(57)【要約】【課題】ソーラーグレードのシリコンの製造装置及び方法を提供する。【解決手段】  本発明の方法は、顆粒と顆粒の少なくとも一部に設けられた皮膜を含む出発材料を提供し、顆粒はシリカを含み、皮膜は炭素を含む。方法は、出発材料を加熱して中間体を生成し、中間体をさらに反応させてソーラーグレードのシリコンを生成することをさらに含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン製造装置（２０）であって、
チャンバー（２８）を画成する内面（２６）を有する壁（２４）を備えるハウジング（２２）と、
ハウジング（２２）に近接した熱エネルギー源であって、チャンバー（２８）に熱エネルギーを供給し得る熱エネルギー源と、
装置の一方の端部のシリカ源導入口（４６）であって、複数の顆粒を含むシリカ源をチャンバー（２８）内に導入するためチャンバー（２８）と連通したシリカ源導入口（４６）と、
装置の上記端部の炭化水素導入口（４８）であって、チャンバー（２８）内に炭化水素を導入するためチャンバー（２８）と連通した炭化水素導入口（４８）と、
装置の上記端部のガス出口（５０）であって、チャンバー（２８）からチャンバー（２８）の外側に連通し、チャンバー（２８）内からチャンバー（２８）外へガスを排出し得るガス出口（５０）と、
チャンバーの反対側端部のシリコン取出口であって、チャンバー（２８）からチャンバー（２８）の外側に連通し、生成したソーラーグレードシリコンを排出し得るシリコン取出口（５２）と
を備える装置。
【請求項２】
さらに、第１のゾーンの温度を約６００℃超に高めるように構成された第１の熱エネルギー源（４０）と、第２のゾーンの温度を約１６００℃超に高めるように構成された第２の熱エネルギー源（４２）と、第３のゾーンの温度を約２０００℃超に高めるように構成された第３の熱エネルギー源（４４）とを備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
当該装置がマルチゾーン加熱炉を備えており、該マルチゾーンの各ゾーンの温度が独立に制御可能である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
さらに、掃去ガスを流入させるためのガス導入口（５４）を当該装置の前記反対側端部に備える、請求項１記載の装置。
【請求項５】
炭化水素導入口（４８）が、管内を冷却剤が流れるように構成された内蔵管をさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記炭化水素が、アルカン、アルケン、アルキン、芳香族炭化水素又はこれらの組合せを含んでなる、請求項１記載の装置。
【請求項７】
当該装置（２０）が炭化水素を分解して複数の顆粒上に炭素を含む皮膜を形成するように構成され、複数の顆粒がシリカを含む、請求項１記載の装置。
【請求項８】
複数の顆粒のメジアン粒径が約１μｍ〜約５ｃｍである、請求項１記載の装置。
【請求項９】
複数の顆粒におけるシリカ／炭素モル比が約１：２である、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
炭化水素及びシリカ源が装置（２０）の一方の端部に連続的に供給され、ソーラーグレードシリコンが装置（２０）の反対側端部から回収される、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義にはシリコンの製造法、特にソーラーグレードのシリコンの製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる。太陽電池に用いられるシリコンは「ソーラーグレード」と呼ばれる品質のもので、その純度は約９９．９９９％を超える。ソーラーグレードのシリコンでは、元素周期律表第ＩＩＩ族及び第Ｖ族の電気活性元素、特にホウ素及びリンの含有量が極めて低いことが非常に重要である。このような不純物の存在は太陽電池の性能に悪影響を与えかねないからである。
