[发明专利]金属硅的精制方法和硅块的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属硅的精制方法和采用了该精制方法的硅块的制造方法。 

背景技术

在各种技术领域中，一直在应用由蒸镀法制作的硅薄膜。在制作这样的硅薄膜时，通过电阻加热、感应加热、或电子射线加热来加热硅。电子射线加热可局部加热位于蒸发源中的硅的表面。因此，电子射线加热与需要将位于蒸发源中的硅整体加热的电阻加热或感应加热等其它方法相比，能够高效率地提高蒸发速度。 

可是在电子射线加热时，电子射线碰撞的表面的较窄的区域被局部地急速加热。但是有时在蒸发源的硅中含有水分、有机物、磷、钙、铝等低沸点杂质。例如，在通过将天然生产的氧化硅进行还原而制造的金属硅中含有较多的铝。 

在此种情况下，因低沸点杂质的急剧气化而使硅飞溅。飞溅的硅由于附着在要制作的薄膜的蒸镀面上而影响薄膜的厚度、组成等品质。而且，还有损伤蒸镀基材的可能性。特别是，在连续供给固体硅的情况下、或在间歇供给的固体硅的熔化过程中等固体硅残留在蒸发源中时，容易发生由急速加热造成的硅的飞溅。这是因为固体硅的密度比硅熔融液的密度小，固体硅容易浮起。 

为了抑制由如此的固体硅熔化时的急速加热造成的硅的飞溅，使熔化时的杂质铝的蒸气压小于炉内压力是有效的。关于加热稀薄溶液时的溶剂及各溶质的蒸气压，可采用拉乌耳定律及亨利定律。与此相同，如果在加热含有杂质的固体硅时也降低低沸点杂质的浓度，则能减小其饱和蒸气压，能够抑制发生急剧的气化。 

铝在固体硅中的固溶度因温度而变化，但在1200～1400℃的范围内， 500ppm(重量比)左右的铝在硅中固溶。因此，在铝浓度为500ppm以下的情况下，铝可存在于硅中，不易在晶界等析出。其结果是，不易引起熔化时的急剧气化。但是，在更高浓度的铝存在于硅中的情况下，不能固溶的铝被浓缩在硅晶界等，形成铝浓度高的区域。因此，在蒸发源的硅中的铝浓度大于500ppm的情况下，在利用电子射线进行的急速加热时，铝急剧地气化。这是因为在铝被浓缩的晶界等部分中局部形成铝浓度高的熔融液。这样，如果铝急剧地气化，则硅容易飞溅。 

半导体或太阳能电池中所用的硅的纯度在99.999％以上。因此，在采用这些硅的废料(废料硅)作为蒸发源的情况下，可抑制硅的飞溅。但是迫切需要高纯度的硅，这样的硅很难搞到，而且价格非常高。 

因此作为得到廉价的蒸发源的手段，可考虑将按冶金学精制的硅(将其称为金属硅)作为原料硅，对其进行精制。金属硅的纯度为98％左右，如上所述含有磷、钙、铝等低沸点杂质。 

另一方面，已知有多种得到在太阳能电池等的制造中使用且杂质在1ppm以下的高纯度硅的精制方法。具体可列举出在专利文献1、专利文献2等中示出的在减压下利用加热进行的精制方法。 

在专利文献1、专利文献2等中示出的在10Pa以下的高真空条件下的处理中，低沸点杂质的蒸发速度快，精制中硅容易飞溅。因此，高真空条件下的处理不适合含有1000ppm以上的铝的金属硅的处理。 

此外在专利文献3中，公开了将硅精制到纯度为98％～99％左右的方法。该方法使用利用酸进行的溶出处理来除去杂质。但是该方法不能将杂质铝的浓度降低到500ppm或其以下。 

因此，有关将含有1000ppm以上的铝的金属硅作为原料，在不用化学方法的情况下就能将铝浓度降低到500ppm或其以下的精制方法的研究实例较少。 

专利文献1：日本特开平6-227808号公报 

专利文献2：日本特开2006-232658号公报 

专利文献3：日本特开平5-33070号公报 

发明内容

在本发明中，所谓金属硅是指硅的浓度为98重量％～99.9重量％，其它部分由金属等杂质构成。特别是，在杂质中，铝的浓度按重量比计为1000ppm～10000ppm。 

本发明的金属硅的精制方法是：准备上述金属硅，接着在压力为100Pa～1000Pa的惰性气氛中将该金属硅加热到1500℃～1600℃并保持一定时间。根据该金属硅的精制方法，能够高效率地除去金属硅中的铝。 

此外，本发明的硅块的制造方法包含下述步骤：准备金属硅的步骤；在压力为100Pa～1000Pa的惰性气氛中将金属硅加热到1500℃～1600℃并保持一定时间的步骤；和将被加热、保持的金属硅冷却而形成硅块的步骤。 

附图说明

图1是表示用于实施本发明的实施方式的金属硅的精制方法的熔化设备的构成例的图示。