JP5374673B2 - 珪素精製方法 - Google Patents
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Description
また、光起電力又はエレクトロニクスの品位のシリコン製造において原料として用いられるための中純度シリコンを製錬する方法がある(例えば、特許文献2)。
また、酸素又は塩素で精錬され金属元素を500ppm未満含有する金属シリコンから光起電力品位のシリコンを製錬する方法がある(例えば、特許文献3)。
また、珪素を溶媒金属から晶出させ、結晶のベッドに残る溶媒金属の量を低水準に減ずる精製珪素結晶のベッドを得る方法がある(例えば、特許文献4)。
また、珪素の精製処理におけるリン混入物を除去する方法であって、珪素を溶媒金属から結晶化させる技術がある(例えば、特許文献5)。
珪素(シリコン)の不純物の量を減らすために、数多の方法と装置が発表されてきた。そうした例としては、帯熔融法(ゾーンメルティング法)、シランガス蒸留法、ガス注入法、酸 浸出法、排渣法(滓出し法、スラッギング法) 、および方向性凝固法などがある。しかし現在知られている手法では、硼素、燐、チタン、鉄、および他のいくつかの元素を取り除いて必要な純度を得るためには、多大な困難があり、かつ/あるいは、高額な処理工程段階を踏まねばならない。
現在のところ、珪素を精製するにあたっては通常、超高純度揮発性珪素化合物(トリクロロシランなど)の還元および/もしくは熱分解のかかわる工程を用いている。この工程は珪素の製造方法としては、非常に費用が嵩む資本集約的な仕方であって、しかも太陽電池などの用途については必要以上の高純度が得られてしまうのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】 特開昭60−103015号公報
【特許文献2】 特表2004−535354号公報
【特許文献3】 特表2004−537491号公報
【特許文献4】 特開昭56−022620号公報
【特許文献5】 米国特許第4312849号明細書
塩素(Cl)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、および銅(Cu)、のうちの一種以上が、各々約1ppm未満で含まれていてもよい。
、もしくは特性を含んでいるが、すべての実施形態が、その特定の特徴、構造体、もしくは特性を含んでいる必要はない』、ということを意味する。また、この語句が同じ実施形態を指す必要もない。そして、特定の特徴、構造体、もしくは特性を或る実施形態にからめて説明している場合には、そういった特定の特徴、構造体、もしくは特性を別の実施形態にからめることもまた、その別の実施形態が明示的に記載されていようがなかろうが、当業者の知識の裡 である。
特にほかに定めない限りは、本明細書で用いられる以降の語句は、以下に挙げる意味を有する。
何的に配列して固体となっていることを含む。
しくはブロック状に成形したもののことを、インゴットと呼ぶ。
はそれぞれが、任意の適切な量もしくは比率で存在してよい。例えば、珪素 (102) を約20 wt.%から約50 wt.%の範囲で使用でき、アルミニウムもしくはその合金を溶媒金属 (103) として約50 wt.%から約80 wt.%の範囲で使用できる。
(106) に接触させることができる。回転式脱気手段 (204) により、第一の気体 (106) を効率的に第一の熔湯 (104) に導入できる。加えて、回転式脱気手段 (204) により、第一の気体 (106) を第一の熔湯 (104) に導入しつつ、第一の熔湯 (104) を効率的にかき混ぜる(攪拌するなど)ことができる。こうすると、比較的小さな泡ができる。
(108) を、固相点を上回り液相点を下回る温度へと冷却 (112) できる。
を、任意の適切な任意の速度で冷却(112) できる。例えば、第二の熔湯 (108) を冷却 (112) するにあたっては、約100℃/hr未満、約50℃/hr未満、もしくは約20℃/hr未満の速度を用いることができる。
を、任意の適切な任意の期間にわたり冷却 (112) できる。例えば、第二の熔湯(108) を、約二時間以上、約四時間以上、もしくは約八時間以上にわたって冷却 (112) できる。
を第一の珪素結晶 (114) から流し去る(切る)ことで、分離を実行できる。あるいは別の手法として、遠心分離を使って分離を行ってもよい。図2(b)からわかるように、滓取り手段 (115) を使って、第一の珪素結晶(114) に加圧することで、分離を促進できる。
(vesicle)(坩堝など)の底に結晶を形成でき、そして上部(つまり熔湯)を除去できるようになる。
る。第二の珪素結晶 (124) を、第二の熔湯浴 (130) を有効に得られるような任意の適切な温度で加熱 (128) できる。具体的には、第二の珪素結晶 (124) を、液相点を上回る温度へと加熱 (128) して、第二の熔湯浴 (130) を得る。もっと具体的には、第二の珪素結晶 (124) を、約1300℃以上の少なくとも近傍の温度まで加熱 (128) して、第二の熔湯浴
(130) を得ることができる。
本明細書にかかる方法群の各々は、化学、冶金学、および材料科学の当業者にとって周知な適切な技法のうちのいずれかを用いて実施可能である。以降に述べる、限定を旨としない実施済と未実施の実施例を以って、本発明を説明してゆく。
{ステップA: 約10ppm以下になるまでPを除去する}
