JPH0228891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽電池その他の光電変換素子等に用
いられている他結晶シリコンウエハの製造方法に
関する。

従来から他結晶シリコンウエハは各種の方法に
よつて製造されており、最も一般的にはシリコン
母材により一たん所定形状のインゴツトを鋳造
し、これをスライスすることによつてウエハを得
るようにしているが、これではスライス作業に大
変な時間をかけなければならないだけでなく、イ
ンゴツトの約50％がスライス時のロスとなつてし
まうため、製品がコスト高につき大量生産も不可
能である。

そこでスライスによらない方法としてリボン法
とキヤステイング法（鋳造法）が既に実施されて
いるが、リボン法は例えば回転ドラムの周面に溶
融シリコンを噴当させ、当該周面にリボン状のウ
エハを形成するものであり、同法によるときは実
際上リボン幅が数mm程度のものしか製造すること
ができず、大形の太陽電池素材等が得られない難
点がある。

また上記キヤステイング法と呼ばれているもの
は、シリコン母材を加熱して融液となし、これを
製品ウエハの寸法に応じた鋳型に流し込み、さら
に当該型の可動部分により融液を押圧成型して固
化させるものであるが、同法によるときは、一度
に所定形状のウエハが得られ、量産性の点で望ま
しい結果が期待できるものゝ、上記のように融液
は四方から押えつけられることになる。

このため同法では鋳型の上下面と側面が上記融
液の固化に際し、シリコン結晶粒（グレイン）の
成長を抑制してしまうことゝなり、固化製品の前
記各面と接する部分近傍が、非常に細かい結晶粒
となつて大きな結晶粒が得られず、太陽電池用シ
リコンウエハ等にあつて望ましいとされている大
結晶粒生成の要請を満足させることができないた
め、当該ウエハによつて得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなつてしまう欠
陥をもつている。

そこで、本出願人は、上記諸法の欠陥を大幅に
改善することができる多結晶シリコンウエハの製
造方法として、既に、シリコン母材を溶融し、こ
の融液を、石英又はカーボンで形成され、かつ回
転状態にある製造皿上に滴下し、遠心力を有効利
用することにより所望拡径状態の融液薄層を形成
し、同層の固化後、このシリコンシートを製造皿
から剥離する方法（スピン法）を提案した。

このスピン法は、多くの優れた特徴をもつてい
るが、上記融液薄層が固化する際、高温で溶融さ
れた融液が固体となる際に生ずる体積膨張によ
り、当該膨張分が、本来平滑であるべき融液の自
由表面に影響を与え、この結果製品であるシリコ
ンシートの表面（製造皿と面接触している癒着面
と反対の面）に小突起が群生するという問題を含
んでいた。

このため、従来では、この小突起を各種エツチ
ング液で除去し、シリコンシート表面を手作業で
平滑に仕上げなければならず、このための作業が
極めて煩雑であるばかりか、該小突起の高さが
0.5mm以上ある場合には、上記エツチング液によ
る除去が不可能となり良品の得られる歩留りが低
下する。

この発明は、かかる現状に鑑み創案されたもの
であつて、その目的とするところは、回転成形法
の一つであるスピン法により多結晶シリコンウエ
ハを製造する際、シリコンシートの表面に小突起
が生成されないようにし、以つて表面平滑なウエ
ハを容易にして効率よく製造することができる多
結晶シリコンウエハの製造方法を提供しようとす
ることにある。

この発明は初期の目的を達成するため、回転し
ている製造皿上にシリコンの融液を供給し、製造
皿上の遠心力により、その遠心方向へ融液を流動
拡散させて、製造皿上に融液薄層を成形ならにび
固化する多結晶シリコンウエハの製造方法におい
て、上面に通孔を有する蓋体を前記製造皿上に施
して、これら蓋体と製造皿とでウエハ成形空間を
形成しておき、蓋体の通孔よりウエハ成形空間内
に前記融液を注入かつ充填して、回転している製
造皿上の遠心力により融液薄層を形成することを
特徴とする。

この発明のより望ましい実施態様は、上記多結
晶シリコンウエハの製造方法において、ウエハ成
形空間が製造皿上の外周寄りにあつて製造皿の回
転軸心に対し偏心しているとともに、通孔がウエ
ハ成形空間よりも製造皿の回転軸心側にあり、か
つ、ウエハ成形空間と通孔とが通路を介して相互
に連通していることである。

