JP2006275426A - Manufacturing method for crucible and semiconductor ingot - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a crucible and a semiconductor ingot for solving a problem wherein silicon melted liquid in the crucible is supplied into a mold while temperature of the silicon melted liquid is raised beyond necessity. <P>SOLUTION: This crucible has a liquid drain port for draining semiconductor melted liquid, and the liquid drain port is closed by a plug body made of the same component as the semiconductor melted liquid and is opened by destroying the plug body by a destruction means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、坩堝およびこれを用いた半導体インゴットの製造方法に関する。   The present invention relates to a crucible and a method for manufacturing a semiconductor ingot using the crucible.

太陽電池はクリーンな石油代替エネルギー源として小規模な家庭用から大規模な発電システムまでの広い分野でその実用化が期待されている。これらは使用原料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類され、なかでも現在市場に流通しているものの多くは結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型と多結晶型に分類されている。単結晶シリコン太陽電池は基板の品質が良いために変換効率の高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶シリコン太陽電池は従来から市場に流通してきたが、近年、環境問題への関心が高まる中でその需要は増加しており、より低コストで高い変換効率が求められている。こうした要求に対処するためには多結晶シリコン基板の低コスト化、高品質化が必要であり、高純度のシリコンインゴットを歩留良く製造することが求められている。   Solar cells are expected to be put to practical use in a wide range of fields, from small households to large-scale power generation systems, as a clean petroleum alternative energy source. These are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of raw materials used, and most of them currently on the market are crystalline silicon solar cells. This crystalline silicon solar cell is further classified into a single crystal type and a polycrystalline type. Single crystal silicon solar cells have the advantage that the conversion efficiency is easy to increase because the quality of the substrate is good, but the disadvantage is that the manufacturing cost of the substrate is high. On the other hand, polycrystalline silicon solar cells have been distributed in the market for a long time, but in recent years, the demand is increasing as interest in environmental issues is increasing, and higher conversion efficiency is required at lower cost. . In order to cope with such a demand, it is necessary to reduce the cost and quality of the polycrystalline silicon substrate, and it is required to produce a high-purity silicon ingot with a high yield.

ところで、上述した多結晶シリコン太陽電池に用いる多結晶シリコン基板は一般にキャスティング法と呼ばれる方法で製造される。このキャスティング法は、離型材を塗布した黒鉛などからなる鋳型内に高温で加熱溶融させたシリコン融液を供給し鋳型底部より一方向凝固させたり、シリコン原料を鋳型内に入れて一旦溶融した後、再び底部より一方向凝固させたりして、シリコンインゴットを形成する方法である。このシリコンインゴットの端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出し、切り出したシリコンインゴットを所望の厚みにスライスして太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得る。   By the way, the polycrystalline silicon substrate used for the above-mentioned polycrystalline silicon solar cell is generally manufactured by a method called a casting method. In this casting method, a silicon melt melted by heating at a high temperature is supplied into a mold made of graphite or the like coated with a release material and solidified unidirectionally from the bottom of the mold, or a silicon raw material is placed in the mold and once melted. This is a method of forming a silicon ingot by unidirectionally solidifying from the bottom again. The ends of the silicon ingot are removed, cut into a desired size, and the cut silicon ingot is sliced to a desired thickness to obtain a polycrystalline silicon substrate for forming a solar cell.

このような多結晶シリコンインゴットを作製する従来のシリコンインゴット(半導体インゴット)の製造装置を図4に示す。上部にはシリコン原料3を溶融するための溶融坩堝1aが保持坩堝1bに保持されて配置され、溶融坩堝1aと保持坩堝1bの底部にはシリコン融液を鋳型内に供給するための排液口4が設けられる。また、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの上部と側部にはそれぞれ上部加熱手段6、側部加熱手段7が配置され、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの下部にはシリコン融液10が注ぎ込まれる鋳型8が配置される。このような鋳型8としては、黒鉛や石英からなる鋳型の内表面に離型材9を被覆したものが用いられる。一般的に離型材9としてはシリコンの窒化物である窒化珪素、シリコンの炭化物である炭化珪素、シリコンの酸化物である酸化珪素等が設けられる。   A conventional silicon ingot (semiconductor ingot) manufacturing apparatus for producing such a polycrystalline silicon ingot is shown in FIG. At the top, a melting crucible 1a for melting the silicon raw material 3 is disposed and held by a holding crucible 1b, and at the bottom of the melting crucible 1a and the holding crucible 1b, a drain outlet for supplying silicon melt into the mold 4 is provided. Further, an upper heating means 6 and a side heating means 7 are arranged on the upper and side portions of the melting crucible 1a and holding crucible 1b, respectively, and a mold in which the silicon melt 10 is poured below the melting crucible 1a and holding crucible 1b. 8 is arranged. As such a mold 8, one in which a mold release material 9 is coated on the inner surface of a mold made of graphite or quartz is used. In general, the release material 9 is provided with silicon nitride which is silicon nitride, silicon carbide which is silicon carbide, silicon oxide which is silicon oxide, or the like.

