JPS59181013A - 多結晶シリコンウエハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ェハの製造方法に関する。

従来から多結晶シリコンウェハは各種の方法によって製
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ットを鋳造し、これをスライスする
ことによってウェ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、インゴットの約５０％がスライス時のロスとな
ってしまうため、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ャス
ティング法（鋳造法）が既に実施されているが、リボン
法は例えは回転ト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ェ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關程度のものしが
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。

また上記キャスティ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、これを製品ウェハの寸
法に応じた鋳型に流し込み、さらに当該型の可動部分に
より融液を抑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ェハが得られ、量産
性の点で望ましい結果が期待できるもの＼、上記ノヨウ
ニ融液は四方から押えつけられるこトニなる。

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＼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って大きな結晶粒が得ら
れず、太陽電池用シリコンウェハ等にあって望ましいと
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、当該ウェハによって得られた太陽電池の光電
変換効率も・ｇ、・３％と極度に悪くなってしまう欠陥
をもっている。

そこで、本出願人は、よ記諸法の欠陥を大幅に改善する
ことができる多結晶シリコンウェハの製造方法として、
既に、シリコ／母材を溶融し、この融液を、石英又はカ
ーホンで形成さ′Ｉζかつ回転状態にある製造皿上に滴
下し、遠心力を有効利用することにより所望拡径状態の
融液薄層を形成し、同層の固化後、このシリコンシート
を製造皿から剥離する方法（スピン法）を提案した。

このスピン法は、多くの優れた特徴をもっているが、上
記融液薄層が固化する際、高温で溶融された融液が固体
となる際に生ずる体積膨張により、当該膨張分が、本来
平滑であるべき融液の自由表面に影響を与え、この結果
製品であルシリコンシートの表面（製造皿と面接触して
いる癒着面と反対の面）に小突起が群生ずるという問題
を含んでいた。

このため、従来では、この小突起を各種エツチング液で
除去し、シリコンシート表面を手作業で平滑に仕上げな
ければならず、このための作業が極めて煩雑であるばか
りか、該小突起の高さが０．５ｗｍ以上ある場合には、
上記エツチング液による除去が不可能となり生産効率が
大幅に低下してしまうのである。

この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって
、その目的とするところは、本出願人が既に提案したス
ピン法で多結晶シリコンウニハラ製造する際、シリコン
シートの表面に小突起が生成されないようにし、以って
表面平滑なウェハを容易にして効率よく製造することが
できる多結晶シリコンウニ／・の製造方法を提供しよう
とするにある。

この目的を達成するため、この発明にあっては、所望雰
囲気内にあって、回転する製造皿上におけるシリコン母
材の融液を、当該回転による遠心力によって、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、これを固化するようにした多結晶シリコ
ンウェハの製造方法において、 上記製造皿には、その天井壁部に通孔が開設されてなる
蓋体を着脱自在に被嵌して、蓋体と製造皿とにより囲繞
されるウニ・・成形空間を形成し、前記融液は、上記通
孔よりウニ・・成形空間に注入充填されて融液薄層が形
成されるよう構成したものである。

以下、添付図面にもとづき、この発明の詳細な説明する
。

第１図には、この発明の実施に用いる製造皿（１）と蓋
体（２）とをターンテーブル（８）にセットした状態が
示されている。

製造皿（１）としては、シリコンとの反応性が少ない石
英（ＳｉＯａ）やカーホン（Ｃ）等で形成され、かつ各
種寸法の円形・四角形等所望形状のウェハ形成平面（１
ａ）をもったものが用意され、これを任意選択して用い
る。

蓋体（２）は、これもシリコンとの反応性が少ない石英
（Ｓｉ０２）やカーボッ（Ｃ）等で形成され、その内周
形状が製造皿（１）の外周形状と密に当接するよう形成
されているとともに、同蓋体（２）は、製造皿（１）に
被蓋して図示の場合ターンテーブル（８）の上面に載置
された際、製造皿（１）のウェハ形成平面（１ａ）と、
蓋体（２）の天井壁部（２′ａ）および周側壁部（２ｉ
ｂ）の内面とにより画成される所望容積のウェハ成形空
間（Ｓ）を形成できるように構成されている。このウェ
ハ成形空間（Ｓ）は、その高さ寸法（ｈ）が形成しよう
とするウェハの厚さ寸法となるように、蓋体（２）には
所望高さのものが各種用意され、また蓋体（２）の天井
壁部（２ａ）には、その略中夫に、所要径の通孔（２ｃ
）が開設されている。

