JPH079888B2 - Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film substrate - Google Patents

Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film substrate

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JPH079888B2
JPH079888B2 JP63169574A JP16957488A JPH079888B2 JP H079888 B2 JPH079888 B2 JP H079888B2 JP 63169574 A JP63169574 A JP 63169574A JP 16957488 A JP16957488 A JP 16957488A JP H079888 B2 JPH079888 B2 JP H079888B2
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mold
thin film
polycrystalline silicon
turntable
cavity
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一郎 秀
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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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ウエハの製造に際し、ターンテーブ
ルの回転に基づく遠心力によって、溶融シリコンを鋳型
すなわちモールドへ流し込んで固化するようにした所謂
スピン法の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to the production of polycrystalline silicon wafers used for solar cells and other photoelectric conversion elements, etc. by the centrifugal force based on the rotation of a turntable. The present invention relates to an improvement of a so-called spin method in which a resin is poured into a mold, that is, a mold and solidified.

《従来の技術》 既知のスピン法による多結晶シリコンウエハの製造方法
は、第3図に示す如くターンテーブルa上に下皿bを載
置し、この上に上皿cを載設することで、両皿b,cによ
り形成された鋳造型d内にキャビティeを形成し、これ
らを不活性ガス雰囲気内に置いて、キャビティeのター
ンテーブルaにおける軸心位置に開口した注入口fか
ら、溶融シリコンgを注入し、これをターンテーブルa
の回転により生ずる遠心力によって、キャビティe内へ
充填するようにしたものである。
<< Prior Art >> A known method for manufacturing a polycrystalline silicon wafer by a spin method is to place a lower plate b on a turntable a and an upper plate c on it as shown in FIG. , A cavity e is formed in a casting mold d formed by both plates b and c, and these are placed in an inert gas atmosphere, and an injection port f opened at the axial center position of the cavity e in the turntable a, Molten silicon g is injected, and this is turned table a.
The cavity e is filled with the centrifugal force generated by the rotation of the.

ここで図示の鋳造型dにあっては、第4図の如く上皿c
の中心に注入口fを開口すると共に、下皿bの上面には
4個の成形用凹溝b1,b2,b3,b4が十字状の流入凹溝b5に
て連通され、一度に4個の多結晶シリコンウエハを製造
できるようになっている。
In the casting mold d shown here, the upper plate c as shown in FIG.
The injection port f is opened at the center of the lower plate, and four molding grooves b1, b2, b3, b4 are connected to the upper surface of the lower plate b by a cross-shaped inflow groove b5, and four molding grooves are formed at a time. It is now possible to manufacture polycrystalline silicon wafers.

しかし、上記スピン法によるときは、キャビティの厚さ
を小さくして薄い多結晶シリコンウエハを形成すると
き、そのディバイス加工時に破損を伴うこととなること
から、可成りの厚さをもたせる必要があり、この結果シ
リコン原料も相当に消費することとなって当該ウエハが
高価なものとなり、しかも当該シリコン原材料費が当該
価格の80%を占めてしまうのが現況である。
However, in the case of the above spin method, when forming a thin polycrystalline silicon wafer by reducing the thickness of the cavity, it is necessary to have a considerable thickness since it will be damaged during the device processing. As a result, the silicon raw material is also considerably consumed and the wafer becomes expensive, and the silicon raw material cost occupies 80% of the price at present.

さらに、太陽電池などを製造するには、上記の多結晶シ
リコンウエハに電極形成のため、別途その加工に手間を
かけねばならず、この工程で当該ウエハを損傷すること
にもなる。
Further, in order to manufacture a solar cell or the like, since electrodes are formed on the above-mentioned polycrystalline silicon wafer, it is necessary to separately process the wafer, and the wafer is damaged in this step.

また、特に上記鋳造型dには、溶融シリコンgが充填さ
れるので、この溶融シリコンgが付着してしまわないよ
うに、例えばカーボンにより形成した上皿b、下皿cに
窒化シリコンのコーティングを充分に施しておかねばな
らず、またこれが剥離してしまったときは、再度当該コ
ーティング処理を繰り返し行うようにしなければならな
いのであり、それでも鋳造型dからの製造剥離が困難と
なれば、当該製品を損傷することにもなるなどの難点が
ある。
Further, since the casting mold d is filled with the molten silicon g, the upper plate b and the lower plate c formed of carbon, for example, are coated with silicon nitride so that the molten silicon g does not adhere thereto. It must be applied sufficiently, and if it has peeled off, the coating process must be repeated, and if the production peeling from the casting mold d is still difficult, the product There is a drawback that it may damage the.

