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JP2006036628A - Method for producing polycrystalline silicon and polycrystalline silicon for photovoltaic power generation produced by the method - Google Patents

Method for producing polycrystalline silicon and polycrystalline silicon for photovoltaic power generation produced by the method Download PDF

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JP2006036628A
JP2006036628A JP2005179505A JP2005179505A JP2006036628A JP 2006036628 A JP2006036628 A JP 2006036628A JP 2005179505 A JP2005179505 A JP 2005179505A JP 2005179505 A JP2005179505 A JP 2005179505A JP 2006036628 A JP2006036628 A JP 2006036628A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
reaction
tube
diameter
alloy
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Withdrawn
Application number
JP2005179505A
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Japanese (ja)
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Tatsuhiko Motomiya
達彦 本宮
Yasuhiro Kato
泰弘 加藤
Hiroshi Hagimoto
浩志 萩元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SANRITSUKU KK
Shin Etsu Film Co Ltd
Original Assignee
SANRITSUKU KK
Shin Etsu Film Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an external heating means for heating a core material for the precipitation and adhesion of a polycrystalline silicon unnecessary even in the period of an initial heating, to allow enhanced precipitation and adhesion speed from an initial stage of the reaction, and to further allow repeated use of the core material. <P>SOLUTION: In a method for precipitating high purity polycrystalline silicon, comprising supplying a silane gas as a raw material onto a red-hot seed rod at a high temperature in a sealed reaction furnace and subjecting the silane gas to pyrolysis or the reduction by hydrogen, a member made of an alloy having a re-crystallization temperature of ≥1,200°C is used as the seed rod. Preferably, the member made of an alloy having a re-crystallization temperature of ≥1,200°C is made of Re-W, W-Ta, Zr-Nb or a titanium-zirconium-carbon-added molybdenum (TZM) alloy. The member is a wire having a diameter of ≥0.5 mm, a sheet or a square bar having a thickness of ≥1 mm or a tube having a diameter of ≥1 mm, a thickness of ≥0.2 mm and an inner diameter of ≤5 mm. Further, preferably, the sheet, the wire, the square bar or the tube has a taper, and more preferably, the tube is a hollow double tube having a taper. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、安価・多量に高純度多結晶シリコンを製造する方法に関し、特には太陽光発電用シリコン原料の安定供給に関する。   The present invention relates to a method for producing high-purity polycrystalline silicon at a low cost and in large quantities, and particularly relates to a stable supply of silicon raw material for photovoltaic power generation.

従来の高純度多結晶シリコンの製造方法は、シーメンス法およびモノシラン法が主流である。これらの方法は、密閉反応炉の底部に設けたノズルから原料シランガスを、高温の反応炉内に供給し、炉内に設けた固体のシリコンロッド表面(シリコン種棒または芯材)上に原料ガスを熱分解あるいは水素還元して析着・成長させ、多結晶シリコンを製造するものである。
使用する原料シランガスは高度に精製した式ClnSiH4-n(n=0から4の整数)で示されるクロロシラン類で、モノシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン単独あるいはこれらの混合物が使用されているが、シーメンス法ではトリクロロシラン(n=3)が、モノシラン法ではモノシラン(n=0)が主である。これら原料ガスを高温下で熱分解または水素還元して得られるシリコンは、炉内に前もってセットされているシリコン種棒(以下、Si種棒という)と同一組成のため、中心部から外周部まで均質・高純度である。このものは半導体工業に必須な純度を有しているため、半導体級多結晶シリコン(SEG・Si)と呼ばれている。
Siemens method and monosilane method are mainly used as conventional high purity polycrystalline silicon production methods. In these methods, a raw material silane gas is supplied from a nozzle provided at the bottom of a closed reaction furnace into a high-temperature reaction furnace, and a raw material gas is formed on a solid silicon rod surface (silicon seed rod or core material) provided in the furnace. Is deposited or grown by thermal decomposition or hydrogen reduction to produce polycrystalline silicon.
The raw material silane gas used is a highly purified chlorosilane represented by the formula Cl n SiH 4-n (n = 0 to 4), and monosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane alone or a mixture thereof is used. In the Siemens method, trichlorosilane (n = 3) is mainly used, and in the monosilane method, monosilane (n = 0) is mainly used. Silicon obtained by pyrolysis or hydrogen reduction of these source gases at high temperatures has the same composition as a silicon seed rod (hereinafter referred to as Si seed rod) set in advance in the furnace, so it extends from the center to the outer periphery. Homogeneous and high purity. Since this has a purity essential for the semiconductor industry, it is called semiconductor grade polycrystalline silicon (SEG · Si).

シーメンス法は戦前の発明にもかかわらず、均質・高純度の多結晶シリコンが安定的に得られるため、その基本要素は今日まで変わっていない。トリクロロシランの場合の反応式を以下に示す。
SiHCl3 →(熱分解)→ Si(多結晶シリコン)
シーメンス法における初期の反応炉(ベルジャー)材質は石英が用いられていた。しかし、多結晶シリコン需要の増大に伴い、生産性をアップさせるため反応炉は大型化し、現在では炭素鋼や高ニッケル鋼のように耐食性金属で作られた金属性ベルジャーが用いられるようになった。また、炉内の温度管理を均一かつ容易にし、放熱による炉の損失を防止する手段として炉内面を鏡面化、或いは銀メッキを施す等の改良が行われてきている(特許文献1)。
In spite of the pre-war invention, the Siemens method has been able to stably obtain homogeneous and high-purity polycrystalline silicon. The reaction formula in the case of trichlorosilane is shown below.
SiHCl 3 → (pyrolysis) → Si (polycrystalline silicon)
Quartz was used as the initial reactor (bell jar) material in the Siemens process. However, as the demand for polycrystalline silicon has increased, reactors have become larger in order to increase productivity, and metal bell jars made of corrosion-resistant metals such as carbon steel and high nickel steel are now used. . Further, improvements such as making the inner surface of the furnace mirror surface or silver plating have been made as means for making the temperature control in the furnace uniform and easy and preventing loss of the furnace due to heat radiation (Patent Document 1).

他方、反応炉の大型化と呼応して、種棒の本数が増加し、棒長も長尺化したため、径が均一で良質な高純度製品の収得率が悪化した。また、ロット形状の均一化や平滑性を向上させるための解決策として、原料ガス供給ノズル構造の改良、排ガス口位置およびその構造の改善案(特許文献2、特許文献3)等々、今日まで種々の提案がなされてきた。
モノシラン法は、モノシラン(SiH4)が原料である。モノシランの熱分解反応はシリコン粉末の生成を伴うため、シーメンス法の熱分解と異なる(熱分解温度759〜950℃)。芯材はシーメンス法同様Si棒である。得られる多結晶シリコンはモノシランを原料としているため塩素汚染がなく、シーメンス法より高純度で、主としてFZ(フローティングゾーン)法単結晶の製造用原料として利用されている。
On the other hand, in response to the increase in the size of the reactor, the number of seed rods increased and the length of the rods also increased, so the yield of high-purity products with uniform diameter and good quality deteriorated. In addition, as solutions for improving the uniformity and smoothness of the lot shape, various improvements have been made to date such as improvement of the raw material gas supply nozzle structure, improvement of the exhaust gas outlet position and its structure (Patent Document 2, Patent Document 3), etc. Has been proposed.
The monosilane method uses monosilane (SiH 4 ) as a raw material. Since the thermal decomposition reaction of monosilane involves the formation of silicon powder, it differs from the thermal decomposition of the Siemens method (pyrolysis temperature 759-950 ° C.). The core material is a Si rod as in the Siemens method. Since the obtained polycrystalline silicon is made of monosilane as a raw material, it is free from chlorine contamination, has a higher purity than the Siemens method, and is mainly used as a raw material for the production of FZ (floating zone) method single crystals.

他方、太陽光発電用多結晶シリコンの製造に関する方法については、金属珪素を精製する方法や流動床反応等種々の提案がされているが、後述の理由で実用化されたものはない。
シーメンス法は、精製したシランガスを汚染されにくい密閉容器内で熱分解あるいは水素還元して、SEG・Siとするため、容易に高純度の製品を得ることができるという特徴を有しているものの、熱分解後のシリコン結晶を析着させるSi種棒径は5mm前後と極めて細いため、反応の初期では比表面積が小さく、析着速度は遅いという欠点があった。
On the other hand, various proposals have been made regarding methods for producing polycrystalline silicon for photovoltaic power generation, such as a method for purifying metallic silicon and a fluidized bed reaction, but none has been put to practical use for the reasons described later.
The Siemens method is characterized by being able to easily obtain a high-purity product because it is SEG / Si by thermally decomposing or hydrogen reducing the purified silane gas in a sealed container that is not easily contaminated. Since the diameter of the Si seed rod for depositing the silicon crystal after pyrolysis is very thin, around 5 mm, the specific surface area was small at the beginning of the reaction, and the deposition rate was slow.

