WO2012046674A1 - シリコンインゴット製造用容器 - Google Patents

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WO2012046674A1
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silicon
container
release material
melt
silicon ingot
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Inventor
彰 吉澤
孝幸 清水
朝日　聰明
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Jx日鉱日石金属株式会社
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like

Definitions

  • the present invention relates to a silicon ingot manufacturing container for manufacturing a solar cell grade silicon ingot.
  • a silicon melt is accommodated in a graphite or quartz container (such as a crucible or a mold), and the silicon melt is solidified from below to obtain a silicon polycrystal.
  • a casting method (casting method) for growing the steel is known. According to this casting method, the direction of crystal growth is uniform when the silicon melt is solidified, so that it is possible to manufacture a high-quality wafer in which an increase in specific resistance due to grain boundaries is suppressed. Moreover, according to the casting method, mass production of silicon ingots becomes possible.
  • Patent Documents 1 and 2 As a large-sized container for manufacturing a silicon ingot, there is known a container in which graphite or quartz plate materials (a bottom plate and four side plates) are screwed together and assembled in a separable manner (for example, Patent Documents 1 and 2). ). In addition, a release material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed on the inner surface of the container in order to improve the take-out property of the silicon ingot. In particular, Patent Document 2 prevents the silicon melt from leaking outside the container by first solidifying the melt leaking from the gap between the plate members to form an initial solidified layer.
  • a release material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed on the inner surface of the container in order to improve the take-out property of the silicon ingot.
  • Patent Document 2 prevents the silicon melt from leaking outside the container by first solidifying the melt leaking from the gap between the plate members to form an initial solidified layer.
  • the grown silicon ingot can be easily taken out by disassembling the container.
  • the container when the container is deformed and deteriorated at a high temperature at the time of manufacturing the silicon ingot, the container may be damaged or the gap between the plate members may be widened, and the silicon melt may leak to the outside.
  • the silicon melt leaks out of the container, it damages expensive members disposed around the container inside the crystal growth apparatus.
  • Patent Document 2 when the technique described in Patent Document 2 is applied, it is possible to prevent the silicon melt from leaking out, but the initial solidified layer formed in the gap between the plate materials is from the gap between the container corners where the release material is densely packed. Crystal growth causes the crystal to become finer. Therefore, a silicon ingot having good quality cannot be manufactured with a high yield.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a silicon ingot manufacturing container that can prevent silicon melt from leaking to the outside and can manufacture a silicon ingot having good quality with high yield. With the goal.
  • the invention according to claim 1 includes a box-shaped container main body that is assembled in a severable manner including a bottom plate and a plurality of side plates, and a release material formed on the inner surface of the container main body, and solidifies the silicon melt.
  • a silicon ingot manufacturing container used for growing silicon polycrystals The container body is composed of a porous body made of any one of silicon nitride, silicon carbide, or alumina or a porous body that is a combination of two or more, and the release material is composed of silicon nitride. To do.
  • the open porosity of the porous body is 10% or more and 40% or less.
  • the open porosity is a ratio of the total volume of pores communicating with the outside to the apparent volume of the porous body.
  • Invention of Claim 3 is provided with the holder which has a slot for fixation in the container for silicon ingot manufacture of Claim 1 or 2, and fixes the side plate,
  • the bottom plate is placed in a region surrounded by the fixing groove, and a wedge is fitted into the remaining space of the fixing groove in a state where the side plate is erected in the fixing groove,
  • the side plates are bonded and fixed.
  • the silicon ingot manufacturing container according to the third aspect, wherein the leaked silicon melt is fused into the remaining space of the fixing groove, and the Si volume expansion stress is alleviated.
  • a melt trap material having a function is laid down.
  • the release material having a good release property is firmly formed on the inner surface of the container body, it is possible to effectively prevent the release material from being damaged by the stress accompanying the volume expansion during the solidification of silicon. it can. Therefore, the silicon melt can be prevented from leaking to the outside, and a silicon ingot having a good quality can be manufactured with a high yield. Moreover, a container can also be repeatedly used for manufacture of a silicon ingot.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is a figure which shows an example of the crystal growth apparatus using the container of embodiment. It is a perspective view which shows the main body of the container for silicon ingot manufacture used by the comparative example. It is front sectional drawing of the main body of the container for silicon ingot manufacture shown to FIG. 4A. It is the elements on larger scale of the main body of the container for silicon ingot manufacture which expands and shows the part enclosed with the dotted line in FIG. 4B.
  • FIG. 1 is a top view of a container for producing a silicon ingot to which the present invention is applied
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • a container 10 for manufacturing a silicon ingot includes a container body 11 having heat resistance and a container body in order to improve releasability of the grown silicon ingot. 11 is provided with a release material 12 formed on the inner surface, a holder (susceptor) 13 for holding the container body 11, and the like.
