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JP4855799B2 - Method for producing granular silicon crystal - Google Patents
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Description

本発明は、粒状シリコン結晶の製造方法に関し、特に光電変換装置に用いられる粒状シリコン結晶を得るのに好適な粒状シリコン結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing granular silicon crystals, and more particularly to a method for producing granular silicon crystals suitable for obtaining granular silicon crystals used in a photoelectric conversion device.

従来、結晶シリコンウエハを用いた光電変換効率(以下、変換効率ともいう。)の高い太陽電池が実用化されている。この結晶シリコンウエハは、結晶性が良く、かつ不純物が少なくてその分布に偏りのない大型の単結晶あるいは多結晶シリコンインゴットから切り出されて作製されている。しかし、大型の単結晶あるいは多結晶シリコンインゴットは、作製するのに長時間を要するため生産性が悪く、そのためこれらのインゴットから切り出されるウエハは高価となる。したがって、大型の単結晶あるいは多結晶シリコンインゴットを必要とせず、光電変換効率で低コストな次世代太陽電池の出現が強く望まれている。   Conventionally, a solar cell having high photoelectric conversion efficiency (hereinafter also referred to as conversion efficiency) using a crystalline silicon wafer has been put into practical use. This crystalline silicon wafer is manufactured by cutting from a large single crystal or polycrystalline silicon ingot having good crystallinity, low impurities, and no uneven distribution. However, large single crystal or polycrystalline silicon ingots take a long time to produce and thus have low productivity. Therefore, wafers cut from these ingots are expensive. Therefore, the advent of next-generation solar cells that do not require large single crystal or polycrystalline silicon ingots and that have low photoelectric conversion efficiency and high cost is strongly desired.

そこで、今後の市場において有望な光電変換装置の一つとして、光電変換手段の構成要素として粒状シリコン結晶を用いた光電変換装置が注目されている。   Therefore, as one of promising photoelectric conversion devices in the future market, a photoelectric conversion device using granular silicon crystals as a constituent element of photoelectric conversion means has attracted attention.

現在、粒状シリコン結晶を作製するための原料は、単結晶シリコン材料を粉砕した結果として発生するシリコンの微小粒子や、流動床法によって気相合成された高純度シリコン等が用いられている。粒状シリコン結晶の製造方法としては、上記の原料をサイズあるいは重量によって分別を行なった後に、赤外線照射や高周波誘導加熱によって容器内で溶融し、この溶融物を液滴(粒状の融液)として自由落下させつつ固化する方法(例えば、特許文献1を参照)、または高周波プラズマ加熱溶融により球状化させる方法(例えば、特許文献2を参照)が用いられている。   At present, as raw materials for producing granular silicon crystals, fine silicon particles generated as a result of pulverizing a single crystal silicon material, high-purity silicon synthesized in a gas phase by a fluidized bed method, and the like are used. As a method for producing granular silicon crystals, after separating the above raw materials by size or weight, they are melted in a container by infrared irradiation or high-frequency induction heating, and this melt can be freely used as droplets (granular melt). A method of solidifying while dropping (for example, see Patent Document 1) or a method of making it spherical by high-frequency plasma heating and melting (for example, see Patent Document 2) is used.

国際公開第WO99/22048号パンフレットInternational Publication No. WO99 / 22048 pamphlet 米国特許第4188177号明細書U.S. Pat. No. 4,188,177

しかしながら、上記従来の粒状シリコン結晶の製造方法では、原料であるシリコンの微小粒子の重量の均一化が困難であるため、生産性が低いという問題がある。原料のシリコンの微小粒子の重量バラツキは、それから製造される粒状シリコン結晶の大きさに反映されるため、均一な重量の微小粒子から成る原料が必要とされる。しかし、100〜1000μmの粒径としてかつ粒径の分散が小さくなるように原料の微小粒子を粉砕や分級等の手法で効率よく得ることは、シリコンにおいては困難である。   However, the conventional method for producing granular silicon crystals has a problem of low productivity because it is difficult to make the weight of silicon microparticles as a raw material uniform. Since the variation in the weight of the silicon microparticles of the raw material is reflected in the size of the granular silicon crystal produced therefrom, a raw material composed of microparticles having a uniform weight is required. However, it is difficult for silicon to efficiently obtain the fine particles of the raw material by a method such as pulverization or classification so that the particle diameter is 100 to 1000 μm and the dispersion of the particle diameter becomes small.

また、粉砕によってシリコンの微小粒子を得る場合、粉砕メディアからのコンタミ(汚染)が生じることから、不純物の混入が避けられないという問題がある。   Further, when silicon fine particles are obtained by pulverization, contamination (contamination) from the pulverization media occurs, so that there is a problem that impurities cannot be avoided.

さらに、粒状シリコン結晶を得るための高周波プラズマ加熱溶融装置は非常に大きな電源等が必要であり、装置コストが高く、使用電力が大きいことから、生産コストが高くなるという問題がある。   Furthermore, a high-frequency plasma heating and melting apparatus for obtaining granular silicon crystals requires a very large power source and the like, has a problem that the apparatus cost is high and the power consumption is large, resulting in an increase in production cost.

また、シリコンの溶融物(シリコン融液)を液滴(粒状の融液)として自由落下させつつ固化する粒状シリコン結晶の製造方法においては、シリコン融液を収容した坩堝のノズル部からシリコン融液を排出滴下させる。しかし、シリコン融液中の珪素が炭化珪素や窒化珪素から成るノズル部の材料である炭素や窒素と反応して、ノズル部のノズル孔が大きくなるという問題があった。そして、この場合、短期間(1回〜2回の使用)でシリコン融液の液滴の大きさが変わり、均一な粒径の粒状シリコン結晶を生産性良く製造することができなくなるという問題があった。また、短期間でノズル部のノズル孔が変形して使用できなくなるため、ノズル部を頻繁に取り替える必要が生じ、製造コストを低下させることの障害となっていた。   In addition, in a method for producing granular silicon crystals in which a silicon melt (silicon melt) is solidly dropped as liquid droplets (granular melt), the silicon melt is melted from a nozzle portion of a crucible containing the silicon melt. Is discharged and dripped. However, there is a problem in that silicon in the silicon melt reacts with carbon and nitrogen, which are materials of the nozzle portion made of silicon carbide or silicon nitride, and the nozzle hole of the nozzle portion becomes large. In this case, the size of the droplets of the silicon melt changes in a short period (one to two times of use), and it becomes impossible to produce granular silicon crystals having a uniform particle size with high productivity. there were. In addition, since the nozzle hole of the nozzle portion is deformed and cannot be used in a short period of time, it is necessary to frequently replace the nozzle portion, which has been an obstacle to reducing the manufacturing cost.

以上より、上記従来の粒状シリコン結晶の製造方法においては、粒状シリコン結晶の生産性が低く、製造された粒状シリコン結晶の粒径バラツキが大きく、しかも製造コストが高いものとなるという問題点があった。
本発明の課題は、粒状シリコン結晶の製造方法において、粒状シリコン結晶の生産性が高く、製造された粒状シリコン結晶の粒径バラツキが小さく、しかも再現性良く粒状シリコン結晶を製造できる粒状シリコン結晶の製造方法を提供することにある。
As described above, the conventional method for producing a granular silicon crystal has problems that the productivity of the granular silicon crystal is low, the particle size variation of the produced granular silicon crystal is large, and the production cost is high. It was.
It is an object of the present invention to provide a granular silicon crystal in which a granular silicon crystal can be produced with high reproducibility, with high productivity of the granular silicon crystal, small variation in particle diameter of the produced granular silicon crystal, and high reproducibility. It is to provide a manufacturing method.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、坩堝内のシリコン融液を炭化珪素または窒化珪素から成るノズル部から粒状に排出して落下させるとともに、この粒状のシリコン融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状シリコン結晶を製造する方法において、前記坩堝内のシリコン融液に、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素源を、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素源を添加することにより、均一な大きさの融液の液滴が生成され、粒径バラツキの小さい粒状シリコン結晶を高い生産性でもって再現性良く製造することができることを見出して、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention discharged the silicon melt in the crucible in a granular form from a nozzle portion made of silicon carbide or silicon nitride and dropped it. In the method for producing granular silicon crystals by cooling and solidifying the liquid while dropping, the silicon melt in the crucible is carbonized when the nozzle portion is made of silicon carbide, and the nozzle portion is nitrided. In the case of silicon, by adding a nitrogen source, melt droplets of uniform size can be generated, and granular silicon crystals with small particle size variations can be produced with high productivity and good reproducibility. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の粒状シリコン結晶の製造方法は、以下の構成を有する。
(1)坩堝内のシリコン融液を炭化珪素または窒化珪素から成るノズル部から粒状に排出して落下させるとともに、この粒状のシリコン融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状シリコン結晶を製造する粒状シリコン結晶の製造方法であって、前記坩堝内のシリコン融液に、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素源を、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素源を添加することを特徴とする粒状シリコン結晶の製造方法。
(2)前記炭素源が炭素を含むガス、前記窒素源が窒素を含むガスであり、シリコン融液が入った前記坩堝内の雰囲気ガスに、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加することを特徴とする(1)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(3)前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、炭素を含むガスが一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスであることを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(4)前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り1×1017atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素を添加することを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(5)前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、窒素を含むガスが窒素ガスであることを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(6)前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素を添加することを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(7)シリコン融液が入った前記坩堝内の雰囲気ガスに、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加した後、前記坩堝内の雰囲気ガスの圧力を前記ガスの添加前の圧力よりも高くすることを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(8)シリコン融液に炭素または窒素を含むガスを添加するためのガス導入管は、ガス排出口がシリコン融液面から10〜300mm上方に位置していることを特徴とする(2)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(9)前記炭素源が炭化珪素粉末、前記窒素源が窒化珪素粉末であることを特徴とする(1)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(10)前記シリコン融液のシリコンは、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭化処理によりシリコン原料の表面に前記炭素源である炭化珪素膜を形成させたシリコンであり、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒化処理によりシリコン原料の表面に前記窒素源である窒化珪素膜を形成させたシリコンであることを特徴とする請求項1記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(11)前記炭素源が炭素を含む無機固形部材、前記窒素源が窒素を含む無機固形部材であり、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には前記炭素を含む無機固形部材を、前記ノズル部が窒化珪素からなる場合には前記窒素を含む無機固形部材を、前記坩堝内のシリコン融液に導入することを特徴とする(1)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(12)前記炭素を含む無機固形部材は、グラファイトまたは炭化珪素から成ることを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(13)前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り1×1017atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素を添加することを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(14)前記窒素を含む無機固形部材は、窒化珪素から成ることを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(15)前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素を添加することを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(16)前記炭素を含む無機固形部材は、前記ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、前記シリコン融液中で発生した炭化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(17)前記貫通孔の直径が80〜200μmであることを特徴とする(16)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(18)前記窒素を含む無機固形部材は、前記ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、前記シリコン融液中で発生した窒化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする(11)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
(19)前記貫通孔の直径が80〜200μmであることを特徴とする(18)に記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
That is, the manufacturing method of the granular silicon crystal of this invention has the following structures.
(1) The silicon melt in the crucible is discharged in a granular form from a nozzle portion made of silicon carbide or silicon nitride and dropped, and the granular silicon crystal is cooled and solidified by dropping the granular silicon melt. In the method for producing granular silicon crystals to be produced, the silicon melt in the crucible is supplied with a carbon source when the nozzle portion is made of silicon carbide, and with a nitrogen source when the nozzle portion is made of silicon nitride. A method for producing granular silicon crystals, characterized by comprising adding.
(2) When the carbon source is a gas containing carbon, the nitrogen source is a gas containing nitrogen, and the nozzle portion is made of silicon carbide, carbon is added to the atmosphere gas in the crucible containing silicon melt. The method for producing granular silicon crystals according to (1), wherein a gas containing nitrogen is added when the nozzle portion is made of silicon nitride.
(3) When the nozzle part is made of silicon carbide, the carbon-containing gas is carbon monoxide gas or carbon dioxide gas.
(4) When the nozzle portion is made of silicon carbide, carbon in an amount of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. (2) The manufacturing method of the granular silicon crystal as described in (2).
(5) The method for producing granular silicon crystals according to (2), wherein when the nozzle portion is made of silicon nitride, the gas containing nitrogen is nitrogen gas.
(6) When the nozzle portion is made of silicon nitride, nitrogen is added to the silicon melt in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon. (2) The manufacturing method of the granular silicon crystal as described in (2).
(7) The atmosphere gas in the crucible containing the silicon melt contains a gas containing carbon when the nozzle portion is made of silicon carbide, and a gas containing nitrogen when the nozzle portion is made of silicon nitride. After adding, the pressure of the atmospheric gas in the said crucible is made higher than the pressure before addition of the said gas, The manufacturing method of the granular silicon crystal as described in (2) characterized by the above-mentioned.
(8) The gas introduction pipe for adding a gas containing carbon or nitrogen to the silicon melt is characterized in that the gas outlet is located 10 to 300 mm above the silicon melt surface (2) The manufacturing method of the granular silicon crystal of description.
(9) The method for producing granular silicon crystals according to (1), wherein the carbon source is silicon carbide powder and the nitrogen source is silicon nitride powder.
(10) The silicon of the silicon melt is silicon obtained by forming a silicon carbide film as the carbon source on the surface of a silicon raw material by carbonization when the nozzle portion is made of silicon carbide. 2. The method for producing granular silicon crystals according to claim 1, wherein the silicon nitride is silicon in which the silicon nitride film as the nitrogen source is formed on the surface of the silicon raw material by nitriding.
(11) When the carbon source is an inorganic solid member containing carbon, the nitrogen source is an inorganic solid member containing nitrogen, and the nozzle part is made of silicon carbide, the inorganic solid member containing carbon is used as the nozzle part. In the case where is made of silicon nitride, the inorganic solid member containing nitrogen is introduced into the silicon melt in the crucible, and the method for producing granular silicon crystals according to (1).
(12) The method for producing granular silicon crystals according to (11), wherein the inorganic solid member containing carbon is made of graphite or silicon carbide.
(13) When the nozzle portion is made of silicon carbide, carbon in an amount of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. (11) The manufacturing method of the granular silicon crystal as described in (11).
(14) The method for producing granular silicon crystals according to (11), wherein the inorganic solid member containing nitrogen is made of silicon nitride.
(15) When the nozzle portion is made of silicon nitride, nitrogen in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. (11) The manufacturing method of the granular silicon crystal as described in (11).
(16) The inorganic solid member containing carbon is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and a large number of through holes that do not pass silicon carbide particles generated in the silicon melt are formed. (14) The method for producing granular silicon crystals according to (11).
(17) The method for producing a granular silicon crystal according to (16), wherein the diameter of the through hole is 80 to 200 μm.
(18) The nitrogen-containing inorganic solid member is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and a large number of through holes that do not allow the silicon nitride particles generated in the silicon melt to pass therethrough are formed. (14) The method for producing granular silicon crystals according to (11).
(19) The method for producing a granular silicon crystal according to (18), wherein the diameter of the through hole is 80 to 200 μm.

