WO2009008555A1 - Method for production of purified silicon - Google Patents

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Tomohiro Megumi
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Abstract

A standard temperature gradient (T0) and a standard solidification rate (R0) which meet the formula (1) are determined in advance based on C10max and Y0. k = [K1×Ln(R0)+K2]×[K3×exp[K4×R0×(K5×C2+K6)]]×[K7×T0+K8]-K9 (1) wherein k represents a coefficient selected from a range from 0.9 time to 1.1 times an aluminum effective distribution coefficient (k') so measured as to meet the formula (2): C10max = k'×C2×(1-Y0)k'-1 (2) wherein k' represents analuminum effective distribution coefficient; C2 represents the concentration of aluminum in a silicon molten solution raw material.

Description

明 細 書 精製シリコンの製造方法 技術分野  Description Manufacturing method of purified silicon Technical field
本発明は精製シリコンの製造方法に関し、 詳しくはアルミニウムを含む原料シ リコン融液を、 铸型内にて、 温度勾配を一方向に設けた状態で冷却することによ り凝固させる、 いわゆる方向凝固法により、 精製シリコンを製造する方法に関す る。 背景技術  The present invention relates to a method for producing purified silicon, and more specifically, a so-called directional solidification, in which a raw material silicon melt containing aluminum is solidified by cooling in a vertical shape with a temperature gradient provided in one direction. The present invention relates to a method for producing purified silicon. Background art
アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)からアルミニウムを除去して精製シ リコン. (1)を製造する方法として、 図 1に示すように、 錡型(3)内にて、 原料シリ コン融液(2)を、 温度勾配(T )を一方向に設けた状態で冷却することにより凝固 させる、 いわゆる方向凝固法が知られている。 かかる方法によれば、 原料シリコ ン融液(2)は温度勾配(T )の低温側(21)から高温側(22)にアルミニウムを偏祈し ながら凝固し、 シリコン方向凝固物(4)となることから、 このシリコン方向凝固 物(4)は、 凝固させる際の温度勾配( T )の低温側(21 )にありアルミニウム濃度( C )の比較的低い精製シリコン領域(41)と、 温度勾配(T )の高温側(22)にありアル ミニゥム濃度(C )の比較的高い粗シリコン領域(45)との 2つの領域からなるもの である。 このうち、 粗シリユン領域(45)をシリコン方向凝固物(4)から切除する ことにより、 アルミニウム濃度(C )の比較的低い精製シリコン領域(41)として、 目的の精製シリコン(1)を得ることができる 〔特開 2 0 0 4— 1 9 6 5 7 7号公 報〕 。  As shown in Fig. 1, the raw silicon melt in the vertical mold (3) is used as a method for producing purified silicon (1) by removing aluminum from the raw silicon melt (2) containing aluminum. A so-called directional solidification method is known in which (2) is solidified by cooling with a temperature gradient (T) provided in one direction. According to such a method, the raw material silicon melt (2) solidifies while prejudice aluminum from the low temperature side (21) to the high temperature side (22) of the temperature gradient (T), and the silicon direction solidified material (4) and Therefore, this silicon direction solidified product (4) is on the low temperature side (21) of the temperature gradient (T) during solidification, and the purified silicon region (41) with a relatively low aluminum concentration (C), and the temperature gradient It consists of two regions, a crude silicon region (45) on the high temperature side (22) of (T) and a relatively high aluminum concentration (C). Of these, the target silicon (1) is obtained as a purified silicon region (41) having a relatively low aluminum concentration (C) by cutting the crude silicon region (45) from the silicon direction solidified material (4). [Publication of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-0 1 9 6 5 7 7].
かかる方向凝固法では、 温度勾配(T )が大きいほど、 また凝固速度(R )が遅い ほど、 高温側(22)に、 より多くのアルミニウムが偏析することから、 最大アルミ ニゥム濃度のよりい精製シリコン(1)を、 より多く得ることができることが知ら れているが、 大きな温度勾配(T )を設けるには設備が大掛かりとなり、 凝固速度 ( R )を遅くすることは、 生産速度の点で不利である。 このため、 精製シリコン (1)の目標最大アルミニウム濃度( C ,。 m a x )や、 使用した原料シリコン融液(2)の 質量(M2 )に対する前記精製シリコン(1)の質量(M, )の比(M, /M2 )で示される 歩留率の目標値(Y。)に応じて、 温度勾配(Τ)および凝固速度(R)を調整して、 目的の精製シリコン(1)を製造している。 発明の開示 In this directional solidification method, the larger the temperature gradient (T) and the slower the solidification rate (R), the more aluminum is segregated on the high temperature side (22). It is known that more silicon (1) can be obtained, but the installation of a large temperature gradient (T) requires a large amount of equipment, and slowing the solidification rate (R) is in terms of production rate. It is disadvantageous. Because of this, purified silicon The target maximum aluminum concentration (C,. Max) of (1) and the ratio (M of the mass of the mass of the raw material silicon melt using (2) the purified silicon to (M 2) (1) (M,), / The target purified silicon (1) is manufactured by adjusting the temperature gradient (Τ) and solidification rate (R) according to the target yield rate (Y.) indicated by M 2 ). Disclosure of the invention
しかし、 従来、 温度勾配(Τ)および凝固速度(R)と、 得られる精製シリコン (1)の歩留率(Υ)および最大アルミニウム濃度(Clmax)との関係は明確ではなか つ 7こ。 However, the relationship between the temperature gradient (Τ) and solidification rate (R) and the yield (Υ) and maximum aluminum concentration (C lmax ) of the resulting purified silicon (1) has not been clear.
このため、 目標とする歩留率(Y。;)で、 目標最大アルミニウム濃度(〇1()11„)以 下のアルミニウム濃度(C)の精製シリコン(1)を得るには、 数多くの試行錯誤を 繰り返して、 最適な温度勾配(T)および最適な凝固速度(R)を求めていた。 そこで本発明者は、 数多くの試行錯誤を経ることなく、 目標とする歩留率(Y 0)で、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アルミニウム濃度(C1 ()raax)以下の精製 シリコン(1)を製造しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、 本発明に到つ た。 Therefore, in order to obtain purified silicon (1) with a target yield rate (Y .;) and an aluminum concentration (C) lower than the target maximum aluminum concentration (〇1 ( ) 11 „) Through repeated mistakes, the optimum temperature gradient (T) and the optimum solidification rate (R) have been obtained, and the present inventor has obtained the target yield rate (Y 0 ) without much trial and error. Thus, as a result of intensive studies to develop a method capable of producing purified silicon (1) having an aluminum concentration (C) equal to or less than a target maximum aluminum concentration (C 1 () raax ), the present invention has been achieved.