50-50 Al-Si混合物(重量比)を、誘導炉で約1000℃で完全に融かした。1/3:1/3:1/3 Cu:Al:Si混合物も同様に使える。純粋なアルミニウムでは、燐の含有量を可能なかぎり低くする(約1 ppmから10 ppmの範囲など)べきである。Cuの燐含有量も同様に低くする(例えば約30 ppm未満が好ましい)べきである。冶金する珪素のカルシウム含有量が少なければ、カルシウムを足して、Ca3P4 沈澱体ができやすくしてもよい。このようにすると、Cl2および不活性気体を内包した気泡によって、燐を湯面へと簡単にひきずりだせる。約4%のCl2と96%のアルゴンを有する気体を、約800 RPMでまわる回転羽根車を介して注入した。燐の含有量が、約10 ppmwにまで低下するか、または次のステップで燐の含有量を約2 ppmw以下にまで減らす上で充分な程度にまで低くなるまで、気体の注入を数時間にわたり続けた。清浄な器具を使って熔湯を汚染しないようにしつつ、定期的に湯面からドロスと塩を紗幕った(scrimmed)。
混合中、誘導炉を約700℃から1000℃になるようゆっくりと約四時間にわたり冷ました。混合時に徐冷したことで、珪素結晶がゆっくりと形成され、純度と大きさが向上した。700℃に達したところで、大型の詰め具(tamper)を使って、結晶を炉の底に詰める。詰め具には直径約3/16インチ(0.47625 cm)の多数の小孔をあけて、詰め具を通して湯を逃がせるようにしたほうがよい。炉の底で結晶をぎっしりと詰めるために充分な力で、詰め具をまっすぐ押しこみ、炉を傷つけないようにするのがよい。詰め具を下ろしつつ、炉を傾けて、アルミニウム-珪素の湯を炉から流し出した。その後、炉を再加熱して、残った珪素結晶(90% 珪素と10% Alであると好ましかった)を再熔融した。このステップをくりかえし行って、珪素の純度を上げた。ステップBにて流し出したアルミニウム-珪素の湯は、成形用合金としてアルミニウム鋳物業者に販売できる。
珪素が湯となったところで、珪素を新たな坩堝炉に流し入れて、方向性凝固させた。珪素は加熱領域を通って流れ落ち、坩堝の底で珪素がまず凍るようにした。冷却した坩堝立てを使って、坩堝の底から熱を逃がした。珪素を冷やしつつ、湯を混ぜた。元の湯の約80%が凍り、20%が湯として最上部に残るようになるまで、温度を下げた。最上部から採取したアルミニウム-珪素の湯は、アルミニウム-珪素のマスター合金として販売することもできるし、あるいは、この工程の開始点に戻すようリサイクルして使ってもかまわない。坩堝の底は約99%の珪素であり、ほとんどのアルミニウムは最上部に在って、炉から流し出した。その後、残った珪素を再加熱して液体状態にし、ステップDの開始に備えた。この珪素は約1%のアルミニウムを含んでいて、燐は1 ppmwから2 ppmw程度になるまで除去されていた。Ca、Mg、Li、Sr、およびNaのほとんどが除去された。Bridgeman法、浮遊帯熔融法、もしくはCzochralski法などの結晶成長工程によりTiとFeを許容範囲内にまで除去できるような量にまで、TiとFeを減らした。
H2O蒸気および/もしくは4% O2、ならびに96% アルゴンガスの混合物を、約800 RPMでまわる回転羽根車を介して、約1475℃の熔融珪素へと、数時間にわたり注入した。 SiO2 、 Al2O3 、および他の酸化された元素から、滓が形成されはじめた。この滓は、熔融珪素へと混ざりこんでいた。滓を定期的に除去した。あるいは、滓が熔融珪素の湯面に湧きだしてくるようにもできたと考えられる。珪素中の不純物は、熔融珪素ではなく滓に入るようにするのがよい。滓の燐含有量は、熔湯の汚染を相当に抑止できるかぎりの少なさにしなくてはならない。回転式脱気手段がまき起こす渦流によって、熔融滓を熔融珪素に混ぜこむことができる。これによって、反応速度が増して、不純物が滓と塩に入り込みやすくなった。また、フラックス注入を使って、塩を足してもよい。不純物が滓もしくは塩に移った後、回転羽根車を減速して、渦流発生を止めた。こうすることで、滓/塩が、湯面に浮かびあがるか、底に沈むか、もしくは機械的に除去された坩堝の傷みの端(the edges of the crucible wear it was mechanically removed)にへばりつくようになった。ステップD中に追加の気体注入を行うことで、さらに滓を得ることもできる。
いてもよい。なお多くの用途で、硼素濃度は燐濃度よりも高くする必要がある。その後、熔融珪素をセラミック発泡フィルターを通して流し、必要であったならば余剰の酸化物もしくは炭化物を除去できた。熔融珪素に真空処理をかけることも、酸化物および炭化物の除去を促進した。こうして得られた珪素は、商業的に利用可能な方法での処理にかけることができるようになっており、例えば、Bridgeman法、浮遊帯熔融法、帯精錬(ゾーンリファイニング)法、多結晶方向性凝固法、もしくはCzochralski法などの処理にかけることが可能となっていた。ステップDから得られる珪素を、Bridgeman法へと移したこと(熔湯移送もしくはインゴットの大きさに関する別の特許として切り離して出願することも可能であろう )によって、工程を加速し、表面積対質量の比を小さくしつつ汚染を減らした。最後のステップが完了する前の段階で、この珪素を、結晶成長工程を行うことになる別の会社へと販売してもかまわない。
Bridgeman法、浮遊帯熔融法、Czochralski法、または、他の結晶もしくは多結晶の成長工程を使った方向性凝固により、合成単結晶もしくは多結晶インゴットを作成した。このステップにより、珪素の不純物をさらに取り除いて、太陽電池で求められる純度を得た。
実施例2と実施例1の主な違いは、溶媒の追加の前に、まず気体の注入および/もしくは熔融珪素の滓出しを行う、ということである。
