TWI539042B - A crystal growth apparatus, and a method of manufacturing a silicon ingot - Google Patents

A crystal growth apparatus, and a method of manufacturing a silicon ingot Download PDF

Info

Publication number
TWI539042B
TWI539042B TW100133444A TW100133444A TWI539042B TW I539042 B TWI539042 B TW I539042B TW 100133444 A TW100133444 A TW 100133444A TW 100133444 A TW100133444 A TW 100133444A TW I539042 B TWI539042 B TW I539042B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
container
side wall
ingot
crucible
inclination angle
Prior art date
Application number
TW100133444A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201229332A (en
Inventor
Akira Yoshizawa
Takayuki Shimizu
Toshiaki Asahi
Original Assignee
Jx Nippon Mining & Metals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jx Nippon Mining & Metals Corp filed Critical Jx Nippon Mining & Metals Corp
Publication of TW201229332A publication Critical patent/TW201229332A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI539042B publication Critical patent/TWI539042B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B17/00—Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

結晶成長裝置以及矽錠的製造方法
本發明是關於用來製造太陽能電池等級的矽錠的矽錠製造用容器以及矽錠的製造方法。
以往已知的在太陽能電池所使用的矽錠的製造方法，是在坩堝或鑄模等的容器中收容矽熔液，使該矽熔液從下方凝固而使多晶矽成長的鑄造法(例如專利文獻1～5)。藉由該鑄造法，當矽熔液凝固時，結晶成長的方向整齊定向，所以能防止晶界導致電阻率的增大而能製造出優質的晶圓。藉由鑄造法，可大量生產矽錠。
一般來說，在藉由鑄造法所用的容器的內面形成有脫模件。當藉由鑄造法製造矽錠時，當矽熔液在容器內凝固時而矽與容器反應的話，矽結晶會固著於容器而很難將矽錠取出。因此，藉由在容器的內面形成脫模件，讓矽結晶不與容器直接接觸。
而由於矽熔液的密度為2.5g/cm3，固體密度為2.33g/cm3，所以當矽熔液在容器內凝固時其體積會大約膨脹7%。而且伴隨該體積膨脹會對容器產生應力，而變得不易從容器取出矽錠，並且有時會讓在容器上形成的脫模件損壞。脫模件損壞的話，矽結晶接觸於容器而固著，所以矽錠的取出性則更加惡化。
因此，需要用來緩和當使矽熔液凝固時伴隨體積膨脹所產生的應力之技術。例如提出一種技術(例如專利文獻1)，藉由將容器的開口部從鉛直方向朝外側傾斜，在容器側面緩和垂直的應力分力，讓矽結晶不易侵入容器。在專利文獻1，是揭示一種具有傾斜部的容器，以朝向容器的開口部擴張的方向，使側面全體傾斜3°以上。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]　日本實開昭58-22936號公報
[專利文獻2]　日本實公平3-22907號公報
[專利文獻3]　日本特開平6-345416號公報
[專利文獻4]　日本特開平10-182133號公報
[專利文獻5]　日本特表2010-503596號公報
