JPH0218314A - 多結晶シリコンシートの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は太陽電池その他の光電変換素子等に用いられて
いる多結晶シリコンシートの製造方法に関する。

（従来の技術） 既に多結晶シリコンシートの製造方法としては各種のも
のが実施されており、その一つであるリボン法は第５図
のように、不活性ガス雰囲気内にあって坩堝ｄ内に存す
る溶融シリコンｂにダイＣを侵漬起立させ、ダイＣの上
端口Ｃ°から引き出された溶融シリコンｂを、ダイＣの
外である不活性ガス雰囲気内で冷却固化させるようにし
たもので、このリボン技術では、溶融シリコンｂのメニ
スカス（表面張力）を利用してシートを形成しているた
め、均一な厚さの多結晶シリコンシートを得難く、この
結果太陽電池のデイバイスとして用いようとする際、こ
れに電極を形成しようとしても、スクリーン印刷法を適
用することが困難となってしまう欠陥がある。

また、上記の如く溶融シリコンとの濡れを活用しようと
するのがリボン技術であるため、ダイ。

フィラメント、基板など多くの消耗品を要することにな
るだけでなく、濡れのよいカーボン、ＳｉＣ等を用いる
ことから、これが溶融シリコンへの不純物源となってし
まう。

さらに、当該リボン法によるときは、結晶の成長が、多
結晶シリコンシートの引き出し方向への成長であり、当
該結晶の成長速度はあまり大きくできず、品質および生
産能率の点からも満足すべきものとなっていない。

さらに別途別謂キャスティング法（＃ＰＩ造法）なるも
のも実施されているが、同法ではシリコン母材を加熱し
て融液となし、これを製品ウェハの寸法に応じた鋳型に
流し込み、さらに当該型の可動部分により融液を押圧成
型して固化させるものであるが、同法によるときは、−
度に所定形状のウェハが得られ、量産性の点で望ましい
結果が期待できるものの、上記のように融液は四方から
押えつけられることになる。

このため同法では鋳型の上下面と側面が上記融液の固化
に際し、シリコン結晶粒（グレイン）の成長を抑制して
しまうこととなり、固化製品の前記各面と接する部分近
傍が、非常に細かい結晶粒となって大きな結晶粒が得ら
れず、太陽電池用シリコンウェハ等にあって望ましいと
されている大結晶粒生成の要請を満足させることができ
ないため、当該ウェハによって得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなってしまう欠陥をも
っている。

そこで、本願人は既に上記難点を解消するため、前記キ
ャスティング法の利点を活用し、溶融シリコンをモール
ドノズルに供給するが、不連続でなく連続して供給する
と共に、これをモールドノズル内にて固化してしまい、
この固化シリコンシートを連続的に引き出すようにする
ことで、均一厚の多結晶シリコンシートを、不純物によ
る汚染の心配なしに陽産可能とすると共に、各種の厚さ
寸法のものを容易に得られるようにし、デイバイス加工
の工程でも、厚さの均一化処理などを不要となし１歩留
りの向上をも図ろうとする方法を提案した。

これは第３図に示す如き製造装置を用いて行うもので、
同図にあってｌはアルゴン等の不活性ガスか真空による
不活性雰囲気１ａをもつ炉体で、この中にはヒータ２ａ
　、　２ｂによって加熱されるシリコン溶融管３と、ヒ
ータ４によって加熱されるモールドノズル５とが設けら
れており、シリコン溶融管３内に投入のシリコン母材は
、前記ヒータ２ａによって溶融された後、不活性ガス等
による圧力Ｐを受けて、当該溶融シリコンＳｉが、順次
シリコン溶融管３の供給口３ａ、そしてモールドノズル
５の注入口５ａを介して当該モールドノズル５内へ送り
込まれるようになっている。