熔融珪素へと気体の注入および滓を混入する。このステップでは、ステップCとステップDにて燐と硼素の濃度を太陽電池品位の珪素の水準にまで下げることが可能であるような程度に、硼素および燐の量を許容可能なところまで減らすことができる。またこのステップでは、Ca、Mg、Al、Sr、Liなどの元素も減らし、方向性凝固ステップを行いやすくする。
珪素を溶媒に溶かす。この溶媒はアルミニウムか、またはアルミニウムおよび銅かであるのが好ましい。
分別結晶化を用いて溶媒金属の大部分と珪素を機械的に分離する。熔融混合物を徐冷して珪素結晶を作成すると、精製珪素結晶ができる。こうして得られた珪素結晶は、さまざまな利用可能な方法を以って機械的に取り出せる。詰め具(tamp)を使って炉中の珪素結晶を押さえつつ、母熔湯を流し出すようにして、結晶の分離をするのが好ましい。
その後に方向性凝固を使うことで残った溶媒の大部分を珪素から分離する。熔湯に温度勾配をかけてゆっくりと凝固させ、そうしてから残った凍りそうにない母液を、流し出すかもしくは取り除くことができる。燐は固化した珪素結晶よりも熔融した溶媒のほうへ入りやすい性質があるので、このステップによって燐を減らせるのである。
熔融珪素への気体注入および滓の混入、ならびに滓の混合をする。このステップは、気
体注入か滓出しかのみで行ってもよいし、またはそうした二種のステップを組み合わせて行ってもよい。不純物の大部分は既に除去されているので、このステップでは、残った溶媒金属の除去に焦点を絞っている。アルミニウムを溶媒金属として使うなら、酸素を含んだ反応性気体が、アルミニウムと反応して、熔湯から除去可能な酸化アルミニウムの滓ができる。気体を細かな泡として注入するための系(回転式脱気手段など)により、このステップの効率を向上できる。
Bridgeman法、浮遊帯熔融法、Czochralski法、もしくは他の結晶成長工程を使って、方向性凝固/結晶引き上げにより精製珪素を形成する。
実施例3と実施例1との主な違いは、ステップC「方向性凝固」が無いことであって、これは、反応性気体(酸素など)を注入することで、溶媒金属(アルミニウムなど)を酸化物にして除去できるからである。
実施例4と実施例1との主な違いは、ステップB「分別結晶化」が無いことである。反応性気体(酸素など)を注入することで、溶媒金属(アルミニウムなど)を酸化物にして除去できる。ステップB「酸素注入による分別結晶化」を外したのは、酸素注入でアルミニウムを除去できるからである。
Claims (79)
- (a) 珪素および溶媒金属から第一の熔湯をつくるステップであって、ここで前記溶媒金属は、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、これらの合金、およびこれらの組み合わせ、からなる群から選択されるものであり、前記第一の熔湯は、液相点よりも20度高い温度に加熱することにより形成される、というステップと、
(b) 前記第一の熔湯に第一の気体を接触させることで、ドロスおよび第二の熔湯を得るステップと、
(c) 前記ドロスと前記第二の熔湯とを分離するステップと、
(d) 前記第二の熔湯を冷却して、第一の珪素結晶および第一の母液を得るステップと、
(e) 前記第一の珪素結晶と前記第一の母液とを分離するステップと
を含む、珪素の精製方法。 - ステップ (a) において、冶金品位の珪素を用いる、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) において、珪素を20wt.%から50wt.%の範囲で用いる、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) において、アルミニウム、もしくはアルミニウムの合金を、溶媒金属として且つ50wt.%から80wt.%の範囲で用いる、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の熔湯に、液体、固体、もしくはそれらの組み合わせを接触させることによって、前記第一の気体を発生させることで、前記第一の気体をつくる、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の気体が、塩素(Cl2)、酸素(O2)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、水素(H2)、六弗化硫黄(SF6)、ホスゲン(COCl2)、四塩化炭素(CCl4)、水蒸気(H2O)、酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)、テトラクロロシラン(SiCl4)、およびテトラフルオロシラン(SiF4)、のうちの一種以上を含んでいる、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) を、一回は塩素(Cl2)および不活性気体を用いて、一回は酸素(O2)および不活性気体を用いて、計二回行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) を、前記第一の熔湯をかき混ぜながら行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、気相ドロスもしくは黒粉が生じて取り除かれる、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) を、回転式脱気手段を用いて行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の気体が、塩素(Cl2)および不活性気体を、重量比1:20以下で含む、 