JP5562846B2 - 精製シリコン結晶を提供する酸洗使用 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６０／９５１，３７４号（２００７年７月２３日出願）および同第６０／９５２，７３２号（２００７年７月３０日出願）の優先権の利益を主張し、これらの出願は、本明細書に参考として援用される。

シリコン中の不純物量を減少させるために、例えば、ゾーンメルティング、シランガス蒸留、ガス注入、酸浸出、スラッギング、および方向性凝固を含む、多くの異なる方法および装置が記述されてきた。しかしながら、ホウ素、リン、チタン、鉄、およびその他の元素を要求される純度まで除去するには、大変な困難および／または高価な処理段階を伴う既知のプロセスを用いるしかない。

現在シリコンは、典型的には、トリクロロシラン等の例外的に純粋な気化しやすい化合物の還元および／または熱分解を伴うプロセスを用いて精製されている。このプロセスは、太陽電池等への応用のために要求される純度よりも高い純度を有するシリコンを生成する、非常に高価かつ資本集約的な方法である。

本発明は、シリコンを精製する方法、および比較的精製されたシリコンを得るための方法を提供する。本明細書に記載される方法は、商業的な量（例えば、少なくとも約２４０ｋｇ）の精製されたシリコンを、比較的費用効率の高い様式で、効率的に提供することができる。本明細書に記載される方法は、少なくとも約１００トン／年の精製されたシリコンを、比較的費用効率の高い方式で、効率的に提供することができる。また、本明細書に記載される方法は、約２４〜約９４時間、典型的には、約７２時間以内に実行することができる。本明細書に記載される方法によって得られる比較的精製されたシリコン結晶は、ソーラーグレードのシリコンを提供するように、その後さらに精製することができる。

本発明は、シリコンを精製するための方法であって、（ａ）シリコンと、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属とから、第１の溶融液を形成するステップと、（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するように、第１の溶融液を第１のガスと接触させるステップと、（ｃ）ドロスと第２の溶融液とを分離するステップと、（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するように、第２の溶融液を冷却するステップと、（ｅ）第１のシリコン結晶と第１の母液とを分離するステップと、（ｆ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するように、第１のシリコン結晶を、溶媒金属を溶解させることができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させるステップと、（ｇ）洗浄されたシリコン結晶と使用済みの酸とを分離するステップとを含む、方法を提供する。

また、本発明は、シリコンを精製するための方法にも関連する。該方法は、（ａ）シリコンおよびアルミニウムから第１の溶融液を形成するステップと、（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するように、第１の溶融液を第１のガスと接触させるステップと、（ｃ）ドロスと第２の溶融液とを分離するステップと、（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するように、第２の溶融液を冷却するステップと、（ｅ）第１のシリコン結晶と第１の母液とを分離するステップと、（ｆ）第１のシリコン結晶を溶媒金属で溶融させて、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すステップと、（ｇ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するように、第１のシリコン結晶を、溶媒金属を溶解することができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させるステップと、（ｈ）精製されたシリコン結晶を提供するのに十分である、洗浄されたシリコン結晶と使用済みの酸とを分離するステップと、（ｉ）シリコン溶融物を提供するのに十分である、精製されたシリコン結晶を溶融させるステップと、（ｊ）シリコン溶融物を第２のガスと接触させるステップと、（ｋ）シリコン溶融物を方向性をもって凝固させるステップとを含む。
（項目１）
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコン、ならびに、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属から、第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するために、該第１の溶融液を第１のガスと接触させることと、
（ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第２の溶融液を冷却することと、
（ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｆ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解させることができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｇ）該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと
を含む、方法。
（項目２）
第１の溶融液を形成する前に、スラッギング、ガス注入、プラズマトーチ、真空処理、またはそれらの組み合わせによって、原料シリコンを前処理することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
第１の溶融液を形成する前に、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはそれらの組み合わせを前記原料シリコンに添加することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記第１のガスと接触させることは、小さな気泡を提供する、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記第２の溶融液を濾過することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
ステップ（ａ）において、前記第１の溶融液は、液相温度を超えて加熱することにより形成される、項目１に記載の方法。
（項目７）
ステップ（ａ）において、冶金グレードのシリコンは、６０ｐｐｍｗを下回るリン濃度および１５ｐｐｍｗを下回るホウ素濃度で用いられる、項目１に記載の方法。
（項目８）
ステップ（ａ）において、シリコンは約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％までにおいて用いられる、項目１に記載の方法。
（項目９）
ステップ（ａ）において、アルミニウムまたはその合金は、約４０ｗｔ％から約８０ｗｔ％までにおいて、前記溶媒金属として用いられる、項目１に記載の方法。
（項目１０）
ステップ（ｂ）は、前記第１の溶融液を撹拌している間に実行される、項目１に記載の方法。
（項目１１）
ステップ（ｂ）は、回転式脱気装置を用いて実行される、項目１に記載の方法。
（項目１２）
ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、前記液相温度を下回るまで冷却される、項目１に記載の方法。
（項目１３）
ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、前記液相温度をわずかに上回るまで冷却される、項目１に記載の方法。
（項目１４）
ステップ（ｃ）において、前記ドロスは、前記第２の溶融液の表面から除去される、項目１に記載の方法。
（項目１５）
ステップ（ｃ）の後に、前記第２の溶融液は、第２の容器に移される、項目１に記載の方法。
（項目１６）
ステップ（ｄ）において、前記第２の溶融液は、固相温度を上回り、かつ、前記液相温度を下回るまで冷却される、項目１に記載の方法。
（項目１７）
ステップ（ｄ）は、前記第２の溶融液を撹拌している間に実行される、項目１に記載の方法。
（項目１８）
ステップ（ｅ）は、前記第１のシリコン結晶から前記第１の母液を洗い流すことによって実行される、項目１に記載の方法。
（項目１９）
ステップ（ｅ）の後であってステップ（ｆ）の前に、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返す、項目１に記載の方法。
（項目２０）
ステップ（ｅ）の後であってステップ（ｆ）の前に、ステップ（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）を繰り返す、項目１に記載の方法。
（項目２１）
ステップ（ｇ）における前記分離することは、ストレーナを用いて実行される、項目１に記載の方法。
（項目２２）
ステップ（ａ）〜（ｇ）のうちの少なくとも１つは、複数回実行される、項目１に記載の方法。
（項目２３）
ステップ（ａ）〜（ｇ）の各々は、独立して複数回実行される、項目１に記載の方法。
（項目２４）
前記第１のシリコン結晶は、約８５ｗｔ％から約９８ｗｔ％までのシリコンを含む、項目１に記載の方法。
（項目２５）
前記洗浄されたシリコン結晶は、約８００ｐｐｍ（ｗｔ）から約２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含む、項目１に記載の方法。
（項目２６）
前記シリコンは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つを取り除かれる、項目１〜２５のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目２７）
前記洗浄されたシリコン結晶は、約９ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約３ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、項目１に記載の方法。
（項目２８）
前記洗浄されたシリコン結晶は、約４ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約２ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、項目１８〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目２９）
少なくとも約１００トン／年の前記洗浄されたシリコン結晶が得られる、項目１〜２８のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目３０）
前記方法は、約２４時間未満で実行される、項目１〜２９のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目３１）
太陽電池、ソーラーパネル、ウエハ、または集積回路を提供するのに十分である前記洗浄された結晶を加工することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３２）
前記洗浄されたシリコン結晶を前記加工することは、
（ａ）真空処理と、
（ｂ）スラグ処理と、
（ｃ）酸素、水、水素、およびアルゴンのうちの１つ以上を用いたガス注入と、
（ｄ）方向性凝固と、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶を、シラン／シーメンスのガスプロセス用の原料として利用することと
のうちの少なくとも１つを含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記洗浄されたシリコン結晶を精製することをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、項目１〜３２のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目３４）
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコン、ならびに銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属から第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第１の溶融液を冷却することと、
（ｃ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｄ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、アルミニウムを溶解させる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと
を含む、方法。
（項目３５）
ステップ（ａ）において、前記第１の溶融液は、液相温度を超えて加熱することにより形成される、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
ステップ（ａ）において、金属グレードのシリコンは、６０ｐｐｍｗを下回るリン濃度および１５ｐｐｍｗを下回るホウ素濃度で用いられる、項目３４に記載の方法。
（項目３７）
ステップ（ａ）において、シリコンは約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％までにおいて用いられる、項目３４に記載の方法。
（項目３８）
ステップ（ａ）において、アルミニウム、またはその合金は、前記溶媒金属として、約４０ｗｔ％から約８０ｗｔ％までにおいて用いられる、項目３４に記載の方法。
（項目３９）
ステップ（ｂ）において、前記第２の溶融液は、固相温度をやや上回り、かつ、液相温度を下回るまで冷却される、項目３４に記載の方法。
（項目４０）
ステップ（ｃ）は、前記第１のシリコン結晶から前記第１の母液を洗い流すことによって実行される、項目３４に記載の方法。
（項目４１）
アルミニウムは、前記第１のシリコン結晶と接触させられ、後続の第２の溶融液を提供するために溶融される、項目３４に記載の方法。
（項目４２）
ステップ（ｅ）における前記分離することは、ストレーナを用いて実行される、項目３４に記載の方法。
（項目４３）
ステップ（ａ）〜（ｅ）のうちの少なくとも１つは、複数回実行される、項目３４に記載の方法。
（項目４４）
ステップ（ａ）〜（ｅ）の各々は、独立して複数回実行される、項目３４に記載の方法。
（項目４５）
前記第１のシリコン結晶は、約８５ｗｔ％から約９９ｗｔ％までのシリコンを含む、項目３４に記載の方法。
（項目４６）
前記洗浄されたシリコン結晶は、約５００ｐｐｍ（ｗｔ）から約２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含む、項目３４に記載の方法。
（項目４７）
前記シリコンは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つを取り除かれる、項目１〜４６のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目４８）
前記洗浄されたシリコンは、約１５ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約５ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、項目３４に記載の方法。
（項目４９）
少なくとも約１００トン／年の前記洗浄されたシリコン結晶が得られる、項目１〜４８のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目５０）
前記方法は約２４時間未満の間に実行される、項目１〜４９のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目５１）
前記洗浄されたシリコン結晶を精製することをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、項目３４〜５０のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目５２）
前記洗浄されたシリコン結晶を精製するステップをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、項目１〜５１のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目５３）
ソーラーグレードのシリコンを提供するために前記洗浄されたシリコン結晶を精製することは、
（ａ）真空処理と、
（ｂ）スラグ処理と、
（ｃ）酸素、水、水素、またはアルゴンのうちの１つ以上を用いたガス注入と、
（ｄ）方向性凝固と、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶をシラン／シーメンスのガスプロセス用の原料として利用することと
のうちの少なくとも１つを含む、項目５２に記載の方法。
（項目５４）
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコンおよびアルミニウムから第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するために、該第１の溶融液を第１のガスと接触させることと、
（ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第２の溶融液を冷却することと、
（ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｆ）選択的に、該第１のシリコン結晶を溶媒金属によって溶融させて、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことと、
（ｇ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解することができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｈ）精製されたシリコン結晶を提供するのに十分である該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと、
（ｉ）シリコン溶融物を提供するのに十分である、該精製されたシリコン結晶を溶融させることと、
（ｊ）該シリコン溶融物を第２のガスと接触させることと、
（ｋ）該シリコン溶融物を方向性をもって凝固させることと
を含む、方法。
（項目５５）
インゴットが産生される、項目５４に記載の方法。
（項目５６）
前記インゴットの上部を除去することをさらに含む、項目５５に記載の方法。
（項目５７）
前記除去することは、部分的に溶融されたインゴットの上部を洗い流すことを含む、項目５６に記載の方法。
（項目５８）
多結晶インゴットまたは単結晶ブールを形成するのに十分である、前記インゴットまたはブールを方向性をもって凝固させることをさらに含む、項目５５に記載の方法。
（項目５９）
前記第２のガスは、酸素または酸素と不活性ガスとの混合物を含む、項目５４に記載の方法。
（項目６０）
前記第１のガスは、塩素または塩素と不活性ガスとの混合物を含む、項目５４に記載の方法。
（項目６１）
前記第２の溶融液を濾過することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目６２）
前記シリコン溶融物を濾過することをさらに含む、項目５４に記載の方法。

