JPH07215714A - Production of polycrystalline silicon and crucible therefor - Google Patents

Production of polycrystalline silicon and crucible therefor

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JPH07215714A
JPH07215714A JP832994A JP832994A JPH07215714A JP H07215714 A JPH07215714 A JP H07215714A JP 832994 A JP832994 A JP 832994A JP 832994 A JP832994 A JP 832994A JP H07215714 A JPH07215714 A JP H07215714A
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peripheral wall
polycrystalline silicon
silicon
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基治 山崎
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Abstract

PURPOSE:To provide a process for production of polycrystalline silicon capable of producing a polycrystalline silicon ingot having high quality with high produc tivity at a low cost, and to provide a crucible for production of this polycrystalline silicon. CONSTITUTION:The crucible 10 which has a bottom 10c and an outer peripheral wall 10b enclosing the space above this bottom 10c and has an approximately recessed shape in the section in a perpendicular direction is disposed in a vacuum or inert gas. An inner peripheral wall 10a forming a hole 20 in a perpendicular direction passing approximately passing the center of the crucible 10 is erected to face the outer peripheral wall 10b in the crucible 10. Raw material silicon is melted in the crucible 10 and a cooler is inserted into this hole 20 to solidify the silicon melt 6 from the inner peripheral wall 10b side to the outer peripheral wall 10b side.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は多結晶シリコン製造方
法および多結晶シリコン製造用坩堝に関する。より詳し
くは、結晶学的に優れた多結晶シリコンインゴットを短
時間で効率良く低コストで製造できる製造方法および多
結晶シリコン製造用坩堝に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon and a crucible for producing polycrystalline silicon. More specifically, the present invention relates to a method for producing a polycrystalline silicon ingot that is excellent in crystallography, efficiently and at low cost in a short time, and a crucible for producing polycrystalline silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶シリコンは、工業生産面および資
源面の見地から、電力用太陽電池の材料として好適なも
のであり、需要が多い。最近、多結晶シリコンインゴッ
トを製造する方法としては、真空中または不活性ガス中
において、 シリカ製坩堝内で原料シリコンを融解し、上記坩堝を
傾けることによってシリコン融液を黒鉛製の鋳型内に注
入して固化するキャスト法(特公昭57−21515号
公報)、 シリカ製坩堝内で原料シリコンを融解し、そのままそ
の中で固めるHEM(ヒート・エクスチェンジ・メソッ
ド)法(特公昭58−54115号公報)、 上記の改良として鋼板製の受け皿(水冷ハース)内
で原料シリコンを融解し、下方に設けた黒鉛製の鋳型に
シリコン融液を滴下して固化する方法(特開昭62−2
60710号公報) 電磁力により、溶融シリコンを閉じ込めることにより
坩堝を使用しない電磁キャスト法 などが知られている。
2. Description of the Related Art Polycrystalline silicon is suitable as a material for solar cells for electric power from the viewpoint of industrial production and resources, and is in great demand. Recently, as a method for producing a polycrystalline silicon ingot, in a vacuum or in an inert gas, raw silicon is melted in a silica crucible, and the silicon melt is poured into a graphite mold by tilting the crucible. And solidification by a casting method (Japanese Patent Publication No. 57-21515), HEM (heat exchange method) method (Japanese Patent Publication No. 58-54115) in which raw material silicon is melted in a silica crucible and solidified in that state. As a modification of the above, a method of melting the raw material silicon in a steel plate pan (water-cooled hearth) and dropping the silicon melt into a graphite mold provided below to solidify it (JP-A-62-2
No. 60710 gazette) An electromagnetic casting method is known in which molten silicon is confined by an electromagnetic force and a crucible is not used.

【0003】これらの真空中または不活性ガス中で原料
シリコンを融解する方法によれば、シリコン中への酸
素、窒素ガス等の混入を防止して、品質向上とダスト防
止を図ることができる。
According to these methods of melting the raw material silicon in vacuum or in an inert gas, it is possible to prevent oxygen, nitrogen gas and the like from being mixed into the silicon, thereby improving quality and preventing dust.

【0004】なお、上記との方法では、図2(a)に
示すように、坩堝100を底部100cと外周壁100
bとからなる円筒形状(断面凹形状)とし、坩堝100
内で下方から上方へ向かって一方向にシリコン融液を固
化させて、インゴット106Iを作製している。これに
より、結晶粒の大型化を図っている。
In the method described above, as shown in FIG. 2 (a), the crucible 100 is attached to the bottom portion 100c and the outer peripheral wall 100.
b is a cylindrical shape (concave cross section), and the crucible 100
Inside, the silicon melt is solidified in one direction from the lower side to the upper side to manufacture the ingot 106I. This is intended to increase the size of crystal grains.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記,の
方法では生産性を上げるのが難しく、製造コストが高く
つくという問題がある。特に、上記の方法では原料の
融解と固化とを、単に円筒形状(断面凹形状)に構成さ
れた坩堝内で行うため、例えば、40kgの原料シリコン
の融解のために4〜6時間、固化に9〜12時間、冷却
に10〜15時間の合計23〜33時間が1個のインゴ
ットを製造するのに必要となり、炉当たりの生産性が著
しく悪い。また、上記の方法では、鋳型にシリコン融
液を滴下しているため、鋳型内でシリコン融液の液面が
大きく揺らいでしまい、その結果、製造された多結晶シ
リコンの品質が良くないという問題がある。
However, there is a problem in that it is difficult to increase the productivity and the manufacturing cost is high in the above method. In particular, in the above method, the melting and solidification of the raw material is carried out in a crucible having a cylindrical shape (concave cross section). For example, it takes 4 to 6 hours to solidify 40 kg of raw material silicon. It takes 9 to 12 hours and 10 to 15 hours for cooling for a total of 23 to 33 hours to manufacture one ingot, and the productivity per furnace is extremely poor. Further, in the above method, since the silicon melt is dropped into the mold, the liquid level of the silicon melt greatly fluctuates in the mold, and as a result, the quality of the produced polycrystalline silicon is not good. There is.

