JPS609000B2 - 帯状シリコン結晶の成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、帯状シリコン結晶の成長装置に関する。

最近、帯状シリコン結晶を得る方法として第１図に示す
ような装置を用いて行っている。

即ち、石英ガラスで構成されたルッボ１１にシリコン葛
虫液１２が収容され、この融液１２中にカーボンで構成
されスロットを有するように構成された一対の夕、−ィ
１３ａ，１３ｂを設置したものである。なお、この一対
のダイ１３ａ，１３ｂの先端は、ナイフエッジ状に鋭く
加工されている。そして、このように構成された装置で
、温度を上げると、一対のダーィ１３ａ，１３ｂで構成
されたスロットを毛細管現象により、シリコン融液１２
が上昇する。

この上昇したシリコン融液１２に種子結晶を接触させて
引き上げることにより、前、言己一対のダィ１３ａ，１
３ｂで構成されたスロット（開放孔）とほぼ同等の断面
形状の帯状シリコン結晶１４が成長する。しかしながら
このような装置を用いて帯状シリコン結晶を得るのでは
、量産性に適さなく、例えば太陽電池用素子として用い
るのにコストがアップし好ましくない。

そこで最近ルッボにスロットを有するダィを複数設置し
、帯状シリコン結晶を同時に複数引き上げることが考え
られている。

なお、ルッボから複数の結晶を同時に成長させることは
、従来の方法であるチョクラルスキ−（ＣＺ）法やフ。
ーティングゾーン（ＦＺ）法において結晶の成長にとも
ない生ずる干渉の効果のために事実上不可能である。即
ちＣＺ法においては、自由液面上からの結晶成長である
ために、成長結晶の直径を制御したり、引き上げ速度を
制御したりすることにより液面を伝搬して融液面上の広
い領域（ほぼルッボ全域）に亘つて及ぼされる。従って
仮に２個以上の複数の結晶を成長させようとしても、そ
れぞれを制御しつつ成長させることができない。ところ
が上述した第１図のよに一対のダーィを用いて結晶成長
を行う方法においては、ルッボ内に存在する融液と毛細
管現象で上昇する一対のダィの上部に存在する融液とが
結晶成長において分離される。

したがってッッボ内に存在する融液の表面に生ずる揺動
は、一対のダィの上部に存在する融液に対して大きく影
響されなく、またダィ自体が熱的に分離物となるので、
ダィ内部（スロット部に存在する）の融液はルッボ内に
存在する融液と独立な熱的挙動を示すようになる。しか
しながら、この成長方法においては、一対のダィの上部
に存在する融液は、ルッボ内に存在する融液と独立な熱
的挙動を示すが、複数のターーィを配置した場合に隣接
する一対のターーィの上部に存在する融液の個々の影響
の範囲がある。

例えば、ルッボに一つでも多くの一対のダィを設置しよ
うとして、隣接する一対のダィを近付けると、ダィの上
部に存在する融液の温度制御が難しく、帯状結晶を引き
上げ中ダィの上部で固化したりする場合が生ずる。そこ
で、本発明者等は、第１図に示す装置で一対のダィの成
長する領域（ダィの上部）が、成長にとって温度（熱）
の及ぼす影響がどこまであるかを調べた。

その結果、第２図に示す第１図の平面図から明らかのよ
うに夕、．ィの最辺方向については外縁部から１比肋未
満の領域で、また短辺方向の端部については５肌未満の
領域で影響を及ぼすことが判明した。なお第２図で第１
図と同じ部分は同じ付号で示し、点線１５で示す部分が
熱の及ぼす影響の範囲である。またこの点線１５で示す
領域がルッボ１１と交差すると、帯状結晶が成長しない
ということも判明した。この発明は上記実験事実に基づ
いて鑑みなされたもので、帯状シリコン結晶を同時に複
数引き上げる際に、例えば引き上げ中に夕、１ィの上部
で引き上げ結晶とダィが固化したり、引き上げ結晶が切
れたりしない帯状シリコン結晶の成長装置を提供すもの
である。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説暁する。