本発明の実施形態は、以下の説明および実施形態等を示す添付の図面を参照することにより、最も良く理解されるであろう。本明細書に含まれる図の番号付スキームは、図中の所与の参照番号の頭にくる数字が、その図の番号と関連している。参照番号は、同じ要素に対しては、異なる図を通して共通である。
図１は、ガスと接触させることを含むシリコンを精製する方法、精製されたシリコンを得るための方法、および精製されたシリコン結晶、精製された粒状シリコン、シリコン塊および／または精製されたシリコンインゴットを得るための方法を示す、ブロックフロー図である。 図２は、シリコンを精製する方法、精製されたシリコンを得るための方法、および精製されたシリコン結晶、精製された粒状シリコン、シリコン塊および／または精製されたシリコンインゴットを得るための方法を示す、ブロックフロー図である。 図３Ａ−Ｂは、本発明の方法を実施するために有用である、例示的な装置システムの図である。 図４は、第１のガスおよび第２のガスと接触させることを含むシリコンを精製する方法、精製されたシリコンを得るための方法、および精製されたシリコン結晶、精製された粒状シリコン、シリコン塊および／または精製されたシリコンインゴットを得るための方法を示す、ブロックフロー図である。

次に、本発明の特定の請求項を詳細に参照するが、その実施例は付随する構造および式に示される。本発明は、列挙された請求項と併せて説明されるが、それらは、本発明をそれらの請求項に制限することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、請求項に規定される本発明の範囲内に含まれることができるすべての代替物、変形例、等価物を包含することを意図している。

本明細書における「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」等などの言及は、記載される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいが、すべての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいというわけではないことを意味している。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態と関連して記載される場合、明示的に記載されていてもまたはいなくても、その他の実施形態と関連してそのような特徴、構造、または特性に影響するのは、当業者の知識の範囲内であると考えられる。

本発明は、シリコンを生成する方法、および精製したシリコンを得るための方法に関連する。シリコンを生成する方法、および精製したシリコンを得るための方法を説明する際、他に記載のない限り、以下の用語は以下の意味を持つものとする。

（定義）
他に記載のない限り、本明細書において用いられる場合、以下の用語および表現は以下の意味を有することが意図される。

本明細書に記載される製造の方法において、時間的または操作上の順序が明示的に述べられている場合を除いて、ステップは、本発明の主旨から逸脱することなく、いずれの順序でも実行することができる。第１のステップが行われ、その他のいくつかのステップがその後に続いて、行われるという主旨の請求項における記述は、ある順序がその他のステップ内にさらに記述されていない限り、第１のステップはその他のいずれのステップよりも前に行われるが、その他のステップはいずれの適切な順序で行われてもよいということを意味すると捉えられるべきである。例えば、「ステップＡ、ステップＢ、ステップＣ、ステップＤ、およびステップＥ」と列挙する請求要素は、ステップＡが最初に実行され、ステップＥが最後に実行され、ステップＢ、Ｃ、およびＤはステップＡとＥの間にいずれの順序で実行されてもよく、その順序も請求されたプロセスの文言上の範囲内であることを意味すると解釈されるものとする。

さらに、請求表現が、それらは別々に実行されるべきであると明示的に述べていない限り、指定されたステップは同時に行われてもよい。例えば、「Ｘを行う」という請求されたステップと、「Ｙを行う」という請求されたステップとが、１つの操作内に同時に実施されてもよく、その結果生じるプロセスも請求されたプロセスの文言上の範囲内となる。

本明細書で用いられる場合、「複数」は、２以上、例えば２、３、４、または５を指す。

本明細書で用いられる場合、「精製」は、対象となる化学物質の外来性または汚染物質からの物理的分離を指す。

本明細書で用いられる場合、「接触」は、触れる行為、接触すること、または密接な近接性を指す。

本明細書で用いられる場合、「結晶化」は、溶液からある物質の結晶（結晶体材料）を形成するプロセスを含む。該プロセスは、結晶を形成するように、供給流を冷却することによって、または所望される生成物の溶解度を低下させる沈殿剤を添加することによって、大概は極度に純粋な形態で液体供給流から生成物を分離する。その後、純粋な固体結晶は、濾過または遠心分離によって残りの液体から分離される。

本明細書で用いられる場合、「結晶質」は、固体における通常の、原子の幾何学的配置を含む。

本明細書で用いられる場合、「デカント」または「デカンテーション」は、堆積物または沈殿物を残して液体を捨てることにより、その堆積物または沈殿物から液体を分離することを含む。

本明細書で用いられる場合、「濾過（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）」または「濾過（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）」は、固体を保持して液体を通過させる、セラミックまたは金属膜等の多孔シートに供給流を通過させることにより、液体から固体を分離するための機械的方法を指す。これは、例えば、ストレーナを使用して重力によって、または圧力もしくは真空（吸引）によって、達成することができる。濾過することにより、液体から堆積物または沈殿物を効率的に分離する。

本明細書で用いられる場合、「分離」は、別の物質からある物質を除去するプロセス（例えば、混合物から固体または液体を除去すること）を指す。該プロセスは、例えば、混合物をデカントする、混合物から１つ以上の液体をすくい取る、混合物を遠心分離にかける、混合物から固体を濾過する、またはそれらの組み合わせ等、当業者に既知であるいずれの技法を用いて行われてもよい。

本明細書で用いられる場合、「濾過」は、フィルタに液体を通過させることによって混合物から固体を除去することで、フィルタ上に固体を懸濁させるプロセスを指す。

本明細書で用いられる場合、「デカント」とは、堆積物を乱すことなく液体を捨てるプロセス、または堆積物の乱れを最小限に留めて液体を捨てるプロセスを指す。

本明細書で用いられる場合、「遠心分離」は、例えば、混合物から固体のように、混合物の分離のために求心力の使用を伴うプロセスを指す。遠心分離は、沈殿物が容器の側面または底面に、より迅速かつ完全に集まるように、容器上の有効重力を増加する。すると堆積物を乱すことなく、すばやく容器から溶液（「上清」）をデカントすることができる。遠心分離の速度は、試料に適用される加速度によって特定され、典型的には、毎分回転数（ＲＰＭ）で測定される。遠心分離における粒子の沈降速度は、粒子のサイズおよび形状、遠心加速度、存在する固体の体積分率、粒子と液体の密度の差、粘度の関数である。

本明細書で用いられる場合、「すくい取る」は、１つ以上の液体が混合物の上に浮遊している場合に、その混合物から１つ以上の液体、固体、またはそれらの組み合わせを除去するプロセスを指す。

本明細書で用いられる場合、「撹拌」は、乱流力を用いて、混合物を動かすプロセスを指す。撹拌に適した方法には、例えば、かき混ぜる、混合する、および振とうすることを含む。

