JP5443247B2 - Method for producing polycrystalline silicon - Google Patents
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Description
本発明は、金属シリコンを精製して多結晶シリコンを製造する方法に関し、特にニッケルを含む金属シリコンを溶融し、得られた溶融シリコンを一方向凝固法により精製し、高純度の多結晶シリコンを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon by refining metallic silicon, and in particular, melting metallic silicon containing nickel, purifying the obtained molten silicon by a unidirectional solidification method, and obtaining high-purity polycrystalline silicon. It relates to a method of manufacturing.
近年、結晶型太陽電池は、変換効率が単結晶型で30%、多結晶型で20%と大きいため、化石燃料代替エネルギーとして注目されている。これらの結晶型太陽電池を製造する上で必要な半導体基板ウエハは単結晶シリコンインゴットや多結晶シリコンインゴットから製造され、また、これら単結晶シリコンインゴットや多結晶シリコンインゴットは多結晶シリコンから製造されるが、太陽電池に用いられる多結晶シリコンについては、含有する重金属等の不純物金属が少ないほど良いとされている。 In recent years, crystalline solar cells have attracted attention as fossil fuel alternative energy because the conversion efficiency is as high as 30% for the single crystal type and 20% for the polycrystalline type. The semiconductor substrate wafer necessary for manufacturing these crystalline solar cells is manufactured from a single crystal silicon ingot or a polycrystalline silicon ingot, and these single crystal silicon ingot or polycrystalline silicon ingot is manufactured from polycrystalline silicon. However, for polycrystalline silicon used in solar cells, the smaller the amount of impurity metal such as heavy metal contained, the better.
そこで、従来においても、原料となる金属シリコン中の重金属等の不純物金属を除去する方法として、この金属シリコンを坩堝内で一旦溶融し、得られた溶融シリコンを坩堝底部側から冷却し、上方へと一方向に凝固させることにより、不純物金属における固/液間の分配係数の差を利用して、当該不純物金属を液相へと排除しながら精製し、これによって不純物金属を可及的に除去した柱状結晶組織を作りこむ、一方向凝固法等が実施されている。 Therefore, conventionally, as a method of removing impurity metals such as heavy metals in the metal silicon used as a raw material, the metal silicon is once melted in the crucible, and the obtained molten silicon is cooled from the crucible bottom side and moved upward. By solidifying in one direction, the impurity metal is refined while removing it into the liquid phase using the difference in the solid / liquid partition coefficient, thereby removing the impurity metal as much as possible. A unidirectional solidification method has been carried out to create a columnar crystal structure.
例えば、特許文献1には、液相の未凝固溶融シリコンの温度を1425℃以上に保持しながら一方向凝固を行うことが記載されている。また、特許文献2には、3N(99.9質量%)以上6N(99.9999質量%)以下の純度を有し、平均結晶粒径1mmの金属シリコンを得るために、微細シリカを内周層に含む容器の中で溶融粗金属シリコンを1mm/min以下の速度で一方向凝固させることが記載されている。更に、非特許文献1においても、金属シリコンの精製方法として一方向凝固法が有用であることが報告されている。
For example,
ここで、不純物金属を含む金属シリコンを一方向凝固法により精製する場合において、一方向凝固により得られるシリコンブロック中の各不純物金属の濃度分布は、次式(1)に従うことが知られている。
C = k・C0(1−f)k-1 …(1)
C:凝固相中の不純物濃度
C0:凝固前溶湯の不純物初期濃度
k:分配係数
f:凝固相の割合
Here, when refining metallic silicon containing an impurity metal by a unidirectional solidification method, it is known that the concentration distribution of each impurity metal in the silicon block obtained by the unidirectional solidification follows the following formula (1). .
C = k · C 0 (1−f) k−1 (1)
C: Impurity concentration in solidified phase C 0 : Initial impurity concentration of molten metal before solidification k: Partition coefficient f: Ratio of solidified phase
この式(1)において、分配係数kは、不純物金属(元素)の種類、溶融シリコンを鋳造する装置、及び鋳造条件により決定され、また、得られたシリコンブロック中の不純物元素の平均濃度については、式(1)から濃度分布がわかるので、シリコンブロックにおいて不純物が濃縮された部位(不純物濃縮層)をどれだけ除去するかを決定すれば、加重平均により算出することによって製造される多結晶シリコンの純度を求めることができる。 In this equation (1), the distribution coefficient k is determined by the type of impurity metal (element), the apparatus for casting molten silicon, and the casting conditions, and the average concentration of the impurity element in the obtained silicon block is as follows. Since the concentration distribution can be found from the equation (1), if it is determined how much the portion (impurity enriched layer) where the impurity is concentrated in the silicon block is to be removed, the polycrystalline silicon manufactured by calculating by weighted average Can be determined.
しかしながら、上述した従来技術等では、一方向凝固法により金属シリコンを精製して多結晶シリコンを製造した際に、ニッケルのみ式(1)に従った濃度分布のシリコンブロックが得られず、原料の金属シリコン中における不純物ニッケルの量が多いと、結果として99.9999質量%(6N)以上の高純度多結晶シリコンを効率良く製造することが難しくなるという問題があった。 However, in the above-described prior art or the like, when producing silicon by refining metal silicon by the unidirectional solidification method, a silicon block having a concentration distribution according to the formula (1) cannot be obtained only for nickel. When the amount of impurity nickel in the metal silicon is large, there is a problem that it is difficult to efficiently produce high-purity polycrystalline silicon of 99.9999% by mass (6N) or more as a result.
そこで、本発明者らは、この問題〔すなわち、一方向凝固法により精製したシリコンブロック中のニッケル濃度が式(1)に従った濃度分布を示さないこと〕の原因について、詳細に検討した。なお、以下の説明において、「凝固率」とは、溶融した金属シリコンを一方向凝固させた場合に、全ての溶融シリコンが凝固した際のシリコンブロックの凝固方向高さを100とし、そのどの高さまで凝固したかを示す値であり、凝固した高さの割合である。 Therefore, the present inventors examined in detail the cause of this problem [that is, the nickel concentration in the silicon block purified by the unidirectional solidification method does not show a concentration distribution according to the formula (1)]. In the following description, the “solidification rate” means the solidification direction height of the silicon block when all molten silicon solidifies when the molten metal silicon is solidified in one direction, and the height It is a value indicating whether or not it has solidified, and is a ratio of the solidified height.
