JP2001089124A - Production method of silicone substrate - Google Patents

Production method of silicone substrate

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JP2001089124A
JP2001089124A JP25967099A JP25967099A JP2001089124A JP 2001089124 A JP2001089124 A JP 2001089124A JP 25967099 A JP25967099 A JP 25967099A JP 25967099 A JP25967099 A JP 25967099A JP 2001089124 A JP2001089124 A JP 2001089124A
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Japan
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silicon
container
substrate
particulate
silicone
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JP25967099A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Yamamoto
泰幸 山本
Masanobu Azuma
正信 東
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of silicone substrate capable of simplifying a production process and simultaneously raising effective utilization ratio of silicone and remarkably reducing energy required for melting process by excluding slicing process which is an indispensable process in the conventional method, in production of a silicone substrate used in a solar cell or the like. SOLUTION: The silicone substrate is produced by densely filling particulate silicone having particle size 1-1,000 μm, for example, in a container opening upward at least overlapping two or more layers and then heating the filled particulate silicone by controlling a heating zone and heating time to fuse the silicone arranging the particulate silicone contacting with the container not to adhere on the container.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池その他の
光電変換素子等に用いられるシリコン基板の製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silicon substrate used for solar cells and other photoelectric conversion elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、結晶シリコンを用いた太陽電池用
の基材として単結晶シリコンウエハー及び板状に切断さ
れた多結晶シリコン基板が広く用いられている。これら
結晶質のシリコンを太陽電池用材料として使用すること
により光電変換効率が高く、且つ、高信頼性太陽電池の
製造が可能となるため、現在ではこれらの太陽電池は工
業的に大量生産されるようになっている。
2. Description of the Related Art At present, single-crystal silicon wafers and plate-cut polycrystalline silicon substrates are widely used as substrates for solar cells using crystalline silicon. By using such crystalline silicon as a material for a solar cell, the photoelectric conversion efficiency is high, and a highly reliable solar cell can be manufactured. Therefore, these solar cells are currently mass-produced industrially. It has become.

【0003】単結晶ウエハーの製造方法としては、チョ
クラルスキー法(以下CZ法とも言う)及び、フローテ
ィングゾーン法(以下、FZ法とも言う)がLSI用シ
リコンの製造方法として一般的に用いられている。
As a method of manufacturing a single crystal wafer, a Czochralski method (hereinafter also referred to as CZ method) and a floating zone method (hereinafter also referred to as FZ method) are generally used as a method of manufacturing silicon for LSI. I have.

【0004】CZ法は石英製の坩堝の中に高純度多結晶
シリコンの塊を入れ1300℃以上に加熱することによ
り溶融し、その融液中に結晶方位を揃えるための種結晶
を接触させ、極めて徐々に回転引き上げすることにより
棒状単結晶シリコンを製造する方法である。
In the CZ method, a lump of high-purity polycrystalline silicon is put in a quartz crucible and melted by heating it to 1300 ° C. or higher, and a seed crystal for aligning the crystal orientation is brought into contact with the melt. This is a method of manufacturing rod-shaped single-crystal silicon by pulling up very slowly.

【0005】また、FZ法とはシーメンス法などにより
製造された棒状の多結晶シリコンを原料として、減圧下
或いは不活性ガス雰囲気下において、該棒状多結晶シリ
コンの端部に結晶方位を決定するための種結晶を高周波
誘導加熱により融着させ、そして徐々に高周波誘導加熱
による溶融部分を端部からもう一方の端部へと移動させ
ることによって、結晶方位の揃った棒状単結晶シリコン
を製造する方法である。
Further, the FZ method is to determine the crystal orientation at the end of the rod-shaped polycrystalline silicon under reduced pressure or an inert gas atmosphere using rod-shaped polycrystalline silicon produced by a Siemens method or the like as a raw material. To produce a rod-shaped single-crystal silicon having a uniform crystal orientation by fusing the seed crystal of the above by high-frequency induction heating and gradually moving the molten portion by high-frequency induction heating from one end to the other end It is.

【0006】この様に製造された単結晶シリコンはダイ
アモンドワイヤーソーなどによって一定の厚みに切断
(スライス)することによって板状に加工される。その
後、研磨され太陽電池製造用の基板となっている。
The single crystal silicon thus manufactured is processed into a plate shape by cutting (slicing) it into a predetermined thickness with a diamond wire saw or the like. Then, it is polished to form a substrate for manufacturing a solar cell.

【0007】なお、一般的には、単結晶シリコンの製造
は多結晶シリコンの製造と比較して技術的に複雑であ
り、より多くのエネルギーを消費することにより太陽電
池用基材としては多結晶シリコンが使用されるようにな
っている。
[0007] In general, the production of single crystal silicon is technically complicated as compared with the production of polycrystalline silicon. Silicon is being used.

