JPS61232295A - シリコン結晶半導体の製造法 - Google Patents
シリコン結晶半導体の製造法Info
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- JPS61232295A JPS61232295A JP7400385A JP7400385A JPS61232295A JP S61232295 A JPS61232295 A JP S61232295A JP 7400385 A JP7400385 A JP 7400385A JP 7400385 A JP7400385 A JP 7400385A JP S61232295 A JPS61232295 A JP S61232295A
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- melting
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はシリコン結晶半導体の製造方法に関する。
（従来の技術）
近年エネルギー源の多様化の要求にあって、太陽光発電
がエネルギー源として見直され低価格発電装置を目標に
開発が盛んに行われるようになってきた。こうした中で
、太陽電池材料としてシリコン半導体はもつとも汎用さ
れ易い材料であシ、しかも、動力用電力供給に使われる
材料として結晶シリコン半導体がもつとも有望視されて
いる現状である。
がエネルギー源として見直され低価格発電装置を目標に
開発が盛んに行われるようになってきた。こうした中で
、太陽電池材料としてシリコン半導体はもつとも汎用さ
れ易い材料であシ、しかも、動力用電力供給に使われる
材料として結晶シリコン半導体がもつとも有望視されて
いる現状である。
太陽電池用の半導体シリコン結晶の製造法としては、チ
ョクフルヌキー法による引上げ法および多結晶シリコン
を製造する卵造法が現在では利用されているが、低価格
の半導体シリコン結晶を供給するには鋳造法が有利であ
シ、これまでに、シリコンの鋳造法の技術的な改良が提
案されるに至っている。
ョクフルヌキー法による引上げ法および多結晶シリコン
を製造する卵造法が現在では利用されているが、低価格
の半導体シリコン結晶を供給するには鋳造法が有利であ
シ、これまでに、シリコンの鋳造法の技術的な改良が提
案されるに至っている。
例えば、鋳型の材質を選定することについて、特公昭５
８−８０９７８号「板状シリコン結晶の製法」では鋳型
としては黒鉛等を用い、このときに溶融シリコンと鋳型
が反応融着することによる濡れを防ぐために、鋳型の温
度をシリコンの融点よシもかなシ低くした状態で鋳込む
ことを提案している。しかし、この提案における黒鉛鋳
型の使用とその使用方法を実施した場合の欠点は溶融シ
リコンが黒鉛と直接に接触するために、鋳型の温度をシ
リコンの融点よシもかなシ低くした状態で鐙込んだ場合
にも、黒鉛と接触するシリコンが黒鉛と反応して、黒鉛
および黒鉛中の不純物を吸収して、半導体シリコンの特
性を低下させることであった。
８−８０９７８号「板状シリコン結晶の製法」では鋳型
としては黒鉛等を用い、このときに溶融シリコンと鋳型
が反応融着することによる濡れを防ぐために、鋳型の温
度をシリコンの融点よシもかなシ低くした状態で鋳込む
ことを提案している。しかし、この提案における黒鉛鋳
型の使用とその使用方法を実施した場合の欠点は溶融シ
リコンが黒鉛と直接に接触するために、鋳型の温度をシ
リコンの融点よシもかなシ低くした状態で鐙込んだ場合
にも、黒鉛と接触するシリコンが黒鉛と反応して、黒鉛
および黒鉛中の不純物を吸収して、半導体シリコンの特
性を低下させることであった。
また特公昭５９−８９８９７号「多結晶シリコン半導体
の製造方法」では石英等の鋳型中にシリコン融液を保持
するときに、シリコンと鋳型との融着を、高融点材料の
粉末層で鋳型内面を被覆することによって、防止するこ
とを提案している。しかし、この提案による高融点粉末
層の被覆を実施した場合も、同様に、被覆した粉末およ
び粉末に含まれる不純物が溶融シリコンに吸収され、シ
リコンが汚染されて半導体シリコンの特性を低下させる
ことを避けることができない欠点があった。
の製造方法」では石英等の鋳型中にシリコン融液を保持
するときに、シリコンと鋳型との融着を、高融点材料の
粉末層で鋳型内面を被覆することによって、防止するこ
とを提案している。しかし、この提案による高融点粉末