本発明の粒状シリコン結晶の製造方法は、上記(1)、(2)によれば、坩堝内の雰囲気ガスに、ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加することによって、シリコン融液には雰囲気ガス中の炭素または窒素が微量入り込むため、ノズル部の材料とシリコン融液との反応が抑制され、ノズル部の形状の変化を抑えることができる。その結果、均一な大きさの融液の液滴が生成され、粒径バラツキの小さい粒状シリコン結晶を高い生産性でもって再現性良く製造することができる。また、粒状シリコン結晶の粒径バラツキが小さいことから均一な結晶成長が実現できるため、結晶品質のバラツキが小さい粒状シリコン結晶を製造することができる。   According to the method for producing a granular silicon crystal of the present invention, according to the above (1) and (2), when the nozzle portion is made of silicon carbide, the atmosphere gas in the crucible is carbonized, and the nozzle portion is nitrided. In the case of silicon, by adding a nitrogen-containing gas, a slight amount of carbon or nitrogen in the atmosphere gas enters the silicon melt, so that the reaction between the nozzle material and the silicon melt is suppressed, and the nozzle portion It is possible to suppress changes in the shape of the. As a result, melt droplets of uniform size are generated, and granular silicon crystals with small particle size variations can be manufactured with high productivity and good reproducibility. In addition, since the grain size variation of the granular silicon crystal is small, uniform crystal growth can be realized, so that a granular silicon crystal with small variation in crystal quality can be manufactured.

上記(3)、(4)によれば、ノズル部が炭化珪素から成る場合、炭素を含むガスが一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスであることにより、これらのガスは還元性の強いシリコン融液に溶け込み易く、容易に炭素添加できるという効果がある。   According to the above (3) and (4), when the nozzle portion is made of silicon carbide, the gas containing carbon is carbon monoxide gas or carbon dioxide gas. It has an effect that it can be easily dissolved in carbon and can be easily added with carbon.

上記(5)、(6)によれば、ノズル部が窒化珪素から成る場合、窒素を含むガスが窒素ガスであることにより、窒素ガスが酸素を含まないためシリコン融液の酸素濃度の増大を抑制できるという効果がある。   According to the above (5) and (6), when the nozzle portion is made of silicon nitride, the gas containing nitrogen is nitrogen gas, so that the nitrogen gas does not contain oxygen, so that the oxygen concentration of the silicon melt is increased. There is an effect that it can be suppressed.

上記(7)、(8)によれば、シリコン融液が入った坩堝内の雰囲気ガスに、ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加した後、坩堝内の雰囲気ガスの圧力を上記ガスの添加前の圧力よりも高くすることから、また、前記ガスの導入管の排出口である下端がシリコン融液面より上方に位置していることから、雰囲気ガス中の炭素または窒素がシリコン融液中に効率的に入り込むことができる。   According to the above (7) and (8), when the nozzle part is made of silicon carbide, the atmosphere gas in the crucible containing the silicon melt contains carbon-containing gas, and when the nozzle part is made of silicon nitride. After adding the gas containing nitrogen, the pressure of the atmospheric gas in the crucible is made higher than the pressure before the addition of the gas, and the lower end which is the discharge port of the gas introduction pipe is the silicon melt surface. Since it is located at a higher position, carbon or nitrogen in the atmospheric gas can efficiently enter the silicon melt.

上記(9)によれば、前記炭素源が炭化珪素粉末、前記窒素源が窒化珪素粉末であることにより、炭素源または窒素源の添加方法が簡易で、かつそれらの添加量の調整が容易にできるという効果がある。   According to the above (9), since the carbon source is silicon carbide powder and the nitrogen source is silicon nitride powder, the addition method of the carbon source or the nitrogen source is simple, and the adjustment of the addition amount is easy. There is an effect that can be done.

上記(10)によれば、炭素源として炭化処理によりシリコン原料表面へ形成させた炭化珪素膜を有するシリコンを用いるため、または窒素源として窒化処理によりシリコン原料表面へ形成させた窒化珪素膜を有するシリコンを用いるため、不純物の混入を低減でき、また炭素または窒素の添加量の調整が容易にできるという効果がある。     According to the above (10), silicon having a silicon carbide film formed on the surface of the silicon raw material by carbonization treatment is used as the carbon source, or the silicon nitride film formed on the surface of the silicon raw material by nitriding treatment is used as the nitrogen source. Since silicon is used, there are effects that contamination of impurities can be reduced and the amount of carbon or nitrogen added can be easily adjusted.

また、本発明の粒状シリコン結晶の製造方法は、上記(11)によれば、坩堝内の炭化珪素または窒化珪素から成るノズル部からシリコン融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状のシリコン融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状シリコン結晶を製造する粒状シリコン結晶の製造方法であって、ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含む無機固形部材を、ノズル部が窒化珪素からなる場合には窒素を含む無機固形部材を、坩堝内のシリコン融液に導入することから、シリコン融液には無機固形部材の炭素または窒素が微量かつ飽和濃度程度入り込むため、シリコン融液中の珪素はその殆どがノズル部とは反応せずに無機固形部材に由来する炭素または窒素と反応して、反応したものは炭化珪素または窒化珪素の形態でシリコン融液中に存在することとなり、シリコン融液中の珪素がノズル部の材料である炭素や珪素と反応することを大幅に抑制することができる。   According to the method for producing granular silicon crystals of the present invention, according to the above (11), the silicon melt is discharged in a granular form from the nozzle portion made of silicon carbide or silicon nitride in the crucible and dropped. A granular silicon crystal manufacturing method for manufacturing granular silicon crystals by cooling and solidifying a silicon melt while falling, and when the nozzle portion is made of silicon carbide, an inorganic solid member containing carbon is used for the nozzle portion. When silicon is made of silicon nitride, since an inorganic solid member containing nitrogen is introduced into the silicon melt in the crucible, carbon or nitrogen of the inorganic solid member enters the silicon melt in a trace amount and at a saturation concentration. Most of the silicon in the melt does not react with the nozzle part but reacts with carbon or nitrogen derived from the inorganic solid member, and the reacted silicon carbide or silicon nitride Morphology will be present in the silicon melt, that silicon in the silicon melt reacts with the carbon and silicon which is the material of the nozzle portion can be significantly suppressed.

その結果、ノズル部の形状の変化を抑えることができ、長期にわたって均一な大きさの融液の液滴が生成され、粒径バラツキの小さい粒状シリコン結晶を高い生産性でもって再現性良く製造することができる。また、粒状シリコン結晶の粒径バラツキが小さいことから均一な結晶成長が実現できるため、結晶品質のバラツキが小さい粒状シリコン結晶を製造することができる。   As a result, it is possible to suppress changes in the shape of the nozzle portion, and to produce melt droplets of a uniform size over a long period of time, and to produce granular silicon crystals with small particle size variations with high productivity and high reproducibility. be able to. In addition, since the grain size variation of the granular silicon crystal is small, uniform crystal growth can be realized, so that a granular silicon crystal with small variation in crystal quality can be manufactured.

上記(12)、(13)によれば、炭素を含む無機固形部材は、グラファイトまたは炭化珪素から成ることにより、無機固形部材の炭素または炭化珪素が反応性の強いシリコン融液に溶け込み、容易に固溶限度(飽和濃度)近くまで炭素が添加され、その結果シリコン融液中において殆どが珪素反応して炭化珪素の形態となるという効果がある。   According to the above (12) and (13), the inorganic solid member containing carbon is made of graphite or silicon carbide, so that the carbon or silicon carbide of the inorganic solid member dissolves in the highly reactive silicon melt and easily Carbon is added to near the solid solution limit (saturation concentration), and as a result, there is an effect that most of the silicon reacts in the silicon melt to form silicon carbide.

