JP2002160998A - Quartz crucible and method for producing silicon crystal - Google Patents

Quartz crucible and method for producing silicon crystal

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JP2002160998A
JP2002160998A JP2000359330A JP2000359330A JP2002160998A JP 2002160998 A JP2002160998 A JP 2002160998A JP 2000359330 A JP2000359330 A JP 2000359330A JP 2000359330 A JP2000359330 A JP 2000359330A JP 2002160998 A JP2002160998 A JP 2002160998A
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Nobuyoshi Fujimaki
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quartz crucible by which, in producing a Ga-doped silicon crystal useful as a solar cell material, the production cost of the crystal can be remarkably reduced and Ga-doping into a silicon crystal is easily and accurately conducted, and provide a method for producing a silicon crystal using the crucible. SOLUTION: The quartz crucible is used for housing a raw material for crystal and has its inner wall part containing gallium(Ga). The method for producing a silicon crystal uses this quartz crucible.

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、結晶を成長させる
ための結晶原料を収容する石英ルツボであり、また、こ
れを使用してシリコン結晶を製造する方法に関する。さ
らに詳しくは、太陽電池の材料として有用なシリコン結
晶にガリウム(Ga)をドープするための石英ルツボで
あり、また、これを使用してシリコン結晶を製造する方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quartz crucible for accommodating a crystal raw material for growing a crystal, and to a method for producing a silicon crystal using the same. More specifically, the present invention relates to a quartz crucible for doping gallium (Ga) into a silicon crystal useful as a material for a solar cell, and to a method for manufacturing a silicon crystal using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン結晶は、一般には結晶原料を石
英ルツボに収容して育成される。育成されたシリコン結
晶は、多岐に渡って用いられているが、Gaをドープし
たシリコン結晶は、例えば一例として太陽電池セル用基
板に用いられる。以下、太陽電池セル用基板に用いられ
る場合の技術的背景について説明する。
2. Description of the Related Art Generally, a silicon crystal is grown by accommodating a crystal raw material in a quartz crucible. The grown silicon crystal is used in a wide variety of ways, and a silicon crystal doped with Ga is used, for example, for a solar cell substrate as an example. Hereinafter, the technical background when used for a solar cell substrate will be described.

【0003】太陽電池は、発電部に用いられる半導体材
料の種類に基づいて、大きく分けて「シリコン系太陽電
池」と「化合物半導体系太陽電池」の2種類に分類され
る。さらに、シリコン系太陽電池は、「結晶シリコン系
太陽電池」と「アモルファス(非晶質)シリコン系太陽
電池」に分類され、結晶シリコン系太陽電池は「シリコ
ン単結晶系太陽電池」と「シリコン多結晶系太陽電池」
に分類される。
[0003] Solar cells are broadly classified into two types, "silicon-based solar cells" and "compound semiconductor-based solar cells," based on the type of semiconductor material used in the power generation unit. Furthermore, silicon-based solar cells are classified into “crystalline silicon-based solar cells” and “amorphous (amorphous) silicon-based solar cells”, and crystalline silicon-based solar cells are referred to as “silicon single-crystal-based solar cells” and “silicon-rich solar cells”. Crystalline solar cell "
are categorized.

【0004】太陽電池として最も重要な特性である変換
効率に注目すると、近年、化合物半導体系太陽電池はこ
れらの中で最も高く25%近くに達し、次にシリコン単
結晶系太陽電池が20%前後と続き、シリコン多結晶系
太陽電池やアモルファスシリコン系太陽電池等は5〜1
5%程度となっている。一方、材料コストに注目する
と、シリコンは、地球上で酸素に次いで2番目に多い元
素であり、化合物半導体に比べ格段に安いため、シリコ
ン系太陽電池が最も広く普及している。
[0004] Focusing on conversion efficiency, which is the most important characteristic of a solar cell, compound semiconductor solar cells have recently reached the highest of these, at about 25%, and next, silicon single crystal solar cells have been around 20%. Followed by 5 to 1 for silicon polycrystalline solar cells and amorphous silicon solar cells.
It is about 5%. On the other hand, paying attention to material costs, silicon is the second most common element after oxygen on the earth, and is much cheaper than compound semiconductors. Therefore, silicon-based solar cells are most widely used.

【0005】なお、ここで「変換効率」とは、「太陽電
池セルに入射した光のエネルギーに対し、太陽電池によ
り電気エネルギーに変換して取り出すことができたエネ
ルギーの割合」を示す値であり百分率(%)で表わされ
た値を言う。
[0005] Here, the "conversion efficiency" is a value indicating the "ratio of energy which can be converted into electric energy by the solar cell and taken out by the solar cell with respect to the energy of light incident on the solar cell". It refers to a value expressed as a percentage (%).

【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1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
がその普及の阻害要因となっている。そこでシリコン結
晶太陽電池のコストを下げるために基板の製造コストを
下げる一方で、その変換効率をさらに高めることが大き
な課題となっている。
[0006] Recently, demand for solar cells is increasing as one of clean energy due to environmental problems.
The high energy cost compared to general commercial power is a hindrance to its widespread use. Therefore, while reducing the manufacturing cost of the substrate in order to reduce the cost of the silicon crystal solar cell, it is a major problem to further increase the conversion efficiency.

【0007】次に、一般的なシリコン単結晶系太陽電池
の製造方法を簡単に説明する。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(CZ法)や浮遊帯域溶融法(FZ法)により、
円柱状のシリコン単結晶のインゴットを作る。さらに、
このインゴットをスライスして、例えば厚さ300μm
程度の薄いウエーハに加工し、ウエーハ表面を薬液でエ
ッチングして表面上の加工歪みを取り除くことによって
太陽電池となるウエーハ(基板)が得られる。このウエ
ーハに不純物(ドーパント)の拡散処理を施してウエー
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光の反射による光エネ
ルギーの損失を減らすための反射防止膜を付けることで
太陽電池が完成する。
Next, a method of manufacturing a general silicon single crystal solar cell will be briefly described. First, in order to obtain a silicon wafer serving as a substrate of a solar cell, a Czochralski method (CZ method) or a floating zone melting method (FZ method) is used.
A cylindrical silicon single crystal ingot is made. further,
Slice this ingot and for example, thickness 300μm
A wafer (substrate) serving as a solar cell can be obtained by processing the wafer into a thin wafer and etching the wafer surface with a chemical solution to remove processing distortion on the surface. The wafer is subjected to an impurity (dopant) diffusion process to form a PN junction surface on one side of the wafer, and electrodes are attached on both sides. Finally, light energy loss due to light reflection on the incident surface of sunlight is reduced. A solar cell is completed by providing an anti-reflection film for the purpose.

【0008】また、太陽電池においては、より大電流を
得るために、より大面積の太陽電池セルを製造すること
が重要である。大面積の太陽電池セルを製造するための
基板材料となる大直径シリコンウエーハを得る方法とし
ては、大直径のシリコン単結晶を容易に製造することが
でき、製造される単結晶の強度にも優れたCZ法が適し
ている。そのため、太陽電池用シリコン単結晶の製造は
CZ法によるものが主流となっている。
In a solar cell, it is important to manufacture a solar cell having a larger area in order to obtain a larger current. As a method for obtaining a large-diameter silicon wafer which is a substrate material for manufacturing a large-area solar cell, a large-diameter silicon single crystal can be easily produced, and the strength of the produced single crystal is excellent. The CZ method is suitable. For this reason, the production of silicon single crystals for solar cells is mainly performed by the CZ method.

【0009】また、その一方でシリコン単結晶系太陽電
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のライフタイム(LT)の値が10
μs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、さらに変換効率の高い太陽電池を得るために
は、基板のLTが好ましくは200μs以上であること
が要求されている。
On the other hand, as a silicon wafer to be used as a substrate material of a silicon single crystal solar cell, a value of a substrate lifetime (LT) which is one of the characteristics is 10%.
If it is not longer than μs, it cannot be used as a solar cell substrate, and in order to obtain a solar cell with higher conversion efficiency, the LT of the substrate is required to be preferably 200 μs or more.

【0010】しかし、現在の単結晶製造方法の主流であ
るCZ法で作製した単結晶は、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L
T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。
However, when a single crystal manufactured by the CZ method, which is the mainstream of the current single crystal manufacturing method, is irradiated with strong light when the solar cell is processed into a solar cell, the L of the solar cell substrate is reduced.
T decreases, and sufficient conversion efficiency cannot be obtained to cause light degradation, and improvement is also required in terms of solar cell performance.

