JPS62260710A - 多結晶シリコン半導体鋳造法 - Google Patents
多結晶シリコン半導体鋳造法Info
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- JPS62260710A JPS62260710A JP61103435A JP10343586A JPS62260710A JP S62260710 A JPS62260710 A JP S62260710A JP 61103435 A JP61103435 A JP 61103435A JP 10343586 A JP10343586 A JP 10343586A JP S62260710 A JPS62260710 A JP S62260710A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
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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)
シリコンは太陽電池の材料として工業的生産の面からも
資源的な面からも優れた物質であり、現在、太陽光発電
材料として実用化されているものはほとんどがシリコン
太陽電池である。そして将来のエネルギー源として低価
格化を目ざすためには(特に電力供給用として)、現在
の大半を占めているシリコン華結晶基板よりはシリコン
多結晶基板あるいはアモルファスシリコンによる太陽電
池にたよらざるを得ない。
資源的な面からも優れた物質であり、現在、太陽光発電
材料として実用化されているものはほとんどがシリコン
太陽電池である。そして将来のエネルギー源として低価
格化を目ざすためには(特に電力供給用として)、現在
の大半を占めているシリコン華結晶基板よりはシリコン
多結晶基板あるいはアモルファスシリコンによる太陽電
池にたよらざるを得ない。
本発明は結晶物性的に優れた多結晶シリコン半導体の能
率的な連続鋳造法に関する。
率的な連続鋳造法に関する。
(従来の技術)
シリコンの鋳造の従来の一般的な方法はシリカ(二酸化
硅素)るつぼにて固体シリコンを加熱炉内で溶解し黒鉛
鋳型に鋳込む方法である。而して最近、真空中、不活性
ガス中で溶解して0□、N2等のガスのシリコンへの結
合を防止し、品質向上とダスト防止を行うことが知られ
ている。
硅素)るつぼにて固体シリコンを加熱炉内で溶解し黒鉛
鋳型に鋳込む方法である。而して最近、真空中、不活性
ガス中で溶解して0□、N2等のガスのシリコンへの結
合を防止し、品質向上とダスト防止を行うことが知られ
ている。
西ドイツ国ワンカー社の半連続鋳造炉「ケイ素成形体の
半連続的鋳造方法と装置」 (特公昭57−21515
号)では真空中又は不活性ガス中でシリカるつぼ内で溶
融したシリコンを黒鉛等の鋳型内にるつぼを傾けて注入
する方法、米国クリスタル・システムズ社のHeat
Exchange Method(HEM法、us、D
OE、Report NO,DOE−JPL−9543
73−79−9)では真空中でシリカるつぼ内にシリコ
ンを溶融しそのままその中で固める方法、仏国CGE社
のPOLYX法(第1回国際大陽光発電会議録、神戸開
催、1984年11月、P、25)では黒鉛るつぼの内
でフラックスを用いてシリコンを溶解してその中で固化
さず方法が知られている。
半連続的鋳造方法と装置」 (特公昭57−21515
号)では真空中又は不活性ガス中でシリカるつぼ内で溶
融したシリコンを黒鉛等の鋳型内にるつぼを傾けて注入
する方法、米国クリスタル・システムズ社のHeat
Exchange Method(HEM法、us、D
OE、Report NO,DOE−JPL−9543
73−79−9)では真空中でシリカるつぼ内にシリコ
ンを溶融しそのままその中で固める方法、仏国CGE社
のPOLYX法(第1回国際大陽光発電会議録、神戸開
催、1984年11月、P、25)では黒鉛るつぼの内
でフラックスを用いてシリコンを溶解してその中で固化
さず方法が知られている。
(発明が解決しようとする問題点)
しかし、ワソカー社とクリスタル・シ、ステムズ社の場
合はシリコン原料を溶解する容器がシリカ類であるため
、シリコンと反応してシリカ容器が消耗するため生産性
を上げるのに支障を与えるし、クリスタル・システムズ
社とCGE社の場合では原料の溶解と凝固を熱源を同じ
くする同一るつぼ内で1テなうので、例えば40kgの
シリコン原料の熔解のために4〜6時間、凝固のために
は9〜12時間、冷却のためには10〜15時間の合計
23〜33時間が1個の鋳塊を製造するために必要とす
ることになるがために、炉当たりの生産性を低下させる
欠点があった。
合はシリコン原料を溶解する容器がシリカ類であるため
、シリコンと反応してシリカ容器が消耗するため生産性
を上げるのに支障を与えるし、クリスタル・システムズ
