(57)【要約】【課題】高純度の金属シリコンを容易に得ることができる金属シリコンの製造方法を提供する。【解決手段】金属シリコンの製造方法は、カルシウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含む被処理物と、四塩化ケイ素とを第１温度で加熱して、亜塩化ケイ素、次亜塩化ケイ素、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスを生成する。そして、この混合ガスを第２温度で加熱して、塩化カルシウムを凝縮させる。これにより、塩化カルシウムは除去される。続いて、塩化カルシウム除去後の混合ガスを第３温度で加熱して、亜塩化ケイ素及び次亜塩化ケイ素から四塩化ケイ素及び金属シリコンを生成する。金属シリコンは、シリコンウェハに析出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四ハロゲン化ケイ素を含む第１温度の加熱雰囲気中に、第１不純物及び第２不純物を含むシリコンを曝して、亜ハロゲン化ケイ素、次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１不純物の第１ハロゲン化物、及び前記第２不純物の第２ハロゲン化物を生成する工程と、
前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物を前記第１温度よりも低い第２温度で加熱して前記第１ハロゲン化物を凝縮し、前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物から、凝縮した前記第１ハロゲン化物を除去する工程と、
前記第１ハロゲン化物を除去した後に、前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、及び前記第２ハロゲン化物を前記第２温度よりも低い第３温度で加熱して、前記亜ハロゲン化ケイ素及び前記次亜ハロゲン化ケイ素から四ハロゲン化ケイ素及び金属シリコンを生成する工程と、
を備えた金属シリコンの製造方法。
【請求項２】
前記四ハロゲン化ケイ素は、四塩化ケイ素である、請求項１に記載の金属シリコンの製造方法。
【請求項３】
前記第１温度は、１３００℃以上である、請求項２に記載の金属シリコンの製造方法。
【請求項４】
前記第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属シリコンの製造方法。
【請求項５】
四ハロゲン化チタンを含む第１温度の加熱雰囲気中に、第１不純物及び第２不純物を含むチタンを曝して、亜ハロゲン化チタン、次亜ハロゲン化チタン、前記第１不純物の第１ハロゲン化物、及び前記第２不純物の第２ハロゲン化物を生成する工程と、
前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物を前記第１温度よりも低い第２温度で加熱することにより前記第１ハロゲン化物を凝縮し、前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物から、凝縮した前記第１ハロゲン化物を除去する工程と、
前記第１ハロゲン化物を除去した後に、前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、及び前記第２ハロゲン化物を前記第２温度よりも低い第３温度で加熱して、前記亜ハロゲン化チタン及び前記次亜ハロゲン化チタンから四ハロゲン化チタン及び金属チタンを生成する工程と、
を備えた金属チタンの製造方法。
【請求項６】
前記四ハロゲン化チタンは、四塩化チタンである、請求項５に記載の金属チタンの製造方法。
【請求項７】
前記第１温度は、１３００℃以上である、請求項６に記載の金属チタンの製造方法。
【請求項８】
前記第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の金属チタンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属シリコンの製造方法及び金属チタンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、金属シリコンを製造する方法が記載されている。具体的には、非特許文献１は、一水素三塩化ケイ素からシリコンを得るジーメンス法、不純物を溶融する冶金法、並びに四塩化ケイ素及び亜鉛を反応させる亜鉛還元法、を開示している。
【０００３】
非特許文献２には、金属チタンを製造する方法が記載されている。具体的には、非特許文献２は、四塩化チタンをマグネシウムで還元させるクロール法、及び二酸化チタンをカルシウムで還元させるカルシウム還元法、を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】生産研究Vol.38(1986)No.9  P425-433
