JPH0747484B2 - ケイ素の精錬方法 - Google Patents

ケイ素の精錬方法

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JPH0747484B2
JPH0747484B2 JP62254805A JP25480587A JPH0747484B2 JP H0747484 B2 JPH0747484 B2 JP H0747484B2 JP 62254805 A JP62254805 A JP 62254805A JP 25480587 A JP25480587 A JP 25480587A JP H0747484 B2 JPH0747484 B2 JP H0747484B2
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ホルスト・ランゲ
ベルナー・カンヘン
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バイエル・アクチエンゲゼルシヤフト
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/037—Purification

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Silicon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ケイ素熔融物を反応性気体で処理することに
よりケイ素を精錬する方法に関する。
大量の安価なケイ素が光電分野での使用に必要とされて
いる。この材料の適合性は、経済的な実行可能性に加え
て、最も重要なことであるが、純度の要求に答えられる
か否かにかかっている。太陽ケイ素（solar silicon）
に許容される残留汚染物濃度は半導体工業におけるケイ
素に要求されるもによりも明らかに上にあるが、現在の
ところ、不純なケイ素を要求される純度に一段階で精錬
することは不可能である。これは汚染元素の多様性とそ
の濃度とに起因する。金属性不純物、特にアルミニウム
および鉄が優勢であるが、ホウ素およびリンは、その変
性性（doping character）のために特に望ましくない効
果を有する。加えて、酸素および炭素の除去も固有の難
問を有している。
金属性不純物はケイ素を酸で処理することにより除去し
得るが、この方法では、残留濃度を0.1ppmg未満の望ま
しい低い値にまで減少させることは不可能である。
米国特許第2,402,839号に記載されているように、熔融
物の真空処理によっても精製効果を達成することができ
るが、この方法は、ホウ素や炭素のような比較的不揮発
性の不純物を除去するには適していない。
一方、西ドイツ特許第3,504,723号においては、電気ア
ーク炉でケイ素化合物と炭素とよりなる原料から水素気
化（hydrogen gasification）により得た熔融ケイ素中
では、炭素および酸素含量が減少している。
しかし、この方法では残留金属、ホウ素またはリンの含
有分を除去することはできない。
したがって、経済的観点から、不純なケイ素を光電分野
での要求に対応する段階の純度になし得る方法を提供す
ることが、本発明の目的である。
驚くべきことには、精製すべき熔融ケイ素を水蒸気およ
び水素と組合わせて反応性ハロゲン化合物とを用いる簡
単な処理によりこの目標が達成されることが、ここに見
いだされた。
したがって、本発明は、ケイ素熔融物を反応性気体で処
理することによりケイ素を精錬する方法において、上記
熔融物を気体状ハロゲン化合物、水蒸気及び水素と同時
に接触させること、及び上記ハロゲン化合物が少なくと
も１種の式 SinX2n+2 式中、 ｎは１ないし４であり、 Ｘはハロゲンまたは水素を表す のハロゲンシランであることを特徴とする方法に関す
る。経済的に言えば、ハロゲン化合物が四塩化ケイ素で
ある上記の具体例が特に好ましい。長鎖のハロゲンシラ
ンも式SinX2n+2に相当する化合物と同様に、本発明の方
法を実施する際に反応副生物として形成することができ
る。
これらの副生物は、未反応のハロゲン化合物とともに上
記の熔融物より取り出すことができ、この気体混合物
は、さらにハロゲン化合物を追加し、このハロゲン気体
混合物を新たなケイ素熔融物に吹き込むことにより、再
循環させることができる。したがって、未消費の気体混
合物を後続の精製処理に再循環させることにより、本件
方法を経済的なものにすることができる。したがって、
副生物も本件反応性気体の一定の割合を占めているので
ある。
本発明において、高濃度の四塩化ケイ素を用いる場合
は、望ましくない反応生成物の形成を最小にするため
に、比較的少量の水蒸気を用いることが好ましく、また
高濃度の水蒸気を用いる場合は、少量の四塩化ケイ素を
用いるのが好ましい。
本発明の方法を実施する際に不活性気体を添加して反応
性気体を希釈するのが有利であることが実証されてい
る。本発明の関連での不活性気体には本件反応条件下で
反応に介入しないものが包含される。アルゴンおよびヘ
