本发明专利技术涉及一种硅或硅基合金的熔炼方法及用于该方法的炉，为将硅原料或硅基合金原料熔炼的方法及用于该方法的炉，其特征在于，利用通电发热的发热体对所述原料进行加热，并在氧分压为10～1000Pa的惰性气氛中对所述原料进行熔炼。本发明专利技术提供改变现有使用的加热器的材质并在不需要调节为高真空的炉中将硅或硅基合金熔炼的方法及用于该方法的熔炼炉，并且，通过根据需要改变加热器、绝热材料等的材质防止杂质的混入。由此，本发明专利技术课题在于以低成本制造单晶或多晶硅或硅基合金。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够以低成本熔炼硅原料或硅合金原料的硅或硅合金熔炼方法及熔炼炉。
技术介绍
硅作为半导体用的衬底或太阳能电池用材料使用，因此近年来对它的需求急增。作为面向半导体用的衬底(晶片)，使用单晶硅，基础单晶锭通过丘克拉斯基法(Cz法)或悬浮区熔法(FZ法)制作。另一方面，面向太阳能电池的Si，有与半导体同样地使用单晶的情况和使用多晶硅的情况。在能量转换效率方面，单晶硅更优良，但是在制造成本方面，能够通过熔炼、铸造来制作的多晶硅具有可以压低成本的优点，因此根据用途分别使用。 近年来开发了各种类型的太阳能电池，但是，这些结晶型硅是最主流的，预计今后对它的需求会迅速扩大。另一方面，为了使太阳能电池在全世界范围普及，日益严峻地要求进一步的低成本化。也许认为，在多晶硅锭的制造中，仅仅将作为原料的多晶硅(金属Si)熔炼并凝固，因此与使结晶取向整齐且以无缺陷方式制作的单晶硅相比更容易。但是，目前的情况是，即使是在认为规格不如半导体用途严格的面向太阳能电池的方面，也需要在锭内不存在缩孔或空隙等铸造缺陷、以及由于杂质多时对转换效率产生不利影响因此需要严格地进行控制，从而作为用于制造这样的硅锭的装置，变得非常昂贵。对于一个装置中的Si锭的处理速度或制造能力而言，目前的多晶熔炼炉与单晶生长装置相比在价格方面占有优势，但是，为了进一步扩大生产而进行设备投资的情况下，需要与单晶生长装置同等，或者进行大型化时需要比其更高的金额，从而在考虑分期偿还的负担等时，处于结晶型硅低成本化僵滞的状态。其次，作为多晶硅熔炼装置非常昂贵的原因，是目前在金属Si原料的熔炼前和熔炼时进行高真空处理的技术。常识中，为了除去附着在包括原料和坩埚等在内的周边材料上的水分或杂质，首先要以高真空进行初期排气。在该调节为高真空的处理中，需要耐压容器(槽)和泵。耐压槽需要设计为厚壁，从而越进行大型化则材料费、以及为了不产生泄漏而必须进行完全焊接的部位也越增加，从而成本上升。另外，为了得到高真空，在泵的方面也需要将旋转泵、机械增压泵、油扩散泵、涡轮分子泵等多个组合使用，从而成本上升。另外，为了将用于Si熔炼时等的高温处理的炉体冷却，在炉体侧面或盖部设置有冷却功能。关于冷却功能，既有将水路加工到槽内部的情况，也有以夹套型安装到炉的表面的类型等，目前的Si熔炼炉中几乎所有的炉都有该功能，从而包括确保冷却水的利用也成为负担。另外，为了不在锭中产生缩孔或空隙，在坩埚的旋转或升降、炉顶加热器(天井t 一々一)的安装、加热器位置的升降等方面，进行了各种设计。在确保气密性使得炉内部能够达到高真空的同时设置这些功能也成为设备费用高昂的原因。作为参考，以从正上方观察炉的剖视图对现有的电阻加热炉中的熔炼方法进行说明。图3是真空炉的一例，在硅熔炼坩埚11的周围设置有圆筒型的耐热性隔壁12，在其周围设置有碳制的加热器13。该隔壁12用于防止由温度比炉温高且蒸气压高的加热器13对要熔炼的硅造成碳污染，并且将熔炼坩埚均匀地加热。在加热器13的外周，配置耐热性的耐压容器14。该容器通常使用一般结构用轧制钢(SS)或不锈钢(SUS)。为了防止耐压容器14由于高热而受到损坏且抑制向外部的热辐射，在耐压容器14的周围或者表层附近的内部，安装水冷夹套或水冷通道等冷却装置15。将真空泵16结合到耐压容器14上，从配管17引入惰性气体，同时对耐压容器14内部进行排气。图4同样为现有的真空容器的另一例。此时，为在加热器13中使用钥或钨的例子，此时不存在碳对要熔炼的硅的污染，因此不需要设置图3所示的隔壁12。从该程度上来说，结构比图3简化。但是，此时，如果碳污染不特别地成问题，则有时也使用碳作为加热器13 的材料。使用真空容器时的真空度取决于泵的种类，在使用旋转泵时，可以将氧分压调节为约O. 14Pa，在使用机械增压泵的情况下，可以将氧分压调节为约O. 03Pa，在进一步使用油扩散泵的情况下，可以将氧分压调节为约O. 00002Pa，但是，由于在任何情况下都必须使用用于达到真空的高价的真空泵，因此存在设备费和维护管理费必然高昂的问题。图5是现有的高温用大气炉的例子。