【非特許文献２】チタン製造コスト低減に関する調査研究報告書  平成17年3月  P5-13
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属シリコンの製造において、ジーメンス法では、製造エネルギーが非常に大きくシリコンとしての収率が低い。冶金法では、シリコンと完全に固溶するホウ素及びリンの除去ができないので、純度の高い金属シリコンを得ることが困難である。亜鉛還元法は、金属亜鉛の混入を抑制できないので、純度の高い金属シリコンを得ることが困難である。
【０００６】
また、金属チタンの製造において、カルシウム還元法では、カーボンが混入されるため、高純度のチタンが得られないという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高純度の金属シリコンを容易に得ることができる金属シリコンの製造方法と、高純度の金属チタンを容易に得ることができる金属チタンの製造方法と、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る金属シリコンの製造方法では、四ハロゲン化ケイ素を含む第１温度の加熱雰囲気中に、第１不純物及び第２不純物を含むシリコンを曝して、亜ハロゲン化ケイ素、次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１不純物の第１ハロゲン化物、及び前記第２不純物の第２ハロゲン化物を生成する工程と、前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物を前記第１温度よりも低い第２温度で加熱して前記第１ハロゲン化物を凝縮し、前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物から、凝縮した前記第１ハロゲン化物を除去する工程と、前記第１ハロゲン化物を除去した後に、前記亜ハロゲン化ケイ素、前記次亜ハロゲン化ケイ素、及び前記第２ハロゲン化物を前記第２温度よりも低い第３温度で加熱して、前記亜ハロゲン化ケイ素及び前記次亜ハロゲン化ケイ素から四ハロゲン化ケイ素及び金属シリコンを生成する工程と、を備えている。
【０００９】
この製造方法では、第１不純物及び第２不純物を含むシリコンと、四ハロゲン化ケイ素とを第１温度で加熱して、亜ハロゲン化ケイ素、次亜ハロゲン化ケイ素、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を生成する。そして、亜ハロゲン化ケイ素、次亜ハロゲン化ケイ素、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を第１温度より低い第２温度で加熱して第１ハロゲン化物を凝縮させる。これにより、第１ハロゲン化物は除去される。続いて、亜ハロゲン化ケイ素、次亜ハロゲン化ケイ素、及び第２ハロゲン化物を第２温度より低い第３温度で加熱して、亜ハロゲン化ケイ素及び次亜ハロゲン化ケイ素から四ハロゲン化ケイ素及び金属シリコンを生成する。このとき、金属シリコンが固体として凝集される。従って、この製造方法によれば、高純度の金属シリコンを得ることができる。
【００１０】
この製造方法では、前記四ハロゲン化ケイ素は、四塩化ケイ素である。このように、四ハロゲン化ケイ素として、反応が進みやすく利用しやすい四塩化ケイ素を用いることができる。
【００１１】
この製造方法では、前記第１温度は、１３００℃以上である。このように、第１及び第２不純物を含むシリコンと、四塩化ケイ素とは、四塩化ケイ素の反応開始温度である１３００℃以上に加熱される。従って、この製造方法によれば、反応が促進される。
【００１２】
この製造方法では、前記第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である。このように、第３温度を、亜ハロゲン化ケイ素及び次亜ハロゲン化ケイ素から金属シリコンを生成する反応が起こる温度範囲内であって且つ第２ハロゲン化物が十分高い蒸気圧を有する温度範囲内である２００℃以上１０００℃以下の温度範囲とすることにより、金属シリコンの凝集が促進される。
【００１３】
