リサイクルによる半導体級シリコンの製造

• 研究課題/領域番号: 15206101
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: リサイクル工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 前田 正史 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70143386)
• 研究分担者: 光田 好孝 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20212235) ; 岡部 徹 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (00280884) ; 三宅 正男 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (60361648)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円); 2004年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2003年度: 37,050千円 (直接経費: 28,500千円、間接経費: 8,550千円)
• キーワード: シリコン / 電子ビーム溶解 / 真空 / 半導体 / 精製 / クヌーセンセル質量分析法 / リサイクル

研究概要

本研究では、微量不純物を含有するスクラップシリコンを精製し、太陽電池用あるいは半導体用の高純度シリコン素材を高速で製造する新しい方法の開発を目的としている。
10^<-3>Pa程度の高真空中で電子ビームを用いてシリコンを溶解させることにより、リンおよびアンチモンなどの不純物を除去できることを確認した。しかし、シリコン中のボロンは蒸気圧が低いため、単純な電子ビーム溶解では除去できない。そこで、電子ビーム溶解中に気体を導入し、シリコン中ボロンと反応させることにより、ボロンを除去することを試みた。水蒸気の添加により、溶解初期にシリコン中のボロン濃度の低下がみられた。
一方、これまで高真空下において精製を行ってきたが、10^<-3>Pa程度の高真空を維持するには、大型の装置および維持費が必要となる。そこで、低真空下での精製の可能性を検討した。冷陰極グロー放電型電子ビーム溶解装置を用い、1〜10Pa程度の真空下において、シリコンを溶解し、シリコン中不純物の除去を試みた。冷陰極グロー放電型電子銃を用いることで、ロータリーポンプおよびブースターポンプのみで排気されたチャンバー内で、通常のフィラメント型の電子銃による高真空下での溶解と同様に、シリコンを安定に溶解することができた。また、本装置を用いて10Pa程度の低真空下でシリコンを溶解させた結果、シリコン中のリンおよびアンチモンは、高真空下と同様の速度で除去されることが明らかとなった。