リウムを例として挙げ得るが、他の貴ガス類も適当であ
る。
本発明の気体混合物は導入管を用いて熔融物に吹き込む
こともできるが、熔融物表面上の反応室をこの気体混合
物で満たして熔融物表面で精錬処理を実施することも可
能である。気化ランス（gasification lance）または導
入管を通しての新しい不純物の導入は、この操作様式に
より避けられる。他の可能性には、多孔質のるつぼ基材
を通しての気体の導入が含まれる。
熔融ケイ素を精製する方法に関しては、るつぼ材料から
浸出してくる不純物を避けることが重要である。この点
で適当な材料には、高密度抗ケイ素規格（silicon-resi
stant grades）のグラファイトおよび高純度非酸化物セ
ラミックス材料、たとえば炭化ケイ素または窒素ケイ素
が含まれる。
上記の精錬工程中において、一定の割合の反応性気体が
熔融物に溶解する。したがって、引き続き、容器を真空
にして熔融物を脱気することが推奨される。
この操作は、好ましくは、引き続き10-1ミリバールまた
はそれ以下の圧力で真空処理してケイ素熔融物を脱気す
ることにより実行する。
本発明は、また、本発明の方法により製造した精製ケイ
素に関するものでもある。これは、望ましくない元素の
濃度が十分低いことを特徴としている。低塩素濃度が同
時に検知できるならば、これは、本発明の方法によりケ
イ素が製造されたことの証拠を提供する。
本発明は以下の実施例により説明されるが、限定される
ものではない。
実施例１ 約1Kgの粉末ケイ素を石英容器中、不活性気体雰囲気下
でのグラフアイト感受体（susceptor）を用いる誘導体
により熔融した。ついで、熔融物の温度を1450℃に上昇
させ、ランスを上からるつぼに導入し、このランスに、
毎時20lのアルゴンおよび毎時60lの水素ならびに毎時30
lの四塩化ケイ素および毎時0.6lの水蒸気の気体混合物
を通す。５時間半処理したのちに、熔融物を約10-4ミリ
バールで脱気した。ついで、方向性固化により結晶化さ
せた。処理前および処理後の分析値は表に列記してあ
る。この目的のために、試料を破砕し、酸処理によりそ
の表面を精製した。以下の表は、この処理前および処理
後の分析値を示す。
実施例２ 実施例１の場合と同様にして、毎時20lの水素、毎時200
lの水蒸気および毎時2lのアルゴンならびに毎時0.5lの
四塩化ケイ素の混合物を用いて、５時間半にわたり、試
料を気化した。以下の分析値を得た。
ホウ素、炭素、アルミニウム、および鉄の濃度はこの処
理によってまた減少させることができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルナー・カンヘン ドイツ連邦共和国デー4100デユースブルク 46・シユーマンシユトラーセ 14 (56)参考文献 特公 昭36−4953（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭32−5055（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ケイ素熔融物を反応性気体で処理すること
    によりケイ素を精錬する方法において、上記熔融物を気
    体状ハロゲン化合物、水蒸気及び水素と同時に接触させ
    ること、及び上記ハロゲン化合物が少なくとも１種の式 SinX2n+2 式中、 ｎは１ないし４であり、 Ｘはハロゲンまたは水素を表す のハロゲンシランであることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】上記ハロゲン化合物が四塩化ケイ素である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】上記反応性気体が四塩化ケイ素、水蒸気お
    よび水素の混合物であることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の方法。
  4. 【請求項４】上記反応性気体に不活性気体を添加するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  5. 【請求項５】上記不活性気体がアルゴンであることを特
    徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。
  6. 【請求項６】上記ケイ素熔融物を引き続き10-1ミリバー
    ルまたはそれ以下の圧力で真空処理して脱気することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
JP62254805A 1986-10-15 1987-10-12 ケイ素の精錬方法 Expired - Lifetime JPH0747484B2 (ja)

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JPS63103811A JPS63103811A (ja) 1988-05-09
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