(57)【要約】【課題】  本発明は、簡便な方法で、シリコン中の炭素濃度を３質量ｐｐｍ以下まで下げるシリコンからの炭素除去方法を提供する。【解決手段】  ＣＯ分圧が８００Ｐａ以下の雰囲気中で、溶融状態のシリコンを３０分以上保持後、一方向凝固させることにより、炭素濃度が３質量ｐｐｍ以下のシリコンを得る方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ分圧が８００Ｐａ以下の雰囲気中で、鋳型内の溶融シリコンを溶融状態で３０分以上保持した後、該溶融シリコンを鋳型下部から上部に向け一方向凝固させることを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【請求項２】
前記溶融状態の温度が、シリコンの融点１４１４℃から１５５０℃以下であることを特徴とする請求項１記載のシリコンからの炭素除去方法。
【請求項３】
前記溶融状態での保持中に、溶融シリコンを攪拌することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンからの炭素除去方法。
【請求項４】
前記一方向凝固中に溶融シリコンを攪拌することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリコンからの炭素除去方法。
【請求項５】
前記攪拌方法が、ガス吹き込みによる攪拌、電磁攪拌および機械的攪拌よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項３又は４に記載のシリコンからの炭素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンから不純物の炭素（Ｃ）を除去する方法に関するものである。さらに詳しく述べれば、太陽電池に使用可能な純度のシリコンを得ることを目的とし、各種不純物の中で、特に炭素を除去する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池に使用されるシリコンは、一般に、９９．９９９９％程度の純度が必要とされ、各種金属不純物は０．１質量ｐｐｍ以下、又、Ｂは少なくとも０．３質量ｐｐｍ以下、好ましくは０．１質量ｐｐｍ以下であることが要求される。さらに、Ｃについては、３質量ｐｐｍ以下が必要とされている。この純度を満たすシリコンとしては、半導体用シリコン、即ち、シリコン塩化物を蒸留後熱分解して得られる高純度シリコンがある。しかしながら、このシーメンス法はコストが高く、大量にシリコンを必要とする太陽電池には不向きである。
【０００３】
そこで、太陽電池に使用可能な安価なシリコンを製造する技術が各種研究されてきた。例えば、Ｂ、Ｐ、Ｃ以外の、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ等の各種金属不純物は、一方向凝固法で除去する技術が一般的である。即ち、シリコン融液が固化する際に、共存する融液シリコンに金属不純物は多く分配し、固化したシリコンにはわずかしか取り込まれないと言う現象を使用した精製方法である。
【０００４】
又、Ｂ、Ｐ、Ｃについても、各元素独自の除去方法が検討されてきた。
【０００５】
その中のＣ除去について述べると、（特許文献１）には、シリコンを一度凝固させ、固体シリコンの炭素固溶度（２．７質量ｐｐｍ）以上の濃度の炭素は炭化珪素（ＳｉＣ）として析出させた後、このシリコンを再度溶解し、前記析出ＳｉＣをフィルタで除去する方法が記載されている。この方法で、シリコン中のＣは２１〜３０質量ｐｐｍ程度となり、さらに一方向凝固法と組み合わせると、凝固シリコン中のＣ濃度は１０質量ｐｐｍ程度となると記載されている。
【０００６】
（特許文献２）には、溶融シリコンに、不活性ガス、又は不活性ガスと酸化性ガスを吹きつける方法が記載されている。このガス吹き付けにより、溶融シリコン表面のＣＯ分圧を下げ、ＣをＣＯの形態で脱離させる。さらに、溶融シリコンにシリカ（ＳｉＯ２）の添加、及び、溶融シリコンを攪拌することも、Ｃ除去に有効であると記載されている。実施例によると、この方法で、シリコン中のＣは、１５０〜２５０質量ｐｐｍから１０〜２０質量ｐｐｍまで低下すると記載されている。
