JP2001048696A - 結晶シリコン製造装置 - Google Patents

結晶シリコン製造装置

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JP2001048696A
JP2001048696A JP11224691A JP22469199A JP2001048696A JP 2001048696 A JP2001048696 A JP 2001048696A JP 11224691 A JP11224691 A JP 11224691A JP 22469199 A JP22469199 A JP 22469199A JP 2001048696 A JP2001048696 A JP 2001048696A
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cooling
heat insulating
crucible
silicon
chamber
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Saburo Wakita
三郎 脇田
Junichi Sasaki
順一 佐々木
Yuji Ishiwari
雄二 石割
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003Heating or cooling of the melt or the crystallised material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ルツボを載置する冷却板に冷却媒質を流す構
成とは異なる構成でシリコン融液を冷却する手段を有す
る結晶シリコン製造装置を提供する事である。 【解決手段】 チャンバー2内にシリコン融液3を収容
するルツボ4と、前記ルツボ4を載置するとともに前記
シリコン融液3を冷却する際にその冷却を媒介する載置
台5と、該載置台5及び前記ルツボ4を包囲する複数の
断熱部材で形成された包囲部6とを備えた結晶シリコン
製造装置1において、前記複数の断熱部材のうちの前記
載置台5の下方に配置する断熱部材は移動することが可
能な可動断熱部材6aであり、該可動断熱部材6aを移
動して、前記包囲部6の一部に開口9を形成する断熱部
材移動装置と、前記形成される開口9近傍で前記チャン
バー2の壁部2aと前記包囲部6との間に冷却フィン1
0とを備え、その冷却フィン10は載置台5に接近させ
ることが可能であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン融液を冷
却して一方向に徐々に凝固する結晶シリコン製造装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】多結晶シリコン太陽電池は、今日最も多
く製造されている太陽電池である。多結晶シリコン太陽
電池の発電素子(ソーラー・セル)では、多結晶シリコ
ン基板の品質がその性能を大きく左右する。そのため、
その品質を向上させるべく、その製造において様々な改
良がなされてきた。
【0003】太陽電池の最も重要な性能は、エネルギー
変換効率である。このエネルギー変換効率は、基板が有
する結晶粒界および結晶粒内の結晶の配向性に大きく左
右される。これらは、ソーラー・セル内のキャリアの寿
命の短縮や移動度の低下の原因となって、エネルギー変
換効率を低下させるためである。そのため、エネルギー
変換効率を向上させるためには、多結晶シリコンの製造
において、その結晶粒界の面積をできるだけ少なくする
こと、言い換えると、結晶粒径ができるだけ大きな結晶
粒に成長させること、そして、その結晶粒内の配向性を
向上させることが重要である。
【0004】多結晶シリコンを製造する方法で代表的な
ものに、一方向凝固法がある。この方法では、ルツボに
収容した原料の固体シリコンをヒーターにより加熱し
て、シリコン融液とし、次いで、ルツボを載置した冷却
板に冷媒として不活性ガスまたは水を流して、シリコン
融液内にルツボの底部から上部方向への正の温度勾配を
付与し、シリコン融液を底部から徐々に冷却・凝固し
て、結晶を上方へと成長させていく。この方法によれ
ば、太陽電池用ウェーハとして十分な数mm以上の結晶
粒径を有する多結晶シリコンインゴットを得られること
が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷却板には
通常カーボンを使用するが、上記のように冷却板に不活
性ガスを流す場合、内部に均一に流すために冷却板内部
の構造が複雑になり、高価なものとなっていた。また、
不活性ガスの熱容量は水に比べて非常に小さいため、冷
却板を冷却するには多量のガスを必要としていた。一
方、冷却板に水を流す場合も、水漏れが生じない構成に
するため、冷却板は高価なものになっていた。
【0006】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、ルツボを載置する冷却板に不活性ガスや水を流
す構成とは異なる構成によりシリコン融液を冷却する手
