JPH0479974B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 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シートの製造方法に
関する。

《従来の技術》 既に多結晶シリコンシートの製造方法としては
各種のものが実施されており、その一つであるリ
ボン法は第５図のように、不活性ガス雰囲気内に
あつて坩堝ａ内に存する溶融シリコンｂにダイｃ
を犢漬起立させ、ダイｃの上端口c′から引き出さ
れた溶融シリコンｂを、ダイｃの外である不活性
ガス雰囲気内で冷却固化させるようにしたもの
で、このリボン技術では、溶融シリコンｂのメニ
スカス（表面張力）を利用してシートを形成して
いるため、均一な厚さの多結晶シリコンシートを
得難く、この結果太陽電池のデイバイスとして用
いようとする際、これに電極を形成しようとして
も、スクリーン印刷法を適用することが困難とな
つてしまう欠陥がある。

また、上記の如く溶融シリコンとの濡れを活用
しようとするのがリボン技術であるため、ダイ、
フイラメント、基板など多くの消耗品を要するこ
とになるだけでなく、濡れのよいカーボン、SiC
等を用いることから、これが溶融シリコンへの不
純物源となつてしまう。

さらに、当該リボン法によるときは、結晶の成
長が、多結晶シリコンシートの引き出し方向への
成長であり、当該結晶の成長速度はあまり大きく
できず、品質および生産能率の点からも満足すべ
きものとなつていない。

さらに別途別謂キヤステイング法（鋳造法）な
るものも実施されているが、同法ではシリコン母
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
できるものの、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となり、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、本願人は既に上記難点を解消するた
め、前記キヤステイング法の利点を活用し、溶融
シリコンをモールドノズルに供給するが、不連続
でなく連続して供給すると共に、これをモールド
ノズル内にて固化してしまい、この固化シリコン
シートを連続的に引き出すようにすることで、均
一厚の多結晶シリコンシートを、不純物による汚
染の心配なしに量産可能とすると共に、各種の厚
さ寸法のものを容易に得られるようにし、デバイ
ス加工の工程でも、厚さの均一化処理などを不要
となし、歩留りの向上をも図ろうとする方法を提
案した。

これは第３図に示す如き製造装置を用いて行う
もので、同図にあつて１はアルゴン等の不活性ガ
スか真空による不活性雰囲気１ａをもつ炉体で、
この中にはヒータ２ａ，２ｂによつて加熱される
シリコン溶融管３と、ヒータ４によつて加熱され
るモールドノズル５とが設けられており、シリコ
ン溶融管３内に投入のシリコン母材は、前記ヒー
タ２ａによつて溶融された後、不活性ガス等によ
る圧力Ｐを受けて、当該溶融シリコンSiが、順次
シリコン溶融管３の供給口３ａ、そしてモールド
ノズル５の注入口５ａを介して当該モールドノズ
ル５内へ送り込まれるようになつている。

ここでモールドノズル５は、ノズル下板５ｂと
ノズル上蓋板５ｃとからなり、ノズル下板５ｂの
上面に所定の凹溝５ｄが形成されていることで、
図示されていないビス等により両板５ｂ，５ｃを
重積状態にて固定することにより、所定厚さを所
定巾の鋳造用路６が形成され、図中７が引出手段
として引張り治具を示している。

この製造装置を用いて上記の方法を実施するに
は、石英等により形成したシリコン溶融管３中に
シリコン母材を投入しておき、これをヒータ２ａ
の稼動によつて溶融（1450℃）し、前記不活性ガ
スによる圧力Ｐ（0.01〜0.1Kg／cm²）を当該溶融シ
リコンSiの上面に加え、ヒータ４によつて予め
1300℃〜1420℃の温度に加温してあるモールドノ
ズル５内へ、その注入口５ａから連続的に当該溶
融シリコンSiを供給する。

これにより当該溶融シリコンSiはモールドノズ
ル５内にて固化することで固化シリコンシート
MSiとなるが、その先端は予め炉体１外に引き出
され、その端末が前記の引張り治具７に嵌着して
あり、この引張り治具７をモールドノズル５の長
手方向である矢印Ａへ向け連続的に引出すのであ
る。

ここで、前記の凹溝５ｄを深さ0.5mm、巾を25
mmにて250mmだけ固化シリコンシートを引き出し
たところ、製品である多結晶シリコンシートの厚
さは0.5mm、巾を25mmのものが得られたのであり、
モールドノズルの材質としては、カーボン製の本
体表面に窒化シリコンコーテイングを施すか、
Si₃N₄とSiO₂の混合物コーテイングを施して用い
るのがよい。