【０００７】
（特許文献３）には、溶融シリコン表面に不活性ガスを吹きつけると共に、溶融シリコンに浸漬したランスから酸化剤を含む不活性ガスを吹き込むＣ除去法が記載されている。実施例によると、シリコン中のＣ濃度は、７０〜８０質量ｐｐｍから２０質量ｐｐｍ程度へ低下すると記載されている。
【０００８】
（特許文献４）には、溶融シリコンをフィルタで濾過すると共に、酸素含有ガスを供給する方法が記載されている。実施例によると、この方法によりシリコン中の炭素濃度は、２０００質量ｐｐｍから２０〜５０質量ｐｐｍまで低下すると記載されている。
【特許文献１】特開昭６４−５６３１２号公報
【特許文献２】特開平１−１７６２１１号公報
【特許文献３】特開平２−２６７１１０号公報
【特許文献４】特開平４−２３１３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
シリコン中のＣ濃度を１０質量ｐｐｍ程度まで低下させる方法は、従来の技術で述べられているが、太陽電池用の原料シリコンとして必要な３質量ｐｐｍ以下まで低下させる方法は、従来技術では存在しない。そこで、本発明は、シリコン中のＣを３質量ｐｐｍ以下まで下げるシリコンからの炭素除去方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明を構成する手段は、次の通りである。
【００１１】
（１）ＣＯ分圧が８００Ｐａ以下の雰囲気中で、鋳型内の溶融シリコンを溶融状態で３０分以上保持した後、該溶融シリコンを鋳型下部から上部に向け一方向凝固させることを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【００１２】
（２）上記（１）にて、溶融状態の温度が、シリコンの融点１４１４℃から１５５０℃以下であることを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【００１３】
（３）上記（１）又は（２）にて、溶融状態での保持中に、溶融シリコンを攪拌することを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにて、一方向凝固中に溶融シリコンを攪拌することを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【００１５】
（５）上記（３）又は（４）にて、溶融シリコンの攪拌方法が、ガス吹き込みによる攪拌、電磁攪拌および機械的攪拌よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とするシリコンからの炭素除去方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、凝固シリコン中のＣ濃度を３質量ｐｐｍ以下に低減することが可能である。このＣ濃度は太陽電池用シリコンとして十分低いものであり、シリコン中のＣ以外の不純物低減方法と本発明の方法とを併用することにより、太陽電池に使用可能なシリコンを得ることができる。
【００１７】
また、従来は、太陽電池用シリコンをカーボン製の鋳型又はルツボで溶解、凝固を行うと、Ｃの汚染を受けると言われていたが、本発明の方法を使用すると、カーボン製の鋳型又はルツボを使用しても、シリコンはＣ汚染を受けることは無い。これにより、太陽電池製造プロセスとして、高価な石英鋳型の使用は必要なくなり、安価なカーボン製鋳型の使用が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の主構成は、次の通りである。
【００１９】
まず、本発明に使用する原料シリコンのＣ濃度は、例えば、数１０００〜１００質量ｐｐｍ程度である。初期のＣ濃度は低い方が好ましいが、本発明では、特には規定するものではない。
【００２０】
最初に、上記原料シリコンを鋳型又はルツボ内で溶解する。この後、ＣＯ分圧が８００Ｐａ以下の雰囲気中で、鋳型内の溶融シリコンをシリコンの融点以上でシリコンの融点に近い温度に３０分以上保持する。この際、全体の雰囲気圧力には特に制限は無い。ＣＯ以外の雰囲気ガスとしては、溶融シリコンと反応しないものが好ましく、不活性ガスのＡｒ等が主成分であれば良い。また、特にガスを供給せず、真空ポンプで排気する減圧雰囲気でも良い。保持時間の上限値は、特に限定するものではないが、経済性を考慮すると、５時間以下が好ましい。