さらに、Si(Si種棒)の抵抗率は1キロオーム以上と大きく、室温では電気を通し難いため、反応開始時は、予備加熱装置を使って通電可能な温度まで外部から加熱することが必要であった。加熱には特別な高圧電源装置が必要であるばかりでなく、多くの電力を消費するため、結果として価格アップ要因となっていた。
シーメンス法に使用されているSi種棒に替わって再結晶化温度の高いMo、W、Ta、Nb、等金属の細い芯棒を用いる方法も公知(特許文献4)であるが、例えば単体にMoを使用した場合、通電加熱による熱膨張あるいは電気振動等により、また、反応温度がMoの再結晶化温度900℃を超えると、可撓性になり、次いで等軸の再結晶粒子となって、脆化し荷重負荷に対し容易に変形する結果、シリコン製品は湾曲したものとなり、時として隣接する担体と接触し電気回路が短絡し、反応進行を中断する原因となった。
Furthermore, since the resistivity of Si (Si seed rod) is as large as 1 kilohm or more and it is difficult to conduct electricity at room temperature, it is necessary to heat from the outside to a temperature that can be energized using a preheating device at the start of the reaction. there were. Heating not only requires a special high-voltage power supply but also consumes a lot of power, resulting in an increase in price.
A method using a thin core rod of metal such as Mo, W, Ta, Nb, etc. having a high recrystallization temperature instead of the Si seed rod used in the Siemens method is also known (Patent Document 4). When Mo is used, it becomes flexible when the reaction temperature exceeds 900 ° C. due to thermal expansion or electrical vibration caused by electric heating, and then becomes equiaxed recrystallized particles. As a result of embrittlement and easy deformation with respect to load, the silicon product became curved, sometimes contacting with an adjacent carrier, short circuiting the electrical circuit and causing the reaction to be interrupted.

また、Ta単体の場合、高温で水素と反応し脆化し、Nb及びW単体では、その再結晶化温度は1,150℃以上あるものの衝撃強度がなく、いずれのものも強度的に問題があった。
更に、Mo、W、Ta、Nb等の金属の細い芯棒を使って得られたSEG・Siは、反応終了後何らかの方法で芯(材)部を除去しなければならないため、芯棒への使用に当たっては、「細い」ものが推奨された。しかし、反応終了後の脆化した芯部材は脆く、崩れやすいため、SEG・Siから目視では完全に取り除くことが困難であった。さらに、これら金属は、析着・成長したシリコン中に浸透し、製品純度を劣化するという問題もあった。また、一度使用したものは再利用できず、単価の高いこれら担体を使用することは、価格的にも満足のいく方法ではなかったため、実用化にいたっていない。
In addition, Ta alone reacts with hydrogen at high temperature and becomes brittle, and Nb and W alone have a recrystallization temperature of 1,150 ° C. or higher, but have no impact strength, and both have problems in strength. It was.
Furthermore, since SEG / Si obtained using a thin core rod of metal such as Mo, W, Ta, and Nb has to remove the core (material) portion by some method after the reaction is completed, In use, "thin" was recommended. However, since the embrittled core member after the reaction is brittle and easily collapses, it has been difficult to completely remove it from SEG / Si. Furthermore, these metals have a problem that they penetrate into the deposited and grown silicon and deteriorate the product purity. In addition, once used, it cannot be reused, and using these carriers having a high unit price has not been put into practical use because it is not a satisfactory method in terms of price.

他方、シーメンス法は、価格を除けば高純度多結晶シリコンの製造には欠かせない技術である。従って、前述のようにシーメンス法の反応初期状態の生産性を改良出来れば、価格の安い高純度多結晶シリコンが容易に得られることが理解できる。
モノシラン法で得られる多結晶シリコンは、モノシランを原料としているため塩素汚染がなく、シーメンス法より高純度で、主としてFZ法単結晶の製造用原料として利用されている。FZ法は、直径が均一であり、できるだけ単結晶シリコンにされる際の直径に近い太径であること、更には、不溶性パウダー等の不純物を含まず、曲がりのない製品が要求され、そのために、種々の改良技術が提案されてきた。例えば、シリコンの析着を早めるために加熱フィラメント周囲に滞留する境膜を除去する目的で炉内ガス流速を規定するもの(特許文献5)、不溶性パウダーの付着混入を避けるために反応ガスを連行されるシリコン粉末と共にパウダーキャッチャーの冷却壁に通送するもの(特許文献6)、モノシランの分解を効果的な速度で行うために分解器から出る反応混合物の大部分を分解器の供給流に再循環させるもの(特許文献7)、フィラメント芯線間接続用ブリッジを通電時に高温とならないように電気抵抗の低いタンタル、モリブデン、タングステンまたはジルコニウムで構成させるもの(特許文献8)等が提案されている。
On the other hand, the Siemens method is an indispensable technique for producing high-purity polycrystalline silicon, except for the price. Accordingly, it can be understood that high-purity polycrystalline silicon at a low price can be easily obtained if the productivity in the initial reaction state of the Siemens method can be improved as described above.
Polycrystalline silicon obtained by the monosilane method has no chlorine contamination because it uses monosilane as a raw material, has higher purity than the Siemens method, and is mainly used as a raw material for producing FZ method single crystals. The FZ method is required to have a uniform diameter, a large diameter that is as close as possible to the diameter of single crystal silicon, and a product that does not contain impurities such as insoluble powder and is not bent. Various improved techniques have been proposed. For example, the gas flow rate in the furnace is regulated for the purpose of removing the film staying around the heating filament in order to accelerate the deposition of silicon (Patent Document 5), and the reaction gas is entrained in order to avoid admixture of insoluble powder. That is sent to the cooling wall of the powder catcher together with the silicon powder (Patent Document 6), in order to decompose monosilane at an effective rate, a large part of the reaction mixture leaving the decomposer is recycled to the supply flow of the decomposer. There have been proposed ones that circulate (Patent Document 7), and ones that comprise a filament core wire connecting bridge made of tantalum, molybdenum, tungsten, or zirconium (Patent Document 8) having a low electrical resistance so as not to become high temperature when energized.

しかし、特許文献8に挙げられた金属で部材を構成するときは、前記したように、1200℃以上では再結晶化し、脆くなり、再利用が出来ないという問題があった。
また、モノシランは発火性があり、その取り扱いに対し付随して多くの保安装置が要求されるばかりでなく、反応中に微粉が副生成するため収率が低く、製造コストは高いものだった。
太陽光発電用(高純度)シリコン原料を専用に製造する方法として、これまで種々提案され、試行されてきた。その最終目的は、低コスト・高品質である。特に、太陽光発電用には価格の安い、しかも専用の高純度シリコン原料が望まれているものも、残念ながら専用の原料ソースが見つかっていない。
However, when the member is made of the metal described in Patent Document 8, as described above, there is a problem that it is recrystallized at 1200 ° C. or higher, becomes brittle, and cannot be reused.
In addition, monosilane is ignitable, and not only a lot of safety devices are required for handling it, but also the yield is low because fine powder is by-produced during the reaction, and the production cost is high.
Various methods have been proposed and tried as a method for producing a silicon raw material for solar power generation (high purity). The ultimate goal is low cost and high quality. In particular, for solar power generation, a low-priced and high-purity silicon raw material is desired, but unfortunately no dedicated raw material source has been found.

現在、太陽光発電用に使用されている多結晶シリコン原料は、半導体用多結晶シリコンやIC用シリコンウェーハを製造する工程から副生成する「低グレードのSEG・Si、塊状スクラップ(トップ、テールや結晶側面削り残、ルツボ残、)あるいはSiウエーハスクラップ」に依存している。しかし、副生スクラップ量には限界があるばかりでなく、近年その量が減少傾向にあり、太陽光発電の発展にとって原料の安定的確保が大きな問題となっている。   The polycrystalline silicon raw material currently used for photovoltaic power generation is “low-grade SEG / Si, bulk scrap (top, tail, etc.) produced as a by-product from the manufacturing process of polycrystalline silicon for semiconductors and silicon wafers for ICs. It depends on the crystal side face residue, crucible residue, or Si wafer scrap. However, the amount of by-product scrap is not only limited, but the amount has been decreasing in recent years, and stable securing of raw materials has become a big problem for the development of photovoltaic power generation.

低コストを達成するためには、出発原料が安いことが必要であり、これまで多くの試みがあった。その1は金属珪素(MG・Si)あるいは半導体産業から副生するシリコンを精製するものである。例えば、溶融シリコンの表面にプラズマジェットガスを噴射して精製する方法(特許文献9、特許文献10、特許文献1)、直流アーク炉を使用する方法(特許文献12)、電子ビームを利用する方法、が知られている。また、半導体産業から廃棄されるシリコン廃棄物を一方向凝固処理により精製する方法(特許文献13)、溶融シリコンに不活性ガスと活性ガスあるいはCaO等の粉末を添加し、精製する方法(特許文献14、特許文献15)、MG・Siを減圧下におき、沸点差を利用して精製する方法(特許文献16、特許文献17)等多くの手段が提案されている。しかし、これら原料を使用したもので満足のいく精製法はまだ確立していない。   In order to achieve low cost, it is necessary that the starting material be cheap, and there have been many attempts so far. The first is to refine metallic silicon (MG · Si) or silicon by-produced from the semiconductor industry. For example, a method for purifying a surface of molten silicon by injecting a plasma jet gas (Patent Document 9, Patent Document 10, Patent Document 1), a method using a DC arc furnace (Patent Document 12), a method using an electron beam ,It has been known. Also, a method of purifying silicon waste discarded from the semiconductor industry by unidirectional solidification (Patent Document 13), a method of purifying by adding an inert gas and a powder of active gas or CaO to molten silicon (Patent Document 13) 14, Patent Document 15), and many methods such as a method of purifying MG / Si under reduced pressure and using a difference in boiling point (Patent Document 16, Patent Document 17) have been proposed. However, a satisfactory purification method using these raw materials has not yet been established.