すなわち本発明は、  That is, the present invention
アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)を、 铸型(3)内にて、 温度勾配(T)を一 方向に設けた状態で冷却することにより、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アル ミニゥム濃度(C x (p pm))以下の精製シリコン領域(41)と、 目標最大アル ミニゥム濃度(C1 Cmax)を超える粗シリコン領域(45)とを含むシリコン方向凝固 物(4)を得、 By cooling the raw material silicon melt containing aluminum (2) in the vertical mold (3) with the temperature gradient (T) provided in one direction, the aluminum concentration (C) becomes the target maximum aluminum concentration. (C x (p pm)) to obtain a silicon direction solidified material (4) including a purified silicon region (41) below and a crude silicon region (45) exceeding the target maximum aluminum concentration (C 1 Cmax ),
得られたシリコン方向凝固物(4)から粗シリコン領域(45)を切除してアルミニゥ ム濃度(C (p pm))が目標最大アルミニウム濃度(C1()Biax)以下の精製シリコン (1)を得る方法であり、 Crude silicon region (45) is excised from the obtained silicon directional solidified material (4), and purified silicon with aluminum concentration (C (ppm )) below target maximum aluminum concentration (C 1 () Biax ) (1) Is a way to get
目標最大アルミニウム濃度( C , Q ra a x )と、 使用した原料シリコン融液(2)の質量( M2 )に対する前記精製シリコン(1)の質量(M,;)の比(M, /M2 )で示される歩留率 の目標値(Y。)とから、 あらかじめ、 下式 (1) を満足する基準温度勾配(T„ C /mm))および基準凝固速度(R。(mmZ分))を求め、 該基準温度勾配(T。) ± 0 . 1 °CZmmの範囲の温度勾配(T)を設けた状態で、 該基準凝固速度(R。)± 0 . 0 1mm/分の範囲の凝固速度(R)で凝固するように原料シリコン融液(2)を 冷却することを特徴とする精製シリコン(1)の製造方法を提供するものである。 k= {K, X L n (R0) +KZ } The target maximum aluminum concentration (C, Q ra ax) and the ratio of the mass of the mass of the raw material silicon melt using (2) the purified silicon to (M 2) (1) ( M ,;) (M, / M 2 ), The reference temperature gradient (T „C / mm) that satisfies the following equation (1) and the reference solidification rate (R. (mmZ min)) The reference temperature gradient (T.) ± 0 With the temperature gradient (T) in the range of 1 ° CZmm, the raw material silicon melt is solidified at the solidification rate (R) in the range of the reference solidification rate (R.) ± 0.01 mm / min. The present invention provides a method for producing purified silicon (1) characterized by cooling (2). k = {K, XL n (R 0 ) + K Z }
X {Κ3 e χ ρ [K4XR。X (K5XC。 + K6) ] } X {Κ 3 e χ ρ [K 4 XR. X (K 5 XC. + K 6 )]}
X {Κ7ΧΤ。 + Κ8} —Kg (1) X {Κ 7 ΧΤ. + Κ 8 } —K g (1)
〔式中、 kは、 式 (2)  [Where k is the formula (2)
C10max = k' XC2X (1- Y。) k'- 1 (2) C 10max = k 'XC 2 X (1- Y.) k' - 1 (2)
(式中、 C,。maxは精製シリコンの目標最大アルミニウム濃度(p pm)を、 k'は アルミニウム実効分配係数を、 C2は原料シリコン融液のアルミニウム濃度(p p m)を、 Y„は歩留率の目標値をそれぞれ示す。 ) (Where C, max is the target maximum aluminum concentration (p pm) of purified silicon, k 'is the effective aluminum distribution coefficient, C 2 is the aluminum concentration (ppm) of the raw silicon melt, and Y „is the step. Indicates the target value of the retention rate.)
を満足するように求めたアルミニウム実効分配係数 k'の 0. 9倍〜 1. 1倍の 範囲から選ばれる係数であり、 Is a coefficient selected from the range of 0.9 times to 1.1 times the effective aluminum distribution coefficient k ′ determined to satisfy
は、 1. 1 X 1 0 —3 ± 0. 1 X 1 0— 3の範囲から選ばれる定数を、 κ2は、 4. 2 X 1 0 -3 ± 0. 1 X 1 CT3の範囲から選ばれる定数を、 κ3は、 1. 2 ± 0. 1の範囲から選ばれる定数を、 Is, 1. 1 X 1 0 - a constant selected from a range of 3 ± 0. 1 X 1 0- 3 , κ 2 is, 4. 2 X 1 0 - from a range of 3 ± 0. 1 X 1 CT 3 Κ 3 is a constant selected from the range of 1.2 ± 0.1.
κ4は、 2. 2 ± 0. 1の範囲から選ばれる定数を、 κ 4 is a constant selected from the range of 2.2 ± 0.1.
κ5は、 - 1 . 0 X 1 0一3 ± 0. 1 X 1 0— 3の範囲から得らればれる定数を、 κ6は、 1. 0 ±0. 1の範囲から選ばれる定数を、 kappa 5 is -. 1 0 X 1 0 one 3 ± 0. 1 X 1 0- been Bareru constants obtained from 3 range, kappa 6 is a constant selected from 1. 0 ± 0 1 range.
κ7は、 一 0 . 4 ± 0 . 1の範囲から選ばれる定数を、 κ 7 is a constant selected from the range of 0.4 ± 0.1,
κ8は、 1. 36 ± 0 . 01の範囲から選ばれる定数を、κ 8 is a constant selected from the range of 1. 36 ± 0.01
9は、 2. 0 X 1 0 _4± 1. 0 X 1 0 の範囲から選ばれる定数を、 9 is a constant selected from the range of 2.0 X 1 0 _ 4 ± 1. 0 X 1 0,
Rcは基準凝固速度(mmZ分)を、 R c is the standard solidification rate (mmZ min),
T0は基準温度勾配(°CZmm)をそれぞれ示す。 〕 T 0 indicates a reference temperature gradient (° CZmm). ]
本発明の製造方法によれば、 アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)から、 目標歩留率(γ。)で、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アルミニウム濃度(C a χ)以下の精製シリコン(1)を製造するための基準温度勾配(TQ)および基準凝 固速度(R。)を求めることができるので、 これらを基準とした上記の範囲の温度 勾配(T)および凝固速度(R)で凝固するように原料シリコン融液(2)を冷却する ことにより、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アルミニウム濃度(c, の精製シリコン(1)を目標歩留率(Y。)で製造することができる。 図面の簡単な説明 According to the production method of the present invention, purified silicon having a target yield (γ) and an aluminum concentration (C) equal to or lower than a target maximum aluminum concentration (C a χ ) from a raw material silicon melt (2) containing aluminum. Since the reference temperature gradient (T Q ) and the reference solidification rate (R.) for producing (1) can be obtained, the temperature gradient (T) and solidification rate (R ) Cool the raw silicon melt (2) so that it solidifies Thus, it is possible to produce purified silicon (1) having a target aluminum yield (C) with a target maximum aluminum concentration (c,) at a target yield (Y.).
図 1は、 方向凝固法により原料シリコン融液からシリコン方向凝固物を得る過 程を模式的に示す断面図である。  FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a process of obtaining a silicon direction solidified material from a raw silicon melt by a direction solidification method.
図 2は、 シリコン方向凝固物から精製シリコンを得る工程を模式的に示す断面 図である。  FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the process of obtaining purified silicon from silicon direction solidified material.
符号の説明  Explanation of symbols
1 :精製シリコン 1: Purified silicon
2 :原料シリコン融液 21:温度勾配の低温側 22:温度勾配の高温側 2: Raw material silicon melt 21: Low temperature side of temperature gradient 22: High temperature side of temperature gradient
24:固相 25:液相  24: Solid phase 25: Liquid phase
26:界面  26: Interface
3 :铸型  3: vertical
4 : シリコン方向凝固物 41:精製シリコン領域  4: Silicon direction solidified material 41: Refined silicon region
45:粗シリコン領域  45: Crude silicon area
5 :粗シリコン 6 : ヒーター 7 :炉  5: Crude silicon 6: Heater 7: Furnace
8 :水冷板 T :温度勾配 Y。:目標歩留率 発明を実施するための形態  8: Water-cooled plate T: Temperature gradient Y. : Target yield rate Mode for carrying out the invention
以下、 図 1を用いて本発明の製造方法を説明する。  Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の製造方法に用いられる原料シリコン融液(2)は、 加熱により溶融状態 となったシリコンであり、 その温度はシリコンの融点(約 1414°C)を超え、 通 常は 1420 °C〜 1 58 0 °Cである。  The raw material silicon melt (2) used in the production method of the present invention is silicon that is in a molten state by heating, and its temperature exceeds the melting point of silicon (about 1414 ° C), usually from 1420 ° C to 1 58 0 ° C.
