JP6590145B2 - Silicon ingot, method for producing the same, and seed crystal - Google Patents

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Description

本発明は、多結晶型シリコン太陽電池などに用いられるシリコンインゴット及びその製造方法並びに種結晶に関する。   The present invention relates to a silicon ingot used for a polycrystalline silicon solar cell and the like, a method for producing the same, and a seed crystal.

多結晶型シリコン太陽電池は、比較的高い変換効率を有し、大量生産が可能であり、しかも電池生産に必要な資源が豊富である。このため、多結晶型シリコン太陽電池は、各種太陽電池の中でも、大きなシェアを確保し続けている。   Polycrystalline silicon solar cells have relatively high conversion efficiency, can be mass-produced, and have abundant resources necessary for battery production. For this reason, polycrystalline silicon solar cells continue to secure a large share among various types of solar cells.

多結晶型シリコン太陽電池に用いられる多結晶シリコン材料は、一般的にキャスト成長法により製造される。キャスト成長法は、坩堝内に入れたシリコン融液を用いて、坩堝底面から一方向に向かってシリコンバルク多結晶インゴットを成長させる方法である。   A polycrystalline silicon material used for a polycrystalline silicon solar cell is generally manufactured by a cast growth method. The cast growth method is a method in which a silicon bulk polycrystalline ingot is grown in one direction from the bottom of the crucible using a silicon melt placed in the crucible.

近年、疑似単結晶シリコンが注目されている。疑似単結晶シリコンは、変換効率の向上が期待できるため、太陽電池用材料として有望視されてきている。   In recent years, quasi-single crystal silicon has attracted attention. Since pseudo-single crystal silicon can be expected to improve conversion efficiency, it has been regarded as a promising material for solar cells.

疑似単結晶シリコンを製造するために、キャスト成長法の一種としてモノライクキャスト法が開発されている。モノライクキャスト法は、坩堝底面に単結晶シリコンブロックを敷き、そこから粒結晶を一方向に成長させて疑似単結晶を形成する。   In order to produce pseudo single crystal silicon, a mono-like cast method has been developed as a kind of cast growth method. In the mono-like cast method, a single crystal silicon block is laid on the bottom of the crucible, and a grain crystal is grown in one direction from there to form a pseudo single crystal.

モノライクキャスト法では、図17に示すように、成長した結晶粒81の両側上部に方位がランダムな多結晶化部分80が生じることがある。図18は、シリコンインゴットを示す。シリコンインゴットの上部両側部に、方位がランダムな多結晶化部分が認められる。多結晶化部分は、シリコン融液から種結晶を使って疑似単結晶を育成する過程で、坩堝側壁に接する部分から種結晶とは別の方位の結晶粒が多数発生して、別の方位の結晶粒の占有部分が拡大したものである。   In the mono-like casting method, as shown in FIG. 17, a polycrystallized portion 80 having a random orientation may occur at the upper part on both sides of the grown crystal grain 81. FIG. 18 shows a silicon ingot. Polycrystalline parts with random orientations are observed on both sides of the upper part of the silicon ingot. The polycrystallized part is a process of growing a pseudo single crystal using a seed crystal from a silicon melt, and a large number of crystal grains with a different orientation from the seed crystal are generated from the part in contact with the crucible side wall. The portion occupied by the crystal grains is enlarged.

多結晶化の問題の克服のために、本願発明者らは、特許文献1に示されているように、種結晶を複合させて人工的な結晶粒界を形成し、この粒界を利用して多結晶領域の拡大を抑制する方法を考案した。   In order to overcome the problem of polycrystallization, the inventors of the present application formed an artificial crystal grain boundary by combining seed crystals as shown in Patent Document 1, and made use of this grain boundary. A method to suppress the expansion of the polycrystalline region was devised.

また、非特許文献1に示されるように、坩堝壁近傍に多結晶領域を形成させてシリコンインゴット中心部の品質を向上させることが提案されている。   Further, as shown in Non-Patent Document 1, it has been proposed to improve the quality of the center of the silicon ingot by forming a polycrystalline region near the crucible wall.

モノライクキャスト法は、更に以下の問題が残る。   The monolithic casting method still has the following problems.

図17に示すように、坩堝9を用いたキャスト法では、凝固時の体積膨張によって転位82が導入されやすい。複数の単結晶シリコンブロックを配列させた種結晶を用いて結晶成長をさせると、粒界から転位が発生してしまう。   As shown in FIG. 17, in the casting method using the crucible 9, dislocations 82 are easily introduced due to volume expansion during solidification. When crystal growth is performed using a seed crystal in which a plurality of single crystal silicon blocks are arranged, dislocation occurs from the grain boundary.

図17に示すように、坩堝9は、側面及び底面に離型材が塗布されて用いられる。坩堝9の側面及び底面に接触した部分から離型材由来の不純物85が結晶粒81に拡散する。不純物を有するシリコンインゴットを太陽電池に用いた場合、キャリア再結合速度が速くなる。図19に示すように、シリコンインゴットの外側部分の坩堝側壁近傍は不純物が存在するため、キャリアのライフタイムが短い低ライフタイム部となり、中央部分は不純物の拡散が少なくキャリアのライフタイムが長い高ライフタイム部となる。不純物の拡散が広く低ライフタイム部が大きいと、太陽電池材料として使用可能な高ライフタイム部の割合が少なくなり、シリコンインゴットの歩留まりも低下してしまう。   As shown in FIG. 17, the crucible 9 is used with a release material applied to the side surface and the bottom surface. Impurities 85 derived from the release material diffuse into the crystal grains 81 from the portions in contact with the side and bottom surfaces of the crucible 9. When a silicon ingot having impurities is used for a solar cell, the carrier recombination rate is increased. As shown in FIG. 19, since impurities exist in the vicinity of the crucible side wall of the outer portion of the silicon ingot, the carrier lifetime is short and the lifetime is short, and the central portion is low in impurity diffusion and has a long carrier lifetime. It becomes the life time part. If the diffusion of impurities is wide and the low lifetime part is large, the proportion of the high lifetime part that can be used as a solar cell material decreases, and the yield of silicon ingots also decreases.

特開2014−24716号公報JP 2014-24716 A

Advanced production technology of Si solar cells”, KL-03, 28/10/2013Advanced production technology of Si solar cells ”, KL-03, 28/10/2013

本願発明者は、更に鋭意探求を重ねて、高品質な疑似単結晶シリコンを成長させることができるシリコンインゴットの製造方法及び種結晶並びにシリコンインゴットを提供することを課題とする。   The inventor of the present application makes further researches to provide a silicon ingot manufacturing method, a seed crystal, and a silicon ingot capable of growing high-quality pseudo single crystal silicon.

本発明のシリコンインゴットの製造方法は、坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記転位発生境界と前記第1転位抑制境界をそれぞれ引き継いだ前記転位発生粒界と前記第1転位抑制粒界を形成して、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位を発生させるとともに、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とする。   In the method for producing a silicon ingot according to the present invention, a plurality of single-crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation-suppressing grain boundary that suppresses dislocation generation along with crystal growth can be formed. A first dislocation suppression boundary, and at least one dislocation generation boundary capable of forming a dislocation generation grain boundary that is located closer to the side wall than the first dislocation suppression boundary and can generate dislocations along with crystal growth. And arranging the plurality of single-crystal silicon blocks to form a seed crystal, arranging a silicon melt on the seed crystal, cooling the silicon melt, and crystal orientation of the seed crystal In succession, crystal grains are grown in one direction to form a silicon ingot, and the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary are formed in the silicon ingot, respectively. Forming the dislocation generation grain boundary and the first dislocation suppression grain boundary taken over, generating dislocations in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary, and the side wall with respect to the first dislocation suppression grain boundary And a growth step for suppressing generation of dislocations in crystal grains facing on the opposite side.

本発明のシリコンインゴットの製造方法は、坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記側壁側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する高転位単結晶シリコンブロックと、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記第1転位抑制境界を引き継いだ前記第1転位抑制粒界と前記高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで転位を発生させた高転位結晶粒とを形成して、前記第1転位抑制粒界に前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とする。   In the method for producing a silicon ingot according to the present invention, a plurality of single-crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation-suppressing grain boundary that suppresses dislocation generation along with crystal growth can be formed. A first dislocation suppression boundary and a dislocation density higher than that of the single crystal silicon block on the side opposite to the side wall side with respect to the first dislocation suppression boundary is located on the side of the sidewall relative to the first dislocation suppression boundary. A dislocation step of disposing a plurality of single crystal silicon blocks to form a seed crystal so as to have a high dislocation single crystal silicon block; and disposing a silicon melt on the seed crystal, Is cooled and inherits the crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and the first ingot in the silicon ingot Forming the first dislocation suppression grain boundary taking over the dislocation suppression boundary and the high dislocation crystal grain in which the dislocation is generated by taking over the high dislocation single crystal silicon block, and forming the side wall on the first dislocation suppression grain boundary. And a growth step for suppressing generation of dislocations in crystal grains facing on the opposite side.

本発明の種結晶は、シリコンの結晶粒を成長させてシリコンインゴットを製造するために用いられる種結晶であって、
前記種結晶は、前記結晶粒が成長する成長方向に対して垂直方向の端部から順に複数の単結晶シリコンブロックが配列されてなるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記端部側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有することを特徴とする。
The seed crystal of the present invention is a seed crystal used for producing a silicon ingot by growing silicon crystal grains,
The seed crystal includes a plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from an end in a direction perpendicular to a growth direction in which the crystal grains grow, and first dislocation suppression that suppresses dislocation generation along with crystal growth. It is possible to form at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a grain boundary and a dislocation generation grain boundary that is located closer to the end portion than the first dislocation suppression boundary and can generate a dislocation accompanying crystal growth. And at least one dislocation generation boundary.

本発明の種結晶は、シリコンの結晶粒を成長させてシリコンインゴットを製造するために用いられる種結晶であって、前記種結晶は、前記結晶粒が成長する成長方向に対して垂直方向の端部から順に複数の単結晶シリコンブロックが配列されてなるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記端部側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記端部側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する少なくとも一つの高転位単結晶シリコンブロックと、を有することを特徴とする。   The seed crystal of the present invention is a seed crystal used for producing a silicon ingot by growing silicon crystal grains, and the seed crystal is an end perpendicular to the growth direction in which the crystal grains grow. A plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from the first part, at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a first dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation with crystal growth, and the first dislocations At least one high dislocation single crystal silicon block located at the end side of the suppression boundary and having a dislocation density higher than that of the single crystal silicon block opposite to the end side with respect to the first dislocation suppression boundary It is characterized by having.

本発明のシリコンインゴットは、シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、前記シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、前記第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する転位発生粒界とを有するとともに、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位が発生されており、前記第1転位抑制粒界に対して前記端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ないことを特徴とする。   The silicon ingot according to the present invention is a silicon ingot composed of a plurality of crystal grains grown in one direction inheriting the crystal orientation of a silicon seed crystal, and the silicon ingot includes a first dislocation suppression grain boundary and the first With dislocation generation grain boundaries located on the end side in the direction perpendicular to the crystal grain growth direction from the dislocation suppression grain boundaries, dislocations are generated in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundaries, The number of dislocations occurring in crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end portion is less than the dislocations occurring in crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. Features.

本発明のシリコンインゴットは、シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、前記シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、前記第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する高転位結晶粒とを有するとともに、前記高転位結晶粒には転位が発生されており、前記第1転位抑制粒界に対して前記端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、前記高転位結晶粒に発生している転位よりも少ないことを特徴とする。   The silicon ingot according to the present invention is a silicon ingot composed of a plurality of crystal grains grown in one direction inheriting the crystal orientation of a silicon seed crystal, and the silicon ingot includes a first dislocation suppression grain boundary and the first A high dislocation crystal grain positioned on an end side in a direction perpendicular to the growth direction of the crystal grain from the dislocation suppression grain boundary, and a dislocation is generated in the high dislocation crystal grain, and the first dislocation It is characterized in that the number of dislocations occurring in the crystal grains facing the side opposite to the end portion with respect to the suppression grain boundary is less than the dislocations occurring in the high dislocation crystal grains.

本発明によれば上記構成を具備するため、高品質な疑似単結晶シリコンを成長させることができるシリコンインゴットの製造方法及び種結晶並びにシリコンインゴットを提供することができる。   According to the present invention, since the above-described configuration is provided, it is possible to provide a silicon ingot manufacturing method, a seed crystal, and a silicon ingot capable of growing high-quality pseudo single crystal silicon.

参考例1の種結晶の作成方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for producing a seed crystal of Reference Example 1. FIG. 参考例1のシリコンインゴットの切断面のエッチピット像を示す図である。It is a figure which shows the etch pit image of the cut surface of the silicon ingot of the reference example 1. FIG. 実施例1の種結晶の作成方法を示す図である。3 is a diagram showing a method for producing a seed crystal of Example 1. FIG. 実施例1のシリコンインゴットの切断面を示す写真である。2 is a photograph showing a cut surface of the silicon ingot of Example 1. FIG. 実施例1のシリコンインゴットの切断面のエッチピット像を示す図である。It is a figure which shows the etch pit image of the cut surface of the silicon ingot of Example 1. FIG. 結晶粒の転位領域の鉄濃度分布を示す図である。It is a figure which shows the iron concentration distribution of the dislocation area | region of a crystal grain. 実施例1のシリコンインゴットの説明図である。It is explanatory drawing of the silicon ingot of Example 1. FIG. 実施例1の種結晶に対して更に第3転位抑制境界を設けて作成したシリコンインゴットの説明図である。It is explanatory drawing of the silicon ingot produced by providing the 3rd dislocation suppression boundary further with respect to the seed crystal of Example 1. FIG. 実施例1の種結晶に高転位単結晶シリコンブロックを用いて作成したシリコンインゴットの説明図である。It is explanatory drawing of the silicon ingot produced using the high dislocation single crystal silicon block for the seed crystal of Example 1. 実施例1の種結晶の転位発生境界に代えて高転位単結晶シリコンブロックを配置した種結晶を用いて作成したシリコンインゴットの説明図である。It is explanatory drawing of the silicon ingot produced using the seed crystal which replaced with the dislocation generation | occurrence | production boundary of the seed crystal of Example 1, and has arrange | positioned the high dislocation single crystal silicon block. 実施例2の種結晶の作成方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for producing a seed crystal of Example 2. FIG. 図11のA−A矢視線方向に切断したシリコンインゴットの切断面の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the cut surface of the silicon ingot cut | disconnected in the AA arrow line direction of FIG. 種結晶部分をZ方向と直交する方向に切断したシリコンインゴットの切断面の断面写真である。It is the cross-sectional photograph of the cut surface of the silicon ingot which cut | disconnected the seed crystal part in the direction orthogonal to a Z direction. 図11のA−A矢視線方向に切断したシリコンインゴットの切断面の説明図である。It is explanatory drawing of the cut surface of the silicon ingot cut | disconnected in the AA arrow line direction of FIG. 種結晶部分をZ方向と直交する方向に切断したシリコンインゴットの切断面の説明図である。It is explanatory drawing of the cut surface of the silicon ingot which cut | disconnected the seed crystal part in the direction orthogonal to a Z direction. 実施例2の種結晶の転位発生境界に代えて高転位単結晶シリコンブロックを配置した種結晶を用いて作成したシリコンインゴットの説明図である。It is explanatory drawing of the silicon ingot produced using the seed crystal which has replaced the dislocation generation | occurrence | production boundary of the seed crystal of Example 2, and has arrange | positioned the high dislocation single crystal silicon block. 従来の問題点を説明するためのシリコンインゴットの断面図である。It is sectional drawing of the silicon ingot for demonstrating the conventional problem. 多結晶化したシリコンインゴットの断面写真である。It is a cross-sectional photograph of a polycrystallized silicon ingot. シリコンインゴットにおけるキャリアのライフタイムの分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the lifetime of the carrier in a silicon ingot.