这种情况不用于硅的熔炼，且多数情况下在被热处理坩埚11的周围使用硅化钥(MoSi2)或碳化硅(SiC)的加热器13。另外，炉的外壁一般使用陶瓷纤维板等绝热材料。陶瓷纤维板的热导率极低且绝热效果好，因此有时不必通过充分的壁厚来赋予水冷却功能。与图3和图4相比，炉的结构非常简单，容易实现低成本。但是，由于暴露在大气中，因此必然不能抑制熔炼物的氧化。一般用于不必在意熔炼物的氧化的材料或者已经氧化的材料的熔炼。此时的氧浓度为21%，氧分压达到约21，OOOPa0图6是多目的熔炼炉，是用耐压槽将图5的大气炉围绕而成的结构。根据要熔炼的材料，可以在用真空泵16将炉内抽气而得到的真空气氛、从气体引入口(配管)17流入氮气或氩气而得到的惰性气氛、或者流入氢气或一氧化碳而得到的还原气氛、以及流入大气或氧气而得到的氧化气氛等多目的的条件下使用。但是，常识是为了进行气体置换首先要进行真空排气，因此外槽使用高强度的耐压槽。另外，为了容易进行气体置换并且成为紧凑的尺寸，内部的隔壁12设计成比图5更薄的壁。因此，耐压槽设置有水冷却功能，在该方面来说，炉内的结构和周围的结构复杂，成本闻。因此，现有的电阻加热炉中的硅熔炼，有图3、图4、图6的类型，但是，为了防止Si的氧化，用真空泵将大气中的氧排出，该氧分压通过旋转泵降低到约O. 14Pa，通常通过组合使用机械增压泵或油扩散泵而降低到约O. 03Pa 约O. 00002Pa,并在该状态下进行熔炼。另一方面，图5的炉中，由于为大气，因此氧分压非常高，为约21，OOOPa，绝不是进行硅熔炼的条件。另一方面，硅的用途除了半导体用硅晶片、结晶型硅太阳能电池的衬底以外，也存在溅射靶的用途。用作溅射靶的硅的用途，可以列举汽车用窗玻璃的防反射膜、太阳能电池中作为太阳能量转换效率关键的光吸收层、保护层。在此，窗玻璃的防反射膜或太阳能电池用的保护层中使用的硅靶，不一定需要在半导体用的晶片或太阳能电池中使用的多晶硅这样的高特性。但是，这样的靶领域中的需求量尚少，因此迄今还在使用高价的单晶或太阳能电池中使用的多晶硅。如果能够尽可能抑制熔炼工序中的杂质增加，则存在将该硅充分利用的可能性。在该用途中，也预计将来会有大的增长，因此需要以低成本提供大量的多晶硅。顺便，溅射法作为形成薄膜的手段使用，其中存在双极直流溅射法、高频溅射法、磁控溅射法等几种溅射方法，利用各自固有的溅射的性质形成各种电子部件的薄膜。该溅射法应用的原理如下将作为阳极的衬底与作为阴极的靶对置，在惰性气体气氛下在该衬底与靶间施加高电压使得产生电场，此时电离的电子与惰性气体撞击而形成 等离子体，该等离子体中的阳离子撞击靶的表面将靶构成原子击出，该飞出的原子附着到对置的衬底上形成膜。在这样的溅射靶中，提出了熔炼硅靶，但是，近年来靶具有大型化的倾向，为了提高成膜效率，要求厚度大并且大型的矩形或者圆盘状的靶。在任何情况下，都需要将作为原料的硅(Si)或硅基合金熔炼。硅属于易氧化的元素，氧进入到结晶中时成为位错结晶，可能会导致器件不良或转换效率下降。因此，目前采用如下方法在高真空炉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.19 JP 2009-2403401.一种硅或硅基合金的熔炼方法，其为硅原料或硅基合金原料的熔炼方法，其特征在于，在氧分压为10 IOOOPa的惰性气氛中处理从原料的熔炼到凝固的工序。2.如权利要求I所述的硅或硅基合金的熔炼方法，其特征在于，在所述氧分压为10 300Pa的条件下进行处理。3.如权利要求I或2所述的硅或硅基合金的熔炼方法，其特征在于，将氩气引入到熔炼炉内，从而得到惰性气氛。4.如权利要求I至3中任一项所述的娃或娃基合金的熔炼方法,其特征在于，以按标准状态换算为5L/分钟以上的流量将氩气引入到熔炼炉内并排出。5.一种硅或硅基合金的熔炼炉，其为将硅原料或硅基合金原料熔炼的炉，其特征在于，具有如下结构的炉，该炉具有通电而发热的发热体，并在氧分压为10 IOOOPa的惰性气氛中处理从利用该发热体的原料的熔炼到凝固的工序。6.如权利要求5所述的娃或娃基合金的熔炼炉,其特征在于,发热体为以MoSi2为主要成分的加热器，并使用由基于Al2O3或SiO2的陶瓷纤维构成的板或套筒作为围绕用于熔炼硅或硅基合金的坩埚的绝热材料。7.如权利要求5或6所述的硅或硅基合金的熔炼炉，其特征在于，熔炼炉包含第一壳体和第二壳体，所述第一壳体具有用...
【专利技术属性】
技术研发人员：高村博，成田里安，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石金属株式会社，
类型：发明
国别省市：
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