(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体や太陽電池等に用いられる高純度なシリコンの製造におけるボロンの除去や汚染の防止をする安価な溶融シリコン流通部材と簡便なシリコンの移送方法とを提供する。【解決手段】  塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物と、水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物を形成し、乾燥固化又は焼成してなることを特徴とする溶融シリコン流通部材、及び、これを用いた溶融シリコンの移送方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物と、
水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物を形成し、
乾燥固化又は焼成してなることを特徴とする溶融シリコン流通部材。
【請求項２】
溶融シリコンが流通する部材であって、該部材の少なくとも溶融シリコンが触れる部分に、
塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物と、
水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物を、
乾燥固化又は焼成してなる被覆層を有することを特徴とする溶融シリコン流通部材。
【請求項３】
前記溶融シリコン流通部材の少なくとも溶融シリコンが触れる部分に、さらに塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の平均径が１ｍｍ以下の粉と水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物からなる表面層を形成してなる請求項１又は２に記載の溶融シリコン流通部材。
【請求項４】
前記粉が１ｍｍ以下の平均径であり、前記粒が３ｍｍ以上５０ｍｍ以下の平均径である請求項１又は２に記載の溶融シリコン流通部材。
【請求項５】
前記塩基性酸化物又は前記両性酸化物がマグネシアを主成分とする酸化物である請求項１〜４のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材。
【請求項６】
前記水ガラスを用いる場合、前記水ガラス中のホウ素濃度が１質量ｐｐｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材で形成された溶融シリコン流通経路に溶融シリコンを流すことを特徴とするシリコンの移送方法。
【請求項８】
前記溶融シリコンが、ホウ素を含有する溶融シリコンである請求項７記載のシリコンの移送方法。
【請求項９】
前記溶融シリコン流通経路が、タンディッシュ又は樋である請求項７記載のシリコンの移送方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の部材から形成されてなるタンディッシュ。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれかに記載の部材から形成されてなる樋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池あるいは半導体等の高純度が要求されるシリコンの製造においてボロンの除去や汚染の防止をする溶融シリコン流通部材及びシリコンの移送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や太陽電池等に用いられるシリコンは、高純度なものが求められる。特に、ボロンのように除去が困難な不純物については、種々の除去方法が提案されている。この中で、溶融したシリコンをある領域を通過させるだけでボロンを除去する方法としては、特許文献１の方法が提案されている。この方法は、セラミックス、セラミックス混合物、高密度黒鉛、石英等の板に溶融シリコンを通過させるだけで、ボロン等の不純物を取り除く方法である。
【０００３】
また、高温で溶解したシリコンを扱う場合、当然、溶融したままでシリコンを容器から容器へ移動させる工程を伴う。図１に示すように、容器１と容器１との間には、タンディッシュや樋等の溶融シリコン２が通過する溶融シリコン流通経路３が存在することになる。また、図２に示すように、容器１を傾け、別の容器１へと直接移動させることも考えられるが、このときも、傾ける容器の注ぎ口４が溶融シリコン流通経路３と考えられる。このような溶融シリコン流通経路３を有する場合、ここからの不純物の汚染、特に、ボロンの汚染が深刻となる。従来、この汚染を防止するための提案は全くない。ただし、汚染防止に応用可能な方法として、前記した板に溶融シリコンを通過させるだけでボロン等の不純物を取り除くと言う特許文献１を挙げることができる。
【特許文献１】特公平７−５５８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の方法では、溶融シリコンが通過するところに用いる板の材質は、いずれも熱衝撃に弱く、溶融シリコン流通経路の材質として適さない。また、不純物を除くのであれば、ある程度の高純度のものが求められるが、セラミックス、セラミックス混合物、高密度黒鉛、および石英など、いずれの材質も、高純度になるほど高価となり、製造コストが上昇してしまう問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体や太陽電池等に用いられる高純度なシリコンの製造におけるボロンの除去や汚染の防止をするための安価な溶融シリコン流通部材と簡便なシリコンの移送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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