本明細書で用いられる場合、「沈殿」は、固体物質（例えば、結晶）を溶液から分離する原因となるプロセスを指す。沈殿には、例えば、結晶化を含んでもよい。

本明細書で用いられる場合、「母液」は、液対中に固体を含む溶液の混合物から、固体（例えば、結晶が）が除去された後で得られた固体または液体を指す。したがって、母液は、これらの固体を多量に含まない。

本明細書で用いられる場合、「シリコン」は、記号Ｓｉおよび元素番号１４を有する化学元素を指す。

本明細書で用いられる場合、「原料シリコン」は、精製されるべきシリコンの量を含有する混合物または化合物を指す。原料シリコンは、治金グレードであってもまたはなくてもよい。

本明細書で用いられる場合、「治金グレードのシリコン」は、比較的純粋な（例えば、少なくとも約９５．０ｗｔ％）シリコンを指す。

本明細書で用いられる場合、「溶融物」は、溶融された物質であり、溶融とは、固体物質を液体に変化する時点（融点と称される）まで加熱するプロセスである。

本明細書で用いられる場合、「溶媒金属」は、加熱されるとシリコンを効率的に溶解させることができ、その結果として溶融液を生じさせる、１つ以上の金属、またはそれらの合金を指す。適切な例示的な溶媒金属には、例えば、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせを含む。

本明細書で用いられる場合、「合金」は、そのうちの少なくとも１つは金属であり、得られる材料が金属特性を有する、２つ以上の元素の均一混合物を指す。得られる金属物質は、通常その構成要素とは異なる（時には非常に異なる）特性を有する。

本明細書で用いられる場合、「液相線」は、それ以上では所与の物質が液相において安定している相図上の線を指す。最も一般的には、この線は遷移温度を表す。液相線は、物質に依存して、直線であってもよいか、または曲線であってもよい。液相線は、合金を含む固溶体等の２成分系に適用されることが最も多い。液相線は固相線と対比していてもよい。液相線および固相線は、必ずしも１列に並んだり、重なったりしているわけではなく、液相線と固相線との間にギャップが存在する場合、そのギャップ内では物質は液体または固体のどちらとしても安定していない。

本明細書で用いられる場合、「固相線」は、それ以下のでは所与の物質が固相において安定している相図上の線を指す。最も一般的には、この線は遷移温度を表す。固相線は、物質に依存して、直線であってもよいか、または曲線であってもよい。液相線は、合金を含む固溶体等の２成分系に適用されることが最も多い。固相線は液相線と対比していてもよい。固相線と液相線は、必ずしも１列に並んだり、重なったりしているわけではない。固相線と液相線との間にギャップが存在する場合、そのギャップ内では物質は固体または液体のどちらとしても安定しておらず、その場合は、例えば、オリビン（苦土かんらん石−鉄かんらん石）系である。

本明細書で用いられる場合、「発生させる」または「ガスを発生させる」とは、液体または固体が化学反応または分解を起こして、ある条件下（典型的には、高温）でガスを放出するプロセスを指す。

本明細書で用いられる場合、「ドロス」は、溶融金属浴に浮遊している固形不純物の塊を指す。通常は、錫、鉛、亜鉛、またはアルミニウム等融点の低い金属または合金を溶融する際に、または該金属（複数を含む）の酸化によって生じる。ドロスは、例えば、表面からすくい取ることによって、除去することができる。ある金属では、塩フラックスを加えてドロスを分離することもできる。ドロスは固体であるという点で、合金上に浮遊する（粘性のある）液体であるスラグとは区別される。

本明細書で用いられる場合、「スラグ」は、金属を精製するための製錬用の鉱石の副産物を指す。これらは、金属酸化物の混合物であると見なされてもよいが、金属硫化物および金属原子を元素形態で含有する。スラグは、一般的に、金属製錬における廃棄物除去機構として使用される。自然の状態では、鉄、銅、鉛、アルミニウム、およびその他の金属等の金属の鉱石は、酸化されていることおよび他の金属のケイ酸塩と混合されていることが多く、不純な状態で発見される。製錬中に鉱石が高温に暴露されると、これらの不純物が溶融金属から分離されて、除去することができる。除去された化合物が集積したものがスラグである。

本明細書で用いられる場合、「不活性ガス」は、通常の状況下において反応性ではないガス、またはガスの組み合わせを指す。希ガスとは異なり、不活性ガスは必ずしも元素ガスではなく、分子ガスであることが多い。希ガスのように、その非反応性の傾向は原子価によるものであり、最も外側の電子殻はすべての不活性ガスにおいて完結している。例示的な不活性ガスには、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、および窒素（Ｎ_２）を含む。

本明細書で用いられる場合、「回転式脱気装置」は、脱気シャフト、インペラブロック、およびカップリングを含む、溶融金属から不純物を除去するための装置である。シャフトは、好ましくは、その中をガスが通過できるように空洞である。インペラブロックは脱気シャフトに接続されており、典型的には、耐熱材料で形成され、ブロックが回転している時に溶融金属を変位させる少なくとも１つの金属移動用の凹部を有する。ブロックは、好ましくは、脱気シャフトの空洞部分と連通する少なくとも１つのガス注入口と、それぞれの金属移動用の凹部内に形成されたガス放出開口部を含む。それぞれのガス放出開口部は、ガス注入口のうちの１つと連通している。カップリングは、脱気シャフトを駆動シャフトに接続し、２つ以上のカップリング部材で形成される。溶融金属中に小さな気泡を作るその他の方法には、多孔性プラグ、ランス、またはチューブを通してガスを注入することを含む。

本明細書で用いられる場合、「渦」は、閉じた流線を有するか、回転するか、しばしば乱れている、流れ（または任意のらせん状の運動）を指す。中心の周りを急速に旋回する媒体または塊の形状が渦を形成する。円を描くように流れる。

本明細書で用いられる場合、「方向性をもって凝固する」は、凝固が起こっている部分に、溶融供給金属が断続的に使用可能となるように金属の冷却中に温度勾配をかけることによる、溶融金属の凝固を指す。正しい測定を用いることによって、金属が凝固するにつれて、液体金属と固体金属との境界の界面が、追加の供給金属の源へと近づき、凝固が始まった領域からは離れるように移動する。方向性凝固は、精製プロセスとして用いることができる。ほとんどの不純物は、凝固中は固体相よりも液体相においてより可溶性であるので、凝固した前面部に不純物が「押されて」、完成した鋳物の大部分が原料よりも低い濃度の不純物を有するようになり、一方で、最後に凝固した金属には不純物が混入される。この最後の金属部分は廃棄またはリサイクルすることができる。特定の金属から特定の不純物を除去することにおける方向性凝固の適合性は、Ｓｃｈｅｉｌの式によって説明されるように、当該金属中の不純物の分配係数に依存する。方向性凝固は、太陽電池向けの多結晶シリコンの生成において、精製ステップとして用いられることが多い。方向性凝固プロセスの例は、チョクラルスキー（Ｃｚ）、浮遊帯（Ｆｚ）、熱交換法（ＨＥＭ）、ブリッジマン、帯域精製、電磁鋳造（ＥＭＣ）、水平ブリッジマン等である。

本明細書で用いられる場合、「太陽電池」は、太陽エネルギーを光電効果によって直接電気エネルギーに変換するデバイスを指す。該デバイスは、主として半導体、典型的には、シリコンから製造することができる。

本明細書で用いられる場合、「シリコンソーラーウエハ」は、太陽電池の基板または基礎を形成する、高度に精製されたシリコン（単結晶または多結晶のいずれか）の薄片を指す。

本明細書で用いられる場合、「回転炉」は、電気的に加熱可能か、ガスもしくはオイルで加熱可能か、または二元燃料で燃焼可能な、炉システムを指す。それは、空気を制御できるように密閉可能な、回旋する（典型的には、円筒形）加熱ゾーンから成る。生成物およびスラッギング剤（複数を含む）の回転作用と回転炉内の空気とが、高度な温度均一性およびガス−固体の接触を引き起こす。これによって、より均質な生成物、加工時間の短縮、および生産速度の向上がもたらされる。炉内ですべての材料とガスが密接に接触することで、いずれの化学反応または物理反応も確実に完了するまで行われる。

本明細書で用いられる場合、「スラッギング」は、溶融物から１つ以上の元素不純物を除去する目的で、シリコン等の溶融金属に、特定の酸化物および／または塩、あるいはその他の不溶性物質を添加する行為を指す。金属の精製において用いられる技法である。

本明細書で用いられる場合、「ガス注入」とは、ガスが確実に溶融浴と最大限に接触するように、ガス（酸素、水蒸気、水素等）を溶融金属浴（シリコン等）に注入する行為を指す。この接触の目的は、溶融物中の不純物をガスと反応させて、比較的不純物のない溶融浴を生じる溶融物から分離する新しい化合物を形成することである。

本明細書で用いられる場合、「真空処理」は、溶融金属よりも大きな蒸気圧を持つ不純物を除去する目的で、密閉した容器内で、シリコン等の溶融金属浴に大気圧未満の圧力をかける行為を指す。

「ソーラーパネル」という用語は、電力を発生させるために用いられる太陽電池の集合体である、光起電性モジュールを指す。すべての場合において、パネルは、典型的には、平坦であり、様々な高さおよび幅で入手可能である。アレイは光起電性（ＰＶ）モジュールの集合体であり、パネルは、設計目的によって、並列または直列のいずれかで接続することができる。ソーラーパネルは、典型的には、住宅用、商業用、工業用、および準工業用の用途に利用される。