【０００３】
太陽電池及び太陽電池を備えた装置の普及は、ソーラーグレードシリコンの入手性及びコストに大きく依存する。光電池産業では２００５年に１５０００トンを超えるシリコンが使用され、その量は毎年約３０％の割合で伸びている。ソーラーグレードのシリコンの生産方法は幾つか知られているが、その大半は加工に関して１以上の短所がある。これらの方法の幾つかはシリカのようなケイ質化合物の炭素熱還元に基づくもので、ソーラーグレードのシリコンの生産には高純度の原料が必要とされる。
【特許文献１】米国特許第４２４７５２８号明細書
【特許文献２】米国特許第４４３９４１０号明細書
【特許文献３】英国特許第２１０８１０９６号明細書
【非特許文献１】Yasuhiko SAKAGUCHI, Masato ISHIZAKI, Tetsuro KAWAHARA, Makoto FUKAI, Mitsugi YOSHIYAGAWA and Fukuo ARATANI.; “Production of High Purity Silicon by Carbothermic Reduction of Silica Using AC-arc Furnace with Heated Shaft”; ISIJ International. Vol, 32 (1992), No. 5, pp. 643-649
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、ソーラーグレードのシリコンの生産における上述の１以上の問題に対処し得る方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態では、シリコンの製造方法を提供する。本方法では、複数の顆粒を含む出発原料を準備するが、顆粒はシリカと顆粒の少なくとも一部に設けられた皮膜とを含み、皮膜は炭素を含む。本方法は、さらに、出発原料を加熱してシリカと炭化ケイ素とを含む中間体を生成させることを含む。本方法は、さらに、中間体を反応させてシリコンを生成させることを含む。
【０００６】
本発明の上記その他の特徴、態様及び効果は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって理解を深めることができよう。図面を通して、同様の部品には同様の符号を付した。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書及び特許請求の範囲では多くの用語を用いるが、以下の意味をもつものと定義される。単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書で用いる「全圧」という用語は、混合物のすべての成分の分圧の合計をいう。本明細書で用いる「分圧」という用語は、全圧に対して特定の成分の圧力をいう。
【０００８】
シリコン系太陽エネルギー産業の成長は、ソーラーグレードシリコンのコストによってある程度制約される。ソーラーグレードシリコンのコストは、加工に要するコストだけでなく、製造用の原料コストに起因する。シリコン生産用の典型的な原料には、ケイ質源と炭素源がある。低コスト原料を用いる方法では、得られたシリコンを精製するため一段と費用のかかる加工条件が必要となりかねない。本発明の実施形態では、このような問題を解決することを課題とする。
【０００９】
本発明の実施形態では、炭化水素を用いたシリカの還元によってソーラーグレードシリコンを製造する。炭化水素は、例えば高純度カーボンブラックのような他の炭素源に比べると安価である。さらに、液状又はガス状炭化水素は高純度で入手し易い。本発明のさらに別の実施形態では、顆粒状の原料の使用によって反応器内での原料の充填密度を高めるが、これによって加工コストをさらに下げることができる。
【００１０】