在使用專利文獻1記載的具有傾斜部的容器的情況，如果容器側面的傾斜角太小的話，就無法得到將矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力予以分散的效果，所以矽錠不易從容器取出且讓脫模件損壞這樣的問題並沒有消除。而容器側面的傾斜角太大的話，將矽錠的外周部切斷時的損失就會變多，良率(原料採取率)會降低所以並不適合(參考第5圖)。
當藉由鑄造法製造矽錠時，由於從形成有脫模件的容器底部使矽結晶成長，所以很難減低結晶晶界。結果，會因為載體的損失導致結晶品質的降低、或因為結晶晶界的成長導致良率的降低。
本發明為了解決上述課題，其目的要提供一種矽錠製造用容器以及矽錠的製造方法，能容易將所培養的矽錠從容器取出，並且能提高矽錠的良率。
請求項1記載的發明，是上面開口的有底筒狀的矽錠製造用容器，用來使矽錠熔液凝固而使多晶矽成長；該容器的側壁，是由：鉛直地形成的側面下部、與該側面下部連接設置而傾斜成相對於鉛直方向以預定的傾斜角θ朝向上面開口部擴張的側面中部、以及鉛直地與該側面中部連接設置的側面上部所構成。
請求項2記載的發明，在請求項1記載的矽錠製造用容器其中，上述傾斜角θ，為10～80°。
請求項3記載的發明，在請求項2記載的矽錠製造用容器其中，上述傾斜角θ，為15～60°。
請求項4記載的發明，在請求項2記載的矽錠製造用容器其中，上述傾斜角θ，為20～70°。
請求項5記載的發明，在請求項2記載的矽錠製造用容器其中，上述傾斜角θ，為20～45°。
請求項6記載的發明，在請求項1～5其中任一項記載的矽錠製造用容器，是以石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化鋁的任何一種所構成的材料或將兩種以上組合成的材料所構成。
請求項7記載的發明，對請求項1～6其中任一項記載的矽錠製造用容器，將矽原料投入成讓矽熔液的表面位於上述傾斜部，使上述矽熔液凝固而使多晶矽成長。
請求項8記載的發明，在請求項7記載的矽錠的製造方法其中，使種晶接觸於上述矽熔液的表面，一邊將上述種晶拉起一邊使上述矽熔液從表面凝固而使多晶矽成長。
請求項9記載的發明，在請求項8記載的矽錠的製造方法其中，以因應於上述矽熔液凝固時的體積膨脹的速度，將上述種晶拉起。
以下針對完成本發明的原委來說明。
習知作為一種結晶成長法，已知有泡生法(Kyropulos Method)，使種晶接觸於熔液表面，從熔液面朝向下方使結晶成長。在該泡生法，由於從異物較少的熔液面讓結晶成長，所以能預期較鑄造法有更高品質的矽結晶。本發明者研究取代從形成有脫模件的容器底部使結晶成長的鑄造法，而確定利用泡生法來製造矽錠的方法。
首先，當利用泡生法來製造矽錠時，所用的方法是藉由以極低速將成長結晶拉起，來緩和當矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的縱方向的應力。可是，在以該方法製造矽錠的情況，在容器的內面形成的脫模件，有很多處面狀地消失，也很難將矽錠取出。
為了追究原因而觀察製造矽錠之後的容器，而了解在矽錠的頂部周緣，也就是與矽熔液的表面附近凝固而結晶化的部分對應的部分，脫模件面狀地消失。而確認了在矽錠的頂部周緣，涵蓋周方向形成有高度0.1～0.5mm程度的凸部。
另一方面，在藉由鑄造法製造矽錠的情況也同樣地，在與矽錠的頂部對應的部分，其脫模件消失。所以應該不是因為結晶成長法所導致，而是當矽熔液的表面附近凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力，顯著地大於其他部分凝固時的體積膨脹所伴隨的應力。而認為在利用泡生法的情況，當矽熔液的表面附近凝固時，朝橫方向膨脹的矽結晶(尤其是頂部周緣的凸部)侵入脫模件，在該狀態藉由半強拉地將其拉起則讓脫模件剝離。
而且發現，藉由著眼於矽熔液的表面位置的部分來改善容器的形狀，則能有效地分散矽凝固時的體積膨脹(尤其是橫方向的體積膨脹)所伴隨產生的應力，藉此能同時達到矽錠從容器取出的取出性與良率，而完成本發明。
藉由本發明，緩和了當矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的對容器產生的應力，所以能有效地防止在容器內面形成的脫模件損壞的情形。於是讓所培養的矽錠不會固著於容器，而能容易取出。
而在矽錠製造用容器，將當矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力變大的部分作為傾斜部，針對應力較小的部分(側面下部)則鉛直地形成，所以當將矽錠的外周部切斷時的加工損失就會變少。於是，能達到提升矽錠的良率。
以下根據圖面來詳細說明本發明的實施方式。