社とCGE社の場合では原料の溶解と凝固を熱源を同じ
くする同一るつぼ内で1テなうので、例えば40kgの
シリコン原料の熔解のために4〜6時間、凝固のために
は9〜12時間、冷却のためには10〜15時間の合計
23〜33時間が1個の鋳塊を製造するために必要とす
ることになるがために、炉当たりの生産性を低下させる
欠点があった。
本発明は真空中において連続的に生産性高く低コストで
多結晶シリコン半導体鋳塊を製造できる大M住産に適し
た鋳造方法を提供することを目的とする。
多結晶シリコン半導体鋳塊を製造できる大M住産に適し
た鋳造方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)
次の第■法、第■法は上記問題点を解決するもので、実
施例を示す第1図、第2図にてこれを説明する。
施例を示す第1図、第2図にてこれを説明する。
口 第Φ法
第1図に示すとおり、扉(11にて大気より遮断され扉
(2)により真空容器(3)に連結する供給装置061
によって固体シリコンαυが真空容器(3)内に連続的
に供給される。固体シリコンがとい(5)の内を滑って
鋳型口に投入され、鋳型(6)底に先づ投入された固体
シリコンを電子ビーム銃(7)にて加’W?fl解せし
めシリコンの溶融プールを造った後、固体シリコンが電
子ビーム銃によって加熱されながら追加投入される。同
時に鋳型底に当てられた鋳型支持装置(8)にて溶融し
たシリコンを冷却して鋳型底部より上方;こ一方向凝固
させて多結晶シリコン半導体の鋳塊とし、その追加投入
および鋳塊育成終了後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空
遮断蔽可能な鋳型取出し室(9)に移送させる。
(2)により真空容器(3)に連結する供給装置061
によって固体シリコンαυが真空容器(3)内に連続的
に供給される。固体シリコンがとい(5)の内を滑って
鋳型口に投入され、鋳型(6)底に先づ投入された固体
シリコンを電子ビーム銃(7)にて加’W?fl解せし
めシリコンの溶融プールを造った後、固体シリコンが電
子ビーム銃によって加熱されながら追加投入される。同
時に鋳型底に当てられた鋳型支持装置(8)にて溶融し
たシリコンを冷却して鋳型底部より上方;こ一方向凝固
させて多結晶シリコン半導体の鋳塊とし、その追加投入
および鋳塊育成終了後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空
遮断蔽可能な鋳型取出し室(9)に移送させる。
真空容器(3)中は真空又は不活性ガスが使われるもの
であるが、望ましくは10− ’Torr程度の高真空
が適用される。
であるが、望ましくは10− ’Torr程度の高真空
が適用される。
電子ビーム銃(7)は真空中に高エネルギー密度の電子
線を掃射できるもので50〜300kwの能力のものが
使われる。
線を掃射できるもので50〜300kwの能力のものが
使われる。
鋳型(6)は黒鉛製等がくり返して使われる。黒鉛鋳型
内面に窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素のうち一つ又は二
つ以上の混合物の粉末を塗布することによって、溶融シ
リコンと鋳型内壁との付着を防止できる。
内面に窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素のうち一つ又は二
つ以上の混合物の粉末を塗布することによって、溶融シ
リコンと鋳型内壁との付着を防止できる。
また第3図に例示するような4枚の側壁(24)が螺子
(22)付き金具で組立てられた組立ておよび分解可能
の黒鉛鋳型では、その内面(25)は溶融シリコンとの
付着がなくこのるつぼを繰返し使用ができる。
(22)付き金具で組立てられた組立ておよび分解可能
の黒鉛鋳型では、その内面(25)は溶融シリコンとの
付着がなくこのるつぼを繰返し使用ができる。
鋳型を支持するために上下動する鋳型支持装置は冷却水
による冷却機能をもたせ得る。また鋳型底と水冷の鋳型
支持装置(8)の間に介在する断熱材Q41の厚みを変
化させて鋳塊の冷却速度を調節させ得る。
による冷却機能をもたせ得る。また鋳型底と水冷の鋳型
支持装置(8)の間に介在する断熱材Q41の厚みを変
化させて鋳塊の冷却速度を調節させ得る。
鋳型よりの鋳塊の抜出しは鋳型取出室(9)のMo2を
開いて行われる。
開いて行われる。
口 第■法
第2図に示すとおり、扉(1)にて大気より遮断され扉
(2)により真空容器(3)に連結する供給装置αeに
よって固体シリコンが真空容器内に連続的に供給される
。供給された固体シリコン(11)をとい(5)の内を
滑らせて水冷ハースQ21の上に移送し、移送された固
体シリコンを電子ビーム銃(7a)にて加熱溶融し、水
冷ハースより真空中の鋳型(6)に注入された溶融シリ
コンを電子ビーム銃(7b)にて加熱しな力ゝら鋳型底
に当てられた鋳型支持装置(8)によって鋳型底部より