ここでモールドノズル５は、ノズル下板５ｂとノズル上
蓋板５Ｃとからなり、ノズル下板５ｂの上面に所定の凹
溝５ｄが形成されであることで、図示されていないビス
等により両板５ｂ　、　５ｃを重積状態にて固定するこ
とにより、所定厚さと所定巾の鋳造用路８が形成され、
図中７が引出手段としての引張り治具を示している。

この製造装置を用いて上記の方法を実施するには、石英
等により形成したシリコン溶融管３中にシリコン母材を
投入しておき、これをヒータ２ａの稼動によって溶融（
１４５０’０）　Ｌ、前記不活性ガスによる圧力Ｐ　　
（０，０１〜０．１　ｋｇ／ｃｍ’）を当該溶融シリコ
ンＳｉの上面に加え、ヒータ４によって予め１３００℃
〜１４２０℃の温度に加温しであるモールドノズル５内
へ、その注入口５ａから連続的に当該溶融シリコンＳｉ
を供給する。

これにより当該溶融シリコンＳｉはモールドノズル５内
にて固化することで固化シリコンシートＭＳｉ　となる
が、その先端は予め炉体１外に引き出され、その端末が
前記の引張り治具７に嵌着してあり、この引張り治具７
をモールドノズル５の長平方向である矢印Ａへ向は連続
的に引出すのである。

ここで、前記の凹溝５ｄを深さ０．５−騰、巾を２５鵬
腸にて２５０１だけ固化シリコンシートを引き出したと
ころ、製品である多結晶シリコンシートの■さは０．５
■鳳、巾を２５■腸のものが得られたのであり、モール
ドノズルの材質としては、カーボン酸の本体表面に窒化
シリコンコーティングを施すか、５ｉｚＮ４と５ｉＯｚ
の混合物コーティングを施して用いるのがよい。

ところが、上記方法の実施に際しては、溶融シリコンが
１４５０℃で溶解され、シリコン溶融管３の供給口３ａ
内で固化しないようにヒータ２ｂを臨設することも必要
であると共に、これに隣装のモールドノズル５は、その
温度をヒータ４によって、溶融シリコンよりも５０℃程
度低温となるように加熱しておかないと、当該モールド
ノズル５内での適切な固化シリコンシートＭＳｉの形成
ができないこととなる。

ところが上記第１図の如き製造装置による製法では１．
シリコン溶融管３を加熱するヒータ２ａ、２ｂの熱が、
どうしてもモールドノズル５を昇温させてしまうことと
なるので、上記５０℃程度の温度差を設定すること自体
困難となり、よい製品を得ることができない。

このような難点を解消するため、第４図に示す如き製造
装置を用いることも試行した。

当該装置は、前記した供給口３ａを長く下位まで延出さ
せた長尺供給口３ｂとなし、ヒータ２ａの直下に段熱材
８を配設したものであるが、このような手段を採ること
でヒータ２ａによるモールドノズル５の加熱は回避され
るものの、長尺供給口３ｂ内の溶融シリコンＳｉが冷却
され固化してしまうという現象が発生することとなる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記従来の方法およびその改善法がもつ欠陥を
解消しようとするもので、シリコン溶融管から圧力によ
り流下される溶融シリコンを前記の如く長尺供給口を介
してモールドノズルに供給するのではなく、」−記シリ
コン溶融管に連続させて下突した落流管中を、これに触
れることなく−ｈ記の溶融シリコンを落下により通過さ
せ、これをモールドノズル内へ供給するように改良する
ことで、シリコン溶融管を加熱するヒータとモールドノ
ズルとを十分に離間させ得るようになし、しかも落下す
る溶融シリコンが外部からの熱影響を可及的に受けない
ようにし、これにより落流途上の固結が生じないように
して、供給される溶融シリコンとモールドノズルとが、
所要の温度差を確実に保有し得るようにするのが、その
目的である。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、不活性雰囲気内に
あって、シリコン溶融管内のシリコン母材を溶融した後
、当該溶融シリコンに圧力をかけて、上記シリコン溶−
管の下端細成ノズルより、当該圧力に見合った溶融シリ
コンを押出落流させ、当該落流溶融シリコンを、前記シ
リコン溶融管の下位に連設された落流管の管内空所へ落
下させた後、同上落流溶融シリコンが上記落流管の下端
連結通過ノズルを通過して、さらにこの下端連結通過ノ
ズルに連着されていたモールドノズル内へ送出されると
共に、このモールドノズル内にて当該溶融シリコンの固
化したシリコンシートを、所望引出手段によって連続的
に引出するようにしたことを特徴とする多結晶シリコン
シートの製造方法を提供しようとするものである。