第1圖是適用本發明的矽錠製造用容器的剖面圖。第1圖所示的矽錠製造用容器(以下稱為容器)11，例如是以石英材料成形，上面部開口的有底的圓筒狀或方筒狀的容器。容器11的側壁，區劃成：鉛直地形成的側面下部(以下稱為直體部)11c、與側面下部11c連接設置而傾斜成以傾斜角(相對於鉛直方向的傾斜角)θ朝向上面開口部擴張的側面中部(以下稱為傾斜部)11b、以及鉛直地與傾斜部11b連接設置的側面上部11a。
這裡如第6圖(a)所示，當容器11的側壁11a及底壁11d的厚度為T1時，則厚度T1最好為5～20mm程度。小於5mm的話，會有容器材料的脆弱性的問題。另一方面，大於20mm的話，則無法忽視因為容器的隔熱性增加所造成的影響，矽的熔融時間增加，則由於前導時間或電力成本增加所以讓生產性降低。根據相同的原因，側面下部11c的厚度T2希望為5～30mm程度。側面下部11c的長度Lc，雖然沒有特別限制，而當原料在容器內熔解時，側面下部11c以上的長度La+Lb與側面下部11c的長度Lc的比(La+Lb)/Lc最好為「2」以上。矽原料其固體的密度小於液體，所以為了讓熔液面位置至少來到Lc的位置(直體部分11c的最上端)，需要在容器內將原料充填至至少Lc的兩倍的高度的位置。雖然因為原料的形狀，而將其朝容器充填的程度有所不同，而只要成為上述的尺寸比例的話，在實用上是足夠的。上述容器11的厚度或長度，並不限定於方筒狀的容器的情況，圓筒狀的容器也是一樣。
如第6圖(a)所示，容器11的上部及下部的內部尺寸分別為m1、m2時，兩者的差(m1-m2)為2～50mm較佳，最好為10～20mm的範圍。低於2mm的話則無法防止結晶成長中的矽錠侵入脫模件及容器。超過50mm的話，由於容器側面傾斜部及其側面下部的厚壁部分的隔熱性增加，所以與50mm以下的情況相比讓矽的熔融時間增加，由於前導時間或電力成本增加所以讓生產性降低。而在例如從方筒狀或圓筒狀的容器得到例如150～270kg程度的矽錠的情況，例如m2為600mm，m1為602～650mm，最好為610mm～620mm。
在容器11收容有矽熔液，使該矽熔液凝固而使多晶矽成長的情況，位於傾斜部11b的矽熔液凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力，會分散為與傾斜部11b垂直的分力與平行的分力。例如藉由讓傾斜角θ成為3°以上而小於90°，則能使體積膨脹所伴隨產生的應力分散成不會讓脫模件剝離的程度。根據實驗已確認了，當傾斜角小於3°時，所培養的矽錠會侵入脫模件，而讓脫模件損壞。因此，希望傾斜角θ為3°以上。
第2圖是使用容器11的結晶成長裝置的一個例子的顯示圖。
第2圖所示的結晶成長裝置1，是藉由泡生法(Kyropulos Method)來製造矽錠，所使用的容器11是在內面形成有Si3N4焙燒體等的脫模件12。在結晶成長裝置1，容器11被石墨製的承座13所支承，在承座13的外周配置有加熱器14。在容器11的中央配置有結晶拉起軸15，在其前端安裝有：由單晶Si(或多晶Si)所構成的種晶16。
當使用結晶成長裝置1藉由泡生法來製造矽錠時，將矽原料(例如矽熔液)投入到容器11，以讓矽熔液17的表面位於傾斜部11b。然後使種晶16接觸於矽熔液17的表面，使矽熔液17從表面凝固而使多晶矽成長。
此時，藉由一邊以極低速將種晶16拉起一邊使多晶矽成長，則能緩和矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的縱方向的應力。也就是說，種晶16的拉起速度，是與矽熔液17凝固時的縱方向的體積膨脹因應來設定。
矽熔液17的表面，位於容器11的傾斜部11b，所以熔液表面附近凝固時的體積膨脹所伴隨在容器11產生的橫方向的應力會被分散。也就是說，因應於傾斜度θ的大小而讓與傾斜部11b垂直的應力分力變小，所以能防止矽結晶侵入於脫模件12。於是在多晶矽的成長過程，脫模件12不會損壞，所以所培養的矽錠不會固著於容器，能容易將其取出。
藉由將容器11的尺寸(直體部11c的內徑、傾斜角θ等)或所投入的矽原料的量(矽熔液17的表面位置)適當地設定，也能藉由種晶16的拉起操作，讓矽錠的頂部周緣不與容器11(傾斜部11b)的內面接觸。
例如考慮，當位於傾斜部11b的矽熔液的表面附近凝固時，考慮將在液面上形成的結晶以L從種晶16拉起至容器的直體部分的情況的話，在拉起前後，熔液表面的直徑會擴徑為2Ltanθ。於是該擴徑量(2Ltanθ)，如果較矽凝固時的橫方向的體積膨脹更大的話，則矽錠的頂部周緣就不會與容器11(傾斜部11b)的內面接觸。