【0006】また、生産性を高めるためには、成長させ
るインゴットを大型化するのが好ましい。しかし、上記
,の方法ではインゴットの高さを大きくすると、図
3中に●印で示すように、成長開始面からの距離が少な
い部分(インゴット下部)の結晶性が低下して、この部
分を用いて太陽電池を作製したときの変換効率が低下す
るという問題がある。これは、大量のシリコン融液の重
量が固化界面に悪影響を及ぼし、重量による歪みがイン
ゴット中に残存するからである。
Further, in order to improve the productivity, it is preferable to increase the size of the grown ingot. However, in the above method, when the height of the ingot is increased, the crystallinity of the portion (the lower part of the ingot) where the distance from the growth start surface is small decreases as shown by the ● mark in FIG. There is a problem that the conversion efficiency is reduced when a solar cell is manufactured by using the solar cell. This is because the weight of a large amount of silicon melt adversely affects the solidification interface, and strain due to weight remains in the ingot.

【0007】そこで、この発明の目的は、生産性が高
く、低コストで高品質な多結晶シリコンインゴットを製
造できる多結晶シリコン製造方法および多結晶シリコン
製造用坩堝を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing polycrystalline silicon and a crucible for producing polycrystalline silicon, which can produce a high-quality polycrystalline silicon ingot with high productivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の多結晶シリコン製造方法は、真空
中または不活性ガス中に、底部と、この底部上の空間を
取り囲む外周壁とを持ち、鉛直方向の断面が略凹状をな
す坩堝を設け、上記坩堝内で原料シリコンを融解し、生
じたシリコン融液を固化させる多結晶シリコン製造方法
において、上記坩堝内に、上記外周壁に対向して、この
坩堝の略中央を通る鉛直方向の孔を形成する内周壁を立
設し、上記孔に冷却装置を挿入して、上記シリコン融液
を上記内周壁側から上記外周壁側へ向かって固化させる
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method for producing polycrystalline silicon according to a first aspect of the present invention is such that an outer circumference surrounding a bottom and a space above the bottom in a vacuum or an inert gas. A crucible having a wall and a vertical cross-section having a substantially concave shape, melting the raw material silicon in the crucible, and solidifying the resulting silicon melt in a polycrystalline silicon manufacturing method, in the crucible, the outer periphery Facing the wall, an inner peripheral wall forming a vertical hole passing through substantially the center of the crucible is erected, a cooling device is inserted into the hole, and the silicon melt is transferred from the inner peripheral wall side to the outer peripheral wall. It is characterized by solidifying toward the side.

【0009】また、請求項2に記載の多結晶シリコン製
造方法は、請求項1に記載の多結晶シリコン製造方法に
おいて、上記孔が上記坩堝の下方の空間と連通するよう
に上記坩堝の底部を貫通し、上記冷却装置を上記坩堝の
下方から上記孔に挿入することを特徴としている。
The method for producing polycrystalline silicon according to a second aspect is the method for producing a polycrystalline silicon according to the first aspect, wherein the bottom of the crucible is formed so that the hole communicates with a space below the crucible. It is characterized in that the cooling device is penetrated and the cooling device is inserted into the hole from below the crucible.

【0010】また、請求項3に記載の多結晶シリコン製
造方法は、請求項1または2に記載の多結晶シリコン製
造方法において、上記坩堝内で上記シリコン融液の高さ
を150mm以下に設定することを特徴としている。
The method for producing polycrystalline silicon according to claim 3 is the method for producing polycrystalline silicon according to claim 1 or 2, wherein the height of the silicon melt is set to 150 mm or less in the crucible. It is characterized by that.

【0011】また、請求項4に記載の多結晶シリコン製
造用坩堝は、略矩形板状をなす底部と、上記底部の周縁
に連なり、上記底部上の空間を上記周縁に沿って枠状に
取り囲む外周壁と、上記底部に上記外周壁に対向して矩
形の枠状に立設され、上記空間の略中央を通る鉛直方向
の孔を形成する内周壁を備えて、上記孔に冷却装置が挿
入されるようにしたことを特徴としている。
The crucible for producing polycrystalline silicon according to a fourth aspect of the invention is continuous with a bottom portion having a substantially rectangular plate shape and a peripheral edge of the bottom portion, and surrounds a space above the bottom portion in a frame shape along the peripheral edge. The cooling device is inserted into the hole by including an outer peripheral wall and an inner peripheral wall that is erected in a rectangular frame shape on the bottom so as to face the outer peripheral wall and forms a vertical hole passing through substantially the center of the space. It is characterized by doing so.