上記(14)、(15)によれば、窒素を含む無機固形部材は、窒化珪素から成ることにより、無機固形部材の窒素または窒化珪素が反応性の強いシリコン融液に溶け込み、容易に固溶限度近くまで窒素が添加され、その結果シリコン融液中において殆どが珪素と反応して窒化珪素の形態となるという効果がある。   According to the above (14) and (15), the inorganic solid member containing nitrogen is made of silicon nitride, so that nitrogen or silicon nitride of the inorganic solid member dissolves in the highly reactive silicon melt and easily dissolves. Nitrogen is added to near the limit, and as a result, most of the silicon melt reacts with silicon to form silicon nitride.

上記(16)、(17)によれば、炭素を含む無機固形部材は、ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、シリコン融液中で発生した炭化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることから、シリコン融液中に存在する大きな炭化珪素粒子の大部分がノズル部側へ達するのを防ぐことができるため、シリコン融液を排出するノズル部のノズル孔の目詰まりを抑えて、より安定した生産が可能となる。   According to the above (16) and (17), the carbon-containing inorganic solid member is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and does not pass silicon carbide particles generated in the silicon melt. Since a large number of through-holes are formed, it is possible to prevent most of the large silicon carbide particles present in the silicon melt from reaching the nozzle portion, so the nozzle of the nozzle portion that discharges the silicon melt Stable production is possible by suppressing clogging of holes.

上記(18)、(19)によれば、窒素を含む無機固形部材は、前記ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、前記シリコン融液中で発生した窒化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることから、シリコン融液中に存在する大きな窒化珪素粒子の大部分がノズル部側へ達するのを防ぐことができるため、シリコン融液を排出するノズル部のノズル孔の目詰まりを抑えて、より安定した生産が可能となる。   According to the above (18) and (19), the inorganic solid member containing nitrogen is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and the silicon nitride particles generated in the silicon melt are removed. Since a large number of through-holes that do not pass are formed, it is possible to prevent most of the large silicon nitride particles present in the silicon melt from reaching the nozzle portion side, so that the nozzle portion that discharges the silicon melt Stable production is possible by suppressing clogging of the nozzle holes.

本発明の粒状シリコン結晶の製造方法について実施の形態を図面に基づいて以下に詳細に説明する。   Embodiments of the method for producing granular silicon crystals of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の粒状シリコン結晶の製造方法の実施の形態の一例における製造装置の概略構成を示す断面図である。図1において、1は坩堝、1aは坩堝1の底部に設けられたノズル部、2は坩堝1の下方に長手方向が上下方向となるように配置された管、3は坩堝1に設けた石英等から成るガス導入管、4は粒状シリコンの融液、5は粒状シリコン結晶をそれぞれ示す。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a manufacturing apparatus in an example of an embodiment of a method for manufacturing a granular silicon crystal of the present invention. In FIG. 1, 1 is a crucible, 1 a is a nozzle part provided at the bottom of the crucible 1, 2 is a tube arranged below the crucible 1 so that the longitudinal direction is the vertical direction, and 3 is a quartz provided in the crucible 1. Etc., 4 is a granular silicon melt, and 5 is a granular silicon crystal.

(坩堝)
坩堝1は、原料のシリコン粒子を加熱溶融してシリコン融液とするとともに、底部のノズル部1aから粒状シリコンの融液4として排出するための容器である。坩堝1内で加熱溶融されたシリコン融液は、ノズル部1aより管2中へ排出され、粒状シリコンの融液4となって管2の内側を落下する。坩堝1は、シリコンの融点より高い融点を有する材料から成る。また坩堝1は、シリコン融液との反応性が小さい材料からなることが好ましく、シリコン融液との反応が大きい場合、坩堝1の材料が不純物として粒状シリコン結晶5中へ多量に混入することとなるため好ましくない。
(crucible)
The crucible 1 is a container for heating and melting silicon particles as a raw material to form a silicon melt and discharging it from the nozzle portion 1a at the bottom as a granular silicon melt 4. The silicon melt heated and melted in the crucible 1 is discharged from the nozzle portion 1 a into the tube 2, and becomes a granular silicon melt 4 that falls inside the tube 2. The crucible 1 is made of a material having a melting point higher than that of silicon. The crucible 1 is preferably made of a material having low reactivity with the silicon melt, and when the reaction with the silicon melt is large, the material of the crucible 1 is mixed in the granular silicon crystal 5 as impurities. Therefore, it is not preferable.

例えば、坩堝1の材料としては、炭素、炭化珪素質焼結体、炭化珪素結晶体、窒化ホウ素質焼結体、酸窒化珪素質焼結体、石英、水晶、窒化珪素質焼結体、酸化アルミニウム質焼結体、サファイア、酸化マグネシウム質焼結体等が好ましい。また、これらの材料の複合体、混合体または化合体であってもよい。また、上記材料から成る基体の表面に炭化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜をコーティングしてもよい。また、坩堝1内において原料を融点以上に加熱する加熱方法としては、電磁誘導加熱や抵抗加熱等が好適である。   For example, the material of the crucible 1 is carbon, silicon carbide sintered body, silicon carbide crystal, boron nitride sintered body, silicon oxynitride sintered body, quartz, crystal, silicon nitride sintered body, oxidation Aluminum sintered bodies, sapphire, magnesium oxide sintered bodies and the like are preferable. Moreover, the composite of these materials, a mixture, or a combination may be sufficient. Further, a silicon carbide film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film may be coated on the surface of the base made of the above material. Moreover, as a heating method for heating the raw material to the melting point or more in the crucible 1, electromagnetic induction heating, resistance heating, or the like is suitable.

ノズル部1aは、炭化珪素(炭化珪素結晶体または炭化珪素質焼結体)または窒化珪素(窒化珪素質焼結体)から成る。ノズル部1aに形成されるノズル孔は、80〜200μmの直径、0.5〜2mmの長さを有する円柱形であるのがよい。また、前記ノズル孔の形状は、その排出口の横断面が略円形を有するものであれば、略円錐形であってもよく、特に限定されものではない。   The nozzle portion 1a is made of silicon carbide (silicon carbide crystal or silicon carbide sintered body) or silicon nitride (silicon nitride sintered body). The nozzle hole formed in the nozzle part 1a is good in the column shape which has a diameter of 80-200 micrometers and a length of 0.5-2 mm. Further, the shape of the nozzle hole may be substantially conical as long as the cross section of the discharge port has a substantially circular shape, and is not particularly limited.

(炭素源)
ノズル部1aの材料が炭化珪素(炭化珪素結晶体または炭化珪素質焼結体)であるとき、坩堝1内の雰囲気ガスに炭素を含むガスを混入させ添加する。雰囲気ガスに炭素を添加しない場合、雰囲気ガスからシリコン融液に炭素が微量入り込むことがないため、炭素が含まれないシリコン融液とノズル部1aとの反応が大きくなり、ノズル部1aの形状が変化する。その結果、例えばノズル部1aのノズル孔が大きくなり、粒状シリコンの融液4の大きさが時間とともに大きくなり、必要とする粒径の粒状シリコン結晶5を得ることが難しくなる。さらに、ノズル孔が大きくなると、粒状シリコンの融液4が凝固する前に管2の底に到達し、粒状シリコン結晶5として得ることができなくなる。
(Carbon source)
When the material of the nozzle portion 1a is silicon carbide (silicon carbide crystal or silicon carbide sintered body), a gas containing carbon is mixed into the atmospheric gas in the crucible 1 and added. When carbon is not added to the atmospheric gas, a small amount of carbon does not enter the silicon melt from the atmospheric gas, so that the reaction between the silicon melt not containing carbon and the nozzle portion 1a increases, and the shape of the nozzle portion 1a is Change. As a result, for example, the nozzle hole of the nozzle portion 1a becomes large, the size of the granular silicon melt 4 increases with time, and it becomes difficult to obtain the granular silicon crystal 5 having a required particle size. Further, when the nozzle hole is enlarged, the granular silicon melt 4 reaches the bottom of the tube 2 before solidifying and cannot be obtained as the granular silicon crystal 5.

このとき、シリコン融液への炭素供給源としての炭素を含むガスとしては、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス、アセチレンガス、メチレンガス、メタノールガス、エタノールガス等のガスであることが好ましい。特には一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスがよく、これらのガスは還元性の高いシリコン融液への溶解が容易であるという利点がある。   At this time, the gas containing carbon as a carbon supply source to the silicon melt is preferably a gas such as carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, methane gas, acetylene gas, methylene gas, methanol gas, and ethanol gas. . In particular, carbon monoxide gas or carbon dioxide gas is preferable, and these gases have an advantage that they can be easily dissolved in a highly reducible silicon melt.

炭素を含むガスを、坩堝1内に供給している雰囲気ガスとしてのアルゴンガスに混入し添加する。すなわち、ガス導入管3を通して坩堝1内の雰囲気ガスに添加し、雰囲気ガスからシリコン融液に微量入り込ませることにより、粒状シリコン結晶5の結晶品質を大幅に低下させる量の不純物として炭素を混入させることなく、シリコン融液へ炭素を微量入り込ませることができる。その結果、ノズル孔の拡大を抑えることができ、高純度で高品質の粒状シリコン結晶5を得ることができる。   A gas containing carbon is mixed and added to an argon gas as an atmospheric gas supplied into the crucible 1. That is, carbon is mixed as an impurity in an amount that greatly reduces the crystal quality of the granular silicon crystal 5 by being added to the atmospheric gas in the crucible 1 through the gas introduction pipe 3 and entering the silicon melt from the atmospheric gas in a small amount. It is possible to allow a small amount of carbon to enter the silicon melt. As a result, enlargement of the nozzle holes can be suppressed, and high-quality and high-quality granular silicon crystals 5 can be obtained.

シリコン融液に雰囲気ガスから炭素を微量入り込ませるに際して、シリコン1cm3当り1×1017atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素が添加されるようにするのがよい。1×1017atoms/cm3未満では、ノズル孔の炭化珪素がシリコン融液中に溶出し、ノズル孔径が拡大し易くなり、1×1019atoms/cm3を超えると、シリコン融液中で炭化珪素粒子が析出し、凝集してノズル孔をふさいでしまい易くなる。シリコン融液中に前記範囲内の炭素を添加するには、アルゴンガスに添加する炭素を含むガスの量を制御することにより、融液中での炭素量を調整する。 When introducing a small amount of carbon from the atmospheric gas into the silicon melt, it is preferable to add carbon in an amount of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon. If it is less than 1 × 10 17 atoms / cm 3 , silicon carbide in the nozzle hole is eluted in the silicon melt, and the nozzle hole diameter is likely to be increased. If it exceeds 1 × 10 19 atoms / cm 3 , Silicon carbide particles are likely to precipitate and aggregate to block the nozzle holes. In order to add carbon within the above range to the silicon melt, the amount of carbon in the melt is adjusted by controlling the amount of gas containing carbon added to the argon gas.

また、シリコン融液に炭素を添加するためのガス導入管3は、ガスの排出口である下端がシリコン融液面から10〜300mm上方に位置していることが好ましい。10mm未満では、シリコン融液表面の搖動によってシリコン融液と直接接触してガス導入管3の材質が溶出してしまうこととなり、300mmを超えると、シリコン融液表面へ炭素添加用のガスが届かず炭素が添加不足になる。   Moreover, it is preferable that the gas inlet tube 3 for adding carbon to a silicon melt has a lower end which is a gas discharge port located 10 to 300 mm above the silicon melt surface. If the thickness is less than 10 mm, the material of the gas introduction tube 3 is eluted by direct contact with the silicon melt due to the vibration of the surface of the silicon melt. If the thickness exceeds 300 mm, the gas for adding carbon reaches the surface of the silicon melt. Not enough carbon is added.