すなわち、先ず、原料として用いる金属シリコン中のニッケルの初期濃度を5質量ppm(以下、「ppmw」と表記する。)とし、また、一方向凝固法により精製して結晶組織を作り込む際の実行分配係数を7.4×10-4とした場合について、どのようなニッケル濃度の分布曲線が得られるか検証したところ、図1に示すような凝固率−ニッケル濃度の関係が得られた。この図1に示す凝固率−ニッケル濃度の分布曲線からすれば、凝固率が86%の位置におけるニッケル濃度が約0.03ppmwであり、加重平均からシリコンブロック全体のニッケル濃度が約0.01ppmwになるので、ニッケル初期濃度の約1/500のシリコンブロックが得られ、その結果、ニッケル初期濃度5ppmwの金属シリコンを原料とした場合であっても、歩留り86%(凝固率86%)の割合で6N以上の高純度の多結晶シリコンを製造することが可能であると予想できる。 That is, first, the initial concentration of nickel in the metal silicon used as a raw material is set to 5 mass ppm (hereinafter referred to as “ppmw”), and it is refined by a unidirectional solidification method to form a crystal structure. When the distribution coefficient of the distribution coefficient was set to 7.4 × 10 −4 and the nickel concentration distribution curve was verified, a solidification rate−nickel concentration relationship as shown in FIG. 1 was obtained. According to the solidification rate-nickel concentration distribution curve shown in FIG. 1, the nickel concentration at the solidification rate of 86% is about 0.03 ppmw, and the nickel concentration of the entire silicon block is about 0.01 ppmw from the weighted average. Therefore, a silicon block having about 1/500 of the initial nickel concentration is obtained. As a result, even when metal silicon having an initial nickel concentration of 5 ppmw is used as a raw material, the yield is 86% (solidification rate is 86%). It can be expected that high purity polycrystalline silicon of 6N or more can be produced.
しかしながら、実際に得られた多結晶シリコンは、その高さ86%の位置におけるニッケル濃度が0.34ppmwであり、得られたシリコンブロックの結晶組織が柱状結晶組織であってもニッケル濃度が急激に増加し、精製効果が著しく損なわれていることが確認された。 However, the actually obtained polycrystalline silicon has a nickel concentration of 0.34 ppmw at a height of 86%, and the nickel concentration is abrupt even if the resulting silicon block has a columnar crystal structure. It was confirmed that the purification effect was significantly impaired.
なお、上記の凝固率−ニッケル濃度の検証実験において、ニッケル初期濃度として5ppmwを想定したのは、原料として用いる金属シリコン中のニッケル濃度の最大値が概ね5ppmw程度と考えられるからであり、また、実行分配係数を実験的に求められた値の7.4×10-4とし、更に、得られたシリコンブロックについて、その凝固率86%の位置おけるニッケル濃度を検討したのは、原料の金属シリコンが高価でしかも相場が変動し易いので、可及的にその歩留りを高くすることが求められ、少なくとも凝固率86%の位置までは有効利用することが求められるからである。 In the verification experiment of the above solidification rate-nickel concentration, 5 ppmw was assumed as the initial nickel concentration because the maximum value of nickel concentration in the metal silicon used as the raw material is considered to be about 5 ppmw. The effective distribution coefficient was set to 7.4 × 10 −4 of the experimentally obtained value, and the nickel concentration at the solidification rate of 86% was examined for the obtained silicon block. This is because it is expensive and the market price is likely to fluctuate. Therefore, it is required to increase the yield as much as possible, and to effectively use at least the position where the solidification rate is 86%.
そこで、本発明者らは、次に、(1) ニッケルは、固体シリコン、特に1000℃を境界として1000℃以上の温度の固体シリコンに対する拡散係数が他元素と比較して大きいこと〔Landolt-Bornstein Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik, eds. O.Madelung, M.Schulz and H.Weiss (SpringerVerlag, Berlin, 1984) p.494参照〕、また、(2) 1000℃未満の温度においては、拡散係数が小さく、シリコンを長時間保持しても熱拡散によるニッケル汚染の程度が小さくなることが予想されること、更に、(3) シリコンの凝固点は1414℃であるから、一方向凝固法における最終的な不純物濃縮層の部位では不純物金属の濃縮により凝固点降下が起こり、生成したシリコンブロックの凝固完了時の表面温度は大凡1400℃になること、に着目し、シリコンブロック凝固完了後にシリコンブロックの温度を下げる際に、シリコンブロックの表面温度が1400℃から1000℃に到達するまでの時間を変化させ、シリコンブロック表面からのニッケル熱拡散の高温曝露時間依存性を調査する検証実験を行った。 Therefore, the present inventors next (1) Nickel has a larger diffusion coefficient than that of other elements for solid silicon, particularly solid silicon at a temperature of 1000 ° C. or more with a boundary of 1000 ° C. [Landolt-Bornstein Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik, eds. O. Madelung, M. Schulz and H. Weiss (SpringerVerlag, Berlin, 1984) p.494 It is expected that the degree of nickel contamination due to thermal diffusion is expected to be small even if the silicon is held for a long time, and (3) since the freezing point of silicon is 1414 ° C. Focusing on the fact that the freezing point drop occurs due to the concentration of impurity metal in the impurity concentration layer, and the surface temperature of the generated silicon block at the completion of solidification is about 1400 ° C. Verification to investigate the high temperature exposure time dependence of nickel thermal diffusion from the silicon block surface by changing the time until the surface temperature of the silicon block reaches 1400 ° C to 1000 ° C when lowering the temperature of the silicon block after completion The experiment was conducted.
このニッケル熱拡散の検証実験の結果、図2に示す結果が得られた。この実験結果は、シリコンブロック凝固完了後にその表面温度が1400℃から1000℃に到達するまでの時間が長くなればなるほど凝固率86%でのニッケル濃度が高くなることを示しており、本発明者らは、上記の問題の原因、すなわち、一方向凝固法により精製したシリコンブロック中のニッケル濃度が式(1)に従った濃度分布を示さないことの原因が、シリコンブロック表面における凝固率100%近くの不純物濃縮層のニッケルが、シリコンブロック凝固完了後の1400℃から1000℃に冷却される過程で発生する熱拡散により、再びシリコンブロック中に拡散し、これによって不純物濃縮層の領域が拡張することに起因していることを突き止めた。 As a result of this nickel thermal diffusion verification experiment, the results shown in FIG. 2 were obtained. This experimental result shows that the nickel concentration at the solidification rate of 86% increases as the time until the surface temperature reaches from 1400 ° C. to 1000 ° C. after completion of the solidification of the silicon block increases. Et al., The cause of the above problem, that is, the cause that the nickel concentration in the silicon block purified by the unidirectional solidification method does not show the concentration distribution according to the formula (1) is that the solidification rate on the silicon block surface is 100%. The nickel in the nearby impurity enriched layer diffuses again into the silicon block due to thermal diffusion that occurs in the process of cooling from 1400 ° C. to 1000 ° C. after the completion of the solidification of the silicon block, thereby expanding the region of the impurity enriched layer. I found out that it was caused by that.
