JP2002160995A - Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光劣化を生じないとともにライフタイムを低
下させる欠陥を抑制したＧａドープシリコン単結晶ウエ
ーハおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 チョクラルスキー法により作製されたシ
リコン単結晶ウエーハであって、Ｇａがドープされてお
り、ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、
あるいはこれらの混在領域からなるＧａドープシリコン
単結晶ウエーハ。およびチョクラルスキー法によりシリ
コン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶からシリコン
単結晶ウエーハを製造する方法において、前記シリコン
単結晶を引き上げる原料シリコン中にＧａを添加し、結
晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、ある
いはこれらの混在領域となる条件で前記シリコン単結晶
を引き上げるＧａドープシリコン単結晶ウエーハの製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池セルの材料
として有用なＣＺ法によるＧａドープシリコン単結晶ウ
エーハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス技術の発展に伴い、チョ
クラルスキー（以下、ＣＺ：Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）
法を用いたＣＺシリコン単結晶に対する品質要求は多岐
にわたっている。又、低コストに対する要求も厳しい。
特に太陽電池セル用の材料としてシリコン単結晶を用い
る場合は、変換効率の向上とともに製造コストの低減が
大きな課題となっている。

【０００３】以下、太陽電池セル用の材料としてシリコ
ン単結晶を用いる技術的背景について説明する。太陽電
池をその基板材料を基に分類すると、大きく分けて「シ
リコン結晶系太陽電池」「アモルファス（非晶質）シリ
コン系太陽電池」「化合物半導体系太陽電池」の３種類
が挙げられ、更にシリコン結晶系太陽電池には「単結晶
系太陽電池」と「多結晶系太陽電池」がある。この中で
太陽電池として最も重要な特性である変換効率が高い太
陽電池は「化合物半導体系太陽電池」である。しかし、
化合物半導体系太陽電池は、その材料となる化合物半導
体を作ることが非常に難しく、太陽電池基板の製造コス
ト面で一般に普及するには問題があり、その用途は限ら
れたものとなっている。

【０００４】化合物半導体系太陽電池の次に変換効率の
高い太陽電池としては、シリコン単結晶系太陽電池が続
き、その発電効率は２０％前後と化合物半導体太陽電池
に近い変換効率を持ち、太陽電池基板も比較的容易に調
達できることから、一般に普及している太陽電池の主力
となっている。

【０００５】このようなシリコン単結晶系太陽電池の一
般的な製造方法は、まず太陽電池セルの基板となるシリ
コンウエーハを得るために、チョクラルスキー法或いは
浮遊帯域溶融法（以下、ＦＺ法、Floating zone法と記
することがある。）により、円柱状のシリコン単結晶の
インゴットを作る。更に、このインゴットをスライスし
て薄いウエーハに加工し、ウエーハ表面をエッチングし
て加工歪みを取り除き、太陽電池セルとなるウエーハ
（基板）が得られる。このウエーハの片側にＰＮ接合面
を形成した後、両面に電極を付け、最後に太陽光の入射
側表面に反射防止膜を付けることで太陽電池セルが完成
する。

【０００６】昨今、太陽電池は環境問題を背景に、クリ
ーンエネルギーの一つとして需要は拡大しつつあるが、
一般の商用電力と比較してエネルギーコストの高いこと
がその普及の障害となっている。シリコン単結晶太陽電
池のコストを下げるためには、基板の製造コストを下げ
る一方でその変換効率を更に高めることが必要である。

【０００７】また、その一方で単結晶系太陽電池の基板
材料となるシリコンウエーハとしては、その特性の一つ
である基板ライフタイム（以下、Lifetime、ＬＴと記す
ることがある）の値が１０μｓ以上でなければ太陽電池
基板として利用することはできず、さらには、変換効率
の高い太陽電池を得るためには基板ライフタイムは好ま
しくは２００μｓ以上であることが要求されている。

【０００８】しかし、現在の単結晶棒製造方法の主流で
あるＣＺ法で作った単結晶は、太陽電池に加工した際に
太陽電池セルに強い光を照射すると太陽電池基板のライ
フタイムの低下が起こり、光劣化を生じるために十分な
変換効率を得ることができず、太陽電池の性能の面でも
改善が求められている。