原料シリコン融液(2)は、 アルミニウムを含む。 原料シリコン融液(2)における アルミニウム濃度(C2)は通常 1 0 p pm〜 1 000 p pm、 好ましくは 1 5 p pm以下である。 原料シリコン融液のアルミニウム濃度(C2)が 1 0 p pm未満 であると、 さらにアルミニウムを除去することが難しく、 l O O O p pmを超え ると、 精製シリコン(1)を得るために過大な温度勾配(T)と凝固速度(R)が必要 となり、 実用的ではない。 The raw material silicon melt (2) contains aluminum. Aluminum concentration in the raw material silicon melt (2) (C 2) is usually 1 0 p pm~ 1 000 p pm , preferably 1 5 p pm or less. If the aluminum concentration (C 2 ) of the raw material silicon melt is less than 10 p pm, it will be difficult to remove aluminum. If it exceeds l OOO p pm, it will be too large to obtain purified silicon (1). Requires temperature gradient (T) and solidification rate (R) It is not practical.
原料シリコン融液(2)は、 アルミニウムのほか、 少量、 具体的には合計で l p p m以下であれば、 シリコンおよびアルミニウムを除く他の不純物元素を含んで いてもよいが、 とくに、 精製シリコン(1)が目標とする歩留率(Y。;)のとおりの歩 留率で得られる点で、 ホウ素、 リンなどの含有量は少ないほど好ましく、 具体的 には、 それぞれ 0 . 3 p p m以下、 さらには 0 . 1 p p m以下であることが好ま しい。  In addition to aluminum, the raw material silicon melt (2) may contain other impurity elements other than silicon and aluminum as long as it is a small amount, specifically a total of 1 ppm or less. In particular, purified silicon (1 ) Is obtained with the target yield rate (Y .;), the lower the content of boron, phosphorus, etc., the more preferable. Is preferably 0.1 ppm or less.
本発明の製造方法では、 通常の方向凝固法と同様に、 かかる原料シリコン融液 (2)を铸型(3)内にて冷却する。 铸型(3)としては通常、 原料シリコン融液(2)に対 して不活性で、 耐熱性のものが使用され、 具体的には黒鉛などの炭素、 炭化ケィ 素、 炭化窒素、 アルミナ (酸化アルミニウム) 、 石英などのシリカ (酸化ケィ素 ) などで構成されたものが使用される。  In the production method of the present invention, the raw silicon melt (2) is cooled in the saddle mold (3) as in the normal directional solidification method. The vertical type (3) is usually inert and heat resistant to the raw material silicon melt (2). Specifically, carbon such as graphite, carbon carbide, nitrogen carbide, alumina ( Aluminum oxide) and silica (quarium oxide) such as quartz are used.
冷却は、 原料シリコン融液(2)に温度勾配( T )を一方向に設けた状態で行われ る。 温度勾配(T)は一方向に設けられていればよく、 水平方向に設けられていて 低温側(21)と高温側(22)とが同じ高さとなっていてもよいし、 重力方向に設けら れていて低温側(21)が上になり高温側(22)が下になるように設けられてもよいが 、 通常は、 図 1に示すように、 低温側(21)が下になり、 高温側(32)が上になるよ うに温度勾配(T )が重力方向に設けられる。 温度勾配(T )は、 過大な設備を要せ ず、 実用的である点で、 通常は 0 . 2 °CZmm〜 l . 5 °CZmm、 好ましくは 0 . 4でノ11 111〜0 . 9 °C /mm、 さらに好ましくは 0 . 7 °C Zmm以上である。 温度勾配(T)は、 例えばヒータ一(6)を備え、 下側が大気に開放された炉(7)内 で、 ヒ一ター(6)により铸型(3)の上方を加熱しつつ、 炉(7)の下で铸型の下方を 冷却する方法により、 設けることができる。 錡型(3)の下方を冷却するには、 大 気中に放冷させる方法でもよいが、 温度勾配(T )によっては、 例えば炉(7)の下 側に水冷プレート(8)を設け、 この水冷プレート(8)により冷却してもよい。  The cooling is performed with the temperature gradient (T) provided in one direction in the raw material silicon melt (2). The temperature gradient (T) only needs to be provided in one direction. It is provided in the horizontal direction, and the low temperature side (21) and the high temperature side (22) may be the same height, or provided in the direction of gravity. It may be installed so that the low temperature side (21) is on the top and the high temperature side (22) is on the bottom, but usually the low temperature side (21) is on the bottom, as shown in Figure 1. The temperature gradient (T) is provided in the direction of gravity so that the high temperature side (32) is on the top. The temperature gradient (T) is usually 0.2 ° CZmm to l.5 ° CZmm, preferably 0.4 to 11111 to 0.9 °, in that it does not require excessive equipment and is practical. C / mm, more preferably 0.7 ° C Zmm or more. For example, the temperature gradient (T) is provided in the furnace (7) provided with a heater (6), and the lower side is open to the atmosphere. It can be provided by the method of cooling the lower part of the saddle shape under (7). In order to cool the lower part of the vertical mold (3), it is possible to cool it in the atmosphere. However, depending on the temperature gradient (T), for example, a water cooling plate (8) is installed under the furnace (7). You may cool with this water cooling plate (8).
原料シリコン融液(2)は、 例えば、 これを収容した錡型(3)を下方向に移動させ 、 下から炉(7)の外に導くことにより、 冷却することができる。 このようにして 原料シリコン融液(2)を冷却することにより、 原料シリコン融液(2)は低温側(21) から固相(24)を形成しながら凝固し、 シリコン方向凝固物(4)となる。 凝固速度(R)は、 冷却により低温側(21)から形成される固相(24)と、 高温側 (22)で未だ凝固していない液相(25)との界面(26)の移動速度として表わされ、 铸 型(3)を炉(7)の外に移動させる際の铸型(3)の移動速度によつて調整することが できる。 The raw silicon melt (2) can be cooled, for example, by moving the saddle mold (3) containing it downward and guiding it out of the furnace (7) from below. By cooling the raw material silicon melt (2) in this way, the raw material silicon melt (2) solidifies while forming a solid phase (24) from the low temperature side (21), and the silicon direction solidified material (4) It becomes. The solidification rate (R) is the moving speed of the interface (26) between the solid phase (24) formed from the low temperature side (21) by cooling and the liquid phase (25) not yet solidified on the high temperature side (22). It can be adjusted by the moving speed of the vertical mold (3) when moving the vertical mold (3) out of the furnace (7).
