CN103097291A - 硅锭制造用容器及硅锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够容易地将培养成的硅锭从容器取出、并且能够实现硅锭的成品率的提高的硅锭制造用容器及硅锭的制造方法。在用来使硅熔融液凝固而使硅多结晶生长的上表面开口的有底筒状的硅锭制造用容器中,将该容器的侧壁通过铅直形成的侧面下部、在该侧面下部上相对于铅直方向以规定的锥角θ朝向上表面开口部扩展而倾斜地连接设置的侧面中部、和在该侧面中部上铅直地连接设置的侧面上部构成。将硅原料投入到该硅锭制造用容器中以使硅熔融液的表面位于倾斜部,通过凯罗泡洛斯法一边以极低速将晶种拉起一边使硅多结晶生长。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造太阳能电池级的硅锭的硅锭制造用容器及硅锭的制造方法。
背景技术
以往,作为在太阳能电池等中使用的硅锭的制造方法,已知有将硅熔融液收容到坩埚或铸模等容器中、使该硅熔融液从下方凝固而使硅多结晶生长的模铸法(铸造法)(例如专利文献1~5)。根据该模铸法,由于当硅熔融液凝固时结晶生长的方向一致于一定方向,所以能够制造抑制了因晶粒边界带来的电阻率的增大的良好品质的晶片。此外,根据模铸法,能够实现硅锭的大量生产。
一般而言,在用于模铸法的容器的内面上形成有分型件。在通过模铸法制造硅锭的情况下,如果在使硅熔融液在容器内凝固时硅与容器反应,则硅结晶固接在容器上,难以将锭取出。因此,通过在容器的内面上形成分型件,使硅结晶不会与容器直接接触。
此外,由于硅熔融液的密度是2.5g/cm3,而固体密度是2.33g/cm3,所以当使硅熔融液在容器内凝固时,体积膨胀约7%。并且,随着该体积膨胀而在容器中发生应力,所以难以从容器中将硅锭取出,进而,也有形成在容器上的分型件损坏的情况。如果分型件损坏,则硅结晶接触在容器上而固接,所以硅锭的取出性进一步恶化。
所以,需要将使伴随着硅熔融液凝固时的体积膨胀的应力缓和的技术。例如,提出了通过将容器的开口部从铅直方向向外侧倾斜、将垂直于容器侧面的应力成分缓和、使硅结晶难以咬入到容器中的技术(例如专利文献1)。在专利文献1中,公开了在朝向容器的开口部扩展的方向上使侧面整体以3°以上倾斜的带有锥度的容器。
专利文献1:实开昭58-22936号公报
专利文献2:实公平3-22907号公报
专利文献3:特开平6-345416号公报
专利文献4:特开平10-182133号公报
专利文献5:特表2010-503596号公报。
发明内容
但是,在使用专利文献1所记载的带有锥度的容器的情况下,如果容器侧面的锥角过小,则不能得到将伴随着硅凝固时的体积膨胀的应力分散的效果,所以难以从容器将硅锭取出,不能消除分型件损坏的问题。此外,如果容器侧面的锥角过大,则将硅锭的外周部切断时的损失变大,成品率(原料采取率)下降,所以并不希望这样(参照图5)。
此外,在通过模铸法制造硅锭的情况下,由于使硅结晶从形成有分型件的容器底部生长,所以减少结晶晶粒边界变得困难。结果,导致因载体的损失造成的结晶品质的下降、或因结晶晶粒边界的生长造成的成品率的下降。
本发明是为了解决上述课题而做出的,目的是能够将培养成的硅锭从容器容易地取出、并且能够实现硅锭的成品率的提高的硅锭制造用容器及硅锭的制造方法。
技术方案1所述的发明,是一种用来使硅熔融液凝固而使硅多结晶生长的上表面开口的有底筒状的硅锭制造用容器,其特征在于,该容器的侧壁由铅直形成的侧面下部、在该侧面下部上相对于铅直方向以规定的锥角θ朝向上表面开口部扩展而倾斜地连接设置的侧面中部、和在该侧面中部上铅直地连接设置的侧面上部构成。
技术方案2所述的发明,在技术方案1所述的硅锭制造用容器中,其特征在于,上述锥角θ是10~80°。
技术方案3所述的发明,在技术方案2所述的硅锭制造用容器中,其特征在于,上述锥角θ是15~60°。
