JP2003238138A

JP2003238138A - シリコンの精製方法およびシリコンの精製装置

Info

Publication number: JP2003238138A
Application number: JP2002043448A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fukuyama; 稔章福山; Kenji Wada; 健司和田; Hisashi Hayakawa; 尚志早川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】効率よくシリコンを精製することができるシ
リコンの精製方法およびシリコンの精製装置を提供す
る。【解決手段】シリコンの精製装置１は、坩堝７と、坩
堝７中にシリコンと不純物とを含む原料体２と、不純物
を除去するスラグ剤３とを投入する投入手段５と、原料
体２とスラグ剤３とを加熱して融液６を形成する電磁誘
導加熱装置８と、融液６を攪拌する攪拌部材９と、ガス
供給手段としてのガス噴出口３３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般的にはシリ
コンの精製方法および精製装置に関するものであり、よ
り特定的には、太陽電池用の高純度のシリコンを製造す
る方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油などの代替エネルギとして自
然エネルギの活用が注目され、中でも太陽電池による太
陽エネルギの活用は、環境にやさしいエネルギとしてそ
の活用と普及の拡大が期待される。このために、半導体
の光電変換原理を用いる太陽電池のコストダウン、とり
わけ、高いシリコン原料のコストダウンが大切となる。
太陽電池用の半導体材料としては、資源性、環境性、高
い変換効率などの観点から、シリコン材料が主流となっ
ている。シリコン材料として、集積回路用の高価な高純
度シリコンが流用されている。

【０００３】集積回路半導体用のシリコンは極めて高純
度を必要とするため、現在の製法では、珪石を還元して
得られる純度９８％以上の金属シリコンをシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）またはトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ₃）といった
ガスに変換する。それらのガスをベルジャー炉内で水素
還元することで１１Ｎと称されるほどの超高純度の多結
晶シリコンを得ている。この方法では、製造工程におけ
る高エネルギ使用のため、コストが高くなる。太陽電池
用のシリコンは半導体用シリコンほどの超高純度は必要
がないとされ、従来から、安価な金属シリコンから大量
生産するための精製技術の開発が進められている。その
１つの方法は、金属シリコン中の不純物元素の中で、太
陽電池の性能（変換効率）に悪影響を及ぼす鉄、アルミ
ニウム、チタン、ボロンまたはリンなどの重金属不純物
を、シリコン凝固時の固液分配比、つまり偏析係数が小
さいことを利用して、一方向凝固により除去する方法が
ある。

【０００４】しかし、珪素中に含まれるボロンとリンの
偏析係数はそれぞれ０．８と０．３５程度であり、非常
に大きいため、上述した一方向の凝固法に代表される凝
固偏析を利用した精製方法では太陽電池の製造に必要な
純度レベルにまで不純物を除去することができない。

【０００５】このため、リンの除去に関しては、リンの
蒸気圧が高いという特性を利用して、たとえば、特許第
２９０５３５３号公報には、溶融シリコンを減圧下で保
持してリンを気相中に放出する方法が示されている。

【０００６】ボロンの除去に関しては、特許第２８５１
２５７号公報に開示されているように、溶融シリコン中
にスラグを投入する方法がある。また、特開２００１−
５８８１１公報には、回転する翼車やローレンツ力を用
いてシリコンの溶湯を攪拌しつつ、水蒸気を含有させた
アルゴン等の処理ガスを吹込む方法が開示されている。
いずれの方法も、原理としては、酸化反応によりボロン
を酸化物の形態とすることにより溶融シリコンから除去
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】冶金学的手法によるシ
リコンの精製方法には上述したようなものが挙げられる
が、いずれもコストの問題から商業的に成立していない
のが現状である。ボロンの除去を一例に取ると、特許第
２８５１２５７号公報に開示されているような溶融シリ
コン中にＣａＯおよびＳｉＯ₂を主成分とするスラグを
投入する方法では、シリコン中のボロンに対するスラグ
中に取込まれるボロンの比、いわゆる分配係数が２〜３
程度である。元々ボロンを１０ｐｐｍ程度含有している
金属シリコンを原料とした場合に、ボロン濃度を、太陽
電池用として要求される０．３ｐｐｍ程度にするために
は、シリコン量の数倍ものスラグを必要とすることにな
る。そのため、商業目的としては現実的なものではな
い。また、スラグ処理法は、シリコン中の不純物をスラ
グ中へ取込ませ、シリコンとスラグ中の不純物濃度が平
衡に達するまで数時間がかかる。そのため、スループッ
トが悪い。この処理速度が悪い原因は、一般的に、スラ
グはシリコンよりも比重が大きいため、処理槽の下部に
沈殿してしまい、溶融シリコンとの接触界面を大きくで
きない。つまり、反応面積が小さいので処理速度が遅く
なると考えられている。