例えば、高純度石英などからなる溶融坩堝1aの底部に設けた排液口4をシリコン原料5で塞いでおき、その上で溶融坩堝1aにシリコン原料3を投入する。溶融坩堝1a内に入れられたシリコン原料3は、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどからなる、上部および側部の上部加熱手段6、側部加熱手段7によって徐々に加熱溶融する。排液口4に近い原料は低温に保って、溶融坩堝1aの中で溶融されたシリコン融液が排出されるのを防ぐ。その後、溶融坩堝1a内のシリコン原料3がすべて溶融したのちに、排液口を塞ぐシリコン原料5を最後に溶融させることによって、溶融坩堝1aのシリコン原料が完全に融液となった瞬間に鋳型内にシリコン融液の供給が開始されることから、シリコン原料溶融後の坩堝からの排出を効率よく行うことができる。また、溶融坩堝1aの底部から垂下するようにノズル(不図示)を設けることにより、坩堝から排出したシリコン融液の飛散を防止することができる。鋳型8内に供給されたシリコン融液は冷却凝固され、多結晶シリコンインゴットを得ることができる。(例えば、特許文献1参照)。なお、これらはすべて真空容器(図示せず)内に配置される。
特開2003−247783号公報
For example, the drain port 4 provided at the bottom of the melting crucible 1a made of high-purity quartz or the like is closed with the silicon raw material 5, and then the silicon raw material 3 is charged into the melting crucible 1a. The silicon raw material 3 put in the melting crucible 1a is gradually heated and melted by the upper and side upper heating means 6 and the side heating means 7 which are composed of a resistance heating type heater, an induction heating type coil or the like. The raw material close to the drainage port 4 is kept at a low temperature to prevent the silicon melt melted in the melting crucible 1a from being discharged. Thereafter, after all the silicon raw material 3 in the melting crucible 1a is melted, the silicon raw material 5 that closes the drainage port is finally melted, so that the silicon raw material in the melting crucible 1a is completely melted at the moment. Since the supply of the silicon melt is started, the silicon material can be efficiently discharged from the crucible after melting. Further, by providing a nozzle (not shown) so as to hang from the bottom of the melting crucible 1a, the silicon melt discharged from the crucible can be prevented from scattering. The silicon melt supplied into the mold 8 is cooled and solidified to obtain a polycrystalline silicon ingot. (For example, refer to Patent Document 1). These are all arranged in a vacuum vessel (not shown).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-247783

しかしながら、上述した従来の半導体インゴットの製造装置において、図4に示す方法では、排液口を塞ぐシリコン原料5を溶融させて鋳型にシリコン融液を供給するため、坩堝内のシリコン融液には必要以上に熱を加えてシリコン原料5を溶かす必要があるので、シリコン融液の供給までに融液温度が上昇してしまい、特に、所望の融液温度で供給することが難しかった。特に、シリコン融液の融液温度が高いと鋳型内に供給された後の凝固工程において凝固時間が超過することで生産性が低減する、また、凝固時間が超過することにより鋳型8内面に被覆した離型材9からFe等の不純物がシリコン融液10中に拡散しシリコンインゴットの結晶品質を低下させるといった問題が生じる。   However, in the conventional semiconductor ingot manufacturing apparatus described above, in the method shown in FIG. 4, the silicon raw material 5 that closes the drainage port is melted and the silicon melt is supplied to the mold. Since it is necessary to apply heat more than necessary to melt the silicon raw material 5, the melt temperature rises until the silicon melt is supplied, and it is particularly difficult to supply at the desired melt temperature. In particular, when the melt temperature of the silicon melt is high, productivity is reduced by the solidification time being exceeded in the solidification process after being supplied into the mold, and the inner surface of the mold 8 is coated by the solidification time being exceeded. There arises a problem that impurities such as Fe diffuse from the released release material 9 into the silicon melt 10 to deteriorate the crystal quality of the silicon ingot.