このようにして原料シリコン融液(2)を冷却することにより凝固させる過程で 、 原料シリコン融液(2)に含まれるアルミニウムは、 高温側(22)に偏析する。 こ のため、 凝固後のシリコン方向凝固物(4)は、 温度勾配 〔T〕 の低温側(21)から 高温側(22)に向けて一方向にアルミニウム含有量(C)が増加したものとなる。 こ の獰固物(4)のうち、 冷却過程で温度勾配(Τ)の低温側(21)であつた領域がアル ミニゥム含有量の少ない精製シリコン領域(41)となり、 高温側(22)であった領域 は、 偏析したアルミニウムを多く含む粗シリコン領域(45)となっている。 このよ うなシリコン方向凝固物(4)のうち、 粗シリコン領域(45)を切除することにより 、 目的とする精製シリコン(1)を得ることができる。 粗シリコン領域(45)を切断 する方法は特に限定されるものではなく、 例えばダイヤモンドカッターなどを用 いる通常の方法により切断して、 粗シリコン領域(45)を切除すればよい。  In the process of solidifying the raw silicon melt (2) by cooling in this way, the aluminum contained in the raw silicon melt (2) is segregated to the high temperature side (22). For this reason, the solidified silicon direction (4) after solidification has an aluminum content (C) that increases in one direction from the low temperature side (21) to the high temperature side (22) of the temperature gradient [T]. Become. Of this solid material (4), the region on the low temperature side (21) of the temperature gradient (Τ) during the cooling process becomes the purified silicon region (41) with a low aluminum content, and on the high temperature side (22). The region was a crude silicon region (45) containing a large amount of segregated aluminum. In such a silicon direction solidified material (4), the target purified silicon (1) can be obtained by cutting out the rough silicon region (45). The method of cutting the rough silicon region (45) is not particularly limited, and the rough silicon region (45) may be cut by a normal method using, for example, a diamond cutter.
本発明の製造方法では、 温度勾配(Τ)が基準温度勾配(TQ)±0. l°CZmm の範囲、 好ましくは基準温度勾配 〔丁。〕 ±0. 0 5°C/mmの範囲であり、 凝 固速度(R)が基準凝固速度(R。)が ±0. O lmmZ分の範囲、 好ましくは基準 凝固速度(R。)± 0. 00 5 mmZ分の範囲である。 In the production method of the present invention, the temperature gradient (Τ) is in the range of the reference temperature gradient (T Q ) ± 0.l ° CZmm, preferably the reference temperature gradient [Ding. ] ± 0. 0 5 ° C / mm, solidification rate (R) is standard solidification rate (R.) within ± 0.O lmmZ, preferably standard solidification rate (R.) ± 0 . 00 The range is 5 mmZ.
基準温度勾配(T。)および基準凝固速度(R。)は、 上記式 (1) により求められ る。 式 (1) におけるアルミニウム実効分配係数 kは、 上記式 (2) を満足する ように求められる。  The reference temperature gradient (T.) and the reference solidification rate (R.) are obtained by the above equation (1). The effective aluminum distribution coefficient k in equation (1) is determined so as to satisfy the above equation (2).
この式 (2) は、 使用した原料シリコン融液(2)のうち、 原料シリコン融液(2) を冷却により凝固させる過程において凝固して固相(23)となったものの割合を示 す凝固率(f)と、 直前に固相(23)となった部分におけるアルミニウム濃度(C)と の関係を示す式 (2— 1)  This equation (2) indicates the proportion of the raw material silicon melt (2) used that solidifies in the process of solidifying the raw material silicon melt (2) by cooling into a solid phase (23). Equation (2-1) showing the relationship between the rate (f) and the aluminum concentration (C) in the part that immediately became the solid phase (23)
C = k ' X C 2 X ( 1一 f ) k '-' (2 - 1 ) C = k 'XC 2 X (1 1 f) k '-'( 2-1 )
〔式中、 Cは液相におけるアルミニウム濃度(p pm)を、 k'はアルミニウム実 効分配係数を、 C2は使用した原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(p pm) を、 f は凝固率を、 それぞれ示す。 〕 [Where C is the aluminum concentration (p pm) in the liquid phase, k 'is the effective aluminum distribution coefficient, C 2 is the aluminum concentration (p pm) of the raw silicon melt used (2) Where f is the solidification rate. ]
から導かれるものである。 この式 (2— 1 ) は、 一般にシャイルの式と呼ばれて いる関係式である 〔 「金属の凝固」 (昭和 4 6年 1 2月 2 5日、 丸善株式会社発 行) 第 1 2 1頁〜第 1 3 4頁〕 。 Is derived from This formula (2-1) is a relational expression that is generally called the Seil's formula ["solidification of metal" (published on Mar. 25, 1 February 1965) 1 2 1 Pages 1 to 3 4].
式 (1 ) は、 このようなアルミニウム実効分配係数(k )と、 凝固速度および温 度勾配との関係を示す式であって、 本発明者らが初めて見出したものである。 そ して本発明の製造方法は、 このような式 (1 ) を満足する基準温度勾配(T Q )お よび基準凝固速度(R。)を基準とし、 本発明で規定する範囲の温度勾配(T )およ び凝固速度(R )で凝固するように原料シリコン融液(2)を凝固させるものである 。 Equation (1) is an equation showing the relationship between the aluminum effective partition coefficient (k), the solidification rate, and the temperature gradient, and was first discovered by the present inventors. The production method of the present invention is based on the reference temperature gradient (T Q ) and the reference solidification rate (R.) satisfying the equation (1), and the temperature gradient (in the range specified by the present invention) The raw material silicon melt (2) is solidified so as to solidify at T) and a solidification rate (R).
本発明の方法により原料シリコン融液(2)を凝固させることにより得られるシ リコン方向凝固物(4)は、 冷却過程における温度勾配(T)の低温側(21)が精製シ リコン領域(41)であり、 高温側(22)が粗シリコン領域(45)である。 また、 シリコ ン方向凝固物(4)における精製シリコン領域(41)の割合は、 目標歩留率(Y。)のと おりであるので、 この目標歩留率(Υ。)に相当する部分で、 シリコン方向凝固物 (4)を切断することによって、 粗シリコン領域(45)を除去することことができ、 これにより目的の精製シリコン(1)を得ることができる。  The silicon direction solidified material (4) obtained by solidifying the raw material silicon melt (2) by the method of the present invention has a low temperature side (21) of the temperature gradient (T) in the cooling process (41) in the purified silicon region (41). The high temperature side (22) is the crude silicon region (45). In addition, since the ratio of the refined silicon region (41) in the silicon direction solidified material (4) is the same as the target yield (Y.), in the portion corresponding to this target yield (Υ). By cutting the silicon direction solidified material (4), the crude silicon region (45) can be removed, and thus the desired purified silicon (1) can be obtained.
得られた精製シリコン(1)は、 さらに酸洗する等の方法により精製してもよい 。 酸洗に用いる酸として通常は塩酸、 硝酸、 硫酸などの鉱酸が用いられ、 汚染防 止の観点から通常は金属不純物の少ないものが用いられる。 得られた精製シリコ ン(1)を加熱溶融させて本発明の製造方法の原料シリコン融液(2)として用いるこ とにより、 さらにアルミニウム含有量の少ない精製シリコンを得ることもできる 除去された粗シリコン(5)は、 これよりもアルミニウム含有量の少ないシリコ ンと共に加熱溶融して、 再び本発明の原料シリコン融液(2)として使用すること もできる。  The obtained purified silicon (1) may be further purified by a method such as pickling. As acids used for pickling, mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid are usually used, and those with few metal impurities are usually used from the viewpoint of preventing contamination. The purified silicon (1) thus obtained is heated and melted and used as the raw material silicon melt (2) in the production method of the present invention, so that purified silicon having a lower aluminum content can be obtained. Silicon (5) can be heated and melted together with silicon having a lower aluminum content and used again as the raw silicon melt (2) of the present invention.