溶融シリコンを精製することが困難な理由は、珪素原子は他元素と容易に安定な化合物を作ることも一要因であるが、p(ピー)型不純物のB(ホウ素)をシリコンから容易に除去し難いためである。BのSiに対する固液分配(偏析)係数は0.81と1に近いため、一方向凝固等の固液分離方法では分離・純化できない。沸点差、ガス吹込み等を利用するにしても系全体を完全に処理することは困難であった。
Bの唯一の純化方法は「金属珪素」に「塩酸」を化学反応させ、シランガスとした後、B+HClの反応で得られた塩素化ホウ素を蒸留または吸着により分離・精製するものである。不純物を含まない精製されたシランガスは次いで還元されて、高純度SEG・Siとなる。本発明方法は通称、ガス精製法、即ちシーメンス法またはモノシラン法、である。両方法とも、製造工程で多くのエネルギーを消費するため、高価すぎるという欠点があり、太陽光発電用原料として利用するには問題があった。
The reason why it is difficult to purify molten silicon is that silicon atoms easily form a stable compound with other elements, but B (boron), a p-type impurity, is easily removed from silicon. This is because it is difficult to do. Since the solid-liquid distribution (segregation) coefficient of B with respect to Si is close to 0.81 and 1, it cannot be separated or purified by a solid-liquid separation method such as unidirectional solidification. Even if a difference in boiling point, gas blowing, or the like is used, it is difficult to completely treat the entire system.
The only purification method of B is to chemically react “metallic silicon” with “hydrochloric acid” to form silane gas, and then to separate and purify boron chlorination obtained by the reaction of B + HCl by distillation or adsorption. The purified silane gas containing no impurities is then reduced to high purity SEG · Si. The method of the present invention is commonly called a gas purification method, that is, a Siemens method or a monosilane method. Both methods have the disadvantage of being too expensive because they consume a lot of energy in the production process, and have been problematic for use as a raw material for photovoltaic power generation.

このようにBの除去はガス化し、蒸留でカットするのが最も確実な方法である。ガス化することによりSi中に固溶していたその他の不純物元素もガス化され、沸点差により除去できる。前述したシーメンス法やモノシラン法以外でガス化法として知られているものに、流動床反応がある。外熱式の反応炉中で、反応炉下部から原料 (トリクロロシラン+水素)を供給し、炉中のSi微粒子を流動させて、流動粒子上に製品を析着・成長させ、多結晶シリコンを得る。反応後ガスは炉上部から俳出させる(特許文献18、特許文献19)。純度はシックスナイン(99.9999%)以上で太陽光発電用グレードは満足している。
本法は、安価に高純度品が得られるが、反応が外熱式のため、反応管内面にまでSiが析着・成長し、連続反応が継続できないこと、および反応管の大型化がネックとなって、残念ながら現在まで実用化されていない。
Thus, the most reliable method is to gasify B and cut by distillation. By gasification, other impurity elements dissolved in Si are also gasified and can be removed by the difference in boiling points. A fluidized bed reaction is known as a gasification method other than the Siemens method and the monosilane method described above. In an externally heated reactor, the raw material (trichlorosilane + hydrogen) is supplied from the lower part of the reactor, the Si fine particles in the furnace are flowed, the product is deposited and grown on the fluidized particles, and polycrystalline silicon is grown. obtain. After the reaction, the gas is extracted from the upper part of the furnace (Patent Document 18, Patent Document 19). The purity is six nine (99.9999%) or higher, and the grade for photovoltaic power generation is satisfactory.
Although this method can produce high-purity products at low cost, the reaction is externally heated, so that Si deposits and grows on the inner surface of the reaction tube, preventing continuous reaction, and increasing the size of the reaction tube. Unfortunately, it has not been put into practical use until now.

以上から、純度の高い多結晶シリコンを得ようとするならば、ガス化法が優れていることが理解できる。また、半導体用及び太陽光発電用原料の違いは純度レベルであり、前者はイレブンナイン(11N)、後者はそれより5桁低いシックスナイン(99.9999%)以上あればよい、と言われている。従って、目標とする純度を満足させ、価格が前者より数段安くなり、安定的に供給できる方法が開発できれば「太陽光発電用の専用原料ソース」となり得る、ことが理解できる。   From the above, it can be understood that the gasification method is excellent if high purity polycrystalline silicon is to be obtained. The difference between raw materials for semiconductor and photovoltaic power generation is the purity level, the former being eleven nine (11N) and the latter being said to be at least six nines (99.9999%) higher than that. . Therefore, it can be understood that a “dedicated raw material source for photovoltaic power generation” can be obtained if a method capable of satisfying the target purity, lowering the price several times from the former, and stably supplying can be developed.

特公平6−41369号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-41369 特開平5−139891号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-13991 特開平6−172093号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-172093 特開昭47−22827号公報JP 47-22827 A 特開昭63−123806号公報JP-A-63-123806 特開平8−169797号公報JP-A-8-169797 特開昭61−127617号公報JP-A 61-127617 特開平3−150298号公報JP-A-3-150298 特開昭63−218506号公報JP 63-218506 A 特開平4−338108号公報JP-A-4-338108 特開平5−139713号公報JP-A-5-139713 特開平4−37602号公報JP-A-4-37602 特開平5−270814号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-270814 特開平4−16504号公報JP-A-4-16504 特開平5−330815号公報JP-A-5-330815 特開昭64−56311号公報JP-A 64-56311 特開平11−116229号公報JP-A-11-116229 特開昭57−145020号公報JP 57-14520 A 特開昭57−145021号公報Japanese Patent Laid-Open No. 57-145021

本発明は、上述のような事情に鑑み、シリコン多結晶が析着する芯材の加熱に初期加熱から外部加熱手段を要せず、かつ、反応初期から析着速度が大きくすることができ、さらに、芯材を繰り返し使用することができるようにすることによって、高純度シリコン多結晶を安価に安定して得ることができるようにすることを課題とする。   In view of the circumstances as described above, the present invention does not require an external heating means from the initial heating for heating the core material on which the silicon polycrystal is deposited, and the deposition rate can be increased from the initial stage of the reaction, Furthermore, it is an object of the present invention to make it possible to stably obtain a high-purity silicon polycrystal at low cost by making it possible to repeatedly use the core material.

本発明は、生産性を大幅に増加させて多結晶シリコンを製造する方法を鋭意検討した結果発明されたもので、本発明の多結晶シリコンの製造方法は、高温下、密閉した反応炉中の灼熱した種棒上に原料シランガスを供給し、熱分解または水素還元して、高純度多結晶シリコンを析出させる方法において、種棒が、再結晶化温度が1200℃以上の合金製部材を使用することを特徴とする。前記再結晶化温度が1200℃以上の合金製部材が、レニウム−タングステン(Re−W)、タングステン−タンタル(W−Ta)、ジルコニウム−ニオブ(Zr−Nb)、チタン−ジルコニウム−カーボン添加モリブデン(TZM)合金であって、その直径が0.5mm以上の線材または厚さが1mm以上の板または角材、あるいは直径が1mm以上、肉厚が0.2mm以上で、その中空径が5mm以下からなる管材であること、特に、ランタン添加モリブデン合金であることが好ましい。   The present invention was invented as a result of diligently studying a method for producing polycrystalline silicon with greatly increased productivity. The method for producing polycrystalline silicon according to the present invention was carried out in a sealed reactor at high temperature. In a method in which raw material silane gas is supplied onto a heated seed rod and pyrolysis or hydrogen reduction is performed to precipitate high-purity polycrystalline silicon, the seed rod uses an alloy member having a recrystallization temperature of 1200 ° C. or higher. It is characterized by that. The alloy member having a recrystallization temperature of 1200 ° C. or higher is rhenium-tungsten (Re-W), tungsten-tantalum (W-Ta), zirconium-niobium (Zr-Nb), titanium-zirconium-carbon-added molybdenum ( TZM) alloy having a diameter of 0.5 mm or more, a plate or square having a thickness of 1 mm or more, or a diameter of 1 mm or more, a thickness of 0.2 mm or more, and a hollow diameter of 5 mm or less. It is preferably a tube material, particularly a lanthanum-added molybdenum alloy.

板材、線材、角材あるいは管材にはテーパーがついていることが好ましく、管材は中空二重管であってテーパーがついていることが好ましい。また、前記合金製部材は再利用できるものである。
本発明の太陽光発電用多結晶シリコンは、原料シランガスがトリクロロシランである、請求項1に規定する製造方法で製造されて得られる多結晶シリコンであって、その抵抗率がn型2〜500Ωcm、ライフタイム10〜500μ秒であることを特徴とする。
The plate, wire, square or tube is preferably tapered, and the tube is preferably a hollow double tube and tapered. The alloy member can be reused.
The polycrystalline silicon for photovoltaic power generation of the present invention is polycrystalline silicon obtained by the production method as defined in claim 1, wherein the raw material silane gas is trichlorosilane, and has a resistivity of n-type 2 to 500 Ωcm. The lifetime is 10 to 500 μsec.

本発明の方法は、上述の通りSi種棒に替わって、再結晶化温度が1200℃以上の、口径の太い、常温においても導電性を有する合金製部材を使用することにある。その他反応炉の材質・構造、シランガスと水素ガスとの混合比・流速、反応温度や時間等の諸条件は従来方法と同じで、変更を必要としない。また、反応初期の加熱が容易で、反応後の製品シリコンの取り出し時間は、合金製部材を急速に冷却することが可能なため、短縮され、低コスト化が達成できる。また、得られた製品純度は部材による汚染は極めて少なく、安価・多量に高品質の多結晶シリコンが製造できる。また、得られた製品純度は使用した合金製部材による汚染も極めて少なく、安価・多量に半導体用および太陽光発電用の多結晶シリコンが製造できる。   As described above, the method of the present invention is to use an alloy member having a recrystallization temperature of 1200 ° C. or more, a large diameter, and conductivity even at room temperature, instead of the Si seed rod. Other conditions such as the material and structure of the reactor, mixing ratio and flow rate of silane gas and hydrogen gas, reaction temperature and time are the same as in the conventional method, and no changes are required. In addition, heating at the initial stage of the reaction is easy, and the time for taking out the product silicon after the reaction can be rapidly reduced because the alloy member can be rapidly cooled, thereby achieving cost reduction. In addition, the product purity obtained is very low in contamination by members, and high-quality polycrystalline silicon can be produced at low cost and in large quantities. In addition, the purity of the obtained product is extremely low due to contamination by the alloy members used, and it is possible to produce polycrystalline silicon for semiconductors and solar power generation in large quantities at low cost.

