JPS5939897B2 - 多結晶シリコン半導体の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン半導体の製造方法Info
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- JPS5939897B2 JPS5939897B2 JP55031678A JP3167880A JPS5939897B2 JP S5939897 B2 JPS5939897 B2 JP S5939897B2 JP 55031678 A JP55031678 A JP 55031678A JP 3167880 A JP3167880 A JP 3167880A JP S5939897 B2 JPS5939897 B2 JP S5939897B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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- H01L31/0368—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
- H01L31/03682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
-
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、多結晶シリコン半導体の製造方法に関するも
のである。
のである。
最近太陽電池による太陽光発電がエネルギー源として見
直され低価格太陽電池の開発が盛んである。
直され低価格太陽電池の開発が盛んである。
従来の太陽電池は単結晶シリコンを使用して高い光電変
換効率を得ている。しかし高い効率を 。得るためには
単結晶シリコンは欠陥の少ないものでできるだけ完全な
ものを用いなければならない。このため太陽電池の価格
は高いものとなり地上での使用は現在まで限られたもの
であつた。そこで単結晶シリコンに代る低価格太陽電池
用材料として多結晶の開発が始められるようになつた。
多結晶シリコンは鋳造法によつて作ることが行なわれて
いる。このような鋳造法は、単結晶シリコンを得る場合
のチョクラルスキー引き上げ法と比較して結晶の成長速
度が大きいこと、任意の形状のインゴットが得られるこ
と、熟練を必要とせず操作が容易なこと等低価格化の可
能性が大きい。例えば黒鉛のブロックを鋳型として用い
て多結晶インゴットを形成し１０ｃ７ｎ×１０（ＩＶ７
ｌの多結晶板を切り出し１０％以上の光電変換効率を有
する太陽電池セルを得ている報告がある。（１２ｔｈＩ
ＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｏｃｌａｌｉｓ
ｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｅＰ８６１９７６）Ｏしかし鋳型
として黒鉛を用いるためシリコン融液と鋳型とが濡れな
いように工夫することが重要であるが、この点について
は鋳型の温度をシリコンの融点よりもかなり低温度に保
つことで濡れの問題を解決しようとする提案がある（特
開昭５１−１０１４６６）。このように低温度に保つた
めの温度制御がむずかしく、なによりもこの方法の欠点
とするところは低温度で急速固化させるために多結晶粒
径が数ｍｍ以上と大きくならないことである。一般に多
結晶粒径が大きいものほど太陽電池とした場合高い光電
変換効率が得られる。そこで鋳型として石英ルツボを用
い石英ルツボ中のシリコンを溶融し、しかる後石英ルツ
ボの底に置いた種子結晶から適当な速度で成長させるこ
とが提案されており、この方法ではほとんど単結晶に近
い大きな結晶粒径を有する重さ３．３に９ものシリコン
塊を得ていると云う報告もある。このシリコン結晶を用
いた太陽電池セルの光電変換効率は１４％に近い。し力
化石英ルツボとシリコン融液とははげしく反応し、冷却
固化させると強く固着する。このため冷却時に石英とシ
リコン結晶の熱膨張係数の差によリストレスが生じ、石
英ルツボが割れ、それと同時にシリコン多結晶塊にクラ
ックが入り使いものにならなくなることがしばしはある
。この問題を解決するためにグレーデツドクルシブル（
ｇｒａｄｅｄｃｒｕｃｉｂｌｅ）という特殊な石英ルツ
ボを用いている。グレーデツドクルシブル（Ｇｒａｄｅ
ｄｃｒｕｃｉｂｌｅ）はルツボ内面の密度を大きくし外
側の密度を粗にした構造であつて冷却時に石英ルツボの
みがこまかく割れるようになつている。このためシリコ
ン多結晶塊にクラツクが入ることはない（１３ｔｈＰｈ
０ｔ０ｖ０１ｔａｉｃＳｐｅｃｉａ１ｉｓｔｓＣ０ｎｆ
ｅｒ一Ｅｎｃｅｐｌ３７ｌ９７８）。