上方に一方向凝固させて多結晶シリコン半導体の鋳塊と
し、その後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空遮断蔽可能
な鋳型取出し室(9)に移送させる。
(2)により真空容器(3)に連結する供給装置αeに
よって固体シリコンが真空容器内に連続的に供給される
。供給された固体シリコン(11)をとい(5)の内を
滑らせて水冷ハースQ21の上に移送し、移送された固
体シリコンを電子ビーム銃(7a)にて加熱溶融し、水
冷ハースより真空中の鋳型(6)に注入された溶融シリ
コンを電子ビーム銃(7b)にて加熱しな力ゝら鋳型底
に当てられた鋳型支持装置(8)によって鋳型底部より
上方に一方向凝固させて多結晶シリコン半導体の鋳塊と
し、その後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空遮断蔽可能
な鋳型取出し室(9)に移送させる。
水冷ハース(2)は鋼板製で上面に受皿をもち、側部に
注出口をもつ構造で溶融シリコンの熱量に耐え得る。
注出口をもつ構造で溶融シリコンの熱量に耐え得る。
電子ビーム銃(7a)と(7b)はそれぞれ50〜50
0kwの能力のものが使われる。
0kwの能力のものが使われる。
黒鉛鋳型内面に窒化珪素等を塗布すること、組立分解可
能鋳型の使用、鋳型支持装置の水冷機能をもたせ得るこ
とは前記第■法の場合と同様である。
能鋳型の使用、鋳型支持装置の水冷機能をもたせ得るこ
とは前記第■法の場合と同様である。
一方向凝固をさせて良好な結晶成長模様の鋳塊を得るた
めには、鋳型底と水冷の鋳型支持装置(8)との間に断
熱材Q41を介在させること、および鋳型の周囲に鋳型
側壁を最高1200℃まで加熱可能の電熱線コイルによ
る加熱装置αコを設けて鋳塊の冷却速度を調節させ、か
つ加熱装置の温度を最高1200℃までに保つことが推
奨される。
めには、鋳型底と水冷の鋳型支持装置(8)との間に断
熱材Q41を介在させること、および鋳型の周囲に鋳型
側壁を最高1200℃まで加熱可能の電熱線コイルによ
る加熱装置αコを設けて鋳塊の冷却速度を調節させ、か
つ加熱装置の温度を最高1200℃までに保つことが推
奨される。
前記第■法と第■法とを比較すれば、共に容易に多結晶
シリコン半導体鋳塊を造り得るが、第■法の方が鋳塊の
一方向凝固を精密になし得るので多結晶シリコンの結晶
成長模様を大きくさせることが容易である。また第■法
の方が設備的にも能力が大で生産量を大きくすることが
容易である。
シリコン半導体鋳塊を造り得るが、第■法の方が鋳塊の
一方向凝固を精密になし得るので多結晶シリコンの結晶
成長模様を大きくさせることが容易である。また第■法
の方が設備的にも能力が大で生産量を大きくすることが
容易である。
(作 用)
高真空中でシリコンを鋳造することによってシリコンの
酸化物、窒化物等の付着物、ダスト等の発生なしに鋳造
作業をなし得る。
酸化物、窒化物等の付着物、ダスト等の発生なしに鋳造
作業をなし得る。
第■法では鋳型の中で直接電子ビーム銃で固体シリコン
を直接溶融させ、第■法では無消耗の水冷ハースの上で
電子ビーム銃の熱源によって固体シリコンを溶融させる
ものであるから、固体シリコンを溶融のために従来法の
如くるつぼを消耗しやすいシリカ製にすることを必要と
せず、本発明法では黒鉛等の鋳型水冷ハースの半永久的
くり返し使用を可能にするものである。
を直接溶融させ、第■法では無消耗の水冷ハースの上で
電子ビーム銃の熱源によって固体シリコンを溶融させる
ものであるから、固体シリコンを溶融のために従来法の
如くるつぼを消耗しやすいシリカ製にすることを必要と
せず、本発明法では黒鉛等の鋳型水冷ハースの半永久的
くり返し使用を可能にするものである。
従来法ではるつぼを傾動して溶融シリコンを鋳型に注入
して鋳塊としているが、本発明では原料の装入、溶解の
みで鋳塊とするものであるので装置内に傾動部分がなく
傾動させる工数および機構を必要としない。
して鋳塊としているが、本発明では原料の装入、溶解の
みで鋳塊とするものであるので装置内に傾動部分がなく
傾動させる工数および機構を必要としない。
また、従−乗法のごとく原料の溶解と凝固を同一るつぼ
内で行うのでなく、本発明では鋳型中で鋳型底から凝固
を進行させながら、鋳型(6)上部では同時に原料の装
入と溶融を進行させるものであるから、鋳塊の鋳造サイ
クル時間を一段と減少させる。
内で行うのでなく、本発明では鋳型中で鋳型底から凝固
を進行させながら、鋳型(6)上部では同時に原料の装
入と溶融を進行させるものであるから、鋳塊の鋳造サイ
クル時間を一段と減少させる。
更にまた本発明法では固体シリコンが装入開始時より連
続的に装入装置にて供給されるものであるが故に、能率
的な鋳造作業を行うことを可能にする。
続的に装入装置にて供給されるものであるが故に、能率
的な鋳造作業を行うことを可能にする。
従来法ではシリコンの溶解、鋳造、冷却の各工程を同一