【0011】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LT
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(B)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
導電型はP型が主流であり、通常このP型ウエーハには
B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、シリコン融液に磁界を
印加して引上げる磁界下引上げ法(MCZ法)を含むC
Z法あるいはFZ法によって製造することができるが、
FZ法あるいはMCZ法では単結晶棒の製造コストが通
常の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磁界を印加しない通常
のCZ法によって製造されている。
When a solar cell is made using this CZ silicon single crystal, strong light is applied to the solar cell to produce LT.
It is known that the cause of the photodegradation due to the decrease is caused by boron (B) and oxygen existing in the single crystal substrate. Currently, the conductivity type of wafers used as solar cells is mainly P-type, and B is usually added to this P-type wafer as a dopant. Then, a single crystal rod as a material of the wafer is subjected to a CZ method including a magnetic field pulling method (MCZ method) for pulling up a silicon melt by applying a magnetic field.
It can be manufactured by Z method or FZ method,
In the FZ method or the MCZ method, since the manufacturing cost of a single crystal rod is higher than that of a normal CZ method, at present, it is manufactured exclusively by a normal CZ method that does not apply a magnetic field that can produce a single crystal at a relatively low cost. .

【0012】しかし、CZ法によって製造される結晶中
には高濃度の酸素が存在し、このためP型CZ法シリコ
ン単結晶中のBと酸素によってLT特性に影響を与え、
光劣化が生じると言う問題点がある。
However, a high concentration of oxygen is present in the crystal produced by the CZ method, so that the LT characteristics are affected by B and oxygen in the P-type CZ silicon single crystal.
There is a problem that light degradation occurs.

【0013】このような問題点を解決するため本願出願
人は先の出願において、P型のドープ剤としてBの代わ
りにGaを使用することを提案した(特願平11−26
4549号および特願2000−061435号)。こ
のようにGaをドーパントとすることにより、Bと酸素
の影響によるLTの低下を防止することができるように
なった。
In order to solve such a problem, the present applicant proposed in an earlier application to use Ga instead of B as a P-type dopant (Japanese Patent Application No. 11-26).
No. 4549 and Japanese Patent Application No. 2000-061435). By using Ga as a dopant in this way, it is possible to prevent a decrease in LT due to the influence of B and oxygen.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽電
池用のシリコン結晶として、Gaをドーパントとするこ
とによって、Bと酸素の影響を排除したものの、以下に
述べるように、シリコン結晶にGaをドープして育成す
る際に、取り扱いが煩雑で難しいと言った問題がある。
However, although the effect of B and oxygen is eliminated by using Ga as a silicon crystal for a solar cell as a dopant, the silicon crystal is doped with Ga as described below. There is a problem that the handling is complicated and difficult when nurturing.

【0015】一般に、シリコン結晶を育成するために適
量のドーパントが融液内に添加される必要があるが、純
粋なドーパント元素の物理化学的な性質は、融液中にお
ける挙動と非常に異なるので、予めドーパントを高濃度
添加したシリコン塊片の形にしておいた方が扱い易いと
言われている。高濃度ドーピング、つまり低抵抗率の結
晶の場合を除いて、通常必要とするドーピング量は扱い
が困難になるほど少量である。そのために、通常ドーパ
ント調整剤とよばれる高濃度ドーピングにより0.01
Ωcm程度の低抵抗のシリコン粒や塊片を予め用意し、
それをシリコン融液に添加することでドーパントを行う
方法がとられている。特にGaの場合は、融点が30℃
と低いため取扱いが難しく、直接Gaをルツボに入れる
よりも、上記の様に予め高濃度のGaを添加したシリコ
ン結晶棒を育成し、この高濃度Gaドープシリコン結晶
棒を砕いて作ったものをドープ剤として用い、シリコン
融液に所定量のGaを添加する。このような方法によ
り、取り扱いも容易になり、Ga濃度を精度良く容易に
調整することが可能であり、正確なドーパント濃度を得
ることができ、効率良く作業を行なうことができるよう
になる。
In general, an appropriate amount of dopant needs to be added to a melt in order to grow a silicon crystal. However, since the physicochemical properties of a pure dopant element are very different from the behavior in a melt, It is said that it is easier to handle a silicon lump in which a dopant is added in a high concentration in advance. Except in the case of heavily doped, ie, low resistivity crystals, the amount of doping normally required is small enough to be difficult to handle. For this purpose, high-concentration doping usually called a dopant adjuster
Prepare low-resistance silicon particles and lump pieces of about Ωcm in advance,
There is a method of adding a dopant to a silicon melt to perform a dopant. Particularly in the case of Ga, the melting point is 30 ° C.
It is difficult to handle because it is low, and rather than putting Ga directly into the crucible, grow a silicon crystal rod to which high concentration Ga is added in advance as described above, and crush this high concentration Ga-doped silicon crystal rod to make it. As a dopant, a predetermined amount of Ga is added to the silicon melt. According to such a method, handling becomes easy, Ga concentration can be easily adjusted with high accuracy, an accurate dopant concentration can be obtained, and work can be performed efficiently.

【0016】しかしながら、このGaドープのドーパン
ト調整剤を準備しておくためには、あらかじめ高濃度の
Gaを添加したシリコン結晶棒を育成しておく必要があ
り、その間、結晶引上げ機が製品用に使えないので、生
産性が下がり、結晶材料のコストを高くしてしまうとい
う問題があった。さらにこの場合、引上げ機が高濃度の
ドーパントで汚染されるので、次回の製品引上げ時に製
品の抵抗が所望値とならないという問題が生じる。
However, in order to prepare this Ga-doped dopant adjusting agent, it is necessary to grow a silicon crystal rod to which high-concentration Ga is added beforehand. Since it cannot be used, there is a problem that productivity is reduced and the cost of the crystal material is increased. Further, in this case, since the pulling machine is contaminated with a high concentration of dopant, there arises a problem that the resistance of the product does not reach a desired value at the next pulling of the product.

【0017】また、現在、主として使われているシリコ
ン単結晶太陽電池の主原料であるシリコンウエーハは、
集積回路(IC)やメモリ等の半導体デバイスで用いら
れているシリコンウエーハと同じ物である。そして、半
導体デバイスは、1平方cm以下のチップサイズで数百
円以上、集積回路では何と数千円の価格で売られてい
る。半導体デバイスと比較すると、太陽電池では単位面
積当たりのコストを2桁から4桁低くしなければならな
いと言われており、コストにおける問題も大きい。
At present, a silicon wafer, which is a main material of a silicon single crystal solar cell mainly used, is:
This is the same as a silicon wafer used in a semiconductor device such as an integrated circuit (IC) and a memory. A semiconductor device is sold at a price of several hundred yen or more in a chip size of 1 cm 2 or less, and an integrated circuit is sold at a price of several thousand yen. Compared with semiconductor devices, it is said that the cost per unit area of a solar cell must be reduced by two to four orders of magnitude, and there is a large problem in cost.

【0018】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、シリコン結晶へのドーパントのドーピングを
容易に、精度よく、かつ製造コストをも大幅に低減でき
る石英ルツボおよびこれを使用したシリコン結晶の製造
方法を提供することを主たる目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and a quartz crucible capable of easily and accurately doping a silicon crystal with a dopant and greatly reducing the manufacturing cost, and a silicon crucible using the quartz crucible. A main object is to provide a method for producing a crystal.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために為されたもので、結晶原料を収容する石英
ルツボであって、該石英ルツボの内壁部にガリウム(G
a)を含有させたものであることを特徴としている(請
求項1)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and is a quartz crucible for accommodating a crystal raw material, wherein gallium (G) is provided on an inner wall portion of the quartz crucible.
It is characterized by containing (a) (claim 1).

【0020】Gaドープシリコン結晶を育成する際に、
石英ルツボの内壁部にGa、Ga酸化物またはGa化合
物等によりGaを含ませておく。このルツボを用いるこ
とにより、シリコン結晶育成中にシリコン融液と接して
いる部分のルツボ内壁が溶融して、内壁部に含ませてあ
るGaがシリコン融液中に溶け出し、ドーパントである
Gaが供給されることになる。
When growing a Ga-doped silicon crystal,
Ga is contained in the inner wall of the quartz crucible by Ga, Ga oxide, Ga compound or the like. By using this crucible, the inner wall of the crucible in contact with the silicon melt is melted during the growth of the silicon crystal, Ga contained in the inner wall is dissolved in the silicon melt, and Ga as a dopant is removed. Will be supplied.

【0021】この場合、石英ルツボは半透明石英ガラス
を外層としかつ透明石英ガラスを内層とする二重構造を
有し、該内層である透明石英ガラス部にGaを含有させ
たものであることが好ましい(請求項2)。
In this case, the quartz crucible has a double structure in which translucent quartz glass is used as an outer layer and transparent quartz glass is used as an inner layer, and Ga is contained in the transparent quartz glass portion as the inner layer. Preferred (claim 2).