本発明の実施形態に係るシリコンインゴットの製造方法及び種結晶並びにシリコンインゴットについて詳細に説明する。   A method for producing a silicon ingot, a seed crystal, and a silicon ingot according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

シリコンインゴットの製造方法は、坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記転位発生境界と前記第1転位抑制境界をそれぞれ引き継いだ前記転位発生粒界と前記第1転位抑制粒界を形成して、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位を発生させるとともに、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有する。   A method for producing a silicon ingot includes arranging a plurality of single crystal silicon blocks in order from a side wall on a crucible bottom, and forming at least one first dislocation-suppressing grain boundary that suppresses dislocation generation with crystal growth. A suppression boundary and at least one dislocation generation boundary capable of forming a dislocation generation grain boundary that is located on the side of the side wall from the first dislocation suppression boundary and can generate a dislocation accompanying crystal growth, An arrangement step of disposing a plurality of single crystal silicon blocks to form a seed crystal, disposing a silicon melt on the seed crystal, cooling the silicon melt, and inheriting the crystal orientation of the seed crystal A crystal grain is grown in one direction to form a silicon ingot, and the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary are respectively inherited in the silicon ingot. The dislocation generation grain boundary and the first dislocation suppression grain boundary are formed to generate dislocations in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary, and opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression grain boundary. And a growth step for suppressing generation of dislocations in crystal grains facing each other.

配置工程では、坩堝底に、側壁から順に、複数の単結晶シリコンブロックを配列させて種結晶を形成する。種結晶は、少なくとも一つの第1転位抑制境界と、第1転位抑制境界よりも側壁側に位置する少なくとも一つの転位発生境界と、を有する。   In the arranging step, a seed crystal is formed by arranging a plurality of single crystal silicon blocks on the crucible bottom in order from the side wall. The seed crystal has at least one first dislocation suppression boundary and at least one dislocation generation boundary located on the side of the side wall from the first dislocation suppression boundary.

第1転位抑制境界は、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る。転位発生境界は、結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る。   The first dislocation suppression boundary can form a first dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation as the crystal grows. The dislocation generation boundary can form a dislocation generation grain boundary that can generate dislocations as the crystal grows.

複数の単結晶シリコンブロックからなる種結晶について成長工程を行うと、単結晶シリコンブロックの位置及び方位を引き継いで、一方向に結晶粒が結晶成長する。転位発生境界及び第1転位抑制境界からは、それぞれの位置を引き継いだ転位発生粒界及び第1転位抑制粒界が形成される。「境界」とは、隣り合う単結晶シリコンブロック同士のつなぎ目をいい、「粒界」とは、隣り合う単結晶シリコンブロックから成長した結晶粒同士のつなぎ目をいう。   When a growth process is performed on a seed crystal composed of a plurality of single crystal silicon blocks, crystal grains grow in one direction, taking over the position and orientation of the single crystal silicon block. From the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary, a dislocation generation grain boundary and a first dislocation suppression grain boundary taking over the respective positions are formed. “Boundary” refers to a joint between adjacent single crystal silicon blocks, and “grain boundary” refers to a joint between crystal grains grown from adjacent single crystal silicon blocks.

第1転位抑制粒界は、隣合う結晶粒に転位が発生することを抑制する。転位発生粒界は、当該粒界に接する結晶粒に転位を生じさせる。転位発生粒界を挟んで隣合う結晶粒の転位は、第1転位抑制粒界を挟んで隣合う結晶粒の転位よりも多く発生している。転位発生粒界に接する結晶粒は、転位増殖の際に体積膨張等により生じる外部応力を緩和させ、当該結晶粒以外の結晶粒に加わる応力を低減し当該結晶粒以外の結晶粒での転位の発生を抑えることができる。また、転位の発生した結晶粒は、坩堝の側壁などから進入した不純物をトラップしやすい。このため、転位発生粒界を形成することで、転位の発生した結晶粒以外の結晶粒での転位の発生や不純物の拡散を抑制することができる。   The first dislocation suppression grain boundary suppresses the occurrence of dislocations in adjacent crystal grains. The dislocation generation grain boundary causes dislocations in crystal grains in contact with the grain boundary. More dislocations of adjacent crystal grains across the dislocation generation grain boundary occur than dislocations of adjacent crystal grains across the first dislocation suppression grain boundary. The crystal grains in contact with the dislocation generation grain boundary relieve external stress caused by volume expansion at the time of dislocation growth, reduce stress applied to crystal grains other than the crystal grains, and dislocations in crystal grains other than the crystal grains. Occurrence can be suppressed. In addition, the crystal grains in which dislocations are generated easily trap impurities entering from the side wall of the crucible. For this reason, by forming a dislocation generation grain boundary, it is possible to suppress the generation of dislocations and the diffusion of impurities in crystal grains other than the crystal grains where dislocations have occurred.

また、転位発生粒界は、第1転位抑制粒界よりも側壁側に位置する。転位発生粒界から生じた転位は、第1転位抑制粒界により、側壁側と反対側、即ち中央側に伝播することが抑制される。このため、第1転位抑制粒界よりも中央側の結晶粒に転位が発生することを抑制できる。   Moreover, the dislocation generation grain boundary is located on the side wall side from the first dislocation suppression grain boundary. The dislocation generated from the dislocation generation grain boundary is suppressed from propagating to the side opposite to the side wall side, that is, the center side by the first dislocation suppression grain boundary. For this reason, it can suppress that a dislocation | rearrangement generate | occur | produces in the crystal grain of the center side rather than a 1st dislocation suppression grain boundary.

また、転位が発生した結晶粒は、側壁から拡散した不純物をトラップすることができる。転位発生粒界の側壁側と反対側、即ち中央側には、第1転位抑制粒界が形成されているため、第1転位抑制粒界で、中央側に不純物が拡散することを抑制できる。ゆえに、シリコンインゴットの第1転位抑制粒界よりも中央側を切り出して太陽電池材料として用いることにより、キャリアのライフタイムが長い高ライフタイム部の領域が広くなり、シリコンインゴットの歩留まりが高くなる。   In addition, the crystal grains in which dislocations are generated can trap impurities diffused from the sidewall. Since the first dislocation suppression grain boundary is formed on the side opposite to the side wall side of the dislocation generation grain boundary, that is, the center side, it is possible to suppress the diffusion of impurities to the center side at the first dislocation suppression grain boundary. Therefore, by cutting out the center side from the first dislocation suppression grain boundary of the silicon ingot and using it as a solar cell material, the region of the high lifetime part having a long carrier lifetime is widened, and the yield of the silicon ingot is increased.

転位発生粒界は、第1転位抑制粒界よりも側壁側に位置する。このため、第1転位抑制粒界よりも側壁側に位置する転位発生粒界に対面する結晶粒は、第1転位抑制粒界に側壁と反対側で対面する結晶粒よりも、転位密度が大きくなる。このため、転位発生粒界に対面する結晶粒の転位密度は、第1転位抑制粒界に側壁と反対側で対面する結晶粒の転位密度よりも大きいことがよい。更に、転位発生粒界に対面する結晶粒の転位密度は、第1転位抑制粒界に側壁と反対側で対面する結晶粒の転位密度よりも10倍以上大きいことが好ましい。この場合には、転位増殖の際の体積膨張等により生じる外部応力を効果的に緩和させ、また、不純物を効果的にトラップすることができる。   The dislocation generation grain boundary is located on the side wall side from the first dislocation suppression grain boundary. For this reason, the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary located on the side wall side of the first dislocation suppression grain boundary have a dislocation density larger than the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the side wall. Become. For this reason, the dislocation density of the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary is preferably larger than the dislocation density of the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the side wall. Furthermore, the dislocation density of the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary is preferably 10 times or more larger than the dislocation density of the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the side wall. In this case, it is possible to effectively relieve external stress caused by volume expansion during dislocation growth and trap impurities effectively.

配置工程において、坩堝の側壁から順に、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。更に、配置工程において、坩堝底が四角形状をなし、4つの側壁について各側壁から順に、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。この場合には、坩堝の側壁に接するシリコンインゴットの端部に、転位発生境界を引き継いだ転位発生粒界及び第1転位抑制境界を引き継いだ第1転位抑制粒界を有する機能性欠陥層が形成される。坩堝の側壁からの不純物の侵入及び転位発生が第1転位抑制粒界で抑制されるため、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側の領域では、不純物の混入及び転位発生が効果的に低減される。このように、坩堝の側壁から順に転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させる場合に、転位発生境界及び第1転位抑制境界はそれぞれ1つのみでもよいし複数でもよい。   In the arrangement step, it is preferable to arrange the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary in order from the side wall of the crucible. Furthermore, in the arrangement step, it is preferable that the crucible bottom has a quadrangular shape, and the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side walls on the four side walls. In this case, a functional defect layer having a dislocation generation grain boundary taking over the dislocation generation boundary and a first dislocation suppression grain boundary taking over the first dislocation suppression boundary is formed at the end of the silicon ingot in contact with the side wall of the crucible. Is done. Since the intrusion of impurities from the side wall of the crucible and the generation of dislocations are suppressed at the first dislocation suppression grain boundaries, the incorporation of impurities and the generation of dislocations are effective in the region opposite to the end portion with respect to the first dislocation suppression grain boundaries. Reduced. In this way, when dislocation generation boundaries and first dislocation suppression boundaries are arranged in order from the side wall of the crucible, only one or more dislocation generation boundaries and first dislocation suppression boundaries may be provided.

種結晶を構成する単結晶シリコンブロックは、複数用いる。種結晶に用いる複数の単結晶シリコンブロックは、互いに同じ転位密度を有していてもよい。   A plurality of single crystal silicon blocks constituting the seed crystal are used. The plurality of single crystal silicon blocks used for the seed crystal may have the same dislocation density.

または、種結晶は、第1転位抑制境界よりも側壁側に位置して、第1転位抑制境界に対して側壁側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する高転位単結晶シリコンブロックを有していてもよい。この場合には、高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで成長した結晶粒に転位が多数発生する。高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで成長した結晶粒の転位密度を、第1転位抑制粒界に側壁と反対側で対面する結晶粒の転位密度よりも更に大きくすることができる。   Alternatively, the seed crystal is located on the side wall side of the first dislocation suppression boundary and has a high dislocation single crystal silicon having a higher dislocation density than the single crystal silicon block opposite to the side wall side with respect to the first dislocation suppression boundary. You may have a block. In this case, many dislocations are generated in the crystal grains grown by taking over the high dislocation single crystal silicon block. The dislocation density of the crystal grains grown by taking over the high dislocation single crystal silicon block can be made larger than the dislocation density of the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the side wall.

配置工程において、第1転位抑制境界に対して側壁と反対側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第2転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第2転位抑制境界を有するように、複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、成長工程において、シリコンインゴット中に第2転位抑制境界を引き継いだ第2転位抑制粒界を形成して、第2転位抑制粒界に対面する結晶粒での転位発生を抑制させることが好ましい。   In the arrangement step, at least one second dislocation suppression boundary that can form a second dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation accompanying crystal growth is provided on the opposite side of the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary. A plurality of single crystal silicon blocks are formed to form a seed crystal, and in the growth process, a second dislocation suppression grain boundary that takes over the second dislocation suppression boundary is formed in the silicon ingot, and the second dislocation suppression grain boundary is formed. It is preferable to suppress the occurrence of dislocations in the crystal grains facing each other.

第1転位抑制境界に対して側壁と反対側、即ち中央側に第2転位抑制境界を配置することで、第1転位抑制粒界よりも中央側での転位発生を更に効果的に抑制できる。   By disposing the second dislocation suppression boundary on the side opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary, that is, on the center side, it is possible to more effectively suppress the occurrence of dislocation on the center side than the first dislocation suppression grain boundary.

配置工程において、転位発生境界よりも側壁側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第3転位抑制境界を有するように、複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、成長工程において、シリコンインゴット中に第3転位抑制境界を引き継いだ第3転位抑制粒界を形成して、第3転位抑制粒界に側壁側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させることが好ましい。   In the arranging step, a plurality of single crystals are provided so as to have at least one third dislocation suppression boundary that can form a third dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation along with crystal growth on the side wall side from the dislocation generation boundary. A silicon block is arranged to form a seed crystal, and in the growth process, a third dislocation suppression grain boundary that takes over the third dislocation suppression boundary is formed in the silicon ingot and faces the third dislocation suppression grain boundary on the side wall side. It is preferable to suppress the occurrence of dislocations in the crystal grains.

側壁近傍で核が形成されて、結晶方位が種結晶と異なる多結晶が成長することがある。この場合にも、転位発生境界よりも側壁側に第3転位抑制境界を配置することで、第3転位抑制境界から成長した第3転位抑制粒界で、種結晶と方位が異なる多結晶の成長を抑制できる。第3転位抑制粒界よりも中央側の結晶粒が多結晶化することを抑制できる。   Nuclei are formed in the vicinity of the side wall, and a polycrystal having a crystal orientation different from that of the seed crystal may grow. Also in this case, by arranging the third dislocation suppression boundary on the side wall side from the dislocation generation boundary, the growth of the polycrystal having a different orientation from the seed crystal at the third dislocation suppression grain boundary grown from the third dislocation suppression boundary. Can be suppressed. It can suppress that the crystal grain of the center side rather than a 3rd dislocation suppression grain boundary is polycrystallizing.

種結晶が第3転位抑制境界を有する場合には、配置工程において、坩堝の側壁から順に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。更に、配置工程において、坩堝底が四角形状をなし、4つの坩堝について各側壁から順に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。この場合には、坩堝の側壁に接するシリコンインゴットの端部に、第3転位抑制境界を引き継いだ第3転位抑制粒界、転位発生境界を引き継いだ転位発生粒界、及び第1転位抑制境界を引き継いだ第1転位抑制粒界を有する機能性欠陥層が形成される。第1転位抑制粒界よりも端部と反対側の領域では、不純物の混入が低減されるだけでなく、坩堝の側壁を起点とする多結晶の成長を効果的に抑制できる。このように、坩堝の側壁から順に第3転位抑制境界、に転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置させる場合に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界はそれぞれ1つのみでもよいし複数でもよい。   When the seed crystal has a third dislocation suppression boundary, it is preferable that the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary are sequentially disposed from the side wall of the crucible in the arranging step. Further, in the arranging step, it is preferable that the crucible bottom has a quadrangular shape, and the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary are sequentially arranged from the side walls of the four crucibles. In this case, the end of the silicon ingot that is in contact with the side wall of the crucible is provided with a third dislocation suppression grain boundary that inherits the third dislocation suppression boundary, a dislocation generation grain boundary that inherits the dislocation generation boundary, and a first dislocation suppression boundary. A functional defect layer having the inherited first dislocation suppression grain boundary is formed. In the region on the side opposite to the end portion from the first dislocation suppression grain boundary, not only the mixing of impurities is reduced, but also the polycrystalline growth starting from the side wall of the crucible can be effectively suppressed. Thus, when the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary are arranged at the third dislocation suppression boundary in order from the side wall of the crucible, one each of the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary. It may be only one or a plurality.

