JPS6047236B2 - 帯状シリコン結晶製造装置 - Google Patents

帯状シリコン結晶製造装置

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JPS6047236B2
JPS6047236B2 JP23282182A JP23282182A JPS6047236B2 JP S6047236 B2 JPS6047236 B2 JP S6047236B2 JP 23282182 A JP23282182 A JP 23282182A JP 23282182 A JP23282182 A JP 23282182A JP S6047236 B2 JPS6047236 B2 JP S6047236B2
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silicon crystal
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JP23282182A
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JPS59121191A (ja
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俊幸 沢田
公史 中川
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/34Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、帯状シリコン結晶製造装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕近時、結晶成長技術
の1つとして、帯状シリコン結晶の成長方法が注目され
ている。
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。従つて、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云う大きな特長を有する。第1図
a、bは帯状シリコン結晶を成長形成する従来装置の概
略構成を示すものて第1図aは断面図、第1図をは同図
aの矢視A−A断面図である。
石英ルツボ11の中にシリコン融液12が収容されてお
り、この融液12中に該融液12をリボン形状に規定す
るための細いスリットを有する’キャピラリ・ダイ13
の一端が浸漬されている。タイ13は2枚の板体13a
、13bを対向配置してなるもので、毛細管現象により
シリコン融液12をダイ13の先端部までーヒ昇させる
。この上昇したシリコン融液12に上方から種子結晶(
図7示せす)を接触させ、種子結晶を徐々に引き上げる
と、シリコン融液12はダイ13の先端より持ち上げら
れて固化した帯状シリコン結晶14になる。そして、シ
リコン融液12と帯状シリコン結晶14との境界である
固液界面15がダイ13のo上端より上方に形成され、
これにより帯状シリコン結晶14の連続成長が可能とな
る。しかしながら、この種の装置にあつては次のような
問題があつた。
すなわち、前記固液界面15はダイ13の上端面に平行
ではなく、通常長手方)5向両端部の固液界面がその中
央部よりも低くなつている。このため、ダイ13の上端
付近の温度が低い方に変動して固液界面15が低下した
楊合、帯状シリコン結晶14がダイ13の上端の長手方
向両端部に達しダイ13に固着することになり、それ以
上の成長が不可能となる。したがつて、長時間に亘つて
安定した結晶成長を行うことは困難であつた。〔発明の
目的〕 本発明の目的は、温度低下に起因するキャピラリ・ダイ
への結晶固着を防止することができ、帯状シリコン結晶
が長時間安定に成長し得る帯状シリコン結晶製造装置を
提供することにある。
〔発明の(既要〕本発明の骨子は、キャピラリ・ダイの
長手方向両端部における固液界面を上昇せしめることに
ある。
まず、理論的考察から、固液界面の高さを考えてみる。
前記第1図においてルツボ内のシリコン融液面からダイ
先端まての高さHD(第1図a参照)を25〔噸〕、帯
状シリコン結晶の厚さを0.5〔?〕、成長方向に垂直
な断面の長手方向端部を半径0.25〔順〕の半円形て
あるとすると、ダイ上端融液面と固液界面との間隔はダ
イ長手方向端部で約0.3〔?〕と計算される。一方、
ダイ上端中央部では、帯状結晶の横幅が無限に広いと仮