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体インゴットの製造装置の構造とその機構に起因し、シリコン融液の温度を必要以上に上昇した状態で、坩堝内のシリコン融液を鋳型内に供給されるといった問題点を解消した坩堝および半導体インゴットの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and due to the structure of the semiconductor ingot manufacturing apparatus and its mechanism, the silicon melt in the crucible is heated more than necessary. It is an object of the present invention to provide a crucible and a method for manufacturing a semiconductor ingot that solve the problem of supplying a liquid into a mold.

上記目的を達成するために、本発明の坩堝は、底部に半導体融液を排出する排液口を有し、該排液口を前記半導体融液と同成分の栓体により閉栓されてなる坩堝において、前記排液口は、前記栓体を破壊手段で破壊することによって開栓されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the crucible of the present invention has a drainage port for discharging the semiconductor melt at the bottom, and the drainage port is closed with a plug of the same component as the semiconductor melt. In the above, the drainage port is opened by destroying the plug with a breaking means.

また、前記栓体は、少なくとも2方向から加圧する閉栓手段により前記排液口に接合されて閉栓することを特徴とする。   Further, the plug body is connected to the drainage port by a plugging means that pressurizes in at least two directions and is plugged.

さらに、前記栓体は、前記閉栓手段の加圧力を高めることによって破壊されることを特徴とする。   Furthermore, the plug body is broken by increasing the pressure of the plug closing means.

そして、前記栓体は、冷却手段を用いて固体に保持されていることを特徴とする。   And the said plug is hold | maintained at the solid using the cooling means, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の半導体インゴットの製造方法は、本発明の坩堝に半導体原料を供給し、加熱溶融して半導体融液を形成する工程と、前記坩堝の下方に鋳型を配置する工程と、前記栓体を破壊して前記排液口を開栓することによって、前記半導体融液を前記排液口から前記鋳型に供給する工程と、を有してなる。   The method for producing a semiconductor ingot according to the present invention comprises a step of supplying a semiconductor raw material to the crucible of the present invention, heating and melting to form a semiconductor melt, a step of placing a mold below the crucible, and the plug body. Supplying the semiconductor melt from the drainage port to the mold by breaking and opening the drainage port.

本発明の坩堝は、底部に半導体融液を排出する排液口を有し、該排液口を前記半導体融液と同成分の栓体により閉栓されてなる坩堝において、前記排液口は、前記栓体を破壊手段で破壊することによって開栓されることで、タイミングよく鋳型内に半導体融液を供給することができるため、必要以上に半導体融液の融液温度を上昇させることなく、所望の融液温度で供給することが可能となる。また、栓体は粉砕された状態で半導体融液に溶融されるため、鋳型内で速く溶融するができる。   The crucible of the present invention has a drain port for discharging the semiconductor melt at the bottom, and the crucible formed by closing the drain port with a plug body having the same component as the semiconductor melt, the drain port is Since the semiconductor melt can be supplied into the mold in a timely manner by opening the plug by destroying the plug with a breaking means, without increasing the melt temperature of the semiconductor melt more than necessary, It becomes possible to supply at a desired melt temperature. Moreover, since the plug is melted into the semiconductor melt in a pulverized state, it can be melted quickly in the mold.

また、前記栓体は、少なくとも2方向から加圧する閉栓手段により前記排液口に接合されて閉栓するので、外側から容易に排液口を閉栓することができる。   Further, since the plug is joined to the drainage port by a plugging means that pressurizes in at least two directions, the drainage port can be easily plugged from the outside.

さらに、前記栓体は、前記閉栓手段の加圧力を高めることによって破壊されることから、別途、破壊手段を設ける必要がなく、半導体インゴットの生産コストを低減させることができる。   Furthermore, since the plug body is broken by increasing the pressure applied by the plug closing means, it is not necessary to provide a separate break means, and the production cost of the semiconductor ingot can be reduced.

そして、前記栓体は、冷却手段を用いて固体に保持されていることによって、半導体融液の融液温度を高くしても、栓体が溶け出して、半導体融液が漏れ出すといった問題を抑制することができる。   The plug is held in a solid state using a cooling means, so that the plug melts and the semiconductor melt leaks even if the melt temperature of the semiconductor melt is increased. Can be suppressed.