【０００８】特開２００１−５８８１１公報に開示され
ている、回転する翼車やローレンツ力を用いてシリコン
の溶湯を攪拌しつつ、水蒸気を含有させたアルゴン等の
処理ガスを吹込む方法では、装置が簡便であるため製造
コストの低減に期待が持てる。しかしながら、処理を４
０分間行なうことにより含有ボロン濃度が７ｐｐｍから
２〜５ｐｐｍに低減される程度であり、反応速度が飛躍
的に向上したものではなく、未だ商業化への見通しは立
っていない。

【０００９】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされてものであり、この発明の目的
は、シリコン等の金属中に含有する不純物元素を効率よ
くかつ安価なプロセスで除去して太陽電池用のシリコン
原料を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に従ったシリコ
ンの精製方法は、シリコンと不純物とを含む原料体と、
不純物を除去する不純物除去剤とを含む融液を準備する
工程と、融液を攪拌する工程と、攪拌されている融液
に、不純物を除去するガスを供給する工程とを備える。

【００１１】このような工程を備えたシリコンの精製方
法に従えば、不純物除去剤を含む融液が攪拌されるとと
もに、その攪拌中に不純物を除去するガスが融液中に供
給される。そのため、攪拌されている融液中に供給され
たガスは、せん断されて微細化し、溶融シリコンまたは
不純物除去剤中に効率よく分散する。この結果、ガス、
溶融シリコンおよび不純物除去剤のそれぞれ３相の接触
面積が増大する。したがって、不純物除去剤が効率よく
不純物を除去することができる。さらに、融液が攪拌さ
れて混合されることにより、シリコンよりも比重の大き
い不純物除去剤が、シリコン中に分散する。そのため、
溶融シリコンと処理ガスと不純物除去剤の混合状態が向
上し、それぞれの接触面積が大きくなるので、融液中の
不純物の除去を短時間で行なうことができる。したがっ
て、太陽電池用シリコン原料を効率よくかつ安価に製造
することができる。

【００１２】また好ましくは、融液を準備する工程は、
原料体と、ＳｉＯ₂を主成分とするＣａＯとの混合物を
含む融液を準備する工程を含む。

【００１３】また好ましくは、融液にガスを供給する工
程は、不活性ガス、水蒸気および一酸化炭素からなる群
より選ばれた少なくとも１種を含むガスを供給する工程
を含む。

【００１４】また好ましくは、不純物除去剤は不純物を
酸化して除去する。この発明に従ったシリコンの精製装
置は、容器と、シリコンと不純物とを含む原料体と、不
純物を除去する不純物除去剤とを容器内に投入する投入
手段と、原料体と不純物除去剤とを加熱して融液を形成
する加熱手段と、融液を攪拌する第１の攪拌手段と、不
純物を除去するガスを融液に供給するガス供給手段とを
備える。

【００１５】このように構成されたシリコンの精製装置
では、加熱手段が原料体と不純物とを加熱して融液を形
成した後、この融液を第１の攪拌手段で攪拌するととも
に、その攪拌された融液に、不純物を除去するガスを供
給することができる。そのため、ガスがせん断されて溶
融シリコンまたは不純物除去剤中に効率よく分散され
る。この結果、ガス、溶融シリコンおよび不純物除去剤
のそれぞれ３相の接触面積が増大する。したがって、ス
ループットを向上させることができる。また、シリコン
よりも比重の大きい不純物除去剤が攪拌されて分散され
るため、溶融シリコンとガスと不純物除去剤との混合状
態が向上し、それぞれの接触面積が大きくなるため、融
液中の不純物の除去を短時間で行なうことができる。し
たがって、太陽電池用シリコン原料を効率よくかつ安価
に製造することができる。