Si種棒に替わって使用される本発明の合金製部材径は、反応初期でのシリコン析着面積(析着速度)を増大させるためにも、強度的にいっても、太いほうが好ましい。Si種棒の替わりに使用される本発明の合金製部材は、セラミック等ではなく金属であるため、強度があり、細く薄く加工できる特徴を有しているため、反応初期でのシリコン析着速度を無視すれば、0.5mm径の線材も製造可能である。また、板材の厚さおよび幅も同様である。しかし、線径0.5mm以下あるいは厚さが1mm以下の板材では、通電加熱の際の熱膨張により担体(芯材)に生じる応力、電気振動等の物理的な力により、担体の湾曲、倒壊の恐れがあり、また、反応中これら表面が硅化(シリサイド)され強度は脆くなり再利用ができなくなる。ただし、芯材表面がシリサイド化されるのであって、シリコン中にMoは拡散しないため、製品の汚染は有ってもその度合いは極めて少ない。   The alloy member diameter of the present invention used in place of the Si seed rod is preferably thick even in terms of strength in order to increase the silicon deposition area (deposition rate) in the initial reaction. Since the alloy member of the present invention used in place of the Si seed rod is not a ceramic, but a metal, it has strength and can be processed thinly and thinly. Is ignored, a wire with a diameter of 0.5 mm can also be manufactured. The same applies to the thickness and width of the plate material. However, in the case of a plate material having a wire diameter of 0.5 mm or less or a thickness of 1 mm or less, the support is bent or collapsed due to physical forces such as stress and electric vibration generated in the support (core material) due to thermal expansion during energization heating. In addition, during the reaction, these surfaces are hatched (silicide), and the strength becomes brittle and cannot be reused. However, since the surface of the core material is silicided and Mo does not diffuse into silicon, the degree of contamination is very small even if the product is contaminated.

他方、線材の最大径または板材の最大厚さは、これらの値が大きくなればなるほど、加熱に要する電気容量が大きくなり、より大きな電源装置を必要とする。従って、線材の最大径または板材の最大厚さは加熱装置容量で限定されるものの、外部加熱装置を併用し、補助的に反応炉内の部材を加熱することもできるもので、容量が十分なら100mm以上も可能である。なお、形状は棒、板、角状等いずれの形状も使用可能で、均一な径であっても、テーパーがついていてもよい。テーパーを設ける理由は、製品を芯材から引き抜くのに好都合なためである。   On the other hand, as the maximum diameter of the wire or the maximum thickness of the plate increases, the larger the value, the greater the electric capacity required for heating, and a larger power supply device is required. Therefore, although the maximum diameter of the wire rod or the maximum thickness of the plate material is limited by the heating device capacity, it is also possible to use the external heating device in combination to heat the members in the reaction furnace, and if the capacity is sufficient 100 mm or more is also possible. In addition, any shape, such as a rod, a plate, or a square shape, can be used, and the shape may be a uniform diameter or may be tapered. The reason for providing the taper is that it is convenient to pull out the product from the core material.

また、芯材は、生産性を向上させるため、反応後に析着・成長したシリコン製品を速やかに回収することができるように、反応管内部を急冷できるようにした中空体構造か二重管構造で、テーパーがついている形状であってもよい。中空管肉厚は0.2mm以上、好ましくは0.5mm以上である。径が5mm以上で、二重管の場合、その径は中空管の中に納まる太さのものとなる。中空管の肉厚が0.2mmより薄い場合、上記同様な理由により、好ましくない。他方、最大径および肉厚は、ともに加熱容量の大小で上限が選定される。常識的に考えると最大径は15mm以下、肉厚は3mm以下が推奨される。なお、中空管の中にセットされる二重管の肉厚および材質は耐熱性のある本発明部材と同じものを使用するのが好ましいが、還元ガスの水素と直接接触しないため、通常の耐熱性部材を使用しても良い。   In addition, the core material is a hollow body structure or double tube structure that allows the inside of the reaction tube to be rapidly cooled so that silicon products deposited and grown after the reaction can be quickly recovered in order to improve productivity. Thus, the shape may be tapered. The thickness of the hollow tube is 0.2 mm or more, preferably 0.5 mm or more. In the case of a double tube having a diameter of 5 mm or more, the diameter is of a thickness that fits in the hollow tube. When the thickness of the hollow tube is less than 0.2 mm, it is not preferable for the same reason as described above. On the other hand, the maximum diameter and thickness are both selected depending on the heating capacity. Considering common sense, a maximum diameter of 15 mm or less and a wall thickness of 3 mm or less are recommended. It is preferable to use the same thickness and material of the double tube set in the hollow tube as the heat-resistant member of the present invention. A heat resistant member may be used.

中空二重管部材のイメージを図1に示す。
図1において、1は、反応炉のベース盤で、この上にベルジャー(図示せず)が設けられる。2はベルジャー内の部材支持台で、反応管3を支持する。反応管3の外側に反応によって多結晶シリコン(図示せず)が析着する。
4は内管であって、内管4に冷却用媒体(ガス)が導入され(矢印5)、上部開口(図示せず)から反応管3の内部に流入し、反応管3を冷却して導出され(矢印6)される。
An image of the hollow double tube member is shown in FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reactor base board on which a bell jar (not shown) is provided. 2 is a member support in the bell jar and supports the reaction tube 3. Polycrystalline silicon (not shown) is deposited on the outside of the reaction tube 3 by reaction.
4 is an inner tube, and a cooling medium (gas) is introduced into the inner tube 4 (arrow 5) and flows into the inside of the reaction tube 3 from the upper opening (not shown), and the reaction tube 3 is cooled. Derived (arrow 6).

芯材(部材)表面は、シリコンの成長速度が均一になるよう、平滑面のものが好ましいが、必ずしも鏡面(加工)にこだわらない。なぜなら、得られた多結晶シリコンは、反応後、芯材を取り除かなければならず、塊状となる。従って、棒状原料を必要とするFZ法には使用できず、CZ(チョコラルスキ−)法あるいはキャスト法原料となる。また、合金製部材は再使用を目的にしているため、再利用時に表面平滑性を追及しすぎるとそのための費用が新たに発生し、本発明本来の低コスト化が阻害される。
再結晶化温度が900℃以上の部材として、Re−W(レニウム含有量10%以下。再結晶化温度[1500〜1650℃])、W−Ta(タングステン含有量5%以下。再結晶化温度[1550〜1650℃])、Zr−Nb(ジルコニウム含有量1.5%以下。再結晶化温度[1200〜1350℃])、TZM(再結晶化温度[1250〜1450℃])、TEM材(最もポピュラーな中心組成はTi:Zr:C=0.5:0.07:0.005各質量%。一般に再結晶化温度[1250〜1450℃])材が挙げられるが、これら部材は、いずれも結晶化温度以上では等軸の再結晶化粒子となり、単体のTaやWと同様に脆化し高温強度を失うため、使用に当たっては雰囲気温度(反応温度)に最大の注意が必要となる。
The surface of the core material (member) is preferably a smooth surface so that the silicon growth rate is uniform, but it is not necessarily limited to a mirror surface (processing). This is because the obtained polycrystalline silicon becomes a lump after the core material must be removed after the reaction. Therefore, it cannot be used for the FZ method which requires a rod-shaped raw material, and becomes a CZ (chocolate ski) method or a cast method raw material. In addition, since the alloy member is intended for reuse, if the surface smoothness is excessively pursued at the time of reuse, a new cost is generated and the original cost reduction of the present invention is hindered.
As a member having a recrystallization temperature of 900 ° C. or more, Re-W (rhenium content: 10% or less. Recrystallization temperature [1500 to 1650 ° C.]), W-Ta (tungsten content: 5% or less. Recrystallization temperature) [1550 to 1650 ° C.]), Zr—Nb (zirconium content 1.5% or less, recrystallization temperature [1200 to 1350 ° C.]), TZM (recrystallization temperature [1250 to 1450 ° C.]), TEM material ( The most popular center composition is Ti: Zr: C = 0.5: 0.07: 0.005% by mass, generally recrystallization temperature [1250 to 1450 ° C.]. However, since it becomes equiaxed recrystallized particles above the crystallization temperature, it becomes brittle and loses high-temperature strength in the same manner as single Ta or W, so that it is necessary to pay maximum attention to the ambient temperature (reaction temperature).

他方、再結晶化温度が900℃以上で再結晶はするものの脆化しないものとしてランタン添加モリブデン合金(再結晶化温度[1350℃])材がある。ランタン添加モリブデン合金の製造方法は、当業界で既知の方法で製作される。例えば、重量比で数パーセントのランタン(La)をドープ剤として含むMo粉末を水素還元、次いでプレス、焼結されたインゴットを熱間鍛造或は同圧延加工から選択された少なくとも一種以上の加工方法を施した後、再結晶化温度以上に加熱して粒の粗大化処理を行うことにより得られる(例えば、特公平2−38659号公報、特公平3−22460号公報参照)。この方法により得られるランタン添加モリブデン合金材はLaドープにより結晶の粒子径が粗大化し、次いで圧延加工により、細長い繊維状になるため、再結晶化温度以上に加熱されても等軸の微細結晶とならず、高温での変形が少なく、室温に戻しても塑性加工が可能で、耐衝撃性も失われないという特徴を有している。   On the other hand, there is a lanthanum-added molybdenum alloy (recrystallization temperature [1350 ° C.]) material that does not embrittle but recrystallizes at a recrystallization temperature of 900 ° C. or higher. The manufacturing method of the lanthanum-added molybdenum alloy is manufactured by a method known in the art. For example, at least one processing method selected from hydrogen reduction of Mo powder containing several percent lanthanum (La) as a dopant by weight ratio, followed by pressing and hot-forging or rolling the sintered ingot. Then, it is obtained by carrying out a grain coarsening treatment by heating to a temperature above the recrystallization temperature (see, for example, JP-B-2-38659 and JP-B-3-22460). The lanthanum-added molybdenum alloy material obtained by this method has a crystal grain size coarsened by La doping, and then becomes a long and slender fiber by rolling, so that even if heated above the recrystallization temperature, In addition, there is a feature that deformation at high temperature is small, plastic working is possible even when the temperature is returned to room temperature, and impact resistance is not lost.