段を有する結晶シリコン製造装置を提供する事を目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の構成を採用した。請求項1に記載の
結晶シリコン製造装置は、チャンバー内にシリコン融液
を収容するルツボと、前記ルツボを載置するとともに前
記シリコン融液を冷却する際にその冷却を媒介する載置
台と、該載置台及び前記ルツボを包囲する複数の断熱部
材で形成された包囲部とを備え、前記チャンバー内に不
活性ガスを流入するためのガス流入口を具備した結晶シ
リコン製造装置において、前記複数の断熱部材のうちの
前記載置台の下方に配置する断熱部材は移動することが
可能な可動断熱部材であり、該可動断熱部材を移動し
て、前記包囲部の一部に開口を形成する断熱部材移動装
置と、前記形成される開口近傍で前記チャンバーの壁部
と前記包囲部との間に冷却フィンとを備えたことを特徴
とする。
【0008】この結晶シリコン製造装置においては、断
熱部材移動装置によって可動断熱部材を移動して包囲部
の一部に開口を形成し、その開口近傍に設けた冷却フィ
ンにより包囲部内からの熱輻射を受けて包囲部内を冷却
するので、載置台に冷媒を流さない構成でも、載置台を
介してシリコン融液を冷却することができる。さらに、
冷却フィンを移動させて、載置台に接近させることによ
り、シリコン融液の冷却速度を増加させることができ
る。また、可動断熱部材の移動量を調整して開口の大き
さを調節することにより、シリコン融液の冷却速度を制
御することができる。
【0009】請求項2に記載の結晶シリコン製造装置
は、請求項1に記載の結晶シリコン製造装置において、
前記チャンバーの壁部には冷却水が循環する冷却ジャケ
ットを備えるとともに、前記冷却フィンを前記チャンバ
ーの壁部に設けたことを特徴とする。
【0010】この結晶シリコン製造装置においては、冷
却ジャケットによって冷却された壁部に冷却フィンを設
けたので、冷却フィン自身が冷却手段を備えていなくと
も、壁部により冷却フィンが冷却される。
【0011】請求項3記載の結晶シリコン製造装置は、
請求項1または2に記載の結晶シリコン製造装置におい
て、前記冷却フィンが前記開口形成後に移動して前記載
置台に接近することを特徴とする。
【0012】この結晶シリコン製造装置においては、冷
却フィンを移動させて載置台に接近させることにより、
シリコン融液の冷却速度を増加させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る結晶シリコン
製造装置の好適な実施形態を図1を参照して説明する。
結晶シリコン製造装置1は、チャンバー2内にシリコン
融液3を収容するルツボ4と、ルツボ4を載置するとと
もに前記シリコン融液3を冷却する際に前記底部3aと
ともにその冷却を媒介する高熱伝導性の載置台5と、ル
ツボ4および載置台5を包囲する複数の断熱部材で形成
された包囲部6と、包囲部6内でルツボ4の上方に配置
された上部ヒーター7aと、下方に配置された下部ヒー
ター7bと、チャンバー2内に不活性ガスを流入するた
めのガス流入口8a,8bと、複数の断熱部材の一部で
ある可動断熱部材6aを移動する断熱部材移動装置(図
示せず)と、可動断熱部材6aが移動して形成される開
口9の真下に冷却フィン10と、チャンバー2の壁部2
aに二重構造をなして冷却水が循環する冷却ジャケット
部2bとを備えている。また、この載置台5では、万が
一ルツボ4から溶湯が漏れたときに備えてその周縁から
上方へと側壁部5aが立設している。
【0014】上記構成の結晶シリコン製造装置を用い
て、結晶シリコンを製造する場合には、まず、ルツボ4
内に原料シリコンを収容する。次に、雰囲気ガスとして
不活性ガス、通常アルゴンガスをチャンバー2上部のガ
ス流入口8a,8bからチャンバー2内に流入する。そ
して、ルツボ4内の原料シリコンを上部ヒーター7a、
下部ヒーター7bにより加熱溶融してシリコン融液3と
する。このとき、チャンバー2の冷却ジャケット2b内
への冷却水の循環を行っている。その後、下部ヒーター
をOFFにし、可動断熱部材6aの移動を行い、シリコ
ン融液3の冷却が開始される。載置台5から輻射された
熱が、効率的に冷却フィンに吸収されることによって載
置台が冷却され、シリコン融液3がその載置台5を介し
てルツボ4の底から上方へ正の温度勾配を付与され、そ
れに沿って一方向に凝固結晶化されていく。また、この
とき必要に応じて冷却フィンを移動させ、載置台に接近
させる。
【0015】次に、上記構成の結晶シリコン製造装置の
作用および効果について説明する。上記結晶シリコン製
造装置1では、ルツボ4および上部ヒーター7a、下部
ヒーター7bを囲む断熱材料からなる包囲部6を備えら
れているので、両ヒーターによる加熱を効率的に行える
とともに、高温の両ヒーターおよびルツボ4からチャン
バー2の壁部2aが守られる。
【0016】さらに、断熱部材移動装置により可動断熱
部材6aを平行に移動させて包囲部6の一部に開口9を
形成することができる。したがって、シリコン融液を凝
固させる際には、載置台5から輻射された熱が効率的に
冷却フィンに吸収されることによって載置台が冷却され