【0008】板状多結晶シリコン基板の一般的な製造方
法としては、キャスト法が広く採用されている。該方法
によれば、原料となる多結晶シリコン或いは単結晶シリ
コン片を石英製の坩堝に入れ1300℃以上の温度に加
熱して溶融後冷却することにより得られる結晶粒が制御
された多結晶シリコン塊を上記と同様な方法により切断
・研磨することにより板状多結晶シリコンが製造でき
る。
As a general method for manufacturing a plate-like polycrystalline silicon substrate, a casting method is widely used. According to the method, polycrystalline silicon or single-crystal silicon pieces as a raw material are placed in a quartz crucible, heated to a temperature of 1300 ° C. or more, melted, and then cooled, whereby the crystal grains obtained are controlled. By cutting and polishing the lump in the same manner as described above, plate-like polycrystalline silicon can be produced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】太陽電池用の基材とな
る板状の結晶シリコン基板を作製するためには、単結晶
及び多結晶シリコンいずれの場合においても、後述する
ように切断・研磨工程において切り屑や端材となってし
まい実際には基板として使用されない分も含めて全ての
シリコンを1000℃以上の熱プロセスで一旦溶融する
ため、その製造には多大なエネルギーが必要とされてい
る。また、溶融するために用いる坩堝は石英製あるいは
シリコンカーバイト製であるため、その構成元素である
酸素や炭素が多量にシリコン中に拡散するという問題も
現実的には生じている。
In order to produce a plate-shaped crystalline silicon substrate serving as a base material for a solar cell, a cutting / polishing process must be performed for both single-crystal and polycrystalline silicon as described later. Since all silicon including the part that is turned into chips and scraps and is not actually used as a substrate is once melted by a heat process at 1000 ° C. or more, a large amount of energy is required for its production. . In addition, since the crucible used for melting is made of quartz or silicon carbide, a problem that oxygen and carbon, which are constituent elements of the crucible, diffuse in silicon in large quantities actually occurs.

【0010】さらに、これらのシリコン基材を板状とす
る際の切断工程においては約1/3〜1/2のシリコン
が切り屑となって発生し、製造歩留まりが極めて悪いの
が現状である。また、切断時に使用するダイアモンドワ
イヤーソーの寿命が短く、この工程も決して効率の良い
ものとは言えず、工業的生産を行うためには改善の余地
が多く残されていた。
[0010] Further, in the cutting step when these silicon base materials are formed into a plate shape, about 1/3 to 1/2 of silicon is generated as chips and the production yield is extremely poor at present. . In addition, the life of the diamond wire saw used for cutting is short, and this process is not always efficient, and there is much room for improvement for industrial production.

【0011】なお、近年、太陽電池材料としての多結晶
シリコンにはLSI用に要求されるような純度が必ずし
も必要ないことが報告されるようになり、製造における
エネルギーの消費が軽減可能な多結晶シリコンの製造方
法も提案されている(特開平10−273311号公
報)。しかしながら、この様な方法で製造される多結晶
シリコンを用いたとしても、該製造方法はプロセスが複
雑であるばかりでなく、エネルギー低減効果も僅かであ
り、依然として溶融凝固したシリコン材をスライスする
工程が含まれるものであった。
In recent years, it has been reported that polycrystalline silicon as a solar cell material does not necessarily have the purity required for LSI, and polycrystalline silicon which can reduce energy consumption in manufacturing. A method for producing silicon has also been proposed (JP-A-10-273331). However, even if polycrystalline silicon manufactured by such a method is used, the manufacturing method is not only complicated in the process, but also has a small energy reduction effect, and is still a step of slicing the melt-solidified silicon material. Was included.

【0012】そこで、本発明は、従来の方法のように多
大な熱エネルギーを必要とせず、簡便で、不純物の混入
がなく、しかもシリコンの利用率の高い(ロスの少な
い)シリコン基板の新規な作製方法を提供することを目
的とした。
Accordingly, the present invention provides a novel silicon substrate which does not require a large amount of heat energy as in the conventional method, is simple, does not contain impurities, and has a high silicon utilization (less loss). The purpose was to provide a fabrication method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた。その結果、粒子状シリ
コンを各粒子が互いに接触するように層状に並べ、これ
に赤外線を照射して加熱し、上層の粒子状シリコンのみ
を融着させて得た融着体が太陽電池等のシリコン基板と
して使用できるという知見を得、本発明を完成するに至
った。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, the particulate silicon is arranged in layers so that each particle is in contact with each other, and this is irradiated with infrared rays and heated, and a fused body obtained by fusing only the upper layer of particulate silicon is used for a solar cell or the like. The inventors have found that the present invention can be used as a silicon substrate, and have completed the present invention.

【0014】すなわち、本発明は、粒径1〜1000μ
mの粒子状シリコンを融着させることを特徴とするシリ
コン基板の製造方法である。
That is, according to the present invention, the particle size is 1 to 1000 μm.
A method of manufacturing a silicon substrate, comprising fusing particulate m silicon.

【0015】上記製造方法によれば、表面に適度な凹凸
を有するシリコン基板を製造することができる。この様
なシリコン基板は、特に表面加工をすることなく太陽電
池などの基板に用いた場合にも光の散乱を抑制して光閉
込め効果が期待できるという特徴を有している。
According to the above manufacturing method, it is possible to manufacture a silicon substrate having an appropriate unevenness on the surface. Such a silicon substrate is characterized in that light scattering can be suppressed and a light confinement effect can be expected even when used for a substrate such as a solar cell without performing surface processing.

【0016】上記本発明の製造方法において、粒径1〜
1000μmの粒子状シリコンを上方に向かって開口し
た容器中に少なくとも2層以上重なるように密に充填
し、次いで充填された前記粒子状シリコンを加熱し、該
容器と接触していない粒子状シリコン粒子の一部又は全
部を融着させる方法を採用した場合には次のような効果
が得られる。
In the production method of the present invention, the particle size is
1000 μm of particulate silicon is densely packed so as to overlap at least two layers in a container opened upward, and the filled particulate silicon is heated, and the particulate silicon particles not in contact with the container are heated. When the method of fusing a part or all of the above is adopted, the following effects can be obtained.

