KR101431360B1 - 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳 - Google Patents

다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳 Download PDF

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미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
미쓰비시마테리알덴시카세이가부시키가이샤
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Abstract

실리콘 융액을 바닥면으로부터 상방을 향하여 일방향 응고시키는 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법으로서, 도가니의 바닥면에는 실리카가 배치 형성되어 있고, 상기 도가니 내에 있어서의 응고 과정을, 상기 도가니의 바닥면을 기준으로 하여, 0 ㎜ 에서 높이 X (10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜) 까지의 제 1 영역과, 높이 X 에서 높이 Y (30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜) 까지의 제 2 영역과, 높이 Y 이상의 제 3 영역으로 구분하고, 상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 이, 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정되고, 상기 제 2 영역에 있어서의 응고 속도 V2 가, 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다. (001), (111) 방위를 향하는 결정이 많이 존재하고, 또한 바닥부에 있어서의 산소 농도가 높은 부분이 적어, 제품으로서 다결정 실리콘의 생산 수율을 대폭 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 잉곳, 및 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법을 제공한다.

Description

다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳{MANUFACTURING METHOD FOR POLYCRYSTALLINE SILICON INGOT, AND POLYCRYSTALLINE SILICON INGOT}
본 발명은, 실리카제 도가니 내에 있어서 실리콘 융액을 일방향 응고시킴으로써 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법, 및 이 제조 방법에 의해 얻어지는 다결정 실리콘 잉곳에 관한 것이다.
본원은 2010년 3월 26일에 일본에 출원된 특허출원 2010-071700호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
다결정 실리콘 잉곳은, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이 태양 전지용 기판의 소재로서 이용되고 있다. 즉, 다결정 실리콘 잉곳을 소정 두께로 슬라이스하여 다결정 실리콘 웨이퍼를 제조하고, 이 다결정 실리콘 웨이퍼를 가공하여 태양 전지용 기판이 제조된다. 태양 전지에서는, 태양 전지용 기판 (다결정 실리콘 웨이퍼) 의 소재인 다결정 실리콘 잉곳의 특성이 변환 효율 등의 성능을 크게 좌우한다.
특히, 다결정 실리콘에 함유되는 산소나 불순물이 많으면, 태양 전지의 변환 효율이 대폭 저하된다. 따라서, 태양 전지의 변환 효율을 높게 유지하기 위해서는, 태양 전지용 기판이 되는 다결정 실리콘 중의 산소량이나 불순물량을 저감시킬 필요가 있다.
도가니 내에서 일방향 응고시킨 다결정 실리콘 잉곳, 즉 하나의 정해진 방향 을 향하여 축차적으로 응고시킴으로써 얻어지는 다결정 실리콘 잉곳에서는, 응고 개시 부분인 바닥부 및 응고 종료 부분인 정상부에 있어서, 산소량이나 불순물량이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 산소량 및 불순물량을 저감시키기 위해서, 일방향 응고된 다결정 실리콘 잉곳의 바닥부 및 정상부는 절단 제거된다.
이하에, 상기 다결정 실리콘 잉곳의 바닥부 및 정상부에 있어서, 각각 산소량 및 불순물량이 높아지는 이유에 대하여 상세하게 설명한다.
도가니 내에서 실리콘 융액을 상방을 향하여 일방향 응고시킨 경우, 고상에서의 불순물의 용해도가 액상보다 낮기 때문에, 고상으로부터 액상을 향하여 불순물이 배출된다. 이 때문에, 고상 부분의 불순물량은 낮아지지만, 반대로 응고 종료 부분인 상기 다결정 잉곳의 정상부에 있어서는, 불순물량이 매우 높아진다.
또, 실리카제 도가니 내에 실리콘 융액을 저류시켰을 때에, 도가니를 구성하는 실리카로부터 실리콘 융액으로 산소가 혼입된다. 실리콘 융액 내의 산소는, SiO 가스로서 액면으로부터 방출된다. 응고 개시시에는 도가니의 바닥면 및 측면으로부터 산소가 혼입되기 때문에, 응고 개시 시점에서는 실리콘 융액 내의 산소량이 높아지고, 응고 개시 부분인 바닥부에서의 산소량이 높아진다. 바닥면측에서의 응고가 진행되어 고액 계면이 상승되면, 측면으로부터만 산소가 혼입되게 되기 때문에, 서서히 실리콘 융액에 혼입되는 산소량은 저감되어 간다. 이상과 같은 이유에서, 응고 개시 부분인 바닥부에서는 산소량이 높아진다.
그래서, 종래 예를 들어 특허문헌 2 에 나타내는 바와 같이, 실리카제 도가니의 내면 (측면 및 바닥면) 에 Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용함으로써, 산소의 혼입을 억제하는 기술이 제공되어 있다.
또, 다결정 실리콘 잉곳을 일방향 응고시키는 경우, 비특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들어 0.2 ㎜/min (12 ㎜/h) 과 같은 일정한 응고 속도로 설정하여 생산 효율의 향상을 도모하고 있었다.