ところが、上記方法の実施に際しては、溶融シ
リコンが1450℃で溶解され、シリコン溶融管３の
供給口３ａ内で固化しないようにヒータ２ｂを臨
設することも必要であると共に、これに隣装のモ
ールドノズル５は、その温度をヒータ４によつ
て、溶融シリコンよりも50℃程度低温となるよう
に加熱しておかないと、当該モールドノズル５内
での適切な固化シリコンシートMSiの形成ができ
ないこととなる。

ところが上記第１図の如き製造装置による製法
では、シリコン溶融管３を加熱するヒータ２ａ，
２ｂの熱が、どうしてもモールドノズル５を昇温
させてしまうこととなるので、上記50℃程度の温
度差を設定すること自体困難となり、よい製品を
得ることができない。

このような難点を解消するため、第４図に示す
如き製造装置を用いることも試行した。

当該装置は、前記した供給口３ａを長く下位ま
で延出させた長尺供給口３ｂとなし、ヒータ２ａ
の直下に段熱材８を配設したものであるが、この
ような手段を採ることでヒータ２ａによるモール
ドノズル５の加熱は回避されるものの、長尺供給
口３ｂ内の溶融シリコンSiが冷却され固化してし
まうという現象が発生することとなる。

《発明が解決しようとする課題》 本発明は上記従来の方法およびその改善法がも
つ欠陥を解消しようとするもので、シリコン溶融
管から圧力により流下される溶融シリコンを前記
の如く長尺供給口を介してモールドノズルに供給
するのではなく、上記シリコン溶融管に連続させ
て下突した落流管中を、これに触れることなく上
記の溶融シリコンを落下により通過させ、これを
モールドノズル内へ供給するように改良すること
で、シリコン溶融管を加熱するヒータとモールド
ノズルとを十分に離間させ得るようになし、しか
も落下する溶融シリコンが外部からの熱影響を可
及的に受けないようにし、これにより落流途上の
固結が生じないようにして、供給される溶融シリ
コンとモールドノズルとが、所要の温度差を確実
に保有し得るようにするのが、その目的である。

《課題を解決するための手段》 本発明は上記の目的を達成するため、不活性雰
囲気内にあつて、シリコン溶融管内のシリコン母
材を溶融した後、当該溶融シリコンに圧力をかけ
て、上記シリコン溶融管の下端細成ノズルより当
該圧力に見合つた溶融シリコンを押出落流させ、
当該落流溶融シリコンを、前記シリコン溶融管の
下位に連設された落流管の管内空所へ落下させた
後、同上落流溶融シリコンが上記落流管の下端連
結通過ノズルを通過して、さらにこの下端連結通
過ノズルに連着されていたモールドノズル内へ送
出されると共に、このモールドノズル内にて当該
溶融シリコンの固化したシリコンシートを、所望
引出手段によつて連続的に引出するようにしたこ
とを特徴とする多結晶シリコンシートの製造方法
を提供しようとするものである。

《作 用》 不活性雰囲気内で圧力を受けたシリコン溶融管
内の溶融シリコンは、当該圧力に対応した量だ
け、その下端細成ノズルから落流管内に流下さ
れ、この落流溶融シリコンは落流管に触れること
なく、従つて外部の温度により実質的に冷却され
ない状態で落下した後、落流管の下端連結通過ノ
ズルを介して、モールドノズル内に連続的に供給
され、当該モールドノズル内で、溶融シリコンが
固化されて行き、この際固化シリコンシートがモ
ールドノズル外へ、引き出されて行くので、モー
ルドノズルの寸法通りの厚さと巾をもつた多結晶
シリコンシートが、跡切れることなく生産される
こととなる。

《実施例》 本発明を第１図の製造装置を用いて実施する場
合につき詳記すれば、当該装置にあつて炉体１、
不活性雰囲気１ａ、ヒータ２ａ，２ｂ、シリコン
溶融管３、ヒータ４、モールドノズル５、鋳造用
路６、引張り治具７、断熱材８の存在は、前記第
３図、第４図のものと実質的に同一であるが、相
違している点はシリコン溶融管３の下端に開口し
ている下端細成ノズル３ｃが、通常これから溶融
シリコンが自然流出しない程度に細成されてお
り、従つてアルゴン等による不活性ガスによつて
圧力Ｐを、溶融シリコンSiに加えない限り、その
流出はないよう設定されており、実際上この下端
細成ノズル３ｃの直径は1.2mm程度とすればよく、
図中３ｄはシリコン溶融管３の上端にＯリング３
ｅを介して連結した圧力付加用管を示している。