  • the container body 11 is a box-shaped member assembled in a separable manner by joining a rectangular bottom plate 11a and four side plates 11b to each other.
  • the four side plates 11b are provided in a standing state so as to surround the outer periphery of the bottom plate 11a.
  • the four side plates 11b have the same shape, and the side surface of one side plate 11b on one end side in the width direction and the main surface on one end side in the width direction of the other side plate 11b.
  • the frame body which becomes a side part of the container main body 11 is formed by mutually joining so that a side edge part may contact
  • the bottom plate 11a and the side plate 11b constituting the container main body 11 are formed of a porous body (porous material) in which one or more of Si 3 N 4, SiC, and Al 2 O 3 are combined.
  • the thickness of the container main body 11 is desirably at least a thickness that can ensure at least the strength that does not cause warping, and is, for example, 5 mm or more.
  • the bottom plate 11a and the side plate 11b are produced, for example, by sintering and molding Si 3 N 4 powder, and the open porosity is 10% or more and 40% or less.
  • the open porosity of the porous body constituting the container main body 11 is less than 10%, bubbles remain in the release material 12, so that the release material 12 becomes brittle and easily breaks.
  • the open porosity of the porous body constituting the container body 11 is desirably 10% or more and 40% or less, and more preferably 20% in view of the ease of releasability of the ingot. % To 30%.
  • the container body 11 made of the above porous body is superior in heat resistance as compared with a quartz container, and does not deteriorate or deform at a high temperature during the production of a silicon ingot. Therefore, when the silicon ingot is manufactured, it is possible to effectively prevent the release material 12 from being damaged due to deterioration and deformation of the container body 11.
  • the release material 12 is composed of a sintered body of Si 3 N 4 , and before assembling the container main body 11, one main surface of the side plate 11 b (the surface that becomes the inner surface of the container main body 11), one main surface of the bottom plate 11 a, and these It is formed in advance on a surface adjacent to one main surface.
  • the release material 12 is prepared by, for example, applying an aqueous slurry prepared by mixing a binder such as polyvinyl alcohol to Si 3 N 4 powder to one main surface of the bottom plate 11a and the side plate 11b with a brush or a spray, and in an oxygen atmosphere or It is formed by baking at 700 to 1550 ° C. in an argon atmosphere.
  • the release material 12 has a thickness such that the Si melt does not reach the container side during crystal growth, for example, 200 to 1000 ⁇ m, preferably 300 to 600 ⁇ m.
  • the slurry applied to the bottom plate 11a and the side plate 11b penetrates into the pores of the bottom plate 11a and the side plate 11b because the bottom plate 11a and the side plate 11b are made of a porous body. Further, bubbles in the slurry are defoamed by the bottom plate 11a and the side plate 11b made of a porous body. Since the firing is performed in this state, the release material 12 is firmly formed on one main surface of the bottom plate 11a and the side plate 11b. Therefore, it is possible to effectively prevent the release material 12 from being damaged when the silicon ingot is manufactured.
  • the mold release material 12 tends to be damaged during the production of the silicon ingot according to the number and size of the residual bubbles.
  • defoaming treatment such as reduced pressure was performed.
  • the container 10 of the present embodiment it is not necessary to perform a defoaming process when forming the release material 12, and the release material 12 can be easily formed.
  • the release material 12 is firmly formed on the inner surface of the container main body 11, it is not necessary to have a multilayer structure. Therefore, the labor and cost for producing the container 10 do not increase, and it is easy to increase the film thickness of the release material 12. Furthermore, since it is not necessary to use a sintering aid such as silica or metal oxide when forming the release material 12, it is possible to prevent the impurity concentration in the silicon ingot from increasing and the crystallinity from being lowered.
  • the holder 13 is a plate member made of graphite, for example, and a fixing groove 13a for fixing the four side plates 11b is formed in a rectangular ring shape.
  • a bottom plate 11 a with a release material 12 is placed in a region (convex portion) 13 b surrounded by the fixing groove 13 a.
  • a side plate 11b with a release material 12 is erected in the fixing groove 13a, and a graphite holding plate 14 is disposed outside the side plate 11b.
  • the container main body 11 is fixed to the holder 13 by inserting the wedge 15 in each of the four corners of the fixing groove 13a and pressing the side plate 11b inward at two places (total of eight places). At this time, the four side plates 11b and the bottom plate 11a are joined with no gap so that the silicon melt does not leak.