本発明の製造方法により得られる精製シリコン(1)は、 例えば太陽電池の原料 などとして好適に用いることができる。 実施例 The purified silicon (1) obtained by the production method of the present invention can be suitably used as a raw material for solar cells, for example. Example
以下、 実施例により本発明をより詳細に説明するが、 本発明は、 かかる実施例 によって限定されるものではない。 参考例 1 〔式 (1) の導出〕  EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by this Example. Reference Example 1 [Derivation of Equation (1)]
実験 1 Experiment 1
図 1に示す装置を用いて、 アルミニウム濃度(C2) 1 00 0 p pmの原料シリ コン融液(2)を、 錶型(3)内で、 温度勾配(T) (0. 9°C/mm) を設けた状態で 、 凝固速度(R) 0. 4mmノ分で凝固するように冷却してシリコン方向凝固物 (4)を得た。 得られたシリコン方向凝固物(4)において、 冷却の過程における凝固 率(f)が 0. 1 8および 0. 38であった部分におけるアルミニウム濃度(C)を I CP (誘導結合プラズマ) 発光分析法または I C P質量分析法により求めたと ころ、 4. 0 p pm ( f = 0. 1 8) および 4. 9 p p m (ί = 0. 38) であ つた。 この凝固率(ί)およびアルミニウム濃度(C)から式 (2— 1) を満足する アルミニウム実行分配係数(k)を求めたところ、 3. 1 X 1 0 であった。 結果 を第 1表にまとめて示す。 Using the apparatus shown in Fig. 1, a silicon melt (2) with an aluminum concentration (C 2 ) of 1000 ppm was added to a temperature gradient (T) (0.9 ° C) in a bowl (3). / mm) was provided to cool so as to solidify at a solidification rate (R) of 0.4 mm, and a silicon direction solidified product (4) was obtained. In the obtained silicon directional solidified product (4), the aluminum concentration (C) in the portion where the solidification rate (f) was 0.18 and 0.38 during the cooling process was measured using ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry. And 4.0 p pm (f = 0.18) and 4.9 ppm (ί = 0.38), as determined by the method or ICP mass spectrometry. From the solidification rate (ί) and the aluminum concentration (C), the effective aluminum distribution coefficient (k) satisfying the formula (2-1) was determined and found to be 3.1 × 10. The results are summarized in Table 1.
実験 2および実験 3 Experiment 2 and Experiment 3
実験 1で用いた原料アルミニウム融液(2)に代えて、 第 1表に示すアルミニゥ ム濃度(C2)の原料シリコン融液(2)を第 1表に示す温度勾配(T)を設けた状態で 、 第 1表に示す凝固速度(R)で凝固するように冷却し、 得られたシリコン方向凝 固物(4)において、 冷却の過程における凝固率( ί )がそれぞれ第 1表に示す値で あった部分におけるアルミニウム濃度(C)を求めた以外は、 実験 1と同様に操作 して、 それぞれアルミニウム実行分配係数(k)を求めたところ、 第 1表に示すと おりであった。 第 1 表 鐘 C2 τ R f C k Instead of the raw material aluminum melt (2) used in Experiment 1, the raw material silicon melt (2) with the aluminum concentration (C 2 ) shown in Table 1 was provided with the temperature gradient (T) shown in Table 1. In the state, it was cooled to solidify at the solidification rate (R) shown in Table 1, and in the obtained silicon direction solidified product (4), the solidification rate (ί) in the cooling process is shown in Table 1 respectively. Except for determining the aluminum concentration (C) in the part that was the value, the same procedure as in Experiment 1 was performed to determine the aluminum effective distribution coefficient (k). The results are shown in Table 1. Table 1 Bell C 2 τ R f C k
ΡΡΐη °c /匪 mm/分 ppm  ΡΡΐη ° c / 匪 mm / min ppm
1 1000 0.9 0.4 0. 18 4.0 3. 1X10— 3 1 1000 0.9 0.4 0. 18 4.0 3. 1X10— 3
0. 38 4.9  0. 38 4.9
2 1000 0.9 0.2 0. 17 2.8 2. 5X10"3 2 1000 0.9 0.2 0. 17 2.8 2. 5X10 " 3
0. 38 4.2  0. 38 4.2
3 1000 0.9 0.05 0. 32 1.2 0.  3 1000 0.9 0.05 0. 32 1.2 0.
0. 72 2.6  0. 72 2.6
X 実験 1〜実験 3の結果より、 凝固速度(R)と、 アルミニウム実効分配係数(k) との関係を求めたところ、 式 (1— 1)  X From the results of Experiment 1 to Experiment 3, the relationship between the solidification rate (R) and the effective aluminum distribution coefficient (k) was determined.
k= {K, ' XL n (R) +Κ2' } (1— 1)k = {K, 'XL n (R) + Κ 2 '} (1— 1)
〔式中、 kはアルミニウム実効分配係数を、 Rが凝固速度(mm/分)をそれぞれ 示す。 〕 を得た。 式 (1— 1) において、 1^'は1. 1 X 1 0— 3であり、 Κ2 'は 4. 2 X 10- 3である。 [In the formula, k represents the effective aluminum distribution coefficient, and R represents the solidification rate (mm / min). ] Was obtained. In the formula (1 1), 1 ^ '1. a 1 X 1 0- 3, kappa 2' is 4. a 2 X 10- 3.
実験 1〜実験 3における温度勾配(Τ)、 凝固速度(R)およびアルミニウム実効 分配係数(k)は、 式 (1一 1) を満足する。  The temperature gradient (Τ), solidification rate (R), and effective aluminum distribution coefficient (k) in Experiment 1 to Experiment 3 satisfy Eq. (1 1 1).
実験 4〜実験 6 Experiment 4 to Experiment 6
上記実験 1〜実験 3とは原料シリコン融液(2)の温度勾配(T)がー致するが、 原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度( C 2 )が異なる実験 4〜実験 6を行った 。 原料アルミニウム融液(2)のアルミニウム濃度(C2)、 温度勾配(T)、 凝固速度 (R)は第 2表に示すとおりとした。 得られたシリコン方向凝固物(4)において、 冷却の過程における凝固率( f )がそれぞれ第 2表に示す値であった部分における アルミニウム濃度(C)を求め、 実験 1と同様にして、 それぞれアルミニウム実行 分配係数(k)を求めたところ、 第 2表に示すとおりであった。 第 2 表 実験 し 2 T R f C k Although the temperature gradient (T) of the raw material silicon melt (2) matches that of Experiment 1 to Experiment 3 above, Experiment 4 to Experiment 6 were performed with different aluminum concentrations (C 2 ) in the raw material silicon melt (2). The Table 2 shows the aluminum concentration (C 2 ), temperature gradient (T), and solidification rate (R) of the raw aluminum melt (2). In the obtained silicon direction solidified material (4), the aluminum concentration (C) in the part where the solidification rate (f) in the cooling process was the value shown in Table 2 was obtained, respectively. Table 2 shows the effective aluminum distribution coefficient (k). Table 2 Experiment 2 TR f C k
ppm で /mm mm/分 pm  ppm / mm mm / min pm
4 100 0.9 0.2 0. 17 0.4 4. 1X10- 3 4 100 0.9 0.2 0. 17 0.4 4. 1X10- 3
0. 45 1.1  0. 45 1.1
5 10 0.9 0.4 0. 32 0.1 9. 0X10"3 5 10 0.9 0.4 0. 32 0.1 9. 0X10 " 3
0. 72 0.3  0. 72 0.3
6 10 0.9 0.2 0. 20 0.05 4. 2X10" 3 6 10 0.9 0.2 0. 20 0.05 4. 2X10 " 3
0. 52 0.17 この実験 4〜実験 6は、 実験 1〜実験 3とは原料シリコン融液(2)の温度勾配( T)がー致するが、 原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(C2)が異なる。 こ の実験 4〜実験 6で求めたアルミニウム実効分配係数(k)は、 上記式 (1— 1) を満足しない。 0. 52 0.17 This experiment 4 to experiment 6 is similar to experiment 1 to experiment 3 in that the temperature gradient (T) of the raw silicon melt (2) matches, but the aluminum concentration of the raw silicon melt (2) (C 2 ) is different. The effective aluminum distribution coefficient (k) obtained in Experiment 4 to Experiment 6 does not satisfy the above equation (1-1).