本発明に係る金属チタンの製造方法では、四ハロゲン化チタンを含む第１温度の加熱雰囲気中に、第１不純物及び第２不純物を含むチタンを曝して、亜ハロゲン化チタン、次亜ハロゲン化チタン、前記第１不純物の第１ハロゲン化物、及び前記第２不純物の第２ハロゲン化物を生成する工程と、前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物を前記第１温度よりも低い第２温度で加熱することにより前記第１ハロゲン化物を凝縮し、前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、前記第１ハロゲン化物、及び前記第２ハロゲン化物から、凝縮した前記第１ハロゲン化物を除去する工程と、前記第１ハロゲン化物を除去した後に、前記亜ハロゲン化チタン、前記次亜ハロゲン化チタン、及び前記第２ハロゲン化物を前記第２温度よりも低い第３温度で加熱して、前記亜ハロゲン化チタン及び前記次亜ハロゲン化チタンから四ハロゲン化チタン及び金属チタンを生成する工程と、を備えている。
【００１４】
この製造方法では、第１不純物及び第２不純物を含むチタンと、四ハロゲン化チタンとを第１温度で加熱して、亜ハロゲン化チタン、次亜ハロゲン化チタン、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を生成する。そして、亜ハロゲン化チタン、次亜ハロゲン化チタン、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を第１温度より低い第２温度で加熱して第１ハロゲン化物を凝縮させる。これにより、第１ハロゲン化物が除去される。続いて、亜ハロゲン化チタン、次亜ハロゲン化チタン、及び第２ハロゲン化物を第２温度より低い第３温度で加熱して、亜ハロゲン化チタン及び次亜ハロゲン化チタンから四ハロゲン化チタン及び金属チタンを生成する。このとき、金属チタンが固体として凝集される。従って、この製造方法によれば、高純度の金属チタンを得ることができる。
【００１５】
この製造方法では、前記四ハロゲン化チタンは、四塩化チタンである。このように、四ハロゲン化チタンとして、反応が進みやすく利用しやすい四塩化チタンを用いることができる。
【００１６】
この製造方法では、前記第１温度は、１３００℃以上である。このように、第１及び第２不純物が含まれたチタンと、四塩化チタンとは、四塩化チタンの反応開始温度である１３００℃以上に加熱される。従って、この製造方法によれば、反応が促進される。
【００１７】
この製造方法では、前記第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である。このように、第３温度を、亜ハロゲン化チタン及び次亜ハロゲン化チタンから金属チタンが生成される反応が起こる温度範囲内であって且つ第２ハロゲン化物が十分高い蒸気圧を有する温度範囲内である２００℃以上１０００℃以下の温度範囲とすることにより、金属チタンの凝集が促進される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高純度の金属シリコンを容易に得られる金属シリコンの製造方法と、高純度の金属チタンを容易に得られる金属チタンの製造方法と、を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る金属シリコンの製造方法の工程を示す図である。
【図２】一実施形態に係る金属シリコンの製造方法の工程を示す図である。
【図３】一実施形態に係る金属シリコンの製造方法で用いられる処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】一実施形態に係る金属チタンの製造方法の工程を示す図である。
【図５】一実施形態に係る金属チタンの製造方法の工程を示す図である。
【図６】一実施形態に係る金属チタンの製造方法で用いられる処理装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る金属シリコンの製造方法の実施形態を第１実施形態として説明し、本発明に係る金属チタンの製造方法の実施形態を第２実施形態として説明する。
【００２１】
第１及び第２実施形態の製造方法は、四ハロゲン化物を含む第１温度の加熱雰囲気中に、第１不純物及び第２不純物を含む金属を曝して、亜ハロゲン化物、次亜ハロゲン化物、第１不純物の第１ハロゲン化物、及び第２不純物の第２ハロゲン化物を生成する工程と、亜ハロゲン化物、次亜ハロゲン化物、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を第１温度よりも低い第２温度で加熱して第１ハロゲン化物を凝縮し、亜ハロゲン化物、次亜ハロゲン化物、第１ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物から、凝縮した第１ハロゲン化物を除去する工程と、第１ハロゲン化物を除去した後に、亜ハロゲン化物、次亜ハロゲン化物、及び第２ハロゲン化物を第２温度よりも低い第３温度で加熱して、亜ハロゲン化物及び次亜ハロゲン化物から四ハロゲン化物及び金属を生成する工程と、を備えており、この金属はシリコン又はチタンであり、四ハロゲン化物は四ハロゲン化ケイ素又は四ハロゲン化チタンである。