結晶粒間の粒界が転位発生粒界、第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界、第3転位抑制粒界のいずれになるかは、結晶間の粒界の対応度により大きく影響される。粒界の対応度が高いと転位発生粒界となり、粒界の対応度が転位発生粒界よりも低いと第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界、又は/及び第3転位抑制粒界となる。   Whether the grain boundary between crystal grains is a dislocation generation grain boundary, a first dislocation suppression grain boundary, a second dislocation suppression grain boundary, or a third dislocation suppression grain boundary is greatly affected by the degree of correspondence of the grain boundaries between crystals. Is done. When the correspondence of the grain boundary is high, it becomes a dislocation generation grain boundary, and when the correspondence of the grain boundary is lower than the dislocation generation grain boundary, the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and / or the third dislocation suppression grain. Become a world.

坩堝の対向する一対の側壁のうち一方の側壁の近傍に配置された少なくとも一つの転位発生境界に対面する単結晶シリコンブロックの合計厚みは、1mm以上100mm以下であることがよく、更に5mm以上100mm以下が好ましい。また、高転位単結晶シリコンブロックを用いた場合にも、坩堝の対向する一対の側壁のうち一方の側壁の近傍に配置された少なくとも一つの高転位単結晶シリコンブロックの合計厚みは1mm以上100mm以下であることがよく、更に5mm以上100mm以下が好ましい。この場合には、当該高転位単結晶シリコンブロックから成長した結晶粒が、応力緩和及び不純物吸収に適した厚みになる。   The total thickness of the single crystal silicon blocks facing at least one dislocation generation boundary disposed in the vicinity of one of the pair of opposing side walls of the crucible is preferably 1 mm or more and 100 mm or less, and more preferably 5 mm or more and 100 mm. The following is preferred. Further, even when a high dislocation single crystal silicon block is used, the total thickness of at least one high dislocation single crystal silicon block arranged in the vicinity of one of the pair of opposing side walls of the crucible is 1 mm or more and 100 mm or less. The thickness is preferably 5 mm or more and 100 mm or less. In this case, the crystal grains grown from the high dislocation single crystal silicon block have a thickness suitable for stress relaxation and impurity absorption.

結晶間の粒界の対応度を表わす指標として、Σ値がある。Σ値は、単位格子の面積に対する、対応する格子の単位格子面積の比でもとめられる。Σ値は奇数の値のみを取り、Σ値が1ということは、粒界間における両方の単位格子が同じであることを意味しており、粒界は存在しない。Σ値が小さいほど、結晶間の対応がよい(対応度が高い)ということになる(日本国特許第4887504号の段落0004、0016)。   There is a Σ value as an index representing the degree of correspondence between grain boundaries between crystals. The Σ value can also be determined by the ratio of the unit cell area of the corresponding cell to the unit cell area. The Σ value takes only an odd number, and a Σ value of 1 means that both unit cells between the grain boundaries are the same, and there is no grain boundary. The smaller the Σ value, the better the correspondence between crystals (the degree of correspondence is high) (paragraphs 0004 and 0016 of Japanese Patent No. 4887504).

転位発生粒界のΣ値は、第1転位抑制粒界のΣ値よりも小さいことが好ましい。転位発生粒界のΣ値は、第2転位抑制粒界のΣ値よりも小さいことが好ましい。転位発生粒界のΣ値は、第3転位抑制粒界のΣ値よりも小さいことが好ましい。転位発生粒界での結晶間の対応は、第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界及び第3転位抑制粒界での結晶間の対応よりもよい。このため、転位発生粒界での転位が、第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界及び第3転位抑制粒界よりも伝播しやすくなる。   The Σ value of the dislocation generation grain boundary is preferably smaller than the Σ value of the first dislocation suppression grain boundary. The Σ value of the dislocation generation grain boundary is preferably smaller than the Σ value of the second dislocation suppression grain boundary. The Σ value of the dislocation generation grain boundary is preferably smaller than the Σ value of the third dislocation suppression grain boundary. The correspondence between crystals at the dislocation generation grain boundary is better than the correspondence between crystals at the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary. For this reason, dislocations at the dislocation generation grain boundary are more easily propagated than the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary.

第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界及び第3転位抑制粒界のΣ値は、例えば、27以上であることがよい。転位発生粒界のΣ値は、例えば、1以上5以下であることがよい。   The Σ values of the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary may be 27 or more, for example. The Σ value of the dislocation generation grain boundary is preferably 1 or more and 5 or less, for example.

粒界のΣ値は27以下の場合に測定可能であり、29以上の場合は測定が難しい。本明細書において、Σ値が29以上の場合をランダム粒界という。例えば、第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界又は/及び第3転位抑制粒界はランダム粒界とし、転位発生粒界のΣ値は27未満、更に21以下、17以下、9以下とするとよい。   The grain boundary Σ value can be measured when it is 27 or less, and when it is 29 or more, it is difficult to measure. In this specification, the case where the Σ value is 29 or more is referred to as a random grain boundary. For example, the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and / or the third dislocation suppression grain boundary is a random grain boundary, and the Σ value of the dislocation generation grain boundary is less than 27, further 21 or less, 17 or less, or 9 or less. It is good to do.

第1〜第3転位抑制粒界を形成するには、転位抑制境界を挟んで互いに対面させる単結晶シリコンブロックの方位を互いに大きく異なるように設定するとよい。転位発生粒界を形成するには、転位発生境界を挟んで互いに対面させる単結晶シリコンブロックの方位を互いに近似するように設定するとよい。   In order to form the first to third dislocation suppression grain boundaries, the orientations of the single crystal silicon blocks facing each other across the dislocation suppression boundary may be set to be greatly different from each other. In order to form dislocation generation grain boundaries, the orientations of the single crystal silicon blocks facing each other across the dislocation generation boundary may be set so as to approximate each other.

例えば、Σ1の転位発生粒界を作製するには、配置工程において、方位が同じ単結晶シリコンブロックを隣接させて転位発生境界を形成するとよい。Σ1の転位発生粒界を形成し得る転位発生境界は、たとえば、隣り合う単結晶シリコンブロックの方位が互いに同じであれば特に限定はしない。たとえば、隣り合う単結晶シリコンブロックの方位は、いずれも、x(110)y(1-10)z(001)、x(210)y(1-20)z(001)、又はx(310)y(1-30)z(001)としてもよい。   For example, in order to produce a dislocation occurrence grain boundary of Σ1, a dislocation occurrence boundary may be formed by adjoining single crystal silicon blocks having the same orientation in the arrangement step. The dislocation generation boundary that can form the dislocation generation grain boundary of Σ1 is not particularly limited as long as, for example, the orientations of adjacent single crystal silicon blocks are the same. For example, the orientations of adjacent single crystal silicon blocks are all x (110) y (1-10) z (001), x (210) y (1-20) z (001), or x (310) It may be y (1-30) z (001).

Σ3の転位発生粒界を形成するには、配置工程において、例えば、隣り合う単結晶シリコンブロックのうち一方の方位はx(111)y(11-2)z(1-10)とし、他方の単結晶シリコンブロックの方位はx(111)y(-1-12)z(-110)としてもよい。   In order to form the dislocation generation grain boundary of Σ3, in the arranging step, for example, one of the adjacent single crystal silicon blocks is set to x (111) y (11-2) z (1-10), and the other The orientation of the single crystal silicon block may be x (111) y (-1-12) z (-110).

Σ5の転位発生粒界を形成するには、配置工程において、例えば、1)隣り合う単結晶シリコンブロックのうちの一方の方位はx(210)y(1-20)z(001)とし、他方の単結晶シリコンブロックの方位はx(210)y(-120)z(00-1)とする、または、2)隣り合う単結晶シリコンブロックのうちの一方の方位はx(310)y(1-30)z(001)とし、他方の単結晶シリコンブロックの方位はx(310)y(-130)z(00-1)としてもよい。   In order to form the dislocation occurrence grain boundary of Σ5, in the arrangement step, for example, 1) one orientation of adjacent single crystal silicon blocks is x (210) y (1-20) z (001), and the other The orientation of the single crystal silicon block is x (210) y (-120) z (00-1), or 2) the orientation of one of the adjacent single crystal silicon blocks is x (310) y (1 −30) z (001), and the orientation of the other single crystal silicon block may be x (310) y (−130) z (00-1).

第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界及び第3転位抑制粒界がランダム粒界である場合、ランダム粒界を形成するには、例えば、以下の方位をもつ単結晶シリコンブロック同士を隣接して配置するとよい。
・x(210)y(1-20)z(001)である単結晶シリコンブロックと、x(310)y(1-30)z(001)である単結晶シリコンブロック
・x(210)y(1-20)z(001)である単結晶シリコンブロックと、x(111)y(11-2)z(1-10)である単結晶シリコンブロック
・x(310)y(1-30)z(001)である単結晶シリコンブロックと、x(111)y(11-2)z(1-10)である単結晶シリコンブロック
In the case where the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary are random grain boundaries, for example, in order to form a random grain boundary, single crystal silicon blocks having the following orientations are formed: Adjacent to each other.
X (210) y (1-20) z (001) single crystal silicon block and x (310) y (1-30) z (001) single crystal silicon block 1-20) z (001) single crystal silicon block and x (111) y (11-2) z (1-10) single crystal silicon block x (310) y (1-30) z (001) single crystal silicon block and x (111) y (11-2) z (1-10) single crystal silicon block

第1〜第3転位抑制境界、及び転位発生境界について、これらの境界を挟んで互いに対面させる単結晶シリコンブロックの成長方向の方位(z方向)は、{001} であることが好ましい。この場合には、得られたシリコンインゴットのz方向の表面を薬液に浸すことで、太陽光の反射防止効果の高い表面凹凸構造を形成することができる。   Regarding the first to third dislocation suppression boundaries and the dislocation occurrence boundary, the orientation (z direction) in the growth direction of the single crystal silicon block facing each other across these boundaries is preferably {001}. In this case, a surface concavo-convex structure with a high antireflection effect of sunlight can be formed by immersing the surface of the obtained silicon ingot in the z direction in a chemical solution.

種結晶の境界に対面する単結晶シリコンブロックの結晶方位が、Σ値に対してズレている場合には、結晶粒の粒界に対面する面の結晶方位が当該Σ値になるように成長方位にズレが生じる傾向がある。Σ値に対するズレ角度が大きいほど、転位が生じやすく、また増殖の際の応力緩和性能が高い。例えば、第1転位抑制粒界、第2転位抑制粒界又は/及び第3転位抑制粒界と転位発生粒界とが同じΣ値である場合には、当該Σ値からのズレ角度が大きい境界は、転位が生じやすい粒界を形成するため転位発生境界となり、転位発生境界よりも当該Σ値からのズレ角度が小さい境界は、転位が生じにくい粒界を形成するため転位抑制境界となる。   When the crystal orientation of the single crystal silicon block facing the boundary of the seed crystal is deviated from the Σ value, the growth orientation is such that the crystal orientation of the surface facing the grain boundary of the crystal grain becomes the Σ value. There is a tendency for deviation to occur. As the deviation angle with respect to the Σ value is larger, dislocations are more likely to occur and the stress relaxation performance during growth is higher. For example, when the first dislocation suppression grain boundary, the second dislocation suppression grain boundary, and / or the third dislocation suppression grain boundary and the dislocation generation grain boundary have the same Σ value, a boundary having a large deviation angle from the Σ value. Is a dislocation occurrence boundary because a grain boundary is likely to generate dislocations, and a boundary having a smaller deviation angle from the Σ value than the dislocation generation boundary is a dislocation suppression boundary because it forms a grain boundary in which dislocations are less likely to occur.

転位発生境界に対面する単結晶シリコンブロックの結晶方位に対する、転位発生粒界に対面する結晶粒の結晶方位のズレ角度が0°以上10°以下がよく、更に1×10−5°以上10°以下であることがよい。ズレ角度が過小の場合には、転位が発生しにくいおそれがある。ズレ角度が過大であると、結晶成長により当該Σ値の粒界を形成しにくくなるおそれがある。 The deviation angle of the crystal orientation of the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary with respect to the crystal orientation of the single crystal silicon block facing the dislocation generation boundary is preferably 0 ° or more and 10 ° or less, and more preferably 1 × 10 −5 ° or more and 10 °. It may be the following. If the misalignment angle is too small, dislocations may not be easily generated. If the deviation angle is excessive, it may be difficult to form a grain boundary of the Σ value due to crystal growth.

また、シリコンインゴットの製造方法は、坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記側壁側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する高転位単結晶シリコンブロックと、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、
前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記第1転位抑制境界を引き継いだ前記第1転位抑制粒界と前記高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで転位を発生させた高転位結晶粒とを形成して、前記第1転位抑制粒界に前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有していてもよい。即ち、種結晶は、第1転位抑制境界よりも端部側に、転位発生境界の代わりに高転位単結晶シリコンブロックが配置されていてもよい。
In addition, the method for producing a silicon ingot has a plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation-suppressing grain boundary that suppresses dislocation generation along with crystal growth. One dislocation suppression boundary and a high dislocation density located on the side of the first dislocation suppression boundary and higher than that of the single crystal silicon block opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary. A disposing single crystal silicon block, and a disposing step of disposing the plurality of single crystal silicon blocks to form a seed crystal;
A silicon melt is disposed on the seed crystal, and the silicon melt is cooled to inherit crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and in the silicon ingot Forming the first dislocation suppression grain boundary that has inherited the first dislocation suppression boundary and the high dislocation crystal grain that has generated the dislocation by taking over the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation suppression grain boundary. And a growth step for suppressing generation of dislocations in crystal grains facing on the opposite side of the side wall. That is, in the seed crystal, a high-dislocation single crystal silicon block may be disposed on the end side of the first dislocation suppression boundary instead of the dislocation generation boundary.

この場合にも、高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで成長した結晶粒に転位が多数発生する。高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで成長した結晶粒の転位密度を、第1転位抑制粒界に側壁と反対側で対面する結晶粒の転位密度よりも更に大きくすることができる。このため、高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで成長した結晶粒において、外部応力を効果的に緩和させ、不純物のトラップを効果的に行うことができる。   Also in this case, many dislocations are generated in the crystal grains grown by taking over the high dislocation single crystal silicon block. The dislocation density of the crystal grains grown by taking over the high dislocation single crystal silicon block can be made larger than the dislocation density of the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the side wall. For this reason, in the crystal grains grown by taking over the high dislocation single crystal silicon block, external stress can be effectively relieved and impurities can be trapped effectively.

