JPH046088B2 - - Google Patents

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JPH046088B2
JPH046088B2 JP57046069A JP4606982A JPH046088B2 JP H046088 B2 JPH046088 B2 JP H046088B2 JP 57046069 A JP57046069 A JP 57046069A JP 4606982 A JP4606982 A JP 4606982A JP H046088 B2 JPH046088 B2 JP H046088B2
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melt
wafer
silicon
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turntable
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JP57046069A
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Takashi Yokoyama
Yasuhiro Maeda
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Hokusan Co Ltd
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Hokusan Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/373,039 priority patent/US4561486A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/008Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method using centrifugal force to the charge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
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    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/605Products containing multiple oriented crystallites, e.g. columnar crystallites

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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
液の個化に際し、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。
そこで本願人は先に、所望雰囲気内にあつて、
ターンテーブル上におけるシリコン母材の融液
を、当該ターンテーブルの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、これを固化す
ることにより多結晶シリコンウエハを製造する方
法につき提案した。
しかし上記の如く融液を遠心力により拡径流動
させれば、同液に半径方向の力が作用するから、
得られるウエハの形状は円形板状となる。
ところがこれにより製造した太陽電池によつて
太陽電池モジユールを作成しようとするとき、所
要数の太陽電池を所定面積内に敷設することゝな
るから、太陽電池の外形が円形状である場合に
は、太陽電池がモジユールの上記所定面積内に占
める割合、すなわちモジユール装填密度が小さく
なり、このため円形に形成されたウエハを半円
状、四角形状等に切断することにより太陽電池を
作成しているが、これでは作業性が悪く経済的に
も成立し得る方策とならない。
本発明は上記の遠心力を利用したウエハの製造
方法を改善して、モジユール装填密度を大にする
ことができる太陽電池の製作に即応可能なウエハ
を製造しようとするもので、その特徴とするとこ
ろは、所望雰囲気内に溶融用熱源と、当該溶融用
熱源から下位に離間させたターンテーブルを配設
し、このターンテーブルには、太陽電池モジユー
ルの作成上必要な多角形の周側形状としたウエハ
皿を回転中心に設け、当該ウエハ皿には上記の溶
融用熱源により加熱したシリコン母材の融液を、
少なくともウエハ皿の最大内径をもち当該ウエハ
皿の深さをもつ円柱体と同等量以上に流下供給し
て行き、当該ターンテーブルの回転による遠心力
によつて、当該供給融液を拡径方向へ流動させる
ことにより、過剰供給の融液をウエハ皿から放出
させることによつて、供給融液によりウエハ皿を
充満させて融液薄層となし、これを冷却固化する
ようにしたことにある。
本発明を図面によつて詳記すれば、第1図に示
す設備例にあつては坩堝1の外周側に電気ヒータ
等による溶融用熱源2を配し、坩堝1に投入した
シリコン母材を同熱源2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2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、また坩堝1の素材としてはシリコンとの反応
性が少ない石英、グラフアイト等を用い、図示例
では坩堝1の回転中心3を転動軸として、これを
回転させることにより、その開口からシリコン母
材の融液を放出し得るようにしてあると共に、坩
堝1の直下にはこれまた石英、グラフアイト等に
より形成した漏斗4を配して、同漏斗4をも溶融
用熱源2による加熱条件下に配し、さらにその直
下に配したターンテーブル5も、同熱源2によつ
て加熱可能なるよう比較的その近傍ではあるが、
当該溶融用熱源2から下方へ離間した位置に配置
され、図示のターンテーブル5は、回転軸5′の
上端に、余剰シリコン回収皿6を固設すると共
に、当該回収皿6の中心部にはウエハ皿7を載置
したり、必要に応じ着脱自在に接着し得る構成と
なつている。
こゝで上記ウエハ皿7は枠体8と底板部9とか
らなり、枠体8の外周形状は円形ではなく、図示
の如く四角形等の多角形となし、一方余剰シリコ
ン回収皿6の底板10から起立させた立設周縁1
1は枠体8の高さより大としてある。
そこで本発明では坩堝1にシリコン母材を投入
して、これを溶融用熱源2により加熱融解し、当
該融液を坩堝1の転動によつて漏斗4へ放流し、
こゝで一たん漏斗4に受承されて、さらにその流
出口4′から、図中点線で示す如く、当該融液を
前記ウエハ皿7の略中心部に滴下する。
そしてこの際ターンテーブル5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。
こゝで上記の滴下すべき融液の供給量である
が、第2図のa,bに示す通り、ウエハ皿7の枠
体8が四角形、六角形等の角柱状内空を形成して
いるが、その中心Oから最も離れた内面箇所A,
A′までの長さ、すなわち最大内径2rを有し、当
該枠体8の深さhをもつ円柱体Bと同量以上の上
記融液を供給するのであり、かくて当該拡径流動
の融液によりウエハ皿7は充満すると共に、過剰
の融液は同皿7の枠体8上縁から放出されること