일본 공개특허공보 평10-245216호 일본 공개특허공보 2001-198648호
Noriaki Usami, Kentaro Kutsukake, Kozo Fujiwara, and Kazuo Nakajima ; "Modification of local structures in multicrystals revealed by spatially resolved x-ray rocking curve analysis", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102, 103504 (2007)
태양 전지의 변환 효율은, 태양 전지용 기판이 되는 다결정 실리콘 중의 산소량이나 불순물량과 더불어, 이 다결정 실리콘의 결정 품질에도 크게 영향받는 것으로 알려져 있다. 일방향 응고에 의해 성장한 다결정 실리콘 잉곳은, 잉곳의 높이 방향으로 신장한 주상정 (柱狀晶) 의 집합체이다. 그리고, 응고 방향과 직교하는 단면에 있어서, 우선 결정 방위인 (001), (111) 방위를 향하는 결정의 비율이 많을수록 태양 전지의 변환 효율이 향상된다.
특허문헌 2 및 비특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용한 경우, Si3N4 코팅층이 실리콘 융액과 화학적으로 젖지 않는, 즉 Si3N4 코팅층에 대한 실리콘 융액의 젖음성이 낮기 때문에, 응고의 개시점이 되는 결정 핵의 발생이 잘 일어나지 않게 된다. 그리고, 결과적으로 결정 핵의 수가 적어진다. 그러면, 응고의 개시 시점에서 성장을 시작한 결정이 그대로 성장하여, 우선 결정 방위인 (001), (111) 방위 이외의 방위로 성장한 결정이 잔존하게 된다. 특히, 다결정 실리콘 잉곳의 중앙보다 하부측 부분에서는 그 경향이 현저하다. 이상으로부터, Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용한 경우, 다결정 실리콘 잉곳의 하부측 부분으로부터 얻어지는 기판을 사용한 태양 전지의 변환 효율은 낮아지는 경향이 있었다.
즉, 종래의 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 있어서는, 산소량을 저감시키기 위해서 Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용하면, 결정 방위가 랜덤하게 되어 태양 전지의 변환 효율을 향상시킬 수 없었다.
한편, 결정 핵의 발생을 일어나기 쉽게 하기 위해서, Si3N4 코팅층을 형성하지 않은 도가니를 사용한 경우에는, 산소의 혼입을 억제할 수 없어 다결정 실리콘 잉곳 내의 산소량이 증가하여, 역시 태양 전지의 변환 효율을 향상시킬 수 없었다.
이와 같이, 종래의 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 있어서는, 산소량의 저감과 결정 방위의 조정을 양립시킬 수 없었다.
또, 최근에는 태양 전지에 대하여 추가적인 변환 효율의 향상이 요구되고 있다. 그 때문에, 종래보다 산소 농도가 낮은 (구체적으로는 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하) 다결정 실리콘의 공급이 요구되고 있다.
종래의 다결정 실리콘 잉곳 제조 방법에서는, Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용해도, 실리콘 융액 내로의 산소의 혼입을 억제할 수는 있어도 완전히 방지할 수는 없다. 따라서, 전술한 바와 같이, 응고 개시부인 바닥부측의 산소 농도가 높아진다. 제품으로서의 다결정 실리콘의 산소량의 상한값을 낮게 설정한 경우, 상기 설정값을 만족시키기 위해서는, 다결정 실리콘 잉곳의 바닥부측을 크게 절단 제거할 필요가 있다. 이 경우, 다결정 실리콘 잉곳당 제품화되는 다결정 실리콘의 양이 적어져, 다결정 실리콘의 생산 효율이 대폭 저감된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 서술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 우선 성장 방위인 (001), (111) 방위를 향하는 결정이 많이 존재하고, 또한 다결정 실리콘 잉곳 바닥부의 산소 농도가 높은 부분을 적게 함으로써, 제품으로서 다결정 실리콘의 생산 수율을 대폭 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 것이 가능한 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태의 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법은, 도가니 내에 있어서 용융 실리콘을, 그 바닥면으로부터 상방을 향하여 일방향 응고시키는 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법으로서, 상기 도가니는 실리카로 구성되고, 그 측벽 내면에는 질화규소의 코팅층이 형성되고, 그 바닥면에는 실리카가 배치 형성되어 있고, 상기 도가니 내에 있어서의 응고 과정을, 상기 도가니의 바닥면을 기준으로 하여 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역과, 높이 X 에서 높이 Y 까지의 제 2 영역과, 높이 Y 이상의 제 3 영역으로 구분하고, 이 높이 X 가 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜, 높이 Y 가 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 로 되어 있고,
상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 이, 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정되고, 상기 제 2 영역에 있어서의 응고 속도 V2 가, 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있는 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법이다.
이 구성의 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 의하면, 상기 도가니 내에 있어서의 응고 과정을, 상기 도가니의 바닥면을 기준으로 하여 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역과, 높이 X 에서 높이 Y 까지의 제 2 영역과, 높이 Y 이상의 제 3 영역으로 구분하고, 제 1 영역과 제 2 영역에 있어서의 응고 속도를 규정하고 있다.
상기 도가니는, 실리카로 구성되고, 그 측벽 내면에는 질화규소 코팅층이 형성되고, 그 바닥면에는 실리카가 배치 형성되어 있으므로, 응고의 개시점이 되는 도가니의 바닥면에 있어서는 실리카가 노출되어 있게 된다. 실리카는 실리콘 융액과 화학적으로 젖는, 즉 실리카에 대한 실리콘 융액의 젖음성이 높기 때문에, 결정 핵의 발생이 일어나기 쉬워져, 결과적으로 이 결정 핵을 기점으로 하여 응고의 초기 단계에 수많은 미세한 결정이 형성된다. 이 미세한 결정군은 랜덤한 결정 방위를 가지고 있다. 본 발명의 제 1 양태에서는, 상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 빠르게 하고 있기 때문에, 이 제 1 영역에 있어서 랜덤한 결정 방위를 갖는 다수의 결정군을 발생시키는 것이 가능해진다.
