JPS5950637B2 - 帯状シリコン結晶の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、帯状シリコン結晶の製造装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

帯状シリコン結晶は薄板状であるため、チョクラルスキ
ー法で得られたインゴット状のシリコン結晶とは異なり
、その得られた形状のままで半導体太陽電池の基板とし
て用いられる。

従って、例えばチョクラルスキー法で得られるシリコン
結晶を半導体太陽電池の基板として用いるよりも安価に
なるという大きな特徴を有する。

帯状シリコン結晶を成長させる抵抗加熱炉内の構成の断
面図を第１図によって説明する。

この第１図は、シリコン融液１１を収容する石英ガラス
ルツボ１２にカーボンで作られたスリット （間隙）を
有するキャピラリ・ダイ１３ （以下単にダイと言う）
をその長辺方向をルツボ１２の長辺方向に平向に設置し
た状態を示す。

このダイ１３の先端部は鋭く、ナイフェツジ状に加工さ
れており、また、これらのダイ１３は熱遮蔽板１４に強
く固定されている。

この熱遮蔽板１４は融液１１の熱輻射を上記ダイ１３の
先端に到達する事を弱める役割をはなすもので、ダイ１
３の先端部を露出させる窓があけられている。

ルツボ１２は、カーボンで形成されたルツボホルダー１
５内に挿入されている。

このルツボホルダー１５の外側には、図示しない一対の
板状のヒータが設けられている。

このヒータは上記ダイ１３およびルツボホルダー１５の
長手方向に平行に設置されている。

上記のように構成された成長装置の石英ルツボ１２に多
結晶シリコンを入れ、ルツボの温度を約１５００℃に上
昇させる。

すると、多結晶シリコンはシリコン融液１１となり、そ
してこのシリコン融液１１が毛細管現象により、ダイ１
３の先端部まで上昇する。

この上昇したシリコン融液１１に上方から種子結晶（図
示せず）を接触させ、次に徐々に引き上げることにより
、帯状シリコン結晶１６を成長させることができる。

上述した成長装置では、ルツボ内に収納した融液量以上
の帯状結晶を得ることは不可能であった。

多量の帯状結晶を成長させるためには、ルツボ容量を大
きくして、原料を初めから多量に投入しておくか、ある
いはルツボ容量を小さいままにして、帯状結晶として取
り出した分の原料を供給しつつ成長を行うかのいずれか
の方法を取ることが考えられる。

前者のルツボ容量を大きくする方法は、技術的には、十
分可能である。

ルツボの大容量化に伴ない、ヒータを初め、炉全体を大
きくすれば良いからである。

しかしながら大きくすることによって、装置の製造費、
電力、不活性ガス消費量、冷却水等がかかりすぎる上に
、稼動率なども考え合わせると太陽電池基板を安価に製
造するという目的に反することは十分に予測される。

更に、原料を融解した状態で長い時間置くことは、帯状
結晶の品質の上から好ましくない。

融液が接している。

ルツボやダイから、不純物元素が溶は出して混入したり
、炉内材からの不純物元素が雰囲気ガスを通して混入し
たりするために、帯状結晶の品質が低下することは避け
られない。

一方、成長を行いながら原料を供給する方法は、解決さ
れなければならない技術的な問題点を含んでいた。

例えば、成長中に原料導入管を用いて固体原料をルツボ
中に投入すると、その原料を融解するための熱が必要と
なるため融液の温度低下がおこる。

実際に、成長量に相当する量（１分間に約３ｇ）の固体
原料を連続的に投入する実験を行ってみると、その原料
が融解するのに数秒間を要し、しかもダイの固体原料導
入管側の温度が幾分低下することが確かめられた。

これは具体的には帯状結晶が固体原料導入管側に太り出
し、時々ダイに固着して結晶成長が停止してしまう現象
として現われた。

またこの方法では、供給する原料の一部あるいは融液が
はねてルツボから飛び出し、ルツボホルダーやヒータに
付着するという現象もみられる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の知見に基き、従来の帯状シリコン結晶製
造装置の欠点を改良したもので、帯状シリコン結晶を品
質を落とすことなく量産化できる製造装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、ルツボの上に接して局部的にシリコン融液を
おおうと共にヒータに接近してヒータとおおう構造を有
する融液加熱板を設置し、かつこの加熱板を貫通して固
体原料導入管を設けたことを特徴とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固体原料を炉外から、ルツボ内へ直接
投入するために発生する液温の低下を押えることができ
る。

即ち、ヒータの熱をもらって融液を加熱する加熱板を貫
通して原料導入管を設けているため、投入された固体原
料を速やかに融解させることができ、融液温度の低下を
ほとんどもたらすことがない。