本発明の合金製部材を反応炉に配設する方法は、従来のシーメンス法またはモノシラン法同様、ベース盤上の電極ホルダーに逆U字型(門型)にセットされる。反応炉に部材を斜めに配設(山型)することもでき、この方法の場合、横棒は不要となる。
本発明部材と電極ホルダーとの接続方法及び炉内配置方法、電源回路の接続方法、近隣する部材との接触阻止方法等に関する諸項目については、当業界で公知の方法を採用することができ、特別な手段の追加事項は不要である。
The method of disposing the alloy member of the present invention in the reaction furnace is set in an inverted U shape (gate shape) on the electrode holder on the base board as in the conventional Siemens method or monosilane method. It is possible to arrange the members in the reaction furnace diagonally (in a mountain shape), and in this method, a horizontal bar becomes unnecessary.
For various items related to the present invention member and electrode holder connection method and in-furnace placement method, power supply circuit connection method, contact prevention method with neighboring members, etc., methods known in the art can be adopted, No additional special measures are required.

反応方法・条件もSi種棒の時と同じでよい。
トリクロロシランは、1000〜1200℃の温度で熱分解される。シーメンス法またはモノシラン法のSi種棒と本発明の合金製部材で唯一の相違は、合金製部材の場合、反応初期から通電が可能で、短時間で反応温度に到達することが可能となり、生産性及び電力原単位とも低くなる(低コストとなる)ことである。このようにして得られた「多結晶シリコン」はナゲットと呼ばれる20〜100mmの塊状に粉砕されCZ(チョコラルスキ−)法による「単結晶シリコン」の原料となる。他方、合金製部材の内、ランタン添加モリブデン合金材を使用した場合は、前述のとおり、反応後多結晶シリコンをカットした後でも、可撓性があり、反応前の強度を有しているため再利用できる。
The reaction method and conditions may be the same as those for the Si seed rod.
Trichlorosilane is thermally decomposed at a temperature of 1000 to 1200 ° C. The only difference between the Si seed method or monosilane method Si alloy rod and the alloy member of the present invention is that the alloy member can be energized from the beginning of the reaction, and can reach the reaction temperature in a short time. Both energy and power consumption are low (low cost). The thus obtained “polycrystalline silicon” is crushed into a mass of 20 to 100 mm called nugget and becomes a raw material of “single crystal silicon” by the CZ (chocolate ski) method. On the other hand, when using a lanthanum-added molybdenum alloy material among the alloy members, as described above, even after cutting the polycrystalline silicon after the reaction, it is flexible and has strength before the reaction. Can be reused.

合金製部材を使用するメリットは、
イ.太い芯径を使用できるため反応初期の生産性が大きい。
ロ.反応初期から通電が可能なため電力原単位が低くなる。あるいは、通電に要する電力原単位はSi種棒に比し極めて少ない。
ハ.使用部材は再利用可能であるためコストは安くなる。
である。イ〜ハによって、安価な半導体用多結晶シリコン原料が得られる。
これらイ〜ハに加え、更に低価格化するためには、合金製部材とすることのほかに、
ニ.安い原料(純度の低いトリクロロシラン)を使用し、得られた多結晶品質が太陽光発電用多結晶シリコン純度を満足するものが得られるなら、更に価格は安くなる。
即ち、安価で太陽光発電用に専用な多結晶シリコン原料が得られる事が理解できる。
The merit of using alloy parts is
I. Since a thick core diameter can be used, productivity in the initial reaction is large.
B. Since electricity can be supplied from the beginning of the reaction, the power consumption rate is low. Alternatively, the power consumption required for energization is very small compared to the Si seed rod.
C. Since the used member can be reused, the cost is reduced.
It is. An inexpensive polycrystalline silicon raw material for semiconductors can be obtained by (i) to (c).
In addition to these a to c, in order to further reduce the price, in addition to using an alloy member,
D. If cheap raw materials (trichlorosilane with low purity) are used and the obtained polycrystalline quality satisfies the polycrystalline silicon purity for photovoltaic power generation, the price will be further reduced.
That is, it can be understood that a polycrystalline silicon raw material that is inexpensive and dedicated to photovoltaic power generation can be obtained.

トリクロロシラン原料価格は純度に比例する。純度はトリクロロシラン中に含まれるボロン濃度で決定され、その価格はボロン含有量に反比例する。半導体用グレードのボロン含有量はppbレベル、ケミカルグレードはppmからパーセント(%)レベル。最小でも3桁以上の差があり、後者の価格は安い。
ppbレベルのトリクロロシランを使って得られるSEG・Siの純度はイレブンナインである。このレベルになると分析方法によっても精度が左右されるが、一般的なFe、Cu、Ni、Cr、Zn、Naこれら6元素合計で5ppb(測定方法:ICP法)以下、Al(アルミニウム)とBからなるドナー量0.1ppb(測定方法:フォトルミネッセンス法)以下、抵抗率はn型で1000Ω(測定方法:4端子法)以上が標準的な品質である。
The price of trichlorosilane raw material is proportional to purity. Purity is determined by the concentration of boron contained in trichlorosilane, and its price is inversely proportional to the boron content. Semiconductor grade boron content is ppb level, chemical grade is ppm to percent (%) level. There is a difference of 3 digits or more at the minimum, and the price of the latter is cheap.
The purity of SEG · Si obtained using ppb level trichlorosilane is eleven nine. At this level, the accuracy depends on the analysis method, but the total of these 6 elements of Fe, Cu, Ni, Cr, Zn, Na is less than 5 ppb (measurement method: ICP method), Al (aluminum) and B The standard quality is 0.1 ppb (measurement method: photoluminescence method) or less, and the resistivity is n-type and 1000 Ω (measurement method: 4-terminal method) or more.

他方、シリコーン樹脂生産に使用されている金属珪素(MG・Si)の純度は98〜99%(1〜2ナインレベル)である。金属珪素の製造方法は珪石(SiO2)を炭素(C)で還元して得られる。導電型および抵抗率はp型、0.05〜0.6Ωcmの範囲にあって、ライフタイムは測定できない(0秒レベル)ため、太陽光発電用原料には使用できない。
SEG・SiとMG・Siとの中間に位置するのが太陽電池用多結晶シリコン(SOG・Si)である。SOG・Si中に含まれる各種元素の不純物総量レベルについて、これまで明確に規定した基準はない。
On the other hand, the purity of metal silicon (MG · Si) used for the production of silicone resin is 98 to 99% (1 to 2 nine levels). A method for producing metallic silicon is obtained by reducing silica (SiO 2 ) with carbon (C). The conductivity type and resistivity are p-type, in the range of 0.05 to 0.6 Ωcm, and the lifetime cannot be measured (0 second level), so it cannot be used as a raw material for photovoltaic power generation.
Polycrystalline silicon for solar cells (SOG.Si) is located between SEG.Si and MG.Si. Until now, there has been no clearly defined standard for the total impurity level of various elements contained in SOG / Si.

ただ、シリコン中に含まれる単一元素についての報告がある。
それによると、Ni/5.0(ppm。以下同)、C/4.2、Al/0.57、Cu/0.31、B/0.3、Sb/0.06、Fe/0.023、P/0.015、Cr/0.0092、Ti/0.0001以下である。しかし、この値はこれら金属元素が単独でシリコン中に不純物として含まれている場合の値であって、系全体にこれら元素が混在した場合について示唆するものではない。我々の実験結果によると、個々の元素単独の含有量を規定して系全体を論じることには、無理があることが判明した。何故なら、出発原料であるMG・Si中の不純物含有量は、生産地(者)により異なるばかりか、その後の反応工程においても、反応機部材から各種元素の不純物汚染が引き起こされるためである。
However, there are reports on single elements contained in silicon.
According to this, Ni / 5.0 (ppm; the same applies hereinafter), C / 4.2, Al / 0.57, Cu / 0.31, B / 0.3, Sb / 0.06, Fe / 0. 023, P / 0.015, Cr / 0.0092, Ti / 0.0001 or less. However, this value is a value when these metal elements are contained alone as impurities in silicon, and does not suggest a case where these elements are mixed in the entire system. According to our experimental results, it was found impossible to discuss the whole system by specifying the content of individual elements alone. This is because the impurity content in the starting material MG · Si varies depending on the production place (person), and also in the subsequent reaction process, impurity contamination of various elements is caused from the reactor members.