本明細書で用いられる場合、「ｍｍ」はミリメートルを意味し、「ｐｐｍ」は１００万分の１を意味し、「℃」は摂氏温度を意味し、「ｗｔ％」は重量パーセントを意味し、「ｈｒ」は時間を意味し、「ｋｇ」はキログラムを意味し、「ｐｐｍｗｔ％」は１００万分の１重量パーセントを指す。

図１を参照すると、シリコンを精製する方法、および精製されたシリコンを取得するための方法が提供される。図２を参照すると、本発明の方法を実施するために有用である例示的な装置システムが提供される。

簡潔に述べると、第１の溶融液（１０４）は、原料シリコン（１０２）および溶媒金属（１０３）から形成される。第１の溶融液（１０４）は、第２の溶融液（１０８）およびドロス（１１０）を提供するように、第１のガス（１０６）に接触させられる。ドロス（１１０）は除去され得る。第２の溶融液（１０８）は、第１のシリコン結晶（１１４）および第１の母液（１１６）を提供するように冷却される。第１の母液（１１６）は第１のシリコン結晶（１１４）から分離することができる。第１のシリコン結晶（１１４）は、以下に説明するように、再利用（１１７）することができるか、または、洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）を提供するように、溶媒金属を溶解、消化できる、または好ましくはそれと反応することができる酸、塩基、アルコール、または化学物質（１１９）と接触させることができる。精製されたシリコン結晶（１２７）を提供するために、洗浄されたシリコン結晶（１２１）と使用済みの酸（１２３）とを分離（１２５）することができる。

上記のように、第１の溶融液（１０４）は、原料シリコン（１０２）および溶媒金属（１０３）から形成される。好ましくは、第１の溶融液（１０４）は、多量のスラッシュが存在せず、完全に溶融しているべきである。代替として、第１の溶融液（１０４）は、多量のスラッシュを含んでもよい。

一実施例では、第２の溶融液（１０８）をドロス（１１０）から分離した後に、第２の溶融液（１０８）が第２の炉等の第２の容器に移されてもよい。別の実施例では、第１のシリコン結晶（１１４）を分離した後に、第１の母液（１１６）が炉等の第２または第３の容器に移されてもよい。第２またはそれに続く容器を利用することにより、より高い純度が達成され得る。溶融液または母液を移す際には、前の容器に多量の汚染物質が残存する可能性があるため、分離または濾過ステップとしての役目を果たす。

選択的に、第１の溶融液（１０４）を形成する前に、原料シリコン（１０２）が前処理されてもよい。前処理には、スラッギング、ガス注入、プラズマトーチ、真空処理、またはこれらのいくつかの組み合わせを含んでもよい。前処理は、誘導炉、電気抵抗炉もしくは回転炉、またはそれらの組み合わせにおいて行われてもよい。加えてまたは代替として、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、またはこれらのいくつかの組み合わせが、原料シリコン（１０２）に添加されてもよい。添加は、ガスと接触させる前、ガスと接触させた後、または、例えば、ガス導入ステップが用いられない場合は、第１の溶融液（１０４）に対して行われてもよい。前処理は、原料シリコン（１０２）におけるホウ素およびリン濃度を低下させることができる。代替として、二酸化ケイ素およびアルミニウムの他に、原料シリコン（１０２）が炉に加えられてもよく、シリコンとアルミニウムの混合物を提供する。酸化アルミニウムのドロスが形成される可能性がある。

再利用する場合（１１７）は、溶媒金属（１０３）を用いて、第１のシリコン結晶（１１４）を加熱または溶融させ、第１の溶融液（１０４）として再導入することが可能である。例えば、結晶（１１４）は、シリコン結晶約２０％とアルミニウム約８０％、シリコン結晶約５０％とアルミニウム５０％、またはシリコン約６０％とアルミニウム約４０％の比率で、溶融金属を用いて溶融されてもよい。アルミニウム合金が使用されてもよい。

いずれの適切な原料シリコン（１０２）が用いられてもよい。例えば、治金グレードのシリコンまたはアルミニウム製錬所グレードのシリコン（例えば、５５３、４４１、２２０２、１５０２、１１０１等）を、原料シリコン（１０２）として用いることができる。また、用いられる原料シリコン（１０２）は、多量の（例えば、約１０．０ｐｐｍｗｔ％を上回るか、約５０．０ｐｐｍｗｔ％を上回るか、または約１００ｐｐｍｗｔ％を上回る）リンおよびホウ素等の不純物を含んでいてもよい。例えば、原料シリコン（１０２）は、約９５ｗｔ％から約９９．９ｗｔ％までの純度であってもよい。より具体的には、原料シリコン（１０２）は、約５ｐｐｍｗｔ％から約１５ｐｐｍｗｔ％までのホウ素および約３０ｐｐｍｗｔ％から約６０ｐｐｍｗｔ％までのリンを含み得る。特定の一実施形態では、用いられる原料シリコン（１０２）は、前回の精製で得られた第１のシリコン結晶（１１４）であってもよい。

溶媒金属（１０３）は、加熱されると効率的にシリコンを溶解し、溶融液を生じさせることができる、任意の適切な金属、金属の組み合わせ、またはそれらの合金を含んでもよい。適切な例示的溶媒金属（１０３）には、例えば、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせを含む。１つの特定の溶媒金属（１０３）は、アルミニウム、またはそれらの合金である。

原料シリコン（１０２）および溶媒金属（１０３）は、第１の溶融液（１０４）が効率的に形成され得る限り、それぞれがいずれの適切な量または比率で存在してもよい。例えば、原料シリコン（１０２）は約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％までで用いられてもよく、アルミニウム、またはその合金は、溶媒金属（１０３）として、約４０ｗｔ％から約８０ｗｔ％までで用いられてもよい。より具体的には、原料シリコン（１０２）は第１の溶融液（１０４）の約４０％、アルミニウムは約６０％であってもよい。

上記のように、第１の溶融液（１０４）は、第２の溶融液（１０８）およびドロス（１１０）を提供するように、第１のガス（１０６）と接触させられる。特定の論理に束縛されるものではないが、第１のガス（１０６）が、気泡の表面（２０２）と第１の溶融液（１０４）とのぬれ角を変化させると考えられる。これにより、望ましくない包有物または沈殿物を気泡の表面に粘着させて、それらを溶融物の表面まで引き上げ、ドロス（１１０）中に残すことができる。さらに、ガス（１０６）は、反応して第１の溶融液（１０４）から塩（例えば、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２ ＳｒＣｌ_２、およびＮａＣｌ）を形成することが可能であり、該塩は表面に移動して、ドロス（１１０）とともに除去することができる。具体的には、包有物または沈殿物は、第１のガス（１０６）の気泡（２０２）に付着することにより、第２の溶融液（１０８）の表面まで引き上げられ、そこでドロス（１１０）として除去することができる。したがって、より大きな気泡と比べて比較的大きな表面積対体積比を有する比較的小さな気泡（２０２）が、本発明において特に適している。小さな気泡（２０２）は、例えば、約１ｍｍ〜約５ｍｍのサイズであってもよい。

用いられる第１のガス（１０６）は、第１の溶融液（１０４）を含有する容器に直接導入することができる。そのような状況では、塩素（Ｃｌ_２）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、ホスゲン（ＣＯＣｌ_２）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）、および四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）のうちの少なくとも１つが、第１の溶融液（１０４）を含有する容器に直接導入されてもよい。第１のガスは、１回より多く導入または接触されてもよい。例えば、酸素の後に塩素が導入されてもよい。代替として、用いられる第１のガス（１０６）は、第１のガス（１０６）を効率的に発生させる前駆物質として、第１の溶融液（１０４）を含有する容器に導入することができる。前駆物質自体は、固体または液体または塩フラックスであってもよい。例えば、第１のガスは、効率的に第１のガスを発生させるように、第１の溶融液を液体、固体、またはその組み合わせと接触させることによって形成することができる。典型的には、第１の溶融液（１０４）が比較的高温下にある場合、液体または固体の前駆物質が、化学反応または分解を起こして第１のガス（１０６）を放出する。

特定の一実施形態では、第１のガス（１０６）は１００ｗｔ％の塩素（Ｃｌ_２）を含む。別の特定の実施形態では、第１のガス（１０６）は塩素（Ｃｌ_２）および窒素（Ｎ_２）を含む。別の特定の実施形態では、第１のガス（１０６）は塩素（Ｃｌ_２）および窒素（Ｎ_２）を、例えば、約１：４まで、約１：６まで、または約１：１０までの比率で含む。第１のガス（１０６）は、例えば、約３０％の塩素と約７０％の窒素、約１５％の塩素と約８５％の窒素、または約５％の塩素と約９５％の窒素を含んでもよい。

一実施形態では、第１の溶融液（１０４）は、回転式脱気装置（２０４）を用いて第１のガス（１０６）に接触してもよい。回転式脱気装置（２０４）は、第１のガス（１０６）を第１の溶融液（１０４）に効率的に導入することができる。また、回転式脱気装置（２０４）は、第１のガス（１０６）が第１の溶融液（１０４）に導入されている間に、第１の溶融液（１０４）を効率よく撹拌する（例えば、かき混ぜる）ことができ、比較的小さな気泡を作る。気泡は、例えば、約１ｍｍから約５ｍｍまでであってもよい。