炉内で行うのに対し、本発明法では溶解、鋳造を同一炉
内で行い、鋳塊の冷却は鋳型を外に出して行う。それ故
、サイクル時間は従来法は溶解、鋳造、冷却の合計であ
るに対し本発明法では溶解、鋳造の合計となる。それ成
木発明では溶解、鋳造時の能率向上によるサイクル時間
短縮以外に、冷却の除外によるサイクル時間短縮があり
、本発明によるときはさらに大幅なサイクル時間の短縮
ができる。
炉内で行うのに対し、本発明法では溶解、鋳造を同一炉
内で行い、鋳塊の冷却は鋳型を外に出して行う。それ故
、サイクル時間は従来法は溶解、鋳造、冷却の合計であ
るに対し本発明法では溶解、鋳造の合計となる。それ成
木発明では溶解、鋳造時の能率向上によるサイクル時間
短縮以外に、冷却の除外によるサイクル時間短縮があり
、本発明によるときはさらに大幅なサイクル時間の短縮
ができる。
本発明によるときは上記の各操作を連続的に行い得るも
のであり、シリコン鋳塊の生産量の増加と、作業におけ
る工数、コストの節減とを可能にするものである。
のであり、シリコン鋳塊の生産量の増加と、作業におけ
る工数、コストの節減とを可能にするものである。
(実 施 例)
口 実施例1
第1図に第■法の実施例を示す。
真空気密なる容器(3)には、シリコンを加熱溶解、冷
却固化する熱源として250に一電子ビーム銃(7)、
外気から真空気密なる容器(3)の中に固体シリコンa
υを連続的に供給する供給装置Oeを取付け、容器(3
)の内部には固体シリコンを供給装置から鋳型(6)の
上方まで移送可能なとい、(5)、鋳型(6)の下方に
位置し鋳型(6)を支える鋳型支持装置(8)、その下
側部には鋳型(6)を真空気密なる容器(3)から外気
に取出す鋳型移送台車C1otに真空遮断可能の鋳型取
出し室(9)を備える。
却固化する熱源として250に一電子ビーム銃(7)、
外気から真空気密なる容器(3)の中に固体シリコンa
υを連続的に供給する供給装置Oeを取付け、容器(3
)の内部には固体シリコンを供給装置から鋳型(6)の
上方まで移送可能なとい、(5)、鋳型(6)の下方に
位置し鋳型(6)を支える鋳型支持装置(8)、その下
側部には鋳型(6)を真空気密なる容器(3)から外気
に取出す鋳型移送台車C1otに真空遮断可能の鋳型取
出し室(9)を備える。
鋳型支持装置(8)は鋳型(6)の底面を支持する部分
が水冷されており、また鋳型(6)の底面と水冷された
鋳型支持装置(8)の間には鋳型(6)の底部の温度を
制御するために適切な断熱材041を挿入している。
が水冷されており、また鋳型(6)の底面と水冷された
鋳型支持装置(8)の間には鋳型(6)の底部の温度を
制御するために適切な断熱材041を挿入している。
鋳塊の製造手順は次の通りである。
組立ておよび分解が可能で内面を窒化珪素の粉末で塗布
した黒鉛製の鋳型(6)を鋳型取出し室(9)の蓋α9
を開放して鋳型移送台車α〔の上に載置した後、Mas
を閉鎖して、鋳型取出し室(9)内を真空ポンプによっ
て排気する。鋳型取出し室(9)が高真空に達して真空
気密なる容器(3)と同圧に達した後に、真空遮断弁α
曖をシャフトαψによって上方に移動して開放し、鋳型
移送台車001をレールαηに沿、って鋳型取出し室(
9)から真空容器(3)内に移動させ、鋳型(6)の中
心が鋳型支持装置(8)の中心と一致するまで鋳型移送
台車(101を前進させる。次いでこの位置で、鋳型の
下方において鋳型支持装置(8)および断熱材0滲を上
方に移動させ、鋳型(6)を鋳型移送台車O1から持ち
上げて鋳型(6)を所定の鋳込み位置に保持させ、その
時にSir型移型移送台車α具空容器(3)から鋳型取
出し室(9)に戻す。鋳型移送台車αωは鋳型取出し室
(9)内で、真空容器(3)内でのシリコンの鋳造が終
了するまで待機させる。
した黒鉛製の鋳型(6)を鋳型取出し室(9)の蓋α9
を開放して鋳型移送台車α〔の上に載置した後、Mas
を閉鎖して、鋳型取出し室(9)内を真空ポンプによっ
て排気する。鋳型取出し室(9)が高真空に達して真空
気密なる容器(3)と同圧に達した後に、真空遮断弁α
曖をシャフトαψによって上方に移動して開放し、鋳型
移送台車001をレールαηに沿、って鋳型取出し室(
9)から真空容器(3)内に移動させ、鋳型(6)の中
心が鋳型支持装置(8)の中心と一致するまで鋳型移送
台車(101を前進させる。次いでこの位置で、鋳型の
下方において鋳型支持装置(8)および断熱材0滲を上
方に移動させ、鋳型(6)を鋳型移送台車O1から持ち
上げて鋳型(6)を所定の鋳込み位置に保持させ、その
時にSir型移型移送台車α具空容器(3)から鋳型取
出し室(9)に戻す。鋳型移送台車αωは鋳型取出し室
(9)内で、真空容器(3)内でのシリコンの鋳造が終
了するまで待機させる。
鋳型(6)が鋳造時の所定の鋳込み位置に設置された後
、鋳型(6)の中に固体シリコンOυ原料を供給装置Q
6)からとい(5)を経由させて、鋳型底に厚さ15m