  • melt trap material 16 that is fused with the silicon melt is spread in the remaining space of the fixing groove 13a. Thereby, the side plate 11b is fixed to the fixing groove 13a in a more stable state, and the positional deviation in the lateral direction is restricted.
  • the melt trap material 16 may be any material that reacts and melts with the silicon melt. For example, carbon felt, quartz glass wool, silica sand, and quartz glass pieces are suitable.
  • the melt trap material 16 is preferably formed of a carbon fiber material or a ceramic fiber material.
  • the depth and width of the fixing groove 13a formed in the holder 13 is such that a residual space is formed in a state where the side plate 11b and the holding plate 14 are arranged, and the wedge 15 is fitted into the residual space. 11 is fixed to the holder 13 stably.
  • the container 10 includes a box-shaped container body 11 assembled in a separable manner including a bottom plate 11 a and a plurality of (for example, four) side plates 11 b, and a separation formed on the inner surface of the container body 11.
  • a mold member 12 is provided.
  • the container body 11 (the bottom plate 11a and the side plate 11b) is composed of a porous body made of any one of silicon nitride, silicon carbide, or alumina, or a porous body that is a combination of two or more types, and the release material 12 is silicon nitride. It consists of Moreover, the open porosity of the porous body is 10% or more and 40% or less.
  • the release material 12 having good releasability is firmly formed on the inner surface of the container body 11, it is effective for the release material 12 to be damaged due to the stress accompanying the volume expansion at the time of silicon solidification. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the silicon melt from leaking out of the container. Further, since the side plate 11b with the release material 12 is lifted upward along with the volume expansion during solidification, the melt can be prevented from being compressed due to crystal growth from the melt surface, so that no melt leakage occurs. Therefore, a silicon ingot having a good quality can be manufactured with a high yield. Moreover, the container 10 can also be used repeatedly for manufacture of a silicon ingot.
  • the container 10 includes a holder 13 having a fixing groove 13a for fixing the side plate 11b. Then, the bottom plate 11a is placed on the region (convex portion) 13b surrounded by the fixing groove 13a, and the wedge is inserted into the remaining space of the fixing groove 13a in a state where the side plate 11b is erected on the fixing groove 13a. By doing so, the bottom plate 11a and the side plate 11b are joined and fixed.
  • the side plate 11b since the side plate 11b is pressed against the bottom plate 11a and both are joined and not fixed, the side plate 11b can be finely moved in the horizontal direction or the vertical direction. Of course, it is not possible to move so much that the silicon melt leaks. Thereby, the stress accompanying the volume expansion at the time of silicon solidification is effectively relieved. Therefore, it is possible to effectively prevent the release material 12 from being damaged. Further, since the side plate 11b is provided so as to protrude downward from the bottom plate 11a, even when the side plate 11b is slightly lifted upward during crystal growth, the joined state with the bottom plate 11a is ensured.
  • a melt trap material (silica sand, quartz glass piece, carbon felt, quartz glass wool, etc.) to be fused with the leaked silicon melt is spread in the remaining space of the fixing groove 13a.
  • the melt trapping material can effectively relieve the lateral volume expansion stress due to its deformability. Thereby, increase of the gap
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a crystal growth apparatus using the container 10 of the embodiment.
  • a crystal growth apparatus 1 shown in FIG. 3 is used when a silicon ingot is manufactured by a chiroporus method.
  • a heater 17 is disposed on the outer periphery of the container 10.
  • a crystal pulling shaft 18 is disposed at the center of the container 10, and a seed crystal 19 made of a silicon single crystal (or silicon polycrystal) is attached to the tip of the crystal pulling shaft 18.
  • a silicon raw material for example, silicon melt
  • the seed crystal 19 is brought into contact with the surface of the silicon melt 20 to obtain a silicon melt.
  • the liquid 20 is solidified from the surface to grow the silicon polycrystal 20a.
  • the pulling rate of the seed crystal 19 may be set according to the volume expansion in the vertical direction when the silicon melt 20 is solidified.
  • the top portion grown by solidification near the surface of the silicon melt 20 may bite into the container 10 (release material 12) due to volume expansion during the solidification of silicon.
  • the side plate 11b is lifted upward.
  • the silicon melt 20 does not leak out of the container 10 and is accompanied by volume expansion during the solidification of silicon. Stress is also relieved.
  • a portion where the surface of the silicon melt 20 is located may be inclined outwardly by 3 ° or more and less than 90 ° in the upper part of the side plate 11b.
  • a silicon ingot was manufactured by the chiroporus method using the crystal growth apparatus 1.
  • boron concentration: 1.0 ⁇ 10 16 atom / cm 3
  • pouring molten silicon 20 was added to the vessel 10 consists of Si 3 N 4 made of the container body 11, a temperature gradient in the depth direction
  • the silicon melt 20 was held at 10 ° C./cm.