【0012】[0012]

【作用】請求項1の多結晶シリコン製造方法では、断面
凹状の坩堝内に、この坩堝の略中央を通る鉛直方向の孔
を形成する内周壁を立設し、上記孔に冷却装置を挿入し
て、上記シリコン融液を上記内周壁側から上記外周壁側
へ向かって固化させる。この結果、単に断面凹状の坩堝
を用いる従来方式に比して、固化が速やかに行われる。
したがって、生産性が高まり、低コストとなる。また、
水平方向への固化であるから、大型のシリコンインゴッ
トを作製する場合であっても、坩堝内でのシリコン融液
の高さを容易に一定値以下に抑えることができる。これ
により、シリコン融液の重量による悪影響を受けなくな
ってインゴットの結晶性が良くなる。この結果、太陽電
池を作製したときの変換効率が向上する。また、同一の
坩堝内でシリコンの融解と固化とを行うので、シリコン
融液の液面が揺らぐことがなく、品質が劣化することも
ない。
In the method for producing polycrystalline silicon according to the first aspect, an inner peripheral wall forming a vertical hole passing through substantially the center of the crucible is provided in a crucible having a concave cross section, and a cooling device is inserted into the hole. Then, the silicon melt is solidified from the inner peripheral wall side toward the outer peripheral wall side. As a result, the solidification is performed more quickly than in the conventional method using only a crucible having a concave cross section.
Therefore, the productivity is increased and the cost is reduced. Also,
Since it is solidified in the horizontal direction, the height of the silicon melt in the crucible can be easily suppressed to a certain value or less even when a large-sized silicon ingot is manufactured. This prevents the weight of the silicon melt from adversely affecting the crystallinity of the ingot. As a result, the conversion efficiency when the solar cell is manufactured is improved. Further, since the silicon is melted and solidified in the same crucible, the liquid surface of the silicon melt does not fluctuate and the quality does not deteriorate.

【0013】請求項2の多結晶シリコン製造方法では、
上記孔が上記坩堝の下方の空間と連通するように上記坩
堝の底部を貫通し、上記冷却装置を上記坩堝の下方から
上記孔に挿入するので、冷却が容易に行われる。したが
って、生産性が高まる。
In the method for producing polycrystalline silicon according to claim 2,
Since the hole penetrates the bottom of the crucible so that the hole communicates with the space below the crucible, and the cooling device is inserted into the hole from below the crucible, cooling is easily performed. Therefore, productivity is increased.

【0014】請求項3の多結晶シリコン製造方法では、
上記坩堝内で上記シリコン融液の高さを150mm以下に
設定するので、シリコン融液の重量による悪影響を受け
なくなってインゴットの結晶性が良くなる。この結果、
太陽電池を作製したときの変換効率が向上する。
In the method for producing polycrystalline silicon according to claim 3,
Since the height of the silicon melt is set to 150 mm or less in the crucible, the weight of the silicon melt does not adversely affect the crystal quality of the ingot. As a result,
The conversion efficiency when producing a solar cell is improved.

【0015】請求項4の多結晶シリコン製造用坩堝によ
れば、内周壁が形成する孔に冷却装置を挿入して、シリ
コン融液を内周壁側から外周壁側へ向かって固化させる
ことができる。したがって、従来に比して固化が速やか
に行われる。したがって、生産性が高まり、低コストと
なる。また、水平方向への固化であるから、大型のシリ
コンインゴットを作製する場合であっても、坩堝内での
シリコン融液の高さを容易に一定値以下に抑えることが
できる。これにより、シリコン融液の重量による悪影響
を受けなくなってインゴットの結晶性が良くなる。この
結果、太陽電池を作製したときの変換効率が向上する。
また、同一の坩堝内でシリコンの融解と固化とを行える
ので、シリコン融液の液面が揺らぐことがなく、品質が
劣化することもない。しかも、この坩堝の外周壁と内周
壁とは矩形の枠状に構成されているので、インゴットは
上方から見てロの字状に仕上がる。矩形状の太陽電池を
量産する場合、例えば上記インゴットを水平方向にスラ
イスし、ロの字の各辺からウエハを切り出せば良い。こ
のように直線的な外形を持つインゴットからウエハを切
り出す場合、円柱状のインゴットからウエハを切り出す
場合に比して、ウエハ切り出しに伴う無駄(切りしろ)
が少なくなる。したがって、太陽電池作製のためのコス
トが低下する。
According to the crucible for producing polycrystalline silicon of claim 4, a cooling device can be inserted into the hole formed by the inner peripheral wall to solidify the silicon melt from the inner peripheral wall side toward the outer peripheral wall side. . Therefore, the solidification is performed more quickly than in the conventional case. Therefore, the productivity is increased and the cost is reduced. Further, since it is solidified in the horizontal direction, the height of the silicon melt in the crucible can be easily suppressed to a certain value or less even when a large-sized silicon ingot is manufactured. This prevents the weight of the silicon melt from adversely affecting the crystallinity of the ingot. As a result, the conversion efficiency when the solar cell is manufactured is improved.
Further, since the silicon can be melted and solidified in the same crucible, the liquid surface of the silicon melt does not fluctuate and the quality does not deteriorate. Moreover, since the outer peripheral wall and the inner peripheral wall of this crucible are formed in a rectangular frame shape, the ingot is finished in a square shape when viewed from above. When a rectangular solar cell is mass-produced, for example, the ingot may be sliced in the horizontal direction and the wafer may be cut out from each side of the square shape. When cutting a wafer from an ingot having such a linear outer shape, compared to cutting a wafer from a columnar ingot, waste (cutting margin) associated with cutting the wafer
Is less. Therefore, the cost for manufacturing the solar cell is reduced.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明の多結晶シリコン製造方法お
よび多結晶シリコン製造用坩堝を実施例により詳細に説
明する。
EXAMPLES The method for producing polycrystalline silicon and the crucible for producing polycrystalline silicon according to the present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0017】図1(a)は、この発明により多結晶シリコ
ンインゴットを製造するための装置を示している。この
装置は、真空ポンプによって真空状態にされる密閉容器
2を備えている。密閉容器2の両側には坩堝取り出し室
15a,15bが設けられている。密閉容器2の内部と
坩堝取り出し室15a,15bとは、シャフト14a,
14bで開閉される真空遮断用扉9a,9bによって仕
切られている。8は坩堝移動用の台車、16はレールで
ある。
FIG. 1 (a) shows an apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention. This apparatus comprises a closed container 2 which is evacuated by a vacuum pump. On both sides of the closed container 2, crucible take-out chambers 15a and 15b are provided. The inside of the closed container 2 and the crucible take-out chambers 15a and 15b are connected to the shaft 14a,
It is partitioned by vacuum shut-off doors 9a and 9b which are opened and closed by 14b. 8 is a cart for moving the crucible, and 16 is a rail.