禦程度のシリコン種結晶を装入した後、該種結晶を電子
ビーム銃(7)にて加熱して深さが5Il程度のシリコ
ンの溶融プールを作製し、しかる後に、固体シリコンミ
U原料を供給装置αeからとい(5)装置を経由させて
連続的に投入しながら、電子ビーム銃(7)の熱源によ
って鋳型(6)の中のシリコンを加熱溶解するとともに
、鋳型底から順次冷却凝固させながら一方向凝固した多
結晶シリコン半導体鋳塊を製造する。
、鋳型(6)の中に固体シリコンOυ原料を供給装置Q
6)からとい(5)を経由させて、鋳型底に厚さ15m
禦程度のシリコン種結晶を装入した後、該種結晶を電子
ビーム銃(7)にて加熱して深さが5Il程度のシリコ
ンの溶融プールを作製し、しかる後に、固体シリコンミ
U原料を供給装置αeからとい(5)装置を経由させて
連続的に投入しながら、電子ビーム銃(7)の熱源によ
って鋳型(6)の中のシリコンを加熱溶解するとともに
、鋳型底から順次冷却凝固させながら一方向凝固した多
結晶シリコン半導体鋳塊を製造する。
本実施例によって25kg鋳塊を製造するために必要な
時間は約3時間である。
時間は約3時間である。
製造された鋳塊は鋳塊上面の表面温度が1000℃に下
降した時に鋳型移送台車θωを鋳型取出し室(9)から
真空容器(3)の中に移動させ、鋳型(6)の下方に停
止させ、鋳型支持装置(8)および断熱材(143を下
降させて鋳型移動台車α〔の上に載せ、該鋳型移動台車
001を再びレール0ηに沿ってS)i型取用し室(9
)の中に1多動させる。
降した時に鋳型移送台車θωを鋳型取出し室(9)から
真空容器(3)の中に移動させ、鋳型(6)の下方に停
止させ、鋳型支持装置(8)および断熱材(143を下
降させて鋳型移動台車α〔の上に載せ、該鋳型移動台車
001を再びレール0ηに沿ってS)i型取用し室(9
)の中に1多動させる。
かくして後に、真空遮断弁amをシャフトα匂によって
下降させて閉鎖し、鋳型取出し室(9)を大気圧に戻し
た後に蓋α9を開放して鋳型(6)を鋳型取出し室(9
)から外部に取出し、その後鋳塊を冷却させる。
下降させて閉鎖し、鋳型取出し室(9)を大気圧に戻し
た後に蓋α9を開放して鋳型(6)を鋳型取出し室(9
)から外部に取出し、その後鋳塊を冷却させる。
それと同時に別の鋳型(6)を鋳型取出し室(9)を再
び真空ポンプにて排気する。
び真空ポンプにて排気する。
このようにして実際に25kgの多結晶シリコン半導体
鋳塊を製造したが、その鋳塊の結晶模様も優れていた。
鋳塊を製造したが、その鋳塊の結晶模様も優れていた。
また、この25kgの鋳塊を製造するために要した時間
は鋳型の交換時間を含めて4.0〜4.5時間であった
・ 本実施例による鋳塊を10口X 10aa X 20c
mの4本のブロックに縦切断し、さらに103 X l
oam XO,045asOウェーハにスライシングし
て太陽電池セルを試作したところ、従来法による鋳塊と
同等の光電変換効率が得られた。
は鋳型の交換時間を含めて4.0〜4.5時間であった
・ 本実施例による鋳塊を10口X 10aa X 20c
mの4本のブロックに縦切断し、さらに103 X l
oam XO,045asOウェーハにスライシングし
て太陽電池セルを試作したところ、従来法による鋳塊と
同等の光電変換効率が得られた。
口 実施例2
第2図に第■法の実施例を示す。
真空気密なる容器(3)にはシリコンを加熱溶解、冷却
固化する熱源として250に一電子ビーム銃を2個、外
気から真空気密なる容器(3)の中に固体シリコン0υ
を連続的に供給する供給装置061を取付け、その内部
には固体シリコンを供給装置から受け、水冷ハースα乃
まで固体シリコンを移送させることが可能なとい(5)
、2つの電子ビーム銃のうちの一つ(7a)によって溶
解されたシリコンを受容する水冷ハースa3該水冷ハー
ス亜の下方に位置し鋳型(6)を支える鋳型支持装置(
8)、鋳型(6)を真空容器(3)から外気に取出す真
空遮断蔽可能な複数の鋳型取出し室(9a) (9b)
を備えている。
固化する熱源として250に一電子ビーム銃を2個、外
気から真空気密なる容器(3)の中に固体シリコン0υ
を連続的に供給する供給装置061を取付け、その内部
には固体シリコンを供給装置から受け、水冷ハースα乃
まで固体シリコンを移送させることが可能なとい(5)
、2つの電子ビーム銃のうちの一つ(7a)によって溶
解されたシリコンを受容する水冷ハースa3該水冷ハー
ス亜の下方に位置し鋳型(6)を支える鋳型支持装置(
8)、鋳型(6)を真空容器(3)から外気に取出す真
空遮断蔽可能な複数の鋳型取出し室(9a) (9b)
を備えている。
更にこの鋳造装置には、鋳型(6)の側面を加熱する加
熱装置aJが備えられ、その外部を断熱層(26)で巻
いている。鋳型支持装置(8)は鋳型(6)の底面を支
持する部分が水冷されており、鋳型(6)の底面と水冷
された鋳型支持装置(8)の間には底部の温度を制御す
るために適切な断熱材Q41が挿入されている。