そこで、このように構成された蓋体（２）を、第１図に
示すようにターンテーブル（８）に載置された製造皿（
１）に密嵌し、前記ウェハ成形空間（Ｓ）を形成した後
、蓋体（２）の通孔（２Ｇ）よりシリコン母材融液を同
空間（Ｓ）に注入し、所望の融液薄層（３）を形成する
。

このような融液薄層（３）を形成するには、第２図に示
すように、坩堝（４）にシリコン母材を投入して、これ
を溶融用熱源１５’ｌにより加熱融解し、当該融液を坩
堝（４）の転勤によって漏斗（７）へ放流し、こあ、で
−たん漏斗（７）に受承されて、さらにその流出口（７
）から、図中点線で示すように当該融液を上記通孔（２
ｃ）の略中心部に滴下する。

そしてこの際ターンテーブル８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
によって融液は拡径方向へ流動し、ウェハ成形空間（Ｓ
）内には徐々に融液が流入し、遂に充填状態となって所
望の融液薄層（３）が形成される。この場合、上記空間
（Ｓ）内に介在する空気は、融液が遠心力によって拡径
方向へ流動する除に前記通孔（２ｃ）より蓋体（２）外
へ排気されることになる。

尚、この融液薄層（３）を形成する場合、注意しなけれ
ばならない点は、蓋体（２）ｉ、、Ｅ４は通孔（２ｃ）
が開設されていることから、ウェハ成形空間（Ｓ）の容
積よりも多い量の融液を注入すると、該通孔（２ｃ）内
にまで融液が流入され、融液薄層（３）の表面側に、当
該流入分だけの突起が形成されてしまうことである。従
って、本発明の実施に際しては、融液の注入量を上記空
間（Ｓ）の容積と対応して制御してやること＼なる。

上記シリコン母材としては金属縁シリコン、半導体級高
純度シリコンなどを・用いるようにし、同母材は、坩堝
（４）の外周側に配設された電気ヒータ等による溶融用
熱源５によって、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
なっており、当該熱源５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く、−図中（９）は上記ターンテ
ーブル８０回転軸である。

このようにしてウニノー成形空間（Ｓ）に融液が注入充
填され、融液薄層（３）が形成されたならば、これを冷
却固化し、この後、第３図に示すように蓋体（２）を持
ち上げ、シリコンシート（３，）を製造皿（１）から剥
離することにより、表面平滑なウェハが得られる。

すなわち、この発明に係る製造方法にあっては、融液薄
層（３）の表裏面並びにその外周面は、製造皿（１）と
蓋体（２）とで囲繞されて１Ｘるので、融液薄層（３）
が冷却固化する際、その自由表面に小突起が発生しよう
としても、これ力；蓋体（２）の内面により抑制されて
しまうこと番こなる。

第４図と第５図は、この発明の実施【こ用し１られる他
の製造皿（１）および置皿（１）と蓋体（２）とを示し
、この製造皿（１）の材質・形状等番よ、前同様である
が、その上面に平面十字状の凹溝（１ｂ）を形成し、そ
の底面をウニ／・形成平面（１ａ）としてあり、間溝（
１ｂ）と蓋体（２）の天井壁部（２ａ）とでウニ／・成
形空間（Ｓ）が形成されてし）る。また、この凹溝（１
ｂ）には、その各端末側（こ、図示の実施例では四角形
状のウニ・・形成部（１Ｃ）カー計四個形成されており
、これら各ウニ・・形成部（１Ｃ）を連通している連結
部（１ｄ）は、同形成部（１Ｃ）よりも細幅に形成され
、両部（ｌｃ）（１ｄ）の連結部位には、括れ部（１ｅ
）が形成されてしＡる。

また、蓋体（２）も前記蓋体と同村、同形（こ形成すれ
ばよいが、この蓋体（２）の天井壁部（２ａ）は、蓋体
−の被嵌時に、製造皿（１）上面１番工密接することで
、前記の如く同ウェハ形成溝（１ｂ）と同蓋体（２）と
でウェハ成形空間（Ｓ）が形成される。