層の被覆を実施した場合も、同様に、被覆した粉末およ
び粉末に含まれる不純物が溶融シリコンに吸収され、シ
リコンが汚染されて半導体シリコンの特性を低下させる
ことを避けることができない欠点があった。
さらに上記二提案とも、鋳型表面は溶融シリコンから受
ける高温のために、鋳型の材質が劣化され、鋳型の複数
回の使用は可能であっても、鋳型は消耗品として交換を
余儀なくされる欠点があった。この鋳型の消耗による交
換はシリコン結晶半導体の製造に大きな経済的負担であ
シ従来法の問題点とされていた。
ける高温のために、鋳型の材質が劣化され、鋳型の複数
回の使用は可能であっても、鋳型は消耗品として交換を
余儀なくされる欠点があった。この鋳型の消耗による交
換はシリコン結晶半導体の製造に大きな経済的負担であ
シ従来法の問題点とされていた。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は融着をおこさないで、かつ半導体用シリコンの
純度を保持した状態での鋳込を、長持ちする経済的な鋳
型で可能にする鋳造法を提供することを目的とする。
純度を保持した状態での鋳込を、長持ちする経済的な鋳
型で可能にする鋳造法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段、作用）本発明は、水冷
してなる鋳型の中でシリコンを鋳型内に供給しつつ加熱
浴解し、冷却固化せしめることを特徴とするシリコン結
晶半導体の製造法を要旨とする。
してなる鋳型の中でシリコンを鋳型内に供給しつつ加熱
浴解し、冷却固化せしめることを特徴とするシリコン結
晶半導体の製造法を要旨とする。
本発明者はシリコンを溶解、冷却固化するのに鋳型を水
冷するとよい結果を得ることに注目した。
冷するとよい結果を得ることに注目した。
すなわち、水冷された鋳型を用いることによって、シリ
コンの溶解、冷却固化の過程で鋳型が昇温するのを防止
し、これによって、従来法の欠点である鋳型からシリコ
ンへの汚染および熱による鋳型の劣化を完全に防ぐこと
ができることが明らかになった。
コンの溶解、冷却固化の過程で鋳型が昇温するのを防止
し、これによって、従来法の欠点である鋳型からシリコ
ンへの汚染および熱による鋳型の劣化を完全に防ぐこと
ができることが明らかになった。
またこの方法において、鋳型は熱伝導度の大きな材質が
水冷効果をあげるので望ましく、この材質としては例え
ば、純銅又は銅を主成分とする銅合金が挙げられる。
水冷効果をあげるので望ましく、この材質としては例え
ば、純銅又は銅を主成分とする銅合金が挙げられる。
また本方法は、水冷鋳型内へ、シリコンを供給しながら
溶解し、その後冷却固化させるが、そのときの熱源とし
て電子ビーム銃を使うのが好ましい。このようにして、
シリコンを溶解するときの熱源からの汚染を考える必要
がなく、しかも水冷された鋳型内でシリコンは自在に溶
解されて、溶融状態の保持と冷却速度を自在に制御する
ことができる。
溶解し、その後冷却固化させるが、そのときの熱源とし
て電子ビーム銃を使うのが好ましい。このようにして、
シリコンを溶解するときの熱源からの汚染を考える必要
がなく、しかも水冷された鋳型内でシリコンは自在に溶
解されて、溶融状態の保持と冷却速度を自在に制御する
ことができる。
これらの場合において、溶解したシリコンを保持する熱
伝導度の大きな鋳型材質の表面は、内側から十分に冷却
されているので、溶融シリコンと接触してもシリコンと
の熱伝導度の大きな差によって殆ど昇温することなく、
シリコンの溶解開始時において銅鏡型表面に接触する溶
融シリコンがあっても、シリコンは瞬時に薄膜状に固化
するため、シリコンの薄膜状の殻内に熔融シリコンを保
持するようになシ、鋳型の表面がシリコン中に溶解する
ことがない。
伝導度の大きな鋳型材質の表面は、内側から十分に冷却
されているので、溶融シリコンと接触してもシリコンと
の熱伝導度の大きな差によって殆ど昇温することなく、
シリコンの溶解開始時において銅鏡型表面に接触する溶
融シリコンがあっても、シリコンは瞬時に薄膜状に固化
するため、シリコンの薄膜状の殻内に熔融シリコンを保
持するようになシ、鋳型の表面がシリコン中に溶解する
ことがない。
このように本発明は従来法の欠点であった鋳型材質およ
び鋳型材質に含まれる不純物のシリコンへの汚染、ある
いは被覆された高融点材質およびその不純物のシリコン
への汚染を懸念する必要が全くない。