《発明が解決しようとする課題》 本発明は上記従来方法の難点を解消しようとするもの
で、前記した鋳造型の下皿に予め安価な金属、合金によ
る金属材料によって形成しておいた裏打基板を配設して
おき、当該基板上に残置された鋳造型の狭隘キャビティ
内に溶融シリコンを遠心力にて充填してやることで、極
めて薄膜の多結晶シリコンを、上記裏打基板に固結形成
した製品を得るようにして、単価の安い製品を得られる
ようにすると共に、その後のディバイス加工に際して
も、これを損傷してしまう虞れを解消すると共に取扱い
加工を安易にして迅速に行い得るようにすると共に裏打
基板をそのまま太陽電池等としての電極に利用可能とな
し、これにより別途電極形成に手間をかけないようにす
るのが、その目的である。
<< Problems to be Solved by the Invention >> The present invention is intended to solve the drawbacks of the above-mentioned conventional methods, and a backing substrate formed in advance by a metal material of an inexpensive metal or alloy in the lower plate of the casting mold described above. A product in which an extremely thin film of polycrystalline silicon is consolidated and formed on the backing substrate by placing molten silicon in the narrow space of the casting die left on the substrate by centrifugal force. In order to obtain a product with a low unit price, it is possible to eliminate the possibility of damaging this even in the subsequent device processing and to make the handling processing easy and quick. At the same time, the purpose is to make the backing substrate usable as an electrode as a solar cell as it is so as not to separately form the electrode.

《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
あって、シリコン母材の溶融により得た溶融シリコン
を、同上雰囲気内のターンテーブル上に載置されたモー
ルドモジュール下皿とこれに載置されたモールドモジュ
ール上皿とからなるモールドのキャビティ内へ、ターン
テーブルの中心箇所に開口した注入口から供給し、この
溶融シリコンを、予め上記モールドモジュール下皿上に
載置した安価な金属材料による裏打基板とモールドモジ
ュール上皿との間に残置された狭隘キャビティ内へ、タ
ーンテーブルの回転に伴う遠心力によって充填させ、こ
れを固化して裏打基板上に多結晶シリコン薄膜を固結形
成させたものを、上記のキャビティより離脱させるよう
にしたことを特徴とする多結晶シリコン薄膜基板の製造
方法を提供しようとするものである。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention places the molten silicon obtained by melting the silicon base material in an inert atmosphere on a turntable in the same atmosphere. The mold module lower plate and the mold module upper plate placed on the mold module upper plate are supplied into the cavity of the mold through the injection port opened at the center of the turntable, and the molten silicon is supplied in advance to the mold module lower plate. Molded module top backing substrate made of cheap metal material placed on the plate The narrow cavity left between the plate and the mold is filled by the centrifugal force accompanying the rotation of the turntable, and solidified to fill the backing substrate. A polycrystalline silicon thin film characterized by being formed by consolidating a polycrystalline silicon thin film on a substrate, and detached from the cavity. It is intended to provide a method for manufacturing a substrate.

《作用》 本発明ではモールドモジュール下皿に予め安価な金属材
料による裏打基板が載置されているので、これとモール
ドモジュール下皿との間の狭隘キャビティのみに、ター
ンテーブルの回転による遠心力により溶融シリコンが、
速やかに充填され、このため裏打基板上に溶融シリコン
が固結した製品が得られ、極めて薄い多結晶シリコン薄
膜をもった破損し難い基板が得られ、モールドからの剥
離も容易となる。
<Operation> In the present invention, since the backing substrate made of an inexpensive metal material is placed in advance on the mold module lower tray, only in the narrow cavity between this and the mold module lower tray, due to the centrifugal force due to the rotation of the turntable. Molten silicon
The product is quickly filled, so that a product in which molten silicon is solidified on the backing substrate is obtained, a substrate having an extremely thin polycrystalline silicon thin film which is not easily damaged, is obtained, and peeling from the mold is facilitated.

《実 施 例》 本発明を図示の実施例によって詳記すれば、第1図が同
法を実施するのに用い得る製造装置であり、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1
には、ヒータ2によって加熱される転動式坩堝3、漏斗
4、そしてその下位のヒータ5およびターンテーブル6
が内設されており、このターンテーブル6上にはモール
ド7が載置される。
<< Examples >> The present invention will be described in detail with reference to the illustrated examples. FIG. 1 shows a manufacturing apparatus that can be used to carry out the method. Furnace body 1
Includes a rolling crucible 3 heated by a heater 2, a funnel 4, and a heater 5 and a turntable 6 below it.
The mold 7 is placed on the turntable 6.

