JP2587932B2 - シリコンリボンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は太陽電池用シリコン基板等の素材であるシリ
コンリボンを製造するための新規な方法に関するもので
ある。

《従来の技術》 この種シリコンリボンの製造方法としては、既知の如
くCZ法（チョクラルスキー）、FZ法（フローティングゾ
ーン法）、キャスティング法、ウエブ法、EFG法（edge
−defined film−fed growth）などがある。

ところが、CZ法やFZ法によるときは、電気的特性につ
き信頼性の高いものが得られる利点があるものの、シリ
コンリボンの成長速度が遅いので生産効率が低く、かつ
カッティングすることによる材料の損失が多いなどの難
点がある。

また前掲キャスティング法にあっては、材料の損失を
伴い、坩堝が破損し易い点については、適切なる離型材
の使用によって改善されつつあるものの、製造工程にお
いて不純物による汚染が生ずることから、電気的特性も
低下してしまい、品質の点で満足すべき結果が得られな
い欠陥がある。

さらにウエブ法の場合には、シリコンリボンの成長速
度が遅いだけでなく、当該成長についての制御にも高度
な熟練が要求され、EFG法にしても製造に用いられるダ
イからの不純物汚染があるため望ましい電気的特性が得
難い等の欠点をもっている。

《発明が解決しようとする問題点》 本発明は上記従来法がもつ各種の難点に鑑み検討され
たもので、石英製坩堝内の溶融シリコンを、当該溶融シ
リコン上に浮かせた石英製浮かせ蓋のスリットから引き
出すと共に、当該スリットの直上近傍における引上げ中
の溶融シリコン自体を、気体によって直接冷却すること
により、生産性が良好で製造コストを低減でき、しかも
不純物による汚染もなく、このことによって電気的特性
も良好な製品を得ようとするのが、第１の目的である。

そして、さらに上記の石英製浮かせ蓋を用いること
で、溶融シリコンの液面が、前記冷却のための気体によ
り揺れ動くことを防止し、当該気体の吹きつけにも拘ら
ず均一厚さと巾のシリコンリボンを引き上げ可能にしよ
うとするのが、第２の目的である。

また、本発明の方法では、石英製坩堝内の溶融シリコ
ンにつき、これが消費されても、その液面の高さが常に
一定に保たれるようにし、これにより、不活性ガス炉内
の加熱源と当該液面との位置関係を一定に維持するよう
にして、結晶する融液温度を不変とし、かつ、上記の吹
き付ける気体と液面との距離をも不変として冷却効果の
変動を回避し、これにより、均一な結晶成長を実現しよ
うとするのが、第３の目的である。

《問題点を解決するための手段》 本発明は上記の諸目的を達成するために、不活性ガス
炉に内装の石英製坩堝内にあって、加熱源による加熱に
よって得られた溶融シリコンの液面に、スリットを開設
した石英製浮かせ蓋を浮上させておき、当該スリットか
ら挿入した種結晶付の初期引き上げ用リボンを炉外まで
引き上げて、種結晶に付着した溶融シリコンによるシリ
コンリボンを連続的に引出するに際し、当該溶融シリコ
ンの液面の高さを一定に保持しながら、上記スリットの
直上近傍における引き上げ中の溶融シリコンに、冷却用
の不活性ガスを吹きつけるようにしたことを特徴とする
シリコンリボンの製造方法を提供しようとするものであ
る。

《実 施 例》 本発明を図面によって詳記すれば、本発明の実施に際
し第１図に示す如き製造装置を用いることができ、当該
図示例では、アルゴンガス等の不活性ガス炉１にあっ
て、その断熱材２によって画成された内部に、石英製坩
堝３を配設するが、図示例では当該坩堝３が、昇降装置
４の受承部4a上に載置され、この受承部4aの軸心から下
突した昇降杆4bが不活性ガス炉１の底部を貫通して炉外
設置の昇降作動部4cに連結されていることで、当該昇降
装置４が構成されている。