熱装置aJが備えられ、その外部を断熱層(26)で巻
いている。鋳型支持装置(8)は鋳型(6)の底面を支
持する部分が水冷されており、鋳型(6)の底面と水冷
された鋳型支持装置(8)の間には底部の温度を制御す
るために適切な断熱材Q41が挿入されている。
この鋳造装置における作業手順を説明すると、先ず、分
解が可能な内面を窒化珪素の粉末で塗布した黒鉛製の鋳
型(6)を右方の鋳型取出し室(9a)の蓋α9を開放
して鋳型移送台車αlの上に載置した後、1iQs)を
閉鎖して鋳型取出し室(9a)を真空ポンプによって排
気する。該鋳型取出し室(9a)が高真空に達して、あ
らかじめ高真空に排気した真空容器(3)と同圧に達し
た後に、真空遮断弁Olをシャフトα9によって上方に
移動して開放し、鋳型移送台車mをレールG1に沿って
鋳型取出し室(9a)から真空容器(3)内に移動させ
、鋳型(6)の中心が鋳型支持装置(8)の中心と一致
するまで鋳型移送台車O1を前進させる。次いでこの位
置で、鋳型の下方において鋳型支持装置(8)および断
熱材Q4)を上方に移動させ、鋳型(6)を鋳型移送台
車αψから持ち上げて鋳型(6)を加熱装置αm内の所
定位置まで上昇させた後に、鋳型移送台車Qlを真空容
器(3)から鋳型取出し室(9a)に戻す。
解が可能な内面を窒化珪素の粉末で塗布した黒鉛製の鋳
型(6)を右方の鋳型取出し室(9a)の蓋α9を開放
して鋳型移送台車αlの上に載置した後、1iQs)を
閉鎖して鋳型取出し室(9a)を真空ポンプによって排
気する。該鋳型取出し室(9a)が高真空に達して、あ
らかじめ高真空に排気した真空容器(3)と同圧に達し
た後に、真空遮断弁Olをシャフトα9によって上方に
移動して開放し、鋳型移送台車mをレールG1に沿って
鋳型取出し室(9a)から真空容器(3)内に移動させ
、鋳型(6)の中心が鋳型支持装置(8)の中心と一致
するまで鋳型移送台車O1を前進させる。次いでこの位
置で、鋳型の下方において鋳型支持装置(8)および断
熱材Q4)を上方に移動させ、鋳型(6)を鋳型移送台
車αψから持ち上げて鋳型(6)を加熱装置αm内の所
定位置まで上昇させた後に、鋳型移送台車Qlを真空容
器(3)から鋳型取出し室(9a)に戻す。
加熱装置α1内は鉛直方向に沿って中央部で高温領域が
作られており1.中央部から上部および下部に向かうに
従って温度は下降するように作られている。中央部の当
該高温領域は1200℃に設定される。鉛直方向の等温
領域は±10℃の範囲内で約3511、等温HMから鉛
直方向に沿っては約50℃/C11の温度勾配を有して
いる。
作られており1.中央部から上部および下部に向かうに
従って温度は下降するように作られている。中央部の当
該高温領域は1200℃に設定される。鉛直方向の等温
領域は±10℃の範囲内で約3511、等温HMから鉛
直方向に沿っては約50℃/C11の温度勾配を有して
いる。
鋳型(6)は最初に鋳型下部が加熱装置Q31内の高温
等温領域になるように設置され、鋳型内が定常温度にな
るまで放置される。鋳型支持装置(8)の上部回りの加
熱装置1Q3)内に挿入される部分については断熱層(
27)を備えつけている。
等温領域になるように設置され、鋳型内が定常温度にな
るまで放置される。鋳型支持装置(8)の上部回りの加
熱装置1Q3)内に挿入される部分については断熱層(
27)を備えつけている。
そうして鋳型(6)が鋳造開始時の所定位置および所定
温度に達した時に、原料固体シリコン0υを供給装置O
1からとい(5)を通過させて銅製の水冷ハース叫の上
に供給し、該水冷ハース03上で固体シリコンaυを2
つの電子ビーム銃のうち1つ(7a)によって溶融し、
溶融したシリコンを水冷ハース03のくぼみ部から鋳型
(6)の中に供給する。
温度に達した時に、原料固体シリコン0υを供給装置O
1からとい(5)を通過させて銅製の水冷ハース叫の上
に供給し、該水冷ハース03上で固体シリコンaυを2
つの電子ビーム銃のうち1つ(7a)によって溶融し、
溶融したシリコンを水冷ハース03のくぼみ部から鋳型
(6)の中に供給する。
鋳型(6)の中に溶融原料が供給されると、2つの電子
ビーム銃のうちのもう一方(7b)によって当該溶融シ
リコンを加熱制御し、鋳型底から順次冷却固化させ、同
時に鋳型支持装置(8)を順次下降させて、鋳型(6)
内の溶融シリコン表面が加熱装置Q31内の高温等領域
内に留まるようにする。このようにして、一方向凝固し
た多結晶シリコン半導体鋳塊を製造し得る。
ビーム銃のうちのもう一方(7b)によって当該溶融シ
リコンを加熱制御し、鋳型底から順次冷却固化させ、同
時に鋳型支持装置(8)を順次下降させて、鋳型(6)
内の溶融シリコン表面が加熱装置Q31内の高温等領域
内に留まるようにする。このようにして、一方向凝固し
た多結晶シリコン半導体鋳塊を製造し得る。
この場合、鋳型(6)の底にあらかじめ厚さ151程度
のシリコンの種結晶を装入し、核種結晶を電子ビーム銃