  • a seed crystal 19 made of a Si single crystal having a crystal orientation of ⁇ 100> and a 3.5 mm square is brought into contact with the surface of the silicon melt 20 and a silicon polycrystal is grown while pulling up the seed crystal 19 at 1 mm / h. It was.
  • the container 10 and the seed crystal 19 were rotated at 5 rpm, and the silicon polycrystal 20a was grown concentrically around the seed crystal 19.
  • the silicon melt 20 was completely solidified by growth for 3 hours to obtain a silicon ingot according to the example.
  • the time of the temperature of the bottom part of the container 10 (container main body 11) becoming 1410 degreeC which is a freezing point of silicon was considered as the end point of crystal growth.
  • the side plate 11 was lifted vertically inside the susceptor, and the side plate remained held, so that no leakage of the melt occurred. Further, the manufactured silicon ingot could be easily taken out by disassembling the container 10. Furthermore, in the obtained silicon ingot, crystal grain boundaries were aligned in the vertical direction, and the crystal quality was excellent. Moreover, since the mold release material 12 was not damaged, the container 10 could be repeatedly used for manufacturing a silicon ingot.
  • the container 10 according to the embodiment can be used not only in the cairoporous method but also in any method for producing a silicon ingot. For example, it can be used in a casting method in which a silicon melt is solidified from the bottom of the container 10 to grow silicon polycrystal. Further, the container main body 11 (the bottom plate 11a and side plates 11b), little or alumina impurities than Si 3 N 4, may be composed of a porous body of SiC. If importance is attached to the affinity with the mold release material 12, Si 3 N 4 having the same material as the mold release material may be selected.
  • the side wall portion of the holder 13 may be screwed.
  • the holder 13 is divided at a portion as shown by a one-dot chain line BB in FIG. 2, and screws (bolts) are inserted and tightened from the direction shown by an arrow C, whereby the holder 13 is fixed. It is designed to be integrated.
  • a split-type holder (susceptor) 13 is easier to handle and advantageous in terms of cost.

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Abstract