ここで上記モールド7はターンテーブル6上のモールド
モジュール下皿7aと、これに重積されるモールドモジュ
ール上皿7bとによってキャビティ7cが形成されると共
に、上記モールドモジュール上皿7bの中心位置に注入口
7dが開口され、これがキャビティ7cに連通するよう構成
されたものである。
Here, in the mold 7, a cavity 7c is formed by a mold module lower plate 7a on the turntable 6 and a mold module upper plate 7b stacked on the mold module lower plate 7a, and at the center position of the mold module upper plate 7b. entrance
The opening 7d is formed so as to communicate with the cavity 7c.

そこで、上記の製造装置を用いて本発明を実施するに
は、予め前記の転動式坩堝3にシリコン母材を収納して
おくと共に、ターンテーブル6の軸心に注入口7dを合致
させてモールド7を載置する際、前記モールドモジュー
ル下皿7aの上に裏打基板8を嵌合状態にて載置してお
き、これによってモールド7内のキャビティ7cを狭くし
て裏打基板8とモールドモジュール上皿7bとの間に狭隘
キャビティ7c′を残置させておくのである。
Therefore, in order to carry out the present invention using the above manufacturing apparatus, the silicon base material is stored in the rolling crucible 3 in advance, and the injection port 7d is aligned with the axis of the turntable 6. When the mold 7 is placed, the backing substrate 8 is placed on the mold module lower plate 7a in a fitted state, thereby narrowing the cavity 7c in the mold 7 to reduce the backing substrate 8 and the mold module. The narrow cavity 7c 'is left between it and the upper plate 7b.

ここで裏打基板8は、鉄やステンレス等のシリコンに比
し安価な金属材料によって形成するのであり、またモー
ルド7の方はカーボン製とし、これに窒化シリコンのコ
ーティングを施したものを使用することができ、実際上
裏打基板8には0.5mm厚さとし、キャビティ7cの厚さは
0.6mmとした。
Here, the backing substrate 8 is formed of a metal material which is cheaper than silicon such as iron and stainless steel, and the mold 7 is made of carbon and the one coated with silicon nitride is used. The thickness of the backing substrate 8 is actually 0.5 mm, and the thickness of the cavity 7c is
It was set to 0.6 mm.

炉体1を稼動し、ヒータ2によって転動式坩堝3内のシ
リコン母材を溶融した後、これを軸心点3aが中心となる
よう回動させることで、漏斗4内に溶融シリコンSiを流
下させ、当該シリコンSiを漏斗4から前記モールド7の
注入口7dへ注入するのであり、このときターンテーブル
6は回転させておくことになる。
After the furnace body 1 is operated and the heater 2 melts the silicon base material in the rolling crucible 3, the silicon base material in the funnel 4 is rotated by rotating the silicon base material around the axial center point 3a. The silicon Si is allowed to flow down, and the silicon Si is injected from the funnel 4 into the injection port 7d of the mold 7. At this time, the turntable 6 is rotated.

この際、実際上ヒータ5によってモールド7は1400℃程
度に加温しておき、これに1450℃(融点)の前記溶融シ
リコンSiが注入され、ターンテーブル6は400r.p.mにて
回転させるようにした。
At this time, the mold 7 is actually heated by the heater 5 to about 1400 ° C., and the molten silicon Si of 1450 ° C. (melting point) is injected into the mold 7, and the turntable 6 is rotated at 400 rpm. did.

これにより注入された溶融シリコンSiは、ターンテーブ
ル6による遠心力Fによって裏打基板8上にあって、狭
隘キャビティ7c′内に流れ込み、第2図の(b)に示す
如く当該狭隘キャビティ7c′に充填されたならば、ヒー
タ5による加熱を止めて冷却固化し、これにより裏打基
板8上に固結形成された結晶成長による多結晶シリコン
薄膜9をもった製品である多結晶シリコン薄膜基板10が
得られ、前記の具体例によるときは、上記多結晶シリコ
ン薄膜9が0.1mmとなった。
The molten silicon Si thus injected is on the backing substrate 8 by the centrifugal force F generated by the turntable 6 and flows into the narrow cavity 7c ', and then enters the narrow cavity 7c' as shown in FIG. 2 (b). Once filled, the heating by the heater 5 is stopped and the material is cooled and solidified, whereby a polycrystalline silicon thin film substrate 10 which is a product having a polycrystalline silicon thin film 9 formed by crystal growth on the backing substrate 8 is formed. The obtained polycrystalline silicon thin film 9 had a thickness of 0.1 mm in the above-mentioned specific example.

もちろん上記多結晶シリコン薄膜基板10は第2図(c)
のようにモールドモジュール上皿7bを開成した後、モー
ルド7から取り出されることとなる。
Of course, the polycrystalline silicon thin film substrate 10 is shown in FIG. 2 (c).
After the mold module upper plate 7b is opened as described above, it is taken out from the mold 7.