また、本発明者らは、一方向凝固法における最表面直下の不純物濃縮層の結晶組織の形態を柱状結晶組織、等軸結晶組織、樹枝状結晶組織、及び等軸・樹枝状結晶組織に作り分け、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度について調べた結果、図3及び後述の表1に示すように、不純物濃縮層直下の結晶組織の形態によって、熱拡散の程度が異なることを突き止めた。 In addition, the inventors of the present invention have made columnar crystal structure, equiaxed crystal structure, dendritic crystal structure, and equiaxed / dendritic crystal structure as the crystal structure of the impurity-concentrated layer immediately below the outermost surface in the unidirectional solidification method. As a result of examining the nickel concentration at the position where the solidification rate is 86%, as shown in FIG. 3 and Table 1 described later, it was found that the degree of thermal diffusion varies depending on the form of the crystal structure immediately below the impurity concentrated layer.
本発明は、これら本発明者らの実験から得られた知見に基づいてなされたものである。
従って、本発明は、金属シリコンの精製法に関し、特にニッケルを含む溶融シリコンを一方向凝固法により精製し、6N以上の高純度の多結晶シリコンを製造する方法を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made based on the knowledge obtained from these experiments by the present inventors.
Accordingly, the present invention relates to a method for purifying metallic silicon, and in particular, an object of the present invention is to provide a method for producing high purity polycrystalline silicon of 6N or more by purifying molten silicon containing nickel by unidirectional solidification. It is.
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決するものであり、ニッケルを含む金属シリコンを溶融し、溶融した金属シリコンを一方向凝固法により精製し、6N以上の純度の多結晶シリコンを製造する方法を提供する。 The present invention solves the above-described problem by the following configuration, and melts metallic silicon containing nickel, purifies the molten metallic silicon by a unidirectional solidification method, and manufactures polycrystalline silicon having a purity of 6N or more. Provide a method.
〔1〕 ニッケルを含む金属シリコンを溶融し、この溶融した金属シリコンを一方向凝固法により精製し、6N以上の純度の多結晶シリコンを製造する方法であって、前記一方向凝固法により得られたシリコンブロックの凝固率が100%に達してから400分以内に、シリコンブロック表面温度を1000℃以下に到達させることを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。 [1] A method for producing polycrystalline silicon having a purity of 6N or more by melting metallic silicon containing nickel and purifying the molten metallic silicon by a unidirectional solidification method, which is obtained by the unidirectional solidification method. A method for producing polycrystalline silicon, wherein the surface temperature of the silicon block reaches 1000 ° C. or less within 400 minutes after the solidification rate of the silicon block reaches 100%.
〔2〕 金属シリコンが初期濃度C0のニッケルを含み、この金属シリコンのニッケル濃度を前記ニッケル初期濃度C0の1/500以下に低減することを特徴とする前記〔1〕記載の多結晶シリコンの製造方法。 [2] The polycrystalline silicon according to [1], wherein the metal silicon contains nickel having an initial concentration C 0 , and the nickel concentration of the metal silicon is reduced to 1/500 or less of the nickel initial concentration C 0. Manufacturing method.
〔3〕 前記シリコンブロックは、その不純物濃縮層におけるシリコン結晶組織が柱状結晶組織以外の結晶組織である前記〔1〕記載の多結晶シリコンの製造方法。 [3] The method for producing polycrystalline silicon according to [1], wherein the silicon block has a silicon crystal structure other than a columnar crystal structure in the impurity concentrated layer.
〔4〕 ニッケルを含む金属シリコンを溶融し、この溶融した金属シリコンを一方向凝固法により精製し、6N以上の純度の多結晶シリコンを製造する方法であって、前記一方向凝固法により得られたシリコンブロックの不純物濃縮層におけるシリコン結晶組織を柱状結晶組織以外の結晶組織に作り込むことを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。 [4] A method for producing polycrystalline silicon having a purity of 6N or more by melting metallic silicon containing nickel and purifying the molten metallic silicon by a unidirectional solidification method, which is obtained by the unidirectional solidification method. A method for producing polycrystalline silicon, wherein a silicon crystal structure in an impurity-concentrated layer of a silicon block is formed into a crystal structure other than a columnar crystal structure.
〔5〕 前記柱状結晶組織以外の結晶組織が樹枝状結晶組織及び等軸結晶組織のいずれか一方又は両方である前記〔3〕又は〔4〕に記載の多結晶シリコンの製造方法。 [5] The method for producing polycrystalline silicon according to [3] or [4], wherein the crystal structure other than the columnar crystal structure is one or both of a dendritic crystal structure and an equiaxed crystal structure.
本発明によれば、金属シリコンの一方向凝固法による精製おいて、凝固完了からの温度降下時間を制御すること、若しくは、シリコンブロック最表面直下の結晶組織を柱状結晶以外の等軸結晶組織及び/又は樹枝状結晶組織に作り込むことで、ニッケルの熱拡散による汚染を低減し、このニッケル濃度を指標にして6N以上の高純度多結晶シリコンを効率良く製造することが可能となる。 According to the present invention, in the purification by the unidirectional solidification method of metallic silicon, the temperature drop time from the completion of solidification is controlled, or the crystal structure immediately below the outermost surface of the silicon block is converted into an equiaxed crystal structure other than columnar crystals and By incorporating into the dendritic crystal structure, contamination due to thermal diffusion of nickel can be reduced, and high purity polycrystalline silicon of 6N or more can be efficiently produced using this nickel concentration as an index.
