JPS6243535B2 - - Google Patents
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- JPS6243535B2 JPS6243535B2 JP1742081A JP1742081A JPS6243535B2 JP S6243535 B2 JPS6243535 B2 JP S6243535B2 JP 1742081 A JP1742081 A JP 1742081A JP 1742081 A JP1742081 A JP 1742081A JP S6243535 B2 JPS6243535 B2 JP S6243535B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (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。
関するものである。
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。しかし高い効率を得るためには、単結
晶シリコンは欠陥の少ないもので、できるだけ完
全なものを、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シリコンを得る場合のチ
ヨクラルスキー法と比較して結晶成長速度が大き
いことと任意の形状インゴツトが得られること
と、熟練を必要とせず操作が容易なこと等から、
低価格化が可能性が大きい。
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。しかし高い効率を得るためには、単結
晶シリコンは欠陥の少ないもので、できるだけ完
全なものを、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シリコンを得る場合のチ
ヨクラルスキー法と比較して結晶成長速度が大き
いことと任意の形状インゴツトが得られること
と、熟練を必要とせず操作が容易なこと等から、
低価格化が可能性が大きい。
例えば黒鉛のブロツクを鋳型として用いて、多
結晶インゴツトを形成し10cm×10cm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.IEE
Photovoltaic SPeocialists ComferemeP.86
1976）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）この方法の利点は黒鉛鋳型とシリコ
ン融液との濡れが少ないことから、鋳型の再使用
が可能である。欠点として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にあ
る。
結晶インゴツトを形成し10cm×10cm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.IEE
Photovoltaic SPeocialists ComferemeP.86
1976）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）この方法の利点は黒鉛鋳型とシリコ
ン融液との濡れが少ないことから、鋳型の再使用
が可能である。欠点として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にあ
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果が得られる。そこ
で鋳型として石英ルツボを用い、石英ルツボ中で
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
法においては石法ルツボとシリコン融液とははげ
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
数の差によりストレスが生じ。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ツク
が入り、こまかく割れてしまう。このため多結晶
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。グレーデツドクルシブ
ル（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。この方法はほとんど単結晶に
近い大きな結晶粒径が得られる。（13th.
Photovoltaic.Specialists.Conference P137
1978）この方法の利点は多結晶粒径が大きいこと
にあり、欠点は冷却時に生じたストレスによりシ
リコン結晶内部に結晶欠陥が発生してしまう。ま
たグレーデツドクルシブル（Graded.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。これは低価格化を
さまたげる大きな要因となつている。
とした場合に高い光電変換効果が得られる。そこ
で鋳型として石英ルツボを用い、石英ルツボ中で
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
法においては石法ルツボとシリコン融液とははげ
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
数の差によりストレスが生じ。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ツク
が入り、こまかく割れてしまう。このため多結晶
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。グレーデツドクルシブ
ル（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。この方法はほとんど単結晶に
近い大きな結晶粒径が得られる。（13th.