るので、載置台5を介してシリコン融液3を冷却するこ
とができる。さらに、冷却フィンを移動させて載置台に
接近させることにより、シリコン融液の冷却速度を増加
させることができる。
【0017】尚、可動断熱部材6aの移動量を調整して
開口9の大きさを調節することにより、シリコン融液3
の冷却速度をコントロールすることができる。
【0018】この結晶シリコン製造装置1では、冷却フ
ィン10は、冷却ジャケット2bにより冷却されている
チャンバー2の壁部2aに設けたことで冷却されている
が、外部から水を流して水冷する構成にしてもよい。
【0019】本発明の結晶シリコン製造装置において
も、冷却板に冷媒を流す構成にすることが可能なのは言
うまでもない。
【0020】可動断熱部材の移動と冷却フィンの配置
は、図2に示したように、可動断熱部材6bを真下に降
下させる構成で、冷却フィン10bは可動断熱部材6b
が降下したときにその周囲を囲むように配置してもよ
い。図2において、図1と同等な部材に対しては、同符
号を付してその説明を省略する。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る結晶シリコン製造装置によれば、以下のような効果を
奏する。
【0022】この結晶シリコン製造装置によれば、断熱
部材移動装置によって可動断熱部材を移動して包囲部の
一部に開口を形成し、その開口近傍に設けた冷却フィン
により包囲部内からの熱輻射を受けて包囲部内を冷却す
るので、載置台に冷媒を流さない構成でも、載置台を介
してシリコン融液を冷却することができるという効果が
得られる。さらに、冷却フィンを移動させて載置台に接
近させることにより、シリコン融液の冷却速度を増加さ
せることができるという効果が得られる。また、可動断
熱部材の移動量を調整して開口の大きさを調節すること
により、シリコン融液の冷却速度を制御することができ
るという効果が得られる。
【0023】この結晶シリコン製造装置によれば、冷却
ジャケットによって冷却された壁部に冷却フィンを設け
たので、冷却フィン自身が冷却手段を備えていなくと
も、壁部により冷却フィンが冷却されるという効果が得
られる。
【0024】この結晶シリコン製造装置によれば、冷却
フィンを移動させて載置台に接近させることにより、シ
リコン融液の冷却速度を増加させることができるという
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る結晶シリコン製造装置の好適な
実施形態の概略断面図である。
【図2】 (a)本発明に係る結晶シリコン製造装置の
他の好適な実施形態の概略断面図である。(b)(a)
におけるA−A線矢視図である。
【符号の説明】
1 結晶シリコン製造装置 2 チャンバー 2a 壁部 2b 冷却ジャケット 3 シリコン融液 4 ルツボ 5 載置台 6 包囲部 6a 可動断熱部材 6b 可動断熱部材 8 ガス流入口 9 開口 10 冷却フィン 10b 冷却フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石割 雄二 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BA04 CD08 EG18 HA06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバー内にシリコン融液を収容する
    ルツボと、前記ルツボを載置するとともに前記シリコン
    融液を冷却する際にその冷却を媒介する載置台と、該載
    置台及び前記ルツボを包囲する複数の断熱部材で形成さ
    れた包囲部とを備え、前記チャンバー内に不活性ガスを
    流入するためのガス流入口を具備した結晶シリコン製造
    装置において、 前記複数の断熱部材のうちの前記載置台の下方に配置す
    る断熱部材は移動することが可能な可動断熱部材であ
    り、該可動断熱部材を移動して、前記包囲部の一部に開
    口を形成する断熱部材移動装置と、 前記形成される開口近傍で前記チャンバーの壁部と前記
    包囲部との間に冷却フィンとを備えたことを特徴とする
    結晶シリコン製造装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の結晶シリコン製造装置
    において、 前記チャンバーの壁部には冷却水が循環する冷却ジャケ
    ットを備えるとともに、前記冷却フィンを前記チャンバ
    ーの壁部に設けたことを特徴とする結晶シリコン製造装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の結晶シリコン
    製造装置において、 前記冷却フィンが前記開口形成後に移動して前記載置台
    に接近することを特徴とする結晶シリコン製造装置。
JP11224691A 1999-08-06 1999-08-06 結晶シリコン製造装置 Withdrawn JP2001048696A (ja)

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