【0022】本願出願人は、先に二重構造を有する石英
ルツボとして、ルツボ内表面を実質的に無気泡で表層を
平滑にし、外層を半透明ガラスとして気泡の径や気泡の
存在密度を制御したものを提案(特開平6−92779
号公報参照)した。石英ルツボを二重構造とすること
で、高温での操業においてもルツボの変形が少なく、内
表面の平滑度の劣化も小さくすることができる。この二
重構造ルツボにおける内層の透明石英ガラス層にGa、
Ga酸化物またはGa化合物等によりGaを含有させて
おく。こうしておくとGaドープのシリコン結晶を育成
する際に、シリコン融液と接している部分のルツボ内壁
が溶融して、内層に含有されているGaがシリコン融液
中に溶け出し、ドーパントであるGaがシリコン結晶に
精度よく安定して供給されることになる。また、この二
重構造ルツボを使用することにより、石英ルツボの寿命
が延びると共に、シリコン結晶を育成する時間も延長さ
れるので、長時間の安定操業および生産性の向上を図る
ことができる。
The applicant of the present invention has previously described a quartz crucible having a double structure, in which the inner surface of the crucible is made substantially bubble-free and the surface layer is made smooth, and the outer layer is made of translucent glass to control the diameter of bubbles and the density of bubbles. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-92779)
Reference). By making the quartz crucible have a double structure, the crucible is less deformed even in operation at high temperature, and deterioration of the smoothness of the inner surface can be reduced. In the double-layer crucible, Ga,
Ga is contained in advance by a Ga oxide or a Ga compound. In this manner, when growing a Ga-doped silicon crystal, the crucible inner wall in contact with the silicon melt is melted, and Ga contained in the inner layer is dissolved into the silicon melt, and Ga as a dopant is removed. Is supplied to the silicon crystal accurately and stably. Further, by using the double-structure crucible, the life of the quartz crucible is extended, and the time for growing the silicon crystal is extended, so that long-term stable operation and improvement in productivity can be achieved.

【0023】そしてこの場合、二重構造石英ルツボの内
層側に複数の透明石英ガラス層を設けて多層構造とし、
Gaを含有する透明石英ガラス層とGaを含有しない透
明石英ガラス層とを交互に形成したものとすることがで
きる(請求項3)。
In this case, a plurality of transparent quartz glass layers are provided on the inner layer side of the double-structure quartz crucible to form a multilayer structure.
A transparent quartz glass layer containing Ga and a transparent quartz glass layer containing no Ga can be alternately formed (claim 3).

【0024】このように石英ルツボの内層側に透明石英
ガラス層を複数設けて多重構造とすることで、高温での
操業においてもルツボの変形や内表面の平滑度の劣化を
よりいっそう小さくすることができる。そして、多重構
造における内層の透明石英ガラス層にGa、Ga酸化物
またはGa化合物等によりGaを含ませた層(以下、G
a含有層という)とGaを含ませない層(以下、Ga無
含有層という)を交互に形成しておく。こうしておく
と、Gaドープのシリコン結晶を育成する際に、シリコ
ン融液と接している部分のルツボ内壁が溶融して、Ga
含有層からGaがシリコン融液中に溶け出し、ドーパン
トであるGaが供給されることになるが、この層が溶け
てなくなるとGa無含有層が融液と接触するのでGaの
供給が停止し、所定量のドーパントを含有するシリコン
結晶が育成される。
As described above, by providing a plurality of transparent quartz glass layers on the inner layer side of the quartz crucible to form a multi-layer structure, deformation of the crucible and deterioration of the smoothness of the inner surface can be further reduced even in operation at a high temperature. Can be. Then, a layer in which Ga is contained in the inner transparent quartz glass layer in the multiplex structure by Ga, Ga oxide, Ga compound or the like (hereinafter referred to as G
An a-containing layer) and a layer not containing Ga (hereinafter, referred to as a Ga-free layer) are alternately formed. By doing so, when growing a Ga-doped silicon crystal, the crucible inner wall in contact with the silicon melt is melted and Ga
Ga is dissolved from the containing layer into the silicon melt, and Ga as a dopant is supplied. However, when the layer no longer melts, the Ga-free layer comes into contact with the melt, so the supply of Ga stops. A silicon crystal containing a predetermined amount of dopant is grown.

【0025】そして、1本の結晶の育成が終了しシリコ
ン結晶が取り出された後、残留融液に原料結晶を補給
し、加熱溶融してシリコン融液とし、Ga無含有層が溶
けて無くなれば、新たにGa含有層からGaが溶出し、
再度Gaドーパント含有シリコン結晶を育成することが
できる。この方法はいわゆるマルチ引上げ法(多重引上
げ法、リチャージ引上げ法ということがある)に本発明
の多重構造の石英ルツボを適用したものであって、Ga
含有層の数だけ繰り返しシリコン結晶を育成することが
できる。また、この構成により、石英ルツボの寿命がよ
り延長されると共に、シリコン結晶を育成する操業時間
もより延長されるので、長時間の安定操業および生産性
の向上を図ることが可能となる。そしてこの場合、半透
明石英ガラス内表面部にもGaを含有させてその上に複
数の透明石英ガラス層を設けた多層構造ルツボとするこ
とにより、Ga含有透明石英ガラス層の数プラス1本の
結晶成長が可能となる。尚、前段落[0024]におい
ても、この半透明石英ガラス内表面部にGaを含有させ
ておけば、2本の結晶成長が可能となることは言うまで
もない。
After the growth of one crystal is completed and the silicon crystal is taken out, the raw material crystal is replenished to the residual melt and melted by heating to form a silicon melt. , Ga is newly eluted from the Ga-containing layer,
The Ga dopant-containing silicon crystal can be grown again. In this method, a quartz crucible having a multiple structure according to the present invention is applied to a so-called multi-pulling method (sometimes referred to as a multiple pulling method or a recharge pulling method).
Silicon crystals can be repeatedly grown by the number of the containing layers. Further, with this configuration, the life of the quartz crucible is further extended, and the operation time for growing the silicon crystal is further extended, so that long-term stable operation and improvement in productivity can be achieved. In this case, Ga is contained also in the inner surface of the translucent quartz glass to form a multilayer crucible having a plurality of transparent quartz glass layers provided thereon, whereby the number of Ga-containing transparent quartz glass layers plus one. Crystal growth becomes possible. In the above paragraph [0024], needless to say, if Ga is contained in the inner surface of the translucent quartz glass, two crystals can be grown.

【0026】そして、シリコン多結晶を成長させる際
に、上記石英ルツボを使用すれば、石英ルツボ内壁部に
含有されたGaがシリコン融液へ溶出することによって
シリコン多結晶にGaをドープすることができるし(請
求項4)、また、シリコン単結晶を成長させる際に、上
記石英ルツボを使用すれば、石英ルツボ内壁部に含有さ
れたGaがシリコン融液へ溶出することによってシリコ
ン単結晶にGaをドープすることができる(請求項
5)。
When the above-mentioned quartz crucible is used when growing the silicon polycrystal, Ga contained in the inner wall of the quartz crucible can be eluted into the silicon melt to dope the silicon polycrystal with Ga. In addition, when the silicon single crystal is grown, when the quartz crucible is used, Ga contained in the inner wall of the quartz crucible is eluted into the silicon melt, so that the silicon single crystal becomes Ga. Can be doped (claim 5).

【0027】このようにGaドープシリコン多結晶ある
いは単結晶を育成する際に、シリコン融液と接している
部分のルツボ内壁が溶融して、内層に含ませてあるGa
がシリコン融液中に溶け出し、ドーパントであるGaが
シリコン結晶に供給され、Gaドープシリコン多結晶あ
るいは単結晶を得ることができる。この時、多結晶成長
はブリッジマン法、単結晶成長はチョクラルスキー法に
よって行うことが好ましい。
When growing a Ga-doped silicon polycrystal or single crystal as described above, the crucible inner wall in contact with the silicon melt is melted and the Ga layer contained in the inner layer is melted.
Is dissolved in the silicon melt, Ga as a dopant is supplied to the silicon crystal, and a Ga-doped silicon polycrystal or single crystal can be obtained. At this time, polycrystal growth is preferably performed by the Bridgman method, and single crystal growth is preferably performed by the Czochralski method.

【0028】こうして得られたGaドープシリコン多結
晶は、一般に単結晶に比べ安価にできるため、例えばシ
リコン多結晶太陽電池の材料として用いることが可能と
なり、単結晶より変換効率が少し低下することにはなる
が、製造に必要な時間等も短く、安価にできるメリット
があるので、太陽電池用としてのコストを下げることが
できる。
The Ga-doped silicon polycrystal thus obtained can be generally used at a lower cost than a single crystal, so that it can be used, for example, as a material for a silicon polycrystal solar cell. However, there is an advantage that the time required for manufacturing is short and the cost can be reduced, so that the cost for a solar cell can be reduced.

【0029】また、上記のようにして得られたGaドー
プシリコン単結晶は、シリコン単結晶太陽電池の材料と
なり、変換効率が高く、変換効率の光劣化も生ぜず、安
定した製造ができるというメリットがある。
Further, the Ga-doped silicon single crystal obtained as described above becomes a material for a silicon single crystal solar cell, and has the advantage that the conversion efficiency is high, the conversion efficiency is not deteriorated by light, and stable production is possible. There is.