図面を参照すると、図１は、本発明の実施形態に係るソーラーグレードのシリコン製造法のフローチャート１０である。工程１２では、複数の顆粒と顆粒の少なくとも一部に堆積した皮膜とからなる出発原料を反応器内に仕込む。本明細書で用いる「顆粒」という用語は、例えば原料の大きなブロックのようなひとかたまりの固体とは異なり、出発原料の個々の単位をいい、本明細書で用いる用語は、ミクロン単位の微粒粉体（例えば３２５メッシュの粉体）から、センチメートル単位の粒度の材料の比較的大きなペレットまでの単位を包含する。複数の顆粒は、ある実施形態では、約１μｍ〜約１５０μｍのメジアン粒径を有する。複数の顆粒は純粋なシリカからなるものでもよく、大きなシリカ粒子の粉砕によって得てもよい。シリカの純度を高めるため、顆粒をさらに鉱酸、例えば特に限定されないが、硝酸、塩酸、フッ化水素酸、王水、ケイフッ化水素酸、硫酸、過塩素酸、リン酸及びこれらの組合せなどで洗浄してもよい。他の実施形態では、顆粒はペレットのような凝集体である。ペレットのメジアン粒径は通例センチメートル単位である。ある実施形態では、凝集体は、シリカ粉体又は粒子をバインダーと混合して混合物とし、混合物を溶媒の蒸発によるバインダーの乾燥、部分的分解又は分解に付すか、ベーキング又は加熱することによって形成される。バインダーの例としては、炭化水素、糖類、セルロース、炭水化物、ポリエチレングリコール、ポリシロキサン及びポリマー材料が挙げられる。ある実施形態では、出発原料の顆粒のメジアン粒径は約１５０μｍ〜約１ｍｍである。ある実施形態では、出発原料の顆粒のメジアン粒径は約１〜約５ｍｍである。他の実施形態では、出発原料の顆粒のメジアン粒径は約５ｍｍ〜約５ｃｍである。
【００１１】
出発原料の純度は、最終的に得られるソーラーグレードシリコンの特性に多大な影響を与える。ある実施形態では、出発原料の純度は約９９．９９９％である。別の実施形態では、出発原料の純度は約９９．９９９９％を超える。また、出発原料中のホウ素及びリンの量は所定の限度未満であるのが望ましい。典型的には、かかる上限は約５０ｐｐｂ〜約５００ｐｐｂである。
【００１２】
出発原料を準備する工程１２は、ある実施形態では、シリカを含む顆粒の少なくとも一部で炭化水素を分解することを含む。炭化水素の分解は「炭化水素のクラッキング」とも呼ばれ、炭化水素が分解して顆粒表面に炭素からなる皮膜を形成する。こうした分解反応の一例は次の化学式で表される。
【００１３】
ＣＨ４  →  Ｃ  ＋  ２Ｈ２
ここでは、炭化水素としてメタンが分解して炭素を生成して、顆粒上の皮膜として堆積する。これは水素ガスの放出を伴う。ある実施形態では、上記の反応が起こるゾーンに掃去ガスを流して水素ガスを除去する。掃去ガスの具体例としては、特に限定されないが、アルゴン、ヘリウム又は水素のような不活性ガスが挙げられる。
【００１４】
ある実施形態では、皮膜は顆粒の少なくとも一部の表面に堆積する。ある実施形態では、皮膜は、実質的にすべての顆粒の表面に堆積する。ある実施形態では、皮膜は、被覆される顆粒の表面全体を実質的に被覆する。炭素からなる皮膜をシリカからなる顆粒上に堆積させると、シリカとの以降の反応に利用可能な炭素の表面積が、こうした皮膜を用いない従来法で利用可能な表面積よりも格段に広くなり、ソーラーグレードシリコンの収率の向上につながる。本発明の実施形態では、出発原料のシリカと炭素のモル比は、分解反応全体の化学に従って、約１：２である。
【００１５】
ある実施形態では、炭化水素の分解は、約６００℃を超える温度に炭化水素を加熱することを含む。ある実施形態では、炭化水素は約１０００℃を超える温度で分解する。ある実施形態では、炭化水素は、炭化水素の直鎖、枝分れ鎖又は環状異性体、例えばアルカン、アルケン、アルキン及び芳香族炭化水素化合物からなる。好適な炭化水素の具体例としては、特に限定されないが、天然ガス、メタン、ブタン、プロパン、アセチレン又はこれらの組合せが挙げられる。ある実施形態では、炭化水素は気体である。ある実施形態では、炭化水素は周囲圧力及び温度で液体である。
