JPS5953208B2 - 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
- Publication number
- JPS5953208B2 JPS5953208B2 JP56117161A JP11716181A JPS5953208B2 JP S5953208 B2 JPS5953208 B2 JP S5953208B2 JP 56117161 A JP56117161 A JP 56117161A JP 11716181 A JP11716181 A JP 11716181A JP S5953208 B2 JPS5953208 B2 JP S5953208B2
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- Japan
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- mold
- silicon
- polycrystalline silicon
- polycrystalline
- silicon semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Moulds, Cores, Or Mandrels (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
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。
見直され低価格太陽電池の開発が盛んである。
しかし高い効率を得るためには欠陥の少ないものででき
るだけ完全な単結晶シリコン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る。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
晶を得る場合のチョクラルスキー法と比較して、結晶成
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から低価
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１０型用×１０
型用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。（１２ｔｈ
ＩＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｏｃｉａｌｉｓ
ｔｓＣｏｍｔｅｒｅｍｅＰ８６゜１９７６）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している。（特
開昭５１−１０１４６６）しかしながらこの方法の欠点
は低温度で急速固化させるために多結晶粒径が大きくな
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に高い光電変換効率が得られる。
るだけ完全な単結晶シリコン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る。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
晶を得る場合のチョクラルスキー法と比較して、結晶成
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から低価
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１０型用×１０
型用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。（１２ｔｈ
ＩＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｏｃｉａｌｉｓ
ｔｓＣｏｍｔｅｒｅｍｅＰ８６゜１９７６）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している。（特
開昭５１−１０１４６６）しかしながらこの方法の欠点
は低温度で急速固化させるために多結晶粒径が大きくな
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に高い光電変換効率が得られる。
そこノで鋳型として石英ルツボを用いルツボ中でシリコ
ンを溶融ししかる後石英ルツボの底から適当な速度で結
晶を成長させ多結晶粒径を大きくすることが提案されて
いる。しかし従来の方法である石英ルツボを用いた多結
晶シリコン塊形成法において目よ石英ルツボとシリコン
融液とは激しく反応し、冷却固化させると強く固着する
。このために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こまかく割れつ
てしまう。このために多結晶シリコン塊を得ることがで
きなかつた。この問題を解決するためにグレーデツドク
ルシブル（ｇｒａｄｅｄ、ｃｒｕｃｉｂｌｅ）という特
殊な石英ルツボを用いる方法が開発された。このグレー
デツドクルシブル５（ｇｒａｄｅｄ、ｃｒｕｃｉｂｌｅ