【0030】次に、本発明に係るシリコン結晶の製造方
法は、シリコン結晶を成長させる際に、結晶原料を収容
する石英ルツボとして、内壁部にガリウム(Ga)を含
有させた石英ルツボを使用し、該石英ルツボ内壁部に含
有されるGaがシリコン融液へ溶出することによってシ
リコン結晶にGaをドープすることを特徴としている
(請求項6)。そしてこの場合、シリコン結晶が、シリ
コン単結晶またはシリコン多結晶とすることができる
(請求項7)。
Next, in the method for producing a silicon crystal according to the present invention, a quartz crucible containing gallium (Ga) in the inner wall is used as a quartz crucible for accommodating a crystal material when growing a silicon crystal. Further, Ga contained in the inner wall portion of the quartz crucible is eluted into the silicon melt to thereby dope the silicon crystal with Ga. In this case, the silicon crystal can be silicon single crystal or silicon polycrystal (claim 7).

【0031】このように、Gaドープシリコン結晶を育
成する際に、シリコン融液と接している部分のルツボ内
壁が溶融して、内層に含ませてあるGaがシリコン融液
中に溶け出し、ドーパントであるGaが供給され、Ga
ドープシリコン結晶(多結晶あるいは単結晶)が得られ
る。この方法では、予めドープ材を作製するための結晶
の育成が不要であり、結晶製造装置の生産性の向上を図
ることが出来るし、高濃度のドーパントで装置が汚染さ
れることもない。こうして得られたGaドープシリコン
結晶(多結晶あるいは単結晶)は、シリコン結晶太陽電
池の材料となり、変換効率が高く、変換効率の光劣化も
生ぜず、安定した製造ができるというメリットがある。
As described above, when growing a Ga-doped silicon crystal, the crucible inner wall in contact with the silicon melt is melted, so that Ga contained in the inner layer is dissolved in the silicon melt and the dopant is removed. Is supplied, and Ga
A doped silicon crystal (polycrystal or single crystal) is obtained. According to this method, it is not necessary to grow a crystal for preparing a doping material in advance, so that the productivity of the crystal manufacturing apparatus can be improved, and the apparatus is not contaminated with a high concentration of dopant. The Ga-doped silicon crystal (polycrystal or single crystal) obtained in this manner becomes a material for a silicon crystal solar cell, and has the advantage of high conversion efficiency, stable production without optical degradation of conversion efficiency.

【0032】以下、本発明について詳細に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明者ら
は、シリコン結晶を育成する際に、Gaのように融点が
30℃と低く取り扱いの難しい添加剤をどのように取り
扱い易く、安定した状態で添加することができるかにつ
き鋭意研究し、実験を繰り返し検討を加えた結果、本発
明を完成させたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention is not limited to these. The present inventors have made intensive studies on how to add an additive that is difficult to handle, such as Ga, having a low melting point of 30 ° C. when growing a silicon crystal, so that it can be easily handled and added in a stable state. The present invention was completed as a result of repeated experiments and studies.

【0033】また、このような取り扱いの難しいドーパ
ントを添加したシリコン結晶は、例えば太陽電池の基板
材料として用いられるが、比較的容易に量産可能であ
り、同時に太陽電池として変換効率が高く、低コストの
基板を得るためにはどのようにすれば良いかについても
鋭意検討を加えた。
The silicon crystal to which such a difficult-to-handle dopant is added can be used, for example, as a solar cell substrate material, but can be mass-produced relatively easily. At the same time, the solar cell has high conversion efficiency and low cost. Also, a diligent study was made on how to obtain the substrate.

【0034】すなわち、従来、シリコン結晶を育成する
際に添加されるドーパントは、一度高濃度のシリコン結
晶を育成し、これを砕いてドーパント調整材を作製し、
この調整材をシリコン融液に添加していた。そして、ド
ーパント調整材を製造するために、この間シリコン結晶
製品の製造ができなくなってしまうことにより製品の生
産性が低下し、また、ここで使用したルツボに高価なG
aが残留してしまうことによりロスが生じ、製造コスト
が増加していた。また、前述のように、ドーパント調整
材を作製するために用いた結晶製造装置は、極めて高濃
度のドーパントで汚染されてしまう。従って、装置を何
回も空運転等した後でないと、通常の結晶製品の製造が
できないというデメリットもある。
That is, conventionally, the dopant added when growing a silicon crystal is to grow a high-concentration silicon crystal once and then crush it to produce a dopant adjusting material.
This conditioning material was added to the silicon melt. In order to manufacture the dopant adjusting material, it is impossible to manufacture a silicon crystal product during this time, thereby lowering the productivity of the product. In addition, the crucible used here is expensive G
The loss of a caused by the remaining a caused an increase in the manufacturing cost. Further, as described above, the crystal manufacturing apparatus used for producing the dopant adjusting material is contaminated with an extremely high concentration of dopant. Therefore, there is a demerit that a normal crystal product cannot be manufactured unless the apparatus has been idled many times.

【0035】そこで本発明者らは、ルツボ内壁にGaを
含ませることにより、製品の生産性の低下と製造コスト
の増加を防止することができるという観点に想到した。
すなわち本発明者らは、シリコン結晶を育成する際に、
ルツボ内壁にGaを所定量含ませることで、予めドーパ
ント調整材を準備する必要がなく、取り扱いも容易にな
ることを確認した。これにより、Gaドープシリコン結
晶を安定して製造でき、歩留まりも高くなるので、製造
コストを低減することが可能となった。
The present inventors have conceived from the viewpoint that the inclusion of Ga in the crucible inner wall can prevent a decrease in product productivity and an increase in manufacturing cost.
That is, the present inventors, when growing a silicon crystal,
It has been confirmed that by including a predetermined amount of Ga in the inner wall of the crucible, it is not necessary to prepare a dopant adjusting material in advance, and the handling becomes easy. As a result, the Ga-doped silicon crystal can be manufactured stably, and the yield can be increased, so that the manufacturing cost can be reduced.

【0036】また、このようなシリコン結晶から光劣化
を起こすことなく安定した高い変換効率を有する太陽電
池を作ることが可能となり、シリコン結晶太陽電池によ
る発電コストを低減させることができる。その結果、太
陽電池用シリコン原料のコスト問題の解決に寄与すると
ころが大となった。
Further, a solar cell having a stable and high conversion efficiency can be manufactured from such a silicon crystal without causing light degradation, and the power generation cost by the silicon crystal solar cell can be reduced. As a result, the contribution to solving the cost problem of silicon raw materials for solar cells has become significant.

【0037】太陽電池用の基板として用いるシリコン結
晶ウエーハとしては、低抵抗率でLTの高い基板が望ま
れるが、シリコン結晶中のドーパント、例えばGaの濃
度が2×1017〜3×1014atoms/cm3 、また
は抵抗率が20Ω・cm〜0.1Ω・cmであることが
好ましい。シリコン結晶中のGaの濃度が3×1014
toms/cm3 以下、あるいは抵抗率が20Ω・cm
以上となる場合、太陽電池とした際に太陽電池セルの内
部抵抗により電力が消費され、変換効率が低下するため
である。また、Gaの濃度が2×1017atoms/c
3 以上、あるいは抵抗率が0.1Ω・cm以下では基
板内部にオージェ(Auger)再結合による少数キャ
リアのLT(寿命)の低下が発生し変換効率が低下する
ためである。
As a silicon crystal wafer used as a substrate for a solar cell, a substrate having a low resistivity and a high LT is desired. However, the concentration of a dopant in the silicon crystal, for example, Ga, is 2 × 10 17 to 3 × 10 14 atoms. / Cm 3 , or a resistivity of 20 Ω · cm to 0.1 Ω · cm. The concentration of Ga in the silicon crystal is 3 × 10 14 a
toms / cm 3 or less, or the resistivity is 20Ω · cm
In the case described above, power is consumed by the internal resistance of the solar cell when the solar cell is used, and the conversion efficiency is reduced. Further, the concentration of Ga is 2 × 10 17 atoms / c.
If the resistivity is not less than m 3 or the resistivity is not more than 0.1 Ω · cm, the LT (lifetime) of minority carriers is reduced due to Auger recombination inside the substrate, and the conversion efficiency is reduced.

【0038】また、シリコン結晶中の格子間酸素濃度が
16ppma(JEIDA;日本電子工業振興協会規
格)以下であることが好ましく、さらに15ppma以
下とすることにより初期の格子間酸素あるいは熱処理に
より形成される酸素析出物によるLTの劣化を防止する
ことができるのでより好ましい。
The interstitial oxygen concentration in the silicon crystal is preferably not more than 16 ppma (JEIDA; standard of Japan Electronic Industry Development Association), and if it is not more than 15 ppma, it is formed by initial interstitial oxygen or heat treatment. It is more preferable because LT can be prevented from being deteriorated by oxygen precipitates.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。本発明の石英ルツボおよびこれを使用したシ
リコン結晶の製造方法において、CZ法による単結晶引
上げ装置の構成例や引上げ方法については特願平11−
264549号、また、ブリッジマン法による多結晶製
造装置の構成例や製造方法については特願2000−0
61435号に記載した内容と基本的に同様であり、一
般的な手法によればよいが、ドープ剤の添加に関しては
全く異なるので、そのところについて以下に説明を加え
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto. In the quartz crucible of the present invention and the method of manufacturing a silicon crystal using the same, a configuration example and a pulling method of a single crystal pulling apparatus by a CZ method are disclosed in Japanese Patent Application No. 11-11089.
No. 264,549, and Japanese Patent Application No. 2000-0 for a configuration example and a manufacturing method of a polycrystalline manufacturing apparatus using the Bridgman method.
The content is basically the same as that described in Japanese Patent No. 61435, and a general method may be used. However, since the addition of the dopant is completely different, a description thereof will be given below.