【０００９】このＣＺ法シリコン単結晶を用いて太陽電
池を作った時に、強い光を太陽電池セルに当てるとライ
フタイムが低下し光劣化が起こる原因は、単結晶基板中
に存在するボロンと酸素による影響であることが知られ
ている。現在、太陽電池として用いられているウエーハ
の導伝型はｐ型が主流であり、通常このｐ型ウエーハに
はボロンがドーパントとして添加されている。そして、
このウエーハの材料となる単結晶棒は、ＣＺ法（ＭＣＺ
(Magnetic field applied ＣＺ)法を含む）、あるいは
ＦＺ法によって製造することができるが、ＦＺ法では単
結晶棒の製造コストがＣＺ法に比べ高いため、現在はも
っぱら比較的低コストで単結晶を作ることができるＣＺ
法によって製造されている。

【００１０】しかし、ＣＺ法によって製造される結晶中
には酸素が存在し、このためｐ型ＣＺ法シリコン単結晶
中のボロンと酸素によってライフタイム特性に影響を与
え光劣化が生じると言う問題点がある。

【００１１】このような問題点を解決するため本出願人
等は先の出願（特願平１１−２６４５４９号）におい
て、ｐ型のドープ剤としてＢ（ボロン）の代わりにＧａ
（ガリウム）を使用することを提案した。これにより、
光劣化が生じにくく、高い変換効率を有するシリコン単
結晶が得られるようになった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｇａを
添加してＣＺ結晶を引上げたからといって、従来のＢド
ープに比べて結晶引上げに要する製造コストを低減でき
るわけではないため、製造コストの低減という課題は相
変わらず残されている。一方、光劣化が抑制されたから
といって、変換効率に関する課題が全て解消されたわけ
ではない。

【００１３】すなわち、ＣＺ結晶はその引き上げ条件次
第で、リング状に分布するＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ
−ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼
ばれる結晶欠陥（しばしばＯＳＦリングと称される）が
発生したり、転位ループや転位クラスターに起因する欠
陥が発生することがある。これらＯＳＦリングや転位ク
ラスター等が発生したシリコン単結晶においてはライフ
タイムが低下し、これを用いて太陽電池を製造すると変
換効率が低下するという問題があることがわかってき
た。そこで、このＯＳＦリングや転位クラスターの発生
を極力なくした引き上げ条件が要求される。本発明はこ
のような要求を満たし、光劣化を生じないとともに、ラ
イフタイムを低下させる欠陥を抑制したＧａドープシリ
コン単結晶ウエーハおよびその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために為されたもので、本発明は、チョクラルス
キー法により作製されたシリコン単結晶ウエーハであっ
て、Ｇａがドープされており、ウエーハの全面がＮ−領
域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域か
らなることを特徴とするＧａドープシリコン単結晶ウエ
ーハである（請求項１）。

【００１５】このように、Ｇａがドープされたシリコン
単結晶ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領
域、あるいはこれらの混在領域からなり、ＯＳＦ領域や
Ｉ−リッチ領域が排除されたものであれば、ＯＳＦやＩ
−リッチ領域に発生する転位クラスター等がウエーハ中
にないため、ライフタイムの劣化や低下が生じることな
く、太陽電池セル基板として用いた場合に変換効率の高
いシリコン単結晶ウエーハとなる。

【００１６】この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶
ウエーハの抵抗率が０．１〜５Ωｃｍであることが好ま
しい（請求項２）。ウエーハの抵抗率が５Ω・ｃｍより
大きいウエーハを太陽電池基板として用いた場合には、
ウエーハの抵抗率が必要以上に高くなり、基板を太陽電
池に加工しても太陽電池の内部抵抗により電力が消費さ
れ、太陽電池の変換効率が低下することがある。また、
ウエーハの抵抗率が０．１Ω・ｃｍより小さい場合に
は、基板抵抗率が極端に低下するため基板内部にオージ
ェ再結合による少数キャリアのライフタイムの低下が発
生して、同様にセルの変換効率が悪化してしまうことが
ある。従って、太陽電池基板として用いるウエーハは、
抵抗率が０．１Ω・ｃｍ〜５Ω・ｃｍ（Ｇａ濃度：５×
１０^１７〜３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）のものを
使用するのが良い。