そこで、昇降作動部4cの稼動により、受承部4a、従っ
て石英製坩堝３が、所望速さにて上動可能となってお
り、図中５は高周波加熱装置等による加熱源で、これに
より、石英製坩堝３内に収納した原料シリコンを加熱し
て溶融シリコン６を得るようにしてある。

さらに本発明に係る方法を実施するため、上記の溶融
シリコン６の液面6aに第１図の如く石英製浮かせ蓋７を
浮上させるのであり、当該浮かせ蓋７には、その中央部
に、製造しようとするシリコンリボンの寸法に対応した
大きさのスリット８を第２図のように開口するのであ
り、さらに、浮上可能とするため第２図（ｂ）の如く空
洞7aを形成し、しかも、この空洞7aは真空状態とするこ
とにより、加熱に際してのガス膨張により破損しないよ
うにしておくのがよい。図中7bは当該石英製浮かせ蓋７
にあって、厚さ方向に貫設した、後述の補給用溶融シリ
コンを補給するのに利用し得る通口を示しており、第１
図にあって、９は上記通口7bから、石英製坩堝３内に溶
融シリコンを供給することのできる溶融シリコン供給装
置である。

さらに、当該製造装置にあっては、上記石英製浮かせ
蓋７の真上にあって、上記スリット８の近傍に冷却器10
を臨設することで、この冷却器10より不活性ガスＧを、
後に詳記する作用を発揮させるため、当該スリット８近
傍方向へ向けて吹出可能とするのである。

そして上記冷却器10として例示したものは、第３図と
第４図によって明示されている通り、上下方向に配設さ
れた不活性ガスＧの供給管部10aと、その下端から屈曲
して横方向へ延出させた平面Ｕ字状の吹出管10bとから
なり、当該吹出管10bには噴気孔10c、10c……を多数穿
設し、これから噴出される不活性ガスＧが、前記の如
く、スリット８の直上近傍に向けて吹き出させ得るよう
に、吹出管10bがスリット８を挟んで配装されている。

尚ここで、11は不活性ガス炉１の直上に配設したシリ
コンリボンの引上駆動部であり、当該実施例では一対の
駆動ローラ11a、11bによって構成されている。

そこで、上記の製造装置を用いて本発明に係る方法を
実施するには、石英製坩堝３内に原料シリコンを収納し
ておき、これを加熱源５によって加熱すれば、溶融シリ
コン６が得られ、その液面6aに予め配装してあった石英
製浮かせ蓋７が浮上することとなる。

ここで、別途用意したステンレス製等の初期引き上げ
用リボン12の下端チャック12aに連着した種結晶13を、
不活性ガス炉１の上部より下動させて、当該種結晶13が
スリット８から挿入されて前記溶融シリコン６の液面6a
に接触したならば、当該接触面を強制冷却するために、
冷却器10を稼動させ、噴気孔10c、10c……からの不活性
ガスＧを吹き付けるのであるが、この際溶融シリコン６
の温度はシリコンの融点よりも５℃程度高温になるよう
ヒータ５をセットしておくのがよい。

この状態から前記の引上駆動部11を駆動して、駆動ロ
ーラ11a、11bを回転させ、これにより溶融シリコン６が
上記不活性ガスＧにより冷却固化されて形成されたシリ
コンリボンＳを、不活性ガス炉１外まで引き上げる。

この場合、上記した溶融シリコン温度、駆動ローラ11
a、11bによる引き上げ速度、冷却用である不活性ガスの
流量を変化させることで、製造すべきシリコンリボンＳ
の厚さを調整することができる。

さて、上記のようにして石英製坩堝３内の溶融シリコ
ン６が消費されることとなるが本発明では当該消費に伴
い低下しようとする溶融シリコン６の液面6aを一定の高
さに保持させるのである。

そこで液面6aの一定保持手段としては、種々の方策が
考えられるが、図示例では昇降装置４を稼動させると共
に、前記昇降装置４の昇降作動不4cにより昇降杆4b、受
承部4aを上昇させ、これにより石英製坩堝３を上動させ
ることで、溶融シリコン６の液面6aの高さが、当該溶融
シリコン６の消費にも拘らず、低下せずに一定に保たれ
るようにしている。