【００１６】
工程１４で、出発原料を加熱して炭化ケイ素とシリカとを含む中間体を生成する。出発原料は約１６００℃を超える温度で加熱される。ある実施形態では、加熱温度は約１７５０℃を超える。中間体生成反応は次の化学式で表される。
【００１７】
３ＳｉＯ２  ＋  ６Ｃ  →  ＳｉＯ２  ＋  ２ＳｉＣ  ＋  ４ＣＯ
ここでは、シリカが炭素と反応して炭化ケイ素とシリカを生成し、一酸化炭素ガスの放出を伴う。ある実施形態では、シリカは液体シリカから実質的になる。本発明の実施形態では、一酸化炭素の分圧を、熱力学的平衡状態に必要とされる圧力よりも低く保つことによって、上記反応の平衡を中間体形成の方向（つまり上記化学式の右側）にシフトさせることができる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約５０ｋＰａ未満とする。別の実施形態では、一酸化炭素の分圧は約２５ｋＰａ未満とする。一実施形態では、前工程について述べた掃去ガスを中間体に流すことによって、一酸化炭素の分圧を保つ。掃去ガスの流速は、処理を行う反応器の設計及び構成、反応器内の材料充填密度などによって左右される。一実施形態では、反応器の全圧は約１００〜約１５０ｋＰａである。別の実施形態では、反応器の全圧は約１５０キロ〜約２００ｋＰａである。さらに別の実施形態では、反応器の全圧は約２００ｋＰａを超える。
【００１８】
工程１６で、炭化ケイ素とシリカとを含む中間体を反応させてシリコンを生成させる。中間体は概して約２０００℃を超える温度に加熱される。ある実施形態では、加熱温度は約２１００℃を超える。ソーラーグレードのシリコン生成反応は次の化学式で表される。
【００１９】
ＳｉＯ２  ＋  ２ＳｉＣ  →  ３Ｓｉ  ＋  ２ＣＯ
前工程と同様に、一酸化炭素分圧を熱力学的平衡で規定されるレベル未満に保つことによって、反応の平衡を上記化学式の右側つまりソーラーグレードシリコン生成方向にシフトさせることができる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約９０ｋＰａ未満の圧力に保たれる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約４６ｋＰａ未満の圧力に保たれる。ある実施形態では、不活性ガスからなる掃去ガスを流すことによって、一酸化炭素分圧を保つ。ある実施形態では、生成するソーラーグレードのシリコンは液体シリコンから実質的になる。
【００２０】
ある実施形態では、ソーラーグレードのシリコンを使用する前に、追加の精製工程に付す。例えば、シリコン中の炭素又は残留金属レベルを下げることが望まれることもある。例示的な精製工程は、溶融シリコン中の粒状物の沈降による除去、溶融シリコン中の粒状物の濾過による除去、溶融シリコンに酸素を吹き込むことによる精製、溶融シリコンに湿性水素を吹き込むことによる精製、ゾーン精製、方向性凝固又は真空加熱の少なくともいずれかを含む。
【００２１】
ある実施形態は、ソーラーグレードシリコンの純度は約９９．９９９％超である。別の実施形態では、ソーラーグレードシリコンの純度は約９９．９９９〜約９９．９９９９％である。ある実施形態では、ソーラーグレードシリコンの純度には、出発材料の純度が反映される。
【００２２】
