(57)【要約】【課題】粉砕効率が高い、アルミニウムを含むシリコン粒子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るシリコン粒子の製造方法は、アルミニウムを含むシリコン塊を加熱して６００℃以上の温度にする前処理工程と、該シリコン塊を、６００℃以上の温度に保持した状態で粉砕してシリコン粒子を得る粉砕工程と、を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを含むシリコン塊を加熱して６００℃以上の温度にする前処理工程と、
前記シリコン塊を、６００℃以上の温度に保持した状態で粉砕してシリコン粒子を得る粉砕工程と、を有するシリコン粒子の製造方法。
【請求項２】
前記前処理工程において、前記シリコン塊を不活性ガス雰囲気中で加熱する、請求項１に記載のシリコン粒子の製造方法。
【請求項３】
前記粉砕工程において、前記シリコン塊を不活性ガス雰囲気中で粉砕する、請求項１または２に記載のシリコン粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン粒子の製造方法に関し、より詳細には粉砕工程を経てアルミニウムを含有するシリコン粒子を製造するシリコン粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップの封止材用フィラーや太陽電池用シリコンなどの原料として、金属シリコンが用いられる。このような金属シリコンの製造方法として、ハロゲン化ケイ素を金属アルミニウムにより還元する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。金属シリコンは、通常、粉砕工程を経て粒状で製品化または後段の工程に供されるのが一般的である。
【０００３】
従来より、シリコン粒子を作製するための粉砕方法について、いくつかの提案がなされている。例えば、特許文献２には、比較的大きいシリコン粗粒を高圧ガス流によって高速搬送し、シリコン製ターゲット盤に衝突せしめて粉砕し、かくして所望粒径のシリコン微粒子を製造する方法が開示されている。また、特許文献３及び４には、多結晶棒状シリコンをロールクラッシャーで粉砕して所望粒径のシリコン微粒子を製造する方法が開示されている。また、特許文献５には、衝撃式粉砕機を使用して、シリコン塊を二段階で粉砕する方法、即ち衝撃式粗粉砕機による粗粉砕と衝撃式微粉砕機による微粉砕とを順次に遂行するシリコン微粒子の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−６４００６号公報
【特許文献２】米国特許第４，６９１，８６６号明細書
【特許文献３】特公昭６３−８０４４号公報
【特許文献４】特公昭６３−８０４５号公報
【特許文献５】特開平８−１０９０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のいずれの方法においても、粉砕効率の向上が求められる。粉砕効率が低いと、生産性が上がらない。また、粉砕効率が低いために粉砕を何度も繰り返すと、装置材料の磨耗などに伴う不純物の混入機会が増え、得られるシリコン粒子の汚染が問題になる。
【０００６】
本発明は、粉砕効率が高い、アルミニウムを含むシリコン粒子の製造方法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】
【０００７】
本発明に係るシリコン粒子の製造方法は、アルミニウムを含むシリコン塊を加熱して６００℃以上の温度にする前処理工程と、該シリコン塊を、６００℃以上の温度に保持した状態で粉砕してシリコン粒子を得る粉砕工程と、を有する。
【０００８】
本発明は、上記前処理工程において、好ましくは、上記シリコン塊を不活性ガス雰囲気中で加熱する。
【０００９】
本発明は、上記粉砕工程において、好ましくは、上記シリコン塊を不活性ガス雰囲気中で粉砕する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリコン粒子の製造方法によると、効率よく粉砕を行なうことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るシリコン粒子の製造方法について、好ましい実施形態を例示して詳細に説明する。本発明のシリコン粒子の製造方法は、アルミニウムを含むシリコン塊を加熱して６００℃以上の温度にする前処理工程と、前記シリコン塊を、６００℃以上の温度に保持した状態で粉砕してシリコン粒子を得る粉砕工程と、を有する。