【００１６】また好ましくは、第１の攪拌手段は、回転
軸と、融液に浸されるように回転軸に取付けられて回転
軸とともに融液中で回転する羽根部材とを含む。この場
合、羽根部材が回転することにより、融液がさらに効率
的に攪拌される。

【００１７】また好ましくは、ガス供給手段は、羽根部
材に設けられたガス噴出口を含む。この場合、羽根部材
が融液を攪拌するとともに、その羽根部材からガスが供
給されるので、ガスが融液によってせん断されて分散す
る。その結果、さらにガスと不純物除去剤とシリコンと
の接触面積が大きくなり、効率よく不純物を除去するこ
とができる。

【００１８】また好ましくはガス供給手段は、回転軸の
うち融液に浸される部分に設けられたガス噴出口を含
む。この場合、回転軸にガス噴出口を設けることで、簡
単にガス噴出口を形成することができる。

【００１９】また好ましくは、シリコンの精製装置は、
回転軸の延びる方向に回転軸を移動させる駆動手段をさ
らに備える。この場合、駆動手段が回転軸を上下方向に
駆動させることでさらに効率よく融液を攪拌することが
できる。

【００２０】また好ましくは、シリコンの精製装置は、
融液に浸されて、第１の攪拌手段と相対的に異なる動作
を行なう第２の攪拌手段をさらに備える。この場合、第
１の攪拌手段と第２の攪拌手段とで融液を混合すること
により、さらに効率よく融液を攪拌することができる。

【００２１】また好ましくは、第１の攪拌手段は、融液
中のイオンにローレンツ力が作用するように融液に磁場
を印加する磁場印加手段を含む。この場合、磁場を印加
してローレンツ力で融液を攪拌することで、機械的な動
作がなく融液を回転させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００２３】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図２は、攪拌部材９の斜視図である。図３は、攪拌部材
１３の斜視図である。

【００２４】図１を参照して、この発明の実施の形態１
に従ったシリコンの精製装置１は、容器としての坩堝７
と、坩堝７中に、シリコンと不純物とを含む原料体２
と、不純物を除去する不純物除去剤としてのスラグ剤３
とを投入する投入手段５と、原料体２とスラグ剤３とを
加熱して融液６を形成する加熱手段としての電磁誘導加
熱装置８と、融液６を攪拌する第１の攪拌手段としての
攪拌部材９と、融液６に、不純物を除去するガスを供給
するガス供給手段としてのガス噴出口３３とを備える。

【００２５】シリコンの精製装置１は、溶解炉１９を有
する。溶解炉１９内に電磁誘導加熱装置８が収納されて
いる。電磁誘導加熱装置８は、耐火材１５と向かい合う
ように位置決めされている。耐火材１５は保護坩堝１４
を覆う。保護坩堝１４内に坩堝７が収納されている。坩
堝７内には融液６が入れられている。融液６は、溶融シ
リコンと不純物とにより構成される原料体２と、不純物
除去剤としてのスラグ剤３とを含む。また、融液６中に
はガス４が分散している。

【００２６】融液６内に浸されるように第２の攪拌手段
としての攪拌部材１３が設けられている。また、攪拌部
材１３と同軸上に位置するように第１の攪拌手段として
の攪拌部材９が設けられている。攪拌部材９内にはガス
通路１１が設けられ、ガス通路１１はガス噴出口３３に
まで繋がっている。攪拌部材９は駆動手段１２に接続さ
れており、駆動手段１２が攪拌部材９を上下方向に移動
させる。坩堝７内のガスはガス排出口１８から矢印１７
で示す方向に排出される。

【００２７】原料体２として、工業的に広く利用されて
いる純度９８％程度の金属シリコンを用いる。その他、
一方向凝固で精製した後のやや高純度なシリコン原料、
脱リン（Ｐ）後のシリコン材料、高純度と低純度のシリ
コンを混合したシリコン材料なども用いることができ
る。