【００２２】
第１実施形態の金属シリコンの製造方法では、不純物を含むシリコンから不純物を除去すると共に金属シリコンを製造する。ここで、シリコンに含まれる第１〜第３不純物としては、種々のものが挙げられる。第１不純物としてカルシウムが挙げられる。第２不純物として、アルミニウム、リン、ホウ素が挙げられる。第３不純物として、鉄が挙げられる。
【００２３】
図１及び図２は、本実施形態に係る金属シリコンの製造方法の主要な工程を示す図である。本実施形態では、図１及び図２に示す各工程を経て金属シリコンが生成される。本実施形態では、金属シリコンの生成は、例えば図３に示す反応容器１０で行われる。まず、反応容器１０の構成について説明する。以下の実施例では、処理される対象物として、不純物含有シリコンを例示的に説明するが、この方法は、不純物含有チタンにも適用される。
【００２４】
反応容器１０は、第１〜第５の部分をこの順で有している。第１の部分は、ガス導入口１１ａを備え、ガス導入口１１ａから反応容器１０内部に四塩化ケイ素Ｇ１を供給する。第２の部分は、孔部を有する載置棚１１ｈを備えており、載置棚１１ｈに被処理物が載置される。この被処理物にはガス導入口１１ａから導入されたガスが孔部を介して吹き付けられる。また、第２の部分は、載置棚１１ｈに載置された被処理物及びガス導入口１１ａから導入されたガスを加熱するためのヒータ１１ｂを備えている。第３の部分は、気液分離するための網部１１ｇと、網部１１ｇ周辺を加熱するためのヒータ１１ｃとを備えている。第４の部分は、金属シリコンを析出するためのシリコンウェハ１１ｆと、シリコンウェハ１１ｆ周辺を加熱するためのヒータ１１ｄとを備えている。第５の部分は、反応炉１１からガスを排出するためのガス排出口１１ｅを備えている。
【００２５】
反応容器１０としては、例えば、炭化ケイ素でコーティングされたカーボンからなる容器、又は熱分解カーボンでコーティングされたカーボンからなる容器を用いることができる。網部１１ｇとしては、例えば５０メッシュのグラファイト製の網を用いることができ、このように比較的目の粗い網を用いることにより塩化カルシウムを捕捉しやすくしている。また、シリコンウェハ１１ｆの大きさは、例えば４インチである。
【００２６】
ここで、本実施形態に係る金属シリコンの製造方法において、工程Ｓ１では、四塩化ケイ素を含む第１温度の加熱雰囲気中に不純物を含むシリコンを曝して、亜塩化ケイ素、次亜塩化ケイ素、及び不純物の塩化物を生成する。なお、鉄は、四塩化ケイ素と反応しないため、固体として残留する。図２には、この反応を示す化学式（１）〜（６）を示している。
Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４→４ＳｉＣｌ３    （１）
Ｓｉ＋ＳｉＣｌ４→２ＳｉＣｌ２      （２）
Ｃａ＋Ｃｌ２→ＣａＣｌ２            （３）
Ａｌ＋（３／２）Ｃｌ２→ＡｌＣｌ３  （４）
Ｐ＋（３／２）Ｃｌ２→ＰＣｌ３      （５）
Ｂ＋（３／２）Ｃｌ２→ＢＣｌ３      （６）
【００２７】
ここで、第１温度は、化学式（１）〜（６）の反応が促進される１３００℃以上である。このときの気圧は、例えば１気圧に設定される。また、工程Ｓ１において、反応容器１０を用いた場合には、載置棚１１ｈに不純物を含むシリコンである被処理物Ｍ１を載置する。ここで、被処理物Ｍ１は、例えば、そのシリコンの純度が９７〜９９％、その粒子径が５０〜１００μｍである。載置棚１１ｈには、例えば１ｋｇの被処理物Ｍ１が載置される。次に、ガス導入口１１ａから、四塩化ケイ素Ｇ１が反応容器１０内に、例えば１リットル／分の流量で供給される。
【００２８】
そして、工程Ｓ２では、工程Ｓ１で得られた亜塩化ケイ素、次亜塩化ケイ素、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ２を、第１温度より低い第２温度で加熱して塩化カルシウムを凝縮する。そして、工程Ｓ３では、混合ガスＣ２から塩化カルシウムを除去する。
【００２９】
ここで、第２温度は、塩化カルシウムの沸点未満の温度である。また、気圧が１気圧の下では、塩化カルシウムの沸点は約１２５０℃である。よって、工程Ｓ２では、１２５０℃程度となるように加熱が行われる。
【００３０】
工程Ｓ２，Ｓ３において、反応容器１０を用いた場合には、混合ガスＣ２の温度がヒータ１１ｃによって１２５０℃とされる。そして、網部１１ｇに液化された塩化カルシウムが凝集される。こうして、混合ガスＣ２から塩化カルシウムが除去される。混合ガスＣ２は亜塩化ケイ素、次亜塩化ケイ素、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ３に変換される。