【００１７】この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶
ウエーハの格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下であるこ
とが好ましい（請求項３）。このように、初期格子間酸
素濃度が１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興
協会規格）以下であれば、太陽電池セルを作製する熱処
理により酸素析出はほとんど発生することはなく、酸素
析出による内部微小欠陥（ＢＭＤ：Bulk Micro Defec
t）によるライフタイム低下を回避した太陽電池セルを
得ることができ、特性のバラツキの少ない良好な太陽電
池セルを製造することができる。

【００１８】そして本発明は、チョクラルスキー法によ
りシリコン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶からシ
リコン単結晶ウエーハを製造する方法において、前記シ
リコン単結晶を引き上げる原料シリコン中にＧａを添加
し、結晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領
域、あるいはこれらの混在領域となる条件で前記シリコ
ン単結晶を引き上げることを特徴とするＧａドープシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法である（請求項４）。

【００１９】このように原料シリコン中にＧａをドープ
し、結晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領
域、あるいはこれらの混在領域となる条件でシリコン単
結晶を引き上げることにより、結晶の径方向全面からＯ
ＳＦ領域、Ｉ−リッチ領域が排除されたシリコン単結晶
を製造することができる。したがって、このシリコン単
結晶からシリコン単結晶ウエーハを製造すれば、ＯＳＦ
や転位クラスター等のないＧａドープシリコン単結晶ウ
エーハを製造することができ、ライフタイムの劣化およ
び低下のないシリコン単結晶ウエーハを製造することが
できる。

【００２０】この場合、前記シリコン単結晶の引き上げ
速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい
（請求項５）。シリコン単結晶の引き上げ速度を１．２
ｍｍ／ｍｉｎ以上とすれば、たとえ炉内構造が相違して
もほとんどのＣＺシリコン単結晶製造装置において、全
面Ｖ−リッチ領域のシリコン単結晶を引き上げることが
可能であるし、生産性も高くなり好ましいからである。

【００２１】この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶
ウエーハの抵抗率が０．１〜５Ωｃｍになるように調整
して前記原料シリコン中にＧａを添加することが好まし
い（請求項６）。前述のように、このような抵抗率範囲
であれば、太陽電池用のシリコン単結晶ウエーハとして
最適なウエーハを製造することができるからである。

【００２２】この場合、前記シリコン単結晶中の格子間
酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下となるように制御しながら
引き上げることが好ましい（請求項７）このようにすれ
ば、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）によるライフタイム
低下を回避した太陽電池セルを得ることができ、特性の
バラツキの少ない良好な太陽電池セルを製造することが
できる。

【００２３】以下、本発明に関してより詳細に説明す
る。前述したように、太陽電池用のＧａドープされたＣ
Ｚシリコン単結晶としては、ライフタイムを低下させる
結晶欠陥の発生を抑制した引き上げ条件が求められる
が、この様な品質要求を実現するためのＣＺシリコン単
結晶製造中の制御因子として、不純物濃度、結晶育成中
の熱履歴等がある。この中でも引上速度Ｖと結晶固液界
面温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇというパラメータは、空孔と格
子間シリコンの２種類の点欠陥を制御できるパラメータ
で、Grown-in欠陥制御や酸素析出特性の制御因子として
注目されている。

【００２４】ここでＣＺ結晶の引上げ条件とグローンイ
ン（Ｇｒｏｗｎ ｉｎ）欠陥領域との関係について説明
しておく。まず、ＣＺシリコン単結晶を引上げる際に、
結晶中に取り込まれる点欠陥には、原子空孔（Ｖａｃａ
ｎｃｙ）と格子間シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ
−Ｓｉ）とがあり、この両点欠陥の濃度は、結晶の引上
げ速度Ｖ（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾
配Ｇとの関係（Ｖ／Ｇ）から決まることが知られてい
る。そして、シリコン単結晶において、原子空孔が多く
取り込まれた領域はＶ−リッチ領域と呼ばれ、シリコン
原子の不足からボイド（Ｖｏｉｄ）型のグローンイン欠
陥が多く存在する。一方、格子間シリコンが多く取り込
まれた領域はＩ−リッチ領域と呼ばれ、シリコン原子が
余分に存在することにより発生する転位に起因して転位
クラスタ等の欠陥が多く存在する。