【００２１】
以上の操作は、溶融シリコン中の溶解Ｃ濃度を平衡値まで低下させるためである。例えば、１４５０℃程度で３０分以上保持すると、溶解Ｃ濃度は５０〜６０質量ｐｐｍまで低下する。過剰なＣは微細なＳｉＣ粒子として析出するが、溶融シリコンとの表面張力の関係により、溶融シリコン表面に微細なＳｉＣ粒子は浮上する。尚、ＳｉＣ粒子浮上の原動力は溶融シリコン中の対流である。
【００２２】
このようにしてＣ濃度を平衡値まで下げた溶融シリコンを鋳型下部から上部へ向かって一方向凝固すると、凝固シリコン中のＣ濃度は、溶融シリコン中のＣ濃度の１／２０程度となる。これは、Ｃ偏析係数（固相シリコン中のＣ濃度／共存する液相シリコン中のＣ濃度）が１／２０であるからである。溶融シリコンを下方から上方へ一方向凝固させる方法としては、鋳型上部に固定されているヒーターのパワーを徐々に下げる方法、ヒーターに対し相対的に鋳型を徐々に下方へ引き下げる方法、鋳型の下方を冷却する方法などがある。この際、鋳型下部から上方へ一方向凝固させといっても、厳密にこの方向の凝固のみが起こるわけではない。凝固後にシリコン塊を縦に切断し断面観察を行うと、鋳型壁面に近い部分は、壁面から上方へ細長く曲がった結晶粒が観察される。ただ、重要なことは、結晶粒が曲がっていても、細長く成長しているかどうかということであり、細長く成長していれば、一方向凝固法による凝固精製がうまく機能している。反対に、結晶粒の縦横の長さがほぼ等しい等軸晶の結晶粒が観察されれば、その部分は一方向凝固法による凝固精製は機能していない。この細長い結晶粒の領域と、等軸晶の領域はシリコン塊の断面観察を行うと容易に見分けることができるが、一般には、シリコン塊の上方一割以下程度の領域が等軸晶で、下方の９割以上が細長い結晶粒のことが多い。
【００２３】
さて、一方向凝固中も過剰なＣはＳｉＣ粒子として溶融シリコン表面へ浮上させ、溶融シリコン中のＣ濃度を平衡値とするようにする。凝固シリコンと接している溶融シリコンの温度は融点の１４１４℃であり、この温度のＣ平衡濃度はおよそ４０質量ｐｐｍである。過剰なＳｉＣを溶融シリコン表面に浮上させ、溶融シリコン中のＣ濃度を一方向凝固の間この平衡Ｃ濃度に維持すると、凝固シリコン中のＣ濃度は、理論的には、４０質量ｐｐｍ／２０＝２質量ｐｐｍまで低減可能である。以上の操業方法に基づいた本発明者らの操業実験では、凝固シリコン中のＣ濃度を３質量ｐｐｍ以下まで低減することが可能であった。
【００２４】
次に、本発明を実施するための最良の形態を詳しく述べる。
【００２５】
雰囲気中のＣＯ分圧を８００Ｐａ以下とする理由は、これよりもＣＯ分圧が高いと、溶融シリコン中にＣＯが取り込まれ、溶融シリコン中のＣ濃度が上昇してしまうためである。ＣＯ分圧は低ければ低いほど好ましいが、８００Ｐａ以下なら本発明は実行可能である。さらに好ましくは、２００Ｐａ以下であり、このＣＯ分圧では溶融シリコンが雰囲気中のＣＯから汚染を受ける懸念はない。ＣＯ分圧の下限には特に制限は無く、低ければ低い程良い。ただ、実際には、１０−１０Ｐａレベルが簡易型の質量分析装置等の分析下限であり、このレベルより低くなるとＣＯの判別が困難となる。
【００２６】
鋳型内の溶融シリコンを保持する温度は、シリコンの融点１４１４℃に近い低温ほど、溶解Ｃ濃度の平衡値は低いので、好ましい。ただ、その後、溶融シリコンの下方から上方へ一方向凝固を行うので、溶融シリコン上方の表面は、溶融シリコンの下方よりも高温にすることが一般的である。ただ、この場合でも、溶融シリコンの表面を１５５０℃以下にすることが好ましい。この温度での保持時間は、Ｃ濃度が平衡に達するためには長い方が好ましいが、一般的には３０分以上でよい。また、経済的観点からは、５時間以下であることが好ましい。
【００２７】