【0040】石英ルツボは、原料融液を直接保持するた
め、その内表面がシリコン融液に接触し、シリコン融液
と反応して溶解したり、あるいは外部のカーボンヒータ
からの熱をシリコン融液に伝熱する機能を有している。
このような機能を有する石英ルツボとしては、半透明石
英ガラスが好適である。この半透明石英ルツボは、透明
石英ルツボと比較した時、強度が高く、大きな寸法のル
ツボの製造が容易なこと等の利点を有する。さらに、半
透明石英ルツボに含まれる微小な気泡が外部ヒータから
ルツボ内面への熱エネルギーの伝達を均一にし、その結
果、熱の分布が均一になるという利点もある。このよう
な理由から、半透明石英ルツボが実用上広く使用されて
いる。その結果、シリコン結晶育成時において、原料シ
リコン融液がルツボの内面全域において一定した熱履歴
を受け、単結晶引上げが安定して行われる。
Since the quartz crucible directly holds the raw material melt, its inner surface contacts the silicon melt and reacts with and melts the silicon melt, or heat generated by an external carbon heater is supplied to the silicon melt. It has the function of transferring heat to
As a quartz crucible having such a function, translucent quartz glass is suitable. This semi-transparent quartz crucible has advantages such as high strength and easy production of a large-sized crucible as compared with a transparent quartz crucible. Further, there is an advantage that the minute air bubbles contained in the translucent quartz crucible make the transfer of heat energy from the external heater to the inner surface of the crucible uniform, and as a result, the heat distribution becomes uniform. For these reasons, translucent quartz crucibles are widely used in practice. As a result, at the time of growing the silicon crystal, the raw silicon melt receives a constant heat history over the entire inner surface of the crucible, and the single crystal is pulled stably.

【0041】次に本発明の石英ルツボの製造方法の一例
を説明する。まず、使用する原料粉としては天然水晶、
合成石英等の精製された粉体が使用される。この粉体を
回転しているルツボ製造用型内に供給し、遠心力によっ
て所定の厚さに層を形成した後、内側からアーク放電等
の手段によって溶融を開始する。この段階で、半透明石
英ガラスが形成されるが、この時、ガリウム(Ga)、
水素化ガリウム(Ga26 )、酸化ガリウム(Ga2
O、Ga23 )、あるいは水酸化ガリウム(Ga(O
H)3 )等を所定量計量して前記ルツボ内表面部に含ま
せる。
Next, an example of the method for manufacturing a quartz crucible of the present invention will be described. First, the raw material powder used is natural quartz,
A refined powder such as synthetic quartz is used. The powder is supplied into a rotating crucible mold, and after forming a layer to a predetermined thickness by centrifugal force, melting is started from the inside by means such as arc discharge. At this stage, translucent quartz glass is formed. At this time, gallium (Ga),
Gallium hydride (Ga 2 H 6 ), gallium oxide (Ga 2
O, Ga 2 O 3 ) or gallium hydroxide (Ga (O
H) 3 ) and the like are measured in a predetermined amount and included in the inner surface of the crucible.

【0042】なお、ここで、石英ルツボのガラス質部分
のシリコン融液への溶出速度は、主にシリコン融液と接
触している部分の融液との相対速度とシリコン融液の温
度に比例して依存し、雰囲気ガスやガラス質のグレード
には殆ど依存しないことが解っており、3.6〜9.1
nm/secである。Gaを含有させる層を極力薄く
し、例えば、厚さを0.1〜15μm程度にしておけ
ば、シリコン融液が石英ルツボ内表面に接触してから3
0分以内にGaの溶出が終了するので、原料の溶融中に
Gaの溶出が完了し、その後シリコン結晶の育成中には
Gaが供給されず、安定したシリコン結晶の製造が行え
る。
Here, the elution rate of the vitreous portion of the quartz crucible into the silicon melt is mainly proportional to the relative speed of the melt in the portion in contact with the silicon melt and the temperature of the silicon melt. From 3.6 to 9.1.
nm / sec. If the layer containing Ga is made as thin as possible, for example, to have a thickness of about 0.1 to 15 μm, the thickness of the layer becomes 3 mm after the silicon melt comes into contact with the inner surface of the quartz crucible.
Since the elution of Ga is completed within 0 minutes, the elution of Ga is completed during the melting of the raw material, and thereafter, no Ga is supplied during the growth of the silicon crystal, so that a stable silicon crystal can be manufactured.

【0043】また、本発明における半透明石英ガラス二
重構造のルツボ内表面の透明石英ガラス層は、成型され
た粉体層に望ましい高品質な石英ガラス層を内装して溶
融し一体化するか、粉体の追加溶融によって一体融合的
に形成することができる。この様にして形成された透明
層は、気泡の痕跡も存在しないため、シリコン結晶育成
時に減圧下で膨張することも無い。特に水晶粉末を回転
金型内に供給して遠心力によって型の壁に外壁石英粉末
層の予備成形体を作り、次いで石英粉末をアーク放電等
の高温ガス雰囲気中を通過させて半溶融状態の粉末を放
電エネルギーによって外壁石英粉末層の内面に連続的に
付着せしめ実質的に無気泡の完全溶融層を形成すれば、
外壁石英粉末層とその内面の透明層とが同時溶融により
付着し合うので所望の厚さを有する無気泡の透明石英ガ
ラス層がしっかりと半透明石英ガラス層上に形成され
る。ここで、前記ルツボは、直径10〜250μmの気
泡を1cm3 当たり20,000個以上含む半透明石英
ガラス層と、この層の内表面に一体融合的に形成された
実質的に無気泡でかつ表面が平滑な透明石英ガラス層と
からなる。
The transparent quartz glass layer on the inner surface of the crucible having a double structure of the translucent quartz glass according to the present invention may be formed by melting and integrating a desirable high quality quartz glass layer in a molded powder layer. , Can be integrally formed by additional melting of powder. The transparent layer thus formed has no trace of air bubbles, and therefore does not expand under reduced pressure during silicon crystal growth. In particular, the quartz powder is supplied into a rotary mold, and a preform of the outer wall quartz powder layer is formed on the mold wall by centrifugal force, and then the quartz powder is passed through a high-temperature gas atmosphere such as arc discharge to obtain a semi-molten state. By continuously adhering the powder to the inner surface of the outer wall quartz powder layer by the discharge energy to form a substantially bubble-free completely molten layer,
Since the outer wall quartz powder layer and the inner transparent layer adhere to each other by simultaneous melting, a bubble-free transparent quartz glass layer having a desired thickness is firmly formed on the translucent quartz glass layer. Here, the crucible is composed of a translucent quartz glass layer containing 20,000 or more bubbles having a diameter of 10 to 250 μm per 1 cm 3, and a substantially bubble-free and integrally formed on the inner surface of this layer. The transparent quartz glass layer has a smooth surface.

【0044】この透明石英ガラス層を形成する際、例え
ば追加溶融する粉体に、ガリウム(Ga)、水素化ガリ
ウム(Ga26 )、酸化ガリウム(Ga2 O、Ga2
3)、あるいは水酸化ガリウム(Ga(OH)3 )等
を所定量計量し添加して含ませるようにすれば良い。特
に外壁石英粉末層の内面に連続的に付着させる際、石英
ルツボの底部にあたるところのみに所定量のGaを含ま
せるのが好適である。
When the transparent quartz glass layer is formed, for example, gallium (Ga), gallium hydride (Ga 2 H 6 ), gallium oxide (Ga 2 O, Ga 2
A predetermined amount of O 3 ) or gallium hydroxide (Ga (OH) 3 ) may be measured and added. In particular, when continuously adhering to the inner surface of the outer wall quartz powder layer, it is preferable to include a predetermined amount of Ga only at the bottom of the quartz crucible.

【0045】また、ここでも石英ルツボのガラス質部分
の溶出速度を考慮し、ルツボ内層の透明石英ガラス部分
において、Gaを含有させた表層部を極力薄く、例えば
0.1〜15μm程度にしておくのが好ましい。シリコ
ン融液が透明石英ガラス層に接触してから30分程度で
Gaの溶出が終了し、Gaを含有させなかった残りのG
a無含有層を、例えば800〜10,000μm程度に
しておけば、シリコン結晶が育成中にはGaが供給され
ず、安定したシリコン結晶の製造が行える。
Also in this case, in consideration of the dissolution rate of the vitreous portion of the quartz crucible, the surface layer containing Ga in the transparent quartz glass portion of the inner layer of the crucible is made as thin as possible, for example, about 0.1 to 15 μm. Is preferred. Elution of Ga was completed in about 30 minutes after the silicon melt contacted the transparent quartz glass layer, and the remaining G not containing Ga was removed.
If the a-free layer is set to, for example, about 800 to 10,000 μm, Ga is not supplied during the growth of the silicon crystal, and a stable silicon crystal can be manufactured.