【００２８】スラグ剤３としては、珪酸カルシウム（Ｃ
ａＳｉＯ₃）を用いる。この珪酸カルシウムは、原料と
なるシリコンとともに坩堝７を加熱することにより溶融
状態となる。珪酸カルシウムに代表されるスラグ（溶融
酸化物）が原料体２中のボロンを吸収することは、たと
えば特許第２８５１２５７号公報に開示されている。珪
酸カルシウムの融点は１５４４℃であり、シリコンの融
点１４１４℃よりも高い。特に重要な物性値として、珪
酸カルシウムの比重は２．５〜２．６程度であり、シリ
コンの比重２．３〜２．４より大きい。さらに、溶融し
た珪酸カルシウムの粘度は１Ｐａ・ｓ程度であり、溶融
シリコンの粘度０．００１Ｐａ・ｓより圧倒的に高い。
比重と粘度関係から、溶融シリコンと溶融した珪酸カル
シウムとを十分に混合することが困難であることがわか
る。融液６は、原料体２と、ＳｉＯ₂を主成分とし、Ｓ
ｉＯ₂とＣａＯとの混合物であるスラグ剤３とを含む。

【００２９】なお、本発明の効果が発現するところは、
珪酸カルシウムに限定されるものではないことは言うま
でもない。たとえば、融点や粘度を調整するなど種々の
目的を達成するため、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）と酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）との比率を変更してもよい。また、
酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、フッ化カルシウム
（ＣａＦ₂）など、公知の添加剤を適宜添加してもよ
い。なお、珪酸カルシウム（ＣａＳｉＯ₃）の成分の比
率は、ＣａＯ：ＳｉＯ₂＝５０：５０（融点１５４４
℃）であるので、より酸化剤として機能を高めるには、
ＳｉＯ₂の成分比率が高い方が望ましい。しかし、Ｃａ
Ｏ：ＳｉＯ₂の２成分系の相図からは、ＣａＯ：ＳｉＯ₂
＝３５：６５（融点１４３６℃）よりもＳｉＯ₂の比率
を高めると、融点が急激に高くなる。具体的にＣａＯ：
ＳｉＯ₂＝２５：７５（質量比）とすると、融点は１７
００℃となる。そのため、溶融スラグとならない。固体
状態では濡れ性が悪いので、溶融シリコンとの接触面積
が小さくなってしまうので好ましくない。融点を下げる
ために、上述のように、たとえば酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム
（ＢａＯ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、酸化リチ
ウム（Ｌｉ₂Ｏ）などを添加してもよい。

【００３０】また、スラグ剤を構成する珪酸カルシウム
のうち、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）がホウ素を除去する。
具体的には、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）が分解して、その
酸素と溶融シリコン中のボロンが反応してＢ₂Ｏ₃（液
体）を形成する。さらに、溶融シリコンに吹込まれる水
蒸気により以下の式のようにＨＢＯ₂（気体）を形成し
て溶融シリコンから不純物が除去されると考えられる。

【００３１】Ｂ₂Ｏ₃（液体）＋Ｈ₂Ｏ（気体）→ＨＢＯ₂
（気体）この式により、スラグ剤中の不純物濃度は高まらない。
精製処理が進むと、溶融シリコン中のボロンを酸化させ
る能力を失う。

【００３２】なお、スラグ剤として酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂）と酸化カルシウム（ＣａＯ）の混合物である珪酸カ
ルシウムを用いるのは、酸化剤であるＳｉＯ₂の融点を
下げるためである。本発明では、ボロンを酸化させるた
めの酸化剤として機能しているＳｉＯ₂を溶融シリコン
に溶融状態として添加させる。このとき、ＳｉＯ₂の単
体では融点が１７１３℃と高いため粘性も高くなる。Ｃ
ａＯと組合せることで、融点が下がり粘度も下がる。そ
のため、溶融シリコン中で攪拌しやすくなる。また、上
述の添加剤を添加することで、融点や粘度を下げること
ができる。

【００３３】なお、融液中に供給するガスとして水蒸気
ガス（Ｈ₂Ｏ）以外のものを用いることができる。ボロ
ンを酸化させるガスとして、水蒸気ガスの他に、一酸化
炭素ガス（ＣＯ）などの酸素系ガスでもボロンを酸化で
きる。また、塩酸（ＨＣｌ）などのハロゲン系ガスであ
ってもよい。これらがボロンを酸化した結果、ＢＯ、Ｂ
Ｏ₃またはＢ₂Ｏ₃などのさまざまなボロンの酸化物が形
成される。