本発明の半導体インゴットの製造方法は、本発明の坩堝に半導体原料を供給し、加熱溶融して半導体融液を形成する工程と、前記坩堝の下方に鋳型を配置する工程と、前記栓体を破壊して前記排液口を開栓することによって、前記半導体融液を前記排液口から前記鋳型に供給する工程と、を有しているので、坩堝内で溶融した半導体融液の融液温度を必要以上に上昇させることなく鋳型内に供給できる。よって、従来に比べ半導体融液の融液温度を低くして鋳型内に供給することが可能であるため、凝固工程において凝固時間を短縮することができ、鋳型8内面に被覆した離型材9からFe等の不純物がシリコン融液中に拡散するのを抑えることができ、生産性の低減や半導体インゴットの結晶品質の低下を防止することができる。   The method for producing a semiconductor ingot according to the present invention comprises a step of supplying a semiconductor raw material to the crucible of the present invention, heating and melting to form a semiconductor melt, a step of placing a mold below the crucible, and the plug body. Supplying the semiconductor melt to the mold from the drainage port by breaking and opening the drainage port, so that the melt of the semiconductor melt melted in the crucible The temperature can be supplied into the mold without increasing the temperature more than necessary. Therefore, since the melt temperature of the semiconductor melt can be lowered and supplied into the mold as compared with the conventional case, the solidification time can be shortened in the solidification step, and the mold release material 9 coated on the inner surface of the mold 8 can be used. Impurities such as Fe can be prevented from diffusing into the silicon melt, and the productivity and the crystal quality of the semiconductor ingot can be prevented from being lowered.

以下、各請求項にかかる発明を添付図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, the invention according to each claim will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の坩堝を用いた半導体インゴットの製造装置の断面模式図であり、1は坩堝、1aは溶融坩堝、1bは保持坩堝、2は栓体、3はシリコン原料(半導体原料)、4は排液口、6は上部加熱手段、7は側部加熱手段、8は鋳型、9は離型材、10はシリコン融液(半導体融液)、11は閉栓手段を示す。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor ingot manufacturing apparatus using a crucible of the present invention, wherein 1 is a crucible, 1a is a melting crucible, 1b is a holding crucible, 2 is a plug, 3 is a silicon raw material (semiconductor raw material) Reference numeral 4 denotes a drain port, 6 denotes an upper heating means, 7 denotes a side heating means, 8 denotes a mold, 9 denotes a mold release material, 10 denotes a silicon melt (semiconductor melt), and 11 denotes a closing means.

図1に示すように、坩堝1は溶融坩堝1aと保持坩堝1bからなり、溶融坩堝1aは、内部に収めたシリコン原料3を加熱手段(上部加熱手段6、側部加熱手段7)により加熱溶融してシリコン融液を形成するものであり、溶融坩堝1aの底部には形成したシリコン融液を排出する排液口4が設けられ、シリコン融液は、下方に設けられた鋳型8に供給され、冷却・凝固されて多結晶のシリコンインゴットが得られる。なお、得られたシリコンインゴットは、例えば太陽電池用多結晶シリコン基板材料などに用いられる。   As shown in FIG. 1, the crucible 1 is composed of a melting crucible 1a and a holding crucible 1b, and the melting crucible 1a heats and melts the silicon raw material 3 contained therein by heating means (upper heating means 6 and side heating means 7). A silicon melt is formed, and a drainage port 4 for discharging the formed silicon melt is provided at the bottom of the melting crucible 1a, and the silicon melt is supplied to a mold 8 provided below. Then, it is cooled and solidified to obtain a polycrystalline silicon ingot. The obtained silicon ingot is used for, for example, a polycrystalline silicon substrate material for solar cells.

溶融坩堝1aは投入されたシリコン原料3を溶融するものであり、耐熱強度と半導体材料中に不純物が拡散しないことを考慮して通常、高純度の石英等が用いられるが、シリコン原料3の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解等を生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度であれば特に限定されない。溶融坩堝1aの寸法は、一度に溶融する溶融量に応じたシリコン原料3を内包できる寸法である必要がある。シリコン原料3の溶融量は、例えば、1kgから250kgの範囲である。また、溶融坩堝1aは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイトなどからなる保持坩堝1bで保持される。   The melting crucible 1a melts the charged silicon raw material 3, and high-purity quartz or the like is usually used in consideration of the heat resistance strength and the fact that impurities do not diffuse into the semiconductor material. There is no particular limitation as long as the purity is such that melting, evaporation, softening, deformation, decomposition, and the like do not easily occur at a temperature higher than the temperature and do not deteriorate the solar cell characteristics. The size of the melting crucible 1a needs to be a size that can contain the silicon raw material 3 according to the melting amount to be melted at one time. The melting amount of the silicon raw material 3 is, for example, in the range of 1 kg to 250 kg. Further, since the melting crucible 1a is softened at a high temperature and cannot keep its shape, it is held by a holding crucible 1b made of graphite or the like.