さらに重要な相違点は、上記のシリコン溶融管
３に連設して、図示例では同じ太さの落流管９が
下突されており、当該落流管９の下端に開口した
下端連結通過ノズル９ａが、モールドノズル５の
注入口５ａに連着されている点であり、この下端
連結通過ノズル９ａとして図示したものは、第２
図ｂに示す如くスリツト状に開口され、もちろん
下端細成ノズル３ｃの直下に配設されていて、当
該ノズル３ｃの流通断面よりも大きく形成してあ
り、前記の断熱材８は落流管９の外周側にあつて
上下方向の熱遮断が行われるよう配設され、また
ヒータ２ｂは下端連結通過ノズル９ａに臨設され
ている。

本発明を上記の製造装置の利用によつて実施す
るには、ヒータ２ａによつてシリコン溶融管３内
のシリコン母材を溶融（1450℃）して、これによ
り得られた溶融管シリコンSiをアルゴンガス等に
よる圧力Ｐ（0.01Kg／cm²）の印加により、下端細
成ノズル３ｃから落流管９内へ流下させるが、こ
の際ヒータ４によつてモールドノズル５の温度は
1350℃程度に加温しておく。

上記したノズル下端細成ノズル３ｃから流下さ
れた溶融シリコンSiは、落流管９に触れることな
く、その管内空所９ｂ中を落下して行き、その真
下に開口の下端連結通過ノズル９ａを通過して、
モールドノズル５の注入口５ａから鋳造用路６内
へ連続的に供給されることとなる。

そこで、その後は前記従来例につき設示した如
く引張り治具７を矢印Ａ方向へ引いて、モールド
ノズル５内にて冷却固化された固化シリコンシー
トMSiを連続して引き出すのであり、溶融シリコ
ンSiの連続的供給量と、引出し速度が適切に調整
されれば、多結晶シリコンシートである製品は連
続的に跡切れることなく生産される。

因に前記の如く0.01Kg／cm²の圧力Ｐをかけたこ
とで、モールドノズルの凹溝５ｄの深さ0.5mm、
巾25mmとしたとき、約10秒で50〜100mmの引出し
速度にて多結晶シリコンシートを引張ることがで
きた。

《発明の効果》 本発明は上記のようにして実施し得るものであ
るから、所望均一厚さ、巾の製品を自由に、かつ
高い精度で効率よく生産することができ、従つて
デイバイス加工も容易で歩留りが向上し、不純物
の混入しない良質のものを安価に提供し得るだけ
でなく、以下の効果を発揮できるものである。

すなわち、落流管中を溶融シリコンが落下して
行くようにしたもので、外部から落下途上で熱を
奪われ固化してしまう心配がなくなり、この結果
シリコン溶融管側とモールドノズル側との間に断
熱材を配して、上下の熱影響を支障なく遮断する
ことができるようになるから、モールドノズル側
の温度を1350℃以下といつた温度にし、かつシリ
コン溶融管側1450℃とするといつた大きな温度差
の設定が可能となり、この結果モールドノズル内
へ注入された溶融シリコンを速やかに固結させて
固化シリコンシートMSiとすることができ、それ
だけ引張り速度も上げ得ることとなるから、生産
性の向上に期待するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用い得る製造装
置の縦断正面説明図、第２図ａ，ｂは夫々第１図
のａ−ａ線横断矢視図と落流管の下面図、第３図
は既往多結晶シリコンシートの製造方法を実施し
得る製造装置の縦断正面説明図、第４図は同上装
置の改良案による製造装置を示した縦断正面説明
図、第５図は従来のリボン法による多結晶シリコ
ンシートの製造装置を示す縦断正面説明図であ
る。 １ａ……不活性雰囲気、３……シリコン溶融
管、３ｃ……下端細成ノズル、５……モールドノ
ズル、７……引出手段としての引張り治具、９…
…落流管、９ａ……下端連結通過ノズル、９ｂ…
…管内空所、Ｐ……圧力、Si……溶融シリコン、
MSi……固化シリコンシート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不活性雰囲気内にあつて、シリコン溶融管内
   のシリコン母材を溶融した後、当該溶融シリコン
   に圧力をかけて、上記シリコン溶融管の下端細成
   ノズルより、当該圧力に見合つた溶融シリコンを
   押出落流させ、当該落流溶融シリコンを、前記シ
   リコン溶融管の下位に連設された落流管の管内空
   所へ落下させた後、同上落流溶融シリコンが上記
   落流管の下端連結通過ノズルを通過して、さらに
   この下端連結通過ノズルに連着されていたモール
   ドノズル内へ送出されると共に、このモールドノ
   ズル内にて当該溶融シリコンの固化したシリコン
   シートを、所望引出手段によつて連続的に引出す
   るようにしたことを特徴とする多結晶シリコンシ
   ートの製造方法。