(7b)によって加熱して、深さが5自虐程度のシリコ
ンの溶融プールを作製した後に、水冷ハース0乃から溶
融シリコンを供給して上記と同様の手順によって鋳塊を
製造することもできる。
のシリコンの種結晶を装入し、核種結晶を電子ビーム銃
(7b)によって加熱して、深さが5自虐程度のシリコ
ンの溶融プールを作製した後に、水冷ハース0乃から溶
融シリコンを供給して上記と同様の手順によって鋳塊を
製造することもできる。
本実施例によって25kgの鋳塊を製造するに要する時
間は約3.0時間である。
間は約3.0時間である。
凝固後の鋳塊は鋳型移送台車αωによって鋳型取出し室
(9a)に戻され、その後冷却される。これと同時に、
別の鋳型取出し室(9h)に待機した鋳型(6)を、直
ちに真空容器(3)の中に鋳造のために設置し、引き続
き鋳塊の製造を行うことができる。
(9a)に戻され、その後冷却される。これと同時に、
別の鋳型取出し室(9h)に待機した鋳型(6)を、直
ちに真空容器(3)の中に鋳造のために設置し、引き続
き鋳塊の製造を行うことができる。
このようにして製造した鋳塊は鋳型底部からの結晶の成
長が完全で、鋳型側壁から別に結晶成長した模様は無か
った。
長が完全で、鋳型側壁から別に結晶成長した模様は無か
った。
高’IAeM域の温度1200℃が適正かどうかを次の
実験で確かめた。
実験で確かめた。
加熱装置α急白の高温等温領域の温度を1200°Cよ
りも高くして鋳塊を製造した場合は、溶解したシリコン
を凝固さすために要した時間が長くなり、例えば125
0℃では25に+rの鋳塊の製造には約4.3時間を必
要とした。逆に高温等温領域を1200℃よりも低くし
て鋳塊を製造した場合950℃までの範囲では、製造さ
れた鋳塊中の結晶の成長模様は1200℃のときと同様
に鋳型底部からのみ成長しており、完全な一方向凝固が
達成され、一方高温等温領域の温度を950℃より低く
して鋳塊を製造した場合には、鋳型底部から成長した柱
状の結晶の他に、鋳型側壁から成長する結晶が出現し、
側壁から成長した結晶は高温等温領域が低くなるに従っ
て鋳塊の内部にまで達するようになった。しかし高温等
温領域の温度を700℃以下にしても、側壁から成長し
た結晶は、もはや、ある距離以上に鋳塊の内部に成長す
ることはなかった。
りも高くして鋳塊を製造した場合は、溶解したシリコン
を凝固さすために要した時間が長くなり、例えば125
0℃では25に+rの鋳塊の製造には約4.3時間を必
要とした。逆に高温等温領域を1200℃よりも低くし
て鋳塊を製造した場合950℃までの範囲では、製造さ
れた鋳塊中の結晶の成長模様は1200℃のときと同様
に鋳型底部からのみ成長しており、完全な一方向凝固が
達成され、一方高温等温領域の温度を950℃より低く
して鋳塊を製造した場合には、鋳型底部から成長した柱
状の結晶の他に、鋳型側壁から成長する結晶が出現し、
側壁から成長した結晶は高温等温領域が低くなるに従っ
て鋳塊の内部にまで達するようになった。しかし高温等
温領域の温度を700℃以下にしても、側壁から成長し
た結晶は、もはや、ある距離以上に鋳塊の内部に成長す
ることはなかった。
以上のように、加熱装置03によって鋳型側壁を加熱す
る場合には最高1200℃で加熱可能であればよ< 、
1200℃を超える温度では鋳塊を固化するために要す
る時間が長くなり、好ましくない。
る場合には最高1200℃で加熱可能であればよ< 、
1200℃を超える温度では鋳塊を固化するために要す
る時間が長くなり、好ましくない。
重125kgの鋳塊を製造するために要する時間は鋳塊
の交換時間を含めて、3.5〜4.0時間であった。
の交換時間を含めて、3.5〜4.0時間であった。
本実施例によって製造した鋳塊を10(J X 10c
m x20cmの4本のブロックに纒切断し、さらに1
0aax10cmX Q、345cmのウェーハに薄切
りして太陽電池セルを製作したところ、従来法にょる鋳
塊と同等以上の光電変換効率を得ることができた。(発
明の効果) 以上に説明したとおり、例えば25kgの鋳塊番製造す
るに要する時間は従来法クリスタル・システムス社(7
) HEM法、CGE社(7) POLYX法)では2
3〜33時間であったのが、本発明法では3.5〜4.
5時間に短縮できる。しかも、本発明法は連続的に鋳塊
を製造することを可能にするもので、鋳型費の節減とも
併せ良質の多結晶シリコン半導体鋳塊の低コスト大量生
産手段となるものである。
m x20cmの4本のブロックに纒切断し、さらに1
0aax10cmX Q、345cmのウェーハに薄切
りして太陽電池セルを製作したところ、従来法にょる鋳
塊と同等以上の光電変換効率を得ることができた。(発
明の効果) 以上に説明したとおり、例えば25kgの鋳塊番製造す
るに要する時間は従来法クリスタル・システムス社(7
) HEM法、CGE社(7) POLYX法)では2
3〜33時間であったのが、本発明法では3.5〜4.