(窒素源)
また、ノズル1aが窒化珪素質焼結体から成るとき、坩堝1内の雰囲気ガスに窒素を含むガスを添加することによってシリコン融液に窒素を微量入り込ませる。シリコン融液に窒素を微量入り込ませない場合、シリコンとノズル部1aとの反応が大きいためノズル部1aの形状が変化する。その結果、ノズル部1aのノズル孔が大きくなり、粒状シリコンの融液4の大きさが時間とともに大きくなり、必要とする粒径の粒状シリコン結晶5を得ることが難しくなる。さらに、ノズル孔が大きくなると、粒状シリコンの融液4が凝固する前に管2の底に到達し、粒状シリコン結晶5として得ることができなくなる。
(Nitrogen source)
When the nozzle 1a is made of a silicon nitride sintered body, a small amount of nitrogen is introduced into the silicon melt by adding a gas containing nitrogen to the atmospheric gas in the crucible 1. When a small amount of nitrogen is not allowed to enter the silicon melt, the shape of the nozzle portion 1a changes because the reaction between silicon and the nozzle portion 1a is large. As a result, the nozzle hole of the nozzle portion 1a becomes large, the size of the granular silicon melt 4 increases with time, and it becomes difficult to obtain the granular silicon crystal 5 having a required particle size. Further, when the nozzle hole is enlarged, the granular silicon melt 4 reaches the bottom of the tube 2 before solidifying and cannot be obtained as the granular silicon crystal 5.

このとき、シリコン融液への窒素供給源としての窒素を含むガスとしては、窒素ガス、酸化窒素ガス、アンモニアガス等のガスであることが好ましい。特には窒素ガスがよく、窒素ガスの場合、シリコン融液の酸素濃度の増大を抑制できるという利点がある。   At this time, the gas containing nitrogen as a nitrogen supply source to the silicon melt is preferably a gas such as nitrogen gas, nitrogen oxide gas, or ammonia gas. Nitrogen gas is particularly good, and nitrogen gas has the advantage that an increase in the oxygen concentration of the silicon melt can be suppressed.

窒素を含むガスを、坩堝1内に供給している雰囲気ガスとしてのアルゴンガスに混入して添加する。すなわち、窒素を含むガスをガス導入管3から坩堝1内の雰囲気ガスに添加し、雰囲気ガス中の窒素をシリコン融液に微量入り込ませることにより、ノズル部1aのノズル孔の拡大を抑えることができる。その結果、粒状シリコン結晶5の結晶品質を大幅に低下させる量の不純物として窒素を混入させることなく、シリコン融液へ窒素を微量入り込ませることができるため、高純度で高品質の粒状シリコン結晶5を得ることができる。   Nitrogen-containing gas is added to the argon gas as the atmospheric gas supplied in the crucible 1 and added. That is, by adding a gas containing nitrogen from the gas introduction pipe 3 to the atmospheric gas in the crucible 1 and causing a slight amount of nitrogen in the atmospheric gas to enter the silicon melt, it is possible to suppress the expansion of the nozzle hole of the nozzle portion 1a. it can. As a result, since a small amount of nitrogen can be introduced into the silicon melt without mixing nitrogen as an amount of impurities that greatly reduces the crystal quality of the granular silicon crystal 5, high-quality and high-quality granular silicon crystal 5 Can be obtained.

シリコン融液に雰囲気ガスから窒素を微量入り込ませるに際して、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素が添加されるようにするのがよい。2×1017atoms/cm3未満では、ノズル孔の窒化珪素がシリコン融液中に溶出し、ノズル孔径が拡大し易くなり、2×1019atoms/cm3を超えると、ノズル部1aのシリコン融液側の部位に窒化珪素粒子が析出し、ノズル孔をふさいでしまい易くなる。シリコン融液中に前記範囲内の窒素を添加するには、アルゴンガスに添加する窒素を含むガスの量を制御することにより、融液中での窒素量を調整する。 When introducing a slight amount of nitrogen from the atmospheric gas into the silicon melt, it is preferable to add nitrogen in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon. Is less than 2 × 10 17 atoms / cm 3 , the silicon nitride of the nozzle hole is eluted into the silicon melt, easily expanded nozzle hole diameter is more than 2 × 10 19 atoms / cm 3 , the silicon of the nozzle portion 1a Silicon nitride particles are deposited on the melt side, and the nozzle holes are easily blocked. In order to add nitrogen within the above range to the silicon melt, the amount of nitrogen in the melt is adjusted by controlling the amount of nitrogen-containing gas added to the argon gas.

また、シリコン融液に窒素を添加するためのガス導入管3は、ガスの排出口である下端がシリコン融液の液面から10〜300mm上方に位置していることが好ましい。10mm未満では、シリコン融液の液面の搖動によってシリコン融液とガス導入管3の下端とが直接接触してガス導入管3の材質が溶出してしまうこととなり、300mmを超えると、シリコン融液の液面へ窒素添加用のガスが届かず、窒素が添加不足になり易い。   Moreover, it is preferable that the gas introduction pipe | tube 3 for adding nitrogen to a silicon melt has the lower end which is a gas discharge port located 10-300 mm above the liquid level of a silicon melt. If the thickness is less than 10 mm, the silicon melt and the lower end of the gas introduction pipe 3 are in direct contact with each other due to the peristaltic movement of the silicon melt, and the material of the gas introduction pipe 3 is eluted. Nitrogen addition gas does not reach the liquid surface, and nitrogen tends to be insufficiently added.

本発明において、シリコン融液が入った坩堝1内の雰囲気ガスに、ノズル部1aが炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、ノズル部1aが窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加した後、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を上記ガスの添加前の圧力よりも高くすることが好ましい。この場合、雰囲気ガス中の炭素または窒素がシリコン融液中に効率的に入り込むこととなる。また、この場合、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、石英製の管2内の圧力と比較した場合には管2内の圧力よりも0.01〜0.1MPa程度高くすることがよく、0.01MPa未満では、雰囲気ガス中の炭素または窒素をシリコン融液中に効率的に入り込ませることが困難になり、0.1MPaを超えると、炭素または窒素がシリコン融液中に結晶品質を低下させるような量の不純物として入り込むこととなる。
なお、前記雰囲気ガスの圧力は、油圧式や電動式のピストンおよびシリンダーを有するもの、圧縮ポンプ等を用いて変化させることができる。
In the present invention, the atmospheric gas in the crucible 1 containing the silicon melt contains a gas containing carbon when the nozzle portion 1a is made of silicon carbide, and a nitrogen containing gas when the nozzle portion 1a is made of silicon nitride. After adding, it is preferable to make the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 higher than the pressure before the addition of the gas. In this case, carbon or nitrogen in the atmospheric gas efficiently enters the silicon melt. In this case, when the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is compared with the pressure in the quartz tube 2, the pressure in the tube 2 is preferably about 0.01 to 0.1 MPa higher, If it is less than 0.01 MPa, it becomes difficult to efficiently enter carbon or nitrogen in the atmosphere gas into the silicon melt, and if it exceeds 0.1 MPa, the carbon or nitrogen deteriorates the crystal quality in the silicon melt. It will enter as an amount of impurities.
The pressure of the atmospheric gas can be changed using a hydraulic or electric piston and cylinder, a compression pump, or the like.

(管)
また本発明において、坩堝1のノズル部1aから下方に向けて延びるように長手方向が上下方向となるように配置された管2は、ノズル部1aから排出された粒状シリコンの融液4を落下中に冷却して凝固させる容器である。この管2の内部は所望の雰囲気ガスで所望の圧力に制御されている。この所望の雰囲気ガスとしてはヘリウムガスまたはアルゴンガスが好ましい。ヘリウムガスまたはアルゴンガスは不活性ガスであり、粒状シリコンの融液4への雰囲気ガスからの不純物混入を防ぐことができる。さらに、ヘリウムガスまたはアルゴンガスは、シリコン融液4との反応性が小さく、粒状シリコンの融液4が凝固して結晶化する際の妨げとなる溶融4表面における反応層の形成が抑制でき、好ましい。また、ヘリウムガスまたはアルゴンガスの圧力は、そのガス流入量とガス排出量を調整することにより制御することができる。
(tube)
Further, in the present invention, the pipe 2 arranged so that the longitudinal direction extends vertically from the nozzle portion 1a of the crucible 1 drops the granular silicon melt 4 discharged from the nozzle portion 1a. It is a container that cools and solidifies. The inside of the tube 2 is controlled to a desired pressure with a desired atmospheric gas. The desired atmospheric gas is preferably helium gas or argon gas. The helium gas or argon gas is an inert gas, and can prevent impurities from being mixed into the granular silicon melt 4 from the atmospheric gas. Furthermore, helium gas or argon gas has low reactivity with the silicon melt 4 and can suppress the formation of a reaction layer on the surface of the melt 4 that hinders the solid silicon melt 4 from solidifying and crystallizing. preferable. The pressure of helium gas or argon gas can be controlled by adjusting the gas inflow and gas discharge.

また、管2はシリコンの融点よりも高い融点を有する材料から成ることが好ましく、または管2自身を冷却するための冷却構造(図示せず)を有することが好ましい。   The tube 2 is preferably made of a material having a melting point higher than that of silicon, or preferably has a cooling structure (not shown) for cooling the tube 2 itself.

管2の材料がシリコンの融点よりも高い融点を有するものである場合には、粒状シリコンの融液4が斜め方向に排出されて管3の内壁に衝突したとしても、管2がその材料の融点以上に加熱されることはなく、管2の材料が衝突した粒状シリコンの融液4中へ不純物として混入することがない。   When the material of the tube 2 has a melting point higher than that of silicon, even if the granular silicon melt 4 is discharged obliquely and collides with the inner wall of the tube 3, the tube 2 is made of the material. It is not heated above its melting point, and is not mixed as impurities into the granular silicon melt 4 collided with the material of the tube 2.

また、管2の材料の融点がシリコンの融点よりも低いときには、粒状シリコンの融液4が斜め方向に排出されて管2の内壁に衝突した際に、管2がその材料の融点以上に加熱されることとなり、衝突した粒状シリコンの融液4中へ管2の材料が不純物として混入することがあるため好ましくないが、この場合、管2にそれ自体を冷却するための冷却構造を付加して、融液4の衝突によって管2が材料の融点以上に加熱されないようにすることができ、融液4中への不純物の混入を回避することが可能である。   When the melting point of the material of the tube 2 is lower than the melting point of silicon, when the granular silicon melt 4 is discharged in an oblique direction and collides with the inner wall of the tube 2, the tube 2 is heated above the melting point of the material. However, the material of the tube 2 may be mixed as impurities into the collapsible granular silicon melt 4. However, in this case, a cooling structure for cooling the tube 2 itself is added to the tube 2. Thus, the collision of the melt 4 can prevent the tube 2 from being heated above the melting point of the material, and it is possible to avoid contamination of the melt 4 with impurities.

管2の材料としては、シリコンより高融点のものである場合、炭素、炭化珪素質焼結体、炭化珪素結晶体、窒化ホウ素質焼結体、酸窒化珪素質焼結体、石英、水晶、窒化珪素質焼結体、酸化アルミニウム質焼結体、サファイア、酸化マグネシウム質焼結体等が好ましい。また、これらの材料の複合体、混合体または化合体であってもよい。また、上記の材料から成る基体の表面に炭化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜をコーティングしてもよい。   As the material of the tube 2, when it has a melting point higher than that of silicon, carbon, silicon carbide sintered body, silicon carbide crystal, boron nitride sintered body, silicon oxynitride sintered body, quartz, crystal, A silicon nitride sintered body, an aluminum oxide sintered body, sapphire, a magnesium oxide sintered body and the like are preferable. Moreover, the composite of these materials, a mixture, or a combination may be sufficient. In addition, a silicon carbide film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film may be coated on the surface of the substrate made of the above material.

