JPH0725533B2 - シリコン多結晶インゴツトの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、シリコン多結晶インゴットの製造方法に関
するものである。

「従来の技術」 シリコン多結晶インゴットの製造手段として、るつぼ内
で原料シリコンを溶融した後そのまま冷却することによ
り、るつぼを鋳型としてインゴットを成型することが試
みられている。ところがそのような手段では、溶融シリ
コンが固化する際の膨張がるつぼにより拘束されて多結
晶化したシリコンが壊れてしまい、実用に供し得るシリ
コン多結晶インゴットを得ることはできないものであ
る。

このため、従来一般には、単結晶シリコンを製造する場
合に広く用いられる引き上げ法（CZ法）が転用されてい
る。この引き上げ法は、種結晶（シード）を溶融シリコ
ンに接触させて徐々に引き上げることにより、多結晶シ
リコンを棒状に成長させるようにするものである。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、上記の引き上げ法においては、 引き上げ速度をあまり速くできず1mm/min程度が限
度であるので、例えば、６インチ径のシリコン多結晶イ
ンゴットの場合18g/min程度のものしか得られず、生産
性が極めて低く、このため製造コストが高い。

成長し得るシリコン多結晶インゴットの径は20cm程
度が限度であり、それ以上の大径のものは製造できな
い。

多結晶シリコンを引き上げつつ成長させるので、ク
ラックが生じやすい。

多結晶シリコンの電気抵抗率を調整するために溶融
シリコン中にドープ材を混入した場合、そのドープ材の
引き上げは均等になされずにむらが生じやすい。したが
って成長したシリコン多結晶インゴットの抵抗率が均一
にならず、特に多量のドープ材を必要とする低抵抗率の
多結晶シリコンを得ることが極めて困難である。

等の問題があり、これらの改善が望まれていた。

「問題点を解決するための手段」 上記の問題点を解決するために、この発明は、容器内で
原料シリコンを溶融し、その溶融シリコンを冷却して多
結晶の固化シリコンを生じさせ、この生じた固化シリコ
ンの温度を保持したまま上記容器を加熱して上記固化シ
リコンの容器内面との接触部を溶融させることにより固
化シリコンと容器とを分離し、その分離した固化シリコ
ンを容器内から取り出してさらに冷却しシリコン多結晶
インゴットとすることを特徴としている。

「作用」 この発明は、容器内で溶融シリコンを冷却し結晶が充分
に成長しない温度に保ちつつ固化させて多結晶の固化シ
リコンとする。この固化シリコンの温度を保持したまま
上記容器を加熱すると、上記固化シリコンの容器内面と
の接触部が溶融し、容器に密着した固化シリコンは容器
内面から容易に剥離し、固化シリコンと容器とが容易に
分離される。その分離した固化シリコンを容器内から取
り出してさらに冷却すればシリコン多結晶インゴットと
なる。以上により、固化シリコンを拘束することなし
に、内部にクラック等のない大径のシリコン多結晶イン
ゴットを容易に製造する。

「実施例」 以下、この発明方法の実施例について第１図ないし第７
図を参照して説明する。これらの図はこの実施例の手順
を工程順に示すものである。

まず、第１図に示すように、るつぼ１内に原料シリコン
（多結晶シリコン）２を入れ、図示しないヒータにより
加熱してその原料シリコン２を溶融し、第２図に示すよ
うに溶融シリコン３とする。この時、必要に応じて、結
晶の電気抵抗率を所定の値とするためのドープ材を所定
量溶融シリコン３中に添加しておく。

それから、第３図に示すように、種結晶（シード）４を
チャック５により挾持して、その下端部を溶融シリコン
３中に位置させてシード付けを行う。その後、るつぼ１
の加熱を中止して、溶融シリコン３の温度が融点温度
（1,415℃）以下となって凝固し、第４図に示すように
固化シリコン６となって種結晶４がその固化シリコン６
に固着されるまで冷却する。なお、この時、固化シリコ
ン６の温度が約1,000℃以下には下がらないように温度
管理を行い、固化シリコン６が未だ充分に結晶が成長し
ない状態を保つ。