坩堝1の底部には、排液口4が設けられ、溶融したシリコン原料3を下方に設置した鋳型8の内部に供給できるようになっている。そして、この排液口4にはノズル(不図示)を垂下させて設けてもよい。ノズルは、例えば、石英などからなり、全体を筒状として溶融坩堝1aと一体に形成される。なお、溶融坩堝1aとは、別体に形成して、溶融坩堝1aの底部に取り付けるようにしてもよい。このノズルは、排出されたシリコン融液の飛散を抑えるためのものであり、保持坩堝1bにぶつからない範囲で、熱によりノズルの形状が変化しない程度の強度を持たせるために、肉厚を厚くすることが望ましい。また、ノズルの先端の開口部はシリコン融液が円滑に排出できる程度の大きさを有し、排液口4から排出したシリコン融液の落下の方向を妨げない形状とすることが望ましい。なお、ノズルを設けた場合においては、ノズルを排液口4とみなすものとする。   A drain port 4 is provided at the bottom of the crucible 1 so that the molten silicon raw material 3 can be supplied into the mold 8 installed below. Further, a nozzle (not shown) may be provided in the drain port 4 so as to hang down. The nozzle is made of, for example, quartz, and is formed integrally with the melting crucible 1a in a cylindrical shape as a whole. The melting crucible 1a may be formed separately and attached to the bottom of the melting crucible 1a. This nozzle is for suppressing scattering of the discharged silicon melt, and is thick in order not to change the shape of the nozzle due to heat within a range where it does not hit the holding crucible 1b. It is desirable to do. Further, it is desirable that the opening at the tip of the nozzle has such a size that the silicon melt can be smoothly discharged and does not obstruct the direction of dropping of the silicon melt discharged from the drain port 4. In the case where a nozzle is provided, the nozzle is regarded as the drain port 4.

なお、シリコン融液の排出初期においては、排液口4を通過する融液は水位に依存する圧力によって押し出されるが、排出後期には水位による圧力がほとんどなくなるために、自重による落下で排液口4から流れ出るようになる。したがって、無駄なく排出させるためには坩堝1の底部はある一定以上の傾斜が必要である。また、坩堝1の本体の形状は特に限定されるものではない。   In the initial stage of discharging the silicon melt, the melt passing through the drainage port 4 is pushed out by the pressure depending on the water level. It begins to flow out of the mouth 4. Therefore, in order to discharge without waste, the bottom of the crucible 1 needs to have a certain inclination or more. Moreover, the shape of the main body of the crucible 1 is not specifically limited.

そして、排液口4を半導体融液と同成分の栓体2により閉栓している。栓体2は坩堝内の半導体融液と同成分で構成する、つまりシリコン融液であるならば、同程度の純度をもつシリコンとすることで、鋳型内に落下してもシリコン原料として溶融させることができるので、シリコンインゴットの不純物になる心配もない。また、栓体2は坩堝の内側に設けて排液口4を閉栓してもよく、また外側に設けて排液口4を閉栓しても構わない。   The drainage port 4 is closed by a plug 2 having the same component as the semiconductor melt. The plug 2 is composed of the same component as the semiconductor melt in the crucible, that is, if it is a silicon melt, it is made of silicon having the same degree of purity, so that it can be melted as a silicon raw material even if it falls into the mold. Because it can, there is no worry of becoming an impurity of the silicon ingot. Further, the plug body 2 may be provided inside the crucible to close the drainage port 4, or may be provided outside to close the drainage port 4.

栓体2の形状は、排液口4を密閉できる形状であれば特には限定されないが例えば、六面体や円柱の板状や、球状であっても構わない。   The shape of the plug 2 is not particularly limited as long as the drainage port 4 can be sealed. For example, the plug 2 may be a hexahedron, a cylindrical plate, or a sphere.

坩堝1の上部と側部にはそれぞれ加熱手段である、上部加熱手段6、側部加熱手段7が配置され、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどを用いることができる。これらの加熱手段によって、溶融坩堝1aの内部に収めたシリコン原料3を加熱溶融してシリコン融液を形成することができる。   An upper heating means 6 and a side heating means 7, which are heating means, are respectively arranged on the upper part and the side part of the crucible 1. For example, a resistance heating type heater or an induction heating type coil can be used. By these heating means, the silicon raw material 3 housed in the melting crucible 1a can be heated and melted to form a silicon melt.