　シリコン融液が外部に漏れ出すのを防止できるとともに、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まり良く製造できるシリコンインゴット製造用容器を提供する。　底板と複数の側板からなる分割可能に組み立てられた箱状の容器本体と、この容器本体の内面に形成された離型材を備え、シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させる際に用いられるシリコンインゴット製造用容器において、容器本体を窒化ケイ素、炭化ケイ素、又はアルミナのいずれか１種類からなる多孔質体または２種類以上組み合わせた多孔質体で構成し、離型材を窒化ケイ素で構成する。また、容器本体を構成する多孔質体の開気孔率を、１０％以上４０％以下とする。容器本体の内面に離型材が強固に形成されるので、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力により離型材が損壊するのを効果的に防止できる。

Description

シリコンインゴット製造用容器
　本発明は、太陽電池グレードのシリコンインゴットを製造するためのシリコンインゴット製造用容器に関する。
　従来、太陽電池等に用いられるシリコンインゴットの製造方法として、グラファイト製又は石英製の容器（ルツボや鋳型等）中にシリコン融液を収容し、このシリコン融液を下方から凝固させてシリコン多結晶を成長させるキャスト法（鋳造法）が知られている。
　このキャスト法によれば、シリコン融液が凝固するときに結晶成長の方向が一定に揃うので、粒界による比抵抗の増大を抑制した良質のウェハを製造することができる。また、キャスト法によれば、シリコンインゴットの大量生産が可能となる。
　シリコンインゴット製造用の大型容器としては、黒鉛製又は石英製の板材（底板と４枚の側板）が互いにネジ止めされて分割可能に組み立てられた容器が知られている（例えば特許文献１、２）。また、シリコンインゴットの取出性を向上すべく、容器の内面には窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の離型材が形成される。特に、特許文献２では、板材同士の間隙から漏れ出す融液を先に固化させて初期凝固層を形成することにより、容器外部にシリコン融液が漏れ出すのを防止するようにしている。
特開昭６２－１０８５１５号公報 特開２００６－８３０２４号公報
　上述した分割可能な組み立て型の容器を用いてシリコンインゴットを製造する場合、容器を解体することで、育成されたシリコンインゴットを容易に取り出すことができる。一方で、シリコンインゴット製造時の高温下で容器が変形、劣化することにより、容器が破損したり、板材同士の間隙が広がったりして、シリコン融液が外部に漏れ出す虞がある。そして、シリコン融液が容器外部に漏れ出すと、結晶成長装置内部の容器周囲に配置された高価な部材等に損傷を与えてしまう。
　また、特許文献２に記載の技術を適用した場合、シリコン融液の漏れ出しを防止することはできるが、板材の隙間に形成される初期凝固層は、離型材の密集する容器隅の間隙から結晶成長し、結晶が微細化する原因となる。したがって、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まりよく製造することができない。
　本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、シリコン融液が外部に漏れ出すのを防止できるとともに、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まり良く製造できるシリコンインゴット製造用容器を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、底板と複数の側板からなる分割可能に組み立てられた箱状の容器本体と、この容器本体の内面に形成された離型材を備え、シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させる際に用いられるシリコンインゴット製造用容器であって、
　前記容器本体が窒化ケイ素、炭化ケイ素、又はアルミナのいずれか１種類からなる多孔質体または２種類以上組み合わせた多孔質体で構成され、前記離型材が窒化ケイ素で構成されていることを特徴とする。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリコンインゴット製造用容器において、前記多孔質体の開気孔率が１０％以上４０％以下であることを特徴とする。
　ここで、開気孔率とは、多孔質体の見かけ上の容積に対する、外部に連通している空孔の容積の総和の割合である。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のシリコンインゴット製造用容器において、前記側板を固定する固定用溝を有する保持具を備え、
　前記固定用溝で囲繞された領域に前記底板が載置され、前記固定用溝に前記側板が立設された状態で、前記固定用溝の残余空間にクサビを嵌入することで、前記底板と前記側板が接合して固定されていることを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のシリコンインゴット製造用容器において、前記固定用溝の前記残余空間に、漏れ出したシリコン融液と融着し、かつＳｉ体積膨張応力の緩和機能を有する融液トラップ材が敷き詰められていることを特徴とする。
　本発明によれば、良好な離型性を有する離型材が容器本体の内面に強固に形成されているので、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力により離型材が損壊するのを効果的に防止できる。したがって、シリコン融液が外部に漏れ出すのを防止できるとともに、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まり良く製造できる。また、容器をシリコンインゴットの製造に繰り返し使用することもできる。