【0046】このような本発明の二重構造のルツボを用
いることにより、シリコン結晶育成時に、外部ヒータか
らの熱エネルギーをルツボ内面全域に均一に伝達できる
とともに、ルツボ内表面の部分的な侵食による表面粗さ
の発生が極めて小さくなる。このため、従来のルツボに
比べて高い結晶化率を維持することができる。さらに、
半透明石英ガラス層中に結晶質石英成分を存在せしめれ
ば、ルツボの耐熱強度を著しく増大させることができ
る。また、大気圧下での結晶育成はもちろんのこと、減
圧下での結晶育成でも安定した高い単結晶化率を維持す
ることができるようになる。
By using such a crucible having a double structure according to the present invention, the heat energy from the external heater can be uniformly transmitted to the entire inner surface of the crucible during the growth of the silicon crystal, and the inner surface of the crucible can be partially eroded. The occurrence of surface roughness is extremely small. For this reason, a higher crystallization rate can be maintained as compared with the conventional crucible. further,
If a crystalline quartz component is present in the translucent quartz glass layer, the heat resistance of the crucible can be significantly increased. In addition, it is possible to maintain a stable and high single crystallization ratio not only in crystal growth under atmospheric pressure but also in crystal growth under reduced pressure.

【0047】さらに、本発明における石英ルツボの内層
側の透明ガラス層を多層構造とするには、上述した二重
構造ルツボの透明石英ガラス層を形成する際に、例えば
追加溶融する粉体に、ガリウム(Ga)、水素化ガリウ
ム(Ga26 )、酸化ガリウム(Ga2 O、Ga2
3 )、あるいは水酸化ガリウム(Ga(OH)3 )等を
所定量計量して添加し、融合させる。さらに、Gaを添
加しない粉体を追加融合し、これを交互に行ってGa含
有層とGa無含有層の多層構造を形成するようにすれば
良い。
Further, in order to form the transparent glass layer on the inner layer side of the quartz crucible in the present invention into a multilayer structure, when the transparent quartz glass layer of the above-mentioned double structure crucible is formed, for example, the powder to be additionally melted is Gallium (Ga), gallium hydride (Ga 2 H 6 ), gallium oxide (Ga 2 O, Ga 2 O)
3 ) Alternatively, gallium hydroxide (Ga (OH) 3 ) or the like is weighed in a predetermined amount and added to fuse. Further, a powder to which Ga is not added is additionally fused, and this may be alternately performed to form a multilayer structure of a Ga-containing layer and a Ga-free layer.

【0048】このような構造とすることにより、内表面
のGa層が溶出した後、Gaを含有しない透明ガラス層
が表面となるので、その使用時に内表面が粗れず、内表
面の平滑度が維持され、石英ルツボの内壁が高温のシリ
コン結晶融液と接触して浸食、剥離、劣化されることを
抑制し、石英ルツボの寿命を大幅に延ばすと共に、結晶
の無転位化率を高く維持した状態でより長時間にわたり
結晶を育成できる大口径石英ルツボを提供することが可
能となる。
By adopting such a structure, after the Ga layer on the inner surface is eluted, the transparent glass layer containing no Ga becomes the surface, so that the inner surface is not roughened during use and the smoothness of the inner surface is reduced. Maintained, the inner wall of the quartz crucible was kept in contact with the high-temperature silicon crystal melt to prevent erosion, peeling, and deterioration, greatly extending the life of the quartz crucible, and maintaining a high dislocation-free rate of the crystal. It is possible to provide a large-diameter quartz crucible that can grow a crystal in a state for a longer time.

【0049】このような本発明の石英ルツボを使用する
ことにより、シリコン融液と接している部分のルツボ内
壁が溶融して、Ga含有層からGaがシリコン融液中に
溶け出し、ドーパントであるGaが供給されるので、安
定して再現性よくGaドープのシリコン結晶を育成する
ことができることになる。
By using such a quartz crucible of the present invention, the inner wall of the crucible in contact with the silicon melt is melted, and Ga is dissolved from the Ga-containing layer into the silicon melt to be a dopant. Since Ga is supplied, a Ga-doped silicon crystal can be stably grown with good reproducibility.

【0050】なお、ここでも石英ルツボのガラス質部分
の溶出速度を考慮し、ルツボ内層の透明石英ガラス部分
を多層構造としたものでは、1つのGa含有層の厚さを
極力薄くし、例えば、0.1〜15μm程度にしておけ
ば、シリコン融液が透明石英ガラス層に接触してから3
0分以内に溶出し、Ga無含有層を例えば60〜660
μm程度にしておけば、シリコン結晶を育成中の例えば
5〜20時間の間はGaが供給されず、安定したシリコ
ン結晶の製造が行える。尚、Ga無含有層の厚さとシリ
コン結晶の育成時間については、ここに記載した数値に
限定されるものではなく、シリコン結晶の育成条件によ
りGa無含有層の溶出速度を予め求めておいて決めれば
良いことである。
Here, also in the case where the transparent quartz glass portion of the inner layer of the crucible has a multilayer structure in consideration of the elution speed of the vitreous portion of the quartz crucible, the thickness of one Ga-containing layer is made as thin as possible. If the thickness is set to about 0.1 to 15 μm, 3 μm is required after the silicon melt contacts the transparent quartz glass layer.
Elution occurs within 0 minutes, and the Ga-free layer is removed, for example, from 60 to 660.
If it is set to about μm, Ga is not supplied during, for example, 5 to 20 hours during the growth of the silicon crystal, so that a stable silicon crystal can be manufactured. The thickness of the Ga-free layer and the growth time of the silicon crystal are not limited to the numerical values described here, and the elution rate of the Ga-free layer is determined in advance according to the growth conditions of the silicon crystal. That is good.

【0051】そして、この多層構造ルツボを用いれば、
マルチ引上げ法により、Ga含有層の数だけ繰り返しシ
リコン結晶を育成することができる。すなわち、最初に
育成されたシリコン結晶が取り出された後、ルツボに残
留するシリコン融液に原料結晶を補給し、加熱溶融して
シリコン融液とする。この時新たにGa含有層からGa
が溶出し、その後再び結晶育成を開始することによって
再度ドーパント含有シリコン結晶を育成することができ
る。これを繰り返せばよい。そしてこの場合、半透明ガ
ラス内表面部にもGaを含有させてその上に複数の透明
石英ガラス層を設けた多層構造ルツボとすることによ
り、Ga含有透明石英ガラス層の数プラス1本の結晶成
長が可能となる。尚、上記半透明石英ガラス層を外層と
しGa含有透明石英ガラス層を内層とする二重構造石英
ルツボにおいても、この半透明石英ガラス内表面部にG
aを含有させておけば、2本の結晶成長が可能となるこ
とは言うまでもない。
Then, by using this multilayer crucible,
By the multi-pulling method, silicon crystals can be repeatedly grown by the number of Ga-containing layers. That is, after the silicon crystal grown first is taken out, the raw material crystal is supplied to the silicon melt remaining in the crucible, and is heated and melted to obtain a silicon melt. At this time, a Ga
Is eluted, and then the crystal growth is started again, whereby the dopant-containing silicon crystal can be grown again. This can be repeated. In this case, Ga is also contained in the inner surface of the translucent glass to form a multilayer crucible having a plurality of transparent quartz glass layers provided thereon, whereby the number of Ga-containing transparent quartz glass layers plus one crystal Growth is possible. Incidentally, also in the double-structure quartz crucible having the translucent quartz glass layer as the outer layer and the Ga-containing transparent quartz glass layer as the inner layer, G
Needless to say, if a is contained, two crystals can be grown.

【0052】また一方、シリコン結晶中の酸素濃度につ
いては、ルツボの回転速度、シリコン結晶の育成速度、
チャンバー内の不活性ガス圧力や流量等を適宜調整する
ことにより、また、シリコン結晶の直径については、シ
リコン融液の温度とシリコン結晶の育成速度を調整する
ことにより制御できる。
On the other hand, regarding the oxygen concentration in the silicon crystal, the rotation speed of the crucible, the growth speed of the silicon crystal,
The diameter of the silicon crystal can be controlled by appropriately adjusting the pressure and flow rate of the inert gas in the chamber, and by adjusting the temperature of the silicon melt and the growth rate of the silicon crystal.