【００３４】窒化反応を行なうためには、窒素ガス、ア
ンモニアガスなどを供給してもよい。この場合、ＢＮな
どの窒化物が形成される。

【００３５】図２を参照して、攪拌部材９は、一方向に
延びる回転軸３１と、回転軸３１の内部に設けられたガ
ス通路１１と、回転軸３１の端部に取付けられた羽根部
材３２とを有する。羽根部材３２の端部にはガス噴出口
３３が設けられている。ガス噴出口３３の各々は、ガス
通路１１と接続されており、ガス通路１１から供給され
たガスはガス噴出口３３から放出される。

【００３６】図３を参照して、攪拌部材１３は、貫通孔
４２を有する回転軸４１と、回転軸４１に取付けられた
連結部材４３と、連結部材４３に取付けられ、回転軸４
１と同じ方向に延びる脚部４４とを有する。

【００３７】図１の溶解炉１９の壁はステンレス製であ
り、溶解炉１９内には、原料シリコンおよび珪酸カルシ
ウムを挿入する黒鉛製の坩堝７および電磁誘導加熱装置
８が設置されている。なお、この実施の形態では、電磁
誘導加熱装置８を用いているが、抵抗加熱装置を用いて
もよい。

【００３８】原料体２中の不純物を除去するための処理
ガス（ガス）を融液６中に導入するために、ガス通路１
１を備えた気体吹込管としての回転軸３１と、回転軸３
１の下部に設けられたガス噴出口３３を溶解炉１９の内
部に設置する。回転軸３１の上部には、融液６を攪拌
し、気泡を微細化して均一に分散させるため、駆動手段
１２が取付けられている。回転軸３１およびガス噴出口
３３を回転可能としている。また、融液６中に溶融スラ
グを分散させるための邪魔板としての第２の攪拌手段
（攪拌部材）１３を融液６中で回転させるために、支持
軸１３ａの上部に、回転軸３１の駆動手段１２と別に駆
動手段（図示せず）が設けられている。このようにし
て、回転軸３１と支持軸１３ａをそれぞれ独立に回転可
能としている。

【００３９】なお、この実施の形態では、回転軸３１に
設けられた羽根部材３２により融液６を攪拌している
が、融液６を攪拌する方法としては、上下方向・左右方
向または周回方向などの任意の方向に羽根部材３２を移
動させて融液６を攪拌させる棒状あるいは板状の攪拌治
具を別途用いてもよい。また、坩堝７を回転させて融液
６を回転させてもよい。

【００４０】回転軸３１が溶解炉１９の壁を貫通する部
分には、溶解炉１９内部の密閉性を確保するとともに、
回転軸３１を回転可能とするための、シール機構１６が
設けられている。回転軸３１の上端には、処理時には羽
根部材３２を坩堝７の融液６に浸漬させ、処理前後に
は、羽根部材３２を融液６から引上げるための昇降機構
としての駆動手段１２が設置されている。

【００４１】溶解炉１９の内部をアルゴンなどの不活性
ガス雰囲気として、電磁誘導加熱装置８による坩堝７を
加熱する。坩堝７からの電熱により原料シリコンおよび
珪酸カルシウムの温度が上昇し、ついには溶融する。こ
のようにして形成された融液６を所定の処理温度に保持
する。この段階では、溶融シリコンと溶融珪酸カルシウ
ムは互いに分離している。この際、前処理のボロン含有
量測定試料として、溶融シリコンを数グラム採取してお
く。

【００４２】ガス通路１１を通じて処理ガスをガス噴出
口３３から噴出させて、駆動手段１２により回転軸３１
を下降させ、羽根部材３２を融液６に浸漬させる。この
際、処理ガスの導入圧力は大気圧よりも大きく、たとえ
ば０．１５ＭＰａ〜０．３ＭＰａ程度とすることで、溶
融した珪酸カルシウムなどの粘度が高い物質が混合した
融液中でも安定して処理ガスの噴出を継続できる。溶融
シリコンに溶解しているボロンを酸化して除去するため
に、アルゴンと水蒸気の混合ガスをガス４として融液６
中に導入した。ガス４中の水蒸気の量は、加湿器を用い
て、ガス４の露点が２０〜９０℃となるようにした。こ
れは、キャリアガスのアルゴンに対して、体積比でおよ
そ７〜２０％の水蒸気ガスが含まれていることを意味す
る。このガス４中に水素ガスを適宜添加してもよい。な
お、処理用のガス４は水蒸気含有ガスに限定されること
はない。不純物を除去するための反応の種類により適宜
ガスは選択される。たとえば、酸化反応であれば一酸化
炭素ガス（ＣＯ）などの酸素系ガス、塩酸（ＨＣｌ）な
どのハロゲン系ガスであってもよい。また、窒化反応で
あれば、窒素ガス、アンモニアガス（ＮＨ₃）を供給し
てもよい。