本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器の上面図である。 図１のＡ－Ａ線における断面図である。 実施形態の容器を用いた結晶成長装置の一例を示す図である。 比較例で使用したシリコンインゴット製造用容器の本体を示す斜視図である。 図４Ａに示すシリコンインゴット製造用容器の本体の正面断面図である。 図４Ｂにおいて点線で囲まれている部分を拡大して示すシリコンインゴット製造用容器の本体の部分拡大図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器の上面図で、図２は図１のＡ－Ａ線における断面図である。図１、２に示すように、実施形態に係るシリコンインゴット製造用容器（以下、容器）１０は、耐熱性を有する容器本体１１、育成されたシリコンインゴットの離型性を向上させるために容器本体１１の内面に形成された離型材１２、容器本体１１を保持する保持具（サセプタ）１３等を備えて構成されている。
　容器本体１１は、矩形状の底板１１ａと４枚の側板１１ｂとが相互に接合されることにより、分割可能に組み立てられた箱状の部材である。４枚の側板１１ｂは、底板１１ａの外周を囲繞するように起立状態で周設される。例えば、図１、２に示すように、４枚の側板１１ｂは同一形状を有しており、１の側板１１ｂの幅方向一端側の側面と、他の側板１１ｂの幅方向一端側の主面側縁部とが当接するように相互に継合されることにより、容器本体１１の側部となる枠体が形成される。
　容器本体１１を構成する底板１１ａ及び側板１１ｂは、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＣ又はＡｌ2Ｏ3のいずれか１種類または２種類以上を組み合わせた多孔質体（ポーラス材）で構成される。容器本体１１（底板１１ａ及び側板１１ｂ）の厚さは少なくとも反りが生じない程度の丈夫さが確保出来る厚さ以上であることが望ましく、例えば、５ｍｍ以上である。
　底板１１ａ及び側板１１ｂは、例えば、Ｓｉ3Ｎ4粉末を焼結成形することにより作製され、開気孔率が１０％以上４０％以下となっている。容器本体１１を構成する多孔質体の開気孔率が１０％未満の場合、離型材１２の内部に気泡が残留することにより離型材１２が脆弱化して破損しやすくなる。また、開気孔率が４０％超の場合、融液漏れが発生する可能性が高まる。したがって、容器本体１１を構成する多孔質体の開気孔率は１０％以上４０％以下とするのが望ましく、他にインゴットの離型性の容易さの観点も考慮した場合により好ましいのは、２０％以上３０％以下である。
　上記の多孔質体からなる容器本体１１は、石英製の容器に比較して耐熱性に優れ、シリコンインゴット製造時の高温化において劣化、変形しない。したがって、シリコンインゴットの製造時に、容器本体１１の劣化、変形により離型材１２が損壊するのを効果的に防止することができる。
　離型材１２は、Ｓｉ3Ｎ4の焼結体で構成され、容器本体１１を組み立てる前に、側板１１ｂの一主面（容器本体１１の内面となる面）、底板１１ａの一主面およびこれら一主面と隣接する面に予め形成される。離型材１２は、例えば、Ｓｉ3Ｎ4粉末にポリビニルアルコールなどのバインダーを混合して調製した水系スラリーを、刷毛やスプレー等により底板１１ａ及び側板１１ｂの一主面に塗布し、酸素雰囲気下又はアルゴン雰囲気下、７００～１５５０℃で焼成することにより形成される。離型材１２の厚さは、結晶成長中にＳｉ融液が容器側に到達しない程度の厚さ、例えば２００～１０００μｍ、好ましくは３００～６００μｍである。
　底板１１ａ及び側板１１ｂに塗布されたスラリーは、底板１１ａ及び側板１１ｂが多孔質体で構成されているために、底板１１ａ及び側板１１ｂの気孔に浸透していく。また、多孔質体で構成された底板１１ａ及び側板１１ｂによってスラリー内の気泡が脱泡される。この状態で焼成されるため、離型材１２は、底板１１ａ及び側板１１ｂの一主面に強固に形成される。したがって、シリコンインゴットの製造時に離型材１２が損壊するのを効果的に防止することができる。
　離型材１２中に気泡が残留していると、残留気泡の数や大きさに応じてシリコンインゴットの製造時に離型材１２が破損しやすくなる傾向があるため、従来は、容器本体に離型材を形成する際に減圧などによる脱泡処理を施していた。これに対して、本実施形態の容器１０の場合、離型材１２の形成時に脱泡処理を施す必要がなく、離型材１２を簡単に形成することができる。
　また、離型材１２は、容器本体１１の内面に強固に形成されるので、多層構造とする必要はない。したがって、容器１０の作製にかかる手間とコストが増大することはなく、離型材１２の膜厚を増大させることも容易である。さらに、離型材１２を形成する際、シリカ、金属酸化物などの焼結助剤を用いる必要がないので、シリコンインゴット中の不純物濃度が増大して結晶性が低下するのを防止できる。
　保持具１３は、例えば黒鉛製の板状部材であり、４枚の側板１１ｂを固定する固定用溝１３ａが矩形環状に形成されている。保持具１３において、固定用溝１３ａで囲繞された領域（凸部）１３ｂには、離型材１２付きの底板１１ａが載置される。また、固定用溝１３ａには、離型材１２付きの側板１１ｂが立設され、さらに、側板１１ｂの外側には黒鉛製の保持板１４が配置される。そして、固定用溝１３ａの四隅において、それぞれ２箇所（計８箇所）にクサビ１５を嵌入して側板１１ｂを内側に押圧することにより、容器本体１１が保持具１３に固定される。このとき、４枚の側板１１ｂと底板１１ａは、シリコン融液が漏れ出さない程度に隙間なく接合される。
　また、固定用溝１３ａの残余空間には、シリコン融液と融着する融液トラップ材１６が敷き詰められる。これにより、側板１１ｂは、さらに安定した状態で固定用溝１３ａに固定され、横方向への位置ズレが規制される。融液トラップ材１６は、シリコン融液と反応して融着する材料であればよく、例えばカーボンフェルト，石英ガラスウール，ケイ砂や石英ガラス片が好適である。Ｓｉ凝固時の体積膨張応力の緩和のために、融液トラップ材１６は、炭素繊維系やセラミック繊維系の材料で形成するのが望ましい。
