JPH0314767B2 - - 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
いられている多結晶シリコンウエハの製造方法に
関する。

従来から多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、これ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、上記の固化した融液薄層の剥離に際し、同
層は製造皿に癒着していることから、剥離作業の
際に破損してしまい易く、同作業が極めて煩雑で
熟練を要求されることとなり、このことが大量生
産の隘路となつていた。また、この方法によれ
ば、溶融したシリコン母材の融液を製造皿に直接
滴下して融液薄層を形成することから、同融液中
に、製造皿の成分が拡散し易く、特に同皿がカー
ボン製である場合には、このカーボンが汚染不純
物として融液中に混入し、製品たるウエハの特性
に悪影響に及ぼすという問題を有していた。

この問題を解決するため、従来では、製造皿の
上面に離型剤として窒化硅素を溶媒とし揮発性溶
剤に溶液として、これを塗布し、数ミクロンの膜
の製造皿の上面に形成し、同膜の上面にシリコン
母材の融液を滴下して融液薄層を形成し、これを
固化させることによつて上記問題を解決しようと
していた。

しかしながら、このような離型剤を製造皿に塗
布しておくことによりシリコンシートを製造皿か
ら分離する方法にあつては、離型剤が溶解された
溶液を単に製造皿に塗布するだけであつたため、
シリコン母材の融液を製造皿に滴下させた際の衝
撃により、該融液中に離型剤が混入してシリコン
ウエハの特性と品質が低下し易いばかりでなく、
同衝撃により離型剤が剥離飛散してしまつた個所
では、結局融液と製造皿とが直接々触してしま
い、製造皿の成分が融液中に混入して結晶欠陥を
生起させ、これによりその特性・品質を低下させ
てしまうという問題を有していた。

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、シリコン母
材の融液を製造皿の上面に滴下させて所望大きさ
の融液薄層を形成し、これを固化した後に製造皿
から剥離して多結晶シリコンウエハを製造する場
合、上記融液中に離型剤や製造皿の成分が混入す
る虞れをなくして、高品質・高特性の多結晶シリ
コンウエハを容易に得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もので
ある。

かかる目的を達成するため、この発明にあつて
は、 所望雰囲気内にあつて、回転する製造皿上にお
けるシリコン母材の融液を、当該回転による遠心
力によつて、拡径方向へ流動させることにより、
当該融液による所望径の融液薄層を形成し、これ
を固化した後、同薄層を製造皿より剥離する多結
晶シリコンウエハの製造方法において、 上記製造皿の上面には、二層以上の離型剤層が
形成され、同離型剤層の最上層はスパツタリング
により形成された酸化硅素被膜層であると共に、
その下積層は、有機溶剤によりシリコン系粉末を
溶かして生成した離型剤を塗布後、これを所要温
度で加熱して有機溶剤を乾燥させることにより残
存形成されたシリコン系粉末層であり、上記最上
層上に前記融液薄層が形成されるようにして多結
晶シリコンウエハを製造しようとするものであ
る。

以下、添付図面に示す一実例にもとづき、この
発明を詳細に説明する。

この実施例において製造皿１は、シリコンとの
反応性が少ない石英（SiO₂）やカーボン(C)等の
材質で各種寸法の円形、四角形等、所望形状の上
面１ａをもつたものが用意され、これを任意選択
して用いられる。

そして、この製造皿１の上面１ａ上には、複数
層の離型剤層Ａが形成される。

この離型剤層Ａの第１層目A₁は、窒素硅素
（Si₃N₄）とポリビニルアルコール（PVA）との
混合液を、刷毛又はスプレー等の手段で製造皿１
の上面１ａに塗布し、これを加熱炉で高温乾燥
（約600℃以上）して形成する。これにより窒化硅
素は、第１図に示すように、固化して製造皿１の
上面１ａにて約50μの層を形成する。

第２層目A₂は、酸化硅素（SiO₂）を加熱炉で
加熱（約300℃）してスパツタリングにより第１
層目A₁に気化したSiO₂を付着し、薄い被膜層
（厚さ約0.5μ）として形成される。これにより、
第１層目A₁の上面には第２図に示すように、第
１層目A₁より硬度の大きい離型剤被膜層が形成
される。

