 23, wherein the method is removed.
2 9 . 前記不純物除去工程は、  2 9. The impurity removal step comprises:
前記半導体材料を加熱することにより、 前記リンを前記半導体材料の表面に移動させる 加熱工程と、  Heating the semiconductor material to move the phosphorus to the surface of the semiconductor material; and
前記半導体材料の表面に位置する前記リンを前記半導体材料から分離する分離工程と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  The method for regenerating a semiconductor material according to claim 23, comprising a separation step of separating the phosphorus located on the surface of the semiconductor material from the semiconductor material.
3 0 . 前記不純物除去工程は、  3 0. The impurity removal step includes:
前記半導体材料を加熱して、 サーマルドナーにより前記ボロンを不活性化させる不活性 化工程を含むことを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の半導体材料の再生方法。  The method for regenerating a semiconductor material according to claim 23, further comprising an inactivation step of heating the semiconductor material and inactivating the boron by a thermal donor.
3 1 . 前記不純物除去工程は、  3 1. The impurity removal step includes:
前記半導体材料からリンを除去する除去工程、 および、 前記半導体材料に含まれるポロ ンを不活性化させる不活性化工程を具備することを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載 の半導体材料の再生方法。  The semiconductor material according to claim 23, comprising: a removing step of removing phosphorus from the semiconductor material; and an inactivating step of inactivating a polone contained in the semiconductor material. How to play.
3 2 . 前記半導体材料は粒子状のシリコンであることを特徴とする請求の範囲第 2 3項 に記載の半導体材料の再生方法。  3. The method for regenerating a semiconductor material according to claim 2, wherein the semiconductor material is particulate silicon.
3 3 . 回収された半導体材料から不純物を除去して再利用する半導体材料の再生装置で あり、  3 3. A semiconductor material recycling device that removes impurities from the collected semiconductor material and reuses it.
前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合装置と、  An assembly device that aggregates the semiconductor materials to form an aggregate;
前記集合体の状態の前記半導体材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去装置と、 を具備することを特徴とする半導体材料の再生装置。 '  An impurity removal apparatus for removing the impurities contained in the semiconductor material in the aggregated state, and a semiconductor material recycling apparatus. '
3 4 . 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太陽電池の製造方法であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合工程と、  3 4. A method of manufacturing a solar cell in which the recovered semiconductor material is reused as a solar cell, the assembly step of assembling the semiconductor material to form an aggregate;
前記集合体の状態の前記材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去工程と、 を具 備することを特徴とする太陽電池の製造方法。 An impurity removal step of removing the impurities contained in the material in the aggregate state. A method for manufacturing a solar cell, characterized by comprising:
3 5 . 回収された半導体材料を太陽電池として再利用する太陽電池の製造装置であり、 前記半導体材料を集合させて集合体を形成する集合装置と、  35. A solar cell manufacturing apparatus that reuses the collected semiconductor material as a solar cell, and an assembly device that aggregates the semiconductor materials to form an aggregate;
前記集合体の状態の前記半導体材料に含まれる前記不純物を除去する不純物除去装置と、 を具備することを特徴とする太陽電池の製造装置。  An impurity removing device for removing the impurities contained in the semiconductor material in the aggregated state, and a solar cell manufacturing apparatus comprising:
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05170421A (en) * 1991-06-20 1993-07-09 Texas Instr Inc <Ti> Method of refining silicon
JPH10265211A (en) * 1997-03-25 1998-10-06 Kawasaki Steel Corp Melting of powdery silicon
JP2007161505A (en) * 2005-12-12 2007-06-28 Sanyo Electric Co Ltd Method for regenerating semiconductor silicon material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05170421A (en) * 1991-06-20 1993-07-09 Texas Instr Inc <Ti> Method of refining silicon
JPH10265211A (en) * 1997-03-25 1998-10-06 Kawasaki Steel Corp Melting of powdery silicon
JP2007161505A (en) * 2005-12-12 2007-06-28 Sanyo Electric Co Ltd Method for regenerating semiconductor silicon material

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