技术方案4所述的发明,在技术方案2所述的硅锭制造用容器中,其特征在于,上述锥角θ是20~70°。
技术方案5所述的发明,在技术方案2所述的硅锭制造用容器中,其特征在于,上述锥角θ是20~45°。
技术方案6所述的发明,在技术方案1~5中任一项所述的硅锭制造用容器中,其特征在于,通过由石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化铝的任一种构成的材料或组合了两种以上的材料构成。
技术方案7所述的发明,其特征在于,将硅原料投入到技术方案1~6中任一项所述的硅锭制造用容器中,以使硅熔融液的表面位于上述倾斜部;使上述硅熔融液凝固而使硅多结晶生长。
技术方案8所述的发明,在技术方案7所述的硅锭的制造方法中,其特征在于,使晶种接触在上述硅熔融液的表面上;一边将上述晶种拉起,一边使上述硅熔融液从表面凝固而使硅多结晶生长。
技术方案9所述的发明,在技术方案8所述的硅锭的制造方法中,其特征在于,以与上述硅熔融液凝固时的体积膨胀对应的速度将上述晶种拉起。
以下,对达到完成本发明的经过进行说明。
以往,作为结晶生长法之一,有使晶种接触在熔融液表面上、使结晶从熔融液面朝向下方生长的凯罗泡洛斯法。在该凯罗泡洛斯法中,由于结晶从异物较少的熔融液面生长,所以与模铸法相比能够期待高品质的硅结晶。本发明者为了确立代替从形成有分型件的容器底部使结晶生长的模铸法、利用凯罗泡洛斯法制造硅锭的方法,反复进行了研究。
首先,提出了在利用凯罗泡洛斯法制造硅锭时、通过将生长结晶以极低速拉起、将伴随着硅凝固时的体积膨胀的纵向的应力缓和的方法。但是,在用该方法制造硅锭的情况下,较多发生形成在容器的内面上的分型件以面状消失的部位,硅锭的取出也较困难。
为了追究原因而观察制造硅锭后的容器,清楚的是:在硅锭的顶部周缘、即与硅熔融液的表面附近凝固而结晶化的部分对应的部位,分型件以面状消失。此外,确认了在硅锭的顶部周缘上遍及周向形成有高度0.1~0.5mm左右的凸部。
另一方面,在通过模铸法制造硅锭的情况下也同样,在与硅锭的顶部对应的部位,分型件消失。由此可以认为,不论结晶生长法如何,伴随着硅熔融液的表面附近凝固时的体积膨胀的应力都比伴随着其他部分凝固时的体积膨胀的应力显著地大。此外,在利用凯罗泡洛斯法的情况下,可以认为在硅熔融液的表面附近凝固时,在横向上膨胀的硅结晶(特别是顶部周缘的凸部)咬入到分型件中,通过在该状态下中途被强拉地拉起,分型件剥离。
并且发现,通过着眼于硅熔融液的表面位于的部分改善容器的形状,能够将伴随着硅凝固时的体积膨胀(特别是横向的体积膨胀)的应力有效地分散,由此得到能够同时实现硅锭的从容器的取出性和成品率的认识,完成了本发明。
根据本发明,由于伴随着硅凝固时的体积膨胀在容器上发生的应力被缓和,所以能够有效地防止形成在容器内面上的分型件损坏。因而,培养成的硅锭也不会固接在容器上,能够容易地取出。
此外,在硅锭制造用容器中,由于使伴随着硅凝固时的体积膨胀的应力变大的部分为倾斜部,关于应力较小的部分(侧面下部)铅直地形成,所以将硅锭的外周部切断时的加工损失变小。因而,能够实现硅锭的成品率的提高。
附图说明
图1是应用了本发明的硅锭制造用容器的剖视图。
图2是表示使用应用了本发明的硅锭制造用容器的结晶生长装置的一例的图。
图3是表示使用实施方式的结晶生长装置时的硅多结晶的生长过程的图。
图4是表示使用一般的直体型的硅锭制造用容器的结晶生长装置的图。
图5是在使用以往的锥型容器时发生的损失的图。
图6是在本发明的实施方式中使用的硅锭制造用容器侧壁的截面(a)、从容器上部朝向底壁面眺望的情况下的容器形状的例子(方筒状容器(b)、圆筒状容器(c))、以及它们的适当的厚度及长度的概要说明图。
具体实施方式
以下,基于附图详细地说明本发明的实施方式。