【0017】すなわち、粒子状シリコンの粒径を制御し
たり加熱温度や加熱時間を変えて融着させる粒子状シリ
コンの層数を制御することにより、任意の厚さを有する
板状の基板が得られるので、塊をスライスする工程を省
略することができる。また、1枚の基板を得るのに必要
なシリコンが少ないため、加熱工程を含んではいるもの
の、該工程で消費するエネルギー量は、従来法と比べて
遥かに少ない。さらに、容器と接触する粒子状シリコン
は融着されないため、容器からの取り出しが容易で、し
かも容器から拡散してくる不純物の混入を避けることが
できる。
That is, a plate-like substrate having an arbitrary thickness can be obtained by controlling the particle size of the particulate silicon or changing the heating temperature and the heating time to control the number of layers of the particulate silicon to be fused. Therefore, the step of slicing the lump can be omitted. Further, since the amount of silicon required for obtaining one substrate is small, a heating step is included, but the amount of energy consumed in this step is much smaller than that of the conventional method. Furthermore, since the particulate silicon in contact with the container is not fused, it can be easily taken out of the container, and the contamination of impurities diffused from the container can be avoided.

【0018】なお、容器に充填された粒子状シリコンに
ついて、該容器と接触していない粒子状シリコン粒子の
一部又は全部を融着させるためには、例えば、充填され
た粒子状シリコンの最上層の周縁から少なくとも100
0μm内側の領域を上方から赤外線照射して加熱し、赤
外線照射された該領域の最下層に存在する粒子状シリコ
ンが溶融しないようにして、該容器と接触していない粒
子状シリコンを融着させればよい。
In order to fuse some or all of the particulate silicon particles that are not in contact with the container with respect to the particulate silicon filled in the container, for example, the uppermost layer of the filled particulate silicon is used. At least 100 from the periphery of
The area inside 0 μm is irradiated with infrared rays from above and heated to prevent the particulate silicon present in the lowermost layer of the area irradiated with infrared rays from melting, and to fuse the particulate silicon not in contact with the container. Just do it.

【0019】また、粒子状シリコンの容器への充填及び
加熱を真空下又は不活性ガス雰囲気下で行った場合に
は、粒状シリコンの表面が酸化されることがないので融
着を良好に行うことができる。また、この様にして製造
して得た基板は界面に酸化物層が含まれないので基板と
しての特性が良好である。
When the filling and heating of the particulate silicon in the container are performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere, the surface of the particulate silicon is not oxidized, so that the fusion should be performed well. Can be. In addition, the substrate obtained in this manner has good characteristics as a substrate since an oxide layer is not included at the interface.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、粒径1〜
1000μmの粒子状シリコン(以下、単に粒状シリコ
ンともいう。)を融着してシリコン基板を製造する。な
お、粒子状シリコンとはシリコンの微小片を意味し、必
ずしも球状若しくは略球状のものに限定されない。その
ため上記の粒径とは最大径若しくは最大辺の長さを意味
し、例えば、顕微鏡を用いて撮影した写真より測定する
ことができる。用いる粒子状シリコンの粒径が1μm未
満の時は不活性ガス置換などを行うときに取扱い難く、
1000μmを越えるときは、融着時に巨大粒子が目立
ち凹凸が大きくなるため好ましくない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the production method of the present invention, a particle size of 1 to
A silicon substrate is manufactured by fusing 1000 μm of particulate silicon (hereinafter also simply referred to as granular silicon). Note that the particulate silicon means a minute piece of silicon, and is not necessarily limited to a spherical or substantially spherical shape. Therefore, the above particle size means the maximum diameter or the length of the maximum side, and can be measured, for example, from a photograph taken using a microscope. When the particle size of the particulate silicon used is less than 1 μm, it is difficult to handle when performing inert gas replacement, etc.
If it exceeds 1000 μm, it is not preferable because giant particles are conspicuous at the time of fusion and unevenness is increased.

【0021】本発明で使用する粒子状シリコンは、その
粒子径が1〜1000μmの範囲内にあるものであれ
ば、その形状や結晶系は特に限定されない。
The shape and crystal system of the particulate silicon used in the present invention are not particularly limited as long as the particle diameter is in the range of 1 to 1000 μm.

【0022】例えば、単結晶シリコンウェハーを製造す
るときに発生する削りかすや、ロッド状或いはブロック
状の高純度ポリシリコンを破砕したときに得られる粉末
などを使用することもできる。しかし、粒状シリコンを
融着させるときの条件制御の容易さや製造されるシリコ
ン基板の均一さの観点から、粒径1〜1000μmの球
状若しくは略球状の多結晶シリコンを使用するのが好適
である。さらに、融着させたときに表面及び裏面に形成
される凹凸が、太陽電池等の基板に用いたときに光り閉
じ込めに有効であるという観点から、粒径10〜100
μmの球状若しくは略球状の多結晶シリコンを使用する
のが特に好適である。
For example, shavings generated when a single crystal silicon wafer is manufactured, powder obtained by crushing rod-shaped or block-shaped high-purity polysilicon, and the like can be used. However, it is preferable to use spherical or substantially spherical polycrystalline silicon having a particle diameter of 1 to 1000 μm from the viewpoints of easy control of conditions for fusing the granular silicon and uniformity of the manufactured silicon substrate. Further, from the viewpoint that the unevenness formed on the front surface and the back surface when fused is effective in confining light when used for a substrate such as a solar cell, the particle size is 10 to 100.
It is particularly preferred to use spherical or substantially spherical polycrystalline silicon of μm.