【００２５】また、Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の
間には、原子の不足や余分の少ないＮ−領域（Ｎｅｕｔ
ｒａｌ領域）が存在することが知られており、さらにこ
のＮ−領域中には酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）がリング
状に発生するＯＳＦ領域（ＯＳＦリング領域、リングＯ
ＳＦ領域とも呼ばれる）の存在が確認されている。

【００２６】図２は、縦軸を結晶引上げ速度、横軸を結
晶中心からの距離とした場合のグローンイン欠陥領域の
分布図を模式的に示したものである。この欠陥領域の分
布形状は、結晶の引上げ条件や結晶成長装置の炉内構造
（ホットゾーン：Ｈｏｔ Ｚｏｎｅ：ＨＺ）等を調整し
てＶ／Ｇを制御することにより変化させることができ
る。

【００２７】図２からわかる通り、一般的には、結晶の
引上げ速度を上げることによりＯＳＦ領域が結晶の外周
側に移動し、やがて結晶の外周部から消滅し、中央部の
Ｖ−リッチ領域と周辺部のＮ−領域の混在領域を持つ結
晶となり、最後に全面Ｖ−リッチ領域の結晶となる。反
対に、引上げ速度を下げるとＯＳＦ領域は結晶の中心側
に移動し、やがて結晶の中央部で消滅し、Ｎ−領域を経
て全面Ｉ−リッチ領域の結晶となる。なお結晶に窒素を
ドープした場合、ＯＳＦ領域やＮ−領域の幅や領域の境
界位置が変化することが報告されている（１９９９年春
季第４６回応用物理学関係連合講演会予稿集Ｎｏ．１、
ｐ．４７１、２９ａＺＢ−９、飯田他）。従って、窒素
ドープ結晶において、ＯＳＦ領域を制御する場合には、
この窒素ドープ結晶育成時のＶ／Ｇと欠陥領域分布との
関係を参考に行えばよい。

【００２８】最近ではこのＶ／Ｇを詳細に制御すること
により、従来は図２のように結晶の成長軸方向に対して
斜めにしか存在しなかったＮ−領域を、図１のように結
晶の径方向全面に広げた状態で結晶を引き上げることが
可能となり、全面Ｎ−領域からなるウエーハが得られる
ようになってきた。

【００２９】上記の説明からも理解される様に、ライフ
タイムを低下させる欠陥であるＯＳＦリングは、Ｖ／Ｇ
がある値になった際に引き上げ結晶の径方向断面におい
てリング状に観察される結晶欠陥である。Ｇは結晶成長
装置のＨＺ構造により決まるので、特定のＨＺ構造を有
する引き上げ装置を用いて引き上げる場合にＯＳＦリン
グの発生を抑制するためには、引き上げ速度Ｖを大きく
することにより、Ｖ／Ｇを結晶径方向全面に於いて大き
し、ＯＳＦリングを結晶の外周部から消滅させればよ
い。また、ライフタイムを低下させる他の欠陥として挙
げられる転位クラスターは前述の通りＩ−リッチ領域に
発生する欠陥であるので、ＯＳＦリングの場合と同様に
引き上げ速度Ｖを大きくすれば、結晶径方向全面からＩ
−リッチ領域を排除することができる。

【００３０】また、引き上げ速度Ｖをある一定範囲に制
御し、図１におけるＯＳＦ領域とＩ−リッチ領域の間の
Ｎ−領域で引き上げるようにしても良い。このようにす
れば全面Ｎ−領域のシリコン単結晶を得ることができ、
ＯＳＦや転位クラスター等の欠陥を排除できる。

【００３１】以上のような観点から、本発明者は、太陽
電池用のＧａドープされたＣＺシリコン単結晶として、
全面Ｖ−リッチ領域または全面Ｎ−領域、あるいはこれ
らの領域が混在するウエーハとすれば、ライフタイムが
劣化しないとともに、ライフタイムを低下させる欠陥も
抑制された、変換効率が高いＧａドープされたＣＺシリ
コン単結晶を得ることができることを発想し、本発明を
完成させた。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、詳細に説明する。本発明を実施するに当たり、単結
晶の引き上げに用いる装置としては、磁場印加を行う設
備のない通常のＣＺ単結晶引上装置、あるいは磁場印加
を行う設備を具備したＣＺ単結晶引上装置（ＭＣＺ装置
とも呼ばれる）のいずれをも用いることができる。