さらに、この発明のより望ましい態様は、上記
多結晶シリコンウエハの製造方法において、ウエ
ハ成形空間が複雑であることである。

以下、添付図面にもとづき、この発明を詳細に
説明する。

第１図には、この発明の実施に用いる製造皿１
と蓋体２とをターンテーブル８にセツトした状態
が示されている。

製造皿１としては、シリコンとの反応性が少な
い石英（SiO₂）やカーボンＣ等で形成され、か
つ各種寸法の円形・四角形等所望形状のウエハ形
成平面１ａをもつたものが用意され、これを任意
選択して用いる。

蓋体２は、これもシリコンとの反応性が少ない
石英（SiO₂）やカーボンＣ等で形成され、その
内周形状が製造皿１の外周形状と密に当接するよ
う形成されているとともに、同蓋体２は、製造皿
１に被蓋して図示の場合ターンテーブル８の上面
に載置された際、製造皿１のウエハ形成平面１ａ
と、蓋体２の天井壁部２ａおよび周側壁部２ｂの
内面とにより画成される所望容積のウエハ成形空
間Ｓを形成できるように構成されている。このウ
エハ成形空間Ｓは、その高さ寸法ｈが形成しよう
とするウエハの厚さ寸法となるように、蓋体２に
は所望高さのものが各種用意され、また蓋体２の
天井壁部２ａには、その略中央に、所要径の通孔
２ｃが開設されている。

そこで、このように構成された蓋体２を、第１
図に示すようにターンテーブル８に載置された製
造皿１に密嵌し、前記ウエハ成形空間Ｓを形成し
た後、蓋体２の通孔２ｃよりシリコン母材融液を
同空間Ｓに注入し、所望の融液薄層３を形成す
る。

このような融液薄層３を形成するには、第２図
に示すように、坩堝４にシリコン母材を投入し
て、これを溶融用熱源５により加熱融解し、当該
融液を坩堝４の転動によつて漏斗７へ放流し、
こゝで一たん漏斗７に受承されて、さらにその流
出口７′から、図中点線で示すように当該融液を
上記通孔２ｃの略中心部に滴下する。

そしてこの際ターンテーブル８は予め回転させ
ておくのがよいが、同時回転でも、滴下完了後融
液が固化しないうちに回転を開始させてもよく、
当該回転による遠心力によつて融液は拡径方向へ
流動し、ウエハ成形空間Ｓ内には徐々に融液が流
入し、遂に充填状態となつて所望の融液薄層３が
形成される。この場合、上記空間Ｓ内に介在する
空気は、融液が遠心力によつて拡径方向へ流動す
る際に前記通孔２ｃより蓋体２外へ排気されるこ
とになる。

尚、この融液薄層３を形成する場合、注意しな
ければならない点は、蓋体２には通孔２ｃが開設
されていることから、ウエハ成形空間Ｓの容積よ
りも多い量の融液を注入すると、該通孔２ｃ内に
まで融液が流入され、融液薄層３の表面側に、当
該流入分だけの突起が形成されてしまうことであ
る。従つて、本発明の実施に際しては、融液の注
入量を上記空間Ｓの容積と対応して制御してやる
ことゝなる。

上記シリコン母材としては金属級シリコン、半
導体級高純度シリコンなどを用いるようにし、同
母材は、坩堝４の外周側に配設された電気ヒータ
等による溶融用熱源５によつて、当該シリコンの
溶融温度1420℃を考慮して加熱することにより、
これを溶融し得るようになつており、当該熱源５
としては、図示例のように電熱線であるとか、高
周波加熱装置によることができ、もちろん適時当
該加熱を停止したり、加熱条件を制御可能にして
おくことが望ましく、図中９は上記ターンテーブ
ル８の回転軸である。

このようにしてウエハ成形空間Ｓに融液が注入
充填され、融液薄層３が形成されたならば、これ
を冷却固化し、この後、第３図に示すように蓋体
２を持ち上げ、シリコンシート３′を製造皿１か
ら剥離することにより、表面平滑なウエハが得ら
れる。