【００３１】
工程Ｓ４では、混合ガスＣ３を第２温度より低い第３の温度で加熱することによって、亜塩化ケイ素及び次亜塩化ケイ素から四塩化ケイ素及び金属シリコンを生成する。図２には、この反応を示す化学式（７），（８）を示している。
４ＳｉＣｌ３→Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４  （７）
２ＳｉＣｌ２→Ｓｉ＋ＳｉＣｌ４    （８）
【００３２】
ここで、第３温度は、四塩化ケイ素、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素が十分高い蒸気圧を有する２００℃以上であり、且つ化学式（７），（８）の反応が促進される１０００℃以下である。
【００３３】
工程Ｓ４において、反応容器１０を用いた場合は、混合ガスＣ３の温度がヒータ１１ｄによって例えば６００℃とされ、且つ反応容器１０内部の気圧が１気圧とされると、混合ガスＣ３のうち亜塩化ケイ素及び次亜塩化ケイ素が反応する。そして、四塩化ケイ素及び金属シリコンが生成される。ここで、金属シリコンは、気圧が１気圧であって、温度が６００℃の条件下では、固体となる。よって、金属シリコンは、シリコンウェハ１１ｆに析出される（工程Ｓ５）。また、四塩化ケイ素、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ４は、気圧が１気圧、且つ温度が６００℃の条件下では、気体となる。よって、混合ガスＣ４は、ガス排出口１１ｅから反応容器１０外部に排出される。
【００３４】
なお、反応容器１０外部に排出された混合ガスＣ４のうち、四塩化ケイ素は、再度ガス導入口１１ａから反応炉１１に導入することによって、再利用することができる。また、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素は、それぞれの沸点以下の温度に曝されることにより反応容器１０の外部で凝縮される。
【００３５】
こうして、工程Ｓ５では、カルシウム、アルミニウム、リン、ホウ素、及び鉄が除去された金属シリコンが得られる。ここで、反応容器１０を用いて被処理物Ｍ１を１ｋｇ反応させると、反応開始後約２時間で反応が全て終了する。また、工程Ｓ５で析出された金属シリコンの不純物の含有率は、カルシウムが１．５ｐｐｍｗ以下であり、アルミニウム、リン、ホウ素及び鉄が０．１ｐｐｍｗ未満である。このように、本実施形態では非常に高純度の金属シリコンが得られる。
【００３６】
以上、本実施形態の金属シリコンの製造方法では、被処理物Ｍ１と四塩化ケイ素とを第１温度で加熱して、亜塩化ケイ素、次亜塩化ケイ素、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ２を生成する。そして、混合ガスＣ２を第２温度で加熱して、塩化カルシウムを凝縮させる。これにより、塩化カルシウムは除去される。続いて、塩化カルシウムが除去された混合ガスＣ３を第３温度で加熱して、亜塩化ケイ素及び次亜塩化ケイ素から四塩化ケイ素及び金属シリコンを生成する。このとき、金属シリコンが固体として生成される。従って、この製造方法によれば、高純度の金属シリコンを得ることができる。
【００３７】
また、この製造方法では、第１温度は１３００℃以上である。このように、被処理物Ｍ１及び四塩化ケイ素は、四塩化ケイ素の反応開始温度である１３００℃以上に加熱される。従って、反応が促進される。
【００３８】
また、この製造方法では、第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である。このように、第３温度を、金属シリコンが生成される温度範囲内であって且つ混合ガスＣ４（四塩化ケイ素、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素）が十分高い蒸気圧を有する温度範囲内である２００℃以上１０００℃以下の温度範囲とすることにより、金属シリコンの析出が促進される。
【００３９】
以下では、第２実施形態の金属チタンの製造方法について説明する。第２実施形態の金属チタンの製造方法では、不純物を含むチタンから第１〜第３不純物を除去する共に金属チタンを製造する。第１不純物としてカルシウムが挙げられる。第２不純物として、アルミニウム、リン、ホウ素が挙げられる。第３不純物として、鉄が挙げられる。
【００４０】