【0018】上記密閉容器2の内部には、加熱手段とし
ての誘導加熱炉(周波数10KHz)7が設けられてい
る。誘導加熱炉7は、鉛直方向にのびる円筒形状をな
し、水冷した銅製のコイルを内蔵している。その外周に
は断熱壁4が設けられている。
An induction heating furnace (frequency: 10 KHz) 7 as a heating means is provided inside the closed container 2. The induction heating furnace 7 has a cylindrical shape extending in the vertical direction and contains a water-cooled copper coil. A heat insulating wall 4 is provided on the outer periphery thereof.

【0019】上記誘導加熱炉7内には、鉛直方向の断面
が略凹状の坩堝10が設けられている(なお、坩堝10
は、この装置を稼働させないときは取り外されてい
る。)。図1(b)に示すように、坩堝10は、底部10
cと、外周壁10bと、内周壁10aを備えている。底
部10cは、寸法60cm×60cmの矩形板状をなし、中
央に寸法10cm×10cmの矩形の貫通孔(同図(a)参
照)が設けられている。外周壁10bは、底部10cの
周縁に沿って底部10c上の空間を枠状に取り囲んでい
る。外周壁10bの高さは20cmである。内周壁10a
は、底部10cの貫通孔の縁に、外周壁10bに対向し
て矩形の枠状に立設されている。この内周壁10aによ
って、この坩堝の略中央を通る鉛直方向の孔20が形成
されている。なお、この坩堝10の底部10c,外周壁
10b,内周壁10aは、それぞれ厚さ1cm程度の高純
度シリカで主に構成されている。坩堝10のうちシリコ
ン融液6と接する面に、スプレー、ハケ塗り等の一般的
な方法で窒化シリコン層が塗布されている。この窒化シ
リコン層はシリコンとの反応を抑える。
In the induction heating furnace 7, there is provided a crucible 10 having a substantially concave vertical cross section (the crucible 10).
Are removed when the equipment is not in operation. ). As shown in FIG. 1B, the crucible 10 has a bottom portion 10
c, an outer peripheral wall 10b, and an inner peripheral wall 10a. The bottom portion 10c has a rectangular plate shape with a size of 60 cm × 60 cm, and a rectangular through hole with a size of 10 cm × 10 cm (see FIG. 7A) is provided in the center. The outer peripheral wall 10b surrounds the space above the bottom 10c in a frame shape along the peripheral edge of the bottom 10c. The height of the outer peripheral wall 10b is 20 cm. Inner wall 10a
Is erected in a rectangular frame shape at the edge of the through hole of the bottom portion 10c so as to face the outer peripheral wall 10b. The inner peripheral wall 10a forms a vertical hole 20 that passes through substantially the center of the crucible. The bottom portion 10c, the outer peripheral wall 10b, and the inner peripheral wall 10a of the crucible 10 are mainly made of high-purity silica having a thickness of about 1 cm. A silicon nitride layer is applied to the surface of the crucible 10 that is in contact with the silicon melt 6 by a general method such as spraying or brush coating. This silicon nitride layer suppresses the reaction with silicon.

【0020】図1(a)に示すように、上記坩堝10は、
断熱材17を介して、下方から支持手段としての坩堝支
持装置13によって支持されている。上記支持装置13
は、坩堝10をそれぞれ設定された速度で昇降できるよ
うになっている。
As shown in FIG. 1 (a), the crucible 10 is
It is supported from below by a crucible supporting device 13 as a supporting means via a heat insulating material 17. The supporting device 13
Can move up and down the crucible 10 at a set speed.