坩堝1の下方に設けられた鋳型8は、上部に開口部を備え、その内部にシリコン融液10を保持・凝固させることができるようになっている。この鋳型8は黒鉛、石英などが用いられる。   The mold 8 provided below the crucible 1 has an opening in the upper part, and the silicon melt 10 can be held and solidified therein. The mold 8 is made of graphite, quartz or the like.

鋳型8の内表面には、離型材9が設けられている。このような離型材9によって、鋳型8の内部のシリコン融液10を凝固した後に鋳型8の内壁とシリコンインゴットとが融着することがなく取り出すことができる。このような離型材9の材質としては、例えば、炭化珪素、酸化珪素、窒化珪素などから形成される。   A mold release material 9 is provided on the inner surface of the mold 8. With such a release material 9, after the silicon melt 10 inside the mold 8 is solidified, the inner wall of the mold 8 and the silicon ingot can be taken out without being fused. As a material of such a release material 9, for example, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride or the like is used.

本発明にかかる坩堝は、底部に半導体融液を排出する排液口を有し、該排液口を前記半導体融液と同成分の栓体により閉栓されてなる坩堝において、前記排液口は、前記栓体を破壊手段で破壊することによって開栓される。このように、栓体2を破壊手段12で破壊することによって開栓されることで、タイミングよく鋳型内に半導体融液を供給することができるため、必要以上に半導体融液の融液温度を上昇させることなく、所望の融液温度で供給することが可能となる。また、栓体は粉砕された状態で半導体融液に溶融されるため、栓体が鋳型内に落下した際、鋳型にかかる衝撃を緩和することができ、さらに、粉砕されているためシリコン融液中により速く溶融される。   The crucible according to the present invention has a drainage port for discharging the semiconductor melt at the bottom, and the crucible is formed by closing the drainage port with a plug of the same component as the semiconductor melt. The plug is opened by destroying it with a breaking means. Thus, since the semiconductor melt can be supplied into the mold in a timely manner by opening the plug 2 by destroying the plug body 2 with the destruction means 12, the melt temperature of the semiconductor melt is increased more than necessary. It is possible to supply at a desired melt temperature without increasing. Further, since the plug body is melted into the semiconductor melt in a pulverized state, when the plug body falls into the mold, the impact applied to the mold can be mitigated. It melts faster inside.

破壊手段12は、栓体2に衝撃を与えて破壊する機構であれば問題なく、例えば、図1に示されるように、坩堝の内側に栓体2が設けられている場合には、半導体融液と同成分の棒を用意して、坩堝の上方から半導体融液に挿入して栓体を叩き割ればよい。なお、半導体融液と同成分の棒とは、半導体融液がシリコン融液の場合、シリコンやシリカ等のシリコン化合物を用いればよい。また、半導体融液の不純物とならないものであれば、半導体融液と同成分でなくても構わない。   The breaking means 12 is not a problem as long as it is a mechanism that gives an impact to the plug body 2 and breaks it. For example, when the plug body 2 is provided inside the crucible as shown in FIG. A rod having the same component as the liquid is prepared, inserted into the semiconductor melt from above the crucible, and the plug is hit. In addition, when the semiconductor melt is a silicon melt, a silicon compound such as silicon or silica may be used for the rod having the same component as the semiconductor melt. Moreover, as long as it does not become an impurity of a semiconductor melt, it does not need to be the same component as a semiconductor melt.

また、栓体2が坩堝の外側に設けられる場合には、図2に示すように栓体2は少なくとも左右2方向から加圧する閉栓手段11により排液口4に接合されて閉栓したほうが好ましい。閉栓手段11が鉛直方向に駆動できるようにすることで、排液口4と栓体2を接合し、容易に排液口を閉栓することができる。外側から栓体2を用いて閉栓することによって、坩堝1内のシリコン原料3が完全にシリコン融液となる前に僅かにシリコン融液が鋳型内に漏れ出してして冷えて固まってしまいシリコンインゴットの歩留りを落とすといった問題を抑制することができる。また、坩堝1の外側に栓体2を設けていることで、従来に比べて側部加熱手段7の制御が容易となる。閉栓手段11の動力は油圧やエアーなどを利用することができる。閉栓手段11に用いられる材質としては、例えば、グラファイトやSUS等の耐熱性の部材であれば構わない。   In the case where the plug body 2 is provided outside the crucible, it is preferable that the plug body 2 is joined and closed to the drainage port 4 by the plugging means 11 that pressurizes from at least two directions, as shown in FIG. By allowing the closing means 11 to be driven in the vertical direction, the drainage port 4 and the plug body 2 can be joined and the drainage port can be easily closed. By closing the plug 2 from the outside, the silicon raw material 3 in the crucible 1 leaks into the mold slightly before the silicon raw material 3 completely becomes a silicon melt, and is cooled and solidified. The problem of reducing the yield of ingots can be suppressed. Moreover, by providing the plug body 2 outside the crucible 1, the side heating means 7 can be controlled more easily than in the prior art. Hydraulic power or air can be used as the power of the closing means 11. The material used for the closing means 11 may be any heat-resistant member such as graphite or SUS, for example.