そこで、この製造器（１）を所要速度で回転させつつ蓋
体（２）の通孔（２ｃ）よりシリコン母相融液を同空間
（Ｓ）に注入すると、当該融液は連結部（１ｄ）から、
遠心力によりウェハ形成部（１ｃ）へとウェハ形成平面
（１ａ）上を拡径流動して全間部（１ｃ）が該融液によ
り充填されて、夫々に融液薄層（３）が形成されるから
、前記の場合と同様、これを冷却し固化させることによ
って、四枚のウェハを同時に形成できる。尚、このウェ
ハは、ウェハ形成部（１ｃ）と連結部（１ｄ）との境界
に設けた括れ部（１ｅ）に対応する箇所を利用して、折
ることにより、四角形の製品ウェハ４枚が分離されるこ
ととなる。

それ故、この実施例にあっては、前記実施例が奏する効
果に加え、さらに、ウェハを一度で複数枚形成できるこ
ととなり、その生産効率を大幅に向上することができる
とともに、ウェハの厚さは、ウェハ形成溝（１ｂ）の保
さを変することで容易に所望肉厚のウェハを形成できる
。

尚、本発明を実施するに際し、製造器（１）をヒータ等
の加熱手段によって予じめ１４００℃付近まで加熱して
おけば、望ましい大結晶粒の製品ウェハを容易に製造す
ることができる。

すなわち、大結晶粒のウェハを生成するためには、シリ
コン母材融液を高温にしておき、これを急激に冷却する
ことなく徐々に冷却すれはよく、このことは既知である
が、本出願人か既に提案した前記スピン法では、シリコ
ン母材融液を高温化するほど製造器（１）から飛散して
しまい、所望のウェハか形成できないこととなるが、こ
のような問題も、本発明によれば、製造器（１）の外周
が蓋体（２）で囲繞されているので、高温の融液でも飛
散してしまうことはなく、その結果大結晶粒のウニ・・
を容易に製造し得るのである。

ここで本発明の具体例を示せば、１００φで厚さ１咽の
シリコンシートを製造しようとする場合、シリコンの比
重２．３　ｆ　／ｒ、ｒｌ　であるから、１８５りのシ
リコンを用意する。そして、このシリコンを約１５００
℃で加熱溶融すると共に、製造器を３３［３１１号＋１
４８σ℃に加熱制御し、これを２０　Ｏｒｐｍ〜３５０
　ｒｐｍ　　で回転させながら上記融液を蓋体の通孔を
通じてウェハ成形空間に注入して充填し、所望径の融液
薄層を形成する。

この後、製造器の加熱を停止して同薄層を冷却し、同化
後、蓋体を取り外してシリコンシートを製造器より剥離
した。

この結果、得られたウェハには前記の如き小突起等の類
いは生成されず、平滑な面を有するウウエハを製造でき
ることが確認された。

また、同方法によれば、１■〜１０＋ｎ＋ｎ前後のシリ
コン結晶粒を容易に生成することができることも確認さ
れた。

上記の通り、本発明によれば、従来のインボントスライ
ス法やリボン法の難点が解消されるのは勿論、既応キャ
スティング法のように鋳型の各面により押えつけられる
ことがなく、シかも小突起の発生は抑止されるので全面
平滑なウェハを容易に製造できるので、製品仕上げ作業
が極めて容易となり、コストダウンを図ることができる
だけでなく、大結晶粒のものを製造するにも至便である
。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係る製造方法の実施例を示すもので
あって、第１図は製造器に蓋体を装着した状態を示す縦
断説明図、第２図は製造器と蓋体との間に形成されたウ
ェハ成形空間に融液を注入している状態を示す一部縦断
説明図、第３図はシリコンシートが形成された後の蓋体
を取り外す状態の縦断説明図、第４図は製造器の伐倒を
示す平面図、第５図は間服の施蓋状態における縦断説明
図である。 （１）・・・・・製造器 （２）・・・・・蓋　体 （２ｃ）・・・・・通孔 （Ｓ）・・・・・ウニ・・成形空間 第１図 第２図 第３図 第４図 ｃ 第５図 ６５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所望雰囲気内にあって、回転する製造皿上におけるシリ
   コン母材の融液を、当該回転による遠心力によって、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、これを固化するようにした多結晶
   シリコンウェハの製造方法において、上記製造皿には、
   天井壁部に通孔が開設されてなる蓋体を着脱自在に被嵌
   して、蓋体と製造皿とにより囲繞されるウニ・・成形空
   間を形成し、前記融液は、上記通孔よりウェハ成形空間
   に注入充填されて融液薄層が形成されるようにしたこと
   を特徴とする多結晶シリコンウェハの製造方法。