すなわち、この発明に係る製造方法にあつて
は、融液薄層３の表裏面並びにその外周面は、製
造皿１と蓋体２とで囲繞されているので、融液薄
層３が冷却固化する際、その自由表面に小突起が
発生しようとしても、これが蓋体２の内面により
抑制されてしまうことになる。

第４図と第５図は、この発明の実施に用いられ
る他の製造皿１と蓋体２とを示し、この製造皿１
の材質・形状等は、前同様であるが、その上面に
平面十字状の凹溝１ｂを形成し、その底面をウエ
ハ形成平面１ａとしてあり、同溝１ｂと蓋体２の
天井壁部２ａとでウエハ成形空間Ｓが形成されて
いる。また、この凹溝１ｂには、その各端末側
に、図示の実施例では四角形状のウエハ形成部１
ｃが計四個形成されており、これら各ウエハ形成
部１ｃを連通している通路１ｄは、同形成部１ｃ
よりも細幅に形成され、両部１ｃ，１ｄの連結部
位には、括れ部１ｅが形成されている。

また、蓋体２も前記蓋体と同材、同形に形成す
ればよいが、この蓋体２の天井壁部２ａは、蓋体
２を被せた際に、製造皿１上面に密接すること
で、前記の如く同ウエハ形成溝１ｂと同蓋体２と
でウエハ成形空間Ｓが形成される。

この実施例の場合、第４図、第５図を参照して
明らかなように、各ウエハ成形空間Ｓは製造皿１
上の外周寄りにあつて製造皿１の回転軸心に対し
偏心しており、通孔２ｃは各ウエハ成形空間Ｓよ
りも製造皿１の回転軸心側にある。

そこで、この製造皿１を所要速度で回転させつ
つ蓋体２の通孔２ｃよりシリコン母材融液を同空
間Ｓに注入すると、当該融液は通路１ｄから、遠
心力によりウエハ形成部１ｃへとウエハ形成平面
１ａ上を拡径流動して全同部１ｃが該融液により
充填されて、夫々に融液薄層３が形成されるか
ら、前記の場合と同様、これを冷却し固化させる
ことによつて、四枚のウエハを同時に形成でき
る。尚、このウエハは、ウエハ形成部１ｃと通路
１ｄとの境界に設けた括れ部１ｅに対応する箇所
を利用して、折ることにより、四角形の製品ウエ
ハ４枚が分離されることとなる。

この実施例の場合、前記実施例が奏する効果を
に加え、各ウエハ成形空間Ｓが製造皿１上の外周
寄りにあつて製造皿１の回転軸心に対し偏心して
いるので、すなわち、より大きな遠心力の生じる
製造皿１上の外周側に各ウエハ成形空間Ｓがある
ので、ウエハの成形性をより高めることができ、
しかも、通孔２ｃが各ウエハ成形空間Ｓよりも製
造皿１の回転軸心側にあるので、通孔２ｃの跡が
ウエハ上面に生じる虞れが全くなく、他にも、ウ
エハ成形溝１ｂの深さに依存して所望厚さのウエ
ハを得ることができる。

その結果、所望の形状、厚さをもつウエハの良
品が一度に複数枚形成できるようになり、良品の
歩留り、生産効率を共に高めることができる。
尚、本発明を実施するに際し、製造皿１をヒータ
等の加熱手段によつて予じめ1400℃付近まで加熱
しておけば、望ましい大結晶粒の製品ウエハを容
易に製造することができる。

すなわち、大結晶粒のウエハを生成するために
は、シリコン母材融液を高温にしておき、これを
急激に冷却することなく徐々に冷却すればよく、
このことは既知であるが、本出願人が既に提案し
た前記スピン法では、シリコン母材融液を高温化
するほど製造皿１から飛散してしまい、所望のウ
エハが形成できないこととなるが、このような問
題も、本発明によれば、製造皿１の外周が蓋体２
で囲繞されているので、高温の融液でも飛散して
しまうことはなく、その結果大結晶粒のウエハを
容易に製造し得るのである。

ここで本発明の具体例を示せば、100φで厚さ
１mmのシリコンシートを製造しようとする場合、
シリコンの比重2.3ｇ／cm³であるから、18.5ｇの
シリコンを用意する。そして、このシリコンを約
1500℃で加熱溶融すると共に、製造皿を1350℃〜
1430℃に加熱制御し、これを200rpm〜350rpmで
回転させながら上記融液を蓋体の通孔を通じてウ
エハ成形空間に注入して充填し、所望径の融液薄
層を形成する。