また、坩堝1の外側に栓体2が設けられている場合には、図3に示されるように剛性部材からなるハンマーを用いて栓体2の端面領域を叩き割ってもよいが、閉栓手段11の加圧力を高めることによって栓体2を破壊したほうが好ましい。栓体2を保持するためにかけている水平方向の圧力を増大させることによって容易に栓体2を破壊することができるため、別途、破壊手段を設ける必要がなく、シリコンインゴットの生産コストを低減させることができ、栓体2は粉砕されて鋳型内に落下するためシリコン融液中により速く溶融される。   When the plug body 2 is provided outside the crucible 1, the end face region of the plug body 2 may be hit using a hammer made of a rigid member as shown in FIG. It is preferable to break the plug body 2 by increasing the pressure of 11. Since the plug body 2 can be easily broken by increasing the horizontal pressure applied to hold the plug body 2, it is not necessary to provide a separate breaking means, and the production cost of the silicon ingot is reduced. Since the plug body 2 is crushed and dropped into the mold, it is melted faster in the silicon melt.

さらに、栓体2は冷却手段を用いて固体に保持されるようにしたほうが好ましい。半導体融液の融液温度を高くして鋳型内に供給したい場合においては、栓体2が溶け出して、半導体融液が漏れ出すといった問題を抑制することができる。冷却手段は、栓体2が坩堝の内側に設けられている場合は、排液口付近に向けて不活性ガスを吹付けることによって、栓体を冷却することができ、また外側に栓体が設けられている場合は、閉栓手段11の内部に水あるいはガスを循環させる等の構造を設けることにより栓体2は冷却されるため、別途冷却手段を設ける必要がなく、シリコンインゴットの生産コストを低減させることができる。   Furthermore, it is preferable that the plug body 2 be held in a solid state using a cooling means. When it is desired to increase the melt temperature of the semiconductor melt and supply it into the mold, it is possible to suppress the problem that the plug 2 is melted and the semiconductor melt leaks. When the plug body 2 is provided inside the crucible, the cooling means can cool the plug body by blowing an inert gas toward the vicinity of the drainage port, and the plug body can be provided outside. If it is provided, the plug body 2 is cooled by providing a structure such as circulating water or gas inside the plug-closing means 11, so that it is not necessary to provide a separate cooling means, and the production cost of the silicon ingot is reduced. Can be reduced.

本発明の坩堝に半導体原料を供給し、加熱溶融して半導体融液を形成する工程と、前記坩堝の下方に鋳型を配置する工程と、前記栓体を破壊して前記排液口を開栓することによって、前記半導体融液を前記排液口から前記鋳型に供給する工程によって、タイミングよくシリコン融液を鋳型内に供給することが可能となり、従来のようにシリコン融液を鋳型内に供給する際、必要以上に熱を加える必要がないため所望の融液温度で鋳型内に供給することが可能となる。よって、従来に比べシリコン融液の融液温度を低くして鋳型内に供給することができるため鋳型内に供給された後の凝固工程において凝固時間が超過することで生産性が低減する、また、凝固時間が超過することにより鋳型8内面に被覆した離型材9からFe等の不純物がシリコン融液10中に拡散しシリコンインゴットの結晶品質を低下させるといった問題を防止することができる。   Supplying a semiconductor raw material to the crucible of the present invention, heating and melting to form a semiconductor melt, disposing a mold below the crucible, breaking the plug and opening the drainage port As a result, the step of supplying the semiconductor melt from the drain port to the mold makes it possible to supply the silicon melt into the mold in a timely manner, and supply the silicon melt into the mold as in the past. In this case, since it is not necessary to apply heat more than necessary, it can be supplied into the mold at a desired melt temperature. Therefore, since the melt temperature of the silicon melt can be lowered and supplied into the mold as compared with the conventional case, the productivity is reduced because the solidification time is exceeded in the solidification process after being supplied into the mold. Further, it is possible to prevent a problem that impurities such as Fe are diffused into the silicon melt 10 from the release material 9 coated on the inner surface of the mold 8 due to the excessive solidification time and the crystal quality of the silicon ingot is deteriorated.