また、管2の材料がステンレス,アルミニウム等のシリコンより低融点のものである場合、例えば二重管構造や水冷ジャケット等で水冷された管2であることが好ましい。   When the material of the tube 2 is a material having a lower melting point than that of silicon such as stainless steel or aluminum, it is preferable that the tube 2 is water-cooled with a double tube structure or a water-cooling jacket.

なお、前記したシリコン融液への炭素または窒素供給源としての炭素または窒素を含むガスに代えて、炭化珪素または窒化珪素の粉末を添加することができる。この場合、前記粉末の添加は、シリコン融液に直接添加してもよいし、また、予めシリコン原料に前記粉末を添加したものを坩堝1に入れて溶融させてもよい。シリコン原料またはシリコン融液に前記粉末を添加する場合、前記各粉末の添加量を飽和濃度以下になるように調整するとともに、前記粉末を成形して大きくし(例えば粒径が500μm以上)、ノズル孔をメッシュ状の炭化珪素または窒化珪素からなる部材で覆う必要がある。この場合、前記メッシュ状の孔は80〜200μmであるのがよい。これにより、シリコン融液に添加された粉末が溶けないまま吐出されて製品に混入することがなく特性低下を防ぐことができる。   Note that silicon carbide or silicon nitride powder can be added in place of the gas containing carbon or nitrogen as a supply source of carbon or nitrogen to the silicon melt. In this case, the powder may be added directly to the silicon melt, or a material obtained by adding the powder to a silicon raw material in advance may be put in the crucible 1 and melted. When adding the powder to the silicon raw material or silicon melt, the amount of each powder added is adjusted so as to be equal to or lower than the saturation concentration, and the powder is molded and enlarged (for example, the particle size is 500 μm or more), and the nozzle It is necessary to cover the hole with a member made of mesh-like silicon carbide or silicon nitride. In this case, the mesh-shaped hole is preferably 80 to 200 μm. As a result, the powder added to the silicon melt is discharged without being melted and mixed into the product, thereby preventing deterioration of characteristics.

また、前記したシリコン融液への炭素または窒素供給源としての炭素または窒素は、予めシリコン原料表面に炭化珪素膜または窒化珪素膜を成膜してそれらを炭素源または窒素源として添加した後、前記シリコン原料を坩堝1に入れて溶融させてもよい。前記シリコン原料表面に形成する炭化珪素膜は、熱炭化させて形成することができる。また、窒化珪素膜は、シリコン原料を熱窒化させて、その表面に窒化珪素膜を形成することができる。前記炭化珪素膜および窒化珪素膜の形成には、CVD法やスパッタリング法を用いてもよい。なお、炭化珪素膜または窒化珪素膜の成膜により炭素または窒素を添加する場合、前記各成膜の量を飽和濃度以下になるように調整するとともに、前記粉末を添加する場合と同様に、ノズル孔をメッシュ状の炭化珪素または窒化珪素で覆うことが好ましい。この場合、メッシュ状の孔は80〜200μmであるのがよい。これにより、シリコン融液内で成膜が溶けずに粒子状になったまま吐出されて製品に混入することがなく特性低下を防ぐことができる。   In addition, carbon or nitrogen as a carbon or nitrogen supply source to the silicon melt described above, after previously forming a silicon carbide film or silicon nitride film on the silicon raw material surface and adding them as a carbon source or nitrogen source, The silicon raw material may be put in the crucible 1 and melted. The silicon carbide film formed on the surface of the silicon raw material can be formed by thermal carbonization. In addition, the silicon nitride film can be formed by thermally nitriding a silicon raw material on the surface thereof. A CVD method or a sputtering method may be used for forming the silicon carbide film and the silicon nitride film. In addition, when adding carbon or nitrogen by forming a silicon carbide film or a silicon nitride film, the amount of each film formation is adjusted to be equal to or lower than a saturated concentration, and the nozzle is added in the same manner as in the case of adding the powder. It is preferable to cover the holes with mesh-like silicon carbide or silicon nitride. In this case, the mesh-shaped holes are preferably 80 to 200 μm. Accordingly, the film formation is not melted in the silicon melt and is discharged in the form of particles and is not mixed into the product, thereby preventing deterioration of characteristics.

<他の実施形態>
図2は、本発明の他の実施形態に係る粒状シリコン結晶の製造方法に用いられる製造装置についての断面図である。なお、図1と同じ構成部材には同一符号を付し、説明を省略する。6は無機固形部材を示す。
<Other embodiments>
FIG. 2 is a cross-sectional view of a manufacturing apparatus used in a method for manufacturing granular silicon crystals according to another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted. 6 shows an inorganic solid member.

本発明の他の実施形態に係る粒状シリコン結晶5の製造方法は、坩堝1内の炭化珪素または窒化珪素から成るノズル部1aからシリコン融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状のシリコン融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状シリコン結晶5を製造する粒状シリコン結晶5の製造方法であって、ノズル部1aが炭化珪素から成る場合には炭素を含む無機固形部材6を、ノズル部1aが窒化珪素からなる場合には窒素を含む無機固形部材6を、坩堝1内のシリコン融液に導入するものである。   The method for producing granular silicon crystal 5 according to another embodiment of the present invention is to discharge the silicon melt in a granular form from nozzle portion 1a made of silicon carbide or silicon nitride in crucible 1 and drop the granular silicon crystal. A method for producing a granular silicon crystal 5 in which the melt is cooled and solidified while falling, and when the nozzle portion 1a is made of silicon carbide, an inorganic solid member 6 containing carbon is used. When the nozzle portion 1a is made of silicon nitride, the inorganic solid member 6 containing nitrogen is introduced into the silicon melt in the crucible 1.

(無機固形部材:炭素源)
ノズル部1aの材料が炭化珪素(炭化珪素結晶体または炭化珪素質焼結体)であるとき、坩堝1内のシリコン融液中に炭素を含む無機固形部材6を導入する。形状は単なる切片でもよいが、ノズル部1aのノズル孔をふさがないよう配置することが必要である。例えば、無機固形部材6をリング状としてノズル部1aのノズル孔を取り囲むように配置することができる。また、無機固形部材6を円板状としたり、円板状であってノズル部1aのノズル孔の上方に凹部を形成した形状のものとしてもよい。また、無機固形部材6を球状のものとしてもよい。
(Inorganic solid member: carbon source)
When the material of the nozzle portion 1a is silicon carbide (silicon carbide crystal or silicon carbide sintered body), the inorganic solid member 6 containing carbon is introduced into the silicon melt in the crucible 1. The shape may be a simple piece, but it is necessary to arrange the nozzle portion 1a so as not to block the nozzle hole. For example, the inorganic solid member 6 can be arranged in a ring shape so as to surround the nozzle hole of the nozzle portion 1a. In addition, the inorganic solid member 6 may be formed into a disk shape or a disk shape in which a concave portion is formed above the nozzle hole of the nozzle portion 1a. The inorganic solid member 6 may be spherical.

また、無機固形部材6の形状は、図2に示すように、円柱状であって上底部を残して内部がくりぬかれた形状であり、その上底部にはノズル部1aのノズル孔と同程度の直径(100〜150μm程度)の貫通孔が多数形成されている形状であってもよい。この場合、多数の貫通孔は、シリコン融液中で発生した大きな炭化珪素粒子,窒化珪素粒子を通さずにノズル部1a側へ達するのを防ぐ機能を有するものであるが、円柱状の無機固形部材6の内部において発生した炭化珪素粒子,窒化珪素粒子は、その絶対量が少ないため、ノズル部1aに対する影響は殆どない。   Further, as shown in FIG. 2, the inorganic solid member 6 has a cylindrical shape in which the inside is hollowed out leaving the upper bottom portion, and the upper bottom portion has the same degree as the nozzle hole of the nozzle portion 1a. A shape in which a large number of through-holes having a diameter of about 100 to 150 μm are formed. In this case, a large number of through holes have a function of preventing reaching to the nozzle portion 1a without passing through the large silicon carbide particles and silicon nitride particles generated in the silicon melt. Since the absolute amount of silicon carbide particles and silicon nitride particles generated in the member 6 is small, there is almost no influence on the nozzle portion 1a.

炭素を含む無機固形部材6を導入しない場合、炭素を含む無機固形部材6からシリコン融液中に炭素が溶出することがないため、炭素が含まれないシリコン融液中の珪素とノズル部1aの材料(炭素)との反応が大きくなり、ノズル部1aの形状が変化する。その結果、例えばノズル部1aのノズル孔が大きくなり、粒状シリコンの融液4の大きさが時間とともに大きくなり、必要とする粒径の粒状シリコン結晶5を得ることが難しくなる。さらに、ノズル孔が大きくなると、粒状シリコンの融液4が凝固する前に管2の底に到達し、粒状シリコン結晶5として得ることができなくなる。   In the case where the inorganic solid member 6 containing carbon is not introduced, carbon does not elute from the inorganic solid member 6 containing carbon into the silicon melt, so that silicon in the silicon melt not containing carbon and the nozzle portion 1a The reaction with the material (carbon) increases, and the shape of the nozzle portion 1a changes. As a result, for example, the nozzle hole of the nozzle portion 1a becomes large, the size of the granular silicon melt 4 increases with time, and it becomes difficult to obtain the granular silicon crystal 5 having a required particle size. Further, when the nozzle hole is enlarged, the granular silicon melt 4 reaches the bottom of the tube 2 before solidifying and cannot be obtained as the granular silicon crystal 5.

本発明において、シリコン融液への炭素供給源としての炭素を含む無機固形部材6は、高純度(純度99.99〜99.999重量%程度)のグラファイト,炭化珪素から成ることが好ましい。無機固形部材6の形状としては、表面積が大きく溶出が多い点で球状が良いが、立方体状や円柱状のもののコーナー部(角部)を丸めたものであってもよく、この場合炭素の溶出量が多いコーナー部(角部)を丸めることによって炭素の溶出量を制御することが容易になる。   In the present invention, the inorganic solid member 6 containing carbon as a carbon supply source to the silicon melt is preferably made of graphite and silicon carbide having high purity (purity of about 99.99 to 99.999% by weight). The shape of the inorganic solid member 6 is preferably spherical in that it has a large surface area and a large amount of elution, but it may be a cube or columnar rounded corner (corner), in which case the carbon is eluted. It becomes easy to control the elution amount of carbon by rounding a corner portion (corner portion) having a large amount.

炭素を含む無機固形部材6を、坩堝1内に導入し、シリコン融液中に浸漬させる。即ち、炭素を含む無機固形部材6から炭素をシリコン融液中に微量かつ飽和濃度程度入り込ませることにより、粒状シリコン結晶5の結晶品質を大幅に低下させる量の不純物として炭素を混入させることなく、シリコン融液中へ炭素を入り込ませることができる。その結果、ノズル孔の拡大を抑えることができ、高純度で高品質の粒状シリコン結晶5を得ることができる。   An inorganic solid member 6 containing carbon is introduced into the crucible 1 and immersed in the silicon melt. That is, by introducing a small amount of carbon from the inorganic solid member 6 containing carbon into the silicon melt and about a saturated concentration, carbon is not mixed as an impurity in an amount that greatly reduces the crystal quality of the granular silicon crystal 5. Carbon can be introduced into the silicon melt. As a result, enlargement of the nozzle holes can be suppressed, and high-quality and high-quality granular silicon crystals 5 can be obtained.