図４及び図５は、本実施形態に係る金属チタンの製造方法の主要な工程を示す図である。本実施形態では、金属チタンの生成は、例えば図６に示す反応容器２０で行われる。反応容器２０が反応容器１０と異なる点は、シリコンウェハ１１ｆに代えてチタンウェハ２１ｆが設けられた点のみである。以下の実施例では、処理される対象物として、不純物含有チタンを例示的に説明するが、この方法は、不純物含有シリコンにも適用される。
【００４１】
本実施形態に係る金属チタンの製造方法において、工程Ｓ１１では、四塩化チタンを含む第１温度の加熱雰囲気中に不純物を含むチタンを曝して、亜塩化チタン、次亜塩化チタン、及び不純物の塩化物を生成する。なお、鉄は、四塩化チタンと反応しないため、固体として残留する。図５には、この反応を示す化学式（９）〜（１４）が示されている。
Ｔｉ＋３ＴｉＣｌ４→４ＴｉＣｌ３    （９）
Ｔｉ＋ＴｉＣｌ４→２ＴｉＣｌ２      （１０）
Ｃａ＋Ｃｌ２→ＣａＣｌ２            （１１）
Ａｌ＋（３／２）Ｃｌ２→ＡｌＣｌ３  （１２）
Ｐ＋（３／２）Ｃｌ２→ＰＣｌ３      （１３）
Ｂ＋（３／２）Ｃｌ２→ＢＣｌ３      （１４）
【００４２】
ここで、第１温度は、化学式（９）〜（１４）の反応が促進される１３００℃以上である。このときの気圧は、例えば１気圧に設定される。また、工程Ｓ１１において、反応容器２０を用いた場合には、載置棚１１ｈに不純物を含むチタンである被処理物Ｍ２を載置する。ここで、被処理物Ｍ２は、例えば、そのチタンの純度が９７〜９９％、その粒子径が５０〜１００μｍである。載置棚１１ｈには、例えば１ｋｇの被処理物Ｍ２が載置される。そして、ガス導入口１１ａから、四塩化チタンＧ２が反応容器１０内に、例えば１リットル／分の流量で供給される。
【００４３】
工程Ｓ１２では、工程Ｓ１１で得られた亜塩化チタン、次亜塩化チタン、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ６を、第１温度より低い第２温度で加熱する。そして、塩化カルシウムを凝縮する。工程Ｓ１３では、混合ガスＣ６から凝縮した塩化カルシウムを除去する。ここで、第２温度は、第１実施形態と同様、約１２５０℃である。
【００４４】
工程Ｓ１２，Ｓ１３において、反応容器２０を用いた場合には、第１実施形態と同様、混合ガスＣ６の温度がヒータ１１ｃによって１２５０℃とされる。そして、液化された塩化カルシウムが網部１１ｇに凝集される。こうして、混合ガスＣ６から塩化カルシウムが除去される。混合ガスＣ６は、亜塩化チタン、次亜塩化チタン、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ７に変換される。
【００４５】
続いて、工程Ｓ１４では、混合ガスＣ７が第２温度より低い第３の温度で加熱される。そして、亜塩化チタン及び次亜塩化チタンから四塩化チタン及び金属チタンを生成する。図５には、この反応を示す化学式（１５），（１６）を示している。
４ＴｉＣｌ３→Ｔｉ＋３ＴｉＣｌ４  （１５）
２ＴｉＣｌ２→Ｔｉ＋ＴｉＣｌ４    （１６）
【００４６】
ここで、第３温度は、四塩化チタン、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ８が十分高い蒸気圧を有する２００℃以上であり、且つ化学式（１５），（１６）の反応が促進する１０００℃以下である。
【００４７】
工程Ｓ１４において、反応容器２０を用いた場合は、第１実施形態同様、ヒータ１１ｄによって混合ガスＣ７の温度が例えば６００℃とされ、且つ反応容器２０内部の気圧が１気圧とされる。すると、混合ガスＣ７のうち亜塩化チタン及び次亜塩化チタンが反応する。そして、四塩化チタン及び金属チタンが生成される。ここで、金属チタンは、気圧が１気圧、且つ温度が６００℃の条件下では、固体となる。よって、金属チタンは、チタンウェハ２１ｆに析出される（工程Ｓ１５）。また、四塩化チタン、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ８は、気圧が１気圧、且つ温度が６００℃の条件下では、気体となる。よって、混合ガスＣ８は、ガス排出口１１ｅから反応容器１０外部に排出される。
【００４８】
なお、反応容器１０外部に排出された混合ガスＣ８のうち、四塩化チタンは、再度ガス導入口１１ａから反応炉１１に導入することによって、再利用することができる。また、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素は、第１実施形態と同様に、それぞれ反応容器１０の外部で凝縮される。
【００４９】