請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の気体が、塩素(Cl2)およびアルゴン(Ar)を、重量比1:20以下で含む、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の気体が、塩素(Cl2)および窒素(N2)を、重量比1:20以下で含む、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、回転式脱気手段が、前記第一の熔湯中の前記ドロスを混合する渦流をつくる、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の熔湯中に渦がつくられ、前記渦流が酸素(O2)と接触してさらなるドロスを出す、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記第一の熔湯中に渦流がつくられ、前記渦流が大気中の酸素(O2)と接触してさらなるドロスを出す、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) において、前記ドロスが、前記第二の母液の湯面につくられる、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) の後且つステップ(b) の前に、前記第一の熔湯が液相点を下回るように冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) の後且つステップ(b) の前に、前記第一の熔湯を825℃未満の温度になるよう冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) の後且つステップ(b) の前に、前記第一の熔湯を730℃から815℃の範囲の温度になるよう冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (a) の後且つステップ(b) の前に、前記第一の熔湯を、液相点から液相点を10℃下回る温度までの範囲になるよう冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) の後且つステップ(c) の前に、前記第二の熔湯を加熱する、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) の後且つステップ(c) の前に、前記第二の熔湯を、液相点よりも高い温度になるまで加熱する、請求項1記載の方法。
- ステップ (b) の後且つステップ(c) の前に、前記第二の熔湯を、液相点から液相点を20℃上回る温度までの範囲になるように加熱する、請求項1記載の方法。
- ステップ (c) を、ドロス取り手段を用いて行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (c) において、前記ドロスを、前記第二の熔湯の湯面から取り除く、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、700℃未満の温度になるよう冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、固相点から固相点を10℃上回る温度までの範囲になるように冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、650℃から700℃の範囲の温度になるように冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、固相点を上回り液相点を下回る範囲の温度になるように冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、75℃/hr未満の速度で冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) において、前記第二の熔湯を、二時間以上にわたって冷却する、請求項1記載の方法。
- ステップ (d) を、前記第二の熔湯をかき混ぜながら行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (e) を、前記第一の珪素結晶を残して前記第一の母液を流し出すことで行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (e) を、遠心分離を用いて行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (a)-(e) のうちのひとつ以上を、複数回行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (a)-(e) の各々を複数回行う、請求項1記載の方法。
- ステップ (a)-(e) の各々を複数回行い、また、
ステップ (e) で得られる前記第一の母液を、その後のステップ (a) で前記溶媒金属として用いる
ことを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 前記第一の珪素結晶が、65wt.%から95wt.%の範囲で珪素を含む、請求項1記載の方法。
- ステップ (e) の後に、
(f) 前記第一の珪素結晶を加熱して、第一の熔湯浴をつくるステップ