上記実験 1〜実験 3で求めたアルミニウム実効分配係数(k)を満足し、 かつ、 これら実験 4〜実験 6で求めたアルミニウム実効分配係数(k)をも満足する式と して、 式 (1— 2)  Equation (1) is an equation that satisfies the effective aluminum distribution coefficient (k) obtained in Experiment 1 to Experiment 3 and also satisfies the effective aluminum distribution coefficient (k) obtained in Experiments 4 to 6. — 2)
k= {K, ' XL n (R) +Κ2' } k = {K, 'XL n (R) + Κ 2 '}
X {Κ3' X e x p [K XRX (Κ5' X C2 + Κ6') ] } (1 - 2) 〔式中、 k、 R、 K, 'および Κ2'はそれぞれ前記と同じ意味を示す。 C2は原料 アルミニウム融液のアルミニウム濃度(p pm)を示す。 〕 X {Κ 3 'X exp [K XRX (Κ 5 ' XC 2 + Κ 6 ')]} (1-2) [where k, R, K,' and Κ 2 'have the same meaning as above. Show. C 2 represents an aluminum concentration (p pm) of the raw material aluminum melt. ]
を得た。 式 (1— 2) において、 Κ3'は 1. 2であり、 Κ4'は 2. 2であり、 Κ 5'は一 1. 0 X 1 0- 3であり、 Κ6'は 1. 0である。 Got. In the formula (1-2), Κ 3 'is 1.2, Κ 4 ' is 2.2, Κ 5 'is one 1.0 X 1 0- 3, and Κ 6 ' is 1. 0.
実験 1〜実験 3および実験 4〜実験 6における温度勾配(Τ)、 凝固速度(R)、 用いた原料アルミニウム融液(2)のアルミニウム濃度(C2)およびアルミニウム実 効分配係数(k)は、 式 (1一 2) を満足する。 The temperature gradient (Τ), solidification rate (R), aluminum concentration (C 2 ) of the raw aluminum melt used (C 2 ), and aluminum effective partition coefficient (k) in Experiment 1 to Experiment 3 and Experiment 4 to Experiment 6 are And satisfies the equation (1 1 2).
実験 7 1 上記実験 2とは原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度( C 2 )がー致するが、 温度勾配(T )が異なる実験 7を行った。 原料アルミニウム融液(2)のアルミニゥ ム濃度(C2)、 温度勾配(T)、 凝固速度(R)は第 1表に示すとおりとした。 得ら れたシリコン方向凝固物(4)において、 冷却の過程における凝固率( f )がそれぞ れ第 3表に示す値であった部分におけるアルミニウム濃度(C)を求め、 実験 1と 同様にして、 それぞれアルミニウム実行分配係数(k)を求めたところ、 第 3表に 示すとおりであった。 Experiment 7 1 Experiment 7 was conducted, although the aluminum concentration (C 2 ) of the raw silicon melt (2) matches the experiment 2, but the temperature gradient (T) was different. Table 1 shows the aluminum concentration (C 2 ), temperature gradient (T), and solidification rate (R) of the raw aluminum melt (2). In the obtained silicon directional solidified product (4), the aluminum concentration (C) in the portion where the solidification rate (f) in the cooling process was the value shown in Table 3 was obtained, and the same procedure as in Experiment 1 was performed. Table 3 shows the effective aluminum distribution coefficient (k).
第 3 表 実験 C2 T R f C Table 3 Experiment C 2 TR f C
ppm /龍 mm/分 ppm  ppm / dragon mm / min ppm
7 1000 0.4 0. 0.17 3.1 3.0X 10"3 7 1000 0.4 0. 0.17 3.1 3.0X 10 " 3
0.52 6.7 この実験 7は、 実験 2とは原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(C2)がー 致するが、 温度勾配(T)が異なる。 このため、 実験 7で求めたアルミニウム実効 分配係数(k)は、 上記式 (1— 1) および式 (1一 2) を満足しない。 0.52 6.7 This experiment 7 differs from experiment 2 in the aluminum concentration (C 2 ) of the raw silicon melt (2), but the temperature gradient (T) is different. For this reason, the effective aluminum distribution coefficient (k) obtained in Experiment 7 does not satisfy the above formulas (1-1) and (1-12).
上記実験 1〜実験 3および実験 4〜実験 6で求めたアルミニウム実効分配係数 (l を満足し、 かつ、 実験 7で求めたアルミニウム実効分配係数(k)をも満足す る式として、 式 ( 1 - 3 )  The effective aluminum distribution coefficient obtained in Experiment 1 to Experiment 3 and Experiment 4 to Experiment 6 (satisfying l and the aluminum effective distribution coefficient (k) obtained in Experiment 7 is -3)
k= {K, ' XL n (R) +Κ2' } k = {K, 'XL n (R) + Κ 2 '}
X {Κ3' X e x p [Κ4' XR X (Κ5' X C2 + Κ6') ] } X {Κ 3 'X exp [Κ 4 ' XR X (Κ 5 'XC 2 + Κ 6 ')]}
X {Κ,' XT + Kg' } -Κ9' (1— 3) X {Κ, 'XT + K g '} -Κ 9 '(1— 3)
〔式中、 k、 R、 C2、 K,'、 K2'、 K3'、 K4'、 K5 'および K6'はそれぞれ前 記と同じ意味を示す。 Τは温度勾配(°C/mm)を示す。 〕 [Wherein k, R, C 2 , K, ′, K 2 ′, K 3 ′, K 4 ′, K 5 ′, and K 6 ′ have the same meaning as described above. Τ indicates a temperature gradient (° C / mm). ]
を得た。 式 (1— 3) において、 K7 'は一 0. 4であり、 Κ8'は 1. 36であり 、 Κ9 'は 2. 0 X 1 0— 4である。 Got. In equation (1-3), K 7 'is 0.4, Κ 8 ' is 1.36, and Κ 9 'is 2.0 X 1 0-4.
実験 1〜実験 3、 実験 4〜実験 6および実験 7における温度勾配(Τ)、 凝固速 度(R)、 用いた原料アルミニウム融液(2)のアルミニウム濃度(C2)およびアルミ ニゥム実効分配係数(k)は、 式 (1一 3) を満足する。 Temperature gradient (Τ), solidification speed in Experiment 1 to Experiment 3, Experiment 4 to Experiment 6 and Experiment 7 The degree (R), the aluminum concentration (C 2 ) and the aluminum effective distribution coefficient (k) of the raw aluminum melt used (2) satisfy Eq. (11-3).