제 2 영역에 있어서, 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 로 설정하여, 비교적 느리게 하면, 랜덤한 결정 방위를 갖는 결정군으로부터의 방위 선택적인 결정의 성장이 일어나, 우선 성장 방위를 향하는 결정이 주로 성장한다. 그 결과, 결정 방위가 갖추어진 큰 주상정으로 이루어지는 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 것이 가능해진다. 여기서, 실리콘의 우선 성장 방위가 (001), (111) 방위이기 때문에, 전술한 주상정은 이들 방위를 향하게 되어, 태양 전지의 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 빠르게 하고 있기 때문에, 도가니의 바닥면 부분에 고상을 빠르게 형성할 수 있으므로, 도가니의 바닥면으로부터 실리콘 융액으로의 산소의 혼입을 억제할 수 있다. 또, 제 1 영역의 높이 X 가 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 도가니의 바닥면으로부터 실리콘 융액으로의 산소의 혼입을 확실히 억제할 수 있다.
또, 상기 제 2 영역에 있어서의 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 느리게 하고 있기 때문에, 이 제 2 영역에 있어서 실리콘 융액 내의 산소를 액면으로부터 방출시키는 것이 가능해져, 실리콘 융액 내의 산소량을 대폭 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 결정의 방위 선택적인 성장을 확실하게 실시할 수 있다.
그리고, 제 1 영역 및 제 2 영역의 높이 Y 가 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 로 되어 있으므로, 산소량이 높은 부분의 길이, 및 결정이 랜덤한 방위를 향하고 있는 부분의 길이를 짧게 할 수 있어, 제품이 되는 다결정 실리콘의 생산 수율을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 응고 속도 V1 이 10 ㎜/h 미만이면 결정 핵의 발생이 불충분해져, 랜덤한 결정 방위를 갖는 다수의 결정군을 발생시킬 수 없게 된다. 또, 응고 속도 V1 이 20 ㎜/h 를 초과하면, 제 1 영역의 높이 X 를 얇게 할 수 없게 된다.
이 때문에, 상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하고 있다.
또한, 응고 속도 V2 가 1 ㎜/h 미만이면, 고상이 재용융될 가능성이 있다.
또, 응고 속도 V2 가 5 ㎜/h 를 초과하면, 결정의 방위 선택적인 성장, 및 산소의 방출을 충분히 실시할 수 없게 된다. 이 때문에, 상기 제 2 영역에 있어서의 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정하고 있다.
여기서, 상기 제 2 영역의 높이 Y-X 가, 10 ㎜ ≤ Y-X ≤ 40 ㎜ 의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 제 2 영역의 높이 Y-X 가, Y-X ≥ 10 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 결정의 방위 선택적인 성장을 실시하는 시간, 및 실리콘 융액 내의 산소를 외부로 방출하는 시간이 충분히 확보되어, 우선 성장 방위의 결정을 선택하여 성장시킬 수 있음과 함께, 다결정 실리콘 잉곳 내의 산소량을 확실히 저감시킬 수 있다. 한편, 상기 제 2 영역의 높이 Y-X 가, Y-X ≤ 40 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 산소량이 높은 부분 및 결정이 랜덤한 방위를 향하고 있는 부분의 길이를 확실히 짧게 할 수 있다.
또, 상기 제 3 영역에 있어서의 응고 속도 V3 은, 5 ㎜/h ≤ V3 ≤ 30 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 제 3 영역에 있어서의 응고 속도 V3 이, V3 ≥ 5 ㎜/h 로 되어 있기 때문에, 다결정 실리콘 잉곳의 생산 효율을 높게 유지할 수 있다. 한편, 상기 제 3 영역에 있어서의 응고 속도 V3 이, V3 ≤ 30 ㎜/h 로 되어 있기 때문에, 일방향 응고를 원활히 실시할 수 있다.
상기 도가니의 바닥면 내측에는, 슬러리층과 스터코 (stucco) 층이 적층된 실리카 다층 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 도가니의 바닥면 내측에, 실리카를 함유하는 슬러리를 도포한 슬러리층과 실리카 입자를 스터코한 (칠한) 스터코층이 적층된 실리카 다층 코팅층이 형성되어 있기 때문에, 다결정 실리콘 잉곳의 바닥부 균열을 억제할 수 있다. 또한, 상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, 이 슬러리층과 스터코층을 합계로 3 층 이상 4 층 이하 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태의 다결정 실리콘 잉곳은, 전술한 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 의해 제조된 다결정 실리콘 잉곳으로서, 상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분의 수평 단면에 있어서, 결정의 성장 방위를 EBSD 법으로 측정하여, (100), (101), (111) 을 정점으로 하는 스테레오 삼각형 내의 방위 분포를 구하고, 이 스테레오 삼각형을 각 변의 이등분점과 상기 스테레오 삼각형의 중심을 연결하는 선에 의해 (100) 측 영역, (101) 측 영역, (111) 측 영역으로 3 분할하고, 이들 각 영역에서 차지하는 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 결과, (101) 측 영역에 분포하는 비율이 10 ％ 이하로 되어 있는 다결정 실리콘 잉곳이다.