《発明の効果》 本発明は上記のようにして構成されるものであるから、
極めて薄い多結晶シリコン薄膜を労せずして形成でき、
製品たる多結晶シリコン薄膜基板の可成りの部分を、安
価な金属材料によって形成されている裏打基板が占めて
いることとなるので、安価な製品の提供が可能となるだ
けでなく、この製造工程で裏打基板が形成されることと
なるため、太陽電池等のディバイス加工時に電極を形成
することなく、上記裏打基板を電極とすることができる
ので、ディバイス加工が容易になると共に、各種の工程
にあって極めて薄い結晶シリコン薄膜を損傷してしまう
ことも、裏打基板の存在によって解消でき、当該製品の
ライフタイムは4μsec以上であることから、太陽電池
として十分に使用し得ることも確認された。
<< Effect of the Invention >> Since the present invention is configured as described above,
An extremely thin polycrystalline silicon thin film can be formed without labor,
Since the backing substrate made of an inexpensive metal material occupies a considerable part of the polycrystalline silicon thin film substrate as a product, not only it is possible to provide an inexpensive product but also this manufacturing process. Since the backing substrate will be formed in, the above-mentioned backing substrate can be used as an electrode without forming an electrode during device processing of a solar cell or the like, so that the device processing becomes easy and various processes can be performed. It was also confirmed that the extremely thin crystalline silicon thin film could be damaged by the presence of the backing substrate, and the lifetime of the product was 4 μsec or more, so that it could be sufficiently used as a solar cell.

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

第1図は本発明に係る方法を実施するのに用い得る製造
装置の一例を示した一部切欠の正面説明図、第2図の
(a)(b)(c)は同上方法の溶融シリコン固結行程
を示したモールドの部分縦断正面図、第3図は従来のス
ピン法による製造装置の鋳造型近傍を示した縦断正面
図、第4図は同上鋳造型の上皿を示す平面図、第5図
(a)(b)は同上型の下皿を示す夫々平面図と縦断正
面図である。 1a……不活性雰囲気 6……ターンテーブル 7……モールド 7a……モールドモジュール下皿 7b……モールドモジュール上皿 7c……キャビティ 7c′……狭隘キャビティ 8……裏打基板 9……多結晶シリコン薄膜 Si……溶融シリコン F……遠心力
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing an example of a manufacturing apparatus that can be used to carry out the method according to the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a partial vertical sectional front view of the mold showing the consolidation process, FIG. 3 is a vertical sectional front view showing the vicinity of the casting die of the conventional spinning method manufacturing apparatus, and FIG. 4 is a plan view showing the upper tray of the same casting die. 5 (a) and 5 (b) are respectively a plan view and a vertical front view showing the lower tray of the same type. 1a …… Inert atmosphere 6 …… Turntable 7 …… Mold 7a …… Mold module lower plate 7b …… Mold module upper plate 7c …… Cavity 7c ′ …… Narrow cavity 8 …… Backing substrate 9 …… Polycrystalline silicon Thin-film Si ... Molten silicon F ... Centrifugal force

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】不活性雰囲気内にあって、シリコン母材の
溶融により得た溶融シリコンを、同上雰囲気内のターン
テーブル上に載置されたモールドモジュール下皿とこれ
に載置されたモールドモジュール上皿とからなるモール
ドのキャビティ内へ、ターンテーブルの軸心箇所に開口
した注入口から供給し、この溶融シリコンを、予め上記
モールドモジュール下皿上に載置した安価な金属材料に
よる裏打基板とモールドモジュール上皿との間に残置さ
れた狭隘キャビティ内へ、ターンテーブルの回転に伴う
遠心力によって充填させ、これを固化して裏打基板上に
多結晶シリコン薄膜を固結形成させたものを、上記のキ
ャビティより離脱させるようにしたことを特徴とする多
結晶シリコン薄膜基板の製造方法。
1. A mold module lower tray in which molten silicon obtained by melting a silicon base material in an inert atmosphere is placed on a turntable in the same atmosphere, and a mold module placed on the lower tray. The molten silicon is supplied into the mold cavity consisting of the upper plate from the injection port opened at the axial center of the turntable, and the molten silicon is preliminarily placed on the lower plate of the mold module, and the backing substrate is made of an inexpensive metal material. A narrow cavity left between the mold module upper plate and the mold cavity is filled with the centrifugal force associated with the rotation of the turntable, and solidified to form a polycrystalline silicon thin film on the backing substrate. A method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film substrate, characterized in that it is separated from the cavity.
JP63169574A 1988-07-07 1988-07-07 Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film substrate Expired - Lifetime JPH079888B2 (en)

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