本発明は、ニッケルを含む金属シリコンを一方向凝固法により精製しニッケル濃度が低減した多結晶シリコンを製造する方法であり、上記の本発明者らの知見から、シリコンブロックの凝固率が100%に達してから400分以内に、好ましくは300分以内に、通常1400℃程度のシリコンブロックの表面温度を1000℃以下にまで到達させることに特徴を有する多結晶シリコンの製造方法である。 The present invention is a method for producing polycrystalline silicon having a nickel concentration reduced by refining metallic silicon containing nickel by a unidirectional solidification method. From the above findings of the present inventors, the solidification rate of the silicon block is 100%. This is a method for producing polycrystalline silicon characterized in that the surface temperature of the silicon block of about 1400 ° C. is usually reached to 1000 ° C. or less within 400 minutes, preferably within 300 minutes.
シリコンブロック最表面まで凝固を終えた後に、高温で保持する時間が長いほど、一方向凝固法により精製して得られたシリコンブロックにおいて、最表面直下の不純物濃縮層に濃縮させたニッケルが熱拡散により再びインゴット中へ戻ってしまい、ニッケル汚染の原因となる。この1400℃程度のシリコンブロック表面温度を1000℃まで降下させるのに要する時間(以下、「温度降下時間」ということがある。)は、短いほどニッケル汚染の程度を低減できるが、あまりに急速に冷却し過ぎると得られた多結晶シリコンに割れが入り易くなることから、温度降下時間の下限は100分程度とするのがよい。 After the solidification to the outermost surface of the silicon block, the longer it is held at high temperature, the more the nickel concentrated in the impurity-concentrated layer just below the outermost surface is thermally diffused in the silicon block obtained by refining by the unidirectional solidification method. Will return to the ingot again, causing nickel contamination. The shorter the time required for lowering the surface temperature of the silicon block at about 1400 ° C. to 1000 ° C. (hereinafter sometimes referred to as “temperature drop time”), the degree of nickel contamination can be reduced. If the amount is too much, the resulting polycrystalline silicon is likely to crack, so the lower limit of the temperature drop time is preferably about 100 minutes.
この温度降下時間を400分以内にするために、本発明においてはシリコンブロック最表面及び最表面直下を冷却する必要がある。そして、この最表面を冷却する手段としては、シリコンブロックの凝固完了と同時に加熱ヒーターを切る方法等のようにして積極的に早い速度で降温させる方法、炉内に不活性ガスを流してシリコンブロック最表面を冷却する方法、また、シリコンブロックの底部側から水冷若しくはガス冷却されているプレートにより冷却する方法、更には凝固終了と同時に炉内に水冷若しくはガス冷却されているカーボンブロックを挿入する方法等、幾つかの方法が考えられ、これらは装置や設備等からくる制約条件に応じて適宜採用できるものであり、また、必要により幾つかの方法を組み合わせて採用することもできる。 In order to make this temperature drop time within 400 minutes, in the present invention, it is necessary to cool the outermost surface of the silicon block and immediately below the outermost surface. As a means for cooling the outermost surface, a method of actively lowering the temperature at a high speed, such as a method of turning off the heater simultaneously with completion of solidification of the silicon block, a flow of inert gas in the furnace A method of cooling the outermost surface, a method of cooling with a water-cooled or gas-cooled plate from the bottom side of the silicon block, and a method of inserting a water-cooled or gas-cooled carbon block into the furnace simultaneously with completion of solidification These methods can be used as appropriate in accordance with the constraints that come from the apparatus, equipment, etc., and some methods can be used in combination if necessary.
これは、上述した本発明者らの温度降下時間(シリコンブロック最表面温度が1400℃から1000℃まで到達に要した時間:分)とニッケル濃度(シリコンブロック凝固が86%の位置におけるニッケル濃度:ppmw)との関係を求めたニッケル熱拡散の高温曝露時間依存性を検証した実験に基づくものである。 This is because the above-described temperature drop time of the present inventors (time required for the silicon block outermost surface temperature to reach from 1400 ° C. to 1000 ° C .: minutes) and nickel concentration (nickel concentration at the position where the silicon block solidification is 86%: This is based on an experiment that verified the dependence of nickel thermal diffusion on high-temperature exposure time.
上記のニッケル熱拡散の検証実験において求められた結果は図2に示すとおりであり、この図2から、ニッケル初期濃度5ppmwの金属シリコンをその初期濃度の1/500のニッケル濃度に精製するには、86%の高さにおいてニッケル濃度の上限は0.15ppmw以下であることが求められる。また、図2から判るように、温度降下時間が400分を超えるとニッケル濃度は0.15ppmwを超えて高くなり、時間に比例してニッケル濃度も上昇することが判る。そこで、本発明においては、シリコンブロックの凝固率が100%に達してから400分以内に、シリコンブロック表面温度を1000℃以下に到達させることで、ニッケル熱拡散による汚染を防ぐものである。この温度降下時間が400分を超えると、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度が0.15ppmwを超え、温度降下時間の長さに概ね比例して、ニッケル濃度も高くなるので、ニッケル初期濃度の1/500のニッケル濃度に精製することが困難となる。 The results obtained in the above-mentioned nickel thermal diffusion verification experiment are as shown in FIG. 2. From FIG. 2, it is necessary to purify metal silicon having an initial nickel concentration of 5 ppmw to a nickel concentration of 1/500 of the initial concentration. The upper limit of the nickel concentration at a height of 86% is required to be 0.15 ppmw or less. Further, as can be seen from FIG. 2, when the temperature drop time exceeds 400 minutes, the nickel concentration exceeds 0.15 ppmw, and the nickel concentration increases in proportion to the time. Therefore, in the present invention, contamination due to nickel thermal diffusion is prevented by causing the silicon block surface temperature to reach 1000 ° C. or less within 400 minutes after the solidification rate of the silicon block reaches 100%. When the temperature drop time exceeds 400 minutes, the nickel concentration at the solidification rate of 86% exceeds 0.15 ppmw, and the nickel concentration increases in proportion to the length of the temperature drop time. It becomes difficult to purify to a nickel concentration of 1/500.