シリコン融液中に無機固形部材6から炭素を入り込ませるに際して、シリコン1cm3当り1×1017atomsatoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素が添加されるようにするのがよい。1×1017atoms/cm3未満では、ノズル孔の炭化珪素がシリコン融液中に溶出し、ノズル孔径が拡大し易くなり、1×1019atoms/cm3を超えると、シリコン融液中で炭化珪素粒子が析出し、凝集してノズル孔をふさいでしまい易くなる。シリコン融液中に前記範囲内の炭素を添加するには、添加する炭素を含む無機固形部材6の量を制御することにより、融液中での炭素量を調整する。 In caused to enter the carbon in the silicon melt from inorganic solid member 6, is to such an amount of carbon in the silicon 1 cm 3 per 1 × 10 17 atomsatoms / cm 3 ~1 × 10 19 atoms / cm 3 is added Good. If it is less than 1 × 10 17 atoms / cm 3 , silicon carbide in the nozzle hole is eluted in the silicon melt, and the nozzle hole diameter is likely to be increased. If it exceeds 1 × 10 19 atoms / cm 3 , Silicon carbide particles are likely to precipitate and aggregate to block the nozzle holes. In order to add carbon within the above range to the silicon melt, the amount of carbon in the melt is adjusted by controlling the amount of the inorganic solid member 6 containing carbon to be added.

また、炭素を添加するための無機固形部材6を導入したシリコン融液は、シリコンを溶融してから一定時間をおくことにより、無機固形部材6から十分炭素が溶出してからシリコン融液を排出することが好ましい。シリコン溶融後直ちにシリコン融液を排出すると、溶出した炭素のシリコン融液全体への拡散が不十分となり、ノズル孔の拡大が発生してしまう。   In addition, the silicon melt into which the inorganic solid member 6 for adding carbon is introduced is discharged after a sufficient amount of carbon is eluted from the inorganic solid member 6 by allowing a certain period of time after the silicon is melted. It is preferable to do. If the silicon melt is discharged immediately after melting the silicon, the diffusion of the eluted carbon into the entire silicon melt becomes insufficient, resulting in enlargement of the nozzle holes.

(無機固形部材:窒素源)
ノズル部1aが窒化珪素(窒化珪素質焼結体)から成るとき、坩堝1内のシリコン融液中に窒素を含む無機固形部材6を導入することによって、シリコン融液中に窒素を微量かつ飽和濃度程度入り込ませることができる。シリコン融液中に窒素を微量かつ飽和濃度程度入り込ませない場合、シリコン融液の珪素とノズル部1aの材料(窒素)との反応が大きいため、ノズル部1aの形状が変化する。その結果、ノズル部1aのノズル孔が大きくなり、粒状シリコンの融液4の大きさが時間とともに大きくなり、必要とする粒径の粒状シリコン結晶5を得ることが難しくなる。さらに、ノズル孔が大きくなると、粒状シリコンの融液4が凝固する前に管2の底に到達し、粒状シリコン結晶5として得ることができなくなる。
(Inorganic solid member: Nitrogen source)
When the nozzle part 1a is made of silicon nitride (silicon nitride-based sintered body), a small amount of nitrogen is saturated in the silicon melt by introducing the inorganic solid member 6 containing nitrogen into the silicon melt in the crucible 1. It is possible to get into the concentration. When a very small amount of nitrogen is not allowed to enter the silicon melt, since the reaction between the silicon in the silicon melt and the material (nitrogen) of the nozzle portion 1a is large, the shape of the nozzle portion 1a changes. As a result, the nozzle hole of the nozzle portion 1a becomes large, the size of the granular silicon melt 4 increases with time, and it becomes difficult to obtain the granular silicon crystal 5 having a required particle size. Further, when the nozzle hole is enlarged, the granular silicon melt 4 reaches the bottom of the tube 2 before solidifying and cannot be obtained as the granular silicon crystal 5.

このとき、シリコン融液への窒素供給源としての窒素を含む無機固形部材6としては、高純度窒化珪素(純度99.5〜99.99重量%程度)であることが好ましい。窒素元素を溶出させた場合、シリコン融液の酸素濃度の増大を抑制できるという利点がある。   At this time, the inorganic solid member 6 containing nitrogen as a nitrogen supply source to the silicon melt is preferably high-purity silicon nitride (purity of about 99.5 to 99.99% by weight). When the nitrogen element is eluted, there is an advantage that an increase in the oxygen concentration of the silicon melt can be suppressed.

無機固形部材6から窒素を溶出させて、シリコン融液中に微量かつ飽和濃度程度入り込ませることにより、ノズル部1aのノズル孔の拡大を抑えることができる。その結果、粒状シリコン結晶5の結晶品質を大幅に低下させる量の不純物として窒素を混入させることなく、シリコン融液中へ窒素を入り込ませることができるため、高純度で高品質の粒状シリコン結晶5を得ることができる。   Nitrogen is eluted from the inorganic solid member 6 and is allowed to enter the silicon melt into a trace amount and a saturated concentration, thereby suppressing expansion of the nozzle hole of the nozzle portion 1a. As a result, since nitrogen can be introduced into the silicon melt without mixing nitrogen as an amount of impurities that greatly reduces the crystal quality of the granular silicon crystal 5, the high-purity and high-quality granular silicon crystal 5 Can be obtained.

シリコン融液に無機固形部材6から窒素を入り込ませるに際して、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素が添加されるようにするのがよい。2×1017atoms/cm3未満では、ノズル孔の窒化珪素がシリコン融液中に溶出し、ノズル孔径が拡大し易くなり、2×1019atoms/cm3を超えると、ノズル部1aのシリコン融液側の部位に窒化珪素粒子が析出し、ノズル孔をふさいでしまい易くなる。シリコン融液中に前記範囲内の窒素を添加するには、添加する窒素を含む無機固形部材6の量を制御することにより、融液中での窒素量を調整する。 When introducing nitrogen from the inorganic solid member 6 into the silicon melt, it is preferable to add nitrogen in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon. . Is less than 2 × 10 17 atoms / cm 3 , the silicon nitride of the nozzle hole is eluted into the silicon melt, easily expanded nozzle hole diameter is more than 2 × 10 19 atoms / cm 3 , the silicon of the nozzle portion 1a Silicon nitride particles are deposited on the melt side, and the nozzle holes are easily blocked. In order to add nitrogen within the above range to the silicon melt, the amount of nitrogen in the melt is adjusted by controlling the amount of the inorganic solid member 6 containing nitrogen to be added.

本発明において、シリコン融液が入った坩堝1内のシリコン融液中に、ノズル部1aが炭化珪素から成る場合には炭素を含む無機固形部材6を、ノズル部1aが窒化珪素から成る場合には窒素を含む無機固形部材6を導入することにより、排出されるシリコン融液がノズル部1aの材質を溶かすことによって発生するノズル孔の拡大を抑制することができる。これにより、ノズル部1aから排出形成されるシリコン融液の液滴の形状が安定して、生産性を高めることができる。   In the present invention, when the nozzle part 1a is made of silicon carbide in the silicon melt in the crucible 1 containing the silicon melt, the inorganic solid member 6 containing carbon is used, and the nozzle part 1a is made of silicon nitride. By introducing the inorganic solid member 6 containing nitrogen, it is possible to suppress the expansion of the nozzle hole that occurs when the discharged silicon melt dissolves the material of the nozzle portion 1a. Thereby, the shape of the silicon melt droplet discharged and formed from the nozzle portion 1a is stabilized, and the productivity can be improved.

また、本発明において好ましくは、炭素を含む無機固形部材6は、ノズル部1aのノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、シリコン融液中で発生した炭化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることがよい。また、好ましくは、窒素を含む無機固形部材6は、記ノズル部1aのノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、シリコン融液中で発生した窒化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることがよい。これにより、シリコン融液中に存在する大きな炭化珪素粒子,窒化珪素粒子がノズル部1a側へ達するのを防ぐことができるため、シリコン融液を排出するノズル孔の目詰まりを抑えて、より安定した生産が可能となる。   Preferably, in the present invention, the carbon-containing inorganic solid member 6 is installed so as to cover the upper portion of the nozzle hole of the nozzle portion 1a, and a large number of silicon carbide particles generated in the silicon melt are not passed. A through hole is preferably formed. Preferably, the inorganic solid member 6 containing nitrogen is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle portion 1a, and has a large number of through holes that do not allow the silicon nitride particles generated in the silicon melt to pass therethrough. Is preferably formed. As a result, it is possible to prevent large silicon carbide particles and silicon nitride particles present in the silicon melt from reaching the nozzle portion 1a side, so that the nozzle hole for discharging the silicon melt is prevented from being clogged and more stable. Production becomes possible.

また、これは、炭素の飽和濃度に達したシリコン融液中において、炭化珪素の微粒子が生成され、成長することによりシリコン融液中に浮遊する炭化珪素粒子を除くために有効である。窒素の場合も同様である。   This is also effective for removing silicon carbide particles floating in the silicon melt by forming and growing silicon carbide fine particles in the silicon melt that has reached the saturation concentration of carbon. The same applies to nitrogen.

この場合、無機固形部材6に形成される貫通孔は、80〜200μm程度の直径を有していればよい。貫通孔の直径が80μm未満であれば、貫通孔を通過した80μm未満の大きさの炭化珪素粒子,窒化珪素粒子の殆どがそのまま150μm程度の直径のノズル孔を通過してしまう。貫通孔の直径が200μmを超えると、150μm程度の直径のノズル孔よりも大きな炭化珪素微粒子,窒化珪素粒子が貫通孔を通過してノズル孔を塞いでしまう。   In this case, the through-hole formed in the inorganic solid member 6 should just have a diameter of about 80-200 micrometers. If the diameter of the through hole is less than 80 μm, most of the silicon carbide particles and silicon nitride particles having a size of less than 80 μm that have passed through the through hole pass through the nozzle hole having a diameter of about 150 μm as they are. If the diameter of the through hole exceeds 200 μm, silicon carbide fine particles and silicon nitride particles larger than the nozzle hole having a diameter of about 150 μm pass through the through hole and block the nozzle hole.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の粒状シリコン結晶の製造方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although the manufacturing method of the granular silicon crystal of this invention is demonstrated in detail, giving an Example and a comparative example, this invention is not limited only to a following example.

本発明の粒状シリコン結晶の製造方法の実施例について、図1に示した例に基づいて以下に説明する。   An embodiment of the method for producing granular silicon crystals of the present invention will be described below based on the example shown in FIG.

まず、粒状シリコン結晶5の材料として、p型ドーパントであるB(硼素)を1×1016atoms/cm3添加したシリコンを5000g、グラファイトから成る坩堝1内へ入れ、坩堝1を電磁誘導により加熱した。ノズル部1aは炭化珪素結晶体から成る平板状のものにノズル孔(貫通孔)を形成して成るものを用い、横断面が円形のノズル孔の直径を100μm、ノズル部1aの長さ(厚さ)を1mmとした。 First, 5000 g of silicon added with 1 × 10 16 atoms / cm 3 of p-type dopant B (boron) as a material of the granular silicon crystal 5 is put into a crucible 1 made of graphite, and the crucible 1 is heated by electromagnetic induction. did. The nozzle portion 1a is formed by forming a nozzle hole (through hole) on a flat plate made of silicon carbide crystal, the diameter of the nozzle hole having a circular cross section is 100 μm, and the length (thickness) of the nozzle portion 1a. Was 1 mm.