（１）塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物と、水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物を形成し、乾燥固化又は焼成してなることを特徴とする溶融シリコン流通部材、
（２）溶融シリコンが流通する部材であって、該部材の少なくとも溶融シリコンが触れる部分に、塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物と、水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物を、乾燥固化又は焼成してなる被覆層を有することを特徴とする溶融シリコン流通部材、
（３）前記溶融シリコン流通部材の少なくとも溶融シリコンが触れる部分に、さらに塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の平均径が１ｍｍ以下の粉と水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方との混合物からなる表面層を形成してなる（１）又は（２）に記載の溶融シリコン流通部材、
（４）前記粉が１ｍｍ以下の平均径であり、前記粒が３ｍｍ以上５０ｍｍ以下の平均径である（１）又は（２）に記載の溶融シリコン流通部材、
（５）前記塩基性酸化物又は前記両性酸化物がマグネシアを主成分とする酸化物である（１）〜（４）のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材、
（６）前記水ガラスを用いる場合、前記水ガラス中のホウ素濃度が１質量ｐｐｍ以下である（１）〜（５）のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材、
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の溶融シリコン流通部材で形成された溶融シリコン流通経路に溶融シリコンを流すことを特徴とするシリコンの移送方法、
（８）前記溶融シリコンが、ホウ素を含有する溶融シリコンである（７）記載のシリコンの移送方法、
（９）前記溶融シリコン流通経路が、タンディッシュ又は樋である（７）記載のシリコンの移送方法、
（１０）（１）〜（６）のいずれかに記載の部材から形成されてなるタンディッシュ、
（１１）（１）〜（６）のいずれかに記載の部材から形成されてなる樋、
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶融シリコン流通部材は、安価であり、溶融シリコン中から容易にボロンを吸着するため、シリコンからのボロンの除去を効率的にできる。
【０００８】
本発明方式を用いることによって、溶融シリコンからボロンを除去することができ、ボロン汚染することがなく、溶融シリコンを容器から容器へと移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、図３に示すように、半導体や太陽電池などのための高純度なシリコンを製造するに当たり、タンディッシュ、樋等の溶融シリコン流通経路３において、溶融シリコン２が触れる部分５に、塩基性酸化物もしくは両性酸化物の一方又は双方の粉、粒又は粉と粒との混合物に水ガラスもしくは樹脂の一方又は双方を混ぜて混錬したものを乾燥又は焼成した部材を用いる。又は、前記混錬物を乾燥又は焼成してなる被覆層を有する部材を用い、溶融シリコン２を通過させる。発明者等の実験によれば、ケイ砂等の酸性酸化物を用いた場合、通過後の溶融Ｓｉ中のボロン濃度は増加することが判った。一方、マグネシアやアルミナ等の塩基性酸化物及び両性酸化物を用いることで、酸性酸化物とは反対に、ボロン濃度が減少することが見出された。この効果を用いることにより、溶融シリコン２からボロンを除去し、高純度化することができる。また、シリコン２の製造工程において、溶融したシリコン２を容器から容器へ移し変えるときに、溶融シリコン流通経路３においてのボロン汚染防止にも応用することができる。
【００１０】
特に、マグネシアは、天然で高純度な粒や粉が存在するので、安価にボロン除去及び汚染防止をすることができることから、塩基性酸化物又は両性酸化物はマグネシアを主成分とする酸化物であることが好ましい。また、酸化物の粉、粒又は粉と粒との混合物に水ガラスおよび／又は樹脂を混ぜて混錬した材質なので、十分に乾燥されていれば、熱衝撃によって割れることは少ない。
【００１１】
粉の径は１ｍｍ以下が望ましい。粉のみを用いる場合、１ｍｍより大きいと、粉と粉との間に隙間が形成され、シリコンが染込み、漏れや割れの原因となることがある。ただし、１ｍｍ以下の粉のみを用いた場合では、部材が崩れる可能性がある。一方、この粉に粒を混ぜると、大きな粒は骨格を形成し、形を保持する作用があるので、崩れを防止することができる。ただし、粒が３ｍｍより小さい場合、形を保持する効果が小さく、崩れの防止効果は小さくなるおそれがある。また、粒が５０ｍｍよりも大きいと、粒自体が熱衝撃により割れるおそれがある。以上のことから、粒の径は３ｍｍ以上５０ｍｍ以下が望ましい。
【００１２】