第３図は本発明を実施して帯状シリコン結晶を得るため
の説明を行う成長装置の断面図である。

石英ガラスで構成した直径３２比吻のルッボ２ １中に
シリコン多結晶２２を収容し加熱する。そしてこのルッ
ボ２１に、スロットを有するように構成した先端がナイ
フエッジ状のカーボンダィ２３，ａ，２３，ｂ、２３２
ａ，２３２ｂ、２３３ａ，２３３ｂを配設する。尚カー
ボンはシリコン融液に濡れる材料である。シリコンは１
４１〆０以上で融解し、１５００℃に加熱されると、毛
細管現象により夫々のダィのスロット（間隙）を上昇し
、上端部まで達して静止する。これらダィ２３のそれぞ
れのスロット（閉口部）に種子結晶（図示せず）を挿入
し、融液と接触させる。そして十分なじませたのち、厚
さ０．３肋、幅３０肌の帯状シリコンを引き上げる目的
で種子結晶を均一な引上げ速度１肌／ｍｌｎで引上げを
開始する。例えば長辺方向に平行に設置したダィ２３，
，２３２ ，２３３ の長辺側の間隔を１仇肋未満に近
寄せて設計すると、定常的な引上げ速度が５柳／ｍｌｎ
になったとき、中央部のダィ２３，とその両側のダーィ
２３２，２３３との間に温度差（中央部のダィの温度が
低くなる）が生じ、中央部のダィ２３．にて成長した帯
状シリコン結晶２４が、ダィ２３，に固着し成長が持続
できない状態となった。

例えばダィの長辺側の間隔を５側位にすると、再現性は
１０％以下になる。そこでダイ２３，，２３２，２３３
の長辺側の間隔を１仇吻以上の範囲内で設置すると、相
互干渉が存在せず引上げ速度１５脚／ｍｉｎで帯状シリ
コン結晶２４を再現性８０％以上で成長させることがで
きた。

尚、ダイ２３，，２３２，２３３とルッボ１２１との間
隔も、ダィの長辺側で１仇肋以上、短辺側で５肋以上離
す必要がある。また、ダィ２３，，２３２，２３３の間
隔をｌｏｗ肋をこえる距離に設計すると、相互干渉はな
く帯状結晶を得ることはできるが、直径３２０肌のルッ
ボ２１中に設置することはルッボ壁との相互作用が生じ
て不可能であった。

さらにルッボ２１を巨大なルッボーに変更する場合は、
投入シリコン多結晶２２が多量に必要となるため、複数
個の夕」、ィを一つのルッボに設ける方法よりも、第１
図に示した一つのダィを一つのルッボに設け、その炉の
個数を増加させる方法のほうが歩蟹りと生産性が上がる
ことがわかった。両方の方法を比して、その採用基準は
ダィ間隔で１０仇肋のところにあることもまた判明した
。なお上記実施例においては夕、．ィ２３が３本の場合
について示したが、第２図に示す１５の領域の外に最も
近いダィが設置されているならば、３本に限ることなく
更に多数の帯状シリコン結晶を成長させることができる
。

また、上記実施例においては、成長領域の長辺方向に平
行な配置にダィを設置したが、これ以外の配置例えば上
から見た場合に三角形、四角形、五角形状に夫々一対の
ダィを配置がとれれば、帯状結晶が成長させられること
はいうまでもない。尚、ルッボが上から見た場合四角形
であれば、ダィの配置は四角形、丸の場合は五角形以上
が望ましい。さらに上記実施例においては、複数の帯状
結晶を同時に均一な成長速度で引上げる場合についての
べたが、それぞれのダィからの成長速度を個別に制御す
ることも可能である。

この場合にはダィの間隔を更に近付けて、熱的な干渉が
少々生じても引上げ速度の制御により帯状結晶を成長さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の帯状シリコン，結晶を成長する方法を説
明するための成長装置の断面図、第２図は第１図の平面
図であって本発明に至る実験例を説明するための図、第
３図は本発明の一実施例を説明するための成長装置の断
面図である。 ２１・・・・・・石英ガラスのルッボ、２２・・・・・
・シリコン融液、２３・・・・・・ダィ、２４・・・・
・・引き上げられた帯状シリコン結晶。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン融液を収容した石英ルツボに、スロツトを
   有するように構成した先端がナイフエツジ状の一対のカ
   ーボンダイを複数配設し、該一対のカーボンダイで夫々
   構成したスロツトを毛細管現象により前記シリコン融液
   を上昇せしめ、この上昇したシリコン融液に夫々種子結
   晶を接触させ、その夫々の種子結晶を同時に引き上げる
   ことにより複数の帯状シリコン結晶を同時に成長させる
   装置において、前記カーボンダイの長辺側のカーボンダ
   イ間隔を１０ｍｍ〜１００ｍｍとし、短辺側のカーボン
   ダイ間隔を５ｍｍ〜１００ｍｍとし、且つ前記ルツボと
   長辺側のカーボンダイとの間隔を１０ｍｍ〜１００ｍｍ
   とし、ルツボと短辺側のカーボンダイとの間隔を５ｍｍ
   〜１００ｍｍとしたことを特徴とする帯状シリコン結晶
   の成長装置。