图1是应用了本发明的硅锭制造用容器的剖视图。图1所示的硅锭制造用容器(以下称作容器)11是例如将石英材料成形而成的、上表面开口的有底的圆筒状或方筒状的容器。容器11的侧壁被划分为铅直地形成的侧面下部(以下称作直体部)11c、在侧面下部11c上以锥角(相对于铅直方向的倾斜角)θ朝向上表面开口部扩展而倾斜地连接设置的侧面中部(以下称作倾斜部)11b、和在倾斜部11b上铅直地连接设置的侧面上部11a。
这里,如图6(a)所示,如果设容器11的侧壁11a及底壁11d的厚度为T1,则厚度T1优选的是5~20mm左右。如果不到5mm,则容器材料的脆弱性成为问题。另一方面,如果比20mm大,则不能忽视因容器的绝热性增加带来的影响,硅的熔融时间增大,准备时间(リードタイム)及电力成本增大,所以生产率下降。因为同样的理由,侧面下部11c的厚度T2优选的是5~30mm左右。侧面下部11c的长度Lc没有特别限制,但在容器内将原料熔化的情况下,优选的是比侧面下部11c靠上的长度La+Lb与侧面下部11c的长度Lc的比(La+Lb)/Lc为“2”以上。由于硅原料的固体的密度比液体小,所以为了使熔融液面位置至少来到Lc的位置(直体部分11c的最上端),需要在容器内将原料填充到至少Lc的2倍的高度的位置。根据原料的形状,向容器的填充的程度不同,但如果做成上述尺寸比,则在实用上是足够的。另外,上述容器11的厚度及长度并不限定于方筒状的容器的情况,在圆筒状的容器的情况下也是同样的。
此外,如图6(a)所示,如果设容器11的上部及下部的内部尺寸分别为m1、m2,则期望的是:两者的差(m1-m2)处于2~50mm,优选的是处于10~20mm的范围中。如果低于2mm,则不能完全防止结晶生长中的硅锭向分型件及容器咬入。如果超过50mm,则容器侧面倾斜部及其侧面下部的厚壁部分的绝热性增加,所以与50mm以下的情况相比硅的熔融时间增大,准备时间及电力成本增大,所以生产率下降。因而,例如在从方筒状或圆筒状的容器得到150~270kg左右的Si锭的情况下,可以将m2设为600mm,将m1设为602~650mm,优选的是设为610mm~620mm。
在将硅熔融液收容到容器11中、使该硅熔融液凝固而使硅多结晶生长的情况下,位于倾斜部11b的伴随着硅熔融液凝固时的体积膨胀的应力被分散为与倾斜部11b垂直的成分和平行的成分。例如,通过使锥角θ为3°以上不到90°,能够以分型件不剥离的程度使伴随着体积膨胀的应力分散。通过实验,在使锥角θ不到3°的情况下,培养成的硅锭咬入到分型件中,确认了分型件的损坏。所以,锥角θ优选的是3°以上。
图2是表示使用容器11的结晶生长装置的一例的图。
图2所示的结晶生长装置1是用来通过凯罗泡洛斯(カイロポーラス)法制造硅锭的装置,使用在内面上形成有Si3N4烧结体等分型件12的容器11。在结晶生长装置1中,容器11支承在石墨制的基座13上,在基座13的外周上配置有加热器14。此外,在容器11的中央配置有结晶拉起轴15,在其前端上安装有由Si单结晶(或Si多结晶)构成的晶种16。
在使用结晶生长装置1通过凯罗泡洛斯法制造硅锭的情况下,将硅原料(例如硅熔融液)投入到容器11中,以使硅熔融液17的表面位于倾斜部11b。并且,使晶种16接触在硅熔融液17的表面上,使硅熔融液17从表面凝固,使硅多结晶生长。
此时,通过一边将晶种16以极低速拉起一边使硅多结晶生长,能够将伴随着硅凝固时的体积膨胀的纵向的应力缓和。即,晶种16的拉起速度根据硅熔融液17凝固时的纵向的体积膨胀而设定。
此外,由于硅熔融液17的表面位于容器11的倾斜部11b,所以随着熔融液表面附近凝固时的体积膨胀,在容器11上发生的横向的应力被分散。即,根据锥角θ的大小,垂直于倾斜部11b的应力成分变小,所以能够防止硅结晶向分型件12咬入。因而,在硅多结晶的生长过程中分型件12不损坏,所以培养成的硅锭也不会固接在容器上,能够容易地取出。