【００１２】
（前処理工程）
前処理工程に供されるシリコン塊（以下、「原料シリコン塊」とも言う）は、アルミニウムを含むものであり、本発明に係る粉砕工程における粉砕効率の向上の効果が十分に得られるという点で、好ましくは２１０重量ｐｐｍ以上、より好ましくは１重量％以上、さらに好ましくは６重量％以上のアルミニウムを含有する。また、シリコン塊におけるアルミニウムの含有量は１５重量％以下であることが好ましい。１５重量％を超えると、アルミニウム含有シリコン塊を加熱した際、溶解したアルミニウムが加熱保持容器に比較的多量に流出し、加熱保持容器を汚染するため好ましくない。
【００１３】
原料シリコン塊としては、アルミニウムが含まれているものであれば特に限定されないが、たとえば、ハロゲン化ケイ素を金属アルミニウムで還元して得られる還元シリコンが適している。その他、いわゆるイレブンナイン以上の高純度のシリコンと金属アルミニウムとの混合融液を冷却凝固して得られるシリコン塊も本発明の製造方法で用いられる原料シリコン塊として適している。混合融液に混合される金属アルミニウムとしては、通常アルミニウムとして市販されている電解還元アルミニウム、あるいは電解還元アルミニウムを偏析凝固法、三層電解法などの方法によって精製して得られる高純度アルミニウムが用いられる。不純物による汚染が少ない原料シリコン塊が得られる点で、純度９９．９重量％、さらには９９．９５重量％以上の高純度アルミニウムが好ましく用いられる。本明細書における金属アルミニウムの純度は、金属アルミニウム１００重量％から、鉄、銅、ガリウム、チタン、ニッケル、ナトリウム、マグネシウムおよび亜鉛の合計含有量を差引いて求められる純度である。
【００１４】
前処理工程は、原料シリコン塊を、電気炉などの加熱手段で加熱することにより実施される。前処理工程は、大気雰囲気中、不活性ガス雰囲気中等で行なうことができる。アルミニウムの酸化を抑制する点で、不活性ガス雰囲気中で加熱することが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などが挙げられる。前処理工程においては、原料シリコン塊を加熱して、６００℃以上の温度にする。好ましくは８００℃以上でかつ１３５０℃以下の温度にする。１３５０℃を超えると、シリコン塊中のアルミニウムの含有量にもよるが、シリコン塊中のシリコン成分が溶解してしまう可能性があるため好ましくない。
【００１５】
（粉砕工程）
粉砕工程は、前処理工程で加熱したシリコン塊を、前処理工程における加熱後の温度範囲と同じく、６００℃以上、好ましくは８００℃以上でかつ１３５０℃以下に保持した状態で粉砕することで実施される。１３５０℃を超えると、シリコン塊中のアルミニウムの含有量にもよるが、シリコン塊中のシリコン成分が溶解してしまう可能性があるため好ましくない。
【００１６】
シリコン塊を粉砕する粉砕方法は、特に限定されない。粉砕方法として、粉砕機を用いた機械作業による粉砕方法とハンマーを用いた手作業による粉砕方法とがあり、本発明に係る粉砕工程においては、いずれであってもよい。機械作業による粉砕方法を採用する場合、粉砕機としては、たとえば、衝撃式粉砕機、打撃式粉砕機、圧粉砕機などを使用することができる。。粉砕工程は、大気雰囲気中、不活性ガス雰囲気中等で行なうことができる。アルミニウムの酸化を抑制する点で、不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。粉砕工程により、シリコン塊を粉砕してシリコン粒子が得られる。粉砕工程において、好ましくは粒径５ｍｍ以下のシリコン粒子を得る。
【００１７】
（その他）
粉砕後のシリコン粒子はそのまま手を加えずに全量採取してもよいし、サイクロンなどの分級機や篩を用いて粒径ごとに区別して採取する分級工程を行なってもよい。分級工程の後、または分級工程を経ずに酸洗浄などの洗浄を行なう洗浄工程を行なってもよい。洗浄工程においては、好ましくは粒径５０μｍ以上でかつ２ｍｍ以下のシリコン粒子を供する。粒径５０μｍ未満では、酸洗浄や水洗をする場合、洗浄液と一緒にシリコン粒子も流れてロスしてしまう可能性があり、またシリコン粒子のハンドリングが困難であり好ましくない。
【００１８】
本発明にかかる製造方法によると、効率よい粉砕を経てシリコン粒子が得られるので、生産性の向上に寄与し、また粉砕工程により生じるシリコン粒子の汚染を抑制することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１）