【0021】また、稼働時には、上記坩堝10の孔20
に、下方から冷却装置としての冷却水パイプ5が挿入さ
れる。冷却水パイプ5は支持装置13に沿って上方へ延
びる往路部分と、頂上で反転して下方へ延びる復路部分
とからなり、上記往路部分から復路部分へ向かって冷却
水が流されている。
During operation, the hole 20 of the crucible 10 is
A cooling water pipe 5 as a cooling device is inserted from below to the inside. The cooling water pipe 5 is composed of a forward path portion extending upward along the support device 13 and a return path portion which is inverted at the top and extends downward, and the cooling water is flowed from the forward path portion to the return path portion.

【0022】この装置を用いて、次に述べる作業手順に
よって多結晶シリコンインゴットを製造する。予め密閉
容器2は真空状態になっているものとする。
Using this apparatus, a polycrystalline silicon ingot is manufactured by the work procedure described below. It is assumed that the closed container 2 is in a vacuum state in advance.

【0023】密閉容器2外で、坩堝10内に、チップ
またはブロック状の原料シリコン6を供給する。このと
き、融解後のシリコン融液表面6sの坩堝底部10cか
らの)高さが150mm以下となるように供給量を設定す
る。シリコン融液表面6sの高さを150mm以下に設定
するので、シリコン融液6の重量が固化した多結晶シリ
コンの結晶性に対して悪影響を与えるのを防止すること
ができる。この結果、後述するように、太陽電池を作製
したときの変換効率を向上させることができる。実際に
は、生産性も考慮して、シリコン融液6の高さは100
〜150mmの範囲内に設定する。
A chip or block-shaped raw material silicon 6 is supplied into the crucible 10 outside the closed container 2. At this time, the supply amount is set so that the height of the melted silicon melt surface 6s (from the crucible bottom portion 10c) is 150 mm or less. Since the height of the silicon melt surface 6s is set to 150 mm or less, it is possible to prevent the weight of the silicon melt 6 from adversely affecting the crystallinity of the solidified polycrystalline silicon. As a result, as will be described later, it is possible to improve the conversion efficiency when manufacturing a solar cell. In actuality, considering the productivity, the height of the silicon melt 6 is 100.
Set within the range of ~ 150mm.

【0024】例えば図において右側の坩堝取り出し室
15aに坩堝10を入れて、この室15aを真空状態に
する。続いて、真空遮断用扉9aを一時的に開けて、台
車8に乗せた坩堝10を坩堝取出し室15aから真空容
器2の内部に挿入して、坩堝支持装置13の位置まで移
動させる。そして、坩堝支持装置13を駆動して、坩堝
10を誘導加熱炉7の中央の高さまで上昇させる。
For example, in the figure, the crucible 10 is put in the crucible take-out chamber 15a on the right side and the chamber 15a is evacuated. Subsequently, the vacuum shut-off door 9a is temporarily opened, and the crucible 10 placed on the carriage 8 is inserted into the vacuum container 2 from the crucible take-out chamber 15a and moved to the position of the crucible support device 13. Then, the crucible supporting device 13 is driven to raise the crucible 10 to the height of the center of the induction heating furnace 7.

【0025】誘導加熱炉7に通電して、坩堝10の温
度をシリコンの融点(1410℃)よりも高い温度に加
熱して、原料シリコンを一旦融解させる。この後、坩堝
10の温度をシリコンの融点(1410℃)よりも10
0〜200℃程度低い温度に設定する。
The induction heating furnace 7 is energized to heat the temperature of the crucible 10 to a temperature higher than the melting point of silicon (1410 ° C.) to once melt the raw material silicon. After that, the temperature of the crucible 10 is set to 10 ° C higher than the melting point of silicon (1410 ° C).
The temperature is set to a low temperature of about 0 to 200 ° C.

【0026】坩堝10の温度が安定するまで待ち、固
化開始の所定温度、所定位置に達したことを確認して、
冷却水パイプ5を下方から坩堝10の孔20に挿入す
る。この冷却パイプ5によって、シリコン融液6を強制
的に冷却して、図2(b)に示すように、シリコン融液を
内周壁10a側から外周壁10b側へ向かって固化させ
る。これにより、多結晶シリコンインゴット6Iを得
る。実際に、製造した多結晶シリコンインゴット6I
は、内周壁10a側から外周壁10b側への一方向成長
が完全であった。
Wait until the temperature of the crucible 10 stabilizes, and confirm that the temperature has reached a predetermined temperature and a predetermined position for solidification.
The cooling water pipe 5 is inserted into the hole 20 of the crucible 10 from below. By this cooling pipe 5, the silicon melt 6 is forcibly cooled, and the silicon melt is solidified from the inner peripheral wall 10a side to the outer peripheral wall 10b side as shown in FIG. 2 (b). As a result, a polycrystalline silicon ingot 6I is obtained. Actually manufactured polycrystalline silicon ingot 6I
The unidirectional growth was complete from the inner peripheral wall 10a side to the outer peripheral wall 10b side.