Photovoltaic.Specialists.Conference P137
1978）この方法の利点は多結晶粒径が大きいこと
にあり、欠点は冷却時に生じたストレスによりシ
リコン結晶内部に結晶欠陥が発生してしまう。ま
たグレーデツドクルシブル（Graded.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。これは低価格化を
さまたげる大きな要因となつている。
上記した方法と異なつた粉末離型剤法は鋳型内
面に粉末離型剤（窒化シリコン）を塗布しその中
でシリコンを溶融し冷却固化して多結晶シリコン
塊を得る方法である（昭和55年春季応用物理学会
予稿集P536）。粉末離型剤の存在は冷却時におけ
る多結晶シリコンと鋳型の熱膨張係数の差によつ
て生ずるストレスを緩和し、したがつて結晶内に
発生する結晶欠陥をおさえる。また多結晶シリコ
ン塊を鋳型から容易に分離することができ、鋳型
との固着が原因で生ずる多結晶シリコン塊へのク
ラツクの発生を防ぐことができる。
面に粉末離型剤（窒化シリコン）を塗布しその中
でシリコンを溶融し冷却固化して多結晶シリコン
塊を得る方法である（昭和55年春季応用物理学会
予稿集P536）。粉末離型剤の存在は冷却時におけ
る多結晶シリコンと鋳型の熱膨張係数の差によつ
て生ずるストレスを緩和し、したがつて結晶内に
発生する結晶欠陥をおさえる。また多結晶シリコ
ン塊を鋳型から容易に分離することができ、鋳型
との固着が原因で生ずる多結晶シリコン塊へのク
ラツクの発生を防ぐことができる。
しかし粉末離型剤法の欠点は粉末の塗布の仕方
により薄い部分と厚い部分ができごく一部分が鋳
型と固着することがありこの場合は鋳型より多結
晶シリコン塊を取り出すことができない。
により薄い部分と厚い部分ができごく一部分が鋳
型と固着することがありこの場合は鋳型より多結
晶シリコン塊を取り出すことができない。
本発明の目的の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。
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、冷却時に多結晶
シリコン塊にストレスが加わらないようにし、結
晶欠陥の発生をおさえ更に鋳型も何回も連続して
使用できるようにする必要がある。
シリコン塊にストレスが加わらないようにし、結
晶欠陥の発生をおさえ更に鋳型も何回も連続して
使用できるようにする必要がある。
本発明によれば多結晶シリコン塊を保持する鋳
型の材質にシリコン融液と濡れ難い窒化シリコン
を用い、その鋳型の内面をサンドブラストし、そ
の中にシリコン原料を入れ、シリコンの融点
（1420℃）以上に加熱溶融し、これを冷却させ、
シリコンを固化する多結晶シリコン半導体の製造
方法が得られる。
型の材質にシリコン融液と濡れ難い窒化シリコン
を用い、その鋳型の内面をサンドブラストし、そ
の中にシリコン原料を入れ、シリコンの融点
（1420℃）以上に加熱溶融し、これを冷却させ、
シリコンを固化する多結晶シリコン半導体の製造
方法が得られる。
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。このようなシリコン融液と
濡れ難い窒化シリコン製鋳型により冷却時におけ
る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は緩和され、したがつて結晶
欠陥の発生はおさえられる。また多結晶シリコン
は鋳型と固着することはないので、鋳型から容易
に分離することができる多結晶シリコン塊にクラ
ツクが発生することはない。さらに多結晶シリコ
ンと窒化シリコン製鋳型のために濡れの問題は改
善されることからシリコン融液の固化に際して鋳
型を十分高温に保つことが可能であり、また冷却
速度を任意に選ぶことができる。したがつて得ら
れる多結晶の粒径も大きいものができやすい。
化なく保たれている。このようなシリコン融液と
濡れ難い窒化シリコン製鋳型により冷却時におけ
る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は緩和され、したがつて結晶
欠陥の発生はおさえられる。また多結晶シリコン
は鋳型と固着することはないので、鋳型から容易
に分離することができる多結晶シリコン塊にクラ
ツクが発生することはない。さらに多結晶シリコ
ンと窒化シリコン製鋳型のために濡れの問題は改
善されることからシリコン融液の固化に際して鋳
型を十分高温に保つことが可能であり、また冷却
速度を任意に選ぶことができる。したがつて得ら
れる多結晶の粒径も大きいものができやすい。
鋳型として要求される性質はシリコンが溶融す
る温度で、シリコンおよび鋳型材質とが激しく反
応するものであつてはならない。あるいはまた反
応することはないが得られる多結晶シリコン半導
体としての特性を低下させるものであつてはなら
ない。窒化シリコンはナイトライド系ニユーセラ
ミツクスの代表的なもので従来のOxide系にない
特性を有している。即ち1900℃で昇華するが溶融
金属と濡れ難く、また化学安定性が高く、高温度
強度が大きい特質を有している。窒化シリコン鋳
型の内面をサンドブラストで研磨し面を荒く削
る。これは離型剤の役目をし鋳型から固化したシ
リコンを取り出しやすいようにするためである。
次に本発明の一実施例について図面を用いて説明
する。
る温度で、シリコンおよび鋳型材質とが激しく反
応するものであつてはならない。あるいはまた反
応することはないが得られる多結晶シリコン半導
体としての特性を低下させるものであつてはなら
ない。窒化シリコンはナイトライド系ニユーセラ
ミツクスの代表的なもので従来のOxide系にない
特性を有している。即ち1900℃で昇華するが溶融
金属と濡れ難く、また化学安定性が高く、高温度