【0053】なお、石英ルツボの内、内壁にGaを含有
させる部分は、シリコン融液と接触する部分である必要
があるので、石英ルツボに収容する原料融液の最大深さ
位置より下部の内壁にGaを含有させるようにするのが
好ましい。また、底部の内壁にGaを含有させるように
すれば、確実に所定量のGaを融液に供給することがで
きる。勿論、石英ルツボの内壁全体にGaを含有させる
ようにしてもよいが、この場合には、融液より上部のG
a層はドープ剤として寄与しないことを考慮する必要が
ある。
In the quartz crucible, the portion of the inner wall containing Ga must be in contact with the silicon melt. Therefore, the inner wall below the maximum depth of the raw material melt contained in the quartz crucible is required. Preferably contains Ga. In addition, if Ga is contained in the inner wall at the bottom, a predetermined amount of Ga can be reliably supplied to the melt. Of course, Ga may be contained in the entire inner wall of the quartz crucible, but in this case, G
It is necessary to consider that the a layer does not contribute as a dopant.

【0054】育成したシリコン結晶については、適当な
大きさのブロックにした状態から厚み2〜3mmのウエ
ーハにスライスしてLTを測定した。LTの測定に当た
っては、このスライスウエーハをHF:HNO3 =5
%:95%の混酸で処理し、両面のスライス損傷層をエ
ッチング除去した後、洗浄を行い、その後ウエーハ表面
にAM(Air Mass)1.5の条件下で定常光を
30時間照射した後、HFにて表面の自然酸化膜を除去
し、引続きヨウ素、エタノール混合溶液を使ったケミカ
ル・パッシベーション(CP)処理を施して、結晶表面
のキャリア再結合を低減し、マイクロ波−PCD法(光
導伝度減衰法)を用いて行った。
The grown silicon crystal was sliced into wafers having a thickness of 2 to 3 mm from blocks each having an appropriate size, and LT was measured. When measuring LT, this sliced wafer was subjected to HF: HNO 3 = 5.
%: Treated with a mixed acid of 95% to remove the slice damage layer on both sides by etching, and then perform cleaning. After that, the surface of the wafer is irradiated with AM (Air Mass) 1.5 under constant light for 30 hours. The natural oxide film on the surface is removed by HF, followed by chemical passivation (CP) treatment using a mixed solution of iodine and ethanol to reduce carrier recombination on the crystal surface, and the microwave-PCD method (photoconductivity) Degree decay method).

【0055】また、本発明の製造方法により作製された
シリコン結晶から作製したウエーハは、上記結晶ブロッ
クをスライサーによりスライスして、ウエーハ状に加工
した後、面取り、ラッピング等を施し、さらにエッチン
グによって加工歪みを取り除くことにより製造される。
さらに、このシリコン結晶ウエーハを用いて作製される
太陽電池セルは、上記シリコン結晶ウエーハを用いて、
大型の10×10cm角(セル面積100cm2 )のR
P−PERC(Random Pyramid− Pa
ssivated Emitter and Rear
Cell)型太陽電池セルを作製し、その変換効率を
測定した。
The wafer prepared from the silicon crystal prepared by the method of the present invention is sliced by a slicer using a slicer, processed into a wafer, chamfered, wrapped, etc., and further processed by etching. Manufactured by removing distortion.
Furthermore, a solar cell manufactured using this silicon crystal wafer uses the silicon crystal wafer,
Large 10 × 10 cm square (cell area 100 cm 2 ) R
P-PERC (Random Pyramid-Pa
sivated Emitter and Rear
(Cell) type solar cell was fabricated, and its conversion efficiency was measured.

【0056】太陽電池セルの変換効率の測定は、25℃
に温度調節された測定台に太陽電池セルを載せ、ハロゲ
ンランプを光源としたソーラーシュミレータでAM1.
5の条件下で定常光をセルに照射し、セルから取り出す
ことができた電圧と電流を測定して、太陽電池の変換効
率を算出した。なお、本発明による変換効率とは、下式
で定義された値をいい、次の通りである。 [変換効率]=[セル単位面積当りから取り出すことが
できた電力]/[セル単位面積あたりに照射された光エ
ネルギー]×100(%)
The conversion efficiency of the solar cell was measured at 25 ° C.
A solar cell is placed on a temperature-controlled measuring table, and a solar simulator using a halogen lamp as a light source.
The cell was irradiated with steady light under the conditions of 5, and the voltage and current that could be taken out of the cell were measured to calculate the conversion efficiency of the solar cell. The conversion efficiency according to the present invention refers to a value defined by the following equation, and is as follows. [Conversion efficiency] = [power that could be taken out per cell unit area] / [light energy irradiated per cell unit area] × 100 (%)

【0057】尚、抵抗率の測定は単結晶から所定のサン
プルを切り出して、四探針法を用いて行った。
The resistivity was measured by cutting a predetermined sample from a single crystal and using the four-point probe method.

【0058】[0058]

【実施例】以下、本発明について実施例を挙げて詳細に
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)ここで、使用した石英ルツボを図1に示
す。前述したような方法で口径18インチの全体が半透
明ガラスからなる石英ルツボ1を製造し、半透明石英ガ
ラス5の肉厚を15mmとした。該半透明石英ガラス5
中には直径10〜250μmの気泡を1cm2 当たり2
0,000個以上含み、内表面の底部に全体で3.62
6gのGaを含ませた。このルツボを使って40kgの
原料シリコンを溶融し、CZ法により、直径6インチ、
結晶方位<100>のシリコン単結晶を育成した。各測
定項目における結果を表1に記載した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. (Embodiment 1) Here, the quartz crucible used is shown in FIG. The quartz crucible 1 having a diameter of 18 inches made entirely of translucent glass was manufactured by the method described above, and the thickness of the translucent quartz glass 5 was set to 15 mm. The translucent quartz glass 5
1cm 2 per 2 bubbles with a diameter of 10~250μm during
Contains more than 0000, with a total of 3.62 at the bottom of the inner surface
6 g of Ga was included. Using this crucible, 40 kg of raw silicon is melted, and the diameter is 6 inches by CZ method.
A silicon single crystal having a crystal orientation <100> was grown. Table 1 shows the results for each measurement item.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】(実施例2)ここで、使用した石英ルツボ
を図2に示す。前述したような方法で口径18インチの
二重石英ルツボ2を製造し、半透明石英ガラス5の肉厚
を15mmとした。該半透明石英ガラス5中には直径1
0〜250μmの気泡を1cm2 当たり20,000個
以上含み、該ルツボ内表面部の全体に実質的に無気泡の
透明石英ガラス4を1mm形成し、該透明石英ガラス内
表面の底部に3.626gのGaを含ませた。このルツ
ボを使って40kgの原料シリコンを溶融し、CZ法に
より、直径6インチ、結晶方位<100>のシリコン単
結晶を育成した。各測定項目における結果を表1に併記
した。
EXAMPLE 2 FIG. 2 shows a quartz crucible used here. The double quartz crucible 2 having a diameter of 18 inches was manufactured by the method described above, and the thickness of the translucent quartz glass 5 was set to 15 mm. The translucent quartz glass 5 has a diameter of 1
2. A transparent quartz glass 4 containing at least 20,000 bubbles of 0 to 250 μm per 1 cm 2 and having substantially no bubbles is formed on the entire inner surface of the crucible by 1 mm, and 3 mm is formed on the bottom of the inner surface of the transparent quartz glass. 626 g of Ga were included. Using this crucible, 40 kg of raw silicon was melted, and a silicon single crystal having a diameter of 6 inches and a crystal orientation of <100> was grown by the CZ method. Table 1 also shows the results of each measurement item.

【0061】(実施例3)ここで、使用した多層構造の
石英ルツボを図3に示す。前述したような方法で口径1
8インチの石英ルツボ3を製造し、半透明石英ガラス5
の肉厚を15mmとした。該半透明石英ガラス5中には
直径10〜250μmの気泡を1cm2 当たり20,0
00個以上含み、該ルツボ内表面部に実質的に無気泡の
透明石英ガラス4を4層形成した。半透明石英ガラス5
の上に250μmのGa無含有透明石英ガラス層を半透
明石英ガラスに一体融合させ、その上に10μmのGa
含有透明ガラス層6をさらに一体融合させ、さらに層厚
250μmのGa無含有層と層厚10μmのGa含有層
を融合して、最終的に各々2層の4層構造とした。尚、
各Ga含有層には、3.626gのGaを底部に含ませ
た。前記ルツボを使って40kgの原料シリコンを溶融
し、CZ法により、直径6インチ、結晶方位<100>
のシリコン単結晶を育成した。各測定項目における結果
を表1に併記した。
(Embodiment 3) Here, a quartz crucible having a multilayer structure used is shown in FIG. Caliber 1 in the manner described above
An 8-inch quartz crucible 3 is manufactured, and a translucent quartz glass 5
Was 15 mm in thickness. 1 cm 2 per bubbles semi diameter 10~250μm the transparent quartz glass 5 20,0
Four layers of substantially bubble-free transparent quartz glass 4 were formed on the inner surface of the crucible containing at least 00 pieces. Translucent quartz glass 5
A 250 μm Ga-free transparent quartz glass layer was integrally fused with the translucent quartz glass, and a 10 μm Ga
The transparent glass layer 6 was further integrally fused, and a Ga-free layer having a thickness of 250 μm and a Ga-containing layer having a thickness of 10 μm were further fused to finally form a two-layer four-layer structure. still,
Each Ga-containing layer contained 3.626 g of Ga at the bottom. Using the above crucible, 40 kg of raw silicon is melted, and the diameter is 6 inches and the crystal orientation is <100> by CZ method.
Was grown. Table 1 also shows the results of each measurement item.