定すると、約1.3〔Mg〕以下の固液界面を取りうる
と計一算される。ここで注目すべきことは、ダイ長手方
向端部のタイ上端融液面と固液界面との間隔か約0.3
〔?〕てあるのに対して、気体一液体界面は長手方向端
部からその倍以上の水平距離をもつてダイ上端融液面上
になだらかな曲線を持つて落ちjて行くことてある。以
上の計算結果の例を第2図A,b及び第3図A,bに示
す。
ここで、aはダイ上端部の一部、bはタイ中央部付近の
断面図である。固液界面15のダイ上端融液面からの高
さをHMlダイ長手3方向端部の気体一液体界面の水平
距離をX1帯状シリコン結晶14の厚さをtとする。第
2図A,bは、HM=0.3〔朗〕にとつた場合の例て
ある。このとき、距離xは0.7〔閘〕以上、厚さtと
スリット間隔とは、略等しく0.5〔?〕となる。−4
,方、第3図A,bはHMを0.3〔?〕以上にとつた
例である。帯状シリコン結晶14の厚さtはスリット間
隔より明らかに薄くなるが、この厚さtを維持しながら
の成長は可能である。しかし、ダイ長手方向端部の気体
一液体界面がシリコン結晶14の長手方向側面より内側
に入り込むため、帯状結晶の幅は次第に小さくなる。し
たがつて、帯状シリコン結晶の連続成長は不可能である
。7 固液界面の高さが高い程(HMが大きい程)結晶
成長を楽に行うことができるが、上述したようにダイ長
手方向端部の固液界面高さには限度がある。
そこで、本発明者等は、ダイ長手方向端部の気体一液体
界面を結晶側面より内側(液体側)にク入り込ませるこ
となく固液界面を高くするため、ダイ上端長手方向両端
部に構造物を付設し、この構造物の濡れによる融液の引
き上げを考えた。この考えを模式的に示したものが第4
図である。構造物16を付設したことにより、この付近
の気体1一液体界面は上昇し、前記第3図aに示す問題
が解決される。そして、高い固液界面を維持できること
になる。本発明はこのような点に着目し、ルツボ内に収
容されたシリコン融液にスリットを有するキヤピ1ラリ
・ダイの一端を浸漬し、ダイのスリットを介して上昇し
たシリコン融液に種子結晶を接触させ、この種子結晶を
引き上げることにより帯状シリコン結晶を成長せしめる
帯状シリコン結晶製造装置において、前記ダイの上端の
長手方向両端部に凸状の構造物を設け、該長手方向両端
部におけるシリコン融液の液面を上昇せしめるようにし
たものてある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、構造物の存在により、キャピラリ・ダ
イの長手方向の液面を成長結晶の側面より内側に入り込
ませることなく、固液界面とキャピラリ・ダイとの距離
を従来のものより大幅に長くすることがきる。
したがつて結晶成長を容易に、しかも長時間安定に行う
ことが可能となる。また、構造物の存在により、帯状結
晶の幅を一定に維持することが容易となり、さらに帯状
シリコン結晶表面に付着するSjC粒子を少なくするこ
とができた。〔発明の実施例〕 第5図a−cは本発明の一実施例に関わる帯状シリコン
結晶製造装置のキャピラリ・ダイ構成を示すものであり
、第5図A,bは2片からなるダイ13の一片13aを
正面及び側面から見た図であり、第5図Cはこれら2片
を組み合わせて、使用状態にした斜視図である。
これは、厚さ0.5〔?〕、幅100〔閘〕の帯状シリ
コン結晶を固液界面のダイ上端からの距離が0.7〔瓢
〕になるように設計したダイである。ダイ13の組み合
わせ時のスリット間隔は0.9〔醜〕とした。ダイ13
の上端両端部には、タイ13の上面より0.6〔?〕の
高さとなるように、構造物16をダイ13に一体化して
付設した。上記構成のダイ13を炉体内部に組込んだ帯
状シリコン結晶装置の概略図を第6図に示す。
石英ルツボ11の中にシリコン融液12が収容されてお
り、この融液12中に浸漬するよう第15図a〜cに示
すキャピラリ・ダイ13が設置されている。このダイ1
3は、保温筒18上に固定されたアッパーシールド17
に取着されている。また、保温筒18の中には図示しな
いカーボンヒータがダイ13の長手方向と並行するよう
に設置されている。ダイ13の上部長手方向両端部にあ
る凸状構造物16a,16bは、離間して設置した2つ
の炭酸ガスレーザー19a,19bでそれぞれ加熱され
、構造物16a,16bがシリコンの固化点以下に冷え
ることが抑えられている。第6図に示した装置の石英ル
ツボ11内に300〔y〕のシリコン原料を入れて成長