こうして、工程Ｓ１５では、カルシウム、アルミニウム、リン、及びホウ素が除去された金属チタンが得られる。ここで、反応容器２０を用いて被処理物Ｍ２を１ｋｇ反応させると、反応開始後約２時間で反応が全て終了する。また、金属チタンの不純物の含有率は、カルシウムが１．５ｐｐｍｗ以下であり、アルミニウム、リン、ホウ素及び鉄が０．１ｐｐｍｗ未満である。このように、本実施形態では非常に高純度の金属チタンが得られる。
【００５０】
この金属チタンの製造方法では、被処理物Ｍ２及び四塩化チタンを第１温度で加熱して、亜塩化チタン、次亜塩化チタン、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素からなる混合ガスＣ６を生成する。そして、混合ガスＣ６を第２温度で加熱して塩化カルシウムを凝縮する。これにより、塩化カルシウムは除去される。続いて、塩化カルシウムが除去された混合ガスＣ７を第３温度で加熱して、亜塩化チタン及び次亜塩化チタンから四塩化チタン及び金属チタンを生成する。このとき、金属チタンが固体として生成される。従って、この製造方法によれば、高純度の金属チタンを得ることができる。
【００５１】
また、この製造方法では、第１温度は１３００℃以上である。このように、被処理物Ｍ２及び四塩化チタンは、四塩化チタンの反応開始温度である１３００℃以上に加熱される。従って、反応が促進される。
【００５２】
また、この製造方法では、第３温度は、２００℃以上１０００℃以下である。このように、第３温度を、金属チタンが生成される温度範囲内であって且つ混合ガスＣ８（四塩化チタン、塩化アルミニウム、三塩化リン、及び三塩化ホウ素）が十分高い蒸気圧を有する温度範囲内である２００℃以上１０００℃以下の温度範囲とすることにより、金属チタンの凝集が促進される。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、不純物を含むシリコンと四塩化ケイ素とを、各工程で第１〜第３温度条件下で反応させることにより、亜塩化ケイ素と次亜塩化ケイ素とを生成する例について説明した。しかし、この例に限られず、例えば不純物を含むシリコンと四フッ化ケイ素とを、各工程で第１〜第３温度条件下で反応させても同様の効果が得られる。また、不純物を含むチタンと四フッ化チタンとを第１〜第３温度条件下で反応させるようにしてもよい。要は、第１〜第３温度条件において、不純物を含むシリコンと四ハロゲン化ケイ素とを反応させるか、又は不純物を含むチタンと四ハロゲン化チタンとを反応させるようにすればよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、工程Ｓ１で四塩化ケイ素を含む第１温度の加熱雰囲気中に不純物を含むシリコンを曝した例について説明した。しかし、この例に限られず、工程Ｓ１に代えて、四塩化ケイ素を含む第１温度（１５００℃以上）の加熱雰囲気中に不純物を含む炭化ケイ素を曝しても第１実施形態と同様の効果が得られる。このときの反応は、化学式（１），（２）に代えて、以下の化学式（１５），（１６）で示される。
ＳｉＣ＋ＳｉＣｌ４→Ｃ＋２ＳｉＣｌ２    （１５）
ＳｉＣ＋３ＳｉＣｌ４→Ｃ＋４ＳｉＣｌ３  （１６）
【００５５】
また、工程Ｓ１１に代えて、四塩化チタンを含む第１温度（１５００℃以上）の加熱雰囲気中に不純物を含む炭化チタンを曝しても第２実施形態と同様の効果が得られる。このときの反応は、化学式（９），（１０）に代えて、以下の化学式（１７）、（１８）で示される。
ＴｉＣ＋ＴｉＣｌ４→Ｃ＋２ＴｉＣｌ２    （１７）
ＴｉＣ＋３ＴｉＣｌ４→Ｃ＋４ＴｉＣｌ３  （１８）
【００５６】
また、上記実施形態では、金属シリコン又は金属チタンをシリコンウェハ１１ｆ又はチタンウェハ２１ｆに析出させる例について説明したが、シリコンウェハ１１ｆ又はチタンウェハ２１ｆ以外の基板等に析出させてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、反応容器１０，２０を用いた例について説明した。しかし、反応容器１０，２０以外の容器を用いて化学式（１）〜（１８）の反応を起こさせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０，２０…反応容器、１１ａ…ガス導入口、１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…ヒータ、１１ｅ…ガス排出口、１１ｆ…シリコンウェハ、１１ｇ…網部、１１ｈ…載置棚、２１ｆ…チタンウェハ、Ｍ１，Ｍ２…被処理物、Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ１１〜Ｓ１５…工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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