溶融シリコン中のＣ濃度が平衡値に達すると、過剰なＣは微細なＳｉＣ粒子となって析出するが、溶融シリコン中の自然対流により表面へ運ばれる。一度、微細ＳｉＣ粒子が溶融シリコン表面へ顔を出すと、表面張力によりそのまま表面に留まる。そして、ＳｉＣ粒子が表面に留まり続けることにより、溶融シリコン中のＣ濃度は平衡値に保たれる。もし、表面に浮上したＳｉＣ粒子が再び沈んでしまうと、溶融シリコン中のＣ濃度は平衡値よりも高くなり、好ましくない。ただ、表面張力による、微細なＳｉＣ粒子を溶融シリコン表面に留めようとする力は大きく、一度浮上したＳｉＣ粒子が再度沈み込むことはほとんどない。むしろ、問題となるのは、ＳｉＣ粒子を速やかに溶融シリコン表面まで浮上させるための自然対流が、溶融シリコン中に十分生じているかどうかという点である。この点を解決するために、積極的に溶融シリコンを攪拌し、対流を生じさせることも有効である。溶融シリコンの攪拌方法としては、溶融シリコン中へのガス吹き込みによる攪拌、電磁攪拌、またはプロペラ、棒、小型の水車等の攪拌治具による機械的攪拌が可能であり、これらを併用しても良い。
【００２８】
攪拌の程度としては、鋳型形状、溶融シリコン量等に依存するので一概に適正値は決まらないが、目安としては、溶融シリコンが１秒間に１ｃｍ以上対流すれば良い。この程度の対流速度で、ほとんど全てのＳｉＣ粒子を、凝固シリコンに取り込ませず、溶融シリコン表面へ輸送することが可能である。対流速度の上限はさほど重要ではないが、流速が速すぎると溶融シリコンが跳ねたりするので、１秒間に５０ｃｍ以下の対流が好ましいと考えられる。ただ、上述したように、対流速度の適正値は鋳型形状等に依存し、これらの値はあくまでも目安である。
【００２９】
プロペラにより攪拌する場合には、プロペラの形状、回転数を制御し、１秒間に１〜５０ｃｍの対流を比較的容易に実現することができる。ガス吹き込みでは、例えば、シリコン量が６０〜１００ｋｇ程度であれば、本発明者らの経験では、アルゴンガスを毎分０．２リットル以上５リットル以下の量で吹き込めば良い場合が多い。電磁攪拌による場合は、計算により溶融シリコンの対流を見積もることも可能ではあるが、一般には、主として誘導を受ける鋳型、るつぼ等の形状を、結果を見て適宜改良する場合が多い。
【００３０】
シリコンを鋳型内で下部から上部へ向け一方向凝固をしている最中には、凝固シリコン中のＣ濃度は溶融シリコン中のそれより低いので、上部の溶融シリコン中のＣ濃度は一般には上昇してくる。しかし、本発明においては、溶融シリコン中のＣ濃度は常に平衡値とすることが好ましく、過剰なＣは、微細なＳｉＣ粒子として溶融シリコン表面に浮上させることが好ましい。このため、一方向凝固中にも溶融シリコンを攪拌することが好ましい場合も多く、具体的な攪拌方法としては、上記同様の方法が選択可能である。
【００３１】
以上の方法により、一方向凝固時の溶融シリコン中のＣ濃度が平衡値となると、凝固シリコンと接している溶融シリコンの温度は融点の１４１４℃であるので、Ｃ濃度は、１４１４℃の平衡値となり、大凡４０質量ｐｐｍを一方向凝固の間維持することとなる。したがって、凝固シリコン中のＣ濃度はこの値の約１／２０となり、２質量ｐｐｍまでの低減が可能である。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
内径５００ｍｍ、深さ４５０ｍｍのカーボン製のルツボ内に、炭素を１００質量ｐｐｍ以上含有するシリコン塊を合計１００ｋｇ入れ、抵抗ヒーターを有するチャンバー内の所定位置にセットした。チャンバー内をアルゴン１気圧に置換後、ヒーターに通電し、カーボンルツボを１５５０℃に昇温、シリコンを全て溶解させた。この後、１５００℃へ降温し、１５００℃で３０分保持した。その後、ヒーターパワーを徐々に減らし、カーボンルツボ下部を冷却し、溶融シリコンを下方から上方へ一方向凝固させた。尚、チャンバーには逆流防止弁付きのガス排気口がついており、チャンバー内圧力が１気圧を超えた場合には、自動的にチャンバー内のガスが排気されるようになっている。
【００３３】
カーボンルツボ直上には、ガスサンプリング用のパイプがあり、ここからサンプリングしたガスを質量分析装置にて連続的に分析し、ＣＯ分圧を測定した。そして、シリコン溶解後１５００℃へ降温して以降は、ＣＯ分圧が８００Ｐａを越えないように、Ａｒをチャンバー内へ導入した。このＡｒ導入量は、概ね、毎分１〜３リットルであった。
【００３４】