矽熔液，已知當凝固時會朝橫方向膨脹1mm左右，而藉由本發明者等的實驗，判斷在矽錠的頂部周緣形成有高度α(0.1～0.5mm程度)的凸部，所以藉由將種晶16的拉起量L與傾斜角θ設定成讓擴徑量(2Ltanθ)大於(1+α)，則能讓矽錠的頂部周緣不與容器11(傾斜部11b)的內面接觸。例如L=10.5(mm)，α=0.1(mm)的情況，θ≧3°。
在容器11，將伴隨矽凝固時的體積膨脹所產生的較大應力的部分作為傾斜部11b，針對應力較小的側面下部11c則鉛直地形成，所以將矽錠的外周部切斷而加工成圓柱狀或方柱狀時的損失較小。於是，能達到提升矽錠的良率。
也就是說，如第5圖所示，如果將容器的側面全體傾斜的話，雖然能將矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力予以分散，可是由於矽錠的底部外徑與上部外徑的差變大，所以將矽錠加工成圓柱狀或方柱狀時的損失會變大。
例如使用容器的側面全體的傾斜角為10°的方筒狀容器，而得到底部直徑為90mm、高度為110m、頂部直徑為128mm的矽錠的情況，損失體積為全體的56%。同樣地，為了製作底部直徑為90mm、高度為110mm的矽錠，而傾斜角為20°、30°、45°、70°的情況，除了方筒狀容器與矽錠的上部外徑顯著增加而讓爐具大型化，且計算出在容器底面的矽錠的損失率分別為70%、79%、87%、97%。以該方式，在使容器的側面全體傾斜而施加傾斜角的習知的方法的情況，方柱狀矽錠的良率顯著降低。如果想稍微提高良率的話，也會有切割次數增加的缺點。
相對的，在使用本發明的實施方式的容器11的情況，只在矽錠頂部側面上部具有傾斜部，其他側面部為直體部，所以損失體積率為36%，即使將其傾斜角度變更為10°、20°、30°、45°、70°，損失體積率仍為36%。
當利用泡生法製造矽錠時，一邊將種晶拉起一邊使多晶矽成長，所以藉由適當調整拉起速度，則能讓矽錠的頂部周緣在不接觸脫模件12的狀態將其保持且持續成長。於是，能更有效地防止矽錠侵入脫模件12，也不會因為侵入情形來妨礙成長結晶的拉起操作。
而藉由因應於矽凝固時的體積膨脹而將種晶16拉起，而緩和了體積膨脹所伴隨產生的縱方向的應力，所以也不會產生因為壓縮矽熔液導致的缺失。
藉由讓傾斜角θ為3°以上而小於90°，則使矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力，分散為讓脫模件12不會損壞的程度，可是如果傾斜角θ太小的話，體積膨脹所伴隨產生的應力的分散效果較小，還是會有因為不同情況讓脫模件12損壞的可能性。而傾斜角θ太大的話，為了確保傾斜部11b的高度，會將傾斜部11b橫向大幅伸出，所以會導致裝置的大型化，而成為損失增加的原因，而且在傾斜面與直體部分的交界的彎曲部分，脫模件容易裂開，會有無法輕易取出矽錠的可能。根據這種觀點，傾斜角θ，希望設定在10°～80°，最好為20°～70°，或者15°～60°，更好為20°～45°的範圍。
[實施例]
在實施例1～4，藉由使用結晶成長裝置1的泡生法來製造矽錠。容器11為圓筒狀，其尺寸，直體部11a上的開口部的內徑(m1)為146mm，直體部11c底部的內徑(m2)為125mm，直體部11c的高度Lc為30mm，La+Lb為60mm。傾斜部11b的高度Lb，當傾斜角θ=20°、30°、45°、70°時，分別為29mm、18mm、10mm、4mm。
首先，將添加硼(濃度：1.0×1016atom/cm3)的矽熔液流入圓筒狀容器11，將矽熔液保持成：使矽熔液的表面位於傾斜部11b的中間點(從與直體部11c的交界起算5.25mm處)，深度方向的溫度梯度為10℃/cm。
然後將結晶方位＜100＞且3.5mm見方的Si單結晶所構成的種晶16，接觸於矽熔液的表面，以手動方式一邊將該種晶16以1mm/h拉起一邊使多晶矽成長。此時，將容器11及種晶16以5rpm旋轉，以種晶16為中心使多晶矽成長為同心圓狀。藉由3小時的成長使矽熔液完全固化，而得到實施例的矽錠。容器11的底部的溫度，將成為矽的凝固點也就是1410℃的時間點看作結晶成長的終點。在表1顯示其結果。
以實施例1～4所進行的矽錠的製造，如第3圖所示，在成長過程，並沒有：多晶矽18侵入於脫模件12而妨礙拉起操作的情形。也就是說，使用：形成有傾斜部11b的容器11，並且藉由一邊將種晶16拉起一邊使多晶矽成長，藉此能有效地緩和在矽熔液17所產生的壓縮應力。
而能容易將所製造的矽錠從容器11取出。而並不會產生以往成為問題的容器11與矽錠的頂部周緣的熔接。而且也並未產生在直體狀的矽錠加工時讓矽錠裂開等的實用上的問題。
並且，在所獲得的矽錠，其晶界是整齊朝向縱方向，與藉由鑄造法所製造的矽錠比較，晶界品質更加提升。而確認了使用實施方式的容器11，以泡生法使結晶成長所導致的有效性。