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。   It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、栓体2に二酸化珪素を用いても構わない。二酸化珪素を用いるとシリコン融液中の酸素濃度が上昇するが、酸素は融液中からSiOガスとして融液中から抜け出るため、シリコンインゴットの不純物になる心配もなく、また、二酸化珪素はシリコンに比べ融点が高いため、溶融坩堝内のシリコン融液の温度を高く維持したい場合にとても有効である。また、栓体2にシリコンを用い、シリコンの排液口側に酸化膜を設けることで、シリコン融液中の酸素濃度を抑えることも可能である。   For example, silicon dioxide may be used for the plug 2. When silicon dioxide is used, the oxygen concentration in the silicon melt increases, but oxygen escapes from the melt as SiO gas from the melt, so there is no concern of becoming an impurity of the silicon ingot. Since the melting point is higher than that, it is very effective for maintaining a high temperature of the silicon melt in the melting crucible. Moreover, it is also possible to suppress the oxygen concentration in the silicon melt by using silicon for the plug 2 and providing an oxide film on the silicon drain port side.

また、排液口付近に熱電対等の温度測定手段を設けることより、排液口付近の温度をモニターしてシリコン原料が完全に溶融したことを検知し、栓体を破壊しても構わない。   Further, by providing a temperature measuring means such as a thermocouple in the vicinity of the drainage port, the temperature in the vicinity of the drainage port may be monitored to detect that the silicon raw material has completely melted, and the plug body may be destroyed.

本発明の半導体インゴットの製造方法に用いる装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor ingot of this invention. 本発明の半導体インゴットの製造方法に用いる装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor ingot of this invention. 本発明の破壊手段の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the destruction means of this invention. 従来の半導体インゴットの製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the conventional semiconductor ingot.

符号の説明Explanation of symbols

1:坩堝
1a:溶融坩堝
1b:保持坩堝
2:栓体
3:半導体原料(シリコン原料)
4:排液口
5:排液口を塞ぐシリコン原料
6:上部加熱手段
7:側部加熱手段
8:鋳型
9:離型材
10:半導体融液(シリコン融液)
11:閉栓手段
12:破壊手段
1: crucible 1a: melting crucible 1b: holding crucible 2: plug body 3: semiconductor raw material (silicon raw material)
4: Drain port 5: Silicon raw material that closes the drain port 6: Upper heating means 7: Side heating means 8: Mold 9: Release material 10: Semiconductor melt (silicon melt)
11: Closing means 12: Destruction means

Claims (5)

底部に半導体融液を排出する排液口を有し、該排液口を前記半導体融液と同成分の栓体により閉栓されてなる坩堝において、
前記排液口は、前記栓体を破壊手段で破壊することによって開栓されることを特徴とする坩堝。
In the crucible having a drainage port for discharging the semiconductor melt at the bottom, and closing the drainage port with a plug of the same component as the semiconductor melt,
The crucible characterized in that the drainage port is opened by destroying the plug with a breaking means.
前記栓体は、少なくとも2方向から加圧する閉栓手段により前記排液口に接合されて閉栓することを特徴とする請求項1に記載の坩堝。 2. The crucible according to claim 1, wherein the plug body is joined to the drainage port by a plugging means that pressurizes in at least two directions. 前記栓体は、前記閉栓手段の加圧力を高めることによって破壊されることを特徴とする請求項2に記載の坩堝。 The crucible according to claim 2, wherein the plug is broken by increasing the pressure applied by the plug-closing means. 前記栓体は、冷却手段を用いて固体に保持されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の坩堝。 The crucible according to any one of claims 1 to 3, wherein the plug is held in a solid state using a cooling means. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の坩堝に半導体原料を供給し、加熱溶融して半導体融液を形成する工程と、
前記坩堝の下方に鋳型を配置する工程と、
前記栓体を破壊して前記排液口を開栓することによって、前記半導体融液を前記排液口から前記鋳型に供給する工程と、を有してなる半導体インゴットの製造方法。
Supplying a semiconductor raw material to the crucible according to any one of claims 1 to 4 and heating and melting it to form a semiconductor melt;
Placing a mold below the crucible;
Supplying the semiconductor melt from the drainage port to the mold by breaking the plug and opening the drainage port.
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