一実施形態に係るソーラーグレードシリコンの製造装置２０の一例を図２に示す。ある実施形態では、装置２０は、反応器の一端から複数の顆粒を含む出発原料を受け取って、反応器の反対側端部でシリコンを含む生成物を回収するように構成された反応器である。装置２０は、導入口、出口、熱エネルギー源などの多くの部品を備える。ある実施形態では、装置２０はマルチゾーン加熱炉を備え、マルチゾーンの各ゾーンの温度は独立に制御可能である。装置２０は、壁２４を有するハウジング２２を備える。ある実施形態では、ハウジング２２は１以上の壁２４を備える。壁２４は、チャンバー２８を画成する内面２６を有する。ハウジング２２の壁２４は、ソーラーグレードシリコン製造の材料要件を満足する金属、耐火材料、グラファイト、炭化ケイ素又は溶融シリカで作られる。例示した実施形態では、装置２０の壁２４はグラファイト製である。さらに、壁２４の内面２６に不活性ライナー（図示せず）を設けてもよい。ライナー材料は、有害夾雑物の供給源とならないように選択される。ライナーによって、壁２４の内面２６への材料の堆積を防止もしくは低減させることができる。好適には、ライナーは清掃プロセスの際に壁２４から堆積物を剥ぎ取ることができるように取り外しできるものでもよい。
【００２３】
ハウジング２２の壁２４の構成（例えば、形状や大きさ）は、処理条件に応じて設定できる。その構成は部品の寸法及び数によって左右される。一実施形態では、ハウジング２２は矩形である。図示した実施形態では、装置２０は、外径約７．５ｃｍ〜約５ｍ、長さ約１〜約１０ｍの円筒形で垂直配置に構成されるが、これとは異なる寸法及び／又は形状の装置２０も使用できる。チャンバー２８は所定の容積を有する。装置２０のチャンバー２８を、各ゾーンでの反応に基づいて第１のゾーン３２、第２のゾーン３４、第３のゾーン３６の複数のゾーンに分けてもよいが、ゾーン間の物理的障壁に関しては何の条件もない。
【００２４】
チャンバー２８に熱エネルギーを供給するため、ハウジング２２の近傍に一組の熱エネルギー源４０、４２及び４４を配設してもよい。ある実施形態では、熱エネルギー源４０、４２、４４は独立に制御可能である。ある実施形態では、第１の熱エネルギー源４０、第２の熱エネルギー源４２、第３の熱エネルギー源４４は、それぞれ、第１ゾーン３２、第２ゾーン３４及び第３ゾーン３６に異なる温度を供給し得る。一実施形態では、熱エネルギーはヒーターで供給される。ヒーターは、抵抗加熱又は誘導加熱によって熱エネルギーを供給し得る。ヒーターの例としては、特に限定されないが、セラミックヒーター、モリブデンヒーター、分割炉ヒーター、３ゾーン分割炉ヒーター又は誘導加熱ヒーターが挙げられる。誘導加熱ヒーターを用いる場合、ハウジング２２の壁２４は、チャンバー２８の誘導加熱のためのサセプタとして作用し得るものである。ある実施形態では、単一熱エネルギー源をハウジング近傍に設けて、各反応ゾーンに異なる温度が供給されるように構成してもよい。
【００２５】
装置２０の上部の第１ゾーン３２の真上に、チャンバー２８に材料を流入・流出させるための一組の導入口及び出口が設けられる。シリカ源導入口４６及び炭化水素導入口４８が壁２４を貫通して延在し、それぞれシリカ源及び炭化水素を導入するためチャンバー２８と連通している。シリカ源導入口４６及び炭化水素導入口４８はグラファイト、炭化ケイ素又は耐火材料で作製し得る。
【００２６】
シリカ源導入口４６は、チャンバー２８内の雰囲気を乱さずにシリカをチャンバー２８内に導入できるように、１以上の直列のゲートバルブ（図示せず）を備えていてもよい。シリカ源導入口４６の上流には、チャンバー２８内の状態を制御するための排気手段、補充手段及び制御手段を設けてもよい。
【００２７】
炭化水素導入口４８の端部は、図２に示すようにゾーン３２の上方に位置していてもよい。ある実施形態では、炭化水素導入口４８の端部はゾーン３２内に位置していてもよい。さらに、炭化水素導入口４８は内蔵管（nested tube）を備えていてもよく、炭化水素導入口４８内の温度を下げるため内蔵管（図示せず）に冷却剤を流して炭化水素導入口４８内での炭化水素の分解を抑制してもよい。一実施形態では、冷却剤はアルゴン又はヘリウムのような気流を含む。ある実施形態では、冷却剤は、水、エチレングリコール又はプロピレングリコールのような液体を含む。
【００２８】