大量に生産される多結晶シリコン原料品質を、使用する個々の原料毎に、どのような元素により汚染されているかを測定することは、多くの費用と時間を必要とし、経済的でない。鋭意検討した結果、SOG・Siの品質は導電型、抵抗率およびライフタイムで規定するのが良いことが判明した。その値は、導電型はn型、抵抗率は2〜500Ωcmおよびライフタイムは10〜500μ秒である。
太陽光発電用ウェーハを生産するためにはSOG・Siを原料にして、単結晶(CZ法)か多結晶(キャスト法)シリコンとした後、所望の大きさのウェーハに切り出される。現在の太陽光発電用に使用されているシリコンウェーハは、n型またはp型導電体、単結晶および多結晶を問わず、その抵抗率は0.5〜8Ωcmである。従って、ウェーハに切り出される前の出発原料であるSOG・Si品質はそれ以上の品質が必要である。
It is expensive and time consuming to measure the quality of polycrystalline silicon raw material produced in large quantities, which element is contaminated for each raw material used. As a result of intensive studies, it has been found that the quality of SOG / Si should be defined by the conductivity type, resistivity, and lifetime. The values are n-type conductivity, 2-500 Ωcm resistivity, and 10-500 μs lifetime.
In order to produce a photovoltaic power generation wafer, SOG · Si is used as a raw material to form single crystal (CZ method) or polycrystalline (cast method) silicon, which is then cut into a wafer of a desired size. The resistivity of silicon wafers currently used for photovoltaic power generation is 0.5 to 8 Ωcm regardless of whether they are n-type or p-type conductors, single crystals, and polycrystals. Therefore, the quality of SOG / Si, which is a starting material before being cut into a wafer, needs to be higher than that.

今、SOG・Si品質がn型2Ωcmのものを使用し、ドープ剤を添加せずに、多結晶化すると、結晶化反応中にマシンに使用されている周辺部材からp型不純物によってシリコンは汚染され、得られる結晶はp型になり、抵抗率も低下する。従って、太陽光発電用のSOG・Siの品質は、導電型はn型、抵抗率は2Ωcm以上が好ましい。上限は500Ωcmであるが、これ以上のものはIC用であって、太陽光発電用にはコスト高となる。なお、市販されているSEG・Siの品質は、一般的に、n型1000Ωcm以上である。   Now, if SOG / Si quality is n-type 2Ωcm and polycrystallize without adding dopant, silicon will be contaminated by p-type impurities from the peripheral members used in the machine during the crystallization reaction. As a result, the resulting crystal becomes p-type, and the resistivity also decreases. Therefore, the quality of SOG / Si for photovoltaic power generation is preferably n-type conductivity and 2 Ωcm or more in resistivity. The upper limit is 500 Ωcm, but more than this is for ICs, which is expensive for solar power generation. The quality of commercially available SEG · Si is generally n-type 1000 Ωcm or higher.

太陽光発電用シリコン原料は、前述した通り、半導体級レベルの純度ならびに形状は必要としない。本発明方法では前述したイ〜ニの利点のため、価格の安い太陽光発電用多結晶シリコン原料が製造できることが理解できる。また、品質の問題もない。   As described above, the silicon raw material for photovoltaic power generation does not require semiconductor-grade purity and shape. In the method of the present invention, it can be understood that the polycrystalline silicon raw material for photovoltaic power generation, which is inexpensive, can be manufactured because of the advantages (i) to (d) described above. There is no quality problem.

[実施例1]
ランタン(La)をドープした板厚0.1mmのランタン添加モリブデン合金材(商品名TEM材:アライドマテリアル(株)製)を丸め加工し、径9mmφ、高さ300mmの中空管を製作した。これを石英製ベル型ジャー(内径120mmφ、高さ500mm)に門型にセットし、通電加熱した。門型にセットする方法は、縦管上端部をV字型にカットし、その上に横管を載せた。光高温計で芯表面の温度が1180℃に到達した後に、トリクロロシランと水素ガスを流量比1:10の割合で、トリクロロシラン0.6リットル/分、水素10.8リットル/分で供給し、8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ16.2mmまで成長していた。使用したトリクロロシランはエレクトニクスグレードのもので、トリクロロシラン中のB(ボロン)濃度は化学分析法では検出限界外の1ppb以下のものを使用した。なお、外部からの加熱は行わなかった。
[Example 1]
A lanthanum (La) doped lanthanum-added molybdenum alloy material (trade name: TEM material: manufactured by Allied Material Co., Ltd.) was rounded to produce a hollow tube having a diameter of 9 mmφ and a height of 300 mm. This was set in a portal shape on a quartz bell-shaped jar (inner diameter 120 mmφ, height 500 mm), and heated by energization. In the method of setting the portal shape, the upper end of the vertical tube was cut into a V shape, and a horizontal tube was placed thereon. After the temperature of the core surface reaches 1180 ° C. with an optical pyrometer, trichlorosilane and hydrogen gas are supplied at a flow rate ratio of 1:10 at a rate of 0.6 liter / minute of trichlorosilane and 10.8 liter / minute of hydrogen. After 8 hours, the reaction was stopped and the diameter was measured. As a result, it grew to 16.2 mm. The trichlorosilane used was of an electronics grade, and the B (boron) concentration in the trichlorosilane was 1 ppb or less outside the detection limit in the chemical analysis method. In addition, the external heating was not performed.

得られたインゴットは、インゴットとTEM管との間は僅かな空隙があり、ハンマーでたたくと容易に両者は分離できた。なお、砕く前のインゴットを厚さ2mmに切り出し、ランタン添加モリブデン合金芯をピンセットで抜き取った後、このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。測定方法は、導電型:レーザー光PN判定機、抵抗率:4探針法、ライフタイム:μ波減衰法(SEMILAB社製)で測定した。結果は夫々n型、5KΩcm以上(検出限界外)、平均値470μ秒であり、半導体用レベルの品質だった。なお、ライフタイムは中心部が低く67μ秒、外周部は870μ秒、平均値は470μ秒であった。   The obtained ingot had a slight gap between the ingot and the TEM tube, and both could be easily separated by hitting with a hammer. The ingot before crushing was cut out to a thickness of 2 mm, and the lanthanum-added molybdenum alloy core was extracted with tweezers, and then the conductivity type, resistivity, and lifetime were measured. The measurement method was measured by conductivity type: laser light PN determination machine, resistivity: 4-probe method, lifetime: μ wave attenuation method (manufactured by SEMILAB). The results were n-type, 5 KΩcm or more (outside the detection limit), an average value of 470 μs, and were of semiconductor quality. The lifetime was low in the central portion, 67 μsec, the outer peripheral portion was 870 μsec, and the average value was 470 μsec.

[実施例2]
実施例1と同じ寸法のTEM管を使用し実施例1と同様な反応を行った。但し、TEM管は反応前に1800℃で10時間加熱し(水素雰囲気中)、脆化防止処理を行った。8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ16.2mmまで成長していた。なお、外部からの加熱は行わなかった。
得られたインゴットは実施例1と同様の処理を行った後、このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。
[Example 2]
The same reaction as in Example 1 was performed using a TEM tube having the same dimensions as in Example 1. However, the TEM tube was heated at 1800 ° C. for 10 hours before the reaction (in a hydrogen atmosphere) to carry out embrittlement prevention treatment. When the reaction was stopped after 8 hours and the diameter was measured, it grew to 16.2 mm. In addition, the external heating was not performed.
The obtained ingot was subjected to the same treatment as in Example 1, and then its conductivity type, resistivity and lifetime were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
実施例2で使用したTEM材を再使用し実施例1と同様な反応を行った。8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ16.1mmまで成長していた。なお、外部からの加熱は行わなかった。
得られたインゴットは実施例1と同様の処理を行った後、このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。さらに、反応後のSiインゴット中のMoおよびLa量を測定した。いずれの含有量も1ppb以下であった。
[Example 3]
The TEM material used in Example 2 was reused and the same reaction as in Example 1 was performed. When the reaction was stopped after 8 hours and the diameter was measured, it grew to 16.1 mm. In addition, the external heating was not performed.
The obtained ingot was subjected to the same treatment as in Example 1, and then its conductivity type, resistivity and lifetime were measured. The results are shown in Table 1. Furthermore, the amount of Mo and La in the Si ingot after the reaction was measured. Any content was 1 ppb or less.

[実施例4,5,6,7]
実施例1と同様な方法で表1に示した各時間の反応を行った。ただし、実施例2と同寸法のTEM材で、熱処理も同一な方法を採用したものを使用した。各時間経過後反応を停止して、製品径を測定したところ表1に示した析着量が得られた。なお、析着量4時間後で85g、8時間後で180g、20時間後で507gだった。また、外部からの加熱は行わなかった。
得られたインゴットは実施例1と同様の処理を行った後、このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。
[Examples 4, 5, 6, and 7]
The reaction for each time shown in Table 1 was carried out in the same manner as in Example 1. However, a TEM material having the same dimensions as in Example 2 and using the same method for heat treatment was used. When the reaction was stopped after each time and the product diameter was measured, the deposition amount shown in Table 1 was obtained. The deposition amount was 85 g after 4 hours, 180 g after 8 hours, and 507 g after 20 hours. Moreover, the external heating was not performed.
The obtained ingot was subjected to the same treatment as in Example 1, and then its conductivity type, resistivity and lifetime were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
板厚0.3mmのTEM材を丸め加工し、上径8mmφ、下径10mmφ、高さ300mmの中空テーパ管を製作した。これを石英製ベルジャーに門型にセットし、通電加熱した。実施例1と同様の条件で、8時間反応を行った。結果、上径16.0mmφ、下径は18.3mmまで成長していた。反応後、中空管は、テーパーがついているため引き抜くことができた。このものの特性は表1に示した。
[Example 8]
A TEM material having a plate thickness of 0.3 mm was rounded to produce a hollow taper tube having an upper diameter of 8 mmφ, a lower diameter of 10 mmφ, and a height of 300 mm. This was set in a gate shape on a quartz bell jar and heated by energization. The reaction was carried out for 8 hours under the same conditions as in Example 1. As a result, the upper diameter grew to 16.0 mm and the lower diameter grew to 18.3 mm. After the reaction, the hollow tube was able to be pulled out because it was tapered. The characteristics of this product are shown in Table 1.