配置工程において、坩堝の側壁から順に、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。更に、配置工程において、坩堝底が四角形状をなし、4つの側壁について各側壁から順に、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。この場合には、坩堝の側壁に接するシリコンインゴットの端部に、高転位単結晶シリコンブロックから成長した高転位単結晶及び第1転位抑制境界を引き継いだ第1転位抑制粒界を有する機能性欠陥層が配置されることになる。高転位結晶粒の転位は、第1転位抑制粒界を挟んで隣合う結晶粒の転位よりも多く発生している。高転位結晶粒は、坩堝の側壁から侵入した不純物をトラップし易い。坩堝の側壁に接するシリコンインゴットの端部に機能性欠陥層が配置されることで、坩堝の側壁からの不純物の侵入を高転位結晶粒で効果的に抑制できる。このように、坩堝の側壁から順に高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させる場合に、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界はそれぞれ1つのみでもよいし複数でもよい。   In the arranging step, it is preferable to arrange the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppressing boundary in order from the side wall of the crucible. Further, in the arranging step, it is preferable that the crucible bottom has a quadrangular shape, and the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppressing boundary are arranged in order from each of the four side walls. In this case, a functional defect having a high dislocation single crystal grown from the high dislocation single crystal silicon block and a first dislocation suppression grain boundary taking over the first dislocation suppression boundary at the end of the silicon ingot in contact with the side wall of the crucible. Layers will be placed. More dislocations of high dislocation crystal grains are generated than dislocations of adjacent crystal grains across the first dislocation suppression grain boundary. High dislocation crystal grains easily trap impurities entering from the side wall of the crucible. By disposing the functional defect layer at the end of the silicon ingot in contact with the side wall of the crucible, it is possible to effectively suppress the intrusion of impurities from the side wall of the crucible with high dislocation crystal grains. As described above, when the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side wall of the crucible, only one or a plurality of the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppression boundary may be provided. .

配置工程において、坩堝の側壁から順に、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させる場合には、配置工程において、更に、第1転位抑制境界に対して側壁と反対側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第2転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第2転位抑制境界を有するように、複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、成長工程において、シリコンインゴット中に第2転位抑制境界を引き継いだ第2転位抑制粒界を形成して、第2転位抑制粒界に対面する結晶粒での転位発生を抑制させることが好ましい。また、配置工程において、高転位単結晶シリコンブロックよりも側壁側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第3転位抑制境界を有するように、複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、成長工程において、シリコンインゴット中に第3転位抑制境界を引き継いだ第3転位抑制粒界を形成して、第3転位抑制粒界の側壁側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させることが好ましい。   In the disposing step, when disposing the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppression boundary sequentially from the side wall of the crucible, in the disposing step, the crystal is further provided on the side opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary. A growth step comprising forming a seed crystal by arranging a plurality of single crystal silicon blocks so as to have at least one second dislocation suppression boundary capable of forming a second dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation with growth. In the method, it is preferable to form a second dislocation suppression grain boundary taking over the second dislocation suppression boundary in the silicon ingot to suppress the occurrence of dislocations in the crystal grains facing the second dislocation suppression grain boundary. Further, in the arrangement step, at least one third dislocation suppression boundary that can form a third dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation accompanying crystal growth is provided on the side wall side of the high dislocation single crystal silicon block. , A plurality of single crystal silicon blocks are arranged to form a seed crystal, and in the growth process, a third dislocation suppression grain boundary that takes over the third dislocation suppression boundary is formed in the silicon ingot, and a third dislocation suppression grain boundary is formed. It is preferable to suppress the occurrence of dislocations in the crystal grains facing on the side wall side.

この場合において、配置工程において、坩堝の側壁から順に、第3転位抑制境界、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させることが好ましい。更に、配置工程において、坩堝底が四角形状をなし、坩堝の4つの側壁について各側壁側から順に、第3転位抑制境界、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させることが望ましい。この場合には、坩堝の側壁に接するシリコンインゴットの端部に、第3転位抑制境界を引き継いだ第3転位抑制粒界、高転位単結晶シリコンブロックから成長した高転位単結晶、及び第1転位抑制境界を引き継いだ第1転位抑制粒界を有する機能性欠陥層が形成される。これにより、坩堝の側壁を起点とする多結晶の成長を効果的に抑制できる。このように、坩堝の側壁から順に、第3転位抑制境界、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置させる場合に、第3転位抑制境界、高転位単結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界はそれぞれ1つのみでもよいし複数でもよい。   In this case, in the arrangement step, it is preferable to arrange the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation suppression boundary in order from the side wall of the crucible. Further, in the arranging step, it is desirable that the crucible bottom has a quadrangular shape, and the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side walls on the four side walls of the crucible. . In this case, at the end of the silicon ingot that is in contact with the side wall of the crucible, the third dislocation suppression grain boundary that inherits the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal grown from the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation A functional defect layer having a first dislocation suppression grain boundary taking over the suppression boundary is formed. Thereby, the growth of the polycrystal starting from the side wall of the crucible can be effectively suppressed. As described above, when the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side wall of the crucible, the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation are arranged. There may be only one suppression boundary or a plurality of suppression boundaries.

高転位単結晶シリコンブロックの転位密度は、1×10/cm2以上、更に1×10/cm2以上であることが好ましい。高転位単結晶シリコンブロックを引き継いだ結晶粒に多数の転位を生じさせて、更に転位の多い結晶粒とすることができる。 The dislocation density of the high dislocation single crystal silicon block is preferably 1 × 10 3 / cm 2 or more, and more preferably 1 × 10 4 / cm 2 or more. A large number of dislocations can be generated in the crystal grains that have inherited the high-dislocation single crystal silicon block, so that crystal grains with more dislocations can be obtained.

本実施形態の種結晶に用いる単結晶シリコンブロックは、チョクラルスキー(CZ)法もしくはフローティングゾーン法により作製した単結晶シリコンインゴットから切り出したものを用いることの他に、本作製法で使用した種結晶を再利用して用いること、本発明の方法で作製したシリコンインゴットから切り出したシリコンブロックを用いることも可能である。   The single crystal silicon block used for the seed crystal of the present embodiment is not limited to the one cut out from the single crystal silicon ingot produced by the Czochralski (CZ) method or the floating zone method. It is possible to reuse the crystal and use a silicon block cut out from the silicon ingot produced by the method of the present invention.

本実施形態で使用する坩堝は、水平断面形状が角形または丸形のシリカ製を用い、内面に窒化ケイ素粉末などの離型剤を塗布して使用する。また、本実施形態の一方向への結晶成長の方法は、空間的に下方が低温で上方が高温の温度勾配において、坩堝位置を下方へ移動する方法、ヒーターを上方へ移動する方法、ヒーター出力を徐々に下げる方法、シャッター開放などで下部から抜熱する方法、またこれらの方法の組み合わせなど、一方向の結晶成長が可能であればいずれの方法も利用可能である。   The crucible used in the present embodiment is made of silica with a horizontal or square horizontal cross-sectional shape, and is used by applying a release agent such as silicon nitride powder on the inner surface. In addition, the method of crystal growth in one direction of the present embodiment includes a method of moving the crucible position downward, a method of moving the heater upward, and a heater output in a temperature gradient in which the lower side is a low temperature and the upper side is a high temperature. Any method can be used as long as crystal growth in one direction is possible, such as a method of gradually lowering the temperature, a method of removing heat from the lower part by opening the shutter, or a combination of these methods.

成長工程において、種結晶の上にシリコン融液を配置し、シリコン融液を冷却して種結晶の結晶方位を受け継いで下方から上方へ一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成する。   In the growth step, a silicon melt is disposed on the seed crystal, the silicon melt is cooled to inherit the crystal orientation of the seed crystal, and crystal grains are grown in one direction from below to form a silicon ingot.

シリコン融液は、それ自体を、種結晶を配置した坩堝内に投入してもよいが、シリコン原料を坩堝内の種結晶の上に配置しシリコン原料を溶融させてシリコン融液としてもよい。シリコン融液を冷却するために、坩堝内の温度を制御可能な温度制御手段(例えば、発熱体又は/及び冷却媒体)を配置して、シリコン融液を冷却してもよい。シリコン融液の冷却は、例えば、結晶成長速度が0.1mm/分〜10mm/分程度となるようにするとよい。   The silicon melt itself may be charged into a crucible in which a seed crystal is disposed, or a silicon raw material may be disposed on a seed crystal in the crucible to melt the silicon raw material to form a silicon melt. In order to cool the silicon melt, temperature control means (for example, a heating element or / and a cooling medium) capable of controlling the temperature in the crucible may be arranged to cool the silicon melt. For example, the silicon melt may be cooled so that the crystal growth rate is about 0.1 mm / min to 10 mm / min.

本実施形態のシリコンインゴットは、シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する転位発生粒界とを有するとともに、転位発生粒界に対面する結晶粒に転位が発生されており、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ない。端部から順に、転位発生粒界及び第1転位抑制粒界が配置されていることが好ましい。シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して垂直方向の断面は四角形状をなし、垂直方向の4つの端部について各端部から順に、転位発生粒界及び第1転位抑制粒界が配置されていることが好ましい。シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側に第2転位抑制粒界を有し、第2転位抑制粒界に対面する結晶粒に発生している転位は、転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ないことが好ましい。シリコンインゴットは、転位発生粒界よりも端部側に第3転位抑制粒界を有し、第3転位抑制粒界に対面する結晶粒に発生している転位は、転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ないことが好ましい。
上記シリコンインゴットによれば、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ない。このため、第1転位抑制粒界よりも中央側の結晶粒での転位発生及び不純物拡散が少なく抑えられている。
The silicon ingot of the present embodiment is a silicon ingot composed of a plurality of crystal grains that have been grown in one direction by inheriting the crystal orientation of the silicon seed crystal, and the silicon ingot includes a first dislocation suppression grain boundary and a first dislocation. The dislocation generation grain boundary is located on the end side in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grain from the suppression grain boundary, and the dislocation is generated in the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary. The number of dislocations occurring in the crystal grains facing the dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end is less than the dislocations occurring in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. It is preferable that a dislocation generation grain boundary and a first dislocation suppression grain boundary are arranged in order from the end. The cross section in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grains of the silicon ingot has a quadrangular shape, and dislocation generation grain boundaries and first dislocation suppression grain boundaries are arranged in order from the four end portions in the vertical direction. Preferably it is. The silicon ingot has a second dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end with respect to the first dislocation suppression grain boundary, and the dislocation generated in the crystal grain facing the second dislocation suppression grain boundary is generated by the dislocation. It is preferable that the number is less than the number of dislocations occurring in the crystal grains facing the grain boundary. The silicon ingot has a third dislocation suppression grain boundary on the end side of the dislocation generation grain boundary, and the dislocation generated in the crystal grain facing the third dislocation suppression grain boundary faces the dislocation generation grain boundary. It is preferable that the number is less than the number of dislocations occurring in the crystal grains.
According to the silicon ingot, dislocations occurring in the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end are more dislocations than the dislocations occurring in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. There are few. For this reason, dislocation generation and impurity diffusion in the crystal grains on the center side of the first dislocation suppression grain boundary are suppressed to a small extent.

また、本実施形態のシリコンインゴットは、転位発生粒界に代えて、高転位結晶粒を有していても良い。即ち、本実施形態のシリコンインゴットは、シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する高転位結晶粒とを有するとともに、高転位結晶粒には転位が発生されており、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、高転位結晶粒に発生している転位よりも少ないものであってもよい。端部から順に、高転位結晶粒及び第1転位抑制粒界が配置されていることが好ましい。シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して垂直方向の断面は四角形状をなし、垂直方向の4つの端部について各端部から順に、高転位結晶粒及び第1転位抑制粒界が配置されていることが好ましい。シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側に第2転位抑制粒界を有し、第2転位抑制粒界に対面する結晶粒に発生している転位は、高転位結晶粒に発生している転位よりも少ないことが好ましい。シリコンインゴットは、高転位結晶粒よりも端部側に第3転位抑制粒界を有し、第3転位抑制粒界に対面する結晶粒に発生している転位は、高転位結晶粒に発生している転位よりも少ないことが好ましい。
上記シリコンインゴットによれば、第1転位抑制粒界に対して端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、高転位結晶粒に発生している転位よりも少ない。このため、第1転位抑制粒界よりも中央側の結晶粒での転位発生及び不純物拡散が少なく抑えられている。
Further, the silicon ingot of this embodiment may have high dislocation crystal grains instead of dislocation generation grain boundaries. That is, the silicon ingot according to the present embodiment is a silicon ingot composed of a plurality of crystal grains grown in one direction by inheriting the crystal orientation of the silicon seed crystal, and the silicon ingot includes the first dislocation suppression grain boundary, The high dislocation crystal grains are located on the end side in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grains from the one dislocation suppression grain boundary, and dislocations are generated in the high dislocation crystal grains. The number of dislocations occurring in crystal grains facing the grain boundary on the side opposite to the end may be less than the dislocations occurring in high dislocation crystal grains. It is preferable that high dislocation crystal grains and first dislocation suppression grain boundaries are arranged in order from the end. The cross section in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grains of the silicon ingot has a quadrangular shape, and high dislocation crystal grains and first dislocation suppression grain boundaries are arranged in order from the four ends in the vertical direction. Preferably it is. The silicon ingot has a second dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end with respect to the first dislocation suppression grain boundary, and the dislocations occurring in the crystal grains facing the second dislocation suppression grain boundary are high dislocations. It is preferable that the number is less than the number of dislocations occurring in the crystal grains. The silicon ingot has a third dislocation suppression grain boundary on the end side of the high dislocation crystal grain, and the dislocation occurring in the crystal grain facing the third dislocation suppression grain boundary occurs in the high dislocation crystal grain. It is preferable that the number of dislocations is less.
According to the silicon ingot, the number of dislocations occurring in the crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundary on the side opposite to the end is less than the dislocations occurring in the high dislocation crystal grains. For this reason, dislocation generation and impurity diffusion in the crystal grains on the center side of the first dislocation suppression grain boundary are suppressed to a small extent.

本実施形態により得られたシリコンインゴットは、第1転位抑制境界に対して側壁と反対側、即ち中央側を切り出して用いるとよい。第1転位抑制境界よりも中央側で成長した粒界は、不純物及び転位が少なく、高品質な疑似単結晶シリコンである。切り出された中央側の疑似単結晶シリコンは、太陽電池材料などとして好適に用いられる。   The silicon ingot obtained by the present embodiment may be used by cutting out the side opposite to the side wall, that is, the center side with respect to the first dislocation suppression boundary. The grain boundary grown on the center side from the first dislocation suppression boundary is high-quality pseudo-single crystal silicon with few impurities and dislocations. The quasi-single crystal silicon on the center side cut out is suitably used as a solar cell material.

