JPH0314768B2 - - 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を及ぼすとい
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
剤を溶液として、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当触してしま
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
てしまうといつた問題を有していた。

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、 上記製造皿のウエハ形成平面には、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が
塗布され、その後当該製造皿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、シリコン系
粉末層を残存形成し、このシリコン系粉末層上に
前記融液薄層を形成するようにしたものである。

以下、添付図面に示す実施例にもとづき、この
発明を詳細に説明する。

第１図は、製造皿１のウエハ形成平面１ａに離
型剤２が塗布された状態が示されている。

製造皿１には、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
られる。

また、離型剤２には、ポリビニルアルコール
（PVA）等の有機溶剤にシリコン系粉末を溶かし
て生成されたものを用い、当該粉末としては、酸
化シリコンや窒化シリコンが好適である。このよ
うに離型剤２にシリコン系粉末を用いるのは、シ
リコン母材と同系材であるのでシリコンシートと
の反応性が少ないことと、加熱して固化し易いた
めである。

次に上記の如くして得られた離型剤２を製造皿
１に塗布するが、これには、刷毛やスプレー法に
よることができ、このような塗布処理後は、この
製造皿１を加熱炉内で所要温度に加熱するが、こ
の場合の温度としては、600℃以上が好適である。

この加熱により、離型剤２の有機溶剤は乾燥し
てしまい、製造皿１の上面、すなわちウエハ形成
平面１ａにはシリコン系粉末層２′が残存形成さ
れ、当該粉末層２′の厚さとしては約200μ程度が
好ましい。

このようにして、製造皿１にシリコン系粉末層
２′が形成された後同粉末層２′の上面に所望拡径
状態とした融液薄層３を形成することゝなるが、
同薄層３の形成工程を第３図によつて以下説示す
る。

同図の坩堝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ウエハ形成
平面１ａ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
ウエハ形成平面１ａ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、この結果ウエハ形成平面
１ａ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４図に示すように多結晶シリコンウエハが製造
皿１のウエハ形成平面１ａ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。

また、上記ターンテーブル機構８は、その回転
軸９に固設した回収受皿１０に製造皿１を載置
し、同軸９を回転中心として回収受皿１０と製造
皿１は同期して回動される。

このようにして製造皿１のウエハ形成平面１ａ
に所望拡径のシリコンシート３′が形成された後、
該製造皿１よりシリコンシート３′を剥離する。

この場合、製造皿１とシリコンシート３′との
間には固化したシリコン系粉末層２′が介在され
ており、かつ、同粉末層２′は離型作用を発揮す
るので、同粉末層２′とシリコンシート３′との界
面における接着性が弱く、この結果、シリコンシ
ート３′は手で容易に同粉末層２′から剥離でき
る。

上記の通り本発明によれば、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
面により制限を受けることなく、製造皿上で固化
され、しかも同皿のウエハ形成平面には加熱固化
したりシリコン系粉末層が形成されており、シリ
コンシートは離型作用を有する同粉末層の上面に
形成されるので、シリコンシートを容易に製造皿
から剥離することができ、その結果、同剥離作業
が簡便となるとともに、シリコンシートが破損す
ることも生じない。

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、離型剤としてシリコン母材と同系
材であるシリコン系粉末層を形成し、しかも同層
は、加熱により溶剤を乾燥させて残留固化したも
のであるから、シリコン母材融液の滴下によつて
離型材が飛散して同融液と製造皿とが直接接触す
る如き支障を生ぜず、その結果、同融液中に製造
皿の成分が混入することもないので高特性・高品
質の多結晶シリコンウエハを得ることができ、更
には離型材層による同ウエハへの悪影響もない。

【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図は製造皿の上面に離型剤
を塗布した状態の正面説明図、第２図は同製造皿
を炉内で加熱してシリコン系粉末層を形成した状
態を示す正面説明図、第３図は多結晶シリコンウ
エハを製造する設備例を示す正面斜視図、第４図
は同設備によりウエハを製造皿上に形成した状態
を示す正面説明図、第５図は同ウエハを製造皿か
ら剥離した状態を示す正面説明図である。 １……製造皿、１ａ……ウエハ形成平面、２…
…離型剤、２′……シリコン系粉末層、３……融
液薄層、３′……シリコンシート。

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
   製造皿のウエハ形成平面には、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が塗布さ
   れ、その後当該製造皿を所要温度で加熱して有機
   剤を乾燥させることにより、シリコン系粉末層を
   残存形成し、このシリコン系粉末層上に前記融液
   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。 ２ シリコン系粉末には、酸化シリコン又は窒化
   シリコンを採択し、約600℃で有機溶剤を乾燥す
   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。