【0062】表1からも判るように、実施例1〜3にお
いて、シリコン単結晶中の酸素濃度が16ppm以下、
抵抗率も約0.9Ω・cmであり、LTは600μse
c台で高く、太陽電池セルの変換効率は20%台と高
く、光劣化も生じていないことが判る。なお、再現性に
ついても調査したが、安定した特性を示していることを
確認した。
As can be seen from Table 1, in Examples 1 to 3, the oxygen concentration in the silicon single crystal was 16 ppm or less.
The resistivity is about 0.9Ω · cm, and LT is 600 μs
It can be seen that the conversion efficiency of the photovoltaic cells is as high as about 20% and that no photodeterioration has occurred. In addition, although reproducibility was also investigated, it was confirmed that stable characteristics were exhibited.

【0063】これにより、予めドーパント調整材を用意
しなくても、Gaドープシリコン結晶を効率よく安定し
て容易に製造することができることがわかった。また、
このシリコン結晶を用いて、光劣化を起こすとなく安定
した高い変換効率を有する太陽電池を作ることが可能と
なり、シリコン結晶太陽電池による発電コストを低減さ
せることができる。その結果、太陽電池用シリコン原料
のコスト問題の解決に寄与するところが大となった。
As a result, it was found that a Ga-doped silicon crystal can be efficiently, stably and easily manufactured without preparing a dopant adjusting material in advance. Also,
Using this silicon crystal, a solar cell having a stable and high conversion efficiency without causing photodegradation can be produced, and the power generation cost of the silicon crystal solar cell can be reduced. As a result, the contribution to solving the cost problem of silicon raw materials for solar cells has become significant.

【0064】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。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0065】例えば、上記説明においては、主にCZ法
によってGaを添加したシリコン単結晶を製造する場合
につき説明したが、本発明は例えば変換効率はシリコン
単結晶ほどではないにしても、シリコン多結晶にも適用
できるものである。すなわち、いわゆるブリッジマン法
による多結晶の製造においても、シリコン原料のコスト
を低減させるのに、本発明で示した石英ルツボを使用す
るのが有効であることは言うまでもない。
For example, in the above description, a case was described in which a silicon single crystal to which Ga was added was mainly manufactured by the CZ method. However, the present invention is not limited to the case where the conversion efficiency is not as high as that of a silicon single crystal. It can be applied to crystals. That is, it is needless to say that the use of the quartz crucible according to the present invention is effective in reducing the cost of the silicon raw material even in the production of a polycrystal by the so-called Bridgman method.

【0066】また、例えば、上記実施形態においては、
口径18インチの石英ルツボの場合について実施例を挙
げて説明したが、本発明はこれには限定されるものでは
なく、直径24〜30インチあるいはそれ以上のルツボ
を用いる結晶育成の場合にも適用できることも言うまで
もない。
For example, in the above embodiment,
The case of a quartz crucible having a diameter of 18 inches has been described with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to this, and is applicable to the case of crystal growth using a crucible having a diameter of 24 to 30 inches or more. Needless to say, we can do it.

【0067】さらに、本発明は、シリコン融液に水平磁
場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるMCZ法
にも適用できるものである。
Further, the present invention can be applied to a so-called MCZ method for applying a horizontal magnetic field, a vertical magnetic field, a cusp magnetic field, and the like to a silicon melt.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明の石英ルツボを用いてシリコン結
晶を製造することにより、Gaを安定して取り扱い易く
ドープすることができ、かつ金属不純物や不融物の混入
が起きず、長時間の安定操業と生産性の向上を図ること
が可能となり、工業的に非常に有利な製造方法である。
さらに、本発明は、製造コストの安い太陽電池を作製す
るためのシリコン結晶を育成する際の石英ルツボとする
ことができ、光エネルギーの変換効率が高く、光劣化を
起こさない太陽電池を造ることができる。さらに、シリ
コン結晶の大直径化、低コスト化に寄与するとともに、
結晶強度も高く耐久性にも優れたものを得ることができ
る。
By manufacturing a silicon crystal using the quartz crucible of the present invention, Ga can be stably doped for easy handling, no metallic impurities or infusible substances are mixed, and a long time is obtained. This enables a stable operation and an improvement in productivity, and is a very industrially advantageous production method.
Further, the present invention can be used as a quartz crucible for growing a silicon crystal for producing a solar cell having a low manufacturing cost, and is capable of producing a solar cell with high light energy conversion efficiency and no light deterioration. Can be. Furthermore, while contributing to the increase in diameter and cost of silicon crystals,
Crystals having high crystal strength and excellent durability can be obtained.

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

【図1】本発明の実施例1で使用した石英ルツボの概略
断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a quartz crucible used in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例2で使用した石英ルツボの概略
断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a quartz crucible used in Embodiment 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施例3で使用した石英ルツボの概略
断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a quartz crucible used in Embodiment 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…石英ルツボ、 2…二重構造石英ルツボ、 3…多
層構造石英ルツボ、4…透明石英ガラス、 5…半透明
石英ガラス、 6…Ga含有層。
1: Quartz crucible, 2: Double-structure quartz crucible, 3: Multi-layer quartz crucible, 4: Transparent quartz glass, 5: Translucent quartz glass, 6: Ga-containing layer.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶原料を収容する石英ルツボであっ
て、該石英ルツボの内壁部にガリウム(Ga)を含有さ
せたものであることを特徴とする石英ルツボ。
1. A quartz crucible for accommodating a crystal raw material, wherein gallium (Ga) is contained in an inner wall portion of the quartz crucible.
【請求項2】 前記石英ルツボは半透明石英ガラスを外
層としかつ透明石英ガラスを内層とする二重構造を有
し、該内層である透明石英ガラス部にGaを含有させた
ものであることを特徴とする請求項1に記載した石英ル
ツボ。
2. The quartz crucible has a double structure in which translucent quartz glass is used as an outer layer and transparent quartz glass is used as an inner layer, and Ga is contained in the transparent quartz glass portion as the inner layer. The quartz crucible according to claim 1, characterized in that:
【請求項3】 請求項2に記載の石英ルツボであって、
前記内層側に複数の透明石英ガラス層を設けて多層構造
とし、Gaを含有する透明石英ガラス層とGaを含有し
ない透明石英ガラス層とを交互に形成したものであるこ
とを特徴とする石英ルツボ。
3. The quartz crucible according to claim 2, wherein
A plurality of transparent quartz glass layers are provided on the inner layer side to form a multilayer structure, and a transparent quartz glass layer containing Ga and a transparent quartz glass layer not containing Ga are alternately formed. .
【請求項4】 シリコン多結晶を成長させる際に、請求
項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の石英ルツボ
を使用し、該石英ルツボ内壁部に含有されるGaがシリ
コン融液へ溶出することによってシリコン多結晶にGa
をドープすることを特徴とするシリコン多結晶の製造方
法。
4. When growing a silicon polycrystal, the quartz crucible according to any one of claims 1 to 3 is used, and Ga contained in the inner wall of the quartz crucible is converted into a silicon melt. Elution results in Ga
A method for producing polycrystalline silicon, characterized by doping.
【請求項5】 シリコン単結晶を成長させる際に、請求
項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の石英ルツボ
を使用し、該石英ルツボ内壁部に含有されるGaがシリ
コン融液へ溶出することによってシリコン単結晶にGa
をドープすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。
5. When growing a silicon single crystal, the quartz crucible according to any one of claims 1 to 3 is used, and Ga contained in the inner wall of the quartz crucible is converted into a silicon melt. Elution results in Ga single crystal
And a method for producing a silicon single crystal.
【請求項6】 シリコン結晶を成長させる際に、結晶原
料を収容する石英ルツボとして、内壁部にガリウム(G
a)を含有させた石英ルツボを使用し、該石英ルツボ内
壁部に含有されるGaがシリコン融液へ溶出することに
よってシリコン結晶にGaをドープすることを特徴とす
るシリコン結晶の製造方法。
6. When growing a silicon crystal, gallium (G) is applied to the inner wall as a quartz crucible for accommodating a crystal raw material.
A method for producing a silicon crystal, comprising using a quartz crucible containing a) and doping Ga into the silicon crystal by eluting Ga contained in the inner wall of the quartz crucible into a silicon melt.
【請求項7】 前記シリコン結晶が、シリコン単結晶ま
たはシリコン多結晶であることを特徴とする請求項6に
記載したシリコン結晶の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the silicon crystal is a silicon single crystal or a silicon polycrystal.
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