【0027】図1(a)に示す坩堝10の温度が730
℃まで下がった時点で、坩堝10を台車8に乗せて坩堝
取り出し室15aまで移動させる。そして、坩堝10の
温度が400℃以下になるのを待って坩堝取り出し室1
5aの外部に取り出す。なお、坩堝10の温度が730
℃よりも高い温度で移動させた場合には、多結晶シリコ
ンインゴットにクラック等の結晶欠陥が発生して、品質
が低下する。一方、730℃よりも低い温度で移動させ
た場合は、固化時間が長くなり生産性が低下する。
The temperature of the crucible 10 shown in FIG.
When the temperature drops to ℃, the crucible 10 is placed on the carriage 8 and moved to the crucible take-out chamber 15a. After waiting for the temperature of the crucible 10 to fall to 400 ° C. or lower, the crucible take-out chamber 1
Take out to the outside of 5a. The temperature of the crucible 10 is 730
When the polycrystalline silicon ingot is moved at a temperature higher than ° C, crystal defects such as cracks occur in the polycrystalline silicon ingot, and the quality is deteriorated. On the other hand, when it is moved at a temperature lower than 730 ° C., the solidification time becomes long and the productivity decreases.

【0028】連続して多結晶シリコンインゴットを製造
する場合は、工程と同時に、反対側の坩堝取り出し室
15bから別の坩堝を真空容器2内に挿入する。そし
て、工程〜の作業を繰り返す。
When manufacturing a polycrystalline silicon ingot continuously, another crucible is inserted into the vacuum container 2 from the crucible take-out chamber 15b on the opposite side at the same time as the process. Then, the work from step to is repeated.

【0029】このように、この製造方法では坩堝10の
孔20に冷却水パイプ5を挿入してシリコン融液を内周
壁10a側から外周壁10b側へ向かって固化させてい
るので、単に断面凹状の坩堝を用いる従来方式に比し
て、固化を速やかに行うことができる。したがって、生
産性を高めて、低コストで多結晶シリコンインゴット6
Iを製造することができる。実際に、約40kgの多結
晶シリコンインゴット6Iを製造するのに要した時間は
約10時間であり、従来に比して大幅に短縮することが
できた。
As described above, in this manufacturing method, since the cooling water pipe 5 is inserted into the hole 20 of the crucible 10 to solidify the silicon melt from the inner peripheral wall 10a side to the outer peripheral wall 10b side, the sectional shape is simply concave. As compared with the conventional method using the crucible, the solidification can be performed more quickly. Therefore, the productivity is improved, and the polycrystalline silicon ingot 6 is manufactured at low cost.
I can be produced. Actually, the time required to manufacture about 40 kg of the polycrystalline silicon ingot 6I was about 10 hours, which was significantly shorter than the conventional time.

【0030】また、坩堝10内でのシリコン融液表面6
sの高さを150mm以下に設定しているので、シリコン
融液6の重量による悪影響を無くして、インゴット6I
の結晶性を良くすることができる。この結果、太陽電池
を作製したときの変換効率を向上させることができる。
また、同一の坩堝10内でシリコンの融解と固化とを行
うので、シリコン融液表面6sが揺らぐことがなく、液
面揺らぎによる品質劣化を防止することができる。実際
に、製造した多結晶シリコンインゴット6Iの底部近傍
で、内周壁10a側,外周壁10b側,内周壁と外周壁
との間の中央部の3カ所からそれぞれ10cm角のウエ
ハを切り出してライフタイムを測定したところ、「表
1」に示すように、5〜10μsecであった。また、
公知の標準的なプロセスで太陽電池を試作したところ、
その変換効率は14.4〜15%となった(この変換効
率についての結果は図3中に○印で示している。)。こ
れらは、従来から報告されている値と遜色のない特性で
ある。また、インゴット6I内での特性バラツキが少な
く、特性安定性に優れていると言える。
The surface 6 of the silicon melt in the crucible 10
Since the height of s is set to 150 mm or less, the adverse effect of the weight of the silicon melt 6 is eliminated, and the ingot 6I
The crystallinity of can be improved. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency when the solar cell is manufactured.
Further, since the silicon is melted and solidified in the same crucible 10, the silicon melt surface 6s does not fluctuate, and it is possible to prevent quality deterioration due to liquid level fluctuation. Actually, a 10 cm square wafer was cut out from each of the inner peripheral wall 10a side, the outer peripheral wall 10b side, and the central portion between the inner peripheral wall and the outer peripheral wall in the vicinity of the bottom of the manufactured polycrystalline silicon ingot 6I to obtain a wafer with a lifetime of 10 cm. Was measured and found to be 5 to 10 μsec as shown in “Table 1”. Also,
When a solar cell was prototyped by a known standard process,
The conversion efficiency was 14.4 to 15% (the result of this conversion efficiency is shown by a circle in FIG. 3). These are properties comparable to those reported in the past. Further, it can be said that there is little characteristic variation in the ingot 6I and the characteristic stability is excellent.