上記で求めた式 (1— 3) における温度勾配(T)および凝固速度(R)に代えて 基準温度勾配(T。;)および基準凝固速度(R。;)をそれぞれ代入し、 上記 K 〜 Κ9' の値に基づいて 1^〜1^9の値をそれぞれ上記式 (1) のとおりとすると、 上記式 (1) を得る。 実施例 1一 1 Substituting the reference temperature gradient (T .;) and the reference solidification rate (R .;) in place of the temperature gradient (T) and solidification rate (R) in the formula (1-3) obtained above, Based on the value of Κ 9 ', if the values of 1 ^ to 1 ^ 9 are respectively expressed by the above equation (1), the above equation (1) is obtained. Example 1 1 1
原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(C2)を 1 000 p pm、 目標最大ァ ルミニゥム濃度(C1 Qmax)を 4. 0 p pm、 歩留率の目標値 〔目標歩留率〕 (Y0) を 0. 1 8として、 式 (1) 〔ただし、 !^〜!^の値はそれぞれ!^,〜!^,と同 じ値とする。 〕 を満足する基準温度勾配(Τ„)および基準凝固速度(R„)を求める と、 基準温度勾配(T。)は 0. 9°CZmm、 基準凝固速度(R。;)は 0. 4mmノ分 となる。 The aluminum concentration (C 2 ) of the raw material silicon melt (2) is 1 000 p pm, the target maximum aluminum concentration (C 1 Qmax ) is 4.0 p pm, and the target value of the yield rate [target yield rate] ( Y 0 ) is assumed to be 0.1 8 and the formula (1) [However,! ^ ~! Each value of ^! ^ ~~! Same value as ^. ], The standard temperature gradient (T) and the standard solidification rate (R) are 0.9 ° CZmm and the standard solidification rate (R .;) is 0.4 mm. Minutes.
図 1に示す装置を用いて、 アルミニウム濃度(C2) 1 0◦ 0 p pmの原料シリ コン融液(2)を、 铸型(3)内で、 温度勾配(T) 0. 9°CZmmを設けた状態で、 凝 固速度(R) 0. 4 mmZ分で凝固するように冷却することにより、 図 2に示すよ うなシリコン方向凝固物(4)を得る。 Using the equipment shown in Fig. 1, a silicon melt (2) with an aluminum concentration (C 2 ) of 10 ° 0 ppm is heated in a bowl (3) with a temperature gradient (T) of 0.9 ° CZmm. In this state, cooling to solidify at a solidification rate (R) of 0.4 mmZ gives a silicon direction solidified material (4) as shown in Fig. 2.
図 2に示すように、 得られたシリコン方向凝固物(4)を、 冷却の過程における 凝固率(f)が 0. 1 8であった部分で切断し、 温度勾配(T)の高温側(22)であつ た領域(45)を取り除くことにより、 精製シリコン(1)を得る。 得られた精製シリ コン(1)の最大アルミニウム濃度(Clmax)は、 4. O p pmである。 実施例 1一 2および実施例 2〜実施例 7 As shown in Fig. 2, the resulting silicon directional solidified product (4) was cut at the part where the solidification rate (f) in the cooling process was 0.18, and the high temperature side of the temperature gradient (T) ( Purified silicon (1) is obtained by removing the region (45) in 22). The obtained purified silicon (1) has a maximum aluminum concentration (C lmax ) of 4. O p pm. Examples 1 1 2 and Examples 2 to 7
原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度(C2)、 目標最大アルミニウム濃度( C10llax), 目標歩留率(Y。)をそれぞれ第 4表に示すとおりとする以外は実施例 1と同様にして基準温度勾配(Τ。)および基準凝固速度(R。;)を得、 得られた基準 温度勾配(Τ。)と同じ温度勾配(Τ)、 得られた基準凝固速度(RD)と同じ凝固速度 (R)とするほかは実施例 1と同様に操作して得られたシリコン方向凝固物(4)を 3 得、 冷却過程における凝固率(f )が目標凝固率(Y。)と同じ値であった部分で切 断して精製シリコン(1)を得る。 この精製シリコン(1)は、 最大アルミニウム濃度 (Cl fflax)が第 4表に示すとおりである。 第 4 表 実施例 C2 10 m a x Yo T„ T R f l m , Except that the aluminum concentration (C 2 ), the target maximum aluminum concentration (C 10llax ), and the target yield (Y.) of the raw silicon melt (2) are as shown in Table 4, the same as in Example 1 To obtain the reference temperature gradient (Τ.) And the reference solidification rate (R .;), and the same temperature gradient (Τ) as the obtained reference temperature gradient (Τ.), The same as the obtained reference solidification rate (R D ) Except for the solidification rate (R), the silicon direction solidified material (4) obtained by the same operation as in Example 1 was used. 3. Obtain purified silicon (1) by cutting at the part where the solidification rate (f) in the cooling process is the same as the target solidification rate (Y). Table 4 shows the maximum aluminum concentration (C l fflax ) of this purified silicon (1). Table 4 Example C 2 10 max Yo T „TR flm,
ppm ppm °C/mm 匪/分 °C/mm mm/分 ppm  ppm ppm ° C / mm 匪 / min ° C / mm mm / min ppm
1 - 1 1000 4.0 0.18 0.9 0.4 0.9 0.4 0. 18 4.01-1 1000 4.0 0.18 0.9 0.4 0.9 0.4 0. 18 4.0
1 - 2 4.9 0.38 0. 38 4.91-2 4.9 0.38 0. 38 4.9
2 - 1 1000 2.8 0.17 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 17 2.82-1 1000 2.8 0.17 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 17 2.8
2 - 2 4.2 0.38 0. 38 4.22-2 4.2 0.38 0. 38 4.2
3 - 1 1000 1.2 0.32 0.9 0.05 0.9 0.05 0. 32 1.23-1 1000 1.2 0.32 0.9 0.05 0.9 0.05 0. 32 1.2
3 - 2 2.6 0.72 0. 72 2.63-2 2.6 0.72 0. 72 2.6
4- 1 100 0.4 0.17 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 17 0.44- 1 100 0.4 0.17 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 17 0.4
4 - 2 1.1 0.45 0. 45 1.14-2 1.1 0.45 0. 45 1.1
5 - 1 10 0.1 0.32 0.9 0.4 0.9 0.4 0. 32 0.15-1 10 0.1 0.32 0.9 0.4 0.9 0.4 0. 32 0.1
5 - 2 0.3 0.72 0. 72 0.35-2 0.3 0.72 0. 72 0.3
6 - 1 10 0.05 0.20 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 20 0.056-1 10 0.05 0.20 0.9 0.2 0.9 0.2 0. 20 0.05
6 - 2 0.17 0.52 0. 52 0.176-2 0.17 0.52 0. 52 0.17
7 - 1 1000 3.1 0.17 0.4 0.2 0.4 0.2 0. 17 3.17-1 1000 3.1 0.17 0.4 0.2 0.4 0.2 0. 17 3.1
7 - 2 6.7 0.52 0. 52 6.7 7-2 6.7 0.52 0. 52 6.7
産業上の利用可能性 Industrial applicability
本発明の製造方法によれば、 アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)から、 目標歩留率(YQ)で、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アルミニウム濃度(C1 0 NI A x)以下の精製シリコン(1)を製造するための基準温度勾配(T\)および基準凝固速 度(R。)を求めることができるので、 これらを基準とした上記の範囲の温度勾配( T )および凝固速度(R )で凝固するように原料シリコン融液(2)を冷却することに より、 アルミニウム濃度(C )が目標最大アルミニウム濃度 以下の精製 シリコン(1)を目標歩留率(Y„)で製造することができる。 According to the production method of the present invention, from the raw silicon melt containing aluminum (2), the target yield (YQ) and the aluminum concentration (C) are equal to or lower than the target maximum aluminum concentration (C 10 NI A x ). Reference temperature gradient (T \) and reference solidification rate for producing purified silicon (1) Degree (R.) can be obtained, and by cooling the raw material silicon melt (2) so that it solidifies at the temperature gradient (T) and solidification rate (R) in the above range based on these. Purified silicon (1) having an aluminum concentration (C) of not more than the target maximum aluminum concentration can be produced with a target yield (Y „).