換効率を得ている。しかし高い効率を 。得るためには
単結晶シリコンは欠陥の少ないものでできるだけ完全な
ものを用いなければならない。このため太陽電池の価格
は高いものとなり地上での使用は現在まで限られたもの
であつた。そこで単結晶シリコンに代る低価格太陽電池
用材料として多結晶の開発が始められるようになつた。
多結晶シリコンは鋳造法によつて作ることが行なわれて
いる。このような鋳造法は、単結晶シリコンを得る場合
のチョクラルスキー引き上げ法と比較して結晶の成長速
度が大きいこと、任意の形状のインゴットが得られるこ
と、熟練を必要とせず操作が容易なこと等低価格化の可
能性が大きい。例えば黒鉛のブロックを鋳型として用い
て多結晶インゴットを形成し１０ｃ７ｎ×１０（ＩＶ７
ｌの多結晶板を切り出し１０％以上の光電変換効率を有
する太陽電池セルを得ている報告がある。（１２ｔｈＩ
ＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｏｃｌａｌｉｓ
ｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｅＰ８６１９７６）Ｏしかし鋳型
として黒鉛を用いるためシリコン融液と鋳型とが濡れな
いように工夫することが重要であるが、この点について
は鋳型の温度をシリコンの融点よりもかなり低温度に保
つことで濡れの問題を解決しようとする提案がある（特
開昭５１−１０１４６６）。このように低温度に保つた
めの温度制御がむずかしく、なによりもこの方法の欠点
とするところは低温度で急速固化させるために多結晶粒
径が数ｍｍ以上と大きくならないことである。一般に多
結晶粒径が大きいものほど太陽電池とした場合高い光電
変換効率が得られる。そこで鋳型として石英ルツボを用
い石英ルツボ中のシリコンを溶融し、しかる後石英ルツ
ボの底に置いた種子結晶から適当な速度で成長させるこ
とが提案されており、この方法ではほとんど単結晶に近
い大きな結晶粒径を有する重さ３．３に９ものシリコン
塊を得ていると云う報告もある。このシリコン結晶を用
いた太陽電池セルの光電変換効率は１４％に近い。し力
化石英ルツボとシリコン融液とははげしく反応し、冷却
固化させると強く固着する。このため冷却時に石英とシ
リコン結晶の熱膨張係数の差によリストレスが生じ、石
英ルツボが割れ、それと同時にシリコン多結晶塊にクラ
ックが入り使いものにならなくなることがしばしはある
。この問題を解決するためにグレーデツドクルシブル（
ｇｒａｄｅｄｃｒｕｃｉｂｌｅ）という特殊な石英ルツ
ボを用いている。グレーデツドクルシブル（Ｇｒａｄｅ
ｄｃｒｕｃｉｂｌｅ）はルツボ内面の密度を大きくし外
側の密度を粗にした構造であつて冷却時に石英ルツボの
みがこまかく割れるようになつている。このためシリコ
ン多結晶塊にクラツクが入ることはない（１３ｔｈＰｈ
０ｔ０ｖ０１ｔａｉｃＳｐｅｃｉａ１ｉｓｔｓＣ０ｎｆ
ｅｒ一Ｅｎｃｅｐｌ３７ｌ９７８）。
しかしこの方法の欠点は冷却時に生じたストレスにより
シリコン結晶内部に結晶欠陥が発生してしまうことであ
り、またグレーデツドクルシブル（Ｇｒａｄｅｄｃｒｕ
ｃｉｂｌｅ）という高価な特殊石英ルツボが１回の使用
でこまかく割れてしまうことである。
シリコン結晶内部に結晶欠陥が発生してしまうことであ
り、またグレーデツドクルシブル（Ｇｒａｄｅｄｃｒｕ
ｃｉｂｌｅ）という高価な特殊石英ルツボが１回の使用
でこまかく割れてしまうことである。
これは低価格化をさまたげる大きな要因となつている。
本発明の目的は前記従来の欠点を解決せしめた多結晶シ
リコン半導体の製造方法を提供することにある。
本発明の目的は前記従来の欠点を解決せしめた多結晶シ
リコン半導体の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために冷却時に多結晶シリコン塊
にストレスが加わらないようにして、結晶欠陥の発生を
おさえ、鋳型を何回も連続して使用できるようにして低
価格化を図ることが必要である。そのため本発明におい
て多結晶シリコン塊とこれを保有する鋳型との間に高融
点材料からなる粉末層を設けストレスおよび濡れの問題
を解決するものである。すなわち高融点材料粉末を内壁
に塗布した鋳型を用い、その中にシリコン原料を入れシ
リコン融点（１４２『Ｃ）以上に加熱、溶融しこれを冷
却させると、シリコンは固化し、多結晶シリコンと鋳型
との間の高融点材料粉末層は最初に塗布したままの状態
を保つている。このような高融点材料粉末層の存在は冷
却時における多結晶シリコンと鋳型との熱膨張係数の差
によつて生ずるストレスを緩和ししたがつて結晶欠陥の
発生をおさえる。また多結晶シリコンを鋳型から容易に
分離することができるから、石英ルツボとの固着が原因
である多結晶シリコン塊のクラツク発生を防ぐことが可