　なお、保持具１３に形成される固定用溝１３ａの深さ及び幅は、側板１１ｂと保持板１４を配置した状態で残余空間が形成され、この残余空間にクサビ１５を嵌入したときに容器本体１１が保持具１３に安定して固定される程度とされる。
　このように、実施形態の容器１０は、底板１１ａと複数（例えば４枚）の側板１１ｂからなる分割可能に組み立てられた箱状の容器本体１１と、この容器本体１１の内面に形成された離型材１２を備えている。そして、容器本体１１（底板１１ａ及び側板１１ｂ）が窒化ケイ素、炭化ケイ素、又はアルミナのいずれか１種類からなる多孔質体または２種類以上組み合わせた多孔質体で構成され、離型材１２が窒化ケイ素で構成されている。また、多孔質体の開気孔率が１０％以上４０％以下となっている。
　この容器１０においては、良好な離型性を有する離型材１２が容器本体１１の内面に強固に形成されているので、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力により離型材１２が損壊するのを効果的に防止できる。したがって、シリコン融液が容器の外部に漏れ出すのを防止できる。
　また、凝固時の体積膨張に伴い離型材１２付きの側板１１ｂが上方に持ち上がることにより、融液面から結晶成長させたことによる融液の圧縮を防止できるため、融液漏れが生じない。
　そのため、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まり良く製造できる。また、容器１０をシリコンインゴットの製造に繰り返し使用することもできる。
　また、容器１０は、側板１１ｂを固定する固定用溝１３ａを有する保持具１３を備えている。そして、固定用溝１３ａで囲繞された領域（凸部）１３ｂに底板１１ａが載置され、固定用溝１３ａに側板１１ｂが立設された状態で、固定用溝１３ａの残余空間にクサビを嵌入することで、底板１１ａと側板１１ｂが接合して固定されている。
　すなわち、容器１０においては、側板１１ｂが底板１１ａに対して押圧されることにより両者が接合され、固着されてはいないので、側板１１ｂは横方向又は縦方向に微動可能となる。もちろん、シリコン融液が漏れ出す程度に大きく移動可能となっているわけではない。これにより、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力が効果的に緩和される。したがって、離型材１２が損壊するのを効果的に防止できる。
　また、側板１１ｂは、底板１１ａよりも下方に突出して設けられているので、結晶成長時に側板１１ｂが上方にわずかに持ち上がっても、底板１１ａとの接合状態は確保される。万一、何らかの理由により、側板１１ｂと底板１１ａの隙間からシリコン融液の一部が漏れ出したとしても、シリコン融液は保持具１３の固定用溝１３ａに貯留されて凝固し、封止されることとなる。したがって、容器１０の外部にシリコン融液が漏れ出すのを効果的に防止することができる。
　また、固定用溝１３ａの残余空間には、漏れ出したシリコン融液と融着する融液トラップ材（ケイ砂、石英ガラス片、カーボンフェルト，石英ガラスウールなど）が敷き詰められている。融液トラップ材はその変形性により、横方向の体積膨張応力を効果的に緩和することが可能である。これにより、側板と底板の間に生じる間隙の増大を抑制可能である。
　また、仮に、側板１１ｂと底板１１ａとの隙間からシリコン融液の一部が漏れ出したとしても、漏れ出したシリコン融液は融液トラップ材１６と反応して融着するので、容器１０の外部にシリコン融液が漏れ出すまでには至らない。
　図３は、実施形態の容器１０を用いた結晶成長装置の一例を示す図である。図３に示す結晶成長装置１は、カイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造する際に用いられるものである。結晶成長装置１では、容器１０の外周にヒータ１７が配置されている。また、容器１０の中央には結晶引き上げ軸１８が配置されており、その先端にはシリコン単結晶（又はシリコン多結晶）からなる種結晶１９が取り付けられている。
　結晶成長装置１を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造する場合、シリコン原料（例えばシリコン融液）を容器１０に投入し、シリコン融液２０の表面に種結晶１９を接触させて、シリコン融液２０を表面から凝固させてシリコン多結晶２０ａを成長させる。
　このとき、種結晶１９を極低速で引き上げながらシリコン多結晶を成長させることにより、シリコン凝固時の体積膨張に伴う縦方向の応力を緩和することができる。具体的には、種結晶１９の引き上げ速度を、シリコン融液２０が凝固する際の縦方向の体積膨張に応じて設定すればよい。
　カイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造する場合、シリコン融液２０の表面付近が凝固して育成されたトップ部が、シリコン凝固時の体積膨張により、容器１０（離型材１２）に食い込むことがある。この状態で種結晶１９を引き上げると、側板１１ｂが上方に持ち上げられることとなる。しかし、上述したように、本実施形態の容器１０によれば、このような事態が生じた場合でもシリコン融液２０が容器１０の外部に漏れ出すことはなく、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力も緩和される。
　また、カイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造する場合、側板１１ｂの上部において、シリコン融液２０の表面が位置する部分を３°以上９０°未満で外側に向けて傾斜させてもよい。これにより、結晶引上げの際に成長中の結晶が容器側面に引っかかるリスクを減らし、シリコン凝固時の体積膨張に伴う、結晶下部融液の圧縮を防止して安全に結晶成長させることができる。