次に、例えば、スキマーを用いて、第２の溶融液（１０８）からドロス（１１０）を除去することができる。典型的には、ドロス（１１０）は、第２の溶融液（１０８）の表面に位置する白色、灰色、または黒色の粉末であり、母液と混合された酸化物を含む半個体状ドロスであってもよい。第２の溶融液（１０８）は、セラミック発泡体フィルタ、濾床、濾床内でのケーク濾過、またはガラス繊維布等を用いて、包有物（例えば、二ホウ化チタン包有物）または沈殿物を濾過することができる。濾過は、前処理の一環として原料シリコン（１０２）に加えられた任意の要素をも除去することができる。随意的な一実施形態では、回転式脱気装置（２０４）は、第２の溶融液（１０８）中のドロス（１１０）を効率的に混合することができる第２の溶融液（１０８）の渦を作ることができる。そのような実施形態では、渦が酸素に接触して追加のドロス（１１０）を提供する。

一実施形態では、第１の溶融液（１０４）は、第１のガス（１０６）と接触させる前に冷却されてもよい。具体的には、第１の溶融液（１０４）は、第１のガス（１０６）と接触させる前に、液相温度をやや上回るまで（例えば、液相温度を約５０℃上回る範囲内）、または、液相温度と固相温度との間の温度まで冷却されてもよい。望ましい温度は、混合物中のシリコンと溶媒金属の比率に依存する。

一実施形態では、第２の溶融液（１０８）は、第１の溶融液（１０４）が第１のガス（１０６）と接触させられた後、かつ、ドロス（１１０）と第２の溶融液（１０８）とが分離される前に、加熱することができる。具体的には、第２の溶融液（１０８）は、第１の溶融液（１０４）が第１のガス（１０６）と接触させられた後、かつ、ドロス（１１０）と第２の溶融液（１０８）とが分離される前に、液相温度より高い温度で加熱されてもよい。より具体的には、第２の溶融液（１０８）は、第１の溶融液（１０４）が第１のガス（１０６）と接触させられた後、かつ、ドロス（１１０）と第２の溶融液（１０８）とが分離される前に、液相温度を約２０℃上回る範囲内で加熱されてもよい。

上記のように、第２の溶融液（１０８）は、第１のシリコン結晶（１１４）および第１の母液（１１６）を提供するように冷却される（１１２）。一実施形態では、第２の溶融液（１０８）は、第２の溶融液（１０８）を撹拌している間に冷却（１１２）されてもよい。特定の論理に拘束されるものではないが、冷却中に（１１２）撹拌することにより、歪ませ難く、比較的高純度の比較的小さなシリコン結晶（１１４）を提供することができると考えられる。少量を混合することによって、約１ｍｍ（厚み）×約３ｍｍ（幅）×約３ｍｍ（長さ）のシリコン結晶（１１４）を提供することができる。

さらに、第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に得られるならば、第２の溶融液（１０８）は、任意の適切かつ妥当な温度まで冷却（１１２）されてもよい。具体的には、第２の溶融液（１０８）は、固相温度に近いがそれを上回る温度（例えば、固相温度を約１００℃上回る範囲か、固相温度を約１２５℃上回る範囲か、または固相温度を約１５０℃上回る範囲）まで冷却（１１２）されてもよい。より具体的には、第２の溶融液（１０８）は、固相温度を上回り、かつ液相温度を下回る温度まで冷却（１１２）することができる。所望される温度は、シリコン対溶媒金属の比率、および混合物に加えられる前処理要素の種類と量に依存する。

第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に許容できる純度で得られる限り、第２の溶融液（１０８）は、任意の適切な速度で冷却（１１２）されてもよい。第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に得られる限り、第２の溶融液（１０８）は、任意の適切かつ妥当な期間にわたって冷却（１１２）されてもよい。例えば、第２の溶融液（１０８）は、少なくとも約１時間、少なくとも約８時間、または少なくとも約２４時間の期間にわたって冷却（１１２）されてもよい。

一実施形態では、第１のシリコン結晶（１１４）と第１の母液（１１６）とを分離することができる。分離は、いずれの適切かつ妥当な様式において実行され得る。例えば、第１の母液（１１６）を第１のシリコン結晶（１１４）から洗い流すことによって、分離を実行することができる。代替として、分離は遠心分離を用いて実行されてもよい。図２（ｂ）を見ると分かるように、第１のシリコン結晶（１１４）に圧力をかけて分離を支援するために、ストレーナ（１１５）が利用されてもよい。

特定の一実施形態では、得られた第１のシリコン結晶（１１４）は、後続する精製において第２の溶融液（１０８）の一部として利用または再利用（１１７）することができる。この再利用またはリサイクリング（１１７）は、要求される純度レベルを有する第２の溶融液（１０８）を提供するように、複数回（例えば、２、３、４、または５回）実行されてもよい。そのような実施形態では、後続する第２の溶融液（１０８）を形成する前に、アルミニウム（Ａｌ）が第１のシリコン結晶（１１４）に加えられてもよい。

第１のシリコン結晶（１１４）は、任意の適切かつ有効な技法を用いて、第１の母液（１１６）から分離することができる。第１のシリコン結晶（１１４）は、洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）を提供するために、溶媒金属を溶解することができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させられる。洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）は、精製されたシリコン結晶を提供するように分離することができる。使用済みの酸（１２３）は、存在する任意の使用済みの酸だけでなく、溶媒金属を溶解、消化、または好ましくは、それと反応するために使用された塩基、アルコールまたは化学物質も指す。使用済みの酸は、第１のシリコン結晶（１１４）と接触した後に存在する、そのような１つ以上の物質を指す。

酸は、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ_３）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、フッ酸（ＨＦ）、酢酸、水、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。酸は８モルの酸および水を含んでもよい。例えば、８モルの酸は、約９５％（ｖ）の塩酸（ＨＣｌ）および約５％（ｖ）の硝酸（ＨＮＯ_３）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、フッ酸（ＨＦ）、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。アルカリ等の用いられる塩基は、酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含んでもよい。洗浄されたシリコン結晶は、誘導結合プラズマ発光分析計（ＩＣＰＯＥＳ）を用いて測定されるように、約８００ｐｐｍ（ｗｔ）から約２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含んでもよい。

図２を参照すると、シリコンを精製する方法、および精製されたシリコンを得るための方法が提供される。簡潔に述べると、第１の溶融液（１０４）は、原料シリコン（１０２）および溶媒金属（１０３）から形成される。第１の溶融液（１０４）は、第１のシリコン結晶（１１４）および第１の母液（１１６）を提供するように冷却される。第１のシリコン結晶（１１４）は、以下に説明するように、再利用（１１７）することができるか、または、洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）を提供するために、アルミニウムを効率的に溶解または消化することができる酸、塩基、アルコールまたは化学物質（１１９）と接触させることができる。精製されたシリコン結晶（１２７）を提供するために、洗浄されたシリコン結晶（１２１）と使用済みの酸（１２３）とを分離（１２５）することができる。

上記のように、第１の溶融液（１０４）は、第１のシリコン結晶（１１４）および第１の母液（１１６）を提供するように冷却（１１２）される。一実施形態では、第１の溶融液（１０４）は撹拌中に冷却（１１２）される。特定の論理に拘束されるものではないが、冷却中に（１１２）撹拌することにより、歪ませ難く、比較的高純度の比較的小さなシリコン結晶（１１４）を提供することができると考えられる。少量を混合することによって、約１ｍｍ（厚み）×約３ｍｍ（幅）×約３ｍｍ（長さ）のシリコン結晶（１１４）を提供することができる。結晶を混合しない場合は、約１ｍｍ（厚み）×約１５ｍｍ（幅）×約１５ｍｍ（長さ）まで、または約２ｍｍ（厚み）×約６０ｍｍ（幅）×約６０ｍｍ（長さ）までのサイズであってもよい。

また、第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に得られる限り、第１の溶融液（１０４）は、いずれの適切かつ妥当な温度まで冷却（１１２）されてもよい。より具体的には、第１の溶融液（１０４）は、固相温度を上回り、かつ液相温度を下回る温度まで冷却（１１２）することができる。

第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に得られる限り、第１の溶融液（１０４）は、任意の適切かつ妥当な速度で冷却（１１２）されてもよい。第１のシリコン結晶（１１４）が第１の母液（１１６）中に得られる限り、第１の溶融液（１０４）は、任意の適切かつ妥当な期間にわたって冷却（１１２）されてもよい。例えば、第１の溶融液（１０４）は、少なくとも約１時間、少なくとも約８時間、または少なくとも約２４時間の期間にわたって冷却（１１２）することができる。

一実施形態では、第１のシリコン結晶（１１４）と第１の母液（１１６）とを分離することができる。分離は、任意の適切かつ妥当な様式において実行されてもよい。例えば、第１の母液（１１６）を第１のシリコン結晶（１１４）から洗い流すことによって、分離を実行することができる。代替として、分離は遠心分離を用いて実行されてもよい。代替として、分離は遠心分離を用いて実行されてもよい。図２（ｂ）を見ると分かるように、第１のシリコン結晶（１１４）に圧力をかけて分離を支援するために、ストレーナ（１１５）が利用されてもよい。

特定の一実施形態では、得られた第１のシリコン結晶（１１４）は、後続する精製において第１の溶融液（１０４）の一部として利用または再利用（１１７）することができる。この再利用またはリサイクリング（１１７）は、要求される純度レベルを有する第１の溶融液（１０４）を提供するように、複数回（例えば、２、３、４または５回）実行されてもよい。そのような実施形態では、後続する第１の溶融液（１０４）を形成する前に、アルミニウム（Ａｌ）が第１のシリコン結晶（１１４）に選択的に加えられてもよい。