ここで、上記のニッケル熱拡散の検証実験においては、原料としてニッケル初期濃度5ppmwの金属シリコンを用いているが、これは、前述したように、原料として用いられる金属シリコンのニッケル初期濃度の上限が概ね5ppmwであるからであり、原料として5ppmwより低いニッケル初期濃度の金属シリコンを用いた場合には、凝固率86%でのニッケル濃度が当然に0.15ppmwより低下することが予測され、得られたシリコンブロックはその凝固率が86%より高い値まで利用しても6Nを達成できて有効利用が可能になり、歩留りがより向上する。原料として用いる金属シリコンにおけるニッケル初期濃度の下限は、特に限定されるものではないが、本発明の趣旨から0.1ppmw程度である。 Here, in the nickel thermal diffusion verification experiment, metallic silicon having an initial nickel concentration of 5 ppmw is used as a raw material. However, as described above, this is because the upper limit of the initial nickel concentration of metallic silicon used as the raw material is limited. This is because it is approximately 5 ppmw, and when using a metal silicon having an initial nickel concentration lower than 5 ppmw as a raw material, the nickel concentration at a solidification rate of 86% is naturally predicted to be lower than 0.15 ppmw. In addition, the silicon block can achieve 6N even if its solidification rate is higher than 86% and can be used effectively, and the yield is further improved. The lower limit of the initial nickel concentration in the metal silicon used as the raw material is not particularly limited, but is about 0.1 ppmw for the purpose of the present invention.
また、本発明は、ニッケルを含む金属シリコンを溶融し、この溶融した金属シリコンを一方向凝固法により精製し、6N以上の純度の多結晶シリコンを製造する方法であって、前記一方向凝固法により得られたシリコンブロックの不純物濃縮層におけるシリコン結晶組織を柱状結晶組織以外の結晶組織に作り込むことを特徴とする多結晶シリコンの製造方法である。この製造方法は、シリコンブロック最表面直下の不純物濃縮層における結晶組織の形態を制御し、結晶組織の粒界を経路として起きるシリコン中の不純物金属の熱拡散、特にニッケルの逆拡散によるニッケル汚染を可及的に防止するものである。 Further, the present invention is a method for producing polycrystalline silicon having a purity of 6N or more by melting metallic silicon containing nickel and purifying the molten metallic silicon by a unidirectional solidification method, the unidirectional solidification method. The method for producing polycrystalline silicon is characterized in that the silicon crystal structure in the impurity-concentrated layer of the silicon block obtained by the above is formed into a crystal structure other than the columnar crystal structure. This manufacturing method controls the morphology of the crystal structure in the impurity-concentrated layer immediately below the outermost surface of the silicon block, and prevents thermal diffusion of impurity metals in silicon that occurs through the grain boundaries of the crystal structure, especially nickel contamination due to back-diffusion of nickel. It is to prevent as much as possible.
柱状結晶組織は、結晶粒界が少なくて直線状であるために、ニッケルがシリコンブロック最表面から粒界を経路として、シリコンブロックの深くまで熱拡散し易い。しかし、等軸結晶組織や樹枝状結晶組織は、結晶粒界が多くて交差し、また、短いために、ニッケルは分散し、シリコンブロックの浅い部分にしか熱拡散せず、ブロックとしてのニッケル汚染は表面に止まり、軽度で済む。従って、シリコンブロック最表面直下の結晶組織を柱状結晶とせず、等軸結晶組織若しくは樹枝状結晶組織に作り込むことにより、ニッケルの熱拡散による汚染を防止することができる。 Since the columnar crystal structure is linear with few crystal grain boundaries, nickel is likely to be thermally diffused deeply into the silicon block from the outermost surface of the silicon block as a path. However, equiaxed crystal structures and dendritic crystal structures intersect with many grain boundaries, and because they are short, nickel is dispersed and only heat is diffused to the shallow part of the silicon block, resulting in nickel contamination as a block. Stops on the surface and is mild. Therefore, contamination caused by thermal diffusion of nickel can be prevented by forming the crystal structure immediately below the outermost surface of the silicon block into an equiaxed crystal structure or a dendritic crystal structure instead of forming a columnar crystal.
これは、上述した本発明者らの実験、すなわち一方向凝固法における最表面直下の不純物濃縮層の結晶組織の形態を柱状結晶組織、等軸結晶組織、樹枝状結晶組織、及び等軸・樹枝状結晶組織に作り分け、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度について調べるニッケル熱拡散のシリコン結晶組織依存性検証実験を行った結果に基づくものである。なお、凝固率については、シリコン融液中に石英製の棒を浸漬することにより測定した。 This is because the above-described experiments of the present inventors, that is, the crystal structure of the impurity concentrated layer immediately below the outermost surface in the unidirectional solidification method are columnar crystal structures, equiaxed crystal structures, dendritic crystal structures, and equiaxed / dendritic structures. This is based on the results of a verification experiment on the dependence of nickel thermal diffusion on the silicon crystal structure to investigate the nickel concentration at a position where the solidification rate is 86%. The solidification rate was measured by immersing a quartz rod in the silicon melt.
このニッケル熱拡散のシリコン結晶組織依存性を検証する実験において、シリコンブロック最表面直下の結晶組織の作り分ける方法としては、例えば、ヒーターの降温速度を調節することにより凝固速度を大きくし、これによって組成的過冷却を生起させる方法があり、この際に、シリコン中の不純物金属濃度が100ppmw未満の場合には等軸結晶組織に、不純物金属が100ppmw以上500ppmw未満の場合には等軸結晶組織と樹枝状結晶組織の混在した結晶組織に、また、不純物金属が500ppmw以上の場合には樹枝状結晶組織に作り込むことができる。ここで、前記凝固速度としては0.5mm/min以上、好ましくは0.5mm/min以上1.5mm/min以下であるのがよい。また、他の方法としては、不活性ガスをシリコン融液表面に吹き付けること(100L/min程度)により強制的に冷却し、これによって上下方向の温度勾配を無くし、柱状結晶組織の成長を妨害する方法がある。この際に、シリコン中の不純物金属が100ppmw未満の場合には等軸結晶組織に、また、不純物金属が100ppmw以上の場合には樹枝状結晶組織に作り込むことができる。 In the experiment to verify the dependence of nickel thermal diffusion on the silicon crystal structure, as a method of creating a crystal structure directly below the outermost surface of the silicon block, for example, the solidification rate is increased by adjusting the temperature drop rate of the heater. There is a method of causing compositional supercooling. In this case, when the impurity metal concentration in the silicon is less than 100 ppmw, the equiaxed crystal structure is obtained. When the impurity metal is 100 ppmw or more and less than 500 ppmw, the equiaxed crystal structure is obtained. A dendritic crystal structure can be incorporated into the crystal structure, and if the impurity metal is 500 ppmw or more, it can be incorporated into the dendritic crystal structure. Here, the solidification rate is 0.5 mm / min or more, preferably 0.5 mm / min or more and 1.5 mm / min or less. Another method is to forcibly cool the surface of the silicon melt by blowing an inert gas (about 100 L / min), thereby eliminating the temperature gradient in the vertical direction and hindering the growth of the columnar crystal structure. There is a way. At this time, when the impurity metal in silicon is less than 100 ppmw, it can be formed into an equiaxed crystal structure, and when the impurity metal is 100 ppmw or more, it can be formed into a dendritic crystal structure.