能である。さらに高融点材料粉末層を設けることで多結
晶シリコンと鋳型との濡れの問題は改善されることから
シリコン融液の固化に際して鋳型を充分高温に保つこと
が可能であり、また冷却速度を任意に選ぶことができる
。
にストレスが加わらないようにして、結晶欠陥の発生を
おさえ、鋳型を何回も連続して使用できるようにして低
価格化を図ることが必要である。そのため本発明におい
て多結晶シリコン塊とこれを保有する鋳型との間に高融
点材料からなる粉末層を設けストレスおよび濡れの問題
を解決するものである。すなわち高融点材料粉末を内壁
に塗布した鋳型を用い、その中にシリコン原料を入れシ
リコン融点（１４２『Ｃ）以上に加熱、溶融しこれを冷
却させると、シリコンは固化し、多結晶シリコンと鋳型
との間の高融点材料粉末層は最初に塗布したままの状態
を保つている。このような高融点材料粉末層の存在は冷
却時における多結晶シリコンと鋳型との熱膨張係数の差
によつて生ずるストレスを緩和ししたがつて結晶欠陥の
発生をおさえる。また多結晶シリコンを鋳型から容易に
分離することができるから、石英ルツボとの固着が原因
である多結晶シリコン塊のクラツク発生を防ぐことが可
能である。さらに高融点材料粉末層を設けることで多結
晶シリコンと鋳型との濡れの問題は改善されることから
シリコン融液の固化に際して鋳型を充分高温に保つこと
が可能であり、また冷却速度を任意に選ぶことができる
。
したがつて得られる多結晶の粒径も大きいものが出来や
すい。このような高融点材料として要求される性質はシ
リコンが溶融するような高温度で、シリコンおよび鋳型
材料と激しく反応するようなものであつてはならない。
あるいはまた反応することはないが得られる多結晶シリ
コン半導体としての特性を低下させるものであつてはな
らない。このような高融点材料として窒化シリコン、窒
化ボロンを用いることができる。また鋳型材料としては
、黒鉛、石英ガラス、窒化シリコン、窒化ボロン等を用
いることができる。次に本発明の実施例について図面を
用いて説明する。実施例 １ 図のように内壁に平均粒径０．３μｍの窒化シリコ粉末
２を厚さ２０Ｉｔｍ以上に塗布した直径１００φの石英
ルツボ１の中に高純度シリコン原料１１＜９を入れこれ
を１５００℃に加熱融解する。
すい。このような高融点材料として要求される性質はシ
リコンが溶融するような高温度で、シリコンおよび鋳型
材料と激しく反応するようなものであつてはならない。
あるいはまた反応することはないが得られる多結晶シリ
コン半導体としての特性を低下させるものであつてはな
らない。このような高融点材料として窒化シリコン、窒
化ボロンを用いることができる。また鋳型材料としては
、黒鉛、石英ガラス、窒化シリコン、窒化ボロン等を用
いることができる。次に本発明の実施例について図面を
用いて説明する。実施例 １ 図のように内壁に平均粒径０．３μｍの窒化シリコ粉末
２を厚さ２０Ｉｔｍ以上に塗布した直径１００φの石英
ルツボ１の中に高純度シリコン原料１１＜９を入れこれ
を１５００℃に加熱融解する。
Ｓｉは石英ルツボ内で完全に融液となり、このような条
件のもとでルツボの底よりゆつくり固化して１時間後に
全部固化し多結晶シリコン３となる。石英ルツボの内壁
に塗布した窒化シリコン粉末層を設けているため石英と
Ｓｉの反応を防ぐことができ、窒化シリコンは離型剤と
して働くので石英ルツボ内から多結晶シリコン塊を取り
出すことができる。このようにして１２００℃で取り出
れた多結晶シリコンを熱応力が生じないように徐々に冷
却して温度を室温まで下げた。この方法で製造した多結
晶シリコンの粒径は大きく数關以上のものが容易に得ら
れた。窒化シリコンの融点は１９００℃と高く、シリコ
ン融液および鋳型材料としての石英ルツボと反応するこ
とはなかつた。また窒化シリコン粉末は多結晶シリコン
中に一部溶けこむが、これらが不純物として働くことは
なく、抵抗率として０．１〜１０Ω−？程度の高純度多
結晶シリコンが得られた。実施例 ２ 高融点材料として窒化ボロン粉末、鋳型として黒鉛ルツ
ボを用いて、実施例１と同様にして多結晶シリコンを形
成した。
件のもとでルツボの底よりゆつくり固化して１時間後に
全部固化し多結晶シリコン３となる。石英ルツボの内壁
に塗布した窒化シリコン粉末層を設けているため石英と
Ｓｉの反応を防ぐことができ、窒化シリコンは離型剤と
して働くので石英ルツボ内から多結晶シリコン塊を取り
出すことができる。このようにして１２００℃で取り出
れた多結晶シリコンを熱応力が生じないように徐々に冷
却して温度を室温まで下げた。この方法で製造した多結
晶シリコンの粒径は大きく数關以上のものが容易に得ら
れた。窒化シリコンの融点は１９００℃と高く、シリコ
ン融液および鋳型材料としての石英ルツボと反応するこ