【００４３】融液６の下方へ羽根部材３２を下降させた
後、駆動手段１２により羽根部材３２を回転させる。ガ
ス噴出口３３より噴出されたガス４が回転する羽根部材
３２によりせん断されて微細化し、同様に、羽根部材３
２によってせん断された溶融シリコンやスラグ剤３中に
効率よくガス４が分散される。この効果により、ガス４
と融液６との接触面積が増大することで、珪酸カルシウ
ム等の媒体を添加しない場合にボロンの除去速度が増大
することが特開２００１−５８８１１公報に開示されて
いる。しかしながら、本発明者は珪酸カルシウムを添加
することにより、ボロンの処理速度が著しく増大するこ
とを発見し、本発明を創出するに至った。その原理は明
らかではないが、次のように考えられる。回転軸３１お
よび羽根部材３２を回転させることで、珪酸カルシウム
のような粘度の高い物質であっても、せん断応力によっ
て微細に分散されることが可能となる。これと、処理ガ
スの気泡の微細化および均一分散化と相まって、処理ガ
ス、溶融珪酸カルシウム、溶融シリコンの３相が非常に
効率よく混合されることとなり、各相間の接触面積が著
しく増大する。そのような状態となると、通常から知ら
れている溶融シリコン中のボロンと処理ガスの水蒸気と
の酸化反応および溶融シリコン中のボロンと溶融珪酸カ
ルシウム中の酸素イオンとの酸化反応により形成したボ
ロン酸化物が溶融珪酸カルシウム中に速やかに取込まれ
る。しかしながら、溶融珪酸カルシウム中に取込まれる
ボロンは、同じ重量の溶融シリコンに含まれるボロンの
２倍程度の重量で飽和に達する。ボロン除去反応はある
時間で停止してしまうはずである。ところが、本発明の
方法によりボロン除去反応は時間の経過とともに進行し
たので、溶融珪酸カルシウム中のボロンが離脱する反応
が並行して存在するものと考えられる。これは、溶融珪
酸カルシウム中のボロンが処理ガス中の水蒸気と反応す
ることにより、たとえばＢ₂Ｏ₃またはＢＨＯ₂といった
ボロン含有ガスとして溶融珪酸カルシウムからガス４中
へまたは融液６へ放出されたものと考えられる。

【００４４】このように、溶融スラグが存在する中での
反応を高めるためには、攪拌による反応面積の増大が重
要である。

【００４５】所定の時間処理を行なった後、融液６表面
から十分上方に羽根部材３２が位置するまで昇降機構に
より回転軸３１を上昇させる。融液６を数分間静置さ
せ、溶融シリコンと溶融珪酸カルシウムを十分に分離さ
せた後、溶融シリコンを数グラム程度採取して処理後の
ボロン含有量を測定試料とする。ボロン含有量の測定
は、公知のＩＣＰ発行分析表を用いて行なう。

【００４６】図１〜図３で示す装置を使用した実施例に
ついて以下に説明する。シリコン原料として、精製効果
を明瞭に示すため、ボロン濃度が７ｐｐｍで残部がシリ
コンの原料体２と、スラグ剤３としての珪酸カルシウム
とを含む混合体を準備した。シリコンと珪酸カルシウム
の質量比Ｓｉ：ＣａＳｉＯ₃が１９：１となるようにし
た。この混合体１ｋｇを坩堝７へ投入手段５を用いて投
入した。溶解炉１９内部を大気圧のアルゴンガス雰囲気
とした。電磁誘導加熱装置８により坩堝７を加熱するこ
とで原料シリコンおよび珪酸カルシウムを溶融して、温
度１５５０℃で保持した。溶融した珪酸カルシウムは溶
融シリコンに比べて比重が重いので、坩堝７の底部に沈
殿していた。ガス噴出口３３が溶融珪酸カルシウムと溶
融シリコンとの界面付近に達するまで駆動手段１２によ
り攪拌部材９を下降させた。同時に、邪魔板としての第
２の攪拌手段（攪拌部材）１３を坩堝７の底部近傍にま
で下降させた。アルゴンガスに対して水蒸気の含有量が
体積比でおよそ３％となるように配合したガス４を、ガ
ス噴出口３３から流速１リットル／分で噴出しつつ、駆
動手段１２により攪拌部材９を６００ｒｐｍで回転させ
た。支持軸１３ａを攪拌部材９とは逆方向に２００ｒｐ
ｍで回転させ、１時間の処理を行なった。処理後のボロ
ンの含有量を測定したところ、処理後のボロンの濃度は
０．２ｐｐｍであった。