このニッケル熱拡散のシリコン結晶組織依存性を調べた検証実験の結果を表1に示す。
上記の表1に示す結果から明らかなように、シリコンブロックの結晶組織の範囲とニッケル汚染との関係について検討した結果、等軸結晶組織の範囲、樹枝状結晶組織の範囲、又は等軸結晶組織と樹枝状結晶組織とが混在する範囲が、シリコンブロックの全高に対して2%未満である場合にニッケルの熱拡散による汚染を受け易く、2%以上あれば、ニッケルの逆拡散をブロック表層で効果的に止めることができる。 As is apparent from the results shown in Table 1 above, as a result of examining the relationship between the range of the crystal structure of the silicon block and the nickel contamination, the range of the equiaxed crystal structure, the range of the dendritic crystal structure, or the equiaxed crystal structure When the area where the dendritic crystal structure is mixed is less than 2% of the total height of the silicon block, it is susceptible to contamination by thermal diffusion of nickel. It can be effectively stopped.
以上、説明したような理由により、本発明の製造方法によれば、凝固完了時の1400℃から1000℃までの温度降下時間を短縮することにより、若しくは、インゴットブロック最表面直下の結晶組織を柱状結晶とせず、等軸結晶組織若しくは樹枝状結晶組織に作り込むことにより、あるいは、これらの方法を併用することにより、初期濃度C0のニッケルを含む金属シリコンを原料とし、溶融した金属シリコンからの一方向凝固により精製し、ニッケル濃度が初期濃度C0の1/500以下まで効率良く低減することができ、これによって6N以上の高純度多結晶シリコンを効率良く、かつ、低コストで容易に製造することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the temperature drop time from 1400 ° C. to 1000 ° C. at the time of completion of solidification is shortened, or the crystal structure immediately below the ingot block outermost surface is columnar. By forming into an equiaxed crystal structure or dendritic crystal structure without using a crystal, or by using these methods in combination, a metal silicon containing nickel having an initial concentration C 0 is used as a raw material, and from a molten metal silicon Refined by unidirectional solidification, the nickel concentration can be efficiently reduced to 1/500 or less of the initial concentration C 0 , which makes it possible to easily produce high purity polycrystalline silicon of 6N or more efficiently at low cost. can do.
以下に、本発明の実施例及び比較例に基づいて、本発明の多結晶シリコンの製造方法を説明する。
ここで、以下の実施例及び比較例において、ニッケルを含む金属シリコンの一方向凝固法による精製は、図4に示すような内寸40cm×40cm×40cmの大きさの角型鋳型1を用い、この角型鋳型1を図示外の抵抗加熱式シリコンブロック鋳造炉内に設置し、大気圧下のAr雰囲気中で1500℃に保持し、この中に1500℃に保持された溶融シリコン100kgを注入し、一方向に凝固させることによって行った。この図4において、角型鋳型1の上方には抵抗加熱ヒーター2が、また、その底部外面には冷却部材3が、更に前記角型鋳型1及び抵抗加熱ヒーター2の外方には所定の間隔を置いて保温用の黒鉛製断熱材4が配設されており、角型鋳型1内の溶融シリコン5は、角型鋳型1内においてその底部側から矢印方向に上方に向けて一方向に凝固するようになっている。
Below, the manufacturing method of the polycrystalline silicon of this invention is demonstrated based on the Example and comparative example of this invention.
Here, in the following examples and comparative examples, purification by the unidirectional solidification method of metallic silicon containing nickel uses a
[実施例1]
実施例1においては、熱拡散の時間依存性を検討するため、凝固完了時のシリコンブロックの表面温度が1400℃から1000℃に到達するまでの温度降下時間を変化させて、シリコンブロック表面からのニッケルの熱拡散の程度を調査する実験を行った。
[Example 1]
In Example 1, in order to examine the time dependence of thermal diffusion, the temperature drop time until the surface temperature of the silicon block at the completion of solidification reaches 1400 ° C. to 1000 ° C. is changed to change the temperature from the surface of the silicon block. An experiment was conducted to investigate the degree of thermal diffusion of nickel.
時間を変化させる方法、すなわち鋳造炉内の冷却方法はArガスの流量を変化させることで、1400℃から1000℃に到達するまでの温度降下時間を調節した。原料には、ニッケル以外の不純物の影響を防止するために、半導体用バージンポリシリコンにニッケルを0.5g添加して、精製前のニッケルの初期濃度を5ppmwとした。 In the method of changing the time, that is, the cooling method in the casting furnace, the temperature drop time from 1400 ° C. to 1000 ° C. was adjusted by changing the flow rate of Ar gas. In order to prevent the influence of impurities other than nickel, 0.5 g of nickel was added to semiconductor virgin polysilicon so that the initial concentration of nickel before purification was 5 ppmw.
結果は、縦軸を凝固率86%の位置におけるニッケル濃度(ppmw)とし、また、横軸を温度降下時間〔シリコンブロック凝固完了時の最表面温度(1400℃)を1000℃まで低下させるのに要した時間〕とした図2のグラフから明らかなように、温度降下時間が長いほど、ニッケルの熱拡散の程度が大きいことが判った。ここで、ニッケル初期濃度の1/500のニッケル濃度の多結晶シリコンに精製するためには、凝固率86%の位置においてニッケル濃度を0.15ppmw以下にすることが必要であり、また、そのためには前記温度降下時間を400分以内にすればよいことがわかった。この実施例1により得られた多結晶シリコンは、その結晶組織全体が図3(a)に示すような柱状結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが94%であった。 The result is that the vertical axis is the nickel concentration (ppmw) at the position where the solidification rate is 86%, and the horizontal axis is the temperature drop time [to reduce the outermost surface temperature (1400 ° C) at the completion of solidification of the silicon block to 1000 ° C. As can be seen from the graph of FIG. 2, the longer the temperature drop time, the greater the degree of nickel thermal diffusion. Here, in order to purify to polycrystalline silicon having a nickel concentration of 1/500 of the initial nickel concentration, it is necessary to make the nickel concentration 0.15 ppmw or less at a position where the solidification rate is 86%. It was found that the temperature drop time should be within 400 minutes. Polycrystalline silicon obtained in Example 1 had a columnar crystal structure as shown in FIG. 3 (a), a purity of 6N or more, and a yield of 94%.