雰囲気ガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスとの混合ガスを、ガス導入管3により坩堝1内へ導入した。アルゴンガスと二酸化炭素ガスとの混合比は、体積比で1000:10とした。   A mixed gas of argon gas and carbon dioxide gas was introduced into the crucible 1 through the gas introduction pipe 3 as the atmospheric gas. The mixing ratio of argon gas and carbon dioxide gas was 1000: 10 in volume ratio.

その後、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、二酸化炭素ガスの添加前の圧力であって管2内の圧力である0.1MPaから0.3MPaに高めてシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径700μm、粒径の標準偏差100μm、回収率95%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。また、得られた粒状シリコン結晶5には、炭素が1×1018atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。
なお、粒状シリコン粒子の粒径測定には、レーザ回折・散乱式測定装置(日機装社製)を用いて行った。平均粒径は、横軸に粒径D(μm)、縦軸にQ%(その粒径以下の粒子が存在する割合で単位は粒子の体積%)をとった累積粒度曲線において、Q%=50%に対応する粒子径D50の値をとった。また、シリコン結晶内に含まれる炭素などの不純物の濃度測定は、ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析)装置(マイクロマス社製)を用いて測定した。以下に示す実施例においても同様である。
Thereafter, the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is increased from 0.1 MPa to 0.3 MPa, which is the pressure in the tube 2 before the addition of carbon dioxide gas, and pressure is applied to the surface of the silicon melt. Then, the silicon melt was discharged from the nozzle portion 1 a to the inside of the tube 2, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle diameter of 700 μm, a standard deviation of particle diameter of 100 μm, and a recovery rate of 95%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. Further, the obtained granular silicon crystal 5 contained carbon as a trace component of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 .
The particle size of the granular silicon particles was measured using a laser diffraction / scattering type measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). In the cumulative particle size curve, the average particle size is Q% = in the cumulative particle size curve in which the horizontal axis is the particle size D (μm) and the vertical axis is Q% (the ratio of particles below the particle size is the unit is the volume% of the particles). The value of the particle diameter D 50 corresponding to 50% was taken. The concentration of impurities such as carbon contained in the silicon crystal was measured using an ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) apparatus (manufactured by Micromass). The same applies to the embodiments described below.

(比較例1)
坩堝1内へガス導入管3より雰囲気ガスとしてアルゴンガスのみを導入し、上記実施例1と同様にして坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側を落下させつつ冷却して凝固させて、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径1200μm、粒径の標準偏差400μm、回収率10%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。なお、得られた粒状シリコン結晶5には、炭素が3×1016atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。
(Comparative Example 1)
Argon gas alone is introduced into the crucible 1 from the gas introduction tube 3 as an atmospheric gas, pressure is applied to the surface of the silicon melt in the crucible 1 in the same manner as in the first embodiment, and the inside of the tube 2 from the nozzle portion 1a. The silicon melt was discharged, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping the inside of the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle diameter of 1200 μm, a standard deviation of particle diameter of 400 μm, and a recovery rate of 10%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. The obtained granular silicon crystal 5 contained carbon as a trace component of about 3 × 10 16 atoms / cm 3 .

ズル孔の直径100μm、ノズル部1aの長さ(厚さ)1mmとしたノズル部1aとして、窒化珪素質焼結体から成る平板状のものにノズル孔(貫通孔)を形成して成るものを用いた。   As a nozzle portion 1a having a diameter of 100 μm and a length (thickness) of the nozzle portion 1a of 1 mm, the nozzle portion (through hole) is formed on a flat plate made of a silicon nitride sintered body. Using.

雰囲気ガスとしてアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを、ガス導入管3より坩堝1内へ導入した。アルゴンガスと窒素ガスとの混合比は、体積比で1000:50とした。   A mixed gas of argon gas and nitrogen gas was introduced into the crucible 1 from the gas introduction tube 3 as the atmospheric gas. The mixing ratio of argon gas and nitrogen gas was 1000: 50 in volume ratio.

その後、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、窒素ガスの添加前の圧力であって管2内の圧力である0.1MPaから0.3MPaに高めて坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径700μm、粒径の標準偏差90μm、回収率97%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。また、得られた粒状シリコン結晶5には、窒素が5×1017atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。 Thereafter, the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is increased from 0.1 MPa, which is the pressure before the addition of nitrogen gas, and the pressure in the tube 2 to 0.3 MPa, so that the silicon melt liquid level in the crucible 1 is reached. Pressure was applied, the silicon melt was discharged from the nozzle part 1 a to the inside of the tube 2, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle diameter of 700 μm, a standard deviation of particle diameter of 90 μm, and a recovery rate of 97%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. Further, the obtained granular silicon crystal 5 contained nitrogen as a trace component of about 5 × 10 17 atoms / cm 3 .

(比較例2)
坩堝1内へガス導入管3より雰囲気ガスとしてアルゴンガスのみを導入し、上記実施例2と同様にして坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径1400μm、粒径の標準偏差450μm、回収率15%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−400μm〜+400μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。なお、得られた粒状シリコン結晶5には、窒素が1×1016atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。
(Comparative Example 2)
Argon gas alone is introduced into the crucible 1 from the gas introduction tube 3 as an atmospheric gas, and pressure is applied to the surface of the silicon melt in the crucible 1 in the same manner as in the second embodiment. The silicon melt was discharged, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle diameter of 1400 μm, a standard deviation of particle diameter of 450 μm, and a recovery rate of 15%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of a desired particle size (−400 μm to +400 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. The obtained granular silicon crystal 5 contained nitrogen as a trace component of about 1 × 10 16 atoms / cm 3 .

ノズル部1aとして、炭化珪素結晶体から成る平板状のものにノズル孔(貫通孔)を形成して成るものを用い、横断面が円形のノズル孔の直径を100μm、ノズル部1aの長さ(厚さ)を1mmとした。坩堝1内に炭化珪素からなる無機固形部材6を配置した。無機固形部材6は、図2のように、直径約10mm、高さ約3mmの円柱状であって上底部を残して内部がくりぬかれた構造となっており、厚み約1mmの上底部にはノズル部1aのノズル孔と同じ直径の貫通孔が多数形成されている。また無機固形部材6は、角部からの炭素の過剰な溶出を抑制するために、角部は丸めた。   As the nozzle portion 1a, a flat plate made of silicon carbide crystal is used to form nozzle holes (through holes). The diameter of the nozzle hole having a circular cross section is 100 μm, and the length of the nozzle portion 1a ( The thickness was 1 mm. An inorganic solid member 6 made of silicon carbide was placed in the crucible 1. As shown in FIG. 2, the inorganic solid member 6 has a cylindrical shape with a diameter of about 10 mm and a height of about 3 mm, and has a structure in which the inside is hollowed out, leaving an upper bottom portion. Many through holes having the same diameter as the nozzle holes of the nozzle portion 1a are formed. The inorganic solid member 6 was rounded at the corners in order to suppress excessive elution of carbon from the corners.

次に、グラファイトから成る坩堝1の中に、粒状シリコン結晶5の材料として、p型ドーパントであるB(硼素)を1×1016atoms/cm3添加したシリコンを5000g入れて、坩堝1を電磁誘導により加熱した。 Next, 5000 g of silicon added with 1 × 10 16 atoms / cm 3 of p-type dopant B (boron) as a material of the granular silicon crystal 5 is put into the crucible 1 made of graphite, and the crucible 1 is electromagnetically placed. Heated by induction.

雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用い、坩堝1内を循環させて、坩堝1内のシリコン融液に基いて形成される一酸化珪素などの排出ガスを除外した。   Argon gas was used as the atmospheric gas and circulated in the crucible 1 to exclude exhaust gas such as silicon monoxide formed based on the silicon melt in the crucible 1.

その後、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、管2内の圧力である0.1MPaから0.3MPaに高めてシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径450μm、粒径の標準偏差70μm、回収率96%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。また、得られた粒状シリコン結晶5には、炭素が1×1018atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。 Thereafter, the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is increased from 0.1 MPa to 0.3 MPa, which is the pressure in the tube 2, and pressure is applied to the liquid surface of the silicon melt. Then, the molten silicon 4 was cooled and solidified while dropping the granular silicon melt 4 inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle diameter of 450 μm, a standard deviation of particle diameter of 70 μm, and a recovery rate of 96%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. Further, the obtained granular silicon crystal 5 contained carbon as a trace component of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

多数回のシリコン融液の排出を繰り返した後、ノズル孔を調べたところ、孔径は拡大しておらず、ほぼ100μmを維持していた。さらに、シリコン融液中に形成されたスラグなどのパーティクルは無機固形部材6の貫通孔を通過せず、フィルタリングされており、ノズル孔の目詰まりは見られなかった。   After repeating the discharge of the silicon melt many times, the nozzle hole was examined. As a result, the hole diameter was not enlarged and was maintained at about 100 μm. Further, particles such as slag formed in the silicon melt did not pass through the through holes of the inorganic solid member 6 and were filtered, and the nozzle holes were not clogged.

(比較例3)
坩堝1内のシリコン融液中に無機固形部材6を導入せず、上記実施例1と同様にして坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側を落下させつつ冷却して凝固させて、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径800μm、粒径の標準偏差200μm、回収率10%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。なお、得られた粒状シリコン結晶5には、炭素が2×1016atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。
(Comparative Example 3)
Without introducing the inorganic solid member 6 into the silicon melt in the crucible 1, pressure is applied to the surface of the silicon melt in the crucible 1 in the same manner as in Example 1 above, and from the nozzle portion 1 a to the inside of the tube 2. The silicon melt was discharged, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle size of 800 μm, a standard deviation of particle size of 200 μm, and a recovery rate of 10%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. The obtained granular silicon crystal 5 contained carbon as a trace component of about 2 × 10 16 atoms / cm 3 .

ノズル部1aとして、ノズル孔の直径100μm、ノズル部1aの長さ(厚さ)1mmとしたノズル部1aとして、窒化珪素質焼結体から成る平板状のものにノズル孔(貫通孔)を形成して成るものを用いた。ノズル孔の周囲はノズル部1a上面より突出させており、坩堝1の中に窒化珪素からなる直径約5mmの球状の無機固形部材6を10個導入した。   As the nozzle portion 1a, a nozzle hole (through hole) is formed in a flat plate made of a silicon nitride sintered body as the nozzle portion 1a having a nozzle hole diameter of 100 μm and a length (thickness) of the nozzle portion 1a of 1 mm. I used the following. The periphery of the nozzle hole protruded from the upper surface of the nozzle portion 1a, and ten spherical inorganic solid members 6 made of silicon nitride and having a diameter of about 5 mm were introduced into the crucible 1.

雰囲気ガスとしてアルゴンガスを、ガス導入管3より坩堝1内へ導入した。   Argon gas was introduced into the crucible 1 from the gas introduction tube 3 as the atmospheric gas.

このグラファイトから成る坩堝1中へ、粒状シリコン結晶5の材料として、p型ドーパントであるB(硼素)を1×1016atoms/cm3添加したシリコンを5000g入れて、坩堝1を電磁誘導により加熱した。 Into the crucible 1 made of graphite, 5000 g of silicon added with 1 × 10 16 atoms / cm 3 of p-type dopant B (boron) as a material of the granular silicon crystal 5 is put, and the crucible 1 is heated by electromagnetic induction. did.