強度が大きい特質を有している。窒化シリコン鋳
型の内面をサンドブラストで研磨し面を荒く削
る。これは離型剤の役目をし鋳型から固化したシ
リコンを取り出しやすいようにするためである。
次に本発明の一実施例について図面を用いて説明
する。
図のように内面２をサンドブラストした直径50
φの窒化シリコン鋳型１の中に高純度シリコン原
料500ｇを入れこれを1450℃に加熱融解する。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３となる。
鋳型内でシリコンは窒化シリコン材質と固着する
ことなく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。鋳型内面を荒
くサンドブラストで研磨して削つているため鋳型
内面とシリコン融液との接触面積がサンドブラス
トしていない場合と比べて小さいために多結晶シ
リコン塊を取り出しやすい。
φの窒化シリコン鋳型１の中に高純度シリコン原
料500ｇを入れこれを1450℃に加熱融解する。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３となる。
鋳型内でシリコンは窒化シリコン材質と固着する
ことなく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。鋳型内面を荒
くサンドブラストで研磨して削つているため鋳型
内面とシリコン融液との接触面積がサンドブラス
トしていない場合と比べて小さいために多結晶シ
リコン塊を取り出しやすい。
このようにして固化した多結晶シリコン塊に熱
応力が生じないように除々に冷却して温度を室温
まで下げた。この方法で得られた多結晶シリコン
の粒径は３mm〜20mmのものが容易が得られた。窒
化シリコンの融点は1900℃と高く、シリコン融液
と鋳型との間にも反応もなく、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なく抵抗率として35Ω−
cm〜20Ω−cmの高純度多結晶シリコンが得られ
た。
応力が生じないように除々に冷却して温度を室温
まで下げた。この方法で得られた多結晶シリコン
の粒径は３mm〜20mmのものが容易が得られた。窒
化シリコンの融点は1900℃と高く、シリコン融液
と鋳型との間にも反応もなく、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なく抵抗率として35Ω−
cm〜20Ω−cmの高純度多結晶シリコンが得られ
た。
以上説明したように多結晶シリコン塊形成に際
して、窒化シリコンを材料とした鋳型を用いた。
本発明方法により、多結晶シリコン塊にクラツク
が入ることなく結晶粒径が大きく、欠陥の少ない
多結晶シリコンを容易に得ることが可能となつ
た。
して、窒化シリコンを材料とした鋳型を用いた。
本発明方法により、多結晶シリコン塊にクラツク
が入ることなく結晶粒径が大きく、欠陥の少ない
多結晶シリコンを容易に得ることが可能となつ
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…窒化シリコン製鋳型、２…サンドブラスト
した鋳型の内面、３…固化した多結晶シリコン塊
を示す。
において、 １…窒化シリコン製鋳型、２…サンドブラスト
した鋳型の内面、３…固化した多結晶シリコン塊
を示す。
Claims (1)
- １ 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内面
をサンドブラストした窒化シリコン製鋳型の中で
シリコン融液を冷却固化せしめることを特徴とす
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 |
|---|---|---|---|
| JP1742081A JPS57132374A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Manufacture of polycrystalline silicon semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1742081A JPS57132374A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Manufacture of polycrystalline silicon semiconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57132374A JPS57132374A (en) | 1982-08-16 |
| JPS6243535B2 true JPS6243535B2 (ja) | 1987-09-14 |
Family
ID=11943512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1742081A Granted JPS57132374A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Manufacture of polycrystalline silicon semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57132374A (ja) |
-
1981
- 1981-02-10 JP JP1742081A patent/JPS57132374A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57132374A (en) | 1982-08-16 |
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