また本発明によれば、固体原料を固体原料導入管を通し
て投入した時、融液加熱板によって原料および融液がは
ねて、ルツボ外へ飛び出すことが防止される。

従って本発明により、高品質の帯状シリコン結晶の連続
成長が可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明の帯状シリコン結晶製造装置の長手方
向に沿った縦断面図、第３図は、これと直交する第１図
のＡ−Ａ’粒位置の縦断面図であり、第４図は要部の平
面図である。

シリコン融液１１は、石英ルツボ１２に入れてあり、融
液には、ダイ１３が接触しており、融液がダイ・スリッ
トを毛細管現象で上昇して、ダイ上端部で固化して、帯
状シリコン結晶１６になる。

石英ルツボ１２はルツボホルダー１５で支えられており
、ダイ１３は、熱遮蔽板１４に固定されている。

ルツボ１２の外側には長手方向に沿って一対のヒータ１
９ （１９ａ、１９ｂ）が設けられている。

これらの基本構成は従来装置と同じである。

従来装置と異なる点は、まず、ルツボ１２の長手方向一
端部の上端に接してグラファイト製の融液加熱板１８を
設置していることである。

この加熱板１８は第３図および第４図から明らかなよう
に、融液１１を局部的におおい、かつヒータ１９をおお
うようにルツボホルダー１５の外側まで張出させており
、ヒータ１９の熱をもらって融液１１を加熱するように
なっている。

そしてこの加熱板１８の中央部に貫通孔があり、この貫
通孔に固体原料導入管１７が接続されている。

この導入管１７は、０．３〜２． Ｏｍｍ程度の塊状固
体原料を通す程度の細いものであって、炉の外部をおお
っているチャンバ（図示せず）の外側に原料投入口があ
る。

このような装置を用い、最初２００ｇの多結晶シリコン
原料を入れて融液形成後、小塊状の多結晶シリコン原料
を原料導入管１７を介して成長量に相当する量だけ連続
的に供給しながら成長を行った結果、約７ｍの帯状シリ
コン結晶を得ることができた。

この場合、帯状結晶の融液加熱板１８側への片寄りも見
られず、また原料や融液がルツボ外へはね出ることもな
かった。

原料導入管１７は細いものであるため外気を炉内に引き
入れることもなかった。

本実施例の装置によれば、時間的な制約を受けない限り
、またダイの寿命等が続く限り、連続的な成長を行うこ
とも可能である。

本実施例において結晶成長の歩留りが良くなる理由の１
つにルツボ内の融液面の変動がないことがある。

成長中の原料供給を行なわない場合は、液面が徐々に下
がると共に、ダイ上端部の温度が徐々に上がってしまい
、幅を一定に規定しようとすると引上速度を落とすか、
系の温度を下げるかする必要があった。

しかし、本実施例装置ではその必要がなく、一定条件を
維持することが容易になった。

また、従来装置では、帯状結晶の比抵抗は、次第に小さ
くなる傾向を示したが、本実施例装置で成長した帯状結
晶の比抵抗は、はとんど一定値を示した。

それは、従来装置では、融液がルツボ内に滞在する時間
、つまり炉内に滞在する時間が最初に結晶化したものと
、後で結晶化したものとは異なり、後になる程、不純物
元素濃度が上がってくるためと思われる。

以上の様に、本実施例装置は、良い品質の帯状結晶を量
産するのに適しており、太陽電池基板の価格を下げる目
的に合致したものといえる。

なお、本発明は、前述の実施例に限定されるものではな
い。

融液加熱板は、グラファイト材以外の、耐熱性があり、
シリコン蒸気に対して不活性なもの、例えば炭化珪素、
窒化珪素、サイアロンなどでもよい。

また、ダイの長手方向両側に融液加熱板を置き、原料導
入を両側で行うことも考えられる。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の帯状シリコン結晶製造装置の長手方向に
沿った縦断面図、第２図は、本発明の一実施例の帯状シ
リコン結晶製造装置の長手方向に沿った縦断面図、第３
図はこれと直交する方向に沿った第１図のＡ−Ａ’点で
の縦断面図、第４図は同じく要部の平面図である。 １１・・・・・・シリコン融液、１２・・・・・・石英
ルツボ、１３・・・・・・キャピラリ・ダイ、１７・・
・・・・固体原料導入管、１８・・・・・・融液加熱板
、１９ａ、１９ｂ・・・・・・ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヒータを備えた抵抗加熱炉内にシリコン融液を収納
   したルツボとスリットを有するキャピラリ・ダイを配し
   、前記スリットを介して上昇した融液に種子結晶を接触
   させ、この種子結晶を引上げることにより帯状シリコン
   結晶を引上げる装置において、ルツボの上端に接して局
   部的にシリコン融液をおおうと共に前記ヒータに接近し
   てヒータをおおう構造を有する融液加熱板を設置し、こ
   の融液加熱板を貫通する固体原料導入管を設けたことを
   特徴とする帯状シリコン結晶の製造装置。