その後、再びヒータ（図示略）によりるつぼ１を加熱し
て、第５図に示すように、固化シリコン６のるつぼ１内
面との接触部のみを再び溶融させることにより、固化シ
リコン６とるつぼ１とを分離する。そして、その分離し
た固化シリコン６を、種結晶４を引き上げることによ
り、第６図に示すように、種結晶４とともにるつぼ１よ
り取り出し、そのまま固化シリコン６をるつぼ１外でさ
らに冷却すれば、シリコン多結晶インゴットとなる。

このインゴット７を種結晶４より切り離してスライス加
工すれば、第７図に示すように、ウェーハ８が得られ
る。

上記の手順によれば、シリコンの多結晶化はるつぼ１の
外で固化シリコン６が何等拘束されない状態でなされる
から、多結晶化したシリコンが壊れることはなく、高品
質のシリコン多結晶インゴットを得ることができる。

また、多量の溶融シリコン３から一度にかつ速やかに多
結晶化したシリコンのインゴットを得ることができるの
で、その生産性を50〜100g/min程度とでき、従来の引き
上げ法の場合に比して著しく向上させることができ、し
たがって製造コストを削減することができる。また、製
造されるインゴット７の径には制限はなく、るつぼ１の
内径寸法により40cmあるいはそれ以上の大径のインゴッ
ト７も容易に製造できる。さらに、結晶を引き上げるこ
となく静的な状態で多結晶化させるので、製造されるイ
ンゴット７にクラックが生じることはなく、その後の機
械的な加工に充分耐えられる丈夫なシリコン多結晶イン
ゴットを得ることができる。

さらにまた、溶融シリコン３中にドープ材を添加してお
けば、溶融シリコン３はそのまま固化するので所望の抵
抗率を有する多結晶シリコンを得ることができるととも
に、製造されたインゴット７の各部位での抵抗率にむら
が生じることがなく、抵抗率の均一なインゴット７を得
ることができる。したがって、従来特に製造することが
困難であった低抵抗率の多結晶シリコンを容易に製造す
ることができる。

なお、上記のように製造したシリコン多結晶インゴット
７は、たとえば太陽電池の基板、シリコン製の各種の治
具として用いることの他に、マザーアロイとして用いた
り、また特に低抵抗率の電極（ターゲット材）用の材料
として用いる等、広い用途が考えられる。

以上、この発明の実施例を説明したが、この発明は上記
実施例に限定されるものではない。たとえば、上記では
種結晶によって固化シリコンを吊り上げるようにした
が、これに限らずたとえば棒状の石英あるいはその他の
材料を用いることもできるし、あるいは固化シリコンを
吊り上げることなく他の手段によって容器から取り出す
ようにしても良い。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、溶融シ
リコンを冷却して多結晶の固化シリコンを生じさせ、こ
の生じた固化シリコンの温度を保持したまま上記容器を
加熱して上記固化シリコンの容器内面との接触部を溶融
させることにより固化シリコンと容器とを分離し、その
分離した固化シリコンを容器内から取り出してさらに冷
却しシリコン多結晶インゴットとしたので、次のような
優れた効果を奏する。

多結晶化したシリコンを壊すことなく、多量の溶融
シリコンを速やかに多結晶化することができ、したがっ
て生産性が向上し、製造コストの削減に寄与できる。

容器の径がそのままインゴットの径となるので、大
径のインゴットを容易に製造できる。

静的な状態で多結晶化させるので、インゴットにク
ラックが生じることがない。

溶融シリコン中に添加したドープ材がそのまま固化
するので、所望の抵抗率を有する多結晶シリコンを得る
ことができるとともに、抵抗率の均一なインゴットを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、この発明の実施例の製造方法を
その工程順に説明するための図である。 １……るつぼ（容器）、２……原料シリコン、３……溶
融シリコン、６……固化シリコン、７……シリコン多結
晶インゴット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内で原料シリコンを溶融し、その溶融
   シリコンを冷却して多結晶の固化シリコンを生じさせ、
   この生じた固化シリコンの温度を保持したまま上記容器
   を加熱して上記固化シリコンの容器内面との接触部を溶
   融させることにより固化シリコンと容器とを分離し、そ
   の分離した固化シリコンを容器内から取り出してさらに
   冷却しシリコン多結晶インゴットとすることを特徴とす
   るシリコン多結晶インゴットの製造方法。