이 구성의 다결정 실리콘 잉곳에 있어서는, 상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분에 있어서, 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 결과, 스테레오 삼각형의 (101) 측 영역에 분포하는 비율이 10 ％ 이하로 되어 있고, (001) 측 영역 및 (111) 측 영역에 분포하는 비율이 크게 되어 있기 때문에, 상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분에 있어서, 이미 결정의 방위 선택적인 성장이 충분히 이루어지고 있다. 따라서, 이 부분을 태양 전지용 기판으로서 이용한 경우에도 태양 전지의 변환 효율을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 제 2 양태의 다결정 실리콘 잉곳에서는, 상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분의 단면 중심부에 있어서의 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하로 되어 있다.
이 구성의 다결정 실리콘 잉곳에 있어서는, 상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분의 단면 중심부에 있어서의 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하로 되어 있기 때문에, 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분을 충분히 제품화하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 바닥부에 있어서의 산소 농도가 높은 부분을 적게 하여, 제품으로서 다결정 실리콘의 수율을 대폭 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 것이 가능한 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳의 개략 설명도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 다결정 실리콘 잉곳의 바닥부로부터 40 ㎜ 의 부분의 수평 단면에 있어서, 결정의 성장 방위를 EBSD 법으로 측정한 결과를 스테레오 삼각형에 표시한 도면이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 다결정 실리콘 잉곳을 제조하는 데에 사용되는 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치의 개략 설명도이다.
도 4 는 도 3 에 나타내는 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 있어서 사용되는 도가니의 개략 설명도이다.
도 5 는 도 4 에 나타내는 도가니 내에 있어서의 실리콘 융액의 응고 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 있어서의 응고 속도 설정을 나타내는 패턴도이다.
도 7 은 실시예에 있어서의 다결정 실리콘 잉곳 내의 산소량 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 실시예에 있어서의 본 발명예의 다결정 실리콘 잉곳 내의 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 그래프이다.
도 9 는 실시예에 있어서의 비교예의 다결정 실리콘 잉곳 내의 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 그래프이다.
도 10 은 실시예에 있어서의 종래예의 다결정 실리콘 잉곳 내의 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 그래프이다.
이하에, 본 발명의 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳 (1) 은, 태양 전지용 기판으로서 사용되는 다결정 실리콘 웨이퍼의 소재가 되는 것이다.
본 실시형태의 다결정 실리콘 잉곳 (1) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이 사각형 기둥상을 이루고 있고, 그 높이 H 는, 200 ㎜ ≤ H ≤ 350 ㎜ 의 범위 내로 설정되어 있다. 더욱 상세하게는, 본 실시형태에서는, 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 높이 H = 300 ㎜ 로 설정되어 있다. 또, 사각형의 형상의 바닥면은, 한 변이 약 680 ㎜ 의 정사각형을 이루고 있다.
이 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 바닥부측 부분 (S1) 은 산소 농도가 높고, 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 정상부측 부분 (S2) 은 불순물 농도가 높다. 그 때문에, 이들 바닥부측 부분 (S1) 및 정상부측 부분 (S2) 은 절단 제거되어, 제품부 (S3) 만이 다결정 실리콘 웨이퍼로서 제품화된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 이 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분의 수평 단면에 있어서, 결정의 성장 방위를 EBSD 법으로 측정한다. 보다 상세하게는, 상기 EBSD 법에 의한 측정에 있어서, (001), (101), (111) 을 정점으로 하는 스테레오 삼각형 내의 방위 분포를 구하고, 이 스테레오 삼각형을 각 변의 이등분점과 상기 스테레오 삼각형의 중심을 연결하는 선에 의해 3 개의 영역으로 분할하고, (001), (101), 및 (111) 의 정점을 갖는 영역을 각각 (001) 측 영역, (101) 측 영역, (111) 측 영역으로 정의한다. 그리고, 이들 각 영역에서 차지하는 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타내면, (101) 측 영역에 분포하는 비율이 10 ％ 이하로 되어 있다. 즉, (001) 측 영역 및 (111) 측 영역에 분포하는 결정 방위를 향하는 결정이 많이 존재하고 있는 것이다.
또, 이 다결정 실리콘 잉곳 (1) 에 있어서는, 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분의 단면 중심부에 있어서의 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하가 되도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 이 단면 중심부로부터 가로세로 5 ㎜ × 5 ㎜ × 5 ㎜ 의 측정 샘플을 채취하여, 적외선 형광 분석 (IPS) 법에 의해 산소 농도를 측정하고 있다.
다음으로, 이 다결정 실리콘 잉곳 (1) 을 제조할 때에 사용되는 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치 (10) 에 대하여, 도 3 을 참조하여 설명한다.
이 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치 (10) 는, 실리콘 융액 (L) 이 저류되는 도가니 (20) 와, 이 도가니 (20) 가 재치되는 틸플레이트 (12) 와, 이 틸플레이트 (12) 를 하방으로부터 지지하는 상하 (床下) 히터 (13) 와, 도가니 (20) 의 상방에 배치 형성된 천정 히터 (14) 를 구비하고 있다. 또, 도가니 (20) 의 주위에는 단열재 (15) 가 형성되어 있다.