另外,通过适当设定容器11的尺寸(直体部11c的内径、锥角θ等)及投入的硅原料的量(硅熔融液17的表面位置),也能够借助晶种16的拉起操作使得硅锭的顶部周缘不接触到容器11(倾斜部11b)的内面。
例如,当位于倾斜部11b的硅熔融液的表面附近凝固时,如果考虑将从晶种16到容器的直体部分形成在液面上的结晶拉起L的情况,则在拉起前后熔融液表面的直径被扩径2Ltanθ。因而,如果该扩径量(2Ltanθ)比硅凝固时的横向的体积膨胀大,则硅锭的顶部周缘不接触到容器11(倾斜部11b)的内面。
已知硅熔融液在凝固时会在横向上膨胀1mm左右,此外,通过本发明者等的实验判明,在硅锭的顶部周缘上形成高度α(0.1~0.5mm左右)的凸部,所以通过设定晶种16的拉起量L和锥角θ以使扩径量(2Ltanθ)比(1+α)大,能够使硅锭的顶部周缘不接触到容器11(倾斜部11b)的内面。例如,在设为L=10.5(mm)、α=0.1(mm)的情况下,为θ≥3°。
此外,在容器11中,仅使伴随着硅凝固时的体积膨胀发生较大的应力的部分为倾斜部11b,关于应力较小的侧面下部11c铅直地形成,所以将硅锭的外周部切断而加工为圆柱状或方柱状时的损失变小。因而,能够实现硅锭的成品率的提高。
即,如果如图5所示使容器的侧面整体倾斜,则虽然能够将伴随着硅凝固时的体积膨胀应力分散,但由于硅锭的底部外径与上部外径的差变大,所以在将硅锭加工为圆柱状或方柱状时损失变大。
例如,在使用容器的侧面整体的锥角为10°的方筒状容器得到底径为90mm、高度为110mm、顶径为128mm的锭的情况下,损失体积为整体的56%。同样,为了制作底径为90mm、高度为110mm的锭,在使锥角为20°、30°、45°、70°的情况下,方筒状容器和锭的上部外径显著增大而炉大型化,而且处于容器底面的锭的损失率分别在计算上为70%、79%、87%、97%。这样,在进行使容器的侧面整体倾斜而带来锥角的以往的方法的情况下,方柱状锭的成品率显著下降。如果要将该成品率即便稍稍提高,则还存在切出次数增加的缺点。
相对于此,在使用有关本发明的实施方式的容器11的情况下,仅在锭Top侧面上部有锥部,其他侧面部大致是直体,所以损失体积率是36%,即使将其锥角度变更为10°、20°、30°、45°、70°,损失体积率也是36%的原状。
进而,在利用凯罗泡洛斯法制造硅锭时,由于一边将晶种拉起一边使硅多结晶生长,所以通过适当调整拉起速度,能够一边保持硅锭的顶部周缘不与分型件12接触的状态一边使生长进行。因而,能够更有效地防止硅锭向分型件12咬入,所以也不会因咬入而阻碍生长结晶的拉起操作。
此外,通过根据硅凝固时的体积膨胀将晶种16拉起,将伴随着体积膨胀的纵向的应力缓和,所以也不会发生因硅熔融液被压缩带来的不良状况。
另外,通过使锥角θ为3°以上不到90°,能够使伴随着硅凝固时的体积膨胀的应力以分型件12不损坏的程度分散,但如果锥角θ过小,则伴随着体积膨胀的应力的分散效果较小,根据情况,分型件12也有可能损坏。此外,如果锥角θ过大,则为了确保倾斜部11b的高度,倾斜部11b在横向上较大地伸出,所以导致装置的大型化,成为损失增大的主要原因,而且由于在作为锥面与直体部分的边界的弯曲部分处,分型件容易破裂,所以有可能不能顺利地进行锭的取出。从这样的观点看,期望的是:锥角θ在10°~80°,优选的是20°~70°或15°~60°,更优选的是20°~45°的范围中设定。
[实施例]
在实施例1至4中,使用结晶生长装置1通过凯罗泡洛斯法制造了硅锭。容器11是圆筒状,使其尺寸为,直体部11a上的开口部的内径(m1)为146mm,直体部11c底部的内径(m2)为125mm,直体部11c的高度Lc为30mm,La+Lb为60mm。在锥角θ=20°、30°、45°、70°时,倾斜部11b的高度Lb分别为29mm、18mm、10mm、4mm。