第１のシリコン結晶（１１４）は、任意の適切かつ有効な技法を用いて、第１の母液（１１６）から分離することができる。第１のシリコン結晶（１１４）は、洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）を提供するために、酸と接触させられる。洗浄されたシリコン結晶（１２１）と使用済みの酸（１２３）とは、精製されたシリコン結晶を提供するように分離することができる。

上記方法のうちのいずれが用いられたかにかかわらず、精製されたシリコン結晶が得られると、溶融シリコンを提供するために、結晶を炉内で溶融することができる。続いて、溶融シリコンは、実質的に純粋なＯ_２（例えば、９９．５％のＯ_２）等のガスと接触させられ、その後選択的に濾過されてもよい。シリコンは、シリコンインゴットを提供するために方向性をもって凝固することができる。インゴットの上部は、切る、折る、または部分的に溶融しているインゴットの上部を捨てること等によって、選択的に除去されてもよい。シリコンは、ガス注入（例えば、水、水素、アルゴン、または酸素を使用）、スラッギング、プラズマトーチまたは真空処理等によって、後処理されてもよい。後処理は、ホウ素、アルミニウムおよびリン濃度を低下させるために、誘導炉、電気抵抗炉、回転炉、またはそれらの組み合わせにおいて行われてもよい。ガス注入は、例えば、回転式脱気装置、ランスまたは炉内で多孔性プラグを用いて行うことができる。選択的に、多結晶インゴットまたは単結晶ブールを提供するように、シリコンを方向性をもって凝固させてもよい。方向性凝固は、複数回繰り返すことができる。

図４を参照すると、以下のステップを含むシリコンを精製するための方法の一実施例が示されている。原料シリコン（１０２）およびアルミニウム等の溶媒金属（１０３）から第１の溶融液（１０４）を形成するステップ、ドロス（１１０）および第２の溶融液（１０８）を提供するように第１の溶融液（１０４）を第１のガス（１０６）と接触させるステップ、ドロスと第２の溶融液（１０８）とを分離するステップ、第１のシリコン結晶（１１４）および第１の母液（１１６）を形成するように第２の溶融液を冷却（１１２）するステップ、および第１のシリコン結晶と第１の母液とを分離するステップ。第１のシリコン結晶（１１４）は、別の第１の溶融液（１０４）を形成するために、溶媒金属（１０３）で溶融することにより再利用（１１７）することができるか、または、第２の溶融液（１０８）を形成するために、溶媒金属（１０３）で溶融させてガスと接触させることができる。また当該方法は、第１のシリコン結晶を溶媒金属で溶融させ、上記ステップを繰り返すことを任意選択的に含む。

第１のシリコン結晶（１１４）は、洗浄されたシリコン結晶（１２１）および使用済みの酸（１２３）を提供するために、アルミニウムまたは溶媒金属（１１９）を溶解することができる酸、塩基、アルコールまたは化学物質と接触させてもよい。洗浄されたシリコン結晶（１２１）は、精製されたシリコン結晶（１２７）を提供するのに十分である、使用済みの酸（１２３）から分離（１２５）することができる。精製されたシリコン結晶（１２７）は、その後シリコン溶融物（１３１）を形成するように溶融（１２９）されてもよい。酸素等の第２のガス（１３３）がシリコン溶融物（１３１）と接触してもよい。第２のガスと接触したシリコン溶融物１３５は、ポリシリコン（１３９）を形成するために、続いて、方向性をもって凝固（１３７）することができる。

一実施形態では、第１のシリコン結晶（１１４）を、酸と接触させる前に、約１ｍｍ〜約ｍｍまたはそれより小さな粒に粉砕する。

酸浸出後の例示的なＧＤＭＳ検査からの分析結果をｐｐｍ（ｗｔ）単位で次に示す。

酸浸出および以下のステップ、
（ａ）シリコンと、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属とから、第１の溶融液を形成するステップと、
（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するように、第１の溶融液を第１のガスと接触させるステップと、
（ｃ）ドロスと第２の溶融液とを分離するステップと、
（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するように、前記第２の溶融液を冷却するステップと、
（ｅ）第１のシリコン結晶と第１の母液とを分離するステップ
を繰り返した後の例示的なＧＤＭＳ検査の分析結果（ｐｐｍ（ｗｔ））は、

である。

本明細書に記載される方法は、商業的な量（例えば、少なくとも約２４０ｋｇ）の精製されたシリコンを、比較的費用効率の高い様式で、かつ、比較的短期間（例えば、約２４〜９４時間以内）に、効率的に提供することができる。本明細書に記載される方法は、少なくとも約１００トン／年の精製されたシリコンを、比較的費用効率の高い様式で、かつ、比較的短期間（例えば、約２４〜９４時間以内）に、効率的に提供することができる。得られた比較的純粋なシリコンは、ソーラーパネル、太陽電池、ウエハまたは集積回路を提供するために、さらに処理することができる。

得られる比較的純粋なシリコンは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つを含む、周期表のすべての元素が取り除かれることができる。本発明の実施形態は、以下のうちのいずれか１つ以上を、それぞれ約１５ｐｐｍ未満で含む比較的純粋なシリコンを提供することができる。リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）。および銅（Ｃｕ）。より具体的には、得られた比較的純粋なシリコンは、以下のうちのいずれか１つ以上を、それぞれ約５ｐｐｍ未満で含んでもよい：鉄（Ｆｅ）およびアルミニウム（Ａｌ）。また、得られた比較的純粋なシリコンは、以下のうちのいずれか１つ以上を、それぞれ約１ｐｐｍ未満で含んでもよい。リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、およびアルミニウム（Ａｌ）。

上記ステップのいずれも、高純度の難処理物質において実行することができる。難処理物質は低濃度のホウ素およびリンを含んでいてもよい。難処理物質は、例えば、シリカ、または６５〜８５％のシリカと融合されてもよい。上で使用されたいずれの容器（例えば、坩堝）も、例えば、石英、融合シリカ、黒鉛、Ｓｉ_３Ｎ_４、またはＳｉＣで製造されても、または内側を覆われていてもよい。容器は、低濃度のＰおよびＢを用いた高純度モールド洗浄（コーティング）をされてもよい。

（実施例１）
金属シリコン４０％と一次アルミニウム６０％との混合物９５０ｌｂを溶融させ、炉内で９７５℃まで加熱した。アルミニウム−カルシウムのマスター合金を使用して、０．２５ｌｂのＣａを上記溶融物に加えた。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を９５０℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、３時間かけて溶融混合物に８５％Ｎ_２と１５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。３０分ごとに溶融物の表面からドロスをすくい取った。混合物を１０００℃まで加熱した。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。続いて、シリコン薄片／結晶を、炉内で５０：５０ｗｔ％の比率でアルミニウムと溶融させた。ガス注入、ドロス除去および結晶成長工程を繰り返した。続いて、薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、７２時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンに９９．５％のＯ_２を注入した。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンを、ニューハンプシャー州メリマック所在のＧＴ Ｓｏｌａｒ社製ＧＴ−ＤＳＳ２４０炉内で溶融させ、該シリコンを方向性をもって凝固させた。得られたポリシリコンは、ＧＤＭＳによる測定の結果、０．７９〜１．１ｐｐｍｗのホウ素濃度および０．２７〜１．１ｐｐｍｗの間のＰを有し、その他の金属は１ｐｐｍｗ未満であった。

（実施例２）
金属シリコン４０％と一次アルミニウム６０％との混合物９５０ｌｂを溶融させ、炉内で９７５℃まで加熱した。アルミニウム−カルシウムのマスター合金を使用して、１ｌｂのＣａを上記溶融物に加えた。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を９５０℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、３時間かけて溶融混合物に８５％Ｎ_２と１５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。混合物を９７５℃まで加熱し、溶融物の表面からドロスをすくい取った。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。アルミニウム母液は、アルミニウム鋳物を創るために、その後、鋳造業界に販売することができる。これらの薄片を、続いて、アルミニウムと５０：５０ｗｔ％の比率で、炉内で溶融させた。ガス注入、ドロス除去および結晶成長工程を繰り返した。続いて、薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、４８時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片をＧＴ−ＤＳＳ２４０炉内で溶融させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンを、先程と同様にニューハンプシャー州メリマック所在のＧＴ Ｓｏｌａｒ社製ＧＴ−ＤＳＳ２４０ＧＴ炉内で溶融させ、該シリコンを方向性をもって凝固させた。得られたポリシリコンは、ＧＤＭＳによる測定の結果、０．８５〜１．１ｐｐｍｗのホウ素濃度および０．４１〜１．１ｐｐｍｗの間のＰを有し、その他の金属は１ｐｐｍｗ未満であった。

（実施例３）
金属シリコン４０％と一次アルミニウム６０％との混合物９５０ｌｂを溶融させ、炉内で９７５℃まで加熱した。溶融物の表面からドロスをすくい取った。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、２時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。続いて、成長した薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、４８時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンに９９．５％のＯ_２を注入した。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンをＧＴ Ｓｏｌａｒ社のＤＳＳ２４０炉内で溶融させ、該シリコンを方向性をもって凝固させた。