び鋳型材質に含まれる不純物のシリコンへの汚染、ある
いは被覆された高融点材質およびその不純物のシリコン
への汚染を懸念する必要が全くない。
さらに本発明では、水冷されている鋳型表面は高温のシ
リコンと接触しても昇温されることがないために、鋳型
は熱によって変質する虞れもない。
リコンと接触しても昇温されることがないために、鋳型
は熱によって変質する虞れもない。
また本方法では、シリコンは水冷鋳型中にシリコン粒を
供給しながら加熱溶解し、同時に鋳型面からの冷却によ
って同時に冷却固化されるから、シリコン結晶は固化し
た後に常温まで冷却されて収縮して体積を減少する。し
かしこれを収める鎧型は常に常温であるので鋳型寸法は
変化しない。
供給しながら加熱溶解し、同時に鋳型面からの冷却によ
って同時に冷却固化されるから、シリコン結晶は固化し
た後に常温まで冷却されて収縮して体積を減少する。し
かしこれを収める鎧型は常に常温であるので鋳型寸法は
変化しない。
よって鋳型からシリコン鋳塊を容易に取出すことができ
て鋳型を傷めることがない。シリコン鋳塊を鎧型からさ
らに容易に取り出すために鋳型は上方へ広がった、望ま
しくは０°〜８°のテーパを持たせることが有効である
。
て鋳型を傷めることがない。シリコン鋳塊を鎧型からさ
らに容易に取り出すために鋳型は上方へ広がった、望ま
しくは０°〜８°のテーパを持たせることが有効である
。
（実施例）
次に本発明の詳細な説明する。
実施例１
第１図に示したように、水冷された鋳型（１）は銅製で
あシ、鋳型全体が二重壁構造で十分に水冷（９）される
構造である。鋳型内面は底面が１００囚直径の円形であ
シ、側面は上方に１°のテーパで開き、その高さは１５
０ｗ１１である。電子ビーム銃（２）は舞型内のシリコ
ンを加熱溶解する熱源を発生し、その電子ビームは鉛型
内のシリコンに及ぼす熱を均一にするため図示ビーム（
７）のように投射方向を電磁的に移動させて浴融シリコ
ンの表面を全面あるいはほぼ全面にカバーするようにし
て溶融させる。
あシ、鋳型全体が二重壁構造で十分に水冷（９）される
構造である。鋳型内面は底面が１００囚直径の円形であ
シ、側面は上方に１°のテーパで開き、その高さは１５
０ｗ１１である。電子ビーム銃（２）は舞型内のシリコ
ンを加熱溶解する熱源を発生し、その電子ビームは鉛型
内のシリコンに及ぼす熱を均一にするため図示ビーム（
７）のように投射方向を電磁的に移動させて浴融シリコ
ンの表面を全面あるいはほぼ全面にカバーするようにし
て溶融させる。
溶融の開始時には鋳型の底は厚さ２０頭の種結晶（３）
を置き、電子ビームを種結晶に照射して種結晶の上部を
溶解してその溶解部がほぼ種結晶表面全体となったとき
に、原料ホッパー（６）から粒状固体シリコン（８）を
鋳型（１）内に順次装入した。シリコン装入開始後は、
上面の溶解シリコン溜め（５）がほぼ一定の大きさを保
持するようにシリコン粒の装入と加熱溶解とを進めるこ
とによって、種結晶上部へシリコン結晶の固化を進めて
結晶（４）を生長させた。結晶（４］が底から１８０期
に達したときにシリコン粒原料の装入を止め、後は電子
ビームの出力を順次絞って溶解シリコン溜め（５）ヲ固
化さした。
を置き、電子ビームを種結晶に照射して種結晶の上部を
溶解してその溶解部がほぼ種結晶表面全体となったとき
に、原料ホッパー（６）から粒状固体シリコン（８）を
鋳型（１）内に順次装入した。シリコン装入開始後は、
上面の溶解シリコン溜め（５）がほぼ一定の大きさを保
持するようにシリコン粒の装入と加熱溶解とを進めるこ
とによって、種結晶上部へシリコン結晶の固化を進めて
結晶（４）を生長させた。結晶（４］が底から１８０期
に達したときにシリコン粒原料の装入を止め、後は電子
ビームの出力を順次絞って溶解シリコン溜め（５）ヲ固
化さした。
この方法で製造した結晶を常温まで冷却したところ、鋳
型とシリコン結晶は遊離しておシ、シリコン結晶を鎧型
から難なく取シ出すことができた。
型とシリコン結晶は遊離しておシ、シリコン結晶を鎧型
から難なく取シ出すことができた。
鋳型表面はシリコン溶解前と変らずに非常に平滑で変質
はなかった。シリコン結晶の抵抗値を測定したところ、
ｐ型の２０〜５０Ω・１になシ、原料シリコン値の２０
〜５ｏΩ・傷と同値を示した。
はなかった。シリコン結晶の抵抗値を測定したところ、
ｐ型の２０〜５０Ω・１になシ、原料シリコン値の２０
〜５ｏΩ・傷と同値を示した。