在實施例1～4，雖然顯示了傾斜部11b的傾斜角θ為20°、30°、45°、70°的情況，而傾斜角θ為60°的情況也能得到同樣的結果。將傾斜角θ在10～80°的範圍一點一點改變來進行實驗而比較的結果，確認了：在傾斜角θ為15～60°的情況，矽錠從容器取出的取出性更好，而傾斜角θ在20～45°的情況的良率最優異。
[比較例]
第4圖是在比較例4所使用的結晶成長裝置的概略構造的顯示圖。在第4圖，是用相對於與實施方式的結晶成長裝置1相同或對應的構成元件，加上20的圖號。在結晶成長裝置2，與實施方式的結晶成長裝置1不同之處是在於使用一般的直體型的容器21。
在比較例1～4，使用結晶成長裝置2藉由泡生法來製造矽錠。在圓筒狀容器21，使用內徑為125mm的直體型的容器。針對矽原料的投入量、多晶矽的成長條件等與實施例相同。
在比較例1，在結晶拉起中會卡住容器，而在該狀態持續成長的結果，體積膨脹應力會集中在容器的底部而破壞容器。而確認將矽錠取出後的容器21，在容器21的底面及側面的大半區域，雖然脫模件22並沒有剝離情形，可是在與矽錠的頂部對應的部分，有很多區域的脫模件22面狀地消失。這應該是當矽熔液27的表面附近凝固時，朝橫方向膨脹的多晶矽28侵入於脫模件22，因為在該狀態半強拉地拉起而讓脫模件22剝離，並且由於多晶矽固著於容器21，所以很難將矽錠取出。
在比較例2的傾斜角8°的情況，當以泡生法將結晶拉起時，結晶雖然沒有卡到容器，可是矽錠頂部側面與脫模件的摩擦情形嚴重，而成為很難取出的結果。
比較例3的情況，在容器的傾斜部分與與直體部分的彎曲部分，脫模件裂開，所以在該部分矽錠與容器熔接而很難將矽錠取出。應該是在彎曲部分，脆化的脫模件無法承受體積膨脹應力的原因。
在比較例4所進行的矽錠的製造，如第4圖所示，在成長過程，多晶矽28侵入於脫模件22而妨礙拉起操作。而且限制了成長結晶朝上方的移動(拉起速度降低)，結果並未緩和矽凝固時的體積膨脹所導致的應力而將矽熔液壓縮，而產生熔液從容器的中央劇烈噴起而飛濺到容器外的現象(矽熔液的噴起情形)。由於在成長過程產生噴起情形，而妨礙了良好的結晶成長，並且讓昂貴的裝置構件損壞。
綜合這些結果，判斷能將矽錠從容器毫無問題地取出的傾斜角θ，是在10°～80°的範圍內的情況。
考慮到彎曲部分的脫模件容易剝離，橫方向的Si的體積膨脹應力的話，了解傾斜角θ在20°～70°的情況更好。
以上雖然根據實施方式來具體說明本發明者所做的發明，而本發明並不限定於上述實施方式，在不脫離其主旨的範圍可進行變更。
例如在實施方式，雖然顯示以石英材料構成容器11的情況，而能以石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化鋁的任何一種所構成的材料或將兩種以上組合成的材料所構成。
而例如藉由容器11，以傾斜部11b將矽凝固時的體積膨脹所伴隨產生的應力予以分散，所以在藉由鑄造法製造矽錠時也有效。在藉由鑄造法來製造矽錠的情況，也只要讓矽熔液的表面位於傾斜部11b即可。即使容器11的形狀由圓筒狀改為方筒狀，也能得到與實施例1～4、比較例1～4同樣的結果。
本次所揭示的實施方式其所有觀點都是舉例，並不是加以限制。本發明的範圍並不是以上述說明而是以申請專利範圍所揭示，代表包含與申請專利範圍相等的意義及範圍內所有的變更。
1．．．結晶成長裝置
11．．．矽錠製造用容器
11a．．．側面上部
11b．．．側面中部(傾斜部)
11c．．．側面下部(直體部)
12．．．脫模件
13．．．承座
14．．．加熱器
15．．．結晶拉起軸
16．．．種晶
17．．．矽熔液
18．．．多晶矽
θ．．．傾斜角
第1圖是適用本發明的矽錠製造用容器的剖面圖。
第2圖是適用本發明的使用矽錠製造用容器的結晶成長裝置的一個例子的顯示圖。
第3圖是使用實施方式的結晶成長裝置時的多晶矽的成長過程的顯示圖。
第4圖是使用一般的直體型的矽錠製造用容器的結晶成長裝置的顯示圖。
第5圖是使用習知的傾斜型容器時所產生的損失的顯示圖。
第6圖是在本發明的實施方式所使用的矽錠製造用容器側壁的剖面(a)、從容器上部朝向底壁面觀察時的容器形狀的例子(方筒狀容器(b)、圓筒狀容器(c))、以及其適當的厚度或長度的概要說明圖。
1．．．結晶成長裝置
11．．．矽錠製造用容器
11b．．．側面中部(傾斜部)
12．．．脫模件
13．．．承座
14．．．加熱器
15．．．結晶拉起軸
16．．．種晶
17．．．矽熔液

Claims (9)