高純度ポリシリコン（株式会社トクヤマ製）中に、５重量％の含有量となるように金属アルミニウムを添加して溶解し、融液を冷却凝固することによって、アルミニウムを含むシリコン鋳塊を作製した。次に、このシリコン鋳塊を電気炉内に仕込み、窒素雰囲気中で炉内を昇温し、シリコン鋳塊の温度が７００℃となるまで加熱した（以下、このときの温度を「加熱温度」とする）。その後、電気炉の加熱を制御してシリコン鋳塊を７００℃に３時間保持した（以下、ここでの温度を「保持温度」とする）。
【００２１】
次に、加熱したシリコン鋳塊５０ｇを電気炉内から取り出し、取り出し後、極めて早急に粉砕処理台にシリコン鋳塊をセットし、表面温度を測定した後（以下、このときの温度を「粉砕温度」とする）、打撃粉砕した。ハンマーを用いた手作業による打撃粉砕を行なった。腕の振り上げ位置を所定の位置とし、またハンマーの振り下ろし速度を一定の速度として、全ての打撃における打撃付加応力がほぼ同じになるようにした。シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数（以下、「全打撃回数」とする）をカウントした。全打撃回数は５回であった。
【００２２】
（実施例２）
加熱温度および保持温度を８００℃とした点以外は、実施例１と同様にして加熱したシリコン鋳塊を用意した。
【００２３】
加熱したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、粉砕温度を測定し、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は３回であった。
【００２４】
（実施例３）
加熱温度および保持温度を１０００℃とした点以外は、実施例１と同様にして加熱したシリコン鋳塊を用意した。
【００２５】
加熱したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、粉砕温度を測定し、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は２回であった。
【００２６】
（実施例４）
高純度ポリシリコン中に、１０重量％の含有量となるように金属アルミニウムを添加した点以外は、実施例１と同様にして加熱したシリコン鋳塊を用意した。
【００２７】
加熱したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、粉砕温度を測定し、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は４回であった。
【００２８】
（比較例１）
加熱温度および保持温度を５００℃とした点以外は、実施例１と同様にして加熱したシリコン鋳塊を用意した。
【００２９】
加熱したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、粉砕温度を測定し、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は９回であった。
【００３０】
（比較例２）
シリコン鋳塊を加熱しなかった点以外は、実施例１と同様にしてシリコン鋳塊を用意した。
【００３１】
用意したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は１２回であった。
【００３２】
（比較例３）
高純度ポリシリコン中に、金属アルミニウムを添加しなかった点、加熱温度および保持温度を１０００℃とした点以外は、実施例１と同様にして加熱したシリコン鋳塊を用意した。
【００３３】
加熱したシリコン鋳塊５０ｇについて、実施例１と同様にして、粉砕温度を測定し、打撃粉砕を施し、シリコン鋳塊５０ｇの全量が、粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となるまで打撃を行なった。そのときの打撃回数をカウントした。全打撃回数は１２回であった。
【００３４】
実施例１〜４、および比較例１〜３の結果を表１に表す。なお、以下の評価基準にしたがって粉砕し易さの評価を行なった。
【００３５】
◎：全打撃回数が１〜３回
○：全打撃回数が４〜６回
△：全打撃回数が７〜９回
×：全打撃回数が１０回以上
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、実施例１〜４は、６回以下の打撃で、シリコン鋳塊の全量が粒径４ｍｍ以下のシリコン粒子となった。