틸플레이트 (12) 는 중공 구조로 되어 있고, 공급 파이프 (16) 를 통하여 내부에 Ar 가스가 공급되는 구성으로 되어 있다.
도가니 (20) 는, 수평 단면 형상이 각형 (사각형) 또는 환형 (원형) 으로 되어 있고, 본 실시형태에서는 각형 (사각형) 으로 되어 있다.
이 도가니 (20) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실리카로 이루어지는 도가니 본체 (21) 와, 이 도가니 본체 (21) 의 측벽 내측에 형성된 Si3N4 코팅층 (22) 과, 도가니 본체 (21) 의 바닥면 (20a) 에 형성된 실리카 다층 코팅층 (27) 을 구비하고 있다.
Si3N4 코팅층 (22) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 0.2 ∼ 4.0 ㎛ 의 Si3N4 분말 (24) 과 나트륨을 10 ∼ 6000 ppm 함유하는 실리카 (25) 로 이루어지는 혼합체 소지 (素地) 내에 50 ∼ 300 ㎛ 의 미세 용융 실리카 모래 (26) 가 분산된 구조로 되어 있다. 그리고, Si3N4 코팅층 (22) 의 최표면에는 Si3N4 분말 (24) 과 나트륨 함유 실리카 (25) 로 이루어지는 혼합체 소지가 배치 (노출) 되어 있다.
또, 실리카 다층 코팅층 (27) 은, 슬러리층 (28) 과 스터코층 (29) 이 적층 배치된 다층 구조로 되어 있다. 이 실리카 다층 코팅층 (27) 은, 슬러리층 (28) 및 스터코층 (29) 이 합계로 3 층 이상 4 층 이하 적층 배치되어 있다. 여기서, 슬러리층 (28) 은, 입도 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 필러와 콜로이달 실리카의 수분산액을 혼합한 슬러리를 도포함으로써 형성된다. 또, 스터코층 (29) 은, 입도 0.3 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하의 실리카 입자를 산포함 (칠함) 으로써 형성된다.
또, 도시하지 않지만, 응고 계면의 높이를 모니터하기 위한 열전쌍이 도가니 (20) 의 측면에 설치되어 있다.
다음으로, 본 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 전술한 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치 (10) 를 사용하여 다결정 실리콘 잉곳 (1) 을 주조하는 구성으로 되어 있다.
우선, 측벽 내면에 Si3N4 코팅층 (22) 이 형성되고, 바닥면에 실리카 다층 코팅층 (27) 이 형성된 도가니 (20) 내에 실리콘 원료를 장입한다. 여기서, 실리콘 원료로는, 11 N (순도 99.999999999) 의 고순도 실리콘을 분쇄하여 얻어진 「청크」라고 불리는 괴상의 것이 사용된다. 이 괴상의 실리콘 원료의 입경은, 예를 들어 30 ㎜ 내지 100 ㎜ 로 되어 있다.
이 실리콘 원료를, 천정 히터 (14) 와 상하 히터 (13) 에 통전시켜 가열한다. 이로써, 도가니 (20) 내에는 실리콘 융액 (L) 이 저류된다.
다음으로, 상하 히터 (13) 에 대한 통전을 정지시키고, 틸플레이트 (12) 의 내부에 공급 파이프 (16) 를 통하여 Ar 가스를 공급한다. 이로써, 도가니 (20) 의 바닥부를 냉각시킨다. 또한, 천정 히터 (14) 에 대한 통전을 서서히 감소시킴으로써, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (L) 은, 도가니 (20) 의 바닥부로부터 냉각되고, 바닥부로부터 상방을 향하여 일방향 응고된다.
이 때, 틸플레이트 (12) 로의 Ar 가스의 공급량 및 천정 히터 (14) 에 대한 통전량을 제어함으로써, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (L) 의 응고 속도, 즉, 고액 계면의 상방으로의 이동 속도를 조정한다.
그리고, 본 실시형태에서는, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (L) 의 응고 과정을 3 개의 영역으로 구분하고, 각각의 영역마다 응고 속도를 설정하고 있다.
상세히 서술하면, 도가니 (20) 내에 있어서의 응고 과정을, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 을 기준으로 하여, 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역 (A1) 과, 높이 X 에서 높이 Y 까지의 제 2 영역 (A2) 과, 높이 Y 이상의 제 3 영역 (A3) 으로 구분하고, 높이 X 를 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜, 높이 Y 를 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 의 범위 내가 되도록 설정하고 있다. 또, 제 2 영역 (A2) 의 높이 Y-X 가, 10 ㎜ ≤ Y-X ≤ 40 ㎜ 의 범위 내가 되도록 설정하고 있다.
본 실시형태에서는, X = 20 ㎜, Y = 40 ㎜ 로 하고, 제 2 영역 (A2) 의 높이 Y-X 를 20 ㎜ 로 하고 있다.