上記以外の液面保持手段としては、第１図に示す如く
不活性ガス炉１内の溶融シリコン供給装置９から石英製
浮かせ蓋７の通口7bを介して溶融シリコン６を、消費さ
れて行く溶融シリコンの量に見合うように石英製坩堝３
内に補給してもよい。

本発明にあっては、このように溶融シリコン６の液面
6aを一定に保持することで、液面６と加熱源５との相対
的位置関係が、常に不変状態に維持されることから、液
面6aの不活性ガス炉１内における温度分布特性に基づく
温度変化が生じなくなり、しかも、冷却器10の噴気孔10
c、10c……と当該液面6aとの距離が変化することによる
冷却効果の変動に基づく温度変化もなく、これによって
シリコンリボンＳの厚さ、巾が一定に保持され、均一製
品の生産が可能となる。

《発明の効果》 本発明によるときは、リボン状に形成されることで、
原料シリコンに無駄が生ぜず、固体と液体との界面近傍
が不活性ガスによって直接冷却されるから、シリコンリ
ボンの引き上げ速度を可成り増速することができて生産
効率も改善され、さらにEFG法のようにカーボン製のダ
イを使用しないことから、不純物による汚染を少なくで
き、原料シリコンの供給装置および製品であるシリコン
リボンのカセットをするためのレーザーカッタ等を付加
してやることで、理論上は連続して無限に製造していく
ことも可能となる。

しかも、本発明では溶融シリコン６の液面6a上に石英
製浮かせ蓋７を浮上させるようにしたから、前記の冷却
器10から引き上げ中の溶融シリコンに吹き付けられる不
活性ガスが、当該液面6aの全面にわたり吹きかかり、こ
れにより液面6aが不規則に揺れ動き、この結果均一厚さ
及び巾のシリコンリボンを引き上げることができなくな
ってしまうといったこともない。

さらに、本発明にあってはシリコンリボンとして溶融
シリコンが消費されていっても、その液面は常に一定の
高さに保たれるようにしたから、加熱源との離間距離が
不変となって、結晶する溶液温度が一定化され、かつ、
当該液面と不活性ガスの噴気位置との距離も一定となる
から、均一なシリコンリボンを生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシリコンリボンの製造方法を実施
するのに用い得る製造装置の縦断正面説明図、第２図
（ａ）（ｂ）は夫々同上装置の石英製浮かせ蓋を示す平
面図と縦断正面図、第３図は同装置の石英製坩堝近傍箇
所を示す斜視図、第４図（ａ）（ｂ）は同装置の冷却器
を示した夫々斜視図と縦断正面図である。 １……不活性ガス炉 ３……石英製坩堝 ５……加熱源 ６……溶融シリコン 6a……液面 ７……石英製浮かせ蓋 ８……スリット 12……初期引き上げ用リボン 13……種結晶 Ｇ……冷却用の不活性ガス

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不活性ガス炉に内装の石英製坩堝内にあっ
   て、加熱源による加熱によって得られた溶融シリコンの
   液面に、スリットを開設した石英製浮かせ蓋を浮上させ
   ておき、当該スリットから挿入した種結晶付の初期引き
   上げ用リボンを炉外まで引き上げて、種結晶に付着した
   溶融シリコンによるシリコンリボンを連続的に引出する
   に際し、当該溶融シリコンの液面の高さを一定に保持し
   ながら、上記スリットの直上近傍における引き上げ中の
   溶融シリコンに、冷却用の不活性ガスを吹きつけるよう
   にしたことを特徴とするシリコンリボンの製造方法。
2. 【請求項２】溶融シリコンの液面を一定に保持するた
   め、石英製坩堝を、溶融シリコンの消費量に追随させて
   上動させるようにした特許請求の範囲第１項記載のシリ
   コンリボンの製造方法。
3. 【請求項３】溶融シリコンの液面を一定に保持するため
   石英製坩堝内に、溶融シリコンの消費量に追随させて、
   所要の溶融シリコンを注入するようにした特許請求の範
   囲第１項記載のシリコンリボンの製造方法。