【0023】このような球状若しくは略球状の多結晶シ
リコンは、特開平08−041207号公報に記載され
ているように、モノシランを原料ガスとしたCVD法に
よって製造されることが知られている。該方法では、反
応器内の滞在時間を制御することで粒径が制御できる。
It is known that such spherical or substantially spherical polycrystalline silicon is produced by a CVD method using monosilane as a source gas, as described in JP-A-08-041207. In this method, the particle size can be controlled by controlling the residence time in the reactor.

【0024】前記粒状シリコンの融着方法は特に限定さ
れず、得ようとするシリコン基板の用途に応じて好適な
形状の基板を与える方法を適宜選択すればよいが、操作
が簡便で、必要とするエネルギーも少なく、不純物が混
入する危険性が少ないと言う観点から、次のような方法
で行うのが好適である。
The method of fusing the granular silicon is not particularly limited, and a method of providing a substrate having a suitable shape may be appropriately selected according to the intended use of the silicon substrate to be obtained. From the viewpoint that the energy to be used is small and the risk of contamination by impurities is small, it is preferable to carry out the following method.

【0025】すなわち、粒径1〜1000μmの粒子状
シリコンを上方に開口した容器中に少なくとも2層以上
重なるように密に充填し、次いで充填された前記粒子状
シリコンを加熱し、容器と接触していない粒子状シリコ
ンの一部又は全部を融着させるのが好適である。
That is, particulate silicon having a particle size of 1 to 1000 μm is densely packed so as to overlap at least two layers in a container opened upward, and then the filled particulate silicon is heated and brought into contact with the container. It is preferable to fuse some or all of the unparticulated particulate silicon.

【0026】以下、図1に示す本発明の製造方法に好適
に使用できる製造装置1(以下、融着装置ともいう。)
を用いた場合について、上記方法をより詳細に説明す
る。
Hereinafter, a manufacturing apparatus 1 (hereinafter also referred to as a fusion apparatus) which can be suitably used in the manufacturing method of the present invention shown in FIG.
The above method will be described in more detail in the case of using.

【0027】融着装置1は、雰囲気保持容器100、雰
囲気制御装置200、及び加熱装置300から構成され
ている。雰囲気保持容器100は、その本体がステンレ
スなどの金属材料で構成された容器であり、その上面に
石英板などの透明で耐熱性のある透明窓110が設けら
れている。また、雰囲気保持容器100は、その内部
に、粒状シリコンが充填された上方に向かって開口した
容器120が水平に装着できるようになっており、配管
を介して雰囲気制御装置200と接続されている。
The fusing apparatus 1 comprises an atmosphere holding container 100, an atmosphere control device 200, and a heating device 300. The atmosphere holding container 100 is a container whose main body is made of a metal material such as stainless steel, and is provided with a transparent and heat-resistant transparent window 110 such as a quartz plate on the upper surface thereof. Further, the atmosphere holding container 100 has a container 120 filled with granular silicon and opened upward, which can be mounted horizontally, and is connected to the atmosphere control device 200 via a pipe. .

【0028】雰囲気制御装置200とは、排気ポンプ等
の排気装置210、及び/又はアルゴン、ヘリウム等の
不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置220からな
り、該不活性ガス供給装置220には、不活性ガスの圧
力や流量を制御するための雰囲気制御系230が接続さ
れている。雰囲気制御装置200により雰囲気保持容器
100は、10-3〜760Torr程度の真空、又は不
活性ガス雰囲気に保たれるようになっている。
The atmosphere control device 200 comprises an exhaust device 210 such as an exhaust pump and / or an inert gas supply device 220 for supplying an inert gas such as argon or helium. An atmosphere control system 230 for controlling the pressure and flow rate of the inert gas is connected. The atmosphere control device 200 keeps the atmosphere holding container 100 in a vacuum of about 10 −3 to 760 Torr or in an inert gas atmosphere.

【0029】また、前記透明窓110の上方には、赤外
線ランプ及び反射板からなる加熱装置300が設置され
ており、前記透明窓110を通してその下方に設置され
た容器120に充填された粒状シリコンに赤外線を集光
して照射し、該粒状シリコンを加熱できるようになって
いる。
A heating device 300 comprising an infrared lamp and a reflection plate is installed above the transparent window 110, and passes through the transparent window 110 to a granular silicon filled in a container 120 installed thereunder. Infrared rays are collected and irradiated to heat the granular silicon.

【0030】上記融着装置1を用いてシリコン基板を製
造するには、まず粒径1〜1000μmの粒子状シリコ
ン400を、図2に示すように、容器120中に少なく
とも2層以上重なるように密に充填する。ここで、「密
に」とは、できるだけ隙間ができないようにという意で
ある。このためには、粒径の大きな粒子と粒径の小さな
粒子を混合したりして、粒度に分布を持った粒子状シリ
コンを用いるのも好ましい態様である。
In order to manufacture a silicon substrate using the above-mentioned fusing apparatus 1, first, as shown in FIG. 2, at least two layers of particulate silicon 400 having a particle size of 1 to 1000 μm are overlapped in a container 120. Pack tightly. Here, “densely” means that a gap is not formed as much as possible. For this purpose, it is also a preferable embodiment to use particles of silicon having a distribution in particle size by mixing particles having a large particle size and particles having a small particle size.