각각의 영역에 있어서의 응고 속도는, 다음과 같이 설정되어 있다. 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 은 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다. 제 2 영역 (A2) 에 있어서의 응고 속도 V2 는 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다. 제 3 영역 (A3) 에 있어서의 응고 속도 V1 은 5 ㎜/h ≤ V1 ≤ 30 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 바닥부로부터 20 ㎜ 까지의 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 이 15 ㎜/h, 20 ㎜ 에서 40 ㎜ 까지의 제 2 영역 (A2) 에 있어서의 응고 속도 V2 가 3 ㎜/h, 40 ㎜ 에서 300 ㎜ 까지의 제 3 영역 (A3) 에 있어서의 응고 속도 V3 이 5.8 ㎜/h 로 설정되어 있다. 다결정 실리콘 잉곳 (1) 전체의 평균 응고 속도는 6.5 ㎜/h 이다.
일방향 응고시에 있어서의, 도가니 내의 실리콘의 고액 계면은 플랫한 형상을 하고 있다. 실리콘의 고액 계면의 도가니 바닥면으로부터의 높이는, 도가니 측면에 설치한 열전쌍에 의해 모니터한다.
이와 같이 하여, 도 1 에 나타내는 사각 기둥상의 다결정 실리콘 잉곳 (1) 이, 일방향 응고법에 의해 성형된다.
이상의 구성을 갖는 본 실시형태의 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳 (1) 에 있어서는, 도가니 (20) 내에 있어서의 응고 과정을, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 을 기준으로 하여, 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역 (A1) 과, 높이 X 에서 높이 Y 까지의 제 2 영역 (A2) 과, 높이 Y 이상의 제 3 영역 (A3) 으로 구분하고, 각각의 영역에 있어서의 응고 속도를 규정하고 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 도가니 (20) 의 측벽 내면에 Si3N4 코팅층 (22) 이 형성되고, 바닥면 (20a) 에 실리카 다층 코팅층 (27) 이 형성되어 있기 때문에, 응고의 개시점이 되는 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 에 있어서는, 실리콘 융액 (L) 과 화학적으로 젖는, 즉 실리콘 융액 (L) 에 대한 젖음성이 높은, 실리카가 노출되어 있게 되어 결정 핵의 발생을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 빠르게 함으로써, 전술한 핵을 기점으로 하여 랜덤한 결정 방위를 갖는 다수의 결정군을 발생시키는 것이 가능해진다.
그리고, 제 2 영역 (A2) 에 있어서, 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 느리게 하면, 랜덤한 결정 방위를 갖는 결정군의 선택적인 성장이 일어나, 우선 성장 방위를 향하는 결정이 주로 성장한다. 그 결과, 결정 방위가 갖추어진 큰 주상정으로 이루어지는 다결정 실리콘 잉곳 (1) 을 주조하는 것이 가능해진다. 여기서, 실리콘 다결정의 우선 성장 방위가 (001), (111) 방위이기 때문에, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전술한 주상정으로서 이들 방위를 향하는 것이 많이 존재하게 되어, 태양 전지의 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 빠르게 하고 있기 때문에, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 에 고상이 빠르게 형성된다. 그 결과, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 으로부터 실리콘 융액 (L) 으로의 산소의 혼입을 억제할 수 있다. 또, 제 1 영역 (A1) 의 높이 X 가 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜ 로 되어 있고, 본 실시형태에서는 X = 20 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 으로부터 실리콘 융액 (L) 으로의 산소의 혼입을 확실히 억제할 수 있다.
또, 제 2 영역 (A2) 에 있어서의 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정하여, 비교적 느리게 하고 있기 때문에, 이 제 2 영역 (A2) 에 있어서 실리콘 융액 (L) 내의 산소를 액면으로부터 방출시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 실리콘 융액 (L) 내의 산소량을 대폭 저감시킬 수 있다. 그리고, 제 1 영역 (A1) 및 제 2 영역 (A2) 의 높이 Y 가 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 로 되고, 본 실시형태에서는 Y = 40 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 산소량이 높은 부분의 길이를 짧게 할 수 있어, 제품이 되는 다결정 실리콘 잉곳의 수율을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 응고 속도 V1 이 10 ㎜/h 미만이면, 결정 핵의 발생이 불충분해져 랜덤한 결정 방위를 갖는 다수의 결정군을 발생시킬 수 없게 된다. 또, 응고 속도 V1 이 20 ㎜/h 를 초과하면, 제 1 영역 (A1) 의 높이 X 를 얇게 할 수 없게 된다. 이 때문에, 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 을 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정하고 있다.
또, 응고 속도 V2 가 1 ㎜/h 미만이면, 고상이 재용융되어 버릴 가능성이 있다.
또, 응고 속도 V2 가 5 ㎜/h 를 초과하면, 결정의 선택적인 성장 및 산소의 방출을 충분히 실시할 수 없게 된다. 이 때문에, 제 2 영역 (A2) 에 있어서의 응고 속도 V2 를 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정하고 있다.
또한, 제 2 영역 (A2) 의 높이 Y-X 가, 10 ㎜ ≤ Y-X ≤ 40 ㎜ 의 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는 Y-X = 20 ㎜ 로 되어 있기 때문에, 결정의 선택 성장을 실시하는 시간 및 실리콘 융액 내의 산소를 외부로 방출하는 시간이 충분히 확보된다. 그 결과, 우선 성장 방위의 결정을 선택적으로 성장시킬 수 있음과 함께, 다결정 실리콘 잉곳 내의 산소량을 확실하게 저감시킬 수 있다.