首先,使添加了硼(浓度:1.0×1016atom/cm3)的硅熔融液流入到圆筒状容器11中,使硅熔融液的表面位于倾斜部11b的中间点(距与直体部11c的边界为5.25mm),以深度方向的温度梯度为10℃/cm的方式保持硅熔融液。
并且,使由结晶方位为<100>、3.5mm边长的Si单结晶构成的晶种16接触在硅熔融液的表面上,一边将该晶种16以1mm/h通过手动拉起一边使硅多结晶生长。此时,使容器11及晶种16以5rpm旋转,以晶种16为中心使硅多结晶以同心圆状生长。通过3小时的生长,使硅熔融液完全固化,得到了有关实施例的硅锭。另外,将容器11的底部的温度成为作为硅的凝固点的1410℃的时点看作结晶生长的终点。将这些结果表示在表1中。
[表1]
Table 1
锥角度θ[°] | 向容器的咬入 | 分型性 | |
实施例1 | 20 | 无 | ○ |
实施例2 | 30 | 无 | ○ |
实施例3 | 45 | 无 | ○ |
实施例4 | 70 | 无 | ○ |
比较例1 | 2 | 有 | × |
比较例2 | 8 | 有 | △ |
比较例3 | 85 | 有 | × |
比较例4 | 0 | 有 | × |
在实施例1~4的硅锭的制造中,如图3所示,没有在生长过程中硅多结晶18咬入到分型件12中而妨碍拉起操作的情况。即,通过使用形成有倾斜部11b的容器11、并且一边将晶种16拉起一边使硅多结晶生长,有效地缓和了在硅熔融液17中发生的压缩应力。
此外,能够将制造出的硅锭容易地从容器11取出。此外,没有发生到目前为止成为问题的容器11与硅锭的顶部周缘的热粘。此外,当加工为直体状的硅锭时,没有发生锭破裂等的实用上的问题。
进而,在得到的硅锭中,结晶晶粒边界在纵向上一致,与通过模铸法制造的硅锭相比,结晶品质提高。这样,确认了使用实施方式的容器11用凯罗泡洛斯法使结晶生长带来的有效性。
另外,在实施例1~4中,表示了使倾斜部11b的锥角θ为20°、30°、45°、70°的情况,但在使锥角θ为60°的情况下也得到了同样的结果。此外,使锥角θ在10~80°的范围中每次稍稍变化进行实验而比较,结果确认了在锥角θ是15~60°的情况下硅锭的从容器的取出性更好、在锥角θ是20~45°的情况下的成品率最好。
[比较例]
图4是表示在比较例4中使用的结晶生长装置的概略结构的图。在图4中,对于与实施方式的结晶生长装置1相同或对应的构成要素赋予20多的附图标记。在结晶生长装置2中,使用一般的直体型的容器21这一点与实施方式的结晶生长装置1不同。
在比较例1~4中,使用结晶生长装置2通过凯罗泡洛斯法制造了硅锭。在圆筒状容器21中,使用内径为125mm的直体型的容器。关于硅原料的投入量、硅多结晶的生长条件等与实施例相同。
在比较例1中,在结晶拉起中钩挂到容器上、在此状态下生长进展的结果是,体积膨胀应力集中到容器的底上而容器被破坏。确认将硅锭取出后的容器21,在容器21的底面及侧面的大半的区域中没有看到分型件22的剥离,但在与硅锭的顶部对应的部分中,较多发生以面状分型件22消失的区域。当硅熔融液27的表面附近凝固时,在横向上膨胀后的硅多结晶28咬入到分型件22中,在该状态下通过中途被强拉地拉起,分型件22剥离,进而,由于硅多结晶固接在容器21上,所以认为硅锭的取出变得困难。
在比较例2的锥角8°的情况下,在凯罗泡洛斯法中的结晶拉起时没有结晶钩挂到容器上的情况,但锭Top侧面与分型件的摩擦较大,为难以取出的结果。
在比较例3的情况下,在容器的锥部分和直体部分的弯曲部分处分型件破裂,所以在该部分,锭与容器热粘,变得不能将锭取出。可以想到在弯曲部分处脆弱化的分型件不能承受体积膨胀应力。
在比较例4的硅锭的制造中,如图4所示,在生长过程中,硅多结晶28咬入到分型件22中,拉起操作被妨碍。并且,生长结晶的向上方的移动被限制(拉起速度下降),结果,因硅凝固时的体积膨胀带来的应力没有被缓和,硅熔融液被压缩,发生熔融液从容器的中央激烈地喷起而飞散到容器外的现象(硅熔融液的喷起)。由于在生长过程中发生了喷起,所以阻碍了良好的结晶生长,进而,昂贵的装置部件损伤。