  1. 一種結晶成長裝置，具備：上面開口的有底筒狀的容器，其藉由泡生法使矽錠熔液凝固而使多晶矽成長、支承該容器的承座、配置在該承座的外周之加熱器、以及配置在上述容器的中央並且在下端安裝有種晶的拉起軸，其特徵為：該容器的側壁，是由：從該容器的底壁鉛直地朝向上方形成的側壁下部；與該側壁下部的上端連接設置而傾斜成相對於鉛直方向以預定的傾斜角θ朝向上面開口部擴張的側壁中部；以及鉛直地朝向上方與該側壁中部的上端連接設置的側壁上部所構成，上述拉起軸係構成為能夠從上述容器的上述側壁中部的高度將安裝在其下端的種晶朝上方拉起。
  2. 如申請專利範圍第1項的結晶成長裝置，其中上述容器的上述傾斜角θ為10~80°。
  3. 如申請專利範圍第2項的結晶成長裝置，其中上述容器的上述傾斜角θ為15~60°。
  4. 如申請專利範圍第2項的結晶成長裝置，其中上述容器的上述傾斜角θ為20~70°。
  5. 如申請專利範圍第2項的結晶成長裝置，其中上述容器的上述傾斜角θ為20~45°。
  6. 如申請專利範圍第1~5項其中任一項的結晶成長裝置，其中上述容器是以石英、Si3N4、SiC、石墨、氧化鋁的任何一種所構成的材料或將兩種以上組合成的材料所構成。
  7. 一種矽錠的製造方法，其特徵為：矽錠製造用容器，係藉由底壁與側壁形成上面開口的筒狀，上述側壁係藉由：從上述底壁鉛直地朝向上方形成的側壁下部；與該側壁下部的上端連接設置而傾斜成相對於鉛直方向以預定的傾斜角θ朝向上面開口部擴張的側壁中部；以及鉛直地朝向上方與該側壁中部的上端連接設置的側壁上部所構成，將矽原料投入該矽錠製造用容器，該矽原料的量是只讓能夠熔解矽原料之矽熔液的上面位於上述側壁中部，使種晶接觸於上述矽熔液的上面，並且使上述矽熔液從上述種晶朝向下方凝固而使多晶矽成長。
  8. 如申請專利範圍第7項的矽錠的製造方法，其中，一邊相對於矽錠製造用容器將接觸於上述矽熔液的上面之上述種晶拉起一邊使上述矽熔液從上面朝向下方凝固而使多晶矽成長。
  9. 如申請專利範圍第8項的矽錠的製造方法，其中以與上述矽熔液凝固時的體積膨脹因應之速度，將上述種晶拉起。
TW100133444A 2010-09-16 2011-09-16 A crystal growth apparatus, and a method of manufacturing a silicon ingot TWI539042B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010207533 2010-09-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201229332A TW201229332A (en) 2012-07-16
TWI539042B true TWI539042B (zh) 2016-06-21

Family

ID=45831716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100133444A TWI539042B (zh) 2010-09-16 2011-09-16 A crystal growth apparatus, and a method of manufacturing a silicon ingot

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5877589B2 (zh)
CN (1) CN103097291B (zh)
TW (1) TWI539042B (zh)
WO (1) WO2012036263A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5398775B2 (ja) * 2011-04-19 2014-01-29 国立大学法人京都大学 Ｓｉインゴット結晶の製造方法
FR3111360B1 (fr) * 2020-06-15 2024-04-12 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d’une pièce par solidification d’un matériau semi-conducteur

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000327490A (ja) * 1999-05-18 2000-11-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シリコン結晶の製造方法およびその製造装置
JP2005279663A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Kyocera Corp シリコン鋳造装置