[実施例2]
半導体用バージンポリシリコンにニッケルを0.1g添加して、精製前のニッケルの初期濃度を1ppmwとした以外は、上記実施例1と同様に、一方向凝固法により精製し、多結晶シリコンの製造を行った。
この実施例2により得られた多結晶シリコンは、その結晶組織全体が図3(a)に示すような柱状結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが94%であった。
[Example 2]
Production of polycrystalline silicon by unidirectional solidification as in Example 1 except that 0.1 g of nickel was added to virgin polysilicon for semiconductor and the initial concentration of nickel before purification was 1 ppmw. Went.
Polycrystalline silicon obtained in Example 2 had a columnar crystal structure as shown in FIG. 3 (a) as a whole, a purity of 6N or higher, and a yield of 94%.
[実施例3]
実施例3においては、シリコンブロックの凝固率が98%の時点でヒーター電源を切り、更にArガスを1000L/分の速度で溶融シリコン表面に吹き付けることで、凝固率98〜100%の範囲を急速凝固させ、等軸結晶領域とした。
[Example 3]
In Example 3, when the solidification rate of the silicon block was 98%, the heater power supply was turned off, and Ar gas was sprayed onto the molten silicon surface at a rate of 1000 L / min. Solidified into an equiaxed crystal region.
生成したシリコンブロックの最表面まで凝固が完了したことを確認した後、ニッケルの熱拡散による汚染量を比較検討するため、また、実施例1と同じ条件とするために、一旦、前記鋳造炉内温度を凝固完了温度である1400℃まで上げ、その後1000℃まで900分かけて降温し、シリコンブロック表面からのニッケルの熱拡散の程度を調べた。ここで、原料には、ニッケル以外の不純物の影響を防止するために、上記実施例1と同様に、半導体用バージンポリシリコンにニッケルを0.5g添加して、精製前のニッケル初期濃度C0を5ppmwとした。 After confirming that solidification has been completed up to the outermost surface of the generated silicon block, in order to compare and examine the amount of contamination by thermal diffusion of nickel, and to make the same conditions as in Example 1, once in the casting furnace The temperature was raised to 1400 ° C., the solidification completion temperature, and then lowered to 1000 ° C. over 900 minutes, and the degree of thermal diffusion of nickel from the silicon block surface was examined. Here, in order to prevent the influence of impurities other than nickel in the raw material, 0.5 g of nickel was added to virgin polysilicon for semiconductor in the same manner as in Example 1 above, and the initial nickel concentration C 0 before purification was added. Was 5 ppmw.
図3(b)に最表面直下の不純物濃縮層における結晶組織が、また、表1には凝固率86%の位置におけるニッケル濃度(ppmw)がそれぞれ示されている。実施例1の図2のデーターによれば、1400℃から1000℃まで温度降下時間900分をかけて降温した場合、同じ凝固率86%におけるニッケル濃度が0.34ppmw程度であったのに対して、この実施例3の場合には0.04ppmwと顕著に低下しており、シリコンブロックの最表面直下の不純物濃縮層における結晶組織を等軸結晶領域とした効果が確認された。また、このことから、実施例3においては、86%の凝固率までは図1に示したニッケル初期濃度5ppmwの場合の精製シリコン中のニッケル濃度の理論曲線に相当するシリコンブロックが得られた。この実施例3により得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の98〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(b)に示すような等軸結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが90%であった。 FIG. 3B shows the crystal structure in the impurity-concentrated layer immediately below the outermost surface, and Table 1 shows the nickel concentration (ppmw) at a solidification rate of 86%. According to the data of FIG. 2 of Example 1, when the temperature was lowered from 1400 ° C. to 1000 ° C. over 900 minutes, the nickel concentration at the same solidification rate of 86% was about 0.34 ppmw. In the case of Example 3, it was significantly reduced to 0.04 ppmw, and the effect of setting the crystal structure in the impurity concentrated layer immediately below the outermost surface of the silicon block as an equiaxed crystal region was confirmed. From this, in Example 3, a silicon block corresponding to the theoretical curve of nickel concentration in purified silicon shown in FIG. 1 was obtained up to 86% solidification rate when the initial nickel concentration was 5 ppmw. The polycrystalline silicon obtained in Example 3 has an equiaxed crystal structure as shown in FIG. 3B in which 98 to 100% of the crystal structure is an impurity-concentrated layer. Was 6N or more and the yield was 90%.
[比較例1]
比較例1においては、シリコンブロックの凝固率が99%の時点でヒーター電源を切ったこと以外は、上記実施例3の場合と同様にして多結晶シリコンの製造を行った。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, polycrystalline silicon was produced in the same manner as in Example 3 except that the heater power supply was turned off when the solidification rate of the silicon block was 99%.
実施例1の図2のデーターによれば、1400℃から1000℃まで温度降下時間900分をかけて降温した場合、同じ凝固率86%におけるニッケル濃度が0.34ppmw程度であったのに対して、この比較例1の場合には0.20ppmwであり、目標のニッケル濃度0.15ppmw以下にまでは到達しなかった。この比較例1においては、得られたシリコンブロックのニッケル汚染は軽減しているものの、86%の凝固率におけるニッケル濃度は図1に示した精製シリコン中のニッケル濃度の理論曲線から外れており、得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の99〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(b)に示すような等軸結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが75%であった。 According to the data of FIG. 2 of Example 1, when the temperature was lowered from 1400 ° C. to 1000 ° C. over 900 minutes, the nickel concentration at the same solidification rate of 86% was about 0.34 ppmw. In the case of this comparative example 1, it was 0.20 ppmw and did not reach the target nickel concentration of 0.15 ppmw or less. In Comparative Example 1, although nickel contamination of the obtained silicon block was reduced, the nickel concentration at the solidification rate of 86% deviated from the theoretical curve of nickel concentration in the purified silicon shown in FIG. In the obtained polycrystalline silicon, the region of 99-100% of the crystal structure is an impurity-enriched layer and has an equiaxed crystal structure as shown in FIG. 3 (b), and its yield is 6N or higher in yield. Was 75%.