）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。
ンを溶融ししかる後石英ルツボの底から適当な速度で結
晶を成長させ多結晶粒径を大きくすることが提案されて
いる。しかし従来の方法である石英ルツボを用いた多結
晶シリコン塊形成法において目よ石英ルツボとシリコン
融液とは激しく反応し、冷却固化させると強く固着する
。このために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こまかく割れつ
てしまう。このために多結晶シリコン塊を得ることがで
きなかつた。この問題を解決するためにグレーデツドク
ルシブル（ｇｒａｄｅｄ、ｃｒｕｃｉｂｌｅ）という特
殊な石英ルツボを用いる方法が開発された。このグレー
デツドクルシブル５（ｇｒａｄｅｄ、ｃｒｕｃｉｂｌｅ
）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
。この方法でほとんど単結晶に近い大きな結晶粒径が得
られる。（１３ｔｈＰｈ０ｔ０ｖ０１ｔａｉｃＳｐｅｃ
ｉａ１１ｓｔｓ．Ｃ０ｎｔｅｒｅｎｃｅＰ１３７１９７
８）。この方法の欠点はグレーデツドクルシブル（Ｇｒ
ａｄｅｄ．ｃｒｕｃｉｂｌｅ）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。
。この方法でほとんど単結晶に近い大きな結晶粒径が得
られる。（１３ｔｈＰｈ０ｔ０ｖ０１ｔａｉｃＳｐｅｃ
ｉａ１１ｓｔｓ．Ｃ０ｎｔｅｒｅｎｃｅＰ１３７１９７
８）。この方法の欠点はグレーデツドクルシブル（Ｇｒ
ａｄｅｄ．ｃｒｕｃｉｂｌｅ）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。
これは低価格をさまたげる大きな要因となつている。上
記以外の他の方法として粉末離型剤法がある。
記以外の他の方法として粉末離型剤法がある。
これは鋳型の内面に粉末離型剤（窒化シリコン）を塗布
したその中でシリコンを溶融し冷却固化せしめる方法で
ある。窒化シリコン粉末は直径１〜２μｍで長さ数Ｊｍ
の鋭い針状粒である。その塗布方法は適当な溶媒により
スラリー状とし、スラリーを鋳型内面にハケ等により塗
布し、ついで溶媒を乾燥徐去する（昭和５５年春季応用
物理学会予稿集島茜）。粉末離型剤の存在は冷却時にお
゛６゛『゛▲―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、また鋳型との固着
が原因で生ずる多結晶シリコン塊へのクラツクの発生を
防ぎ多結晶シリコン塊を鋳型から容易に一」：重；種ト
Ｙτ！＝：リマがむずかしいという欠点があつた。
したその中でシリコンを溶融し冷却固化せしめる方法で
ある。窒化シリコン粉末は直径１〜２μｍで長さ数Ｊｍ
の鋭い針状粒である。その塗布方法は適当な溶媒により
スラリー状とし、スラリーを鋳型内面にハケ等により塗
布し、ついで溶媒を乾燥徐去する（昭和５５年春季応用
物理学会予稿集島茜）。粉末離型剤の存在は冷却時にお
゛６゛『゛▲―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、また鋳型との固着
が原因で生ずる多結晶シリコン塊へのクラツクの発生を
防ぎ多結晶シリコン塊を鋳型から容易に一」：重；種ト
Ｙτ！＝：リマがむずかしいという欠点があつた。
本発明者等は多結晶シリコン塊を保持する鋳型の材質に
窒化シリコンを用いて粉末離型剤法でシリコンを溶融し
た。鋳型と融液との間には濡れはなく、多結晶シリコン
塊を容易に取り出すことができた。（特開昭５６−１２
９３７７号公報）鋳型には何んら変化なく再度使用が可
能である。しかし窒化シリコンはカーボン等に比較して
高価なこと、機械加工がしにくいこと、熱伝導性が悪い
ため鋳型の温度が上昇しにくく、加熱する消費電力が大
きいこと等の欠点がある。本発明の目的は従来のかかる
欠点をなくし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。
窒化シリコンを用いて粉末離型剤法でシリコンを溶融し
た。鋳型と融液との間には濡れはなく、多結晶シリコン
塊を容易に取り出すことができた。（特開昭５６−１２
９３７７号公報）鋳型には何んら変化なく再度使用が可
能である。しかし窒化シリコンはカーボン等に比較して
高価なこと、機械加工がしにくいこと、熱伝導性が悪い
ため鋳型の温度が上昇しにくく、加熱する消費電力が大
きいこと等の欠点がある。本発明の目的は従来のかかる
欠点をなくし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は低価格で、機械加工しや
すく、加熱が容易である鋳型を何回も連続して使用でき
るようにする必要がある。
すく、加熱が容易である鋳型を何回も連続して使用でき
るようにする必要がある。
そのために本発明において多結晶シリコン塊を形成する
ための鋳型として、カーボン製を用い更に鋳型内側にち
密で高純度なシリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜をコーテ
イングしその上にち密でない気孔率約０．７５の針状窒
化シリコン粉末を塗布した鋳型を用いた。カーボン鋳型