を行つたところ、幅100±1〔藺〕、厚さ0.55±
0.05〔糖〕の帯状シリコン結晶14をルツボ】1内
のシリコン融液がなくなるまで極めて安定に引き上げる
ことがてきた。
本発明者等の実験では、固液界面のタイ上面からの高さ
は、結晶の厚み及び固液界面付近の拡大写真等の結果か
ら判断して略0.7〔糖〕てあつた。0.7〔順〕とい
う値は大きな値ではないが、従来装置による値0.2〜
0.3〔順〕に比べると、2倍以上高くなつたことによ
り、成長制御の容易さ及び安定性は数段向上した。
さらに、凸状構造物16a,16bを局部的に加熱する
炭酸ガスレーザー19a,19bのパワーは、極端に小
さくてよいことも判明した。また、従来装置で成長した
結晶を本装置で成長した結晶とは、その結晶面が大きく
異なつていた。つまり、SiC粒子の個数が大幅に減少
した。従来、1〔d〕当りの平均で0.2個程度が最少
値であつたが、本装置では平均して1〔d〕当り0.0
4個であつた。以上のように、本実施例装置は良品質の
帯状シリコン結晶を量産するのに適しており、太陽電池
基板の低価格化に寄与するものと期待される。なお、本
発明は上述した実施例に限定されるものではない。
例えば、前記キャピラリ・ダイの上部に付設した凸状構
造物は、ダイと一体形成する必要はなく、ダイに固定で
きるものであればよい。構造物の水平方向及び垂直方向
に自由に設置して最適条件を見つけ出そうとするとき等
、タイのスリットに棒状の構造物を挾み込む方法も有効
である。さらに、凸状構造物の形や向きも角柱状で垂直
方向に何ら限定されるものではない。また、凸状構造物
の局部的加熱手段は、炭酸ガスレーザーに限るものでは
なく、その他のレーザー、或いは赤外線や超音波を用い
てもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲て、
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A,bは従来の帯状シリコン結晶製造装置を示す
概略構成図、第2図A,b〜第4図はそれぞれ本発明の
概要を説明するための模式図、第5図a−cは本発明の
一実施例に係わるキヤピラリ・ダイ構成を示す図、第6
図は上記ダイを炉内に組み込んだ帯状シリコン結晶製造
装置を示す概略構成図てある。 11・・・・・・石英ルツボ、12・・・・シリコン融
液、13・・・・・・キャピラリ・ダイ、16・・・・
・・凸状構造5物、19・・・・・・炭酸ガスレーザー
(加熱機構)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ルツボ内に収容されたシリコン融液にスリットを有
    するキャピラリ・ダイの一端を浸漬し、ダイのスリット
    を介して上昇したシリコン融液に種子結晶を接触させ、
    この種子結晶を引き上げることにより帯状シリコン結晶
    を成長せしめる帯状シリコン結晶製造装置において、前
    記ダイの上端の長手方向両端部に凸状の構造物を設け、
    該長手方向両端部におけるシリコン融液の液面を上昇せ
    しめたことを特徴とする帯状シリコン結晶製造装置。 2 前記構造物は、前記シリコン融液を加熱する加熱機
    構とは別の加熱機構によつて加熱されるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の帯状シリコン
    結晶製造装置。
JP23282182A 1982-12-25 1982-12-25 帯状シリコン結晶製造装置 Expired JPS6047236B2 (ja)

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US4971650A (en) * 1989-09-22 1990-11-20 Westinghouse Electric Corp. Method of inhibiting dislocation generation in silicon dendritic webs
CN113957518A (zh) * 2021-09-08 2022-01-21 杭州富加镓业科技有限公司 一种基于导模法生长装置的氧化镓晶体生长方法
CN113913924A (zh) * 2021-09-08 2022-01-11 杭州富加镓业科技有限公司 一种氧化镓单晶生长装置
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