【００３３】図３は、本発明で使用されるＣＺ法による
単結晶引上装置の一例を示した概略説明図である。図３
に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室
３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ル
ツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２
を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示
せず）と、シリコンの種結晶５を保持するシードチャッ
ク６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイ
ヤ７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて
構成されている。ルツボ３２は、その内側のシリコン融
液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、そ
の外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ
３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。

【００３４】また、本発明の製造方法に関わる製造条件
を設定するために、結晶の固液界面の外周に環状の固液
界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が配置
されている。この固液界面断熱材８は、その下端とシリ
コン融液２の湯面との間に３〜１０ｃｍの隙間１０を設
けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によって
は使用しないこともある。さらに、冷却ガスを吹き付け
たり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置
３６を設けてもよい。別に、最近では引上げ室３１の水
平方向の外側に、磁石３７を設置し、シリコン融液２に
水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによ
って、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはか
る、いわゆるＭＣＺ法が用いられることが多い。

【００３５】例えば、ＢＭＤの発生防止のために結晶を
１５ｐｐｍａ以下さらには１０ｐｐｍａ以下といった低
酸素濃度で引き上げたり、全面Ｖ−リッチ領域の結晶を
得るため結晶の変形を発生させずに引き上げ速度を１．
２ｍｍ／ｍｉｎ以上として引き上げるためには、ＭＣＺ
装置を用いることがより好ましい。

【００３６】全面Ｖ−リッチ領域で引き上げるために
は、引き上げ結晶の形状が変形しない範囲で、できるだ
け高速で引き上げることが好ましい。ＭＣＺ法によれ
ば、直径２００ｍｍの結晶を引き上げるのに、例えば
１．８ｍｍ／ｍｉｎあるいはそれ以上で引き上げること
もできる。

【００３７】次に、上記の単結晶引上げ装置３０による
単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内
でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０°
Ｃ）以上に加熱して融解する。この時、本発明では原料
中にＧａを添加する。このＧａをドープする方法とし
て、原料多結晶シリコンを溶融する前、あるいは溶融し
たシリコン融液にガリウムを直接入れてもよいが、工業
的に量産するためには、予め高濃度のＧａを添加したシ
リコン結晶を育成し、これを砕いて適切な量を添加する
方法によれば、太陽電池用材料として適切な濃度範囲に
制御することが容易になる。

【００３８】次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液
２の表面略中心部に種結晶５の先端を接触又は浸漬させ
る。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させ
るとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取り種結晶
５を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以
後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円
柱形状の単結晶棒１を得ることができる。

【００３９】全面がＶ−リッチ領域のシリコン単結晶を
引き上げるためには、ほとんどのＨＺにおいて、引き上
げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすれば良い。しか
し、全面がＮ−領域またはＮ−領域とＶ−リッチ領域の
混在領域で引き上げるためには、Ｖ／Ｇを特定の範囲に
制御して引き上げる必要がある。すなわち、図１に示す
ように、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリ
コンの融点から１４００℃の間の引き上げ軸方向の結晶
内温度勾配の平均値をＧ（℃／ｍｍ）で表した時、結晶
中心から周辺までの距離を横軸とし、Ｖ／Ｇ（ｍｍ^２／
℃・ｍｉｎ）を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図
のＮ−領域内、あるいは、Ｎ−領域とＶ−リッチ領域が
混在する領域において結晶を引き上げればよい。肝心な
ことは、引き上げ結晶の径方向の面内に、Ｉ−リッチ領
域およびＯＳＦリング領域を含まないようにすることで
ある。

【００４０】この場合、本発明では、引上条件制御のた
めに特に重要であるのは、図３に示したように、引上げ
室３１の湯面上における単結晶棒１の外周空間におい
て、環状の固液界面断熱材８を設けたことと、その上に
上部囲繞断熱材９を配置したことである。さらに、必要
に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置、例え
ば冷却装置３６を設けて、これに上部より冷却ガスを吹
きつけて結晶を冷却できるものとする。また、この場
合、筒下部に輻射熱反射板を取り付けた構造としてもよ
い。