【0031】充填する粒状シリコンの層数は、2層以上
であれば特に限定されず、目的とするシリコン基板の厚
さに応じて適宜決定すればよい。1層である場合には、
所期の厚さの基板を得るのが困難なばかりでなく、加熱
時に融着したシリコンと容器とが固着してしまい融着物
を取り出すことが困難となる。融着後の取り出し易さの
観点から、融着時の収縮等を考慮して目的とするシリコ
ン基板の厚さを得るのに必要な層数より少なくとも1層
以上多い層数積層するのが好適である。なお、赤外線照
射により加熱した場合には、粒状シリコンの融着は最上
層から順次起こるので、上記の必要な層数よりかなり多
い層数になるように充填し、赤外線の強度や照射時間を
制御することにより必要な融着する層の厚さを制御する
こともできる。
The number of granular silicon layers to be filled is not particularly limited as long as it is two or more layers, and may be appropriately determined according to the thickness of the target silicon substrate. In the case of one layer,
Not only is it difficult to obtain a substrate having the desired thickness, but also the silicon fused to the container at the time of heating adheres to the container, making it difficult to remove the fused material. From the viewpoint of ease of removal after fusion, it is preferable that the number of layers is at least one more than the number of layers necessary to obtain the intended thickness of the silicon substrate in consideration of shrinkage during fusion and the like. It is. When heating by infrared irradiation, the fusion of granular silicon occurs sequentially from the top layer, so filling is performed so that the number of layers is significantly larger than the required number of layers, and the intensity and irradiation time of infrared rays are controlled. By doing so, it is also possible to control the required thickness of the fused layer.

【0032】上記充填の際に使用する容器120は、上
方に向かって開口した耐熱性容器であれば特に限定され
ないが、加熱時に不純物が混入しないように高純度石英
製であるか、高純度シリコン製であることが望ましい。
また、該容器の形状は特に限定されないが、底部が平面
で上部が開口した柱状の容器であるのが好ましい。中で
も底面積に比して高さが低いいわゆるトレイ状の容器で
あるのが好適である。なお、底面積は、目的とするシリ
コン基板の面積に応じて適宜決定すればよい。
The container 120 used at the time of filling is not particularly limited as long as it is a heat-resistant container opened upward, but is made of high-purity quartz or high-purity silicon so that impurities are not mixed during heating. It is desirable to be made from.
The shape of the container is not particularly limited, but is preferably a columnar container having a flat bottom and an open top. Among them, a so-called tray-shaped container having a height lower than the bottom area is preferable. Note that the bottom area may be appropriately determined according to the target area of the silicon substrate.

【0033】次に、このようにして粒状シリコンが充填
された容器120は、雰囲気保持容器100の内部に水
平になるように装着される。このとき、容器120の開
口部が前記透明窓110の直下にくるようにする。装着
が完了したら、雰囲気制御装置を作動させ、雰囲気保持
容器100の内部を真空引し、又は不活性ガス置換す
る。加熱時の雰囲気をこの様な雰囲気とすることによ
り、シリコンが酸化されるのを防ぐことができ、シリコ
ン純度を落とさないばかりでなく融着を良好に行うこと
ができる。なお、不活性ガス置換を行う場合には、一旦
真空引きしてから行うのが好ましい。
Next, the container 120 thus filled with the granular silicon is mounted horizontally inside the atmosphere holding container 100. At this time, the opening of the container 120 is set directly below the transparent window 110. When the mounting is completed, the atmosphere control device is operated, and the inside of the atmosphere holding container 100 is evacuated or replaced with an inert gas. By setting the heating atmosphere to such an atmosphere, it is possible to prevent silicon from being oxidized, and not only to reduce the purity of silicon but also to perform fusion well. In addition, when performing inert gas replacement, it is preferable to perform evacuation once, and to perform it.

【0034】系内が充分な真空度に達するか、あるいは
不活性ガスで充分に置換されたら、加熱装置300を作
動させ、粒状シリコンを加熱し融着させる。粒状シリコ
ンの融着は、加熱された粒状シリコンを全て溶融させて
行う必要は必ずしも無く、各粒子の表層部を融解させて
行ってもよい。後者の場合には、空隙や孔が存在する基
板が得られることになるが、基板としての使用に特に問
題となるものではない。一般に、加熱を上方から行って
厚い基板を製造する場合には、充填された粒状シリコン
の上層部(基板の加熱側の面の近傍)では各粒子が完全
に溶融して融着し、下層部(基板の反対側の面の近傍)
は各粒子の表層部分のみが融解して融着したものが得ら
れる。
When the inside of the system has reached a sufficient degree of vacuum or has been sufficiently replaced with an inert gas, the heating device 300 is operated to heat and fuse the granular silicon. The fusion of the granular silicon is not necessarily performed by melting all heated granular silicon, and may be performed by melting the surface layer of each particle. In the latter case, a substrate having voids and holes can be obtained, but there is no particular problem in using the substrate. Generally, when a thick substrate is manufactured by performing heating from above, each particle is completely melted and fused in the upper layer portion (near the heated surface of the substrate) of the filled granular silicon, and the lower layer portion is formed. (Near the opposite surface of the substrate)
Is obtained by melting and fusing only the surface layer portion of each particle.