常温まで冷却後、カーボンルツボ内のシリコン塊を取り出し、カーボン濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により分析した。分析サンプルを切り出した場所は、円柱状のシリコン塊の中心軸上で上方表面から１０ｍｍ下、同じく中心軸上で底から１０ｍｍ上、同じく中心軸上で１／２高さの地点、及び、１／２高さで側面から１０ｍｍ内部の位置を中心軸の回りに９０度毎に４ヶ所、の合計７ヶ所である。ＳＩＭＳの分析では、各サンプルでＣ濃度は３質量ｐｐｍであった。また、シリコン塊の同様の場所を光学顕微鏡で観察したが、ＳｉＣ粒子の析出は認められなかった。
【００３５】
（比較例１）
始めにチャンバー内をアルゴンに置換した後は、アルゴン導入を行わない他は、実施例１と同様の実験を行った。シリコン溶解後のＣＯ分圧は、８００Ｐａを越えており、最大で１５００Ｐａ程度であった。
【００３６】
常温まで冷却後、実施例１と同様の７ヶ所のカーボン濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により分析したところ、各地点で５〜１０質量ｐｐｍであった。また、シリコン塊の同様の場所を光学顕微鏡で観察したところ、１０〜２００μｍ程度のＳｉＣ粒子の析出が認められた。
【００３７】
（実施例２）
内径５００ｍｍ、深さ４５０ｍｍのカーボン製のルツボ内に、炭素を１００質量ｐｐｍ以上含有するシリコン塊を合計１００ｋｇ入れ、抵抗ヒーターを有するチャンバー内の所定位置にセットした。チャンバー内をアルゴン１気圧に置換後、ヒーターに通電し、カーボンルツボを１５５０℃に昇温、シリコンを全て溶解させた。この後、１５００℃へ降温し、１５００℃で３０分保持した。この３０分保持の間、シリコンの湯面から２０ｍｍ下に直径８０ｍｍのカーボン製スクリューを入れ、毎分約２００回の速度で回転させた。スクリューの形状から、スクリューの直下では、下向きに毎秒３〜４ｃｍ程度の流速があったと考えられる。このスクリューは、１５００℃の３０分保持が終了した時点で、上方へ引き上げ、溶融シリコンの外へ取り出した。スクリュー取出しと同時に、ヒーターパワーを徐々に減らし、カーボンルツボ下部は冷却し、溶融シリコンを下方から上方へ一方向凝固させた。尚、チャンバーには、逆流防止弁付きのガス排気口がついており、チャンバー内圧力が１気圧を超えた場合には、自動的にチャンバー内のガスが排気されるようになっている。
【００３８】
カーボンルツボ直上にはガスサンプリング用のパイプがあり、ここからサンプリングしたガスを質量分析装置にて連続的に分析し、ＣＯ分圧を測定した。そして、シリコン溶解後１５００℃へ降温して以降は、ＣＯ分圧が８００Ｐａを越えないように、Ａｒをチャンバー内へ導入した。このＡｒ導入量は、概ね、毎分１〜３リットルであった。
【００３９】
常温まで冷却後、カーボンルツボ内のシリコン塊を取り出し、カーボン濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により分析した。分析サンプルを切り出した場所は、円柱状のシリコン塊の中心軸上で上方表面から３０ｍｍ下、同じく中心軸上で底から１０ｍｍ上、同じく中心軸上で１／２高さの地点、及び、１／２高さで側面から１０ｍｍ内部の位置を中心軸の回りに９０度毎に４ヶ所、の合計７ヶ所である。ＳＩＭＳの分析では、上方表面から３０ｍｍ下のサンプルでＣ濃度は３質量ｐｐｍ、他の６ヶ所のサンプルでは２．５質量ｐｐｍであった。また、シリコン塊の同様の場所を光学顕微鏡で観察したが、ＳｉＣ粒子の析出は認められなかった。
【００４０】
（実施例３）
内径５００ｍｍ、深さ４５０ｍｍのカーボン製のルツボ内に、炭素を１００質量ｐｐｍ以上含有するシリコン塊を合計１００ｋｇ入れ、抵抗ヒーターを有するチャンバー内の所定位置にセットした。チャンバー内をアルゴン１気圧に置換後、ヒーターに通電し、カーボンルツボを１５５０℃に昇温、シリコンを全て溶解させた。この後、１５００℃へ降温し、１５００℃で３０分保持した。この３０分保持終了後、シリコンの湯面から２０ｍｍ下に直径８０ｍｍのカーボン製スクリューを入れ、毎分約２００回の速度で回転させた。スクリューの形状から、スクリューの直下では、下向きに毎秒３〜４ｃｍ程度の流速があったと考えられる。また、スクリューでの撹拌開始と同時に、ヒーターパワーを徐々に減らし、カーボンルツボ下部は冷却し、溶融シリコンを下方から上方へ一方向凝固させた。スクリューは、シリコンがスクリュー近くまで凝固した時期に、上方へ引き上げ、溶融シリコンの外へ取り出した。尚、チャンバーには、逆流防止弁付きのガス排気口がついており、チャンバー内圧力が１気圧を超えた場合には、自動的にチャンバー内のガスが排気されるようになっている。