또, 제 3 영역 (A3) 에 있어서의 응고 속도 V3 은, 5 ㎜/h ≤ V3 ≤ 30 ㎜/h 의 범위 내로 설정되고, 본 실시형태에서는 V3 = 5.9 ㎜/h 로 설정되어 있기 때문에, 다결정 실리콘 잉곳의 생산 효율을 확보할 수 있음과 함께, 일방향 응고를 원활히 실시할 수 있다.
또한, 도가니 (20) 의 바닥면에, 실리카를 함유하는 슬러리를 도포한 슬러리층 (28) 과 실리카 입자를 스터코한 (바른) 스터코층 (29) 이 적층된 실리카 다층 코팅층 (27) 이 형성되어 있기 때문에, 다결정 실리콘 잉곳 (1) 의 바닥부 균열을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳 (1) 은, 도가니 (20) 의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분의 수평 단면에 있어서, 결정의 성장 방위를 EBSD 법으로 측정하여, (001), (101), (111) 을 정점으로 하는 스테레오 삼각형 내의 방위 분포를 구하고, 이 스테레오 삼각형을 각 변의 이등분점과 상기 스테레오 삼각형의 중심을 연결하는 선에 의해 (001) 측 영역, (101) 측 영역, (111) 측 영역으로 3 분할하고, 이들 각 영역에서 차지하는 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 결과, (101) 측 영역에 분포하는 비율이 10 ％ 이하로 되어 있기 때문에, 이 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분에 있어서 이미 선택 성장이 이루어지고 있게 되어, 이 부분을 태양 전지용 기판으로서 이용한 경우에 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳 (1) 은, 도가니 (20) 의 바닥면 (20a) 에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분의 단면 중심부에 있어서의 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하로 되어 있기 때문에, 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분을 충분히 제품화하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태인 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 다결정 실리콘 잉곳에 대하여 설명했는데, 이것에 한정되는 것은 아니고, 적절히 설계 변경할 수 있다.
예를 들어, 도 2 에 나타내는 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 의해 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 것으로 하여 설명했는데, 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 구조의 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 의해 다결정 실리콘 잉곳을 제조해도 된다.
또, 다결정 실리콘 잉곳의 크기나 형상은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히 설계 변경해도 된다.
실시예
본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과를 이하에 나타낸다. 본 실시형태에서 설명한 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 사용하여, 가로세로 680 ㎜ × 높이 300 ㎜ 의 다결정 실리콘 잉곳을 주조하였다.
본 발명예로서 도 4 에 나타내는 바와 같이, 측벽 내면에 Si3N4 코팅층을 형성하고, 바닥면 내측에 실리카 다층 코팅층을 형성한 도가니를 이용하여, 전술한 실시형태에 기재된 패턴으로 응고 속도를 변화시켜 다결정 실리콘 잉곳을 주조하였다. 즉, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 바닥부로부터 20 ㎜ 까지의 제 1 영역 (A1) 에 있어서의 응고 속도 V1 을 15 ㎜/h, 20 ㎜ 에서 40 ㎜ 까지의 제 2 영역 (A2) 에 있어서의 응고 속도 V2 를 3 ㎜/h, 40 ㎜ 에서 300 ㎜ 까지의 제 3 영역 (A3) 에 있어서의 응고 속도 V3 을 5.8 ㎜/h 로 설정하였다. 또한, 다결정 실리콘 잉곳 (1) 전체의 평균 응고 속도는 6.5 ㎜/h 가 되어, 응고에 필요로 한 시간은 52.7 시간이었다.
또, 비교예로서 측벽 내면 및 바닥면 내측 (즉, 내면 전체) 에 Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용하여, 본 발명예와 마찬가지로 도 6 에 기재된 패턴으로 응고 속도를 변화시켜 다결정 실리콘 잉곳을 주조하였다.
또한, 종래예로서 측벽 내면 및 바닥면 내측 (즉, 내면 전체) 에 Si3N4 코팅층을 형성한 도가니를 사용하여, 응고 속도를 5.1 ㎜/h 로 일정하게 하여 다결정 실리콘 잉곳을 주조하였다. 또한, 응고에 필요로 한 시간은 59 시간이었다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명예, 비교예, 종래예의 다결정 실리콘 잉곳에 대하여, 높이 10 ㎜, 25 ㎜, 50 ㎜, 100 ㎜, 150 ㎜, 200 ㎜, 250 ㎜, 290 ㎜ 의 각 8 개 지점에 있어서, 수평 단면 중앙부로부터 5 ㎜ × 5 ㎜ × 5 ㎜ 의 측정 샘플을 채취하여, 적외선 형광 분석 (IPS) 법에 의해 실리콘 중의 산소 농도를 측정하였다. 측정 결과를 도 7 에 나타낸다.
또, 본 발명예, 비교예, 종래예의 다결정 실리콘 잉곳에 대하여, 높이 20 ㎜, 40 ㎜, 60 ㎜, 100 ㎜, 200 ㎜, 280 ㎜ 의 각 6 개 지점에 있어서, 수평 단면 중앙부로부터 5 ㎜ × 5 ㎜ × 5 ㎜ 의 시험편을 잘라내어, EBSD 법에 의해 결정 방위 분포를 측정하였다. 그리고, (001), (111), (101) 을 정점으로 하는 스테레오 삼각형 내의 방위 분포를 구하고, 이 스테레오 삼각형을 각 변의 이등분점과 상기 스테레오 삼각형의 중심을 연결하는 선에 의해 (001) 측 영역, (101) 측 영역, (111) 측 영역으로 3 분할하고, 이들 각 영역에서 차지하는 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타냈다. 결과를, 본 발명예의 측정 결과를 도 8 에, 비교예의 측정 결과를 도 9 에, 종래예의 측정 결과를 도 10 에 나타낸다.