【0035】加熱は、赤外線ランプから放射される赤外
光を反射板で集光し所望の基板サイズに合わせ、透明窓
110を通過して粒状シリコンに照射し、赤外線照射さ
れた粒状シリコンの少なくとも一部の温度が融点以上、
好ましくは1400〜1500℃に達するまで照射し続
けることにより行われる。このとき、赤外線を照射する
領域は、目的とするシリコン基板の面積以上で容器12
0面内に収まる領域とする。
In the heating, the infrared light radiated from the infrared lamp is condensed by a reflecting plate, adjusted to a desired substrate size, irradiated through the transparent window 110 onto the granular silicon, and at least the granular silicon irradiated with the infrared light is irradiated. Some temperatures are above the melting point,
Preferably, the irradiation is carried out until the temperature reaches 1400 to 1500 ° C. At this time, the region to be irradiated with the infrared ray is larger than the area of the target silicon substrate and the container 12
It is an area that falls within the zero plane.

【0036】容器120の内壁面との境界である上記周
縁部を含んで加熱した場合には、粒状シリコンの融着体
が容器の内壁面に固着してしまい、取り出しが困難とな
ったり、無理に取り出そうとすると割れたりすることが
ある。容器内壁面(粒状シリコンの最上層の周縁)から
加熱領域への距離(以下、緩衝距離ともいう。)は、加
熱領域に赤外線を照射して加熱を開始した場合、熱伝導
により加熱領域外(赤外線照射領域外)に存在する粒状
シリコンも加熱されるため、加熱条件に応じて粒状シリ
コン融着体と容器内壁が固着しない距離を予め調べてお
き、それ以上の距離をとるのが好適である。通常、緩衝
距離は1000μm以上とするのが好適である。
When heating is performed including the above-mentioned peripheral portion, which is a boundary with the inner wall surface of the container 120, the fused body of granular silicon adheres to the inner wall surface of the container, making it difficult to take out, or impossible. If you try to take it out, it may crack. The distance from the inner wall surface of the container (peripheral edge of the uppermost layer of granular silicon) to the heating region (hereinafter also referred to as a buffer distance) is determined by irradiating the heating region with infrared rays and starting the heating region. Since the granular silicon present outside the infrared irradiation region is also heated, it is preferable to check in advance the distance at which the granular silicon fused body does not adhere to the inner wall of the container in accordance with the heating conditions, and to take a longer distance. . Usually, it is preferable that the buffer distance is 1000 μm or more.

【0037】加熱条件は、使用する赤外ランプの出力、
照射領域の面積、融着させる粒状シリコンの層数(厚
さ)等に応じて適宜決定すればよい。例えば、充分な層
数の粒状シリコンを充填した容器120を装着し、ラン
プ出力及び照射面積を固定し、照射時間を変えて融着す
る粒状シリコンの層数を予め調べておくことにより、照
射時間を制御することにより得られるシリコン基板の厚
さを制御することが出来る。このとき、十分に大きな開
口面積を有する容器120を使用して、照射時間と融着
体の面積との関係を調べておけば、最低限必要な前記緩
衝距離を知ることが出来る。
The heating conditions include the output of the infrared lamp used,
What is necessary is just to determine suitably according to the area of an irradiation area | region, the number of layers (thickness) of the granular silicon to fuse | melt, etc. For example, by mounting a container 120 filled with a sufficient number of layers of granular silicon, fixing the lamp output and irradiation area, changing the irradiation time, and checking in advance the number of layers of granular silicon to be fused, the irradiation time Can be controlled to control the thickness of the silicon substrate obtained. At this time, if the relationship between the irradiation time and the area of the fused body is examined using the container 120 having a sufficiently large opening area, the minimum necessary buffer distance can be known.

【0038】また、実際の製造においても、上記のよう
な充分な厚さ(層数)の粒状シリコンを充填しておけ
ば、得られたシリコン基板(融着体)を取り出した後に
続けて次のシリコン基板を製造することが出来る。さら
に、粒状シリコンを自動供給するようにしておけば連続
的にシリコン基板を製造することもできる。
Also, in the actual production, if granular silicon having a sufficient thickness (number of layers) as described above is filled, the obtained silicon substrate (fused body) is taken out after the silicon substrate is taken out. Can be manufactured. Further, if the granular silicon is automatically supplied, the silicon substrate can be manufactured continuously.

【0039】なお、図1に示す融着装置1では加熱装置
として赤外線ランプを雰囲気保持容器100の外側に設
置した例を示したが、加熱装置は、所定の面積を上部か
ら加熱できる方法であれば特に限定されない。すなわ
ち、赤外線ランプは雰囲気保持容器100の内部に設置
することも可能であるし、また、別の加熱装置として、
例えば、誘導結合型コイルをセラミック製の窓の上に設
置し、高周波を印加するなどの方法を採用することも可
能である。
In the fusing apparatus 1 shown in FIG. 1, an example is shown in which an infrared lamp is installed outside the atmosphere holding container 100 as a heating apparatus. However, the heating apparatus may be any method that can heat a predetermined area from above. It is not particularly limited. That is, the infrared lamp can be installed inside the atmosphere holding container 100, and as another heating device,
For example, it is also possible to adopt a method in which an inductive coupling type coil is placed on a ceramic window and a high frequency is applied.