をさらに含む、請求項1記載の方法。 - 前記第一の珪素結晶を、1100℃から1500℃までの範囲の温度へと加熱する、請求項1記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶を、不活性気体、真空、もしくはそれらの組み合わせ、の存在下で加熱する、請求項40記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶を、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、もしくはそれらの組み合わせ、の存在下で加熱する、請求項40記載の方法。
- ステップ (f) の後に、
(g) 前記第一の熔湯浴を方向性凝固させて、第二の珪素結晶および第二の母液をつくるステップ
をさらに含む、請求項40記載の方法。 - ステップ (g) が、
前記第一の熔湯浴の上部を加熱すること、前記第一の熔湯浴の下部を冷却すること、もしくはそれらの組み合わせ
を含む、請求項44記載の方法。 - ステップ (g) が、
前記第一の熔湯浴を冷却して、第二の珪素結晶および第二の母液をつくるステップを含む、請求項44記載の方法。 - 前記方向性凝固が、
前記第一の熔湯浴を、融点を下回るように冷却することで、第二の珪素結晶を形成して、前記第一の熔湯浴を上部と下部とに分離させるステップ
を含み、ここで、
前記上部が第二の母液を含み、前記下部が第二の珪素結晶を含む
ことを特徴とする、請求項44記載の方法。 - ステップ (g) の後に、
(h) 前記第二の珪素結晶を加熱して、第二の熔湯浴を得るステップと、
(i) 前記第二の熔湯浴に、第二の気体を接触させて、第三の熔湯浴の湯面に浮くようにつくられる滓を得るステップと、
(j) 前記滓および前記第三の熔湯浴を分離するステップと
をさらに含む、請求項40から47のいずれか一項に記載の方法。 - ステップ (h) において、前記第二の珪素結晶を、液相点よりも高い温度になるまで加熱する、請求項48記載の方法。
- ステップ (h) において、第二の珪素結晶を、1300℃以上の温度の少なくとも近傍である温度になるまで加熱する、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) において、前記第二の熔湯浴に、液体、固体、もしくはそれらの組み合わせを接触させることによって、前記第二の気体を発生させることで、前記第二の気体をつくる、請求項48記載の方法 。
- ステップ (i) において、前記第二の気体が、塩素(Cl2)、酸素(O2)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、水素(H2)、六弗化硫黄(SF6)、ホスゲン(COCl2)、四塩化炭素(CCl4)、水蒸気(H2O)、酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)、テトラクロロシラン(SiCl4)、およびテトラフルオロシラン(SiF4)、のうちの一種以上を含んでいる、請求項1記載の方法。
- ステップ (i) およびステップ(j) を、二回以上行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) およびステップ(j) を、はじめの一回はステップ (i) で水蒸気(H2O)、水素(H2)、もしくはそれらの組み合わせ、ならびに酸素(O2)および不活性気体を用い、そしてつぎの一回はステップ (i) で不活性気体を用いるようにして、二回にわたり行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) およびステップ(j) を、はじめの一回はステップ (i) で水蒸気(H2O)、酸素(O2)、および不活性気体を用い、そしてつぎの一回はステップ (i) で不活性気体を用いるようにして、二回にわたり行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) およびステップ(j) を、はじめの一回はステップ (i) で水素(H2)、酸素(O2)、および不活性気体を用い、そしてつぎの一回はステップ (i) で不活性気体を用いるようにして、二回にわたり行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) を、前記第二の熔湯浴をかき混ぜながら行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (i) を、回転式脱気手段を用いて行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (j) を、ドロス取り手段を用いて行う、請求項48記載の方法。
- ステップ (j) の後に、
(k) 前記第三の熔湯浴を冷却して、珪素インゴットを形成するステップ
をさらに含む、請求項48から59のいずれか一項に記載の方法。 - ステップ (j) の後に、
(l) 前記第三の熔湯浴を、粒状化珪素へと転換するステップ
をさらに含む、請求項48から59のいずれか一項に記載の方法。 - ステップ (j) の後に、
(m) 前記第三の熔湯浴を鋳型に流し入れてから冷却することで、第二の珪素を形成するステップ
をさらに含む、請求項48から59のいずれか一項に記載の方法。 - ステップ (j) の後に、
(n) 前記第三の熔湯浴を融点を下回る温度で方向性凝固させることで、第三の珪素結晶を形成して上部と下部とに分離するステップ
をさらに含み、ここで、
前記上部が第三の母液を含み、前記下部が第三の珪素を含む