この後、製造皿の加熱を停止して同薄層を冷却
し、固化後、蓋体を取り外してシリコンシートを
製造皿より剥離した。

この結果、得られたウエハには前記の如き小突
起等の類いは生成されず、平滑な面を有するウウ
エハを製造できることが確認された。

また、同方法によれば、１mm〜10mm前後のシリ
コン結晶粒を容易に生成することができることも
確認された。

以上説明した通り、この発明に係る多結晶シリ
コンウエハの製造方法は、上面に通孔を有する蓋
体を前記製造皿上に施して、これら蓋体と製造皿
とでウエハ成形空間を形成しておき、蓋体の通孔
よりウエハ成形空間内にシリコンの融液を注入か
つ充填して、回転している製造皿上の遠心力によ
り融液薄層を形成するから、ウエハ成形空間によ
り定まる所定形状のウエハが、表面に小突起のな
い前面平滑な状態で得られ、しかも、遠心力を利
用した上記成形時、蓋体の通孔よりウエハ成形空
間内の空気抜きが行なわれるので、当該ウエハ成
形空間内への融液拡散が円滑に行なわれ、この点
でも製品不良が起こりがたい。

したがつて、従来のインゴツトスライス法、リ
ボン法、キヤステイング法だけでなく、製造皿を
回転させるスピンの問題点をも解消することがで
き、良品の歩留りを高めて製品のコストダウンを
はかることができる 特に、この発明に係る多結晶シリコンウエハの
製造方法において、ウエハ成形空間が製造皿上の
外周寄りにあつて、製造皿の回転軸心に対し偏心
している場合は、より大きな遠心力の生じる製造
皿上の外周側に各ウエハ成形空間が位置すること
になるので、ウエハの成形性をより高めることが
でき、かつ、通孔がウエハ成形空間よりも製造皿
の回転軸心側にあつて、ウエハ成形空間と通孔と
が通路を介して相互に連通している場合は、通孔
の跡がウエハ上面に生じる虞れが全くなくなり、
良品のウエハがより得やすくなる。

さらに、この発明に係る多結晶シリコンウエハ
の製造方法において、製造皿上の外周寄りに位置
するウエハ成形空間が複数ある場合は、ウエハの
良品を一度に複数枚形成することができ、良品の
歩留り、生産効率を共に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係る製造方法の実施例を示
すものであつて、第１図は製造皿に蓋体を装着し
た状態を示す縦断説明図、第２図は製造皿と蓋体
との間に形成されたウエハ成形空間に融液を注入
している状態を示す一部縦断説明図、第３図はシ
リコンシートが形成された後の蓋体を取り外す状
態の縦断説明図、第４図は製造皿の他例を示す平
面図、第５図は同皿の施蓋状態における縦断説明
図である。 １……製造皿、１ｄ……通路、２……蓋体、２
ｃ……通孔、３……融液薄層、Ｓ……ウエハ成形
空間、３……融液薄層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転している製造皿上にシリコンの融液を供
   給し、製造皿上の遠心力により、その遠心方向へ
   融液を流動拡散させて、製造皿上に融液薄層を成
   形ならにび固化する多結晶シリコンウエハの製造
   方法において、上面に通孔を有する蓋体を前記製
   造皿上に施して、これら蓋体と製造皿とでウエハ
   成形空間を形成しておき、蓋体の通孔よりウエハ
   成形空間内に前記融液を注入かつ充填して、回転
   している製造皿上の遠心力により融液薄層を形成
   することを特徴とする多結晶シリコンウエハの製
   造方法。 ２ ウエハ成形空間が製造皿上の外周寄りにあつ
   て製造皿の回転軸心に対し偏心しているととも
   に、通孔がウエハ成形空間よりも製造皿の回転軸
   心側にあり、かつ、ウエハ成形空間と通孔とが通
   路を介して相互に連通している特許請求の範囲第
   １項記載の多結晶シリコンウエハの製造方法。 ３ ウエハ成形空間が複数ある特許請求の範囲第
   ２項記載の多結晶シリコンウエハの製造方法。