[実施例9]
板厚0.2mmのTEM材を丸め加工し高さ300mm、上径8mmφ、下径10mmφの中空テーパ管内部に厚0.2mm、径2mmの中空管を有する中空二重管を製作した。中空二重管は反応後、反応系を急速に冷却するためのもので、不揮発性ガスを導入する導入口となる。ガスの排出口は電極ホルダーと一体で下部に設けた。反応後、不揮発性ガスとして窒素ガスを使用し、二重管内部に供給しシリコンロッドを急冷した。得られたシリコンは容易に担体から分離できた。なお、反応条件は実施例1と同様で、8時間反応を行った。結果、上径16.1mmφ、下径は18.2mmまで成長していた。反応後、中空管はテーパーがついているため引き抜くことが出来た。TEM材も可撓性を保持しており、再利用できるものだった。単結晶シリコン純度も半導体グレードを満足した(表1参照)。
[Example 9]
A TEM material having a thickness of 0.2 mm was rounded to produce a hollow double tube having a hollow tube having a thickness of 0.2 mm and a diameter of 2 mm inside a hollow taper tube having a height of 300 mm, an upper diameter of 8 mmφ, and a lower diameter of 10 mmφ. The hollow double tube is for rapidly cooling the reaction system after the reaction, and serves as an inlet for introducing a nonvolatile gas. The gas outlet was integrated with the electrode holder at the bottom. After the reaction, nitrogen gas was used as a non-volatile gas, which was supplied into the double tube to quench the silicon rod. The obtained silicon could be easily separated from the carrier. The reaction conditions were the same as in Example 1, and the reaction was performed for 8 hours. As a result, the upper diameter grew to 16.1 mmφ, and the lower diameter grew to 18.2 mm. After the reaction, the hollow tube was tapered and could be pulled out. The TEM material also retained flexibility and could be reused. The single crystal silicon purity also satisfied the semiconductor grade (see Table 1).

[実施例10]
板厚1mmの脆化防止処理TEM材を丸め加工し、外径23mm、内径21mmの中空管を製作した。このものを使用し、実施例2と同様な反応を行った。なお、反応炉の電気容量が足りないため外部加熱装置を使用し、反応温度まで昇温した。8時間の反応後、は28.7mmまで成長していた。
得られたシリコンを中空管から分離し、このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。品質は、半導体グレードを満足した(n型5KΩcm以上)。
[Example 10]
An embrittlement prevention treated TEM material having a thickness of 1 mm was rounded to produce a hollow tube having an outer diameter of 23 mm and an inner diameter of 21 mm. Using this, the same reaction as in Example 2 was performed. In addition, since the electric capacity of the reactor was insufficient, an external heating apparatus was used and the temperature was raised to the reaction temperature. After 8 hours of reaction, it grew to 28.7 mm.
The obtained silicon was separated from the hollow tube, and its conductivity type, resistivity and lifetime were measured. The results are shown in Table 1. The quality satisfied the semiconductor grade (n-type 5 KΩcm or more).

実施例1〜10から、Si種棒に替わり本発明の合金部材を使用し、エレクトロニクス純度のトリクロロシランを使用すると、容易に「シーメンス法またはモノシラン法」と同品質の「安価な半導体用多結晶シリコン」が得られることが確認できた。また、得られた半導体用多結晶シリコンは製造原価が安価なため、IC用のみならず、「太陽光発電用多結晶シリコン原料」として利用できるという他方のメリットもある(実施例14〜16参照)。   From Examples 1 to 10, when the alloy member of the present invention is used instead of the Si seed rod and trichlorosilane having an electronic purity is used, it is easy to obtain the “low-cost polycrystal for semiconductors having the same quality as the“ Siemens method or monosilane method ”. It was confirmed that “silicon” was obtained. Moreover, since the polycrystalline silicon for semiconductors obtained is inexpensive to manufacture, there is another advantage that it can be used not only for ICs but also as “polycrystalline silicon raw material for photovoltaic power generation” (see Examples 14 to 16). ).

[実施例11]
実施例2と同寸法で脆化防止処理TEM管を使用して、実施例1と同方法で8時間反応を行った。但し、使用したトリクロロシラン中のB濃度は498ppb品(ケミカルグレード品)を使用した。Bの分析方法は化学分析法で、4回分析した値の平均値を採用した。8時間経過後、反応を停止して、径を測定したところ16.0mmまで成長していた。なお、外部からの加熱は行わなかった。このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。
[Example 11]
The reaction was carried out for 8 hours in the same manner as in Example 1, using an embrittlement-prevented TEM tube having the same dimensions as in Example 2. However, the B concentration in the used trichlorosilane was a 498 ppb product (chemical grade product). The analysis method of B was a chemical analysis method, and the average value of the values analyzed four times was adopted. After 8 hours, the reaction was stopped and the diameter was measured. As a result, it grew to 16.0 mm. In addition, the external heating was not performed. The conductivity type, resistivity, and lifetime of this were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例12]
実施例2と同寸法で脆化防止処理TEM管を使用して、実施例1と同方法で8時間反応を行った。但し、使用したトリクロロシラン中のB濃度は48ppb品(ケミカルグレード品)を使用した。Bの分析方法は前法と同じで4回測定した値の平均値を採用した。8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ16.1mmまで成長していた。なお、外部からの加熱は行わなかった。このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。
[Example 12]
The reaction was carried out for 8 hours in the same manner as in Example 1, using an embrittlement-prevented TEM tube having the same dimensions as in Example 2. However, the B concentration in the used trichlorosilane was 48 ppb product (chemical grade product). The analysis method of B was the same as the previous method, and the average value of the values measured four times was adopted. When the reaction was stopped after 8 hours and the diameter was measured, it grew to 16.1 mm. In addition, the external heating was not performed. The conductivity type, resistivity, and lifetime of this were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例13]
外径9mmのTEM棒を使用し、実施例11と同様な方法で8時間反応を行った。なお、TEM棒は反応開始前に実施例2同様に脆化防止熱処理を施した。8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ16.0mmまで成長していた。なお、外部から加熱が必要だった。このものの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は表1に示した。
[Example 13]
The reaction was carried out for 8 hours in the same manner as in Example 11 using a TEM rod having an outer diameter of 9 mm. Note that the TEM rod was subjected to a brittleness preventing heat treatment in the same manner as in Example 2 before starting the reaction. When the reaction was stopped after 8 hours and the diameter was measured, it grew to 16.0 mm. In addition, heating from the outside was necessary. The conductivity type, resistivity, and lifetime of this were measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2006036628
Figure 2006036628

[実施例14]
実施例2で、反応時間24時間後に得られた多結晶シリコン(n型、5KΩcm以上)にボロン含有量(0.01Ωcm)のp型マザー単結晶シリコンを加え、キャスト法によりp型1.0Ωcmの太陽光発電用多結晶シリコンを製造した。このものを300μmの厚さにスライス(10mm角×300μm)し、エッチング後10mm角の太陽光発電用セルを作成し、光電変換効率を測定した。結果は18.7%だった。
[Example 14]
In Example 2, p-type mother single crystal silicon having a boron content (0.01 Ωcm) was added to polycrystalline silicon (n-type, 5 KΩcm or more) obtained after 24 hours of reaction time, and p-type 1.0 Ωcm was obtained by a casting method. Produced polycrystalline silicon for solar power generation. This was sliced to a thickness of 300 μm (10 mm square × 300 μm), a 10 mm square solar power generation cell was prepared after etching, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The result was 18.7%.

[実施例15]
実施例11で、反応時間24時間後に得られた多結晶シリコン(n型、5Ωcm)にボロン含有量(0.01Ωcm)のp型マザー単結晶シリコンを加え、キャスト法によりp型1.0Ωcmの太陽光発電用多結晶シリコンを製造した。前項同様スライスし、エッチング後10mm角の太陽光発電用セルを作成し、光電変換効率を測定した。結果は17.9%だった。
[Example 15]
In Example 11, p-type mother single-crystal silicon having a boron content (0.01 Ωcm) was added to polycrystalline silicon (n-type, 5 Ωcm) obtained after 24 hours of reaction time, and p-type 1.0 Ωcm was obtained by a casting method. Polycrystalline silicon for solar power generation was manufactured. Slicing was performed in the same manner as in the previous section, and a 10 mm square photovoltaic power generation cell was prepared after etching, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The result was 17.9%.

[実施例16]
実施例12で、反応時間24時間後に得られた多結晶シリコン(n型、50Ωcmにボロン含有量(0.01Ωcm)のp型マザー単結晶シリコンを加え、キャスト法によりp型1.0Ωcmの太陽光発電用多結晶シリコンを製造した。このものの光電変換効率は18.2%だった。
[Example 16]
In Example 12, polycrystalline silicon obtained after 24 hours of reaction time (n-type, p-type mother single crystal silicon having a boron content (0.01 Ωcm) to 50 Ωcm was added, and a p-type 1.0 Ωcm solar cell was cast. Polycrystalline silicon for photovoltaic power generation was produced, and its photoelectric conversion efficiency was 18.2%.

実施例11〜16から、Si種棒に替わり本発明合金部材を使用し、ケミカルグレードの原料シラン(トリクロロシラン)を熱分解して得られた「導電型n型、抵抗率2〜500Ωcm、ライフタイム10〜500μ秒の多結晶シリコン」は太陽光発電用多結晶シリコンの専用原料として有用であることが確認できた。また、現用設備を改良せずとも容易に大量生産が可能である。   From Examples 11 to 16, using the alloy member of the present invention instead of the Si seed rod, and obtained by thermally decomposing chemical grade raw material silane (trichlorosilane), “conductivity type n type, resistivity 2 to 500 Ωcm, life It was confirmed that “polycrystalline silicon having a time of 10 to 500 μs” is useful as a dedicated raw material for polycrystalline silicon for photovoltaic power generation. In addition, mass production can be easily performed without improving the existing facilities.