（実施例４）
金属シリコン４０％と一次アルミニウム６０％との混合物９５０ｌｂを溶融させ、炉内で９７５℃まで加熱した。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を９５０℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、３時間かけて溶融混合物に８５％Ｎ_２と１５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。混合物を９７５℃まで加熱し、溶融物の表面からドロスをすくい取った。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。続いて、成長した薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、７２時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンに９９．５％のＯ_２を注入した。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンをＤＳＳ２４０炉内で溶融させ、該シリコンを方向性をもって凝固させた。得られたポリシリコンは、ＧＴ−ＧＤＭＳによる測定の結果、１．２〜１．８ｐｐｍｗのホウ素濃度および０．５〜２．０ｐｐｍｗのＰを有し、その他の金属は１ｐｐｍｗ未満であった。

（実施例５）
金属シリコン３０％と一次アルミニウム７０％との混合物９５０ｌｂを溶融させ、炉内で８５０℃まで加熱した。チタンアルミニウムのマスター合金を加えることにより、１ｌｂのチタンおよび１ｌｂのジルコニウムを溶融物に加えた。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を８００℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、４時間かけて溶融混合物に９５％Ｎ_２と５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。溶融物の表面からドロスをすくい取った。セラミック発泡体フィルタを通して、溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて６９０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。続いて、成長した薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、４８時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンに９９．５％のＯ_２を注入した。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、セラミック発泡体フィルタを通して、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットを壊して塊にし、最も凍結しにくいシリコンを除去した。

（実施例６）
治金グレードのシリコンを炉内で溶融させ、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンにＡｒ、Ｈ_２ＯおよびＨ_２ガスの混合物を注入した。続いて、金属シリコン４０％および一次アルミニウム６０％の組成になるまでアルミニウムを加え、炉内で９７５℃まで加熱した。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を９５０℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、３時間かけて溶融混合物に８５％Ｎ_２と１５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。混合物を９７５℃まで加熱し、溶融物の表面からドロスをすくい取った。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、残りのシリコン結晶／薄片を炉から掻き出して集めた。続いて、成長した薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、４８時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、３時間かけて溶融シリコンに９９．５％のＯ_２を注入した。ガスを注入している間に、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２ＳｉＯ_３、およびＣａＯからなるスラグを溶融シリコンの表面に加えた。溶融シリコンにおける誘導炉の流れを用いて、スラグを表面下に引き寄せた。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンを再溶融させ、続いて、方向性凝固路に注ぎ戻し、再び下から上へと方向性をもって凝固させた。その後、上部を切り取った。

（実施例７）
金属シリコン４０％と一次アルミニウム６０％の混合物９５０ｌｂとを溶融させ、炉内で９７５℃まで加熱した。溶融物の表面からドロスをすくい取った。温度を９５０℃まで下げ、回転式脱気装置を介して、３時間かけて溶融混合物に８５％Ｎ_２と１５％Ｃｌ_２とのガスを注入し、続いて、１００％のＮ_２ガスを１５分かけて注入した。混合物を９７５℃まで加熱し、溶融物の表面からドロスをすくい取った。溶融混合物を新しい炉に注ぎ入れ、８時間かけて７５０℃まで温度を下げた。続いて、溶融母液を炉から注ぎ出し、第２の炉に注ぎいれた。残りのシリコン結晶／薄片を第１の炉から掻き出して集めた。第２の炉の中の母液を、第２の炉の中で６５０℃まで冷却した後、第２の母液を注ぎ出し、続いて、第２の炉から薄片／結晶を掻き出して集めた。これにより、１回の加熱から作ることのできる薄片の量が増加する。続いて、成長した薄片を８ｗｔ％のＨＣｌ＋水の溶液に入れ、４８時間かけてアルミニウムを薄片から溶出させた。続いて、酸から薄片を濾過して乾燥させた。続いて、乾燥した薄片を炉内で溶融させた。溶融してから、ランスを介して、４時間かけて溶融シリコンに空気を注入した。ドロスまたはスラグを炉からすくい取り、溶融シリコンを炉に注ぎ入れ、該シリコンを下から上へと方向性をもって凝固させた。シリコンインゴットの上部を切り取り、残りのシリコンをＧＴ Ｓｏｌａｒ社のＤＳＳ２４０炉内で溶融させ、該シリコンを方向性をもって凝固させた。

（実施形態）
１．
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコン、ならびに、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属から、第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するために、該第１の溶融液を第１のガスと接触させることと、
（ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第２の溶融液を冷却することと、
（ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｆ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解させることができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｇ）該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと
を含む、方法。
２．
第１の溶融液を形成する前に、スラッギング、ガス注入、プラズマトーチ、真空処理、またはそれらの組み合わせによって、原料シリコンを前処理することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
３．
第１の溶融液を形成する前に、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはそれらの組み合わせを前記原料シリコンに添加することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
４．
前記第１のガスと接触させることは、小さな気泡を提供する、実施形態１に記載の方法。
５．
前記第２の溶融液を濾過することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
６．
ステップ（ａ）において、前記第１の溶融液は、液相温度を超えて加熱することにより形成される、実施形態１に記載の方法。
７．
ステップ（ａ）において、冶金グレードのシリコンは、６０ｐｐｍｗを下回るリン濃度および１５ｐｐｍｗを下回るホウ素濃度で用いられる、実施形態１に記載の方法。
８．
ステップ（ａ）において、シリコンは約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％までにおいて用いられる、実施形態１に記載の方法。
９．
ステップ（ａ）において、アルミニウムまたはその合金は、約４０ｗｔ％から約８０ｗｔ％までにおいて、前記溶媒金属として用いられる、実施形態１に記載の方法。
１０．
ステップ（ｂ）は、前記第１の溶融液を撹拌している間に実行される、実施形態１に記載の方法。
１１．
ステップ（ｂ）は、回転式脱気装置を用いて実行される、実施形態１に記載の方法。
１２．
ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、前記液相温度を下回るまで冷却される、実施形態１に記載の方法。
１３．
ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、前記液相温度をわずかに上回るまで冷却される、実施形態１に記載の方法。
１４．
ステップ（ｃ）において、前記ドロスは、前記第２の溶融液の表面から除去される、実施形態１に記載の方法。
１５．
ステップ（ｃ）の後に、前記第２の溶融液は、第２の容器に移される、実施形態１に記載の方法。
１６．
ステップ（ｄ）において、前記第２の溶融液は、固相温度を上回り、かつ、前記液相温度を下回るまで冷却される、実施形態１に記載の方法。
１７．
ステップ（ｄ）は、前記第２の溶融液を撹拌している間に実行される、実施形態１に記載の方法。
１８．
ステップ（ｅ）は、前記第１のシリコン結晶から前記第１の母液を洗い流すことによって実行される、実施形態１に記載の方法。
１９．
ステップ（ｅ）の後であってステップ（ｆ）の前に、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返す、実施形態１に記載の方法。
２０．
ステップ（ｅ）の後であってステップ（ｆ）の前に、ステップ（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）を繰り返す、実施形態１に記載の方法。
２１．
ステップ（ｇ）における前記分離することは、ストレーナを用いて実行される、実施形態１に記載の方法。
２２．
ステップ（ａ）〜（ｇ）のうちの少なくとも１つは、複数回実行される、実施形態１に記載の方法。
２３．
ステップ（ａ）〜（ｇ）の各々は、独立して複数回実行される、実施形態１に記載の方法。
２４．
前記第１のシリコン結晶は、約８５ｗｔ％から約９８ｗｔ％までのシリコンを含む、実施形態１に記載の方法。
２５．
前記洗浄されたシリコン結晶は、約８００ｐｐｍ（ｗｔ）から約２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含む、実施形態１に記載の方法。
２６．
前記シリコンは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つを取り除かれる、実施形態１〜２５のうちのいずれか１項に記載の方法。
２７．
前記洗浄されたシリコン結晶は、約９ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約３ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、実施形態１に記載の方法。
２８．
前記洗浄されたシリコン結晶は、約４ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約２ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、実施形態１８〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
２９．
少なくとも約１００トン／年の前記洗浄されたシリコン結晶が得られる、実施形態１〜２８のうちのいずれか一項に記載の方法。
３０．
前記方法は、約２４時間未満で実行される、実施形態１〜２９のうちのいずれか一項に記載の方法。
３１．
太陽電池、ソーラーパネル、ウエハ、または集積回路を提供するのに十分である前記洗浄された結晶を加工することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
３２．
前記洗浄されたシリコン結晶を前記加工することは、
（ａ）真空処理と、
（ｂ）スラグ処理と、
（ｃ）酸素、水、水素、およびアルゴンのうちの１つ以上を用いたガス注入と、
（ｄ）方向性凝固と、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶を、シラン／シーメンスのガスプロセス用の原料として利用することと
のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３１に記載の方法。
３３．
前記洗浄されたシリコン結晶を精製することをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、実施形態１〜３２のうちのいずれか１項に記載の方法。
３４．
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコン、ならびに銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属から第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第１の溶融液を冷却することと、
（ｃ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｄ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、アルミニウムを溶解させる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと
を含む、方法。
３５．
ステップ（ａ）において、前記第１の溶融液は、液相温度を超えて加熱することにより形成される、実施形態３４に記載の方法。
３６．
ステップ（ａ）において、金属グレードのシリコンは、６０ｐｐｍｗを下回るリン濃度および１５ｐｐｍｗを下回るホウ素濃度で用いられる、実施形態３４に記載の方法。
３７．
ステップ（ａ）において、シリコンは約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％までにおいて用いられる、実施形態３４に記載の方法。
３８．
ステップ（ａ）において、アルミニウム、またはその合金は、前記溶媒金属として、約４０ｗｔ％から約８０ｗｔ％までにおいて用いられる、実施形態３４に記載の方法。
３９．
ステップ（ｂ）において、前記第２の溶融液は、固相温度をやや上回り、かつ、液相温度を下回るまで冷却される、実施形態３４に記載の方法。
４０．
ステップ（ｃ）は、前記第１のシリコン結晶から前記第１の母液を洗い流すことによって実行される、実施形態３４に記載の方法。
４１．
アルミニウムは、前記第１のシリコン結晶と接触させられ、後続の第２の溶融液を提供するために溶融される、実施形態３４に記載の方法。
４２．
ステップ（ｅ）における前記分離することは、ストレーナを用いて実行される、実施形態３４に記載の方法。
４３．
ステップ（ａ）〜（ｅ）のうちの少なくとも１つは、複数回実行される、実施形態３４に記載の方法。
４４．
ステップ（ａ）〜（ｅ）の各々は、独立して複数回実行される、実施形態３４に記載の方法。
４５．
前記第１のシリコン結晶は、約８５ｗｔ％から約９９ｗｔ％までのシリコンを含む、実施形態３４に記載の方法。
４６．
前記洗浄されたシリコン結晶は、約５００ｐｐｍ（ｗｔ）から約２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含む、実施形態３４に記載の方法。
４７．
前記シリコンは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つを取り除かれる、実施形態１〜４６のうちのいずれか１項に記載の方法。
４８．
前記洗浄されたシリコンは、約１５ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、約５ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、実施形態３４に記載の方法。
４９．
少なくとも約１００トン／年の前記洗浄されたシリコン結晶が得られる、実施形態１〜４８のうちのいずれか一項に記載の方法。
５０．
前記方法は約２４時間未満の間に実行される、実施形態１〜４９のうちのいずれか１項に記載の方法。
５１．
前記洗浄されたシリコン結晶を精製することをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、実施形態３４〜５０のうちのいずれか１項に記載の方法。
５２．
前記洗浄されたシリコン結晶を精製するステップをさらに含み、それにより、ソーラーパネルグレードのシリコンを提供するために他のシリコンと混合されるソーラーグレードのシリコンを提供する、実施形態１〜５１のうちのいずれか１項に記載の方法。
５３．
ソーラーグレードのシリコンを提供するために前記洗浄されたシリコン結晶を精製することは、
（ａ）真空処理と、
（ｂ）スラグ処理と、
（ｃ）酸素、水、水素、またはアルゴンのうちの１つ以上を用いたガス注入と、
（ｄ）方向性凝固と、
（ｅ）該洗浄されたシリコン結晶をシラン／シーメンスのガスプロセス用の原料として利用することと
のうちの少なくとも１つを含む、実施形態５２に記載の方法。
５４．
シリコンを精製するための方法であって、
（ａ）原料シリコンおよびアルミニウムから第１の溶融液を形成することと、
（ｂ）ドロスおよび第２の溶融液を提供するために、該第１の溶融液を第１のガスと接触させることと、
（ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
（ｄ）第１のシリコン結晶および第１の母液を形成するために、該第２の溶融液を冷却することと、
（ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
（ｆ）選択的に、該第１のシリコン結晶を溶媒金属によって溶融させて、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことと、
（ｇ）洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供するために、該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解することができる酸、塩基、アルコール、または化学物質と接触させることと、
（ｈ）精製されたシリコン結晶を提供するのに十分である該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと、
（ｉ）シリコン溶融物を提供するのに十分である、該精製されたシリコン結晶を溶融させることと、
（ｊ）該シリコン溶融物を第２のガスと接触させることと、
（ｋ）該シリコン溶融物を方向性をもって凝固させることと
を含む、方法。
５５．
インゴットが産生される、実施形態５４に記載の方法。
５６．
前記インゴットの上部を除去することをさらに含む、実施形態５５に記載の方法。
５７．
前記除去することは、部分的に溶融されたインゴットの上部を洗い流すことを含む、実施形態５６に記載の方法。
５８．
多結晶インゴットまたは単結晶ブールを形成するのに十分である、前記インゴットまたはブールを方向性をもって凝固させることをさらに含む、実施形態５５に記載の方法。
５９．
前記第２のガスは、酸素または酸素と不活性ガスとの混合物を含む、実施形態５４に記載の方法。
６０．
前記第１のガスは、塩素または塩素と不活性ガスとの混合物を含む、実施形態５４に記載の方法。
６１．
前記第２の溶融液を濾過することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
６２．
前記シリコン溶融物を濾過することをさらに含む、実施形態５４に記載の方法。