5時間に短縮できる。しかも、本発明法は連続的に鋳塊
を製造することを可能にするもので、鋳型費の節減とも
併せ良質の多結晶シリコン半導体鋳塊の低コスト大量生
産手段となるものである。
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面構成図第2図は
本発明の他の実施例を示す縦断面構成図第3図は分割可
能組立式鋳型の一例を示す斜視図である。 】、2:扉 3;真空容器 5:とい 6:鋳型7.7
a、7b;電子ビーム銃 8:鋳型支持装置9.9a、
9b=鋳型取出し室 10:鋳型移送台車11:固体シ
リコン 12:水冷ハース 13:加熱装置 14:断
熱材 15 : M 16 j供給装置 17:レー
ル 18:真空遮断弁 19:シャフト22:螺子24
:側壁 25:内面 26.27:断熱層。
本発明の他の実施例を示す縦断面構成図第3図は分割可
能組立式鋳型の一例を示す斜視図である。 】、2:扉 3;真空容器 5:とい 6:鋳型7.7
a、7b;電子ビーム銃 8:鋳型支持装置9.9a、
9b=鋳型取出し室 10:鋳型移送台車11:固体シ
リコン 12:水冷ハース 13:加熱装置 14:断
熱材 15 : M 16 j供給装置 17:レー
ル 18:真空遮断弁 19:シャフト22:螺子24
:側壁 25:内面 26.27:断熱層。
Claims (9)
- (1)真空容器(3)内での多結晶シリコン半導体の鋳
造において、真空遮蔽可能な供給装置(16)内の固体
シリコン(11)を真空容器内に連続的に供給し、供給
された固体シリコンをとい(5)を滑らせて鋳型(6)
口に投入し、鋳型底に投入された固体シリコンを電子ビ
ーム銃(7)にて加熱溶融させた後、固体シリコンを電
子ビーム銃にて加熱しながら追加投入し、同時に鋳型底
部より上方に一方向凝固させ、追加投入および凝固終了
後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空遮断蔽可能な鋳型取
り出し室(9)に移送させることを特徴とする多結晶シ
リコン半導体鋳造法。 - (2)鋳型(6)材質として黒鉛を用い、当該黒鉛鋳型
内面に窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素のうち一つ又は二
つ以上の混合物の粉末を塗布することを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載の多結晶シリコン半導体鋳造
法。 - (3)黒鉛鋳型として組立ておよび分解が可能な組立式
鋳型を用いることを特徴とする特許請求の範囲(2)項
記載の多結晶シリコン半導体鋳造法。 - (4)鋳型(6)の支持装置(8)の鋳型底面を支持す
る部分が水冷されていることを特徴とする特許請求の範
囲(1)から第(3)項までのいずれかに記載の多結晶
シリコン半導体鋳造法。 - (5)真空容器(3)内での多結晶シリコン鋳造におい
て、真空遮蔽可能な供給装置(16)内の固体シリコン
(11)を真空容器内に連続的に供給し、供給された固
体シリコンをとい(5)を滑らせて水冷ハース(12)
上に移送し、移送された固体シリコンを電子ビーム銃(
7a)にて加熱溶融し、水冷ハースより真空中の鋳型に
注入された溶融シリコンを電子ビーム銃(7b)にて加
熱しながら鋳型(6)底部より上方に一方向凝固させ、
その後真空容器中の鋳塊入り鋳型を真空遮蔽可能な鋳型
取出し室(9)に移送させることを特徴とする多結晶シ
リコン半導体鋳造法。 - (6)鋳型(6)材質として黒鉛を用い、当該黒鉛鋳型
内面に窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素のうち一つ又は二
つ以上の混合物の粉末を塗布することを特徴とする特許
請求の範囲第(5)項記載の多結晶シリコン半導体鋳造
法。 - (7)黒鉛鋳型として組立ておよび分解可能な組立式鋳
型を用いることを特徴とする特許請求の範囲第(6)項
記載の多結晶シリコン半導体鋳造法。 - (8)鋳型(6)の支持装置(8)の鋳型底面を支持す
る部が水冷されていることを特徴とする特許請求の範囲
(5)項から第(7)項までのいずれかに記載の多結晶
シリコン半導体鋳造法。 - (9)鋳型(6)側壁を最高1200℃まで加熱可能な
炉(13)が備えられることを特徴とする特許請求の範
囲(5)項から第(8)項までのいずれかに記載の多結
晶シリコン半導体鋳造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61103435A JPS62260710A (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | 多結晶シリコン半導体鋳造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61103435A JPS62260710A (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | 多結晶シリコン半導体鋳造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62260710A true JPS62260710A (ja) | 1987-11-13 |
Family
ID=14353958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61103435A Pending JPS62260710A (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | 多結晶シリコン半導体鋳造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62260710A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0781865A2 (en) | 1995-12-28 | 1997-07-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductors |
US5714004A (en) * | 1995-06-15 | 1998-02-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process for producing polycrystalline semiconductors |
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 |
US6110274A (en) * | 1997-07-02 | 2000-08-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductor |
US6136091A (en) * | 1997-06-23 | 2000-10-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductor ingot |
JP2005343779A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Iis Materials:Kk | 電子ビームを用いたスクラップシリコンの精錬装置 |
JP2006298669A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Daiichi Kiden:Kk | 結晶シリコン製造装置 |
CN103420376A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 韩国能量技术研究院 | 利用电子束熔炼制造高纯度多晶硅的装置及方法 |
CN103420375A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 韩国能量技术研究院 | 基于电子束熔炼利用引锭杆制造多晶硅的装置及方法 |
JP2014100731A (ja) * | 2012-11-21 | 2014-06-05 | Ihi Corp | 鋳型及びその製造方法、精密鋳造装置並びに精密鋳造方法 |
CN104402000A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-03-11 | 大连理工大学 | 一种电子束熔炼多晶硅粉体的装置及方法 |
-
1986
- 1986-05-06 JP JP61103435A patent/JPS62260710A/ja active Pending
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