その後、坩堝1内の雰囲気ガスの圧力を、管2内の圧力である0.1MPaから0.3MPaに高めて坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径480μm、粒径の標準偏差70μm、回収率97%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−300μm〜+300μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。また、得られた粒状シリコン結晶5には、窒素が7×1017atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。 Thereafter, the pressure of the atmospheric gas in the crucible 1 is increased from 0.1 MPa, which is the pressure in the tube 2, to 0.3 MPa, the pressure is applied to the liquid surface of the silicon melt in the crucible 1, and the tube 2 from the nozzle portion 1a. The silicon melt was discharged to the inside, and the granular silicon melt 4 was cooled and solidified while dropping inside the tube 2 to obtain a granular silicon crystal 5. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle size of 480 μm, a standard deviation of particle size of 70 μm, and a recovery rate of 97%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of the desired particle size (−300 μm to +300 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. The obtained granular silicon crystal 5 contained nitrogen as a trace component of about 7 × 10 17 atoms / cm 3 .

また、多数回のシリコン融液の排出を繰り返した後のノズル孔を調べたところ、孔径は拡大していなかった。   Moreover, when the nozzle hole after repeating discharge | emission of silicon melt many times was investigated, the hole diameter was not expanded.

(比較例4)
坩堝1内へガス導入管3より雰囲気ガスとしてアルゴンガスのみを導入し、坩堝1の中に窒化珪素からなる固形部材6を用いない以外は上記実施例4と同様にして坩堝1内のシリコン融液の液面に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内側へシリコンの融液を排出し、粒状シリコンの融液4を管2の内側で落下させつつ冷却して凝固させ、粒状シリコン結晶5を得た。得られた粒状シリコン結晶5は、平均粒径900μm、粒径の標準偏差220μm、回収率15%であった。回収率は、平均粒径に対して所望の粒径(−400μm〜+400μm)の範囲内の粒状シリコン結晶5として回収できた重量を、総投入重量で割ったものとした。なお、得られた粒状シリコン結晶5には、窒素が1×1016atoms/cm3程度の微量成分として含まれていた。
(Comparative Example 4)
Except for introducing argon gas as an atmospheric gas into the crucible 1 through the gas introduction tube 3 and not using the solid member 6 made of silicon nitride in the crucible 1, the silicon melt in the crucible 1 is the same as in Example 4 above. Pressure is applied to the liquid surface, the silicon melt is discharged from the nozzle portion 1a to the inside of the tube 2, and the granular silicon melt 4 is cooled and solidified while falling inside the tube 2 to form a granular silicon crystal. 5 was obtained. The obtained granular silicon crystal 5 had an average particle size of 900 μm, a standard deviation of particle size of 220 μm, and a recovery rate of 15%. The recovery rate was obtained by dividing the weight recovered as the granular silicon crystal 5 within the range of a desired particle size (−400 μm to +400 μm) with respect to the average particle size by the total input weight. The obtained granular silicon crystal 5 contained nitrogen as a trace component of about 1 × 10 16 atoms / cm 3 .

以上の結果より、本発明の実施例により得られた粒状シリコン結晶は、比較例により得られた粒状シリコン結晶に対して、粒径バラツキが小さく、回収量が大きい。これは、本発明の粒状シリコン結晶の製造方法は、粒径バラツキの小さい粒状シリコン結晶を高い生産性でもって再現性良く得ることができることを示すものであった。   From the above results, the granular silicon crystal obtained by the example of the present invention has a smaller particle size variation and a larger recovery amount than the granular silicon crystal obtained by the comparative example. This indicates that the method for producing granular silicon crystals of the present invention can obtain granular silicon crystals having small particle size variations with high productivity and good reproducibility.

なお、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の粒状シリコン結晶の製造方法に係わる製造装置について実施の形態の一例を示す基本構成の断面図である。It is sectional drawing of the basic composition which shows an example of embodiment about the manufacturing apparatus concerning the manufacturing method of the granular silicon crystal of this invention. 本発明の他の実施形態に係る粒状シリコン結晶の製造方法に用いられる製造装置についての基本構成の断面図である。It is sectional drawing of the basic composition about the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the granular silicon crystal which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:坩堝
1a:ノズル部
2:管
3:ガス導入管
4:粒状シリコンの融液
5:粒状シリコン結晶
6:無機固形部材

1: crucible 1a: nozzle part 2: pipe 3: gas introduction pipe 4: granular silicon melt 5: granular silicon crystal 6: inorganic solid member

Claims (19)

坩堝内のシリコン融液を炭化珪素または窒化珪素から成るノズル部から粒状に排出して落下させるとともに、この粒状のシリコン融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状シリコン結晶を製造する粒状シリコン結晶の製造方法であって、前記坩堝内のシリコン融液に、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素源を、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素源を添加することを特徴とする粒状シリコン結晶の製造方法。   Granules for producing granular silicon crystals by discharging and dropping the silicon melt in the crucible in a granular form from a nozzle portion made of silicon carbide or silicon nitride, and cooling and solidifying the granular silicon melt during the dropping. A silicon crystal manufacturing method, wherein a carbon source is added to the silicon melt in the crucible when the nozzle portion is made of silicon carbide, and a nitrogen source is added when the nozzle portion is made of silicon nitride. The manufacturing method of the granular silicon crystal characterized by these. 前記炭素源が炭素を含むガス、前記窒素源が窒素を含むガスであり、シリコン融液が入った前記坩堝内の雰囲気ガスに、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加することを特徴とする請求項1記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   The carbon source is a gas containing carbon, the nitrogen source is a gas containing nitrogen, and the atmosphere gas in the crucible containing a silicon melt contains a gas containing carbon when the nozzle portion is made of silicon carbide. The method for producing granular silicon crystals according to claim 1, wherein when the nozzle portion is made of silicon nitride, a gas containing nitrogen is added. 前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、炭素を含むガスが一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   3. The method for producing granular silicon crystals according to claim 2, wherein when the nozzle portion is made of silicon carbide, the gas containing carbon is carbon monoxide gas or carbon dioxide gas. 前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り1×1017atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素を添加することを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。 When the nozzle part is made of silicon carbide, carbon in an amount of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. Item 3. A method for producing a granular silicon crystal according to Item 2. 前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、窒素を含むガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   3. The method for producing granular silicon crystals according to claim 2, wherein when the nozzle portion is made of silicon nitride, the gas containing nitrogen is nitrogen gas. 前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素を添加することを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。 When the nozzle portion is made of silicon nitride, nitrogen in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. Item 3. A method for producing a granular silicon crystal according to Item 2. シリコン融液が入った前記坩堝内の雰囲気ガスに、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭素を含むガスを、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒素を含むガスを添加した後、前記坩堝内の雰囲気ガスの圧力を前記ガスの添加前の圧力よりも高くすることを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   After adding a gas containing carbon when the nozzle part is made of silicon carbide, or a gas containing nitrogen when the nozzle part is made of silicon nitride to the atmosphere gas in the crucible containing the silicon melt The method for producing granular silicon crystals according to claim 2, wherein the pressure of the atmospheric gas in the crucible is made higher than the pressure before the addition of the gas. シリコン融液に炭素または窒素を含むガスを添加するためのガス導入管は、ガス排出口がシリコン融液面から10〜300mm上方に位置していることを特徴とする請求項2記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   3. The granular silicon according to claim 2, wherein the gas introduction pipe for adding a gas containing carbon or nitrogen to the silicon melt has a gas outlet located 10 to 300 mm above the silicon melt surface. Crystal production method. 前記炭素源が炭化珪素粉末、前記窒素源が窒化珪素粉末であることを特徴とする請求項1記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   2. The method for producing granular silicon crystals according to claim 1, wherein the carbon source is silicon carbide powder and the nitrogen source is silicon nitride powder. 前記シリコン融液のシリコンは、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には炭化処理によりシリコン原料の表面に前記炭素源である炭化珪素膜を形成させたシリコンであり、前記ノズル部が窒化珪素から成る場合には窒化処理によりシリコン原料の表面に前記窒素源である窒化珪素膜を形成させたシリコンであることを特徴とする請求項1記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   When the nozzle portion is made of silicon carbide, silicon in the silicon melt is silicon in which a silicon carbide film as the carbon source is formed on the surface of a silicon raw material by carbonization, and the nozzle portion is made of silicon nitride. 2. The method for producing granular silicon crystals according to claim 1, wherein the silicon nitride film is formed by forming a silicon nitride film as the nitrogen source on the surface of a silicon raw material by nitriding. 前記炭素源が炭素を含む無機固形部材、前記窒素源が窒素を含む無機固形部材であり、前記ノズル部が炭化珪素から成る場合には前記炭素を含む無機固形部材を、前記ノズル部が窒化珪素からなる場合には前記窒素を含む無機固形部材を、前記坩堝内のシリコン融液に導入することを特徴とする請求項1記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   When the carbon source is an inorganic solid member containing carbon, the nitrogen source is an inorganic solid member containing nitrogen, and the nozzle part is made of silicon carbide, the inorganic solid member containing carbon is used, and the nozzle part is silicon nitride. 2. The method for producing granular silicon crystals according to claim 1, wherein the inorganic solid member containing nitrogen is introduced into the silicon melt in the crucible. 前記炭素を含む無機固形部材は、グラファイトまたは炭化珪素から成ることを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   12. The method for producing granular silicon crystals according to claim 11, wherein the inorganic solid member containing carbon is made of graphite or silicon carbide. 前記ノズル部が炭化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り1×1017atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3の量の炭素を添加することを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。 When the nozzle part is made of silicon carbide, carbon in an amount of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. Item 12. A method for producing a granular silicon crystal according to Item 11. 前記窒素を含む無機固形部材は、窒化珪素から成ることを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   12. The method for producing granular silicon crystals according to claim 11, wherein the inorganic solid member containing nitrogen is made of silicon nitride. 前記ノズル部が窒化珪素から成る場合、前記シリコン融液に、シリコン1cm3当り2×1017atoms/cm3〜2×1019atoms/cm3の量の窒素を添加することを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。 When the nozzle portion is made of silicon nitride, nitrogen in an amount of 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atoms / cm 3 per 1 cm 3 of silicon is added to the silicon melt. Item 12. A method for producing a granular silicon crystal according to Item 11. 前記炭素を含む無機固形部材は、前記ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、前記シリコン融液中で発生した炭化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   The carbon-containing inorganic solid member is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and a plurality of through holes that do not allow the silicon carbide particles generated in the silicon melt to pass therethrough are formed. The method for producing granular silicon crystals according to claim 11. 前記貫通孔の直径が80〜200μmであることを特徴とする請求項16記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   The diameter of the said through-hole is 80-200 micrometers, The manufacturing method of the granular silicon crystal of Claim 16 characterized by the above-mentioned. 前記窒素を含む無機固形部材は、前記ノズル部のノズル孔の上方を覆うように設置されているとともに、前記シリコン融液中で発生した窒化珪素粒子を通さない多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項11記載の粒状シリコン結晶の製造方法。   The inorganic solid member containing nitrogen is installed so as to cover the upper part of the nozzle hole of the nozzle part, and a large number of through holes that do not allow the silicon nitride particles generated in the silicon melt to pass therethrough are formed. The method for producing granular silicon crystals according to claim 11. 前記貫通孔の直径が80〜200μmであることを特徴とする請求項18記載の粒状シリコン結晶の製造方法。
The diameter of the said through-hole is 80-200 micrometers, The manufacturing method of the granular silicon crystal of Claim 18 characterized by the above-mentioned.
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