とはなかつた。また窒化シリコン粉末は多結晶シリコン
中に一部溶けこむが、これらが不純物として働くことは
なく、抵抗率として０．１〜１０Ω−？程度の高純度多
結晶シリコンが得られた。実施例 ２ 高融点材料として窒化ボロン粉末、鋳型として黒鉛ルツ
ボを用いて、実施例１と同様にして多結晶シリコンを形
成した。
黒鉛ルツボ底部に単結晶シリコンの種子結晶を入れたと
ころ、結晶粒径は大きくほとんどルツボの直径と同程度
の単結晶に近いものが得られた。また電導型はｐ型で抵
抗率は０．００１〜０．００３Ω一？であつた。以上説
明したように多結晶シリコン形成に際して、高融点材料
の粉末層を鋳型の内壁に設けた本発明により多結晶シリ
コン塊にクラツクが入ることなく、結晶粒径が大きく欠
陥の少ない多結晶シリコンを容易に製造することが可能
となつた。またその際使用する石英ルツボも何回も再使
用することが可能となつた。
ころ、結晶粒径は大きくほとんどルツボの直径と同程度
の単結晶に近いものが得られた。また電導型はｐ型で抵
抗率は０．００１〜０．００３Ω一？であつた。以上説
明したように多結晶シリコン形成に際して、高融点材料
の粉末層を鋳型の内壁に設けた本発明により多結晶シリ
コン塊にクラツクが入ることなく、結晶粒径が大きく欠
陥の少ない多結晶シリコンを容易に製造することが可能
となつた。またその際使用する石英ルツボも何回も再使
用することが可能となつた。
図は本発明の一実施例を説明するための図で、同図にお
いて、１・・・・・・石英ルツボ、２・・・・・・窒化
シリコン粉末、３・・・・・・多結晶シリコンを示す。
いて、１・・・・・・石英ルツボ、２・・・・・・窒化
シリコン粉末、３・・・・・・多結晶シリコンを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鋳型に入れたシリコン融液を冷却固化して、多結晶
半導体を製造する方法において、内壁表面を高融点材料
の粉末層で被覆してなる鋳型の中でシリコン融液を冷却
固化せしめることを特徴とする多結晶シリコン半導体の
製造方法。 ２ 高融点材料として、窒化シリコンまたは窒化ボロン
を用いる特許請求の範囲第１項記載の多結晶シリコン半
導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55031678A JPS5939897B2 (ja) | 1980-03-14 | 1980-03-14 | 多結晶シリコン半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55031678A JPS5939897B2 (ja) | 1980-03-14 | 1980-03-14 | 多結晶シリコン半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56129377A JPS56129377A (en) | 1981-10-09 |
| JPS5939897B2 true JPS5939897B2 (ja) | 1984-09-27 |
Family
ID=12337761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55031678A Expired JPS5939897B2 (ja) | 1980-03-14 | 1980-03-14 | 多結晶シリコン半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5939897B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166716A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-01 | Hoxan Corp | 多結晶シリコンウエハの製造方法 |
| JPS58162029A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-26 | Hoxan Corp | 多結晶シリコンウエハの製造方法 |
| JPS6123313A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-31 | Hoxan Corp | 多結晶シリコンウエハの製造皿用離型剤層形成方法 |
-
1980
- 1980-03-14 JP JP55031678A patent/JPS5939897B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56129377A (en) | 1981-10-09 |
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