【表1】 また、この例では坩堝10の外周壁10bと内周壁10
aとは矩形の枠状に構成されているので、インゴット6
Iは上方から見てロの字状に仕上がる。したがって、例
えば10cm角のような矩形状の太陽電池を量産する場
合、例えば上記インゴット6Iを水平方向にスライス
し、ロの字の各辺からウエハを切り出せば良い。このよ
うに直線的な外形を持つインゴットからウエハを切り出
す場合、円柱状のインゴットからウエハを切り出す場合
に比して、ウエハ切り出しに伴う無駄(切りしろ)を少
なくすることができる。したがって、太陽電池を低コス
トで作製することができる。
[Table 1] Further, in this example, the outer peripheral wall 10b and the inner peripheral wall 10 of the crucible 10 are
Since a is formed in a rectangular frame shape, the ingot 6
I is finished in a square shape when viewed from above. Therefore, for example, when mass-producing a rectangular solar cell having a size of 10 cm square, for example, the ingot 6I may be sliced in the horizontal direction and the wafer may be cut out from each side of the square shape. When the wafer is cut out from the ingot having such a linear outer shape, waste (cutting margin) associated with cutting out the wafer can be reduced as compared with the case where the wafer is cut out from the columnar ingot. Therefore, the solar cell can be manufactured at low cost.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1に記
載の多結晶シリコン製造方法は、断面凹状の坩堝内に、
この坩堝の略中央を通る鉛直方向の孔を形成する内周壁
を立設し、上記孔に冷却装置を挿入して、上記シリコン
融液を上記内周壁側から上記外周壁側へ向かって固化さ
せるので、単に断面凹状の坩堝を用いる従来方式に比し
て、固化を速やかに行うことができる。したがって、生
産性を高めて、低コストで多結晶シリコンを製造するこ
とができる。また、水平方向への固化であるから、大型
のシリコンインゴットを作製する場合であっても、坩堝
内でのシリコン融液の高さを容易に一定値以下に抑える
ことができる。これにより、シリコン融液の重量による
悪影響を無くしてインゴットの結晶性を良くすることが
できる。この結果、太陽電池を作製したときの変換効率
を向上させることかできる。また、同一の坩堝内でシリ
コンの融解と固化とを行うので、シリコン融液表面が揺
らぐのを防止でき、液面揺らぎによる品質劣化を防止す
ることができる。
As is clear from the above, the method for producing polycrystalline silicon according to the first aspect of the present invention is characterized in that a crucible having a concave cross section is provided with:
An inner peripheral wall forming a vertical hole passing through substantially the center of this crucible is erected, and a cooling device is inserted into the hole to solidify the silicon melt from the inner peripheral wall side toward the outer peripheral wall side. Therefore, as compared with the conventional method in which a crucible having a concave cross section is simply used, the solidification can be performed quickly. Therefore, it is possible to increase productivity and manufacture polycrystalline silicon at low cost. Further, since it is solidified in the horizontal direction, the height of the silicon melt in the crucible can be easily suppressed to a certain value or less even when a large-sized silicon ingot is manufactured. This can improve the crystallinity of the ingot by eliminating the adverse effect of the weight of the silicon melt. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency when the solar cell is manufactured. Further, since the silicon is melted and solidified in the same crucible, the surface of the silicon melt can be prevented from fluctuating, and the quality deterioration due to the fluctuation of the liquid surface can be prevented.

【0032】請求項2の多結晶シリコン製造方法では、
上記孔が上記坩堝の下方の空間と連通するように上記坩
堝の底部を貫通し、上記冷却装置を上記坩堝の下方から
上記孔に挿入するので、冷却を容易に行うことができ
る。したがって、生産性を高めることができる。
In the method for producing polycrystalline silicon according to claim 2,
Since the hole penetrates the bottom of the crucible so that the hole communicates with the space below the crucible, and the cooling device is inserted into the hole from below the crucible, cooling can be easily performed. Therefore, productivity can be increased.

【0033】請求項3の多結晶シリコン製造方法では、
上記坩堝内で上記シリコン融液の高さを150mm以下に
設定するので、シリコン融液の重量による悪影響を無く
してインゴットの結晶性を良くすることができる。この
結果、太陽電池を作製したときの変換効率を向上させる
ことができる。
In the polycrystalline silicon manufacturing method according to claim 3,
Since the height of the silicon melt in the crucible is set to 150 mm or less, the crystallinity of the ingot can be improved by eliminating the adverse effect of the weight of the silicon melt. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency when the solar cell is manufactured.