【0040】加熱により所期の面積、及び所期の厚さの
粒状シリコン融着体が得られたら、加熱を停止し、冷却
後に雰囲気保持装置を停止し、不活性ガス雰囲気下或い
は大気中で融着体を取り出すことによりシリコン基板を
得ることができる。
When a particulate silicon fused body having an intended area and an intended thickness is obtained by heating, the heating is stopped, and after cooling, the atmosphere holding device is stopped. A silicon substrate can be obtained by taking out the fused body.

【0041】この様にして得られたシリコン基板は、必
要によりその両面若しくは片面を研磨し、用途に応じた
大きさ(面積)に切断されて太陽電池等の基板として用
いることができる。
The silicon substrate thus obtained can be polished on both sides or one side if necessary, cut into a size (area) according to the intended use, and used as a substrate for a solar cell or the like.

【0042】本発明の製造方法で製造されたシリコン基
板は、研磨処理をしないものについては、それ自体が表
面に適度な凹凸を有するという特徴がある。また、研磨
処理をしないものは勿論、研磨処理をしたものについて
も、粒状シリコンを融着させる際に坩堝などの容器中で
完全に溶融させることがないので、容器から不純物元素
が拡散により混入することを避けることができ、原料と
して用いた粒状シリコンの純度と同等の純度を有すると
いう特徴がある。以上、高純度シリコンからなる粒状シ
リコンを用いて高純度シリコンからなる基板(ノンドー
プ基板)を作製する方法を述べたが、太陽電池用シリコ
ン基板においては、ボロンなどがドーピングされたP型
のシリコン基板を用いることが有効な場合がある。この
様な基板は、原料として高純度粒状シリコンに代えて周
期律表第III族元素又は第V族元がドーピングされてい
る粒状シリコンを用いればよい。こうすることにより、
P型半導体性又はN型半導体性を有するドーピング基板
を容易に得ることができる。また、原料粒状シリコン作
製時のドーピング量を制御することで、基板の導電率を
制御することもできる。
The silicon substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention is characterized in that the substrate itself which has not been subjected to polishing treatment has moderate irregularities on its surface. In addition, not only those that are not polished but also those that have been polished are not completely melted in a container such as a crucible when fusing the granular silicon, so that impurity elements are mixed in from the container by diffusion. This is characterized in that it has a purity equivalent to that of the granular silicon used as a raw material. As described above, a method of manufacturing a substrate made of high-purity silicon (non-doped substrate) using granular silicon made of high-purity silicon has been described. In a silicon substrate for a solar cell, a P-type silicon substrate doped with boron or the like is used. It may be effective to use. For such a substrate, granular silicon doped with a Group III element or a Group V element of the periodic table may be used as a raw material instead of high-purity granular silicon. By doing this,
A doping substrate having a P-type semiconductor property or an N-type semiconductor property can be easily obtained. In addition, the conductivity of the substrate can be controlled by controlling the doping amount during the preparation of the granular silicon material.

【0043】[0043]

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0044】実施例1 図1に示したような融着装置を用いてシリコン基板を作
製した。なお、該融着装置は、加熱装置としてサーモ理
工製赤外線導入加熱システム(GV−2)を用い、雰囲
気制御装置として真空ポンプ及びアルゴン供給装置を用
いている。
Example 1 A silicon substrate was manufactured using a fusing apparatus as shown in FIG. The fusion device uses an infrared induction heating system (GV-2) manufactured by Thermo Riko as a heating device, and uses a vacuum pump and an argon supply device as an atmosphere control device.

【0045】まず、底面積が25cm2であり、高さが
2cmである石英製のトレイ状容器の内部に、粒径1〜
300μmの略球状の多結晶シリコンからなる粒状シリ
コン50gを入れ、良く揺すって粒状シリコンが密にな
るように充填した。このときの粒状シリコンの層数は、
優に100を越えていた。
First, inside a quartz tray-like container having a bottom area of 25 cm 2 and a height of 2 cm, a particle diameter of 1 to 2 was placed.
50 g of granular silicon made of 300 μm substantially spherical polycrystalline silicon was charged and shaken well to fill the granular silicon densely. The number of layers of granular silicon at this time is
It was well over 100.

【0046】次いで、粒状シリコンが充填された上記容
器を、上部に直径10cmの石英窓を設けたステンレス
製容器内に石英製の容器を設置した。容器設置後、雰囲
気制御装置を作動させ、一旦10-4pa台まで真空引き
したのちにArガスを流し、Arガス雰囲気とした。
Next, the above-mentioned container filled with granular silicon was placed in a stainless steel container having a quartz window with a diameter of 10 cm at the top. After the installation of the container, the atmosphere control device was operated, and the atmosphere was once evacuated to the order of 10 −4 pa, and then Ar gas was flown to obtain an Ar gas atmosphere.