【００４１】このように液面の直上の位置に所定の隙間
を設けて断熱材を配置し、さらにこの断熱材の上部に結
晶を冷却する装置を設けた構造とすることによって、Ｈ
Ｚの条件を変化させて、本発明の製造条件を満足させる
ことができる。この結晶の冷却装置としては、前記筒状
の冷却装置３６とは別に、結晶の周囲を囲繞する空冷ダ
クトや水冷蛇管等を設けて所望の温度勾配を確保するよ
うにしても良い。

【００４２】尚、結晶引き上げ中のＧの面内分布につい
ては、ＨＺの構造から、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ
（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙ
ｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．
Ｃｒｏｃｈｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ Ｔ
ｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を用い
て算出することができる。

【００４３】また前述のように、シリコンウエーハ中に
ＢＭＤが発生することを防止するため引き上げ結晶中に
含まれる格子間酸素濃度は１５ｐｐｍａ以下であること
が好ましい。この引き上げ結晶中に含まれる格子間酸素
濃度の制御は、従来よりＣＺ法で慣用されている方法を
用いればよい。例えば、ルツボ回転数の減少、導入ガス
流量の増加、雰囲気圧力の低下、シリコン融液の温度分
布、および対流の調整等の手段によって、簡単に上記酸
素濃度範囲とすることができる。また、１０ｐｐｍａ程
度あるいはそれ以下の酸素濃度で引き上げる場合には、
磁場を印加して引き上げるＭＣＺ法によれば、約７ｐｐ
ｍａ程度まで酸素濃度を下げることができる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例および比較例
を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。 （実施例１）図３に示すようなＭＣＺ装置を用いて、直
径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約１Ωｃｍ
のＧａをドープしたシリコン単結晶を引き上げた。Ｇａ
のドープは、高濃度のＧａを添加したシリコン結晶を育
成し、これを砕いて適切な量を添加する方法により行っ
た。また、結晶引き上げ速度は１．８ｍｍ／ｍｉｎと
し、格子間酸素濃度は約１２ｐｐｍａに調整した。

【００４５】引き上げられた単結晶を鏡面ウエーハに加
工し、表面欠陥検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Surf
Scan SP1）により、ウエーハ表面の０．１２μｍ以上
のサイズのＣＯＰ（Crystal Originated Particle）を
測定した。その結果、ＣＯＰ密度は１０００個／ｃｍ^２
以上であることがわかった。

【００４６】また、引き上げられた単結晶から作製され
た他のウエーハを用いて１２００℃、１００分の酸化後
選択エッチングを施し、ＯＳＦリングの発生を調査し
た。さらに、他のウエーハを用い、直接選択エッチング
を行なって転位ループや転位クラスターに起因する欠陥
の発生を調査した。その結果、ＯＳＦ、転位クラスター
等は全く発生していないことがわかった。

【００４７】以上の結果から、本実施例で作製されたＧ
ａドープされたシリコン単結晶ウエーハは、全面Ｖ−リ
ッチ領域からなり、ライフタイムを低下させる欠陥であ
るＯＳＦ、転位クラスター等が排除されているため、高
い変換効率を得ることのできる太陽電池用ウエーハとし
て用いることができることがわかった。

【００４８】（実施例２）Ｇが４．２５（℃／ｍｍ）の
ＨＺ構造を有するＭＣＺ装置を用いて、直径２００ｍ
ｍ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約５ΩｃｍのＧａがド
ープされたシリコン単結晶を引き上げた。Ｇａのドープ
は、高濃度のＧａを添加したシリコン結晶を育成し、こ
れを砕いて適切な量を添加する方法により行った。ま
た、引き上げ速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎ±０．０１ｍｍ
／ｍｉｎに調整することによりＶ／Ｇを制御しながら引
き上げ結晶の径方向の全面がＮ−領域となる条件で引き
上げた。また、格子間酸素濃度は約１０ｐｐｍａに調整
した。

【００４９】引き上げられた単結晶を鏡面ウエーハに加
工し、表面欠陥検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Surf
Scan SP1）により、ウエーハ表面の０．１２μｍ以上
のサイズのＣＯＰを測定した。その結果、ＣＯＰ密度
は、ほぼ０個／ｃｍ^２であることがわかった。