チャンバー２８への炭化水素の流速は、出発原料全体に均一な炭素皮膜が形成されるように調節すればよい。ガス状炭化水素の典型的な流速は約１０００〜約１０００００ｃｍ３／ｍｉｎであるが、寸法の異なる装置に対してはシリカ供給速度に応じて流速を変えてもよい。ある実施形態では、チャンバー２８に炭化水素を供給するために外部ポンプを設けてもよい。外部ポンプは、炭化水素の流速をさらに制御することができるという利点がある。
【００２９】
装置２０の上部に設けられたガス出口５０は壁２４を貫通して延在し、チャンバー２８と連通している。導入口４６、４８及びガス出口５０はグラファイト、炭化ケイ素又は耐火材料で製造し得る。また、チャンバーへの材料の流れを制御するために、バルブ（図示せず）を単独で又はマスフローコントローラーと共に、導入口４６、４８及びガス出口５０に設けてもよい。場合によっては、出発原料をさらに乾燥及び／又は精製するためのドライヤー及び／又は精製手段をシリカ源導入口４６及び炭化水素導入口４８に設けてもよい。
【００３０】
第３ゾーン３６下方の装置２０の下端には、シリコン取出口５２及びガス導入口５４が設けられる。ガス導入口５４は、実施形態によって適宜設けてもよい任意構成要素である。シリコン取出口５２及びガス導入口は壁２４を貫通して延在し、第３ゾーン３６を通してチャンバー２８と連通している。ある実施形態では、ガス導入口５４は、チャンバー２８内に掃去ガスを流すための外部ポンプを備えてもよい。シリコン取出口５２及びガス導入口５４は、グラファイト、炭化ケイ素、シリカその他ソーラーグレードシリコンの製造に適した耐火材料で作られる。チャンバー２８に出入りする物質の流れを制御するため、シリコン取出口５２及びガス導入口５４に、バルブ（図示せず）を単独で又はマスフローコントローラー、開口及びバッフルと共に設けてもよい。チャンバー２８は、混合を促進するため、１以上のバッフル、開口、フリットなどを備えていてもよい。さらに、ガス導入口５４及びシリコン取出口５２には、それぞれ掃去ガス及びソーラーグレードシリコンをさらに乾燥及び／又は精製するためのドライヤ及び／又はユースポイント精製手段を設けてもよい。
【００３１】
シリカ源導入口４６は、シリカを含む顆粒をチャンバー２８に導入する。チャンバー内での顆粒の典型的な充填密度は約１０〜約５０体積％である。第１ゾーン３２に近接した第１の熱エネルギー源４０を付勢して、チャンバー２８内の温度を上げる。第１の熱エネルギー源４０を付勢して、チャンバー２８内の温度、特に第１ゾーン３２の温度を所定の昇温速度で所定の温度に上昇させる。ある実施形態では、所定温度は６００℃を超える。ある実施形態では、所定温度は１０００℃を超える。
【００３２】
炭化水素は、炭化水素導入口４８からチャンバー２８に導入される。所定温度に達すると、特に第１ゾーン３２において、炭化水素化物が顆粒の表面で分解して炭素を含む皮膜を形成する。ある実施形態では、顆粒が第１ゾーン３２から第２ゾーン３４へと流れる際に、顆粒の大半は炭素を含む皮膜を有する。第２ゾーン３４及び第３ゾーン３６の顆粒も炭素を含む皮膜を有することがある。ある実施形態では、炭素は実質的に固体の形態にある。
【００３３】
皮膜形成後、第２の熱エネルギー源４２を付勢することによって第２ゾーン３４に熱エネルギーを供給して顆粒の温度を上昇させる。ある実施形態では、第２ゾーン３４の温度は約１６００℃を超える。ある実施形態では、第２ゾーン３４の温度は約１７５０℃を超える。シリカと炭素とを含む顆粒は、シリカと炭化ケイ素とを含む中間体を形成する。中間体の形成によって、ある実施形態では、第２ゾーン３４で一酸化ケイ素も放出される。一実施形態では、ガス導入口５４から掃去ガスを流して、一酸化炭素の分圧を約５０ｋＰａ未満に保つ。別の実施形態では、ガス導入口５４から掃去ガスを流して一酸化炭素の分圧を約２５ｋＰａ未満に保つ。掃去ガスによって、チャンバー２８内で生成した一酸化炭素がガス出口５０から除去される。