[実施例4]
実施例4においては、シリコンブロックの凝固率が98%の時点でヒーター電源を切り、更にArガスを1000L/分で溶融シリコン表面に吹き付け、凝固率98〜100%の範囲を急速に凝固させて樹枝状結晶領域とし、また、鉄(Fe)を10g添加して、凝固率98%の位置における溶融シリコン中のFe濃度を4000ppmwにして、急冷却時に組成的過冷却が起こるようにし、これによって樹枝状結晶組織を作り易くしたこと以外は、上記実施例3と同様に、一方向凝固法により精製し、多結晶シリコンの製造を行った。
[Example 4]
In Example 4, when the solidification rate of the silicon block was 98%, the heater power supply was turned off, and Ar gas was sprayed onto the molten silicon surface at 1000 L / min to rapidly solidify the solidification rate range of 98 to 100%. A dendrite region is added, and 10 g of iron (Fe) is added so that the Fe concentration in the molten silicon at a position where the solidification rate is 98% is 4000 ppmw so that compositional supercooling occurs during rapid cooling. A polycrystalline silicon was produced by purifying by a unidirectional solidification method in the same manner as in Example 3 except that a dendritic crystal structure was easily formed.
この実施例4においては、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度が0.06ppmwであって、得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の98〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(c)に示すような樹枝状結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが92%であった。 In Example 4, the nickel concentration at a solidification rate of 86% is 0.06 ppmw, and the obtained polycrystalline silicon has a region of 98 to 100% of its crystal structure as an impurity concentrated layer. It was a dendritic crystal structure as shown in 3 (c), and its purity was 6N or more and the yield was 92%.
[比較例2]
比較例2においては、シリコンブロックの凝固率が99%の時点でヒーター電源を切り、更にArガスを1000L/分で溶融シリコン表面に吹き付け、凝固率99〜100%の範囲を急速に凝固させて樹枝状結晶領域としたこと以外は、上記実施例4と同様に、一方向凝固法により精製し、多結晶シリコンの製造を行った。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the heater power supply was turned off when the solidification rate of the silicon block was 99%, and Ar gas was sprayed onto the surface of the molten silicon at 1000 L / min to rapidly solidify the range of the solidification rate of 99 to 100%. Polycrystalline silicon was produced by purification by the unidirectional solidification method in the same manner as in Example 4 except that the dendritic crystal region was used.
この比較例2においては、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度が0.22ppmwであって、得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の99〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(c)に示すような樹枝状結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが75%であった。 In Comparative Example 2, the nickel concentration at the solidification rate of 86% is 0.22 ppmw, and the obtained polycrystalline silicon has an impurity concentration layer in the region of 99 to 100% of the crystal structure. It was a dendritic crystal structure as shown in 3 (c), and its purity was 6N or more and the yield was 75%.
[実施例5]
この実施例5においては、シリコンブロックの凝固率が98%の時点でヒーター電源を切り、更にArガスを1000L/分で溶融シリコン表面に吹き付けることで、凝固率98〜100%の範囲を急速凝固させることで樹枝状結晶領域とし、また、鉄(Fe)を0.3g添加して、凝固率98%の位置における溶融シリコン中のFe濃度を約200ppmwとし、これによって急冷却時に組成的過冷却が起きるようにして等軸・樹枝状混在結晶組織を作り易くしたこと以外は、上記実施例3と同様に、一方向凝固法により精製し、多結晶シリコンの製造を行った。
[Example 5]
In Example 5, when the solidification rate of the silicon block is 98%, the heater power supply is turned off, and Ar gas is blown onto the surface of the molten silicon at 1000 L / min, so that the solidification rate of 98-100% is rapidly solidified. By adding 0.3 g of iron (Fe), the Fe concentration in the molten silicon at a position where the solidification rate is 98% is set to about 200 ppmw. In the same manner as in Example 3 except that the equiaxed / dendritic mixed crystal structure was made easy to occur, polycrystalline silicon was produced.
この実施例5においては、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度が0.04ppmwであって、得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の98〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(d)に示すような等軸・樹枝状混在結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが93%であった。 In Example 5, the nickel concentration at a solidification rate of 86% is 0.04 ppmw, and the obtained polycrystalline silicon has a region of 98 to 100% of its crystal structure as an impurity concentrated layer. The crystal structure was equiaxed and dendritic mixed as shown in 3 (d). The purity was 6N or more and the yield was 93%.
[比較例3]
この比較例3においては、シリコンブロックの凝固率が99%の時点でヒーター電源を切り、更にArガスを1000L/分で溶融シリコン表面に吹き付けることで、凝固率99〜100%の範囲を急速凝固させることで樹枝状結晶領域としまた、鉄(Fe)を0.3g添加して、凝固率98%の位置における溶融シリコン中のFe濃度を約200ppmwとし、これによって急冷却時に組成的過冷却が起きるようにして等軸・樹枝状混在結晶組織を作り易くしたこと以外は、上記実施例3と同様に、一方向凝固法により精製し、多結晶シリコンの製造を行った。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, the heater power is turned off when the solidification rate of the silicon block is 99%, and Ar gas is blown onto the surface of the molten silicon at 1000 L / min. By adding 0.3 g of iron (Fe), the Fe concentration in the molten silicon is about 200 ppmw at a position where the solidification rate is 98%, and this causes compositional supercooling during rapid cooling. Polycrystalline silicon was produced by purifying by the unidirectional solidification method in the same manner as in Example 3 except that it was easy to produce an equiaxed / dendritic mixed crystal structure.
この比較例3においては、凝固率86%の位置におけるニッケル濃度が0.21ppmwであって、得られた多結晶シリコンは、その結晶組織の99〜100%の領域が不純物濃縮層であって図3(d)に示すような等軸・樹枝状混在結晶組織であり、また、その純度が6N以上で歩留りが70%であった。 In Comparative Example 3, the nickel concentration at a solidification rate of 86% is 0.21 ppmw, and the obtained polycrystalline silicon has an impurity concentration layer in a region of 99 to 100% of the crystal structure. It was an equiaxed and dendritic mixed crystal structure as shown in 3 (d), and its purity was 6N or more and the yield was 70%.
1…角型鋳型、2…抵抗加熱ヒーター、3…水冷式冷却部材、4…黒鉛製断熱材、5…溶融シリコン。
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