(参考例)
本参考例のシリコンインゴットの製造方法について説明する。シリコンインゴットを製造するために、配置工程と成長工程を行う。
(Reference example)
A method for manufacturing the silicon ingot of this reference example will be described. In order to manufacture a silicon ingot, an arrangement process and a growth process are performed.

まず、配置工程において、複数のシリコン単結晶ブロックを配列した種結晶を形成した。複数のシリコン単結晶ブロックは、CZ法で製造されたものであり、結晶方位に関して3種類のブロックA、B、Cを用いた。   First, in the arranging step, a seed crystal in which a plurality of silicon single crystal blocks were arranged was formed. The plurality of silicon single crystal blocks were manufactured by the CZ method, and three types of blocks A, B, and C were used with respect to crystal orientation.

図1に示すように、ブロックA、B、Cは、いずれも、平面形状が5mm×45mmの長方形で、高さが30mmである。ブロックAは、X(厚み)方向に(310)面をもち、Y(長さ)方向に(−130)面をもち、Z(高さ)方向に(001)面をもつ。ブロックBは、X方向に(111)面をもち、Y方向に(11−2)面をもち、Z(高さ)方向に(−110)面をもつ。ブロックCは、X方向に(111)面をもち、Y方向に(−1−12)面をもち、Z(高さ)方向に(1−10)面をもつ。ブロックA,B,Cの転位密度はいずれも0/cm2であった。 As shown in FIG. 1, each of the blocks A, B, and C is a rectangle having a planar shape of 5 mm × 45 mm and a height of 30 mm. The block A has a (310) plane in the X (thickness) direction, a (−130) plane in the Y (length) direction, and a (001) plane in the Z (height) direction. Block B has a (111) plane in the X direction, a (11-2) plane in the Y direction, and a (−110) plane in the Z (height) direction. The block C has a (111) plane in the X direction, a (-1-12) plane in the Y direction, and a (1-10) plane in the Z (height) direction. The dislocation densities of blocks A, B, and C were all 0 / cm 2 .

図1に示すように、X方向に、順に、ブロックA、A、A、A、B、B、C、B、Bを配列させて、種結晶を得た。   As shown in FIG. 1, blocks A, A, A, A, B, B, C, B, and B were sequentially arranged in the X direction to obtain seed crystals.

50mm×50mmの大きさの坩堝底と高さ100mmの側壁で囲まれた空間をもつシリカ製の坩堝を準備した。坩堝の側壁内面に、窒化珪素粉末を含む離型材を塗布した。坩堝底に、種結晶を配置した。種結晶のZ方向を坩堝底面に対して垂直な方向に向け、X方向を坩堝平面の一方向に向け、Y方向を坩堝平面の他方向に向けた。   A silica crucible having a space surrounded by a crucible bottom having a size of 50 mm × 50 mm and a side wall having a height of 100 mm was prepared. A release material containing silicon nitride powder was applied to the inner surface of the side wall of the crucible. A seed crystal was placed at the bottom of the crucible. The Z direction of the seed crystal was oriented in a direction perpendicular to the bottom surface of the crucible, the X direction was oriented in one direction of the crucible plane, and the Y direction was oriented in the other direction of the crucible plane.

成長工程において、坩堝内の種結晶の上に、シリコン原料226gを配置した。上下方向で温度勾配がある加熱炉に坩堝を配置した。加熱炉の温度勾配は、上方に向けて約1℃/mm高くなるようにした。加熱炉内で坩堝のシリコン原料をシリコン融点以上の温度(1430℃)に加熱して、シリコン融液とした。このとき、種結晶の上部の一部がシリコン原料とともに溶融させたが、種結晶の下部は溶融させない。   In the growth process, 226 g of silicon raw material was placed on the seed crystal in the crucible. The crucible was placed in a heating furnace with a temperature gradient in the vertical direction. The temperature gradient of the heating furnace was increased by about 1 ° C./mm upward. The silicon raw material of the crucible was heated to a temperature not lower than the melting point of silicon (1430 ° C.) in a heating furnace to obtain a silicon melt. At this time, a part of the upper part of the seed crystal was melted together with the silicon raw material, but the lower part of the seed crystal was not melted.

次に、加熱炉内で坩堝を0.3mm/分の速度で引き下げて、シリコン融液を下側から上側に徐々に冷却した。冷却速度は0.05℃/分とした。結晶成長速度は約0.5mm/分とした。これにより、シリコンインゴットを形成した。   Next, the crucible was pulled down at a rate of 0.3 mm / min in the heating furnace, and the silicon melt was gradually cooled from the lower side to the upper side. The cooling rate was 0.05 ° C./min. The crystal growth rate was about 0.5 mm / min. Thereby, a silicon ingot was formed.

図2は、得られたシリコンインゴットの切断面のエッチピット像を示す図である。図2において、下側部分に種結晶があり、上側部分には成長した結晶粒が認められた。成長した結晶粒には、白い線で示されているように、多数の転位が発生していた。   FIG. 2 is a view showing an etch pit image of the cut surface of the obtained silicon ingot. In FIG. 2, seed crystals were found in the lower part, and grown crystal grains were found in the upper part. A large number of dislocations occurred in the grown crystal grains, as indicated by white lines.

ブロックAとAの間の境界から受け継いだ粒界、ブロックBとBの間の境界から受け継いだ粒界、ブロックBとCの間の境界から受け継いだ粒界を起点として、転位が発生した。一方、ブロックAとBの間の境界を受け継いだ粒界からは転位が発生しなかった。   Dislocations occurred starting from the grain boundaries inherited from the boundary between the blocks A and A, the grain boundaries inherited from the boundary between the blocks B and B, and the grain boundaries inherited from the boundary between the blocks B and C. On the other hand, dislocation did not occur from the grain boundary that inherited the boundary between the blocks A and B.

ブロックAとAの間の境界、ブロックBとBの間の境界、ブロックBとCの間の境界は、結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させる転位発生境界である。転位発生境界から引き継いだ転位発生粒界は、Σ値が1であり、Σ値1から1°程度のズレ角を有する粒界となり、小角粒界であった。転位発生境界に対面するブロックAの結晶方位に対する、転位発生粒界に対面する結晶粒の結晶方位のズレ角度は0.8°であった。転位発生境界に対面するブロックBの結晶方位に対する、転位発生粒界に対面する結晶粒の結晶方位のズレ角度は1.1°であった。転位発生境界に対面するブロックCの結晶方位に対する、転位発生粒界に対面する結晶粒の結晶方位のズレ角度は1°であった。   The boundary between blocks A and A, the boundary between blocks B and B, and the boundary between blocks B and C are dislocation generation boundaries that form dislocation generation grain boundaries that can generate dislocations as the crystal grows. . The dislocation generation grain boundary inherited from the dislocation generation boundary has a Σ value of 1, becomes a grain boundary having a deviation angle of about 1 ° from the Σ value of 1, and is a small-angle grain boundary. The deviation angle of the crystal orientation of the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary with respect to the crystal orientation of the block A facing the dislocation generation boundary was 0.8 °. The deviation angle of the crystal orientation of the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary with respect to the crystal orientation of the block B facing the dislocation generation boundary was 1.1 °. The deviation angle of the crystal orientation of the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary with respect to the crystal orientation of the block C facing the dislocation generation boundary was 1 °.

ブロックAとBの間の境界は、結晶成長に伴って転位発生を抑制する転位抑制粒界を形成させ得る転位抑制境界である。転位抑制境界から引き継いだ転位抑制粒界のΣ値は29以上であり、ランダム粒界であった。   The boundary between the blocks A and B is a dislocation suppression boundary that can form a dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation with crystal growth. The Σ value of the dislocation suppression grain boundary inherited from the dislocation suppression boundary was 29 or more, and was a random grain boundary.

本参考例より、Σ値の大きい粒界は転位が生じにくく、Σ値が小さい粒界は転位が発生しやすいことがわかった。この点を踏まえて、次に、実施例1のシリコンインゴットを製造した。   From this reference example, it was found that dislocations are less likely to occur at grain boundaries having a large Σ value, and dislocations are likely to occur at grain boundaries having a small Σ value. Based on this point, the silicon ingot of Example 1 was manufactured next.

(実施例1)
本実施例のシリコンインゴットの製造方法について説明する。シリコンインゴットを製造するために、配置工程と成長工程を行う。
Example 1
The manufacturing method of the silicon ingot of a present Example is demonstrated. In order to manufacture a silicon ingot, an arrangement process and a growth process are performed.

まず、配置工程において、複数のシリコン単結晶ブロックを配列した種結晶を形成した。複数のシリコン単結晶ブロックは、CZ法で製造されたものであり、結晶方位に関して2種類のブロックA、Dを用いた。図3に示すように、本実施例で用いるブロックAの各方向に対する結晶方位は、参考例のブロックAと同様である。ブロックDは、X方向に(210)面、Y方向に(−120)面、Z方向に(001)面をもつ。ブロックA,Dの転位密度はいずれも0/cm2と同じであった。 First, in the arranging step, a seed crystal in which a plurality of silicon single crystal blocks were arranged was formed. The plurality of silicon single crystal blocks are manufactured by the CZ method, and two types of blocks A and D are used with respect to crystal orientation. As shown in FIG. 3, the crystal orientation with respect to each direction of the block A used in the present embodiment is the same as the block A of the reference example. Block D has a (210) plane in the X direction, a (−120) plane in the Y direction, and a (001) plane in the Z direction. The dislocation densities of blocks A and D were both the same as 0 / cm 2 .

ブロックA、Dについて、それぞれ長さ45mm、高さ30mmであるが、厚みが異なるものを準備した。ブロックA、Dの薄い厚み(2mm)をもつものをブロックA1、D1とし、それぞれ3枚準備した。ブロックA、Dの厚い厚み(18mm)をもつものをブロックA2、D2とし、それぞれ1枚準備した。   Blocks A and D were each 45 mm long and 30 mm high, but were prepared with different thicknesses. Blocks A and D having a small thickness (2 mm) were designated as blocks A1 and D1, and three blocks were prepared. Blocks A and D having a thick thickness (18 mm) were designated as blocks A2 and D2, and one each was prepared.

間隔45mmを開けた平行な薄板8の間に、順に、ブロックA1、A1、A1、D2、A2、D1、D1、D1を配置させて、種結晶を得た。   Blocks A1, A1, A1, D2, A2, D1, D1, and D1 were sequentially arranged between the parallel thin plates 8 with an interval of 45 mm to obtain seed crystals.

参考例と同様の坩堝を準備し、側壁内面に離型材を塗布した。坩堝底に、上記の1つの種結晶を配置した。種結晶のZ方向を坩堝底面に対して垂直な方向に向け、X方向を坩堝平面の一方向に向け、Y方向を坩堝平面の他方向に向けた。   A crucible similar to the reference example was prepared, and a release material was applied to the inner surface of the side wall. One seed crystal as described above was placed at the bottom of the crucible. The Z direction of the seed crystal was oriented in a direction perpendicular to the bottom surface of the crucible, the X direction was oriented in one direction of the crucible plane, and the Y direction was oriented in the other direction of the crucible plane.

参考例と同様に、成長工程を行って、シリコンインゴットを成長させた。   Similarly to the reference example, a silicon ingot was grown by performing a growth process.

図4は、得られたシリコンインゴットの切断面の断面写真である。図5は、当該切断面のエッチピット像である。まず、図4、図5に示すように、種結晶からZ方向に結晶粒が成長していた。   FIG. 4 is a cross-sectional photograph of the cut surface of the obtained silicon ingot. FIG. 5 is an etch pit image of the cut surface. First, as shown in FIGS. 4 and 5, crystal grains grew from the seed crystal in the Z direction.

図5に示すように、坩堝の側壁近傍の結晶粒には、多数の転位が発生していた。しかし、ブロックA1とD2の間の境界、及びブロックA2とD1の間の境界をそれぞれ引き継いだ粒界を挟んで中央側では、側壁に接していた端部側に比べて格段に転位の発生が抑えられていた。   As shown in FIG. 5, many dislocations were generated in the crystal grains near the side wall of the crucible. However, on the center side across the boundary between the boundaries between the blocks A1 and D2 and the boundary between the blocks A2 and D1, the occurrence of dislocations is significantly greater than at the end side that was in contact with the side wall. It was suppressed.

端部近傍に位置するブロックA1とA1の間の境界、及びブロックD1とD1の間の境界をそれぞれ引き継いで形成された粒界は、転位を発生させやすい転位発生粒界であった。   The grain boundaries formed by taking over the boundary between the blocks A1 and A1 located in the vicinity of the end and the boundary between the blocks D1 and D1 were dislocation generation grain boundaries that easily generate dislocations.

ブロックA1とD2の間の境界、及びブロックA2とD1の間の境界をそれぞれ引き継いで形成された粒界は、中央側の結晶粒への転位の伝播を抑制する第1転位抑制粒界であることがわかった。ブロックD2とA2の間の境界を引き継いで形成された粒界は、結晶粒の転位の発生を抑制する第2転位抑制粒界であることがわかった。   The grain boundaries formed by taking over the boundary between the blocks A1 and D2 and the boundary between the blocks A2 and D1 are first dislocation suppression grain boundaries that suppress the propagation of dislocations to the crystal grains on the center side. I understood it. It was found that the grain boundary formed by taking over the boundary between the blocks D2 and A2 is a second dislocation suppression grain boundary that suppresses the occurrence of crystal grain dislocations.

図4、図5に示すように、シリコンインゴットの端部には、方位が種結晶とは異なる多結晶が形成されていた。一方、ブロックA1とD2の間の境界、及びブロックA2とD1の間の境界をそれぞれ引き継いだ第1転位抑制粒界を挟んで、中央部分の結晶粒については多結晶化が抑制されていた。   As shown in FIGS. 4 and 5, a polycrystal having an orientation different from that of the seed crystal was formed at the end of the silicon ingot. On the other hand, polycrystallization was suppressed for the crystal grains in the central part across the first dislocation suppression grain boundary that took over the boundary between the blocks A1 and D2 and the boundary between the blocks A2 and D1, respectively.

図6は、結晶粒の転位発生領域での鉄濃度分布を表面光起電力法(Surface PhotoVoltage)により測定した。坩堝の側壁には離型材が塗布されるが、離型材には微量成分として鉄が含まれている。転位発生領域での鉄濃度分布を測定したところ、転位が発生している部分に著しく高い濃度で鉄が存在していることがわかった。このことから、転位発生粒界に面する結晶粒の転位領域では、多量の不純物がトラップされることがわかった。本実施例では、側壁近傍に転位発生粒界を形成しているため、側壁から拡散してきた鉄などの不純物が転位発生粒界に面する結晶粒の転位領域でトラップされる。このため、中央側の結晶粒への不純物の拡散が抑制される。   In FIG. 6, the iron concentration distribution in the crystal grain dislocation generation region was measured by a surface photovoltage method (Surface PhotoVoltage). A release material is applied to the side wall of the crucible, and the release material contains iron as a trace component. When the iron concentration distribution in the dislocation generation region was measured, it was found that iron was present at a remarkably high concentration in the portion where the dislocation was generated. This indicates that a large amount of impurities are trapped in the dislocation region of the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. In this embodiment, since the dislocation generation grain boundary is formed in the vicinity of the side wall, impurities such as iron diffused from the side wall are trapped in the dislocation region of the crystal grain facing the dislocation generation grain boundary. For this reason, the diffusion of impurities into the crystal grains on the center side is suppressed.