종래예에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 바닥부 근방에 있어서 산소 농도가 매우 높아져 있고, 바닥부로부터 높이 50 ㎜ 의 부분에서도 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 를 초과하였다.
또, 비교예 및 본 발명예에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 종래예에 비하면 산소 농도가 낮고, 바닥부의 약간의 부분에서만 산소 농도가 높아져 있고, 높이 20 ㎜ 의 부분에서 이미 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하였다.
또, 본 발명예에 있어서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 바닥부로부터 40 ㎜ 의 수평 단면에 있어서, 결정 방위가 (101) 영역에 있는 결정의 비율이 10 ％ 이하로 되어 있어, (001), (111) 방위로의 선택 성장이 이루어지고 있음이 확인된다. 즉, 본 발명예에서는, 바닥부로부터 40 ㎜ 의 부분에서 (001), (111) 방위가 향하는 결정이 성장하고 있는 것이다.
이에 반하여, 비교예에 있어서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 결정 방위가 (101) 영역에 있는 결정의 비율이 바닥부로부터 이간됨에 따라 점차 감소하는 경향이 확인되는데, 바닥부로부터 100 ㎜ 의 부분에서도 결정 방위가 (101) 영역에 있는 결정의 비율이 10 ％ 를 초과하고 있다. 따라서, 이 100 ㎜ 까지의 부분을 태양 전지용 기판으로서 사용한 경우, 태양 전지의 변환 효율이 저하되어 버린다.
또, 종래예에 있어서는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 바닥부로부터 200 ㎜ 의 부분에서도 결정 방위가 (101) 영역에 있는 결정의 비율이 20 ％ 를 초과하고 있어, 결정의 성장 방위의 제어가 전혀 이루어지고 있지 않았다.
이상으로부터, 본 발명에 의하면, 우선 성장 방위인 (001), (111) 방위를 향하는 결정이 많이 존재하고, 또한 바닥부에 있어서의 산소 농도가 높은 부분을 적게 한 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는 것이 가능함이 확인되었다.
산업상 이용가능성
다결정 실리콘 잉곳의 바닥부에 있어서의 산소 농도가 높은 부분을 적게 함으로써 고품질인 다결정 실리콘 잉곳을 제공할 수 있다.
1 다결정 실리콘 잉곳
20 도가니
22 Si3N4 코팅층
27 실리카 다층 코팅층

Claims (7)

  1. 도가니 내에 있어서 용융 실리콘을, 그 바닥면으로부터 상방을 향하여 일방향 응고시키는 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법으로서,
    상기 도가니는 실리카로 구성되고, 그 측벽 내면에는 질화규소 코팅층이 형성되고, 그 바닥면에는 실리카가 노출되도록 실리카가 배치 형성되어 있고,
    상기 도가니 내에 있어서의 응고 과정을, 상기 도가니의 바닥면을 기준으로 하여 0 ㎜ 에서 높이 X 까지의 제 1 영역과, 높이 X 에서 높이 Y 까지의 제 2 영역과, 높이 Y 이상의 제 3 영역으로 구분하고, 이 높이 X 가 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜, 높이 Y 가 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 로 되어 있고,
    상기 제 1 영역에 있어서의 응고 속도 V1 이, 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정되고, 상기 제 2 영역에 있어서의 응고 속도 V2 가, 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 영역의 높이 Y-X 가, 10 ㎜ ≤ Y-X ≤ 40 ㎜ 의 범위 내로 설정되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 영역에 있어서의 응고 속도 V3 이, 5 ㎜/h ≤ V3 ≤ 30 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도가니의 바닥면에는, 슬러리층과 스터코층이 적층된 실리카 다층 코팅층이 형성되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 기재된 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에 의해 제조된 다결정 실리콘 잉곳으로서,
    상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 40 ㎜ 의 부분의 수평 단면에 있어서, 결정의 성장 방위를 EBSD 법으로 측정하여, (100), (101), (111) 을 정점으로 하는 스테레오 삼각형 내의 방위 분포를 구하고, 이 스테레오 삼각형을 각 변의 이등분점과 상기 스테레오 삼각형의 중심을 연결하는 선에 의해 (100) 측 영역, (101) 측 영역, (111) 측 영역으로 3 분할하고, 이들 각 영역에서 차지하는 결정 방위 분포를 전자선 회절 패턴의 상대 강도 비율로 나타낸 결과, (101) 측 영역에 분포하는 비율이 10 ％ 이하로 되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도가니의 바닥면에 접촉되어 있던 바닥부로부터 높이 30 ㎜ 의 부분의 단면 중심부에 있어서의 산소 농도가 4 × 1017 atm/㎤ 이하로 되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 도가니의 바닥면에는, 슬러리층과 스터코층이 적층된 실리카 다층 코팅층이 형성되어 있는, 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법.
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