［実施例］
　実施例では、結晶成長装置１を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造した。まず、ボロン（濃度：１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３）を添加したシリコン融液２０をＳｉ3Ｎ4製の容器本体１１から構成される容器１０に流し込み、深さ方向の温度勾配が１０℃／ｃｍとなるようにシリコン融液２０を保持した。
　そして、結晶方位が＜１００＞で３．５ｍｍ角のＳｉ単結晶からなる種結晶１９をシリコン融液２０の表面に接触させ、この種結晶１９を１ｍｍ／ｈで引き上げながらシリコン多結晶を成長させた。このとき、容器１０および種結晶１９を５ｒｐｍで回転させ、種結晶１９を中心としてシリコン多結晶２０ａを同心円状に成長させた。３時間の成長によりシリコン融液２０を完全に固化させ、実施例に係るシリコンインゴットを得た。なお、容器１０（容器本体１１）の底部の温度が、シリコンの凝固点である１４１０℃になった時点を結晶成長の終点とみなした。
　実施例によるシリコンインゴットの製造では、体積膨張分だけ種結晶を引上げた際に側板１１がサセプタ内部で垂直に持ち上がり、側板は保持されたままであったため、融液漏れが生じることはなかった。また、製造されたシリコンインゴットは、容器１０を解体することにより、容易に取り出すことができた。さらに、得られたシリコンインゴットにおいては結晶粒界が縦方向に揃っており、良好な結晶品質を有していた。
　また、容器１０は、離型材１２が損壊していないため、シリコンインゴットの製造に繰り返し使用することができた。
［比較例］
　図４Ａに示す構造のシリコンインゴット製造用容器を用いた以外は、実施例と同様の条件でシリコン融液を固化させたところ、図４Ｂの点線で囲まれた部分を拡大した図４Ｃに示すように、底板１１ａと側板１１ｂとの間隙から融液が漏れ出た。
　融液面上から成長させた結晶を体積膨張分だけ引上げる操作を行う際に、結晶が容器側板にひっかかって持ち上がり、間隙が増大したことが原因である。
　容器を解体したところ、種結晶につながっているインゴットの上部のみが得られ、下部の凝固体とは切り離されており、歩留まりよくインゴットを製造することは困難であった。また、漏れ出た融液は離型材を形成していない側板および底板の面に強固に付着したため、再利用は不可能になった。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　実施形態の容器１０は、カイロポーラス法だけでなく、あらゆるシリコンインゴットの製造法において使用することができる。例えば、容器１０の底部からシリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させるキャスト法においても使用できる。
　また、容器本体１１（底板１１ａ及び側板１１ｂ）を、Ｓｉ3Ｎ4よりも不純物の少ないアルミナや、ＳｉＣの多孔質体で構成するようにしてもよい。離型材１２との親和性を何よりも重視するのであれば、離型材と同じ材質のＳｉ3Ｎ4を選択すれば良い。
　また、保持具１３は、その側壁部分がネジ止めされていてもよい。具体的には、図２に一点鎖線Ｂ－Ｂで示すような部位で保持具１３を分割し、矢印Ｃで示すような方向からネジ（ボルト）を挿通して締め付けることで、保持具１３を一体化するようにしたものである。容器１０が大型化した場合、このような分割式の保持具（サセプタ）１３の方が、取り扱いが容易であり、コスト的に有利である。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　結晶成長装置
１０　シリコンインゴット製造用容器
１１　容器本体
１１ａ　底板
１１ｂ　側板
１２　離型材
１３　保持具（サセプタ）
１３ａ　固定用溝
１３ｂ　凸部
１４　保持板
１５　クサビ
１６　融液トラップ材
１７　ヒータ
１８　結晶引き上げ軸
１９　種結晶
２０　シリコン融液
２０ａ　シリコン多結晶

Claims (4)

  1. 　底板と複数の側板からなる分割可能に組み立てられた箱状の容器本体と、この容器本体の内面に形成された離型材を備え、シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させる際に用いられるシリコンインゴット製造用容器であって、
    　前記容器本体が窒化ケイ素又は炭化ケイ素又はアルミナのいずれか１種類からなる多孔質体または２種類以上組み合わせた多孔質体で構成され、前記離型材が窒化ケイ素で構成されていることを特徴とするシリコンインゴット製造用容器。
  2. 　前記多孔質体の開気孔率が１０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴット製造用容器。
  3. 　前記側板を固定する固定用溝を有する保持具を備え、
    　前記固定用溝で囲繞された領域に前記底板が載置され、前記固定用溝に前記側板が立設された状態で、前記固定用溝の残余空間にクサビを嵌入することで、前記底板と前記側板が接合して固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンインゴット製造用容器。
  4. 　前記固定用溝の前記残余空間に、漏れ出したシリコン融液と融着し、かつＳｉ体積膨張応力の緩和機能を有する融液トラップ材が敷き詰められていることを特徴とする請求項３に記載のシリコンインゴット製造用容器。
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