図7を用いて、本実施例により形成されたシリコンインゴット7を説明する。シリコンインゴット7は、複数の単結晶シリコンのブロックを配列させてなる種結晶6を用いて、結晶粒5を結晶成長させることにより形成される。坩堝9の側壁91から順に配列されたブロック間の境界のうち、ブロックA1とD2の間の境界、及びブロックA2とD1の間の境界は、第1転位抑制境界1であり、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界51を形成させる。ブロックD2とA2との間の境界は、第2転位抑制境界2であり、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第2転位抑制粒界52を形成させ得る。ブロックA1とA1の間の境界、及びブロックD1とD1の間の境界は、第1転位抑制境界1よりも側壁91側に位置する転位発生境界4であり、結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界54を形成させ得る。   The silicon ingot 7 formed according to this embodiment will be described with reference to FIG. The silicon ingot 7 is formed by growing crystal grains 5 using a seed crystal 6 in which a plurality of single crystal silicon blocks are arranged. Among the boundaries between the blocks arranged in order from the side wall 91 of the crucible 9, the boundary between the blocks A1 and D2 and the boundary between the blocks A2 and D1 are the first dislocation suppression boundary 1 and accompanying crystal growth Thus, the first dislocation suppression grain boundary 51 that suppresses dislocation generation is formed. The boundary between the blocks D2 and A2 is the second dislocation suppression boundary 2, and a second dislocation suppression grain boundary 52 that suppresses the generation of dislocations along with crystal growth can be formed. The boundary between the blocks A1 and A1 and the boundary between the blocks D1 and D1 are dislocation generation boundaries 4 located on the side of the side wall 91 relative to the first dislocation suppression boundary 1, and generate dislocations along with crystal growth. The obtained dislocation generation grain boundary 54 can be formed.

第1転位抑制粒界51は、Σ値が29以上であり、ランダム粒界であった。第2転位抑制粒界52は、Σ値が29以上であり、ランダム粒界であった。   The first dislocation suppression grain boundary 51 had a Σ value of 29 or more and was a random grain boundary. The second dislocation suppression grain boundary 52 had a Σ value of 29 or more and was a random grain boundary.

転位発生粒界54は、Σ値が1であり、Σ値1から1°程度のズレ角度を有する粒界であり、 小角粒界であった。転位発生境界4に対面するブロックA1、D1の結晶方位に対する、転位発生粒界54に対面する結晶粒5の結晶方位のズレ角度、第1転位抑制境界1に対面するブロックA1、D1の結晶方位に対する、転位発生粒界51に対面する結晶粒5の結晶方位のズレ角度、第2転位抑制境界2に対面するブロックA2、D2の結晶方位に対する、転位発生粒界52に対面する結晶粒5の結晶方位のズレ角度は、いずれも、0°以上5°以下であった。   The dislocation generation grain boundary 54 is a grain boundary having a Σ value of 1, a deviation angle of about 1 ° from the Σ value 1, and was a small-angle grain boundary. Deviation angle of crystal orientation of crystal grain 5 facing dislocation generation grain boundary 54 with respect to crystal orientation of blocks A1 and D1 facing dislocation generation boundary 4, crystal orientation of blocks A 1 and D 1 facing first dislocation suppression boundary 1 Of the crystal grain 5 facing the dislocation generation grain boundary 51 and the crystal orientation of the crystal grain 5 facing the dislocation generation grain boundary 52 with respect to the crystal orientation of the blocks A2 and D2 facing the second dislocation suppression boundary 2. The deviation angle of the crystal orientation was 0 ° or more and 5 ° or less in all cases.

シリコンインゴットのうち、結晶粒5の第1転位抑制粒界51よりも中央側の部分を切り出すことにより、結晶欠陥の少ない高品質の疑似単結晶シリコンが得られる。   By cutting out a portion of the silicon ingot closer to the center than the first dislocation suppression grain boundary 51 of the crystal grain 5, high-quality pseudo single crystal silicon with few crystal defects can be obtained.

ところで、本実施例で採用されているモノライクキャスト法では、図4、図7に示すように、シリコン融液から種結晶を用いてシリコンインゴットを育成する過程で、坩堝9の側壁91に接する端部から種結晶とは別の方位の結晶粒59が多数発生してその占有部分が拡大する多結晶化が生じた。本実施例では、第1転位抑制粒界51により別の方位をもつ結晶粒59の拡大がブロックされた。   By the way, in the mono-like cast method employed in the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 7, the silicon ingot is grown from the silicon melt by using a seed crystal, and is in contact with the side wall 91 of the crucible 9. A large number of crystal grains 59 having an orientation different from that of the seed crystal are generated from the end portion, and polycrystallization in which the occupied portion is enlarged occurs. In this example, the expansion of the crystal grains 59 having different orientations was blocked by the first dislocation suppression grain boundaries 51.

そこで、転位抑制粒界を転位発生粒界54よりも側壁91に接する端部70側に配置することで、多結晶化を効果的に抑制できると推定される。即ち、図8に示すように、配置工程において、転位発生境界4よりも側壁91側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界53を形成させ得る第3転位抑制境界3を形成してもよい。第3転位抑制境界3を形成するために、実施例1の種結晶6の一方の端部70とブロックA1との間に、ブロックD1を配置し、また他方の端部70とブロックD1との間にブロックA1を配置する。かかる種結晶6を用いて結晶成長をさせて得られたシリコンインゴットは、第3転位抑制境界3を引き継いだ第3転位抑制粒界53で多結晶化が抑制されると推定される。このため、より高品質の疑似単結晶が得られる。   Therefore, it is presumed that dislocation suppression grain boundaries can be effectively suppressed by disposing the dislocation suppression grain boundaries closer to the end portion 70 in contact with the side wall 91 than the dislocation generation grain boundaries 54. That is, as shown in FIG. 8, in the arrangement step, the third dislocation suppression boundary that can form the third dislocation suppression grain boundary 53 that suppresses the generation of dislocations accompanying crystal growth on the side wall 91 side from the dislocation generation boundary 4. 3 may be formed. In order to form the third dislocation suppression boundary 3, the block D1 is disposed between one end 70 of the seed crystal 6 of Example 1 and the block A1, and the other end 70 and the block D1 are arranged. A block A1 is arranged between them. It is presumed that the silicon ingot obtained by crystal growth using the seed crystal 6 is suppressed from polycrystallization at the third dislocation suppression grain boundary 53 taking over the third dislocation suppression boundary 3. For this reason, a higher quality pseudo single crystal is obtained.

また、本実施例では、側壁91に接する端部70近傍に転位発生境界4を配置させることにより、端部70近傍で成長した結晶粒に転位を発生させて、応力緩和及び不純物吸収をさせている。図9に示すように、ブロックA1、D1の代わりに、ブロックA1、D1よりも転位密度を高くした高転位単結晶シリコンブロックであるブロックAD1、DD1を用いてもよい。この場合にも、ブロックAD1、DD1を引き継いで成長した結晶粒は、多数の転位が発生して高転位結晶粒64となる。高転位結晶粒64において、応力緩和及び不純物吸収をさせることができる。AD1、DD1に対して端部70と反対側、即ち中央側に第1転位抑制境界1を配置することで、中央側への転位伝播及び不純物拡散を効果的に抑制できる。   Further, in this embodiment, dislocation generation boundary 4 is arranged in the vicinity of the end portion 70 in contact with the side wall 91, thereby generating dislocations in crystal grains grown in the vicinity of the end portion 70, thereby causing stress relaxation and impurity absorption. Yes. As shown in FIG. 9, instead of the blocks A1 and D1, blocks AD1 and DD1, which are high dislocation single crystal silicon blocks having a higher dislocation density than the blocks A1 and D1, may be used. Also in this case, the crystal grains grown by taking over the blocks AD1 and DD1 generate many dislocations and become high dislocation crystal grains 64. High dislocation crystal grains 64 can relieve stress and absorb impurities. Dislocation propagation and impurity diffusion toward the center side can be effectively suppressed by disposing the first dislocation suppression boundary 1 on the side opposite to the end portion 70 with respect to AD1 and DD1, that is, the center side.

また、図10に示すように、種結晶6は、実施例1の転位発生境界に代えて、高転位単結晶ブロックを有していてもよい。この場合、坩堝9には、両側の側壁91近傍に、転位密度が高い高転位単結晶ブロックであるブロックAD1、DD1を配置し、中央には転位密度が小さいブロックD3を配置する。ブロックD3は、厚みがブロックD2の厚みの約2倍ある点を除いて、ブロックD2と同じである。ブロックAD1とD3との間およびブロックDD1とD3との間には、第1転位抑制境界1が形成されている。この種結晶6の上にシリコン融液を配置して冷却すると、シリコンインゴット7が形成される。高転位結晶シリコンブロックAD1、DD1を引き継いで成長した結晶粒は、多数の転位が発生して高転位結晶粒64となる。シリコンインゴット7の両端部は、転位が多く不純物が蓄積されているが、中央部では転位の発生が少なくまた不純物の拡散も抑制される。   Further, as shown in FIG. 10, the seed crystal 6 may have a high dislocation single crystal block instead of the dislocation generation boundary of the first embodiment. In this case, in the crucible 9, blocks AD 1 and DD 1, which are high dislocation single crystal blocks having a high dislocation density, are arranged near the side walls 91 on both sides, and a block D 3 having a low dislocation density is arranged in the center. Block D3 is the same as block D2, except that the thickness is approximately twice the thickness of block D2. A first dislocation suppression boundary 1 is formed between the blocks AD1 and D3 and between the blocks DD1 and D3. When a silicon melt is placed on the seed crystal 6 and cooled, a silicon ingot 7 is formed. The crystal grains grown by taking over the high dislocation crystal silicon blocks AD1 and DD1 generate many dislocations and become high dislocation crystal grains 64. At both ends of the silicon ingot 7, there are many dislocations and impurities are accumulated, but the occurrence of dislocations is small in the center and diffusion of impurities is also suppressed.

(実施例2)
本実施例のシリコンインゴットは、種結晶において、第3転位抑制境界を配置していること、及び、坩堝の4つのすべての側壁に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置している点が、実施例1と相違する。以下、本実施例のシリコンインゴットの製造方法について説明する。
(Example 2)
In the silicon ingot of this example, the third dislocation suppression boundary is arranged in the seed crystal, and the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary are formed on all four side walls of the crucible. Is different from the first embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the silicon ingot of a present Example is demonstrated.

まず、配置工程において、複数のシリコン単結晶ブロックを配列した種結晶を形成した。複数のシリコン単結晶ブロックは、CZ法で製造されたものであり、結晶方位に関して3種類のブロックE,F,Gを用いた。図11に示すように、ブロックEの結晶方位は、X方向に(310)面、Y方向に(1−30)面、Z方向に(001)面をもつ。ブロックFの結晶方位は、X方向に(210)面、Y方向に(1−20)面、Z方向に(001)面をもつ。ブロックGの結晶方位は、X方向に(−211)面、Y方向に(01−1)面、Z方向に(111)面をもつ。ブロックE,F,Gの転位密度はいずれも0/cm2であった。 First, in the arranging step, a seed crystal in which a plurality of silicon single crystal blocks were arranged was formed. The plurality of silicon single crystal blocks were manufactured by the CZ method, and three types of blocks E, F, and G were used with respect to crystal orientation. As shown in FIG. 11, the crystal orientation of the block E has a (310) plane in the X direction, a (1-30) plane in the Y direction, and a (001) plane in the Z direction. The crystal orientation of the block F has a (210) plane in the X direction, a (1-20) plane in the Y direction, and a (001) plane in the Z direction. The crystal orientation of the block G has a (−211) plane in the X direction, a (01-1) plane in the Y direction, and a (111) plane in the Z direction. The dislocation densities of the blocks E, F, and G were all 0 / cm 2 .

ブロックE,Fについて、平面形状の異なるブロックE1、E2、E3、F1、F2、F3を準備した。ブロックE1、F1の平面形状は、32mm×64mmの長方形であり、ブロックE2、F2の平面形状は、5mm×64mmの長方形であり、ブロックE3、F3の平面形状は、32mm×5mmの長方形であった。すべてのブロックの高さは94mmとした。   For the blocks E and F, blocks E1, E2, E3, F1, F2, and F3 having different planar shapes were prepared. The planar shape of the blocks E1 and F1 is a rectangle of 32 mm × 64 mm, the planar shape of the blocks E2 and F2 is a rectangle of 5 mm × 64 mm, and the planar shape of the blocks E3 and F3 is a rectangle of 32 mm × 5 mm. It was. The height of all the blocks was 94 mm.

図11に示すように、各種ブロックを配置させて、種結晶を得た。坩堝の底壁は、X方向及びY方向にそれぞれ94mmの長さの正方形をなしている。坩堝の側壁から順に、X方向において、ブロックF2、E2、E2、F1、E1、F2、F2、E2の順で配列させた。Y方向において、ブロックF1の両側に、ブロックE3、E3、F3の順で配列させ、ブロックE1の両側に、ブロックF3、F3、E3の順で配列させた。種結晶の4コーナーには、ブロックGを配置した。   As shown in FIG. 11, various blocks were arranged to obtain a seed crystal. The bottom wall of the crucible forms a square with a length of 94 mm in each of the X direction and the Y direction. The blocks F2, E2, E2, F1, E1, F2, F2, and E2 were arranged in this order from the side wall of the crucible in the X direction. In the Y direction, the blocks E3, E3, and F3 were arranged in this order on both sides of the block F1, and the blocks F3, F3, and E3 were arranged on both sides of the block E1. Blocks G were arranged at the four corners of the seed crystal.

坩堝の側壁内面に離型材を塗布した。坩堝底に、上記の種結晶を配置した。種結晶のZ方向を坩堝底面に対して垂直な方向に向け、X方向を坩堝平面の一方向に向け、Y方向を坩堝平面の他方向に向けた。   A release material was applied to the inner surface of the side wall of the crucible. The above seed crystal was placed at the bottom of the crucible. The Z direction of the seed crystal was oriented in a direction perpendicular to the bottom surface of the crucible, the X direction was oriented in one direction of the crucible plane, and the Y direction was oriented in the other direction of the crucible plane.

参考例と同様に、成長工程を行って、シリコンインゴットを成長させた。   Similarly to the reference example, a silicon ingot was grown by performing a growth process.

図12は、図11のA−A矢視線方向に切断したシリコンインゴットの切断面の断面写真である。図13は、種結晶部分をZ方向と直交する方向に切断したシリコンインゴットの切断面の断面写真である。図14は、図11のA−A矢視線方向に切断したシリコンインゴットの切断面の説明図である。図15は、種結晶部分をZ方向と直交する方向に切断したシリコンインゴットの切断面 の説明図である。   FIG. 12 is a cross-sectional photograph of a cut surface of a silicon ingot cut in the direction of arrows AA in FIG. FIG. 13 is a cross-sectional photograph of a cut surface of a silicon ingot obtained by cutting a seed crystal portion in a direction orthogonal to the Z direction. FIG. 14 is an explanatory diagram of a cut surface of the silicon ingot cut in the direction of arrows AA in FIG. FIG. 15 is an explanatory view of a cut surface of a silicon ingot obtained by cutting a seed crystal portion in a direction orthogonal to the Z direction.