[比較例1]
実施例1のTEM管に替わり、径9mmφからなる純Mo棒を使用し、実施例1と同一条件で多結晶シリコンを製造した。得られたシリコンロッドを1mm厚さに輪切りにし、その電子顕微鏡写真を撮影した。写真を図2に示すが、Mo(芯)(図2中の“A”)表面とSi(析着Si)(図2中の“D,E”)との境界(図2中の“B”)では、Moがシリサイド化され、芯材と析着したSi層間にはクラック層(図2中の“C”)がある。また、Siの外側に向かって白い線が放射線状に走り、Si粒の成長が読み取れる。さらに、芯Moは再結晶化しており(図2中の右下写真)、強度がなく、脆く、Moは棒の状態で回収出来なかった。なお、外部からの加熱は行わなかった。
[Comparative Example 1]
Instead of the TEM tube of Example 1, a pure Mo rod having a diameter of 9 mmφ was used, and polycrystalline silicon was produced under the same conditions as in Example 1. The obtained silicon rod was cut into 1 mm thickness, and an electron micrograph was taken. The photograph is shown in FIG. 2, and the boundary (“B” in FIG. 2) between the surface of Mo (core) (“A” in FIG. 2) and Si (deposited Si) (“D, E” in FIG. 2). In FIG. 2, Mo is silicided, and there is a crack layer (“C” in FIG. 2) between the Si layer deposited on the core material. Also, white lines run radially toward the outside of Si, and the growth of Si grains can be read. Furthermore, the core Mo was recrystallized (lower right photograph in FIG. 2), it had no strength and was brittle, and Mo could not be recovered in the state of a rod. In addition, the external heating was not performed.

[比較例2]
実施例2で厚さ0.05mmからのTEM管を使用し、実施例2と同一寸法、条件で反応を行った。通電開始後、温度が600℃まで上昇したところでTEM管は湾曲し、反応の継続が出来なかった。
[Comparative Example 2]
In Example 2, a reaction was carried out under the same dimensions and conditions as in Example 2 using a TEM tube having a thickness of 0.05 mm. After the start of energization, the TEM tube was bent when the temperature rose to 600 ° C., and the reaction could not be continued.

[比較例3]
実施例1でB濃度980ppmのトリクロロシランを使用し、実施例1と同方法で24時間反応を行った。得られた多結晶シリコンの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は夫々順にn型、1Ωcm、5μ秒だった。このものを使用しドープ剤なしで、キャスト法により太陽光発電用多結晶シリコンを製造した。得られたキャスト法多結晶シリコンの導電型、抵抗率およびライフタイムは、夫々順にp型、0.4Ωcm、3μ秒だった。また、セル化した後の変換効率は9.8%と低く、太陽光発電用多結晶ウェーハとしては使用できないものだった。
[Comparative Example 3]
In Example 1, trichlorosilane having a B concentration of 980 ppm was used, and the reaction was performed in the same manner as in Example 1 for 24 hours. The conductivity type, resistivity, and lifetime of the obtained polycrystalline silicon were measured. The results were n-type, 1 Ωcm, and 5 μs, respectively. Using this material, polycrystalline silicon for photovoltaic power generation was produced by a casting method without using a dopant. The conductivity type, resistivity, and lifetime of the resulting cast polycrystalline silicon were p-type, 0.4 Ωcm, and 3 μs, respectively. In addition, the conversion efficiency after cell formation was as low as 9.8%, and could not be used as a polycrystalline wafer for photovoltaic power generation.

[参考例](シーメンス法)
実施例1のTEM製部材(種棒)に替わり、8mm角棒の単結晶シリコン棒(FZ法で得られた高純度半導体用多結晶シリコンを9mm角棒に切り出したもの)を使用し、実施例1と同一条件で多結晶シリコンを製造した。ただし、シリコン棒は室温では絶縁体のため通電加熱が出来ないため、外部から加熱した。8時間経過後反応を停止して、径を測定したところ15.8mmまで成長していた。反応時間当たりでの成長率は本発明結果と変わりないが、反応開始前の昇温に2時間を要した。
得られたインゴットの導電型、抵抗率およびライフタイムを測定した。結果は、夫々順にn型、5KΩcm以上(検出限界外)、1200μ秒で、本発明の実施例2で得られた多結晶シリコンより、ライフタイムが優れていた。本発明同様に半導体用多結晶シリコン純度を満足していた。しかし、反応開始までに、外部加熱が必要で時間あたりの生産性は本発明より落ちるものだった。
[Reference example] (Siemens method)
Instead of the TEM member (seed rod) in Example 1, an 8 mm square rod single crystal silicon rod (a high purity semiconductor polycrystalline silicon obtained by the FZ method was cut into a 9 mm square rod) was used. Polycrystalline silicon was produced under the same conditions as in Example 1. However, since the silicon rod is an insulator at room temperature and cannot be energized and heated, it was heated from the outside. When the reaction was stopped after 8 hours and the diameter was measured, it grew to 15.8 mm. Although the growth rate per reaction time is not different from the result of the present invention, it took 2 hours for the temperature to rise before the start of the reaction.
The conductivity type, resistivity, and lifetime of the obtained ingot were measured. The results were n-type, 5 KΩcm or more (outside the detection limit) and 1200 μs, respectively, and the lifetime was superior to that of the polycrystalline silicon obtained in Example 2 of the present invention. As in the present invention, the purity of polycrystalline silicon for semiconductors was satisfied. However, external heating is required before the start of the reaction, and productivity per hour is lower than that of the present invention.

本発明によれば、シリコンの析着反応開始時の合金製部材の加熱が迅速、容易に行えるので、高純度シリコン多結晶体が低コストで生産することができ、IC用、太陽光発電用のシリコン素材製造の分野に貢献するところ大である。   According to the present invention, since heating of the alloy member at the start of the deposition reaction of silicon can be performed quickly and easily, a high-purity silicon polycrystal can be produced at a low cost, and for IC and solar power generation. It contributes greatly to the field of silicon material manufacturing.

本発明で用いる二重管部材のイメージを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the image of the double pipe member used by this invention. 比較例1で得られたシリコンロッドの断面電子写真である。2 is a cross-sectional electrophotography of the silicon rod obtained in Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1:(反応炉の)ベース盤
2:部材支持台
3:反応管
4:内管
5:ガス導入(矢印)
6:ガス導出(矢印)
A:芯材(Mo)
B:Moのシリサイド化された部分(MoxSiy
C:クラックゾーン
D:多結晶Si(等軸粒)
E:多結晶Si(柱状粒)
1: Base board (of reactor) 2: Member support base 3: Reaction tube 4: Inner tube 5: Gas introduction (arrow)
6: Gas derivation (arrow)
A: Core material (Mo)
B: Mo silicided portion (Mo x Si y )
C: Crack zone D: Polycrystalline Si (equal axis grains)
E: Polycrystalline Si (columnar grains)

Claims (7)

高温下、密閉した反応炉中の灼熱した種棒上に原料シランガスを供給し、熱分解または水素還元して、高純度多結晶シリコンを析出させる方法において、種棒が、再結晶化温度が1200℃以上の合金製部材を使用することを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。   In a method in which a raw material silane gas is supplied onto a heated seed rod in a sealed reactor at a high temperature and pyrolyzed or hydrogen reduced to precipitate high-purity polycrystalline silicon, the seed rod has a recrystallization temperature of 1200. A method for producing polycrystalline silicon, comprising using a member made of an alloy having a temperature of ℃ or higher. 前記再結晶化温度が1200℃以上の合金製部材が、レニウム−タングステン(Re−W)、タングステン−タンタル(W−Ta)、ジルコニウム−ニオブ(Zr−Nb)、チタン−ジルコニウム−カーボン添加モリブデン(TZM)合金であって、その直径が0.5mm以上の線材または厚さが1mm以上の板または角材、あるいは直径が1mm以上、肉厚が0.2mm以上で、その中空径が5mm以下からなる管材である請求項1に記載の多結晶シリコンの製造方法。   The alloy member having a recrystallization temperature of 1200 ° C. or higher is rhenium-tungsten (Re-W), tungsten-tantalum (W-Ta), zirconium-niobium (Zr-Nb), titanium-zirconium-carbon-added molybdenum ( TZM) alloy having a diameter of 0.5 mm or more, a plate or square having a thickness of 1 mm or more, or a diameter of 1 mm or more, a thickness of 0.2 mm or more, and a hollow diameter of 5 mm or less. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1, which is a tube material. 再結晶化温度が1200℃以上の合金製部材が、ランタン添加モリブデン合金である請求項2に記載の多結晶シリコンの製造方法。   The method for producing polycrystalline silicon according to claim 2, wherein the alloy member having a recrystallization temperature of 1200 ° C or higher is a lanthanum-added molybdenum alloy. 板材、線材、角材あるいは管材にはテーパーがついている請求項2または請求項3に記載の多結晶シリコンの製造方法。   4. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 2, wherein the plate material, the wire material, the square material, or the tube material is tapered. 管材は中空二重管であってテーパーがついている請求項4に記載の多結晶シリコンの製造方法。   The method for producing polycrystalline silicon according to claim 4, wherein the tube material is a hollow double tube and is tapered. 前記合金製部材は再利用物である請求項1〜請求項5のいずれかに記載の多結晶シリコンの製造方法。   The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein the alloy member is a recycled material. 原料シランガスがトリクロロシランである、請求項1に規定する製造方法で製造された多結晶シリコンであって、その導電型がn型、抵抗率が2〜500Ωcm、ライフタイムが10〜500μ秒であることを特徴とする太陽光発電用多結晶シリコン。   A polycrystalline silicon produced by the production method as defined in claim 1, wherein the raw material silane gas is trichlorosilane, the conductivity type is n-type, the resistivity is 2 to 500 Ωcm, and the lifetime is 10 to 500 μsec. Polycrystalline silicon for photovoltaic power generation characterized by this.
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