【0047】Ar流量が安定したら、加熱装置を作動さ
せ、充填された粒状シリコンに赤外線を照射した。この
とき、反射鏡を予め調整しておき、直径2cmの領域の
みを照射できるようにしておいた。次いで、1kW出力
の赤外線を5分間照射し粒状シリコンを融着させ、赤外
光照射終了後20分間、Arを流しながら冷却した。冷
却後、上部の石英窓を開け、溶着体を取り出したとこ
ろ、厚さ1mm、面積3cm2の板状の融着体が得られ
た。得られた板状体は、適当な大きさに切り分けること
によりそのままで充分にシリコン基板として使用できる
ものであったが、本実施例では、これをSiCの研磨剤
を用い研磨し、両面がフラットな厚さ500μmのシリ
コン基板を得た。
When the Ar flow rate was stabilized, the heating device was operated to irradiate the filled granular silicon with infrared rays. At this time, the reflecting mirror was adjusted in advance so that only the area having a diameter of 2 cm could be irradiated. Then, infrared rays of 1 kW output were irradiated for 5 minutes to fuse the granular silicon, and after the irradiation of the infrared light was completed, cooling was performed while flowing Ar for 20 minutes. After cooling, the upper quartz window was opened, and the welded product was taken out. As a result, a plate-shaped fused product having a thickness of 1 mm and an area of 3 cm 2 was obtained. Although the obtained plate-like body could be sufficiently used as a silicon substrate as it was by being cut into an appropriate size, in the present embodiment, this was polished using a polishing agent of SiC, and both surfaces were flattened. A silicon substrate having a thickness of 500 μm was obtained.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明の製造方法は、バルクシリコンを
スライスして切り出す工程を含むことなく、簡便にシリ
コン基板を製造することが出来る。しかも、本発明の製
造方法は、従来の製造方法と比べて原料シリコンの有効
利用率が極めて高いので、加熱工程に要するエネルギー
を大幅に減少させることができる。また、製造過程で不
純物が混入するともなく、原料シリコンと同等の純度の
シリコン基板を得ることが出来る。さらに、表面に適度
な凹凸を有し、光閉じ込め効果が期待できるシリコン基
板を得に表面加工をすることなしに得ることも可能であ
る。
According to the manufacturing method of the present invention, a silicon substrate can be easily manufactured without including a step of slicing and cutting bulk silicon. In addition, since the production method of the present invention has an extremely high effective utilization rate of the raw silicon as compared with the conventional production method, the energy required for the heating step can be significantly reduced. In addition, a silicon substrate having the same purity as that of the raw silicon can be obtained without impurities being mixed in the manufacturing process. Further, it is also possible to obtain a silicon substrate having moderate unevenness on the surface and capable of expecting an optical confinement effect without performing surface processing to obtain a silicon substrate.

【0049】このように、本発明の製造方法は、工程の
簡便さ、消費エネルギーの少なさ、及び得られるシリコ
ン基板の純度の点で、工業的に優れたシリコン基板の製
造方法であると言える。
As described above, the manufacturing method of the present invention can be said to be an industrially excellent method for manufacturing a silicon substrate in terms of simplicity of steps, low energy consumption, and purity of the obtained silicon substrate. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本図は、本発明のシリコン基板を製造するた
めに使用できる代表的な装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a typical apparatus that can be used to manufacture the silicon substrate of the present invention.

【図2】 本図は、粒状シリコンを上方に向かって開口
した容器に充填したときの断面を模式的に示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section when granular silicon is filled in a container opened upward.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1融着装置 100雰囲気保持容器 110透明窓 120容器 200雰囲気制御装置 210排気装置 220不活性ガス供給装置 230雰囲気制御系 300加熱装置 400粒状シリコン 1 fusion device 100 atmosphere holding container 110 transparent window 120 container 200 atmosphere control device 210 exhaust device 220 inert gas supply device 230 atmosphere control system 300 heating device 400 granular silicon

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粒径1〜1000μmの粒子状シリコン
を融着させることを特徴とするシリコン基板の製造方
法。
1. A method of manufacturing a silicon substrate, comprising fusing particulate silicon having a particle size of 1 to 1000 μm.
【請求項2】 粒径1〜1000μmの粒子状シリコン
を上方に向かって開口した容器中に少なくとも2層以上
重なるように密に充填し、次いで充填された前記粒子状
シリコンを加熱し、該容器と接触していない粒子状シリ
コン粒子の一部又は全部を融着させることを特徴とする
シリコン基板の製造方法。
2. A container having a particle size of 1 to 1000 μm is densely packed so as to overlap at least two layers in a container opened upward, and the filled particle silicon is heated to form a container. A method for producing a silicon substrate, comprising: fusing a part or all of particulate silicon particles that are not in contact with the silicon substrate.
【請求項3】 容器に充填された粒子状シリコンの最上
層の周縁から少なくとも1000μm内側の領域を上方
から赤外線照射して加熱し、赤外線照射された該領域の
最下層に存在する粒子状シリコンが溶融しないようにし
て、該容器と接触していない粒子状シリコンを融着させ
ることを特徴とする請求項2記載のシリコン基板の製造
方法。
3. A region inside at least 1000 μm from the periphery of the uppermost layer of the particulate silicon filled in the container is irradiated with infrared rays from above and heated, and the particulate silicon present in the lowermost layer of the region irradiated with the infrared rays is removed. 3. The method for producing a silicon substrate according to claim 2, wherein the particulate silicon not in contact with the container is fused so as not to be melted.
【請求項4】 粒子状シリコンの容器への充填及び加熱
を真空下又は不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とす
る請求項2又は3に記載のシリコン基板の製造方法。
4. The method for producing a silicon substrate according to claim 2, wherein the filling and heating of the particulate silicon into the container are performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere.
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