ことを特徴とする、請求項48から59のいずれか一項に記載の方法。 - ステップ (n) が、
前記第三の熔湯浴の上部を加熱すること、前記第三の熔湯浴の底部を冷却すること、もしくはそれらの組み合わせ
を含む、請求項63記載の方法。 - ステップ (n) が、
前記第三の熔湯浴を冷却するステップ
を含む、請求項63記載の方法。 - さらに、
(g) 前記ステップ (b)の後、前記第二の熔湯を加熱するステップと、
(h) 前記ステップ (e)の後、前記第一の珪素結晶を加熱して、第一の熔湯浴をつくるステップと、
(i) 前記第一の熔湯浴を方向性凝固させることで、第二の珪素結晶および第二の母液をつくるステップと、
(j) 前記第二の珪素結晶を加熱して、第二の熔湯浴を得るステップと、
(k) 前記第二の熔湯浴に、第二の気体を接触させることで、第三の熔湯浴の湯面に浮かぶようにつくられる滓が形成されるステップと、
(l) 前記滓と前記第三の熔湯浴とを分離するステップと
を含んでおり、そしてさらに、
(m) 前記第二の熔湯浴を冷却して、珪素インゴットを形成するステップ、
(n) 前記第二の熔湯浴を、粒状化珪素へと転換するステップ、
(o) 前記第三の熔湯浴を鋳型に流し入れてから、前記第三の熔湯浴を冷却することで、第二の珪素を形成するステップ、
(p) 前記第三の熔湯浴を融点を下回る温度で方向性凝固させることで、第三の珪素結晶を形成して上部と下部とに分離するステップ、
というステップ (m) からステップ(p) のうちのひとつ以上を含み、ここで、
前記上部が第三の母液を含み、前記下部が第三の珪素を含む
ことを特徴とする、請求項1記載の珪素の精製方法。 - 多結晶珪素が得られる、請求項1から66のいずれか一項に記載の方法。
- 単結晶珪素が得られる、請求項1から66のいずれか一項に記載の方法。
- 精製された珪素を使って、多結晶のもしくは単結晶のインゴット、または合成単結晶を成長させる、請求項1から66のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素を切削して、ウェハを得るステップ
をさらに含む、請求項1から68のいずれか一項に記載の方法。 - リチウム(Li)、硼素(B)、ナトリウム(Na)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、燐(P)、硫黄(S)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、塩素(Cl)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、および銅(Cu)、のうちの一種以上から、前記珪素が精製される、請求項1から69のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素が、リチウム(Li)、硼素(B)、ナトリウム(Na)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、燐(P)、硫黄(S)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、塩素(Cl)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、および銅(Cu)、のうちの一種以上を、各10ppm未満の濃度で含む、請求項1から69のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素が、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)のうちの一種以上を、各10ppm未満の濃度で含む、請求項1から69のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素が、リチウム(Li)、硼素(B)、ナトリウム(Na)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、燐(P)、硫黄(S)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、塩素(Cl)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、および銅(Cu)、のうちの一種以上を、各1ppm未満の濃度で含む、請求項1から69のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素が、太陽電池パネルの製造に用いられる、請求項1から74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素が、集積回路の製造に用いられる、請求項1から74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素を、45キログラム以上得られる、請求項1から74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素を、200トン/年以上得られる、請求項1から74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の珪素結晶、前記第二の珪素結晶、前記粒状化珪素、前記珪素インゴット、前記第二の珪素、前記第三の珪素結晶、もしくは前記第三の珪素を、1,000トン/年以上得られる、請求項1から74のいずれか一項に記載の方法。
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