【００４７】（実施の形態２）図４は、この発明の実施
の形態２に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４
および図５を参照して、この発明の実施の形態２に従っ
たシリコンの精製装置１では、邪魔板としての第２の攪
拌手段（攪拌部材）１３が回転しない点で、実施の形態
１に示したシリコンの精製装置１と異なる。邪魔板とし
ての攪拌部材１３は固定されているが、攪拌部材９が駆
動されるため、攪拌部材１３は、実施の形態１と同様
に、融液６に浸されて、第１の攪拌手段としての攪拌部
材９と相対的に異なる動作を行なう。

【００４８】実施の形態１と同様に、ボロンの濃度７ｐ
ｐｍに調整した原料シリコンと珪酸カルシウムとを重量
比１９：１で混合して混合体を構成した。処理ガスとし
てのガスをガス噴出口３３から流速３リットル／分で噴
出させつつ、駆動手段１２により攪拌部材９を６００ｒ
ｐｍで回転させた。攪拌部材１３は処理前に攪拌部材９
と同時に融液６中に含浸させた。本実施の形態では、攪
拌部材１３は、処理中固定した。このようにして、１時
間の処理を行なった後、処理後のボロンの含有量を測定
したところ、０．４ｐｐｍであった。

【００４９】（実施の形態３）図６は、この発明の実施
の形態３に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図６を参照して、この発明の実施の形態３に従ったシリ
コンの精製装置１では、攪拌部材９には４枚の羽根部材
３２が設けられている。羽根部材３２は板状である。ガ
ス噴出口３３が攪拌部材９の下端に設けられている。ま
た、この実施の形態では、邪魔板としての第２の攪拌手
段を設けていない。その他、上述の実施の形態１と同様
である。

【００５０】ボロン濃度が７ｐｐｍであり、残部がシリ
コンである原料体２と、珪酸カルシウムを質量比９：１
で混合して混合体を構成した。ガス４をガス噴出口３３
から流速３リットル／分で噴出しつつ、駆動手段１２に
より攪拌部材９を６００ｒｐｍで回転させた。この実施
の形態では、溶融シリコンがガス噴出口３３に巻付くよ
うに渦巻状となった。このようにして１時間の処理を行
なった後、処理後のボロン含有量を測定したところ、
１．１ｐｐｍであった。

【００５１】図７は、図６で示す攪拌部材の別の例を示
す斜視図である。羽根部材３２は、図７で示すように斜
めに取付けられてもよい。

【００５２】（実施の形態４）図８は、この発明の実施
の形態４に従ったシリコンの精製装置の断面図である。
図８を参照して、この発明の実施の形態４に従ったシリ
コンの精製装置１は、磁場印加手段としてのコイル６１
を有する。コイル６１の外側に加熱手段としての電磁誘
導加熱装置６２が設けられている。第１の攪拌手段とし
てのコイル６１は、融液６中のイオンにローレンツ力が
作用するように融液６に磁場を印加する。これにより、
融液６が攪拌される。シリコンの精製装置１は、複数本
の気体吹込管１０を有する。

【００５３】このように構成された、この発明の実施の
形態４に従ったシリコンの精製装置では、上述の実施の
形態１から３と同様の効果がある。

【００５４】（比較例１）珪酸カルシウムを入れない以
外は、実施の形態１と同様の条件でシリコンの精製を行
なった。１時間の処理を行なった後、処理後のボロンの
含有量を測定したところ、２．４ｐｐｍであった。