このように、抵抗値を低下させることなく、高純度シリ
コン結晶を得ることができ、かつ鋳造後の鎧型になんら
の変質も与えなかった。
コン結晶を得ることができ、かつ鋳造後の鎧型になんら
の変質も与えなかった。
実施例２
水冷Ｍ型の形状として上方に１°のテーパをもつ断面が
１００麿×ｌＱ（ＩＸｍの長方形の銅製鋳型を用いて、
実施例１と同様の手順でシリコンを加熱溶解、冷却固化
をした。但し、この場合は、ビーム（７）ヲ正方形状に
運動させた。製造した結晶の抵抗値はｐ型で１Ω・１に
なるように原料を供給した。
１００麿×ｌＱ（ＩＸｍの長方形の銅製鋳型を用いて、
実施例１と同様の手順でシリコンを加熱溶解、冷却固化
をした。但し、この場合は、ビーム（７）ヲ正方形状に
運動させた。製造した結晶の抵抗値はｐ型で１Ω・１に
なるように原料を供給した。
この方法で製造された結晶はｐ型抵抗値０．７〜１．３
Ω・傷の範囲であ多結晶粒型は数窯〜数１０厘の多結晶
シリコンであった。鋳型表面は熔解、冷却固化後も非常
に平滑で再使用が可能の状態であった。
Ω・傷の範囲であ多結晶粒型は数窯〜数１０厘の多結晶
シリコンであった。鋳型表面は熔解、冷却固化後も非常
に平滑で再使用が可能の状態であった。
（発明の効果）
本発明によって、鎧型からの汚染のない高純度シリコン
結晶半導体を製造することができ、かつ鋳型の消耗を防
止することができ、良質の製品を低価格で工業的に供給
を可能にするもので、その効果は大きい。
結晶半導体を製造することができ、かつ鋳型の消耗を防
止することができ、良質の製品を低価格で工業的に供給
を可能にするもので、その効果は大きい。
第１図は本発明の方法を例示的に説明する縦断面図であ
る。 １：鋳型、２：電子ビーム銃、３：種結晶、４：結晶、
５：ｒ＠解シリコン溜め、６：原料ホッパー、７：ビー
ム、８：粒状固体シリコン、９：冷却水。
る。 １：鋳型、２：電子ビーム銃、３：種結晶、４：結晶、
５：ｒ＠解シリコン溜め、６：原料ホッパー、７：ビー
ム、８：粒状固体シリコン、９：冷却水。
Claims (6)
- （１）水冷してなる鋳型の中でシリコンを鋳型内に供給
しつつ加熱溶解し、冷却固化せしめることを特徴とする
シリコン結晶半導体の製造法。 - （２）水冷鋳型材料として銅を用いる特許請求の範囲第
（１）項記載のシリコン結晶半導体の製造法。 - （３）シリコンを加熱溶解する熱源として電子ビーム銃
を用いる特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載
のシリコン結晶半導体の製造法。 - （４）上方に広がつたテーパーをもつ円筒状の水冷鋳型
を用いる特許請求の範囲第（１）項〜第（３）項のいず
れかに記載のシリコン結晶半導体の製造法。 - （５）上方に広がつたテーパーをもつ正方形または長方
形の断面を有する水冷鋳型を用いる特許請求の範囲第（
１）項〜第（３）項のいずれかに記載のシリコン結晶半
導体の製造法。 - （６）鋳型底に種結晶を用いる特許請求の範囲第（１）
項〜第（５）項のいずれかに記載のシリコン結晶半導体
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7400385A JPS61232295A (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | シリコン結晶半導体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7400385A JPS61232295A (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | シリコン結晶半導体の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61232295A true JPS61232295A (ja) | 1986-10-16 |
Family
ID=13534460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7400385A Pending JPS61232295A (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | シリコン結晶半導体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61232295A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993012272A1 (en) * | 1991-12-18 | 1993-06-24 | Nobuyuki Mori | Method of and apparatus for casting crystalline silicon ingot by electron beam melting |