掃去ガスは、水素、一酸化ケイ素のような他の不要ガス種も運び去る。掃去ガスの流速は、一酸化炭素の望ましい分圧が維持されるように調節すればよい。さらに、第２ゾーン３４で生成した気相一酸化ケイ素が第１ゾーン３２に存在する被覆顆粒上で凝縮してソーラーグレードシリコンへの変換に利用できるように、掃去ガスの流速を調節する。適宜、ガス出口５０をモニターしてガス出口５０から排出される一酸化炭素濃度を検出してもよく、チャンバー２８内の反応条件の指標となり得る。装置２０がガス導入口５４を備えていない実施形態では、反応を制御するために掃去ガスをチャンバー２８内に導入せず、他の代替技術を用いればよい。
【００３４】
第３の熱エネルギー源４４を付勢することによって熱エネルギーを供給して第３ゾーン３６の温度を上昇させる。ある実施形態では、第３ゾーン３６の温度は約２０００℃を超える。ある実施形態では、第３ゾーン３６の温度は約２１００℃を超える。中間体が反応してソーラーグレードのシリコンが生成し、一酸化炭素が放出される。実施形態によっては、中間体の反応によって、第３ゾーン３６で一酸化ケイ素も放出される。一実施形態では、ガス導入口５４から掃去ガスを流して、一酸化炭素の分圧を約９０ｋＰａ未満に保つ。別の実施形態では、ガス導入口５４から掃去ガスを流して、一酸化炭素の分圧を約４６ｋＰａ未満に保つ。掃去ガスによって、一酸化炭素はチャンバー２８からガス出口５０を通して排出される。さらに、第３ゾーン３６で生成した気相一酸化ケイ素が第１ゾーン３２に存在する被覆顆粒上で凝縮してソーラーグレードシリコンへの変換に利用できるように、掃去ガスの流速を調節してもよい。シリカと炭化ケイ素とを含む中間体が反応してシリコンを生成する。ある実施形態では、シリコンは液状である。シリコンは第３ゾーン３６の下方の装置２０の下端で集められ、シリコン取出口５２から排出すればよい。本方法は連続法でもよく、装置２０の上部から材料を連続的に供給し、ソーラーグレードシリコンからなる生成物を装置２０の下端のシリコン取出口５２から回収すればよい。
【００３５】
一実施形態では、チャンバーから溶融シリコンが排出される前に制御冷却ができるように、第３ゾーン３６とシリコン取出口５２の間に第４ゾーン（図示せず）を設けてもよい。
【００３６】
ある実施形態では、垂直配置の代わりに反応器の軸を傾ける。反応器を垂直配置から所定角度で傾ける場合、シリカ源導入口、炭化水素導入口、ガス出口は、ガス導入口及びシリコン取出口の上方に設けられる。特定の実施形態では、シリカ源導入口、炭化水素導入口、ガス出口は反応器の一方の端部に設けられ、ガス導入口及びシリコン取出口は反応器の反対側の端部に設けられる。ある実施形態では、シリカと添加した炭化水素との混合を促進するため、或いは反応器の下方への被覆顆粒の移送を促進するため、反応器を回転させてもよい。
【００３７】
本明細書では本発明の一部の特徴について例示し説明してきたが、数多くの修正及び変更は当業者には明らかであろう。従って、本願の特許請求の範囲は、そうした修正及び変更であって本発明の技術的思想に属するものをすべて包含する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコン製造法のフローチャート。
【図２】本発明の実施形態に係るシリコンの製造装置を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
２０  装置
２２  ハウジング
２４  壁
２６  内面
２８  チャンバー
３２  第１ゾーン
３４  第２ゾーン
３６  第３ゾーン
４０  第１の熱源
４２  第２の熱源
４４  第３の熱源
４６  シリカ源導入口
４８  炭化水素導入口
５０  ガス出口
５２  シリコン取出口
５４  ガス導入口
【図１】
2008037747.tif 000003
【図２】
2008037747.tif 000004