将这些结果综合判明,能够没有问题地进行硅锭的从容器的取出的锥角θ是10°~80°的范围内的情况。
此外,如果考虑弯曲部分的分型件的剥离容易度、横向的Si的体积膨胀应力,则可知更优选的是锥角θ为20°~70°的情况。
以上,基于实施方式具体地说明了由本发明者做出的发明,但本发明并不限定于上述实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够变更。
例如,在实施方式中,表示了将容器11用石英材料构成的情况,但可以通过由石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化铝的任一种构成的材料或组合了两种以上的材料构成。
此外,例如根据容器11,由于伴随着硅凝固时的体积膨胀的应力被倾斜部11b分散,所以在通过模铸法制造硅锭的情况下也是有效的。在通过模铸法制造硅锭的情况下,也只要硅熔融液的表面位于倾斜部11b就可以。即使是将容器11的形状从圆筒状改变为方筒状的情况,也能够得到与实施例1~4、比较例1~4同样的结果。
这里公开的实施方式在全部的方面都是例示,而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述说明、而由权利要求书表示,意味着包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部的变更。
附图标记说明
1 结晶生长装置
11 硅锭制造用容器
11a 侧面上部
11b 侧面中部(倾斜部)
11c 侧面下部(直体部)
12 分型件
13 基座
14 加热器
15 结晶拉起轴
16 晶种
17 硅熔融液
18 硅多结晶
θ 锥角。
Claims (9)
1.一种硅锭制造用容器,是用来使硅熔融液凝固而使硅多结晶生长的上表面开口的有底筒状的硅锭制造用容器,其特征在于,
该容器的侧壁由铅直形成的侧面下部、在该侧面下部上相对于铅直方向以规定的锥角θ朝向上表面开口部扩展而倾斜地连接设置的侧面中部、和在该侧面中部上铅直地连接设置的侧面上部构成。
2.如权利要求1所述的硅锭制造用容器,其特征在于,
上述锥角θ是10~80°。
3.如权利要求2所述的硅锭制造用容器,其特征在于,
上述锥角θ是15~60°。
4.如权利要求2所述的硅锭制造用容器,其特征在于,
上述锥角θ是20~70°。
5.如权利要求2所述的硅锭制造用容器,其特征在于,
上述锥角θ是20~45°。
6.如权利要求1~5中任一项所述的硅锭制造用容器,其特征在于,
通过由石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化铝的任一种构成的材料或组合了两种以上的材料构成。
7.一种硅锭的制造方法,其特征在于,
将硅原料投入到权利要求1~6中任一项所述的硅锭制造用容器中,以使硅熔融液的表面位于上述倾斜部;
使上述硅熔融液凝固而使硅多结晶生长。
8.如权利要求7所述的硅锭的制造方法,其特征在于,
使晶种接触在上述硅熔融液的表面上;
一边将上述晶种拉起,一边使上述硅熔融液从表面凝固而使硅多结晶生长。
9.如权利要求8所述的硅锭的制造方法,其特征在于,
以与上述硅熔融液凝固时的体积膨胀对应的速度将上述晶种拉起。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009104532A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶成長方法 |
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