【００５０】また、引き上げられた単結晶から作製され
た他のウエーハを用いて１２００℃、１００分の酸化後
選択エッチングを施し、ＯＳＦリングの発生を調査し
た。さらに、他のウエーハを用い、直接選択エッチング
を行なって転位ループや転位クラスターに起因する欠陥
の発生を調査した。その結果、ＯＳＦ、転位クラスター
等は全く発生していないことがわかった。

【００５１】以上の結果から、本実施例で作製されたＧ
ａドープされたシリコン単結晶ウエーハは、全面Ｎ−領
域からなり、ライフタイムを低下させる欠陥であるＯＳ
Ｆ、転位クラスター等が排除されているため、高い変換
効率を得ることのできる太陽電池用ウエーハとして用い
ることができることがわかった。

【００５２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００５３】例えば、上記説明においては、主にＭＣＺ
法によってＧａ添加シリコン単結晶を製造する場合につ
き説明したが、本発明は通常のチョクラルスキー法にも
適用できるものであることは言うまでもない。また、製
造されるウエーハの直径も特に限定されるものではな
い。

【００５４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、ウエー
ハの全面からＯＳＦ領域やＩ−リッチ領域が排除された
Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハを提供する。そのた
め、ＯＳＦや転位クラスター起因のライフタイムの低下
が生じないとともに、光劣化も生じないウエーハを得る
ことができる。そのため、例えば太陽電池セル用のシリ
コン単結晶ウエーハとして太陽電池セルを製造すれば、
変換効率が低下あるいは光劣化を生じることがない高効
率の太陽電池セルを低生産コストで製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコン単結晶における、結晶の径方向位置を
横軸とし、Ｖ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図で
ある（Ｎ−領域をウエーハ全面に広げた場合）。

【図２】シリコン単結晶における、結晶の径方向位置を
横軸とし、結晶引上げ速度を縦軸とした場合の諸欠陥分
布図である。

【図３】本発明で使用されるＣＺ法による単結晶引上装
置の一例を示した概略説明図である。

【符号の説明】

１…成長単結晶棒、 ２…シリコン融液、 ３…湯面、
４…固液界面、５…種結晶、 ６…シードチャック、
７…ワイヤ、 ８…固液界面断熱材、９…上部囲繞断
熱材、 １０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、３
０…単結晶引上げ装置、 ３１…引上げ室、 ３２…ル
ツボ、３３…ルツボ保持軸、 ３４…ヒータ、 ３５…
断熱材、 ３６…冷却装置、３７…磁石。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EB01 EH09 HA12 HA20 PA16 5F053 AA13 AA21 DD01 FF04 GG01 HH04 JJ01 KK10 RR03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法により作製されたシ
   リコン単結晶ウエーハであって、Ｇａがドープされてお
   り、ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、
   あるいはこれらの混在領域からなることを特徴とするＧ
   ａドープシリコン単結晶ウエーハ。
2. 【請求項２】 前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハ
   の抵抗率が０．１〜５Ωｃｍであることを特徴とする請
   求項1に記載のＧａドープシリコン単結晶ウエーハ。
3. 【請求項３】 前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハ
   の格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下であることを特徴
   とする請求項1または請求項２に記載のＧａドープシリ
   コン単結晶ウエーハ。
4. 【請求項４】 チョクラルスキー法によりシリコン単結
   晶を引き上げ、該シリコン単結晶からシリコン単結晶ウ
   エーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶を
   引き上げる原料シリコン中にＧａを添加し、結晶の径方
   向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれ
   らの混在領域となる条件で前記シリコン単結晶を引き上
   げることを特徴とするＧａドープシリコン単結晶ウエー
   ハの製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン単結晶の引き上げ速度を
   １．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求項
   ４に記載のＧａドープシリコン単結晶ウエーハの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハ
   の抵抗率が０．１〜５Ωｃｍになるように調整して前記
   原料シリコン中にＧａを添加することを特徴とする請求
   項４または請求項５に記載のＧａドープシリコン単結晶
   ウエーハの製造方法。
7. 【請求項７】 前記シリコン単結晶中の格子間酸素濃度
   が１５ｐｐｍａ以下となるように制御しながら引き上げ
   ることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか
   １項に記載のＧａドープシリコン単結晶ウエーハの製造
   方法。