第３層目A₃は、第１層目A₁と同様の素材と手
法で第２層目A₂の上面に形成されており、その
厚さは約50μである。

第４層目A₄は、第２層目A₂と同様の素材と手
法で第３層目A₃の上面に形成したもので、その
厚さは約1μである。

このようにして、製造皿１の上面１ａに４層に
より構成の離型剤層Ａが形成されたならば、この
製造皿１を第５図に示すごとき設備に装置する。
すなわち、製造皿１はターンテーブル機構８の回
収受皿１０に載置され、この回収受皿１０に固設
された回転軸９を回転中心として製造皿１は回収
受皿１０と同期して回動される。次に、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最上層の離型材層Ａの最上層
にあつて、その略中心部に滴下する。

そしてこの際ターンテーブル機構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
向へ流動する。そして、この拡径流動する融液は
上記最上層の全面にわたり、その外周縁まで拡径
され、余剰供給の融液は当該外周縁から遠心力に
より放出され、この結果製造皿１の形状に見合つ
た融液薄層３が形成され、これを自然放冷か適宜
の冷却手段によつて固化し、第６図に示すように
多結晶シリコンウエハが製造皿１の上面に形成さ
れた上記最上層上に形成される。

尚、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い。

このようにして、最上層の上面に所望拡径のシ
リコンシートが形成された後、同シートを同層よ
り剥離するが、この場合、同シリコンシートと最
上層との界面における溶着性は弱いので、同シー
トを手動で容易に剥離できる。

尚、上記実施例では、離型剤層Ａを４層に構成
した場合を例にとり説明したが、この発明にあつ
ては、必ずしもこれに限定されず、２層以上であ
ればよい。しかし、この際離型剤のシリコンシー
トへの混入を防止するという点を考慮すれば、離
型剤層の最上層は、硬度のより高い離型剤層が得
られる前記スパツタリングにより形成したもので
あることが好ましい。

上記のとおり、この発明によれば、従来のイン
ゴツトスライス法やリボン法の難点が解消される
のはもちろん、既応キヤステイング法のように鋳
型の各面による制限を受けることなくシリコンウ
エハを形成することができ、しかも製造皿の上面
には離型剤層が二層以上形成されているので剥離
作業が簡易となつてシリコンシートが破損するこ
ともない。

また、この発明によれば、シリコンシートと製
造皿との間に複数層の離型剤層が介装されている
ので、シリコン母材融液を滴下して、融液薄層を
形成する際、離型材が飛散等して製造皿の成分が
シリコンシート内に混入する虞れも皆無となり、
その結果、太陽電池ウエハ等の特性・品質を大幅
に保持向上することができると共に、同離型剤層
はシリコンシートと同系の材料で形成し、しかも
最上層をスパツタリングで形成した層で構成した
ので、シリコン母材融液の注湯による衝撃により
損傷し、離型剤が融液中に混入するといつたこと
もなく、その結果、上記ウエハの特性が低下する
ようなことも生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、この発明に係る製造方法
における離型剤層の形成過程を順に示す正面説明
図、第５図は、多結晶シリコンウエハを製造する
設備例の構成を示す正面斜視図、第６図は、同設
備により製造されたウエハの生成状態を示す正面
図である。 Ａ……離型剤層、A₁……第１層目、A₂……第
２層目、A₃……第３層目、A₄……第４層目、１
……製造皿、１ａ……上面、３……融液薄層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望雰囲気内にあつて、回転する製造皿上に
   おけるシリコン母材の融液を、当該回転による遠
   心力によつて、拡径方向へ流動させることによ
   り、当該融液による所望径の融液薄層を形成し、
   これを固化した後、同薄層を製造皿より剥離する
   多結晶シリコンウエハの製造方法において、 上記製造皿の上面には、二層以上の離型剤層が
   形成され、同離型剤層の最上層はスパツタリング
   により形成された酸化硅素被膜層であると共に、
   その下積層は、有機溶剤によりシリコン系粉末を
   溶かして生成した離型剤の塗布後、これを所要温
   度で加熱して有機溶剤を乾燥させることにより残
   存形成されたシリコン系粉末層であり、上記最上
   層上に前記融液薄層が形成されるようにしたこと
   を特徴とする多結晶シリコンウエハの製造方法。