得られたシリコンインゴットでは、種結晶6からZ方向に結晶粒が成長していた。坩堝9の四方の側壁91近傍の結晶粒には、多数の転位が発生していた。しかし、図12に示すように、ブロックF2とE1の間の境界、ブロックE2とF1の間の2つの境界をそれぞれ引き継いだ粒界を挟んで中央側では、側壁側に比べて格段に転位の発生が抑えられていた。また、図13に示すように、ブロックF2およびF3とE1の間の境界をそれぞれ引き継いだ粒界を挟んで中央側では、端部側に比べて格段に転位の発生が抑えられていた。同様に、ブロックE2およびE3とF1の境界をそれぞれ引き継いだ粒界を挟んだ中央側では、端部側に比べて格段に転位の発生が抑えられていた。このことから、ブロックF2とE1の間の境界、ブロックE2とF1の間の境界、ブロックF3とE1の間の境界、及びブロックE3とF1の間の境界は、転位の発生を抑制できる第1転位抑制粒界51を形成させる第1転位抑制境界1であった。   In the obtained silicon ingot, crystal grains grew from the seed crystal 6 in the Z direction. Numerous dislocations occurred in the crystal grains near the four side walls 91 of the crucible 9. However, as shown in FIG. 12, the center side across the boundary between the blocks F2 and E1 and the two boundaries between the blocks E2 and F1 is significantly dislocated compared to the side wall side. Occurrence was suppressed. Further, as shown in FIG. 13, the occurrence of dislocations was remarkably suppressed on the center side with respect to the boundaries between the blocks F2 and F3 and E1, as compared with the end portion side. Similarly, the occurrence of dislocations was remarkably suppressed on the center side across the grain boundaries that inherited the boundaries between the blocks E2 and E3 and F1, compared to the end side. Therefore, the boundary between the blocks F2 and E1, the boundary between the blocks E2 and F1, the boundary between the blocks F3 and E1, and the boundary between the blocks E3 and F1 are the first that can suppress the occurrence of dislocation. This is the first dislocation suppression boundary 1 that forms the dislocation suppression grain boundary 51.

坩堝9の側壁91近傍に位置するブロックE2とE2の間の境界、ブロックE3とE3の間の境界、ブロックF2とF2の間の境界、及びブロックF3とF3の間の境界は、転位を発生させやすい転位発生粒界54を形成させる転位発生境界4であった。   The boundary between the blocks E2 and E2, located near the side wall 91 of the crucible 9, the boundary between the blocks E3 and E3, the boundary between the blocks F2 and F2, and the boundary between the blocks F3 and F3 generate dislocations. This is the dislocation generation boundary 4 that forms the dislocation generation grain boundary 54 that is easily formed.

種結晶6の中央側のブロックE1とF1の間の境界は、結晶粒の転位の発生を抑制する第2転位抑制粒界52を形成させる第2転位抑制境界2であった。端部70近傍に位置するブロックE2とF2の間の境界、及びブロックE3とF3の間の境界は、転位の発生を抑制する第3転位抑制粒界53を形成させる第3転位抑制境界3であった。第3転位抑制粒界53を挟んで端部70と反対側の結晶粒については多結晶化が抑制されていた。   The boundary between the blocks E1 and F1 on the center side of the seed crystal 6 was the second dislocation suppression boundary 2 that forms the second dislocation suppression grain boundary 52 that suppresses the generation of crystal dislocations. The boundary between the blocks E2 and F2 located near the end portion 70 and the boundary between the blocks E3 and F3 are the third dislocation suppression boundary 3 that forms the third dislocation suppression grain boundary 53 that suppresses the occurrence of dislocation. there were. Polycrystallization was suppressed for the crystal grains opposite to the end portion 70 across the third dislocation suppression grain boundary 53.

第1転位抑制粒界51、第2転位抑制粒界52、及び第3転位抑制粒界53は、いずれもΣ値が29以上であり、ランダム粒界であった。転位発生粒界54は、Σ値が1であり、Σ値1から1°程度のズレ角度を有する粒界であり、小角粒界であった。転位発生境界4に対面する各ブロックの結晶方位に対する、転位発生粒界54に対面する結晶粒5の結晶方位のズレ角度は、いずれも、0°以上5°以下であった。   The first dislocation suppression grain boundary 51, the second dislocation suppression grain boundary 52, and the third dislocation suppression grain boundary 53 were all random grain boundaries having a Σ value of 29 or more. The dislocation generation grain boundary 54 is a grain boundary having a Σ value of 1, a deviation angle of about 1 ° from the Σ value 1, and was a small-angle grain boundary. The deviation angle of the crystal orientation of the crystal grain 5 facing the dislocation generation grain boundary 54 with respect to the crystal orientation of each block facing the dislocation generation boundary 4 was 0 ° or more and 5 ° or less.

シリコンインゴットは、結晶粒5の第1転位抑制粒界51よりも中央側の部分が切り出されて使用される。この中央側の部分は、結晶欠陥の少ない高品質の疑似単結晶シリコンである。   The silicon ingot is used by cutting out a portion on the center side from the first dislocation suppression grain boundary 51 of the crystal grain 5. The central portion is high-quality quasi-single crystal silicon with few crystal defects.

本実施形態では、坩堝のすべての側壁について各側壁側から順に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置している。シリコンインゴットの外側部分全周からの転位発生及び不純物混入を効果的に抑制できる。このため、X方向又はY方向のみに第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置した場合に比べて、製品部分の歩留まりを更に高くすることができる。   In the present embodiment, the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from all the side walls on all the side walls of the crucible. It is possible to effectively suppress dislocation generation and impurity contamination from the entire outer portion of the silicon ingot. For this reason, the yield of a product part can be made still higher compared with the case where the 3rd dislocation suppression boundary, the dislocation occurrence boundary, and the 1st dislocation suppression boundary are arranged only in the X direction or the Y direction.

本実施例では、種結晶6のコーナー部に配置したブロックGの上にも結晶が成長した。しかし、ブロックG上の結晶は、使用時にシリコンインゴットの製品部分から排除される部分であるため、転位発生、不純物混入など、どのような結晶でも問わない。このため、種結晶6のコーナー部に配置するものは、シリコンブロックであれば、どのような方位をもつものでもよい。たとえば、コーナー部には、ブロックGを配置する代わりに、その両側のブロックE2、E3、F2、F3のいずれかを引き延ばして配置してもよい。また、コーナー部にはブロックを配置しなくてもよい。この場合には、成長工程の際に、シリコン融液がコーナー部に進入するが、製造されたシリコンインゴットの製品部分には影響がほとんどない。しいていえば、コーナー部の隙間から結晶の中央側にシリコン融液が浸み出す程度であり、その場合にも、結晶の成長に大きな影響はない。   In this example, the crystal also grew on the block G arranged at the corner portion of the seed crystal 6. However, since the crystal on the block G is a part excluded from the product part of the silicon ingot at the time of use, any crystal such as dislocation generation or impurity mixing may be used. For this reason, what is arranged at the corner of the seed crystal 6 may have any orientation as long as it is a silicon block. For example, instead of arranging the block G in the corner portion, any of the blocks E2, E3, F2, and F3 on both sides thereof may be extended and arranged. Moreover, it is not necessary to arrange a block in a corner part. In this case, the silicon melt enters the corner portion during the growth process, but there is almost no influence on the product portion of the manufactured silicon ingot. In other words, the silicon melt oozes out from the gap of the corner portion toward the center of the crystal, and in this case, there is no significant influence on the crystal growth.

本実施例のシリコンインゴットは、種結晶において、坩堝のすべての側壁について各側壁側から順に、第3転位抑制境界、転位発生境界及び第1転位抑制境界を配置しているが、第3転位抑制境界は用いることなく転位発生境界及び第1転位抑制境界を坩堝のすべての側壁に配置してもよい。また、図9、図10に示すように、坩堝の側壁側から順に高転位結晶シリコンブロック及び第1転位抑制境界を配置する構成を、坩堝のすべての側壁に設けてもよい。   In the silicon ingot of this example, in the seed crystal, the third dislocation suppression boundary, the dislocation generation boundary, and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side walls on all the side walls of the crucible. You may arrange | position a dislocation generation | occurrence | production boundary and a 1st dislocation suppression boundary on all the side walls of a crucible, without using a boundary. Further, as shown in FIGS. 9 and 10, a configuration in which the high dislocation crystal silicon block and the first dislocation suppression boundary are sequentially arranged from the side wall side of the crucible may be provided on all the side walls of the crucible.

本実施例では、ブロックE,Fの転位密度は同じとしたが、図16に示すように、第1転位抑制境界に側壁91側で対面する部分に高転位密度の単結晶シリコンブロックからなるブロックED2、ED3、FD2、FD3を配置してもよい。即ち、坩堝底が四角形状であって、坩堝のすべての側壁に、第3転位抑制境界、高転位単結晶のブロック及び第1転位抑制境界を配置してもよい。この場合にも、シリコンインゴットの外側部分全周からの転位発生及び不純物混入を効果的に抑制できる。このため、X方向又はY方向のみに第3転位抑制境界、高転位単結晶のブロック及び第1転位抑制境界を配置した場合に比べて、製品部分の歩留まりを更に高くすることができる。   In this embodiment, the dislocation densities of the blocks E and F are the same. However, as shown in FIG. 16, a block composed of a single crystal silicon block having a high dislocation density at the portion facing the first dislocation suppression boundary on the side wall 91 side. ED2, ED3, FD2, and FD3 may be arranged. That is, the bottom of the crucible may be rectangular, and the third dislocation suppression boundary, the high dislocation single crystal block, and the first dislocation suppression boundary may be disposed on all the side walls of the crucible. Also in this case, it is possible to effectively suppress the occurrence of dislocations from the entire outer periphery of the silicon ingot and mixing of impurities. For this reason, the yield of a product part can be made still higher compared with the case where the 3rd dislocation suppression boundary, the block of a high dislocation single crystal, and the 1st dislocation suppression boundary are arranged only in the X direction or the Y direction.

1:第1転位抑制境界、2:第2転位抑制境界、3:第3転位抑制境界、4:転位発生境界、5:結晶粒、51:第1転位抑制粒界、52:第2転位抑制粒界、53:第3転位抑制粒界、54:転位発生粒界、6:種結晶、64:高転位結晶粒、7:シリコンインゴット、70:端部 1: First dislocation suppression boundary, 2: Second dislocation suppression boundary, 3: Third dislocation suppression boundary, 4: Dislocation generation boundary, 5: Crystal grain, 51: First dislocation suppression grain boundary, 52: Second dislocation suppression Grain boundary, 53: Third dislocation suppression grain boundary, 54: Dislocation generation grain boundary, 6: Seed crystal, 64: High dislocation crystal grain, 7: Silicon ingot, 70: End

Claims (22)

坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有し、前記第1転位抑制境界と前記転位発生境界とが対向するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、
前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記転位発生境界と前記第1転位抑制境界をそれぞれ引き継いだ前記転位発生粒界と前記第1転位抑制粒界を形成して、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位を発生させるとともに、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。
A plurality of single crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a first dislocation suppression grain boundary that suppresses the generation of dislocations along with crystal growth, and the first than dislocation suppression boundaries have at at least one dislocation boundary may form a dislocation generation grain boundaries can generate dislocations with the crystal growth positioned on the side wall, the said first dislocation suppression boundary An arrangement step of arranging the plurality of single crystal silicon blocks to form a seed crystal so that a dislocation generation boundary is opposed ;
A silicon melt is disposed on the seed crystal, and the silicon melt is cooled to inherit crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and in the silicon ingot And forming the dislocation generation grain boundary and the first dislocation suppression grain boundary taking over the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary, respectively, and generating dislocations in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. And a growth step of suppressing generation of dislocations in crystal grains facing the side opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression grain boundary.
坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有し、前記転位発生境界が前記側壁と平行するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、
前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記転位発生境界と前記第1転位抑制境界をそれぞれ引き継いだ前記転位発生粒界と前記第1転位抑制粒界を形成して、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位を発生させるとともに、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。
A plurality of single crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a first dislocation suppression grain boundary that suppresses the generation of dislocations along with crystal growth, and the first than dislocation suppression boundaries have at at least one dislocation boundary may form a dislocation generation grain boundaries can generate dislocations with the crystal growth positioned on the side wall, and the dislocation boundary side wall An arrangement step of arranging the plurality of single crystal silicon blocks so as to be parallel to form a seed crystal;
A silicon melt is disposed on the seed crystal, and the silicon melt is cooled to inherit crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and in the silicon ingot And forming the dislocation generation grain boundary and the first dislocation suppression grain boundary taking over the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary, respectively, and generating dislocations in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary. And a growth step of suppressing generation of dislocations in crystal grains facing the side opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression grain boundary.
坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、前記転位発生境界よりも前記側壁側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第3転位抑制境界と、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、
前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記転位発生境界と前記第1転位抑制境界と前記第3転位抑制境界とをそれぞれ引き継いだ前記転位発生粒界と前記第1転位抑制粒界と前記第3転位抑制粒界とを形成して、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位を発生させるとともに、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制し、前記第3転位抑制粒界に対して前記側壁側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。
A plurality of single crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a first dislocation suppression grain boundary that suppresses the generation of dislocations along with crystal growth, and the first At least one dislocation generation boundary that can form a dislocation generation grain boundary that is located on the side of the side wall from the dislocation suppression boundary and can generate dislocations along with crystal growth; and on the side of the side wall from the dislocation generation boundary The plurality of single crystal silicon blocks are arranged to form a seed crystal so as to have at least one third dislocation suppression boundary that can form a third dislocation suppression grain boundary that suppresses the generation of dislocations along with growth. The placement process;
A silicon melt is disposed on the seed crystal, and the silicon melt is cooled to inherit crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and in the silicon ingot Forming the dislocation generation grain boundary, the first dislocation suppression grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary, which have succeeded the dislocation generation boundary, the first dislocation suppression boundary, and the third dislocation suppression boundary , respectively. , Generating dislocations in crystal grains facing the dislocation generation grain boundaries, suppressing generation of dislocations in crystal grains facing the first dislocation suppression grain boundaries on the side opposite to the side walls, and the third dislocations. And a growth step for suppressing the occurrence of dislocations in the crystal grains facing the side wall side with respect to the suppression grain boundary .
前記配置工程において、前記転位発生境界よりも前記側壁側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第3転位抑制境界を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、
前記成長工程において、前記シリコンインゴット中に前記第3転位抑制境界を引き継いだ前記第3転位抑制粒界を形成して、前記第3転位抑制粒界に対して前記側壁側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる請求項1又は2に記載のシリコンインゴットの製造方法。
In the disposing step, the side wall side of the dislocation generation boundary has at least one third dislocation suppression boundary capable of forming a third dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation along with crystal growth. A plurality of single crystal silicon blocks are arranged to form a seed crystal,
In the growth step, the third taking over dislocation suppression boundary to form the third dislocation suppressing grain boundary in the silicon ingot during, facing the crystal grains in the side wall side with respect to the third dislocation suppressing grain boundary The method for producing a silicon ingot according to claim 1, wherein generation of dislocation is suppressed.
前記配置工程において、前記第1転位抑制境界に対して前記側壁と反対側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第2転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第2転位抑制境界を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成し、
前記成長工程において、前記シリコンインゴット中に前記第2転位抑制境界を引き継いだ前記第2転位抑制粒界を形成して、前記第2転位抑制粒界に対面する結晶粒での転位発生を抑制させる請求項1〜4のいずれかに記載のシリコンインゴットの製造方法。
In the arranging step, at least one second dislocation suppression boundary capable of forming a second dislocation suppression grain boundary that suppresses the occurrence of dislocation accompanying crystal growth on the opposite side of the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary. A plurality of single crystal silicon blocks are arranged to form a seed crystal,
In the growth step, the second dislocation suppression grain boundary that takes over the second dislocation suppression boundary is formed in the silicon ingot to suppress generation of dislocations in crystal grains facing the second dislocation suppression grain boundary. The manufacturing method of the silicon ingot in any one of Claims 1-4 .
前記転位発生粒界のΣ値は、前記第1転位抑制粒界のΣ値よりも小さい請求項1〜5のいずれかに記載のシリコンインゴットの製造方法。 The method for producing a silicon ingot according to claim 1, wherein a Σ value of the dislocation generation grain boundary is smaller than a Σ value of the first dislocation suppression grain boundary. 前記転位発生境界に対面する前記単結晶シリコンブロックの結晶方位に対する、前記転位発生粒界に対面する結晶粒の結晶方位のズレ角度が0°以上10°以下である請求項1〜6のいずれかに記載のシリコンインゴットの製造方法。 With respect to the crystal orientation of the single crystal silicon block facing said dislocation generation boundary claim 1 deviation angle of the crystal orientation of the crystal grains facing the dislocation generation grain boundaries is 10 ° or less 0 ° or more A method for producing a silicon ingot according to 1. 前記坩堝の対向する一対の側壁のうち一方の側壁の近傍に配置された少なくとも一つの前記転位発生境界に対面する前記単結晶シリコンブロックの合計厚みは、1mm以上100mm以下である請求項1〜7のいずれかに記載のシリコンインゴットの製造方法。 The total thickness of the single crystal silicon block which faces at least one said dislocation generation boundaries positioned near one of the side walls of a pair of opposing side walls of the crucible, according to claim 1 to 7 is 1mm or more than 100mm The manufacturing method of the silicon ingot in any one of. 前記種結晶は、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記側壁側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する高転位単結晶シリコンブロックを有する請求項1〜8のいずれかに記載のシリコンインゴットの製造方法。 The seed crystal is located on the side of the sidewall from the first dislocation suppression boundary, and has a high dislocation density higher than that of the single crystal silicon block on the side opposite to the side of the first dislocation suppression boundary. The manufacturing method of the silicon ingot in any one of Claims 1-8 which have a single crystal silicon block. 前記配置工程において、前記坩堝底が四角形状をなし、4つの前記側壁について各側壁
から順に、前記転位発生境界及び前記第1転位抑制境界を配置させる請求項1〜9に記載のシリコンインゴットの製造方法。
10. The silicon ingot according to claim 1 , wherein in the arranging step, the crucible bottom has a quadrangular shape, and the dislocation generation boundary and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from the side walls with respect to the four side walls. Method.
前記配置工程において、前記坩堝底が四角形状をなし、4つの前記側壁について各側壁から順に、前記第3転位抑制境界、前記転位発生境界及び前記第1転位抑制境界を配置させる請求項3又は4のシリコンインゴットの製造方法。 In the disposing step, the crucible bottom forms a square shape, in order from the respective side walls for the four side walls, said third rearrangement suppression boundary, claim 3 is arranged the dislocation boundary and the first dislocation suppression boundary or 4 Manufacturing method of silicon ingot. 坩堝底に側壁から順に複数の単結晶シリコンブロックを配列させるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記側壁側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記側壁側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する高転位単結晶シリコンブロックと、を有するように、前記複数の単結晶シリコンブロックを配置して種結晶を形成する配置工程と、
前記種結晶の上にシリコン融液を配置し、前記シリコン融液を冷却して前記種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に結晶粒を成長させてシリコンインゴットを形成するとともに、前記シリコンインゴット中に前記第1転位抑制境界を引き継いだ前記第1転位抑制粒界と前記高転位単結晶シリコンブロックを引き継いで転位を発生させた高転位結晶粒とを形成して、前記第1転位抑制粒界に対して前記側壁と反対側で対面する結晶粒での転位発生を抑制させる成長工程と、を有することを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。
A plurality of single crystal silicon blocks are arranged in order from the side wall on the crucible bottom, and at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a first dislocation suppression grain boundary that suppresses the generation of dislocations along with crystal growth, and the first A high dislocation single-crystal silicon block located on the side of the dislocation suppression boundary and having a dislocation density higher than that of the single-crystal silicon block on the side opposite to the side wall with respect to the first dislocation suppression boundary. An arrangement step of arranging a plurality of single crystal silicon blocks to form a seed crystal,
A silicon melt is disposed on the seed crystal, and the silicon melt is cooled to inherit crystal orientation of the seed crystal to grow crystal grains in one direction to form a silicon ingot, and in the silicon ingot Forming the first dislocation suppression grain boundary that has inherited the first dislocation suppression boundary and the high dislocation crystal grain that has generated the dislocation by taking over the high dislocation single crystal silicon block, and the first dislocation suppression grain boundary. And a growth step for suppressing the occurrence of dislocations in the crystal grains facing on the side opposite to the side wall. A method for producing a silicon ingot, comprising:
前記配置工程において、前記坩堝底が四角形状をなし、4つの前記側壁について各側壁から順に、前記高転位単結晶シリコンブロック及び前記第1転位抑制境界を配置させる請求項12に記載のシリコンインゴットの製造方法。 13. The silicon ingot according to claim 12 , wherein, in the arranging step, the crucible bottom has a quadrangular shape, and the high dislocation single crystal silicon block and the first dislocation suppression boundary are arranged in order from each of the four side walls . Production method. シリコンの結晶粒を成長させてシリコンインゴットを製造するために用いられる種結晶であって、
前記種結晶は、前記結晶粒が成長する成長方向に対して垂直方向の端部から順に複数の単結晶シリコンブロックが配列されてなるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記端部側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、を有し、前記第1転位抑制境界と前記転位発生境界とが対向することを特徴とする種結晶。
A seed crystal used for growing a silicon crystal grain to produce a silicon ingot,
The seed crystal includes a plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from an end in a direction perpendicular to a growth direction in which the crystal grains grow, and first dislocation suppression that suppresses dislocation generation along with crystal growth. It is possible to form at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a grain boundary and a dislocation generation grain boundary that is located closer to the end portion than the first dislocation suppression boundary and can generate a dislocation accompanying crystal growth. At least one of the dislocation generation boundaries, have a species and the first dislocation suppression boundaries and the dislocation generation boundary, characterized in that the opposing crystals.
シリコンの結晶粒を成長させてシリコンインゴットを製造するために用いられる種結晶であって、
前記種結晶は、前記結晶粒が成長する成長方向に対して垂直方向の端部から順に複数の単結晶シリコンブロックが配列されてなるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記端部側に位置して結晶成長に伴って転位を発生させ得る転位発生粒界を形成させ得る少なくとも一つの転位発生境界と、前記転位発生境界よりも前記端部側に、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第3転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第3転位抑制境界と、を有することを特徴とする種結晶。
A seed crystal used for growing a silicon crystal grain to produce a silicon ingot,
The seed crystal includes a plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from an end in a direction perpendicular to a growth direction in which the crystal grains grow, and first dislocation suppression that suppresses dislocation generation along with crystal growth. It is possible to form at least one first dislocation suppression boundary capable of forming a grain boundary and a dislocation generation grain boundary that is located closer to the end portion than the first dislocation suppression boundary and can generate a dislocation accompanying crystal growth. At least one dislocation generation boundary, and at least one third dislocation suppression boundary capable of forming a third dislocation suppression grain boundary that suppresses dislocation generation accompanying crystal growth on the end side of the dislocation generation boundary; A seed crystal characterized by comprising:
シリコンの結晶粒を成長させてシリコンインゴットを製造するために用いられる種結晶であって、
前記種結晶は、前記結晶粒が成長する成長方向に対して垂直方向の端部から順に複数の単結晶シリコンブロックが配列されてなるとともに、結晶成長に伴って転位発生を抑制する第1転位抑制粒界を形成させ得る少なくとも一つの第1転位抑制境界と、前記第1転位抑制境界よりも前記端部側に位置して、前記第1転位抑制境界に対して前記端部側と反対側の単結晶シリコンブロックよりも高い転位密度を有する少なくとも一つの高転位単結晶シリコンブロックと、を有することを特徴とする種結晶。
A seed crystal used for growing a silicon crystal grain to produce a silicon ingot,
The seed crystal includes a plurality of single crystal silicon blocks arranged in order from an end in a direction perpendicular to a growth direction in which the crystal grains grow, and first dislocation suppression that suppresses dislocation generation along with crystal growth. At least one first dislocation suppression boundary capable of forming a grain boundary, and located on the end side of the first dislocation suppression boundary, on the side opposite to the end side with respect to the first dislocation suppression boundary A seed crystal comprising: at least one high dislocation single crystal silicon block having a higher dislocation density than the single crystal silicon block.
シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、
前記シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、前記第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する転位発生粒界とを有し、前記第1転位抑制粒界と前記転位発生粒界とが対向するとともに、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位が発生されており、前記第1転位抑制粒界に対して前記端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位は、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ないことを特徴とするシリコンインゴット。
A silicon ingot composed of a plurality of crystal grains that have grown in one direction by inheriting the crystal orientation of a silicon seed crystal,
The silicon ingot, possess a first dislocation suppressing grain boundary, and a dislocation generation grain boundary positioned on the end of the direction perpendicular to the first dislocation suppressing grain boundary growth direction of the crystal grains than the first 1 dislocation suppression grain boundary and the dislocation generation grain boundary face each other, and dislocations are generated in crystal grains facing the dislocation generation grain boundary, opposite to the end with respect to the first dislocation suppression grain boundary. A silicon ingot characterized in that the number of dislocations occurring in crystal grains facing each other is less than the dislocations occurring in crystal grains facing the dislocation generation grain boundary.
シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、
前記シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、前記第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する転位発生粒界と、前記転位発生粒界よりも前記端部側に位置する第3転位抑制粒界と、を有するとともに、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に転位が発生されており、前記第1転位抑制粒界に対して前記端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位、及び、前記第3転位抑制粒界に対して前記端部側で対面する結晶粒に発生している転位は、前記転位発生粒界に対面する結晶粒に発生している転位よりも少ないことを特徴とするシリコンインゴット。
A silicon ingot composed of a plurality of crystal grains that have grown in one direction by inheriting the crystal orientation of a silicon seed crystal,
The silicon ingot includes a first dislocation suppression grain boundary, a dislocation generation grain boundary located closer to an end side in a direction perpendicular to a crystal grain growth direction than the first dislocation suppression grain boundary, and the dislocation generation grain boundary. And dislocations are generated in the crystal grains facing the dislocation generation grain boundary, and the third dislocation suppression grain boundary located on the end side than the first dislocation suppression grain boundary. Dislocations occurring in crystal grains facing on the side opposite to the end , and dislocations occurring in crystal grains facing on the end side with respect to the third dislocation suppression grain boundary are the dislocation generation grains. Silicon ingot characterized by fewer dislocations occurring in crystal grains facing the boundary.
前記シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して垂直方向の断面は四角形状をなし、前記垂直方向の4つの前記端部について前記各端部から順に、前記転位発生粒界及び前記第1転位抑制粒界が配置されている請求項17又は18に記載のシリコンインゴット。 The cross section in the direction perpendicular to the crystal grain growth direction of the silicon ingot has a quadrangular shape, and the four dislocations in the vertical direction, in order from the respective ends , the dislocation generation grain boundary and the first dislocation suppression. The silicon ingot according to claim 17 or 18 , wherein grain boundaries are arranged. 前記シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して垂直方向の断面は四角形状をなし、前記垂直方向の4つの前記端部について前記各端部から順に、前記第3転位抑制粒界、前記転位発生粒界及び前記第1転位抑制粒界が配置されている請求項18に記載のシリコンインゴット。 The cross section in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grains of the silicon ingot has a quadrangular shape, and the three dislocation suppression grain boundaries and the dislocations are generated in order from the respective end portions of the four end portions in the vertical direction. The silicon ingot according to claim 18 , wherein a grain boundary and the first dislocation suppression grain boundary are arranged. シリコンの種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長した複数の結晶粒よりなるシリコンインゴットであって、
前記シリコンインゴットは、第1転位抑制粒界と、前記第1転位抑制粒界よりも結晶粒の成長方向に対して垂直方向の端部側に位置する高転位結晶粒と、前記高転位結晶粒よりも前記端部側に位置する第3転位抑制粒界と、を有するとともに、前記高転位結晶粒には転位が発生されており、前記第1転位抑制粒界に対して前記端部と反対側で対面する結晶粒に発生している転位、及び、前記第3転位抑制粒界に対して前記端部側で対面する結晶粒に発生している転位は、前記高転位結晶粒に発生している転位よりも少ないことを特徴とするシリコンインゴット。
A silicon ingot composed of a plurality of crystal grains that have grown in one direction by inheriting the crystal orientation of a silicon seed crystal,
The silicon ingot includes a first dislocation suppression grain boundary, a high dislocation crystal grain positioned closer to an end portion in a direction perpendicular to the growth direction of the crystal grain than the first dislocation suppression grain boundary, and the high dislocation crystal grain And dislocations are generated in the high dislocation crystal grains, opposite to the end portions with respect to the first dislocation suppression grain boundaries. Dislocations occurring in the crystal grains facing on the side and dislocations occurring in the crystal grains facing on the end side with respect to the third dislocation suppression grain boundary occur in the high dislocation crystal grains. Silicon ingot characterized by fewer dislocations.
前記シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して垂直方向の断面は四角形状をなし、前記垂直方向の4つの前記端部について前記各端部から順に、前記第3転位抑制粒界、前記高転位結晶粒及び前記第1転位抑制粒界が配置されている請求項21に記載のシリコンインゴット。 The cross section in the direction perpendicular to the growth direction of the crystal grains of the silicon ingot has a quadrangular shape, and the three dislocation suppression grain boundaries and the high dislocations are sequentially formed from the four end portions in the vertical direction. The silicon ingot according to claim 21 , wherein crystal grains and the first dislocation suppression grain boundaries are arranged.
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