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
アルミニウムを含む原料シリコン融液(2)を、 錡型(3)内にて、 温度勾配(T)を一 方向に設けた状態で冷却することにより、 アルミニウム濃度(C)が目標最大アル ミニゥム濃度(C1()Diax (p pm))以下の精製シリコン領域(41)と、 目標最大アル ミニゥム濃度(C1()nax)を超える粗シリコン領域(45)とを含むシリコン方向凝固 物(4)を得、 By cooling the raw material silicon melt containing aluminum (2) in the vertical mold (3) with the temperature gradient (T) provided in one direction, the aluminum concentration (C) becomes the target maximum aluminum concentration. (C 1 () Diax (ppm)) or less refined silicon region (41), and a silicon directional solidified material (4) containing a crude silicon region (45) exceeding the target maximum aluminum concentration (C 1 () nax ) (4 )
得られたシリコン方向凝固物(4)から粗シリコン領域(45)を切除してアルミニゥ ム濃度(C (p pm))が目標最大アルミニウム濃度(C1()Iiax)以下の精製シリコン( 1)を得る方法であり、 Crude silicon region (45) is excised from the obtained silicon directional solidified material (4) and refined silicon (1) with aluminum concentration (C (ppm )) below target maximum aluminum concentration (C1 () Iiax ) Is a way to get
目標最大ァルミニゥム濃度( C , Q ra a x )と、 使用した原料シリコン融液(2)の質量( M2)に対する前記精製シリコン(1)の質量(Μ,)の比(Μ,ΖΜ で示される歩留率 の目標値(Υ0)とから、 あらかじめ、 下式 (1) を満足する基準温度勾配(TQ (°C Zmm))および基準凝固速度(R。(mm/分))を求め、 該基準温度勾配(T。) ± 0 - l°CZmmの範囲の温度勾配(Τ)を設けた状態で、 該基準凝固速度(R„)± 0 . 0 ImmZ分の範囲の凝固速度(R)で凝固するように原料シリコン融液(2)を 冷却することを特徴とする精製シリコン(1)の製造方法。 The target maximum concentration (C, Q ra ax ) and the ratio of the mass (Μ,) of the purified silicon (1) to the mass (M 2 ) of the raw material silicon melt (2) (indicated by Μ, ΖΜ The reference temperature gradient (T Q (° C Zmm)) and reference solidification rate (R. (mm / min)) satisfying the following equation (1) are obtained in advance from the target yield rate (Υ 0 ). The reference temperature gradient (T.) With a temperature gradient (Τ) in the range of ± 0-l ° CZmm, the solidification rate (R „) in the range of ± 0.0 ImmZ The raw material silicon melt (2) is cooled so that it solidifies in (1).
k= {K, XL n (R0) +K2} k = {K, XL n (R 0 ) + K 2 }
X {K3 X e x p [K4 X R0 X (K5 X C2 + K6) ] } X {K 3 X exp [K 4 XR 0 X (K 5 XC 2 + K 6 )]}
X {K7 XT0 + K8} 一 Κ9 (1) X {K 7 XT 0 + K 8 } 1 Κ 9 (1)
〔式中、 kは、 式 (2)  [Where k is the formula (2)
C10»ax = k' XC2X (1 - Y。) -1 (2) C 10 » a x = k 'XC 2 X (1-Y.)- 1 (2)
(式中、 C1 Qraaxは精製シリコンの目標最大アルミニウム濃度(p pm)を、 k'は アルミニウム実効分配係数を、 C2は原料シリコン融液のアルミニウム濃度(p p m)を、 Y。は歩留率の目標値をそれぞれ示す。 ) ( Where C 1 Qraax is the target maximum aluminum concentration (p pm) of purified silicon, k 'is the effective aluminum distribution coefficient, C 2 is the aluminum concentration (ppm) of the raw silicon melt, and Y is the yield. Indicates the target value for each rate.)
を満足するように求めたアルミニウム実効分配係数 k'の 0. 9倍〜 1. 1倍の 範囲から選ばれる係数であり、 Is a coefficient selected from the range of 0.9 times to 1.1 times the effective aluminum distribution coefficient k ′ determined to satisfy
は、 1. 1 Χ 1 0— 3 ± 0. 1 X 1 0— 3の範囲から選ばれる定数を、 κ2は、 4. 2 X 1 0 - 3 ± 0. 1 X 1 0 の範囲から選ばれる定数を、Is a constant selected from the range 1. 1 Χ 1 0— 3 ± 0. 1 X 1 0— 3. κ 2 is a constant selected from the range 4.2 X 1 0-3 ± 0. 1 X 1 0,
3は、 1 . 2土 0 • 1の範囲から選ばれる定数を、  3 is a constant selected from the range of 1.2 Sat 0 • 1.
κ4は、 2 . 2土 0 1の範囲から選ばれる定数を、κ 4 is a constant selected from the range of 2.2 Sat 0 1
5は、 一 1. 0 X 1 0一3 ± 0. 1 X 1 0— 3の範囲から得らればれる定数を、 6は、 1 . 0 ± 0 • 1の範囲から選ばれる定数を、 5, the resulting Bareru constant from a 1. 0 X 1 0 one 3 ± 0. 1 range of X 1 0- 3, 6 is a 1. 0 ± 0 • constant selected from 1, and
κ7は、 ― 0. 4土 0 • 1の範囲から選ばれる定数を、κ 7 is a constant selected from the range of-0. 4 Sat 0 • 1.
8は、 1 . 36 ± 0 • 01の範囲から選ばれる定数を、  8 is a constant selected from the range 1.36 ± 0 • 01,
κ9は、 2 . 0 X 1 0 - 4 ± 1. 0 X 1 0— 4の範囲から選ばれる定数を、 kappa 9 is, 2 0 X 1 0 - a 4 ± 1. constant selected from 0 X 1 0- 4 range.
Roは基準凝固速度(mmZ分)を、  Ro is the standard solidification rate (mmZ min),
T。は基準温度勾配(°CZmm)をそれぞれ示す。 〕 T. Indicates the reference temperature gradient (° CZmm). ]
2. 2.
歩留率の目標値(Y。;)が 0. 9以下である請求の範囲第 1項に記載の製造方法。 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein a target value (Y .;) of the yield rate is 0.9 or less.
3. 3.
目標最大アルミニウム濃度(C1Qnax)が原料シリコン融液(2)のアルミニウム濃度 (C2)の 1ノ1 000倍〜 3ノ1 00倍である請求の範囲第 1項または第 2項に 記載の製造方法。 The target maximum aluminum concentration (C 1Qnax ) is 1 to 1000 times to 3 to 100 times the aluminum concentration (C 2 ) of the raw silicon melt (2). Production method.
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