【0034】請求項4の多結晶シリコン製造用坩堝によ
れば、内周壁が形成する孔に冷却装置を挿入して、シリ
コン融液を内周壁側から外周壁側へ向かって固化させる
ことができる。したがって、従来に比して固化を速やか
に行うことができる。したがって、生産性を高めて、低
コストで多結晶シリコンを製造することができる。ま
た、水平方向への固化であるから、大型のシリコンイン
ゴットを作製する場合であっても、坩堝内でのシリコン
融液の高さを容易に一定値以下に抑えることができる。
これにより、シリコン融液の重量による悪影響を無くし
てインゴットの結晶性を良くすることができる。この結
果、太陽電池を作製したときの変換効率を向上させるこ
とかできる。また、同一の坩堝内でシリコンの融解と固
化とを行うので、シリコン融液表面が揺らぐのを防止で
き、液面揺らぎによる品質劣化を防止することができ
る。しかも、この坩堝の外周壁と内周壁とは矩形の枠状
に構成されているので、インゴットは上方から見てロの
字状に仕上がる。矩形状の太陽電池を量産する場合、例
えば上記インゴットを水平方向にスライスし、ロの字の
各辺からウエハを切り出せば良い。このように直線的な
外形を持つインゴットからウエハを切り出す場合、円柱
状のインゴットからウエハを切り出す場合に比して、ウ
エハ切り出しに伴う無駄(切りしろ)を減らすことがで
きる。したがって、太陽電池作製のためのコストを低下
させることができる。
According to the crucible for producing polycrystalline silicon of claim 4, a cooling device can be inserted into the hole formed by the inner peripheral wall to solidify the silicon melt from the inner peripheral wall side toward the outer peripheral wall side. . Therefore, solidification can be performed more quickly than in the conventional case. Therefore, it is possible to increase productivity and manufacture polycrystalline silicon at low cost. Further, since it is solidified in the horizontal direction, the height of the silicon melt in the crucible can be easily suppressed to a certain value or less even when a large-sized silicon ingot is manufactured.
This can improve the crystallinity of the ingot by eliminating the adverse effect of the weight of the silicon melt. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency when the solar cell is manufactured. Further, since the silicon is melted and solidified in the same crucible, the surface of the silicon melt can be prevented from fluctuating, and the quality deterioration due to the fluctuation of the liquid surface can be prevented. Moreover, since the outer peripheral wall and the inner peripheral wall of this crucible are formed in a rectangular frame shape, the ingot is finished in a square shape when viewed from above. When a rectangular solar cell is mass-produced, for example, the ingot may be sliced in the horizontal direction and the wafer may be cut out from each side of the square shape. When cutting a wafer from an ingot having a linear outer shape as described above, it is possible to reduce waste (cutting margin) associated with cutting a wafer, as compared with cutting a wafer from a cylindrical ingot. Therefore, the cost for manufacturing a solar cell can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明により多結晶シリコンインゴットを
製造するための装置の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention.

【図2】 坩堝内での結晶成長方向を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a crystal growth direction in a crucible.

【図3】 この発明により製造した多結晶シリコンを材
料とする太陽電池の変換効率を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing conversion efficiency of a solar cell using polycrystalline silicon manufactured by the present invention as a material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 真空容器 5 冷却水パイプ 6 シリコン融液 6I 多結晶シリコンインゴット 7 誘導加熱炉 10 坩堝 20 孔 2 vacuum container 5 cooling water pipe 6 silicon melt 6I polycrystalline silicon ingot 7 induction heating furnace 10 crucible 20 holes

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空中または不活性ガス中に、底部と、
この底部上の空間を取り囲む外周壁とを持ち、鉛直方向
の断面が略凹状をなす坩堝を設け、上記坩堝内で原料シ
リコンを融解し、生じたシリコン融液を固化させる多結
晶シリコン製造方法において、 上記坩堝内に、上記外周壁に対向して、この坩堝の略中
央を通る鉛直方向の孔を形成する内周壁を立設し、 上記孔に冷却装置を挿入して、上記シリコン融液を上記
内周壁側から上記外周壁側へ向かって固化させることを
特徴とする多結晶シリコン製造方法。
1. A bottom portion in vacuum or in an inert gas,
With a peripheral wall that surrounds the space on the bottom, a crucible with a vertical cross section having a substantially concave shape is provided, the raw material silicon is melted in the crucible, and the resulting silicon melt is solidified in a polycrystalline silicon manufacturing method. , Inside the crucible, facing the outer peripheral wall, standing up an inner peripheral wall forming a vertical hole passing through substantially the center of the crucible, insert a cooling device in the hole, the silicon melt A method for producing polycrystalline silicon, characterized by solidifying from the inner peripheral wall side toward the outer peripheral wall side.
【請求項2】 請求項1に記載の多結晶シリコン製造方
法において、 上記孔が上記坩堝の下方の空間と連通するように上記坩
堝の底部を貫通し、 上記冷却装置を上記坩堝の下方から上記孔に挿入するこ
とを特徴とする多結晶シリコン製造方法。
2. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein the hole penetrates a bottom portion of the crucible so that the hole communicates with a space below the crucible, and the cooling device is provided from below the crucible. A method for producing polycrystalline silicon, characterized by inserting into a hole.
【請求項3】 請求項1または2に記載の多結晶シリコ
ン製造方法において、 上記坩堝内で上記シリコン融液の高さを150mm以下に
設定することを特徴とする多結晶シリコン製造方法。
3. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1 or 2, wherein the height of the silicon melt in the crucible is set to 150 mm or less.
【請求項4】 略矩形板状をなす底部と、 上記底部の周縁に連なり、上記底部上の空間を上記周縁
に沿って枠状に取り囲む外周壁と、 上記底部に上記外周壁に対向して矩形の枠状に立設さ
れ、上記空間の略中央を通る鉛直方向の孔を形成する内
周壁を備えて、 上記孔に冷却装置が挿入されるようにしたことを特徴と
する多結晶シリコン製造用坩堝。
4. A bottom having a substantially rectangular plate shape, an outer peripheral wall continuous with a peripheral edge of the bottom and surrounding a space on the bottom in a frame shape along the peripheral edge, and the bottom facing the outer peripheral wall. Polycrystalline silicon manufacturing characterized in that it is provided upright in a rectangular frame shape and has an inner peripheral wall forming a vertical hole passing through substantially the center of the space, and a cooling device is inserted into the hole. A crucible.
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