（本発明の方法）
本明細書に記載される方法の各々は、化学、冶金学、および材質科学の分野における当業者に公知である任意の適用可能な技法を用いても実行することができる。

すべての出版物、特許、および特許出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。上記の明細書では、本発明の特定の好ましい実施形態に関して記載し、また、多くの詳細を例示目的で述べてきたが、本発明はさらなる実施形態が可能であり、本明細書に記載した詳細のうちのいくつかは、本発明の基本原理から逸脱することなく大幅に変更することが可能であることが、当業者には明白であろう。

Claims (16)

1. シリコンを精製するための方法であって、
   （ａ）原料シリコンと、銅、錫、亜鉛、アンチモン、銀、ビスマス、アルミニウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、マグネシウム、鉛、それらの合金、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される溶媒金属とから第１の溶融液を形成することと、
   （ｂ）該第１の溶融液を第１のガスと接触させることにより、ドロスおよび第２の溶融液を提供することであって、該第１の溶融液を接触させることは、ガス回転式脱気装置を用い、それにより、該第２の溶融液の渦が生成されて、該第２の溶融液中で該ドロスを効率的に混合する、ことと、
   （ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
   （ｄ）該第２の溶融液を冷却することにより、第１のシリコン結晶および第１の母液を形成することと、
   （ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
   （ｆ）該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解させることができる酸と接触させることにより、洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供することと、
   （ｇ）該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと、
   第１の溶融液を形成する前に、スラッギング、ガス注入、プラズマトーチ、真空処理、またはそれらの組み合わせによって、前処理された原料シリコンを提供または取得することと
   を含む、方法。
2. ステップ（ａ）において、前記第１の溶融液は、液相温度を超えて加熱することにより形成される、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ａ）において、前記原料シリコンは、冶金グレードのシリコンであり、該冶金グレードのシリコンは、６０ｐｐｍｗを下回るリン濃度および１５ｐｐｍｗを下回るホウ素濃度で用いられる、請求項１に記載の方法。
4. ステップ（ａ）において、シリコンは２０ｗｔ％から６０ｗｔ％までにおいて用いられる、請求項１に記載の方法。
5. ステップ（ａ）において、アルミニウムまたはその合金は、４０ｗｔ％から８０ｗｔ％までにおいて、前記溶媒金属として用いられる、請求項１に記載の方法。
6. ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、液相温度を下回るまで冷却される、請求項１に記載の方法。
7. ステップ（ａ）の後であってステップ（ｂ）の前に、前記第１の溶融液は、液相温度を５０℃上回る範囲内まで冷却される、請求項１に記載の方法。
8. ステップ（ｄ）において、前記第２の溶融液は、固相温度を上回り、かつ、液相温度を下回るまで冷却される、請求項１に記載の方法。
9. 前記洗浄されたシリコン結晶は、９ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、３ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記洗浄されたシリコン結晶は、４ｐｐｍ（ｗｔ）未満のリン（Ｐ）と、２ｐｐｍ（ｗｔ）未満のホウ素（Ｂ）とを含む、請求項９に記載の方法。
11. アルミニウムは、前記第１のシリコン結晶と接触させられ、溶融されて、前記第２の溶融液を提供する、請求項１に記載の方法。
12. 前記洗浄されたシリコン結晶は、５００ｐｐｍ（ｗｔ）から２，０００ｐｐｍ（ｗｔ）までのアルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項１に記載の方法。
13. シリコンを精製するための方法であって、
    （ａ）原料シリコンおよびアルミニウムから第１の溶融液を形成することと、
    （ｂ）該第１の溶融液を第１のガスと接触させることにより、ドロスおよび第２の溶融液を提供することであって、該第１の溶融液を接触させることは、ガス回転式脱気装置を用い、それにより、該第２の溶融液の渦が生成されて、該第２の溶融液中で該ドロスを効率的に混合する、ことと、
    （ｃ）該ドロスと該第２の溶融液とを分離することと、
    （ｄ）該第２の溶融液を冷却することにより、第１のシリコン結晶および第１の母液を形成することと、
    （ｅ）該第１のシリコン結晶と該第１の母液とを分離することと、
    （ｆ）選択的に、該第１のシリコン結晶を溶媒金属によって溶融させて、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことと、
    （ｇ）該第１のシリコン結晶を、該溶媒金属を溶解することができる酸と接触させることにより、洗浄されたシリコン結晶および使用済みの酸を提供することと、
    （ｈ）精製されたシリコン結晶を提供するのに十分に、該洗浄されたシリコン結晶と該使用済みの酸とを分離することと、
    （ｉ）シリコン溶融物を提供するのに十分に、該精製されたシリコン結晶を溶融させることと、
    （ｊ）該シリコン溶融物を第２のガスと接触させることと、
    （ｋ）該シリコン溶融物を方向性をもって凝固させることと、
    第１の溶融液を形成する前に、スラッギング、ガス注入、プラズマトーチ、真空処理、またはそれらの組み合わせによって、前処理された原料シリコンを提供または取得することと
    を含む、方法。
14. インゴットが産生される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記インゴットの上部を除去することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 多結晶インゴットを形成するのに十分に、前記インゴットを方向性をもって凝固させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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