JP5132882B2 (ja) * 2005-12-16 2013-01-30 三菱マテリアルテクノ株式会社 多結晶シリコン鋳造装置
US20100319613A1 (en) * 2008-02-18 2010-12-23 Sumco Corporation Silicon monocrystal growth method
CN102272359B (zh) * 2009-01-09 2014-05-21 住友电气工业株式会社 单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶

Also Published As

Publication number Publication date
JP5877589B2 (ja) 2016-03-08
WO2012036263A1 (ja) 2012-03-22
CN103097291A (zh) 2013-05-08
TW201229332A (en) 2012-07-16
CN103097291B (zh) 2016-04-20
JPWO2012036263A1 (ja) 2014-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090044926A1 (en) Silicon casting apparatus
TWI541394B (zh) 多晶矽晶鑄錠之製造方法及其多晶矽晶棒
KR20110038040A (ko) 일방향성 응고에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 시스템 및 방법
US7601618B2 (en) Method for producing semi-conditioning material wafers by moulding and directional crystallization
US20150056123A1 (en) Polycrystalline silicon ingot, preparation method thereof, and polycrystalline silicon wafer
US20100140558A1 (en) Apparatus and Method of Use for a Top-Down Directional Solidification System
JP5464429B2 (ja) 四角形の断面を有する単結晶シリコンの育成方法
CN101133194B (zh) 浮法硅晶片的制作工艺和设备
TWI539042B (zh) A crystal growth apparatus, and a method of manufacturing a silicon ingot
JP5740111B2 (ja) 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット
TWI595124B (zh) 多晶矽鑄錠的製造方法
JP2003286024A (ja) 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板及びスパッタリング用ターゲット素材
CN106574394B (zh) 单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法
US7871590B2 (en) Mass of silicon solidified from molten state and process for producing the same
JP6708173B2 (ja) リチャージ管及び単結晶の製造方法
JP2016124713A (ja) 多結晶シリコンインゴットの製造方法
JP4675550B2 (ja) 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板
JP2531415B2 (ja) 結晶成長方法
JPH1192284A (ja) 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法
JP2017178741A (ja) シリコンインゴット製造用鋳型
JP2690419B2 (ja) 単結晶の育成方法及びその装置
JP2007045640A (ja) 半導体バルク結晶の作製方法
JP2012224505A (ja) Ｓｉインゴット結晶の製造方法
TWI796517B (zh) 單晶矽鑄碇及其製造方法
JP2006242417A (ja) 鋳造装置及びこれを用いた鋳造方法