となり、放出された融液は、図示の実施例の場
合、余剰シリコン回収皿6内に落入固化し、従つ
てこれを回収し得るから、シリコン母材の無駄な
消費をさけ、再使用が可能となる。
ここで、本発明では、上記の如く漏斗4内にお
けるシリコンの融液を、ウエハ皿7に供給する
が、この際、当該ウエハ皿7は溶融用熱源2から
下方へ離れているので、当該シリコンの融液1420
℃よりも、当該ウエハ皿7の温度が低くなつてお
り、従つて、供給されたシリコンの融液は、ウエ
ハ皿7内でその表面全体に広がつて薄膜状態で固
化し、その上に順次供給されるシリコンの融液が
積層されて行くので、ターンテーブル5の回転に
よる遠心力によつて、供給された上記シリコンの
融液がウエハ皿7から飛び出してしまうことな
く、ウエハ皿7に前記の如く満杯の状態となる。
この際、上記ウエハ皿7の温度がシリコンの融
液の温度と同等であると、表面張力が大きいシリ
コンの融液は、ウエハ皿7から前記遠心力によつ
て飛び出す傾向が大となり、従つて、特に薄肉の
多結晶シリコンウエハを製造しようとしても、そ
れが不能となつてしまうのに反し、上記の如くウ
エハ皿7の溶融用熱源2から離間させておくこと
で、薄肉製品についても、支障なくこれを生産す
ることができる。
かくてウエハ皿7に充満した融液により融液薄
層12が形成されるから、これを自然放冷か、ウ
エハ皿7を適宜の手段により強制冷却することに
より固化して、製品たる多結晶シリコンウエハを
得るのである。
こゝで具体例を示せば、一辺が50mmの正方形と
して枠体8を有し厚さが5mmの正方形状である石
英製のウエハ皿7を用いると共に、余剰シリコン
回収皿6には内径100mm、深さ20mmの石英製のも
のを用い、石英坩堝1に約50gのシリコン母材を
入れて1450℃にて、これを溶融させ、当該融液を
前記の如く漏斗4を介して、一定速度で回転する
ウエハ皿7の中心に滴下し、ウエハ皿7内と同形
状の製品を得、前記回収皿6に放出されたシリコ
ンを回収した。
本発明は以上詳細した如く、得られるウエハ製
品に必要なシリコン量よりも多い融液を供給し、
過剰供給シリコンを遠心力により、所要外周形状
の枠体から放出するに際し、シリコンの融液を得
るための溶融用熱源よりも、上記ウエハ皿を下方
に離間させるようにしたので、ウエハ皿内に供給
した融液を、ターンテーブルによる遠心力により
飛散させてしまうことなく、余分に供給された融
液のみを放出可能として、ウエハ皿の内空と同形
の製品を形成するようにしたので、ウエハ皿に必
要とする外形と厚さを与えておけば、多角形等所
望外形を有する製品が得られ、従来のウエハ製造
法の如き前記難点を解消し得るだけでなく、太陽
電池モジユールを作成するに際し、そのモジユー
ル装填密度を高くし得る太陽電池が、二次加工を
要せず簡易に提供できることゝなる。
尚こゝで本発明の実施に際し要すれば、前記諸
設備を図示しないチヤンバー内に収納し、当該チ
ヤンバー内を真空またはHe、Ar等の不活性ガス
雰囲気とすることができ、このような条件下の実
施により、外界から不純物が混入することを阻止
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るウエハの製造に用い得る
設備例を示した一部切欠の正面説明図、第2図の
a,bは同設備に用いるウエハ皿の異種例を示す
平面説明図、第3図は同設備のターンテーブルを
示す一部切欠の正面図である。 5……ターンテーブル、7……ウエハ皿、12
……融液薄層、r……ウエハ皿の最大半径、h…
…ウエハ皿の深さ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所望雰囲気内に溶融用熱源と、当該溶融用熱
    源から下位に離間させたターンテーブルを配設
    し、このターンテーブルには、太陽電池モジユー
    ルの作成上必要な多角形の周側形状としたウエハ
    皿を回転中心に設け、当該ウエハ皿には上記の溶
    融用熱源により加熱したシリコン母材の融液を、
    少なくともウエハ皿の最大内径をもち当該ウエハ
    皿の深さをもつ円柱体と同等量以上に流下供給し
    て行き、当該ターンテーブルの回転による遠心力
    によつて、当該供給融液を拡径方向へ流動させる
    ことにより、過剰供給の融液をウエハ皿から放出
    させることによつて、供給融液によりウエハ皿を
    充満させて融液薄層となし、これを冷却固化する
    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。
JP57046069A 1981-04-30 1982-03-23 多結晶シリコンウエハの製造方法 Granted JPS58162028A (ja)

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JP57046069A JPS58162028A (ja) 1982-03-23 1982-03-23 多結晶シリコンウエハの製造方法
US06/373,039 US4561486A (en) 1981-04-30 1982-04-29 Method for fabricating polycrystalline silicon wafer
AU83147/82A AU562656B2 (en) 1981-04-30 1982-04-29 Fabricating polycrystalline silicon wafers
DE8282302246T DE3277974D1 (en) 1981-04-30 1982-04-30 Method fabricating a polycrystalline silicon wafer
EP82302246A EP0065373B1 (en) 1981-04-30 1982-04-30 Method fabricating a polycrystalline silicon wafer

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JPS58162028A JPS58162028A (ja) 1983-09-26
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CN113224205B (zh) * 2021-04-28 2022-11-08 宜兴市昱元能源装备技术开发有限公司 一种硅片的生产设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5427720A (en) * 1977-08-03 1979-03-02 Nec Corp Process amplifier of color pickup unit

Patent Citations (1)

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JPS5427720A (en) * 1977-08-03 1979-03-02 Nec Corp Process amplifier of color pickup unit

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JPS58162028A (ja) 1983-09-26

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