内で直接シリコン溶融すると、カーボンとシリコンが反
応してしまうために、鋳型の内側に数十μｍの厚さにシ
リコンカーバイト膜をコーテングし更にシリコンカーバ
イト膜の上に鋳型と多結晶シリコン塊の型離れをよくす
るために粉末離型剤を塗布する。窒化シリコン粉末の塗
布方法は、粉末を有機溶媒に混ぜてスラリー状とし、こ
のスラリーをハケまたはスピンナーなどで鋳型内壁に塗
り、約３００℃程度に加熱して有機溶媒をとばし乾燥し
て固める方法である。塗布粉末離型剤層はち密でないた
め、ピンホールが生ずるが、このピンホールからシリコ
ン融液がしみ出しても、鋳型表面のち密なＳｉＣコーテ
イング層の働きにより、シリコン融液と鋳型との反応は
ピンホール部にのみ限定される。このようなＳｉＣコー
テイング層は通常の半導体結晶成長用治具コーテイング
法として用いられている。ＳｉＨ４とＣＨ４の熱分解気
相成長法によつて高純度ＣＶＤ一ＳｉＣとして形成する
。この鋳型の中にシリコン原料を入れ加熱融解しこれを
冷却固化することによつて多結晶シリコン塊を形成した
。溶融後も鋳型内面はシリコン溶融前となんら変化なく
保たれている。鋳型がカーボン製で熱伝導がよく、鋳型
への直接加熱のため鋳型全体の温度上昇も早く、間接的
に鋳型の温度を上げるのと違つて消費電力も少なくてシ
リコンを溶融することができる。次に本発明の一実施例
について図面を用いて説明する。図のようにカーボン鋳
型１の内側全面に、シリコンカーバイト （ＳｉＣ）膜
をコーテングし更にコーテング膜の上に粉末離型剤（窒
化シリコン）３を塗布した鋳型の中にシリコン原料を入
れ、加熱融解する。
ための鋳型として、カーボン製を用い更に鋳型内側にち
密で高純度なシリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜をコーテ
イングしその上にち密でない気孔率約０．７５の針状窒
化シリコン粉末を塗布した鋳型を用いた。カーボン鋳型
内で直接シリコン溶融すると、カーボンとシリコンが反
応してしまうために、鋳型の内側に数十μｍの厚さにシ
リコンカーバイト膜をコーテングし更にシリコンカーバ
イト膜の上に鋳型と多結晶シリコン塊の型離れをよくす
るために粉末離型剤を塗布する。窒化シリコン粉末の塗
布方法は、粉末を有機溶媒に混ぜてスラリー状とし、こ
のスラリーをハケまたはスピンナーなどで鋳型内壁に塗
り、約３００℃程度に加熱して有機溶媒をとばし乾燥し
て固める方法である。塗布粉末離型剤層はち密でないた
め、ピンホールが生ずるが、このピンホールからシリコ
ン融液がしみ出しても、鋳型表面のち密なＳｉＣコーテ
イング層の働きにより、シリコン融液と鋳型との反応は
ピンホール部にのみ限定される。このようなＳｉＣコー
テイング層は通常の半導体結晶成長用治具コーテイング
法として用いられている。ＳｉＨ４とＣＨ４の熱分解気
相成長法によつて高純度ＣＶＤ一ＳｉＣとして形成する
。この鋳型の中にシリコン原料を入れ加熱融解しこれを
冷却固化することによつて多結晶シリコン塊を形成した
。溶融後も鋳型内面はシリコン溶融前となんら変化なく
保たれている。鋳型がカーボン製で熱伝導がよく、鋳型
への直接加熱のため鋳型全体の温度上昇も早く、間接的
に鋳型の温度を上げるのと違つて消費電力も少なくてシ
リコンを溶融することができる。次に本発明の一実施例
について図面を用いて説明する。図のようにカーボン鋳
型１の内側全面に、シリコンカーバイト （ＳｉＣ）膜
をコーテングし更にコーテング膜の上に粉末離型剤（窒
化シリコン）３を塗布した鋳型の中にシリコン原料を入
れ、加熱融解する。
シリコン原料は鋳型内で完全に融液となり、このような
条件のもとで、鋳型の底より固化させると、１時間後に
全部固化し多結晶シリコン塊となる。窒化シリコン粉末
を塗布しているため、鋳型内でシリコン融液がシリコン
カーバイト膜にほとんど接触することはなく、多結晶シ
リコン塊はカーボン鋳型から浮いた状態になつている。
そのため鋳型内から容易に多結晶シリコン塊を取り出す
ことができ、鋳型自体にも何んら損傷もなく再度使用す
ることが可能である。カーボン製のため、他の鋳型材質
より価格面においても格安である、鋳型を加熱するに必
要な消費電力が少なくすむ等、低コストのための理想的
な鋳型材質である。固化した多結晶シリコン塊に熱応力
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
。この方法で多結晶シリコンの粒径は３ｍｍ〜２０ｍｍ
のものが容易に得られた。窒化シリコンの融点は１９０
０゜と高く、シリコンカーバイトは更にそれよりも高い
ため、シリコン融液と鋳型との間にも反応もなく、また
窒化シリコンの成分が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い。以上説明し
たように多結晶シリコン塊形成に際して、本発明の方法
を用いて、カーボン型鋳型内で直接シリコンを溶融する
ことによつて多結晶シリコン塊を形成することができた
。
条件のもとで、鋳型の底より固化させると、１時間後に
全部固化し多結晶シリコン塊となる。窒化シリコン粉末
を塗布しているため、鋳型内でシリコン融液がシリコン
カーバイト膜にほとんど接触することはなく、多結晶シ
リコン塊はカーボン鋳型から浮いた状態になつている。