| WO1998016466A1 (fr) * | 1996-10-14 | 1998-04-23 | Kawasaki Steel Corporation | Procede et appareil de preparation de silicium polycristallin et procede de preparation d'un substrat en silicium pour cellule solaire |
| WO2010013484A1 (ja) * | 2008-08-01 | 2010-02-04 | 株式会社アルバック | 金属の精製方法 |
| WO2010018831A1 (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| CN103981373A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-13 | 大连理工大学 | 一种镍基高温合金的制备方法 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
-
1985
- 1985-04-08 JP JP7400385A patent/JPS61232295A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993012272A1 (en) * | 1991-12-18 | 1993-06-24 | Nobuyuki Mori | Method of and apparatus for casting crystalline silicon ingot by electron beam melting |
| WO1998016466A1 (fr) * | 1996-10-14 | 1998-04-23 | Kawasaki Steel Corporation | Procede et appareil de preparation de silicium polycristallin et procede de preparation d'un substrat en silicium pour cellule solaire |
| WO2010013484A1 (ja) * | 2008-08-01 | 2010-02-04 | 株式会社アルバック | 金属の精製方法 |
| US8404016B2 (en) | 2008-08-01 | 2013-03-26 | Ulvac, Inc. | Method for refining metal |
| JP5357158B2 (ja) * | 2008-08-01 | 2013-12-04 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| WO2010018831A1 (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| CN102112394A (zh) * | 2008-08-12 | 2011-06-29 | 株式会社爱发科 | 硅精制方法 |
| US8409319B2 (en) | 2008-08-12 | 2013-04-02 | Ulvac, Inc. | Silicon purification method |
| JP5315345B2 (ja) * | 2008-08-12 | 2013-10-16 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
| CN103981373A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-13 | 大连理工大学 | 一种镍基高温合金的制备方法 |
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