ボロン除去及び汚染防止は、水ガラスや樹脂中のボロン濃度に大きく依存する。筆者等の実験では、ボロン汚染を０．１質量ｐｐｍ以下にするには、水ガラスや樹脂中のボロン濃度は１質量ｐｐｍ程度であれば十分であることが見出された。よって、水ガラス及び樹脂中のボロン濃度は１質量ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
樹脂としては、例えば、フェノールレジン、ＰＶＡ等の１４００℃以上のシリコンが溶融する温度域の高温では炭化し、粒子や粉の個体間同志の高い接着性が得られるものが望ましい。
【００１４】
酸化物の粉や粒に対する水ガラスや樹脂の割合は、質量比で１０分１以上１以下が望ましい。質量比が１０分の１未満であると、水ガラスや樹脂を粉や粒全体に混ぜることが難しく混ざったとしても、量が少ないために十分な接着力が得られないおそれがある。一方、質量比が１を超えると、乾くのが遅くなるおそれがある。また、乾かす途中でひびが入り易くなるおそれがある。
【００１５】
溶融シリコンの流通部材の施工方法として最も好ましいものは、まず、骨格となるプレートを構成する。このプレートは直接シリコンに触れることが無いので、１０００℃程度の高温で形状を保持できるものであれば、金属でもセラミックスでも何でも良い。このプレートに、両性酸化物もしくは塩基性酸化物の一方又は双方の、粉、粒又は粒と粉との混合物を水ガラス又は樹脂と混ぜて混錬したものを塗り、その後、乾燥又は焼成する。しかし、これだけでは溶融シリコンが通過する際、酸化物がひび割れ、一部が溶融シリコンと共に流出するおそれがある。そこで、酸化物の表面にさらに粒度の細かい粉のみを水ガラス又は樹脂に混ぜて混錬したものを、上述の溶融シリコン流通部材の表面に塗り、乾燥又は焼成する。このようにして得られた溶融シリコン流通部材は、もしひび割れたとしても、粉は細かく、流れ出る酸化物の量も少ない。このときの粉の径としては１ｍｍ以下が好ましい。
【００１６】
以上のように、本発明の溶融シリコン流通部材とシリコンの移送方法を用いると、溶融シリコンからのボロン除去や高純度シリコンの容器から容器への移動の際に生じるボロン汚染を効率良く、安価に防止することができる。
【００１７】
また、上述のシリコン流通部材をタンディッシュまたは樋に利用することができる。
【実施例】
【００１８】
シリコンを溶融し、溶融シリコンの入った容器を傾斜し、タンディッシュにシリコンを注ぎ出し、タンディッシュ（図３において、溶融シリコン流通経路３）を通過した後は、別の容器に注ぎ入れて凝固させる実験を試行した（図３参照）。このとき、シリコンの質量は１０ｋｇ、凝固させる容器の材質は高純度カーボンであった。以上の実験を数種類のタンディッシュについて実施した。
【００１９】
（比較例１）
径３〜７ｍｍのケイ砂の粒を水ガラスで混錬したものを骨格となるプレートに貼り付け、乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２０】
（比較例２）
比較例１のタンディッシュにさらに径５００μｍ以下の粉のみのケイ砂を水ガラスで混錬し、表面にコーティングして乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２１】
（実施例１）
平均径２〜５ｍｍのアルミナの粒を水ガラスで混錬したものを骨格となるプレートに貼り付け、乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２２】
（実施例２）
実施例１のタンディッシュにさらに平均径５００μｍ以下の粉のみのアルミナを水ガラスで混錬し、表面にコーティングして乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２３】
（実施例３）
平均径２〜５ｍｍのマグネシアの粒を水ガラスで混錬したものを骨格となるプレートに貼り付け、乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２４】
（実施例４）
実施例３のタンディッシュに、さらに径５００μｍ以下の粉のみのマグネシアを水ガラスで混錬し、表面にコーティングして乾燥させたタンディッシュを用いる方法。
【００２５】
いずれも粉や粒の質量に対する水ガラスの質量の割合は５０％、粒の層の厚みは５０ｍｍ、粉をコーティングした層の厚みは５ｍｍとした。調査した項目は、最初の容器を傾斜させ注ぎ出す直前のシリコン中のボロン濃度、凝固させた容器内でのシリコン中のボロン濃度である。
【００２６】
結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2006143495.tif 000002
【００２８】
各比較例は、通過後のボロン濃度は増加するが、実施例１および２では、ボロン濃度は少々低下し、実施例３および４では、大きく低下することが判る。
【００２９】
以上の結果より、酸性酸化物を用いた各比較例では、ボロンによる汚染が顕著であるのに対して、両性酸化物又は塩基性酸化物を用いた各実施例では、溶融シリコンからボロンが除去され、汚染が無いことも判った。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一使用例を示した図である。
【図２】本発明の一使用例を示した図である。
【図３】本発明の一使用例を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    容器、
２    シリコン、
３    溶融シリコン流通経路、
４    容器の注ぎ口、
５    溶融シリコンが触れる部分。
【図１】
2006143495.tif 000003
【図２】
2006143495.tif 000004
【図３】
2006143495.tif 000005