【００５５】（比較例２）図９で示すように、第２の攪
拌手段を使用せず、また、気体吹込管１０を回転させな
い以外は実施例１と同様としてシリコンの精製を行なっ
た。１時間の処理を行なった後、処理後のボロンの含有
量を測定したところ、２．１ｐｐｍであった。

【００５６】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００５７】

【発明の効果】本発明に従った方法によれば、特許第２
８５１２５７号公報に開示されているような従来の技術
と比較して非常に少ない量のスラグを添加することで溶
融シリコンからボロンを除去する能力が飛躍的に向上す
る。なお、本発明が適用されるところは、この実施の形
態に限定されるものではなく、たとえば、珪酸カルシウ
ムの添加量、処理ガス流量量、気体吹込管および邪魔板
の回転数等は処理を行なう原料シリコンの量、あるいは
坩堝の形状等により適切な状態となるよう適宜選択され
るべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。

【図２】攪拌部材９の斜視図である。

【図３】攪拌部材１３の斜視図である。

【図４】この発明の実施の形態２に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。

【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

【図６】この発明の実施の形態３に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。

【図７】図６で示す攪拌部材の別の例を示す斜視図で
ある。

【図８】この発明の実施の形態４に従ったシリコンの
精製装置の断面図である。

【図９】比較例２に従ったシリコンの精製装置の断面
図である。

【符号の説明】

１シリコンの精製装置、２シリコン、３スラグ
剤、４融液、５投入手段、７坩堝、９攪拌部
材、１１ガス通路、１３攪拌部材、３１回転軸、
３２羽根部材、３３ガス噴出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早川尚志大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 4G072 AA01 GG01 GG03 GG04 GG05 HH01 MM08 UU02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンと不純物とを含む原料体と、前
記不純物を除去する不純物除去剤とを含む融液を準備す
る工程と、前記融液を攪拌する工程と、攪拌されている前記融液に、前記不純物を除去するガス
を供給する工程とを備えた、シリコンの精製方法。
【請求項２】前記融液を準備する工程は、前記原料体
と、ＳｉＯ₂を主成分とするＣａＯとの混合物を含む融
液を準備する工程を含む、請求項１に記載のシリコンの
精製方法。
【請求項３】前記融液に前記ガスを供給する工程は、
不活性ガス、水蒸気および一酸化炭素からなる群より選
ばれた少なくとも１種を含むガスを供給する工程を含
む、請求項１または２に記載のシリコンの精製方法。
【請求項４】前記不純物除去剤は前記不純物を酸化し
て除去する、請求項１から３のいずれか１項に記載のシ
リコンの精製方法。
【請求項５】容器と、前記容器内に、シリコンと不純物とを含む原料体と、前
記不純物を除去する不純物除去剤とを投入する投入手段
と、前記原料体と前記不純物除去剤とを加熱して融液を形成
する加熱手段と、前記融液を攪拌する第１の攪拌手段と、前記不純物を除去するガスを前記融液に供給するガス供
給手段とを備えた、シリコンの精製装置。
【請求項６】前記第１の攪拌手段は、回転軸と、前記
融液に浸されるように前記回転軸に取付けられて前記回
転軸とともに前記融液中で回転する羽根部材とを含む、
請求項５に記載のシリコンの精製装置。
【請求項７】前記ガス供給手段は、前記羽根部材に設
けられたガス噴出口を含む、請求項６に記載のシリコン
の精製装置。
【請求項８】前記ガス供給手段は、前記回転軸のうち
前記融液に浸される部分に設けられたガス噴出口を含
む、請求項６に記載のシリコンの精製装置。
【請求項９】前記回転軸の延びる方向に前記回転軸を
移動させる駆動手段をさらに備えた、請求項５から７の
いずれか１項に記載のシリコンの精製装置。
【請求項１０】前記融液に浸されて、前記第１の攪拌
手段と相対的に異なる動作を行なう第２の攪拌手段をさ
らに備えた、請求項５から９のいずれか１項に記載のシ
リコンの精製装置。
【請求項１１】前記第１の攪拌手段は、前記融液中の
イオンにローレンツ力が作用するように前記融液に磁場
を印加する磁場印加手段を含む、請求項５に記載のシリ
コンの精製装置。