【００４１】
カーボンルツボ直上には、ガスサンプリング用のパイプがあり、ここからサンプリングしたガスを質量分析装置にて連続的に分析し、ＣＯ分圧を測定した。そして、シリコン溶解後１５００℃へ降温して以降は、ＣＯ分圧が８００Ｐａを越えないように、Ａｒをチャンバー内へ導入した。このＡｒ導入量は、概ね、毎分１〜３リットルであった。
【００４２】
常温まで冷却後、カーボンルツボ内のシリコン塊を取り出し、カーボン濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により分析した。分析サンプルを切り出した場所は、円柱状のシリコン塊の中心軸上で上方表面から３０ｍｍ下、同じく中心軸上で底から１０ｍｍ上、同じく中心軸上で１／２高さの地点、及び、１／２高さで側面から１０ｍｍ内部の位置を中心軸の回りに９０度毎に４ヶ所、の合計７ヶ所である。ＳＩＭＳの分析では、底から１０ｍｍ上のサンプルでＣ濃度は３質量ｐｐｍ、他の６ヶ所のサンプルでは２．５質量ｐｐｍであった。また、シリコン塊の同様の場所を光学顕微鏡で観察したが、ＳｉＣ粒子の析出は認められなかった。
【００４３】
（実施例４）
内径５００ｍｍ、深さ４５０ｍｍのカーボン製のルツボ内に、炭素を１００質量ｐｐｍ以上含有するシリコン塊を合計１００ｋｇ入れ、抵抗ヒーターを有するチャンバー内の所定位置にセットした。チャンバー内をアルゴン１気圧に置換後、ヒーターに通電し、カーボンルツボを１５５０℃に昇温、シリコンを全て溶解させた。この後、１５００℃へ降温し、１５００℃で３０分保持した。この３０分保持開始の時点に、シリコンの湯面から２０ｍｍ下に直径８０ｍｍのカーボン製スクリューを入れ、毎分約２００回の速度で回転させた。スクリューの形状から、スクリューの直下では、下向きに毎秒３〜４ｃｍ程度の流速があったと考えられる。その後、ヒーターパワーを徐々に減らし、カーボンルツボ下部は冷却し、溶融シリコンを下方から上方へ一方向凝固させた。スクリューは、シリコンがスクリュー近くまで凝固した時期に、上方へ引き上げ、溶融シリコンの外へ取り出した。尚、チャンバーには、逆流防止弁付きのガス排気口がついており、チャンバー内圧力が１気圧を超えた場合には、自動的にチャンバー内のガスが排気されるようになっている。
【００４４】
カーボンルツボ直上には、ガスサンプリング用のパイプがあり、ここからサンプリングしたガスを質量分析装置にて連続的に分析し、ＣＯ分圧を測定した。そして、シリコン溶解後１５００℃へ降温して以降は、ＣＯ分圧が８００Ｐａを越えないように、Ａｒをチャンバー内へ導入した。このＡｒ導入量は、概ね、毎分１〜３リットルであった。
【００４５】
常温まで冷却後、カーボンルツボ内のシリコン塊を取り出し、カーボン濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により分析した。分析サンプルを切り出した場所は、円柱状のシリコン塊の中心軸上で上方表面から３０ｍｍ下、同じく中心軸上で底から１０ｍｍ上、同じく中心軸上で１／２高さの地点、及び、１／２高さで側面から１０ｍｍ内部の位置を中心軸の回りに９０度毎に４ヶ所、の合計７ヶ所である。ＳＩＭＳの分析では、各サンプルでＣ濃度は２．５質量ｐｐｍであった。また、シリコン塊の同様の場所を光学顕微鏡で観察したが、ＳｉＣ粒子の析出は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本方法により、シリコン中のＣを太陽電池に使用可能なレベルまで簡便に低減することが可能であり、太陽電池用原料シリコン、太陽電池用のウエハを得るためのシリコンインゴットを安価かつ簡便に製造することが可能である。