そのため鋳型内から容易に多結晶シリコン塊を取り出す
ことができ、鋳型自体にも何んら損傷もなく再度使用す
ることが可能である。カーボン製のため、他の鋳型材質
より価格面においても格安である、鋳型を加熱するに必
要な消費電力が少なくすむ等、低コストのための理想的
な鋳型材質である。固化した多結晶シリコン塊に熱応力
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
。この方法で多結晶シリコンの粒径は３ｍｍ〜２０ｍｍ
のものが容易に得られた。窒化シリコンの融点は１９０
０゜と高く、シリコンカーバイトは更にそれよりも高い
ため、シリコン融液と鋳型との間にも反応もなく、また
窒化シリコンの成分が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い。以上説明し
たように多結晶シリコン塊形成に際して、本発明の方法
を用いて、カーボン型鋳型内で直接シリコンを溶融する
ことによつて多結晶シリコン塊を形成することができた
。
その結果得られた多結晶シリコン塊の結晶性には何んら
問題なく、完全にクラツクのない結晶粒径が大きい、欠
陥の少ない多結晶シリコン塊が容易に得られ、鋳型自体
も再使用が可能となつた。
問題なく、完全にクラツクのない結晶粒径が大きい、欠
陥の少ない多結晶シリコン塊が容易に得られ、鋳型自体
も再使用が可能となつた。
図は本発明の実施例を説明するための図で同図において
、１・・・・・・カーボン製鋳型、２・・・・・・シリ
コンカーバイト （ＳｉＣ）コーテング膜、３・・・・
・・窒化シリコン粉末離型剤。
、１・・・・・・カーボン製鋳型、２・・・・・・シリ
コンカーバイト （ＳｉＣ）コーテング膜、３・・・・
・・窒化シリコン粉末離型剤。
Claims (1)
- １ 窒化シリコンの粉末離型剤を塗布した鋳型に入れた
シリコン融液を冷却固化して、多結晶シリコン半導体を
製造する方法において鋳型の少なくとも内面の一部に緻
密で高純度なシリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜をコート
したカーボン製鋳型を用いることを特徴とする多結晶シ
リコン半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56117161A JPS5953208B2 (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP56117161A JPS5953208B2 (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 多結晶シリコン半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5820712A JPS5820712A (ja) | 1983-02-07 |
| JPS5953208B2 true JPS5953208B2 (ja) | 1984-12-24 |
Family
ID=14704959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56117161A Expired JPS5953208B2 (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 多結晶シリコン半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5953208B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554203A (en) * | 1984-04-09 | 1985-11-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for manufacturing large surface silicon crystal bodies for solar cells, and bodies so produced |
| JPS6149416A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-11 | Hoxan Corp | 多結晶シリコンウエハ製造用カ−ボン皿のコ−テイング方法 |
| JPS61249689A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-06 | Mazda Motor Corp | 複合部材の製造方法 |
| JPH01284489A (ja) * | 1988-05-12 | 1989-11-15 | Mitsubishi Metal Corp | 貴金属複合材の製造方法 |
-
1981
- 1981-07-28 JP JP56117161A patent/JPS5953208B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5820712A (ja) | 1983-02-07 |
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