（作　　　用） 不活性雰囲気内で圧力を受けたシリコン溶融管内の溶融
シリコンは、当該圧力に対応した晴だけ、その下端細成
ノズルから落流管内に流下され、この落流溶融シリコン
は落流管に触れることなく、従って外部の温度により実
質的に冷却されない状態で落下した後、落流管の下端連
結通過ノズルを介して、モールドノズル内に連続的に供
給され、当該モールドノズル内で、溶融シリコンが固化
されて行き、この際固化シリコンシートがモールドノズ
ル外へ、引き出されて行くので、モールドノズルの寸法
通りの厚さと巾をもった多結晶シリコンシートが、踏切
れることなく生産されることとなる。

（実　施　例） 本発明を第１図の製造装置を用いて実施する場合につき
詳記すれば、当該装置にあって炉体１不活性雰囲気１ａ
、ヒータ２ａ　、　２ｂ、シリコン溶融管３、ヒータ４
、モールドノズル５、鋳造用路６゜引張り治具７、断熱
材８の存在は、前記第３図、第４図のものと実質的に同
一であるが、相違している点はシリコン溶融管３の下端
に開口している下端細成ノズル３ｃが、通常これから溶
融シリコンが自然流出しない程度に開成されており、従
ってアルゴン等による不活性ガスによって圧力Ｐを、溶
融シリコンＳｉに加えない限り、その流出はないよう設
定されており、実際上この下端細成ノズル３ｃの直径は
１．２ｗｎ程度とすればよく１図中３ｄはシリコン溶融
管３の上端に０リング３ｅを介して連結した圧力付加用
管を示している。

さらに重要な相違点は、上記のシリコン溶融管３に連設
して、図示例では同じ太さの落流管８が下突されており
、当該落流管９の下端に開口した下端連結通過ノズル９
ａが、モールドノズル５の注入口５ａに連着されている
点であり、この下端連結通過ノズル８ａとして図示した
ものは、第２図（ｂ）に示す如くスリット状に開口され
、もちろん下端細成ノズル３ｃの直下に配設されていて
、当該ノズル３ｃの流通断面よりも大きく形成してあり
、前記の断熱材８は落流管９の外周側にあって上下方向
の熱遮断が行われるよう配設され、またヒータ２ｂは下
端連結通過ノズル９ｄに臨設されている。

本発明を上記の製造装置の利用によって実施するには、
ヒータ２ａによってシリコン溶融管３内のシリコン母材
を溶融（１４５０℃）して、これにより得られた溶融シ
リコンＳｉをアルゴンガス等による圧力Ｐ　　（０，０
１ｋｇ／ｃｒｎ’）　（７）印加ニヨリ、下端細１１．
／ズル３Ｃから落流管θ内へ流下させるが、この際ヒー
タ４によってモールドノズル５の温度は１３５０℃程度
に加温しておく。

上記したノズル下端細成ノズル３ｃから流下された溶融
シリコンＳｉは、落流管８に触れることなく、その管内
空所９ｂ中を落下して行き、その真下に開口の下端連結
通過ノズル８ａを通過して、モールドノズル５の注入口
５ａから鋳造用路６内へ連続的に供給されることとなる
。

そこで、その後は前記従来例につき設示した如く引張り
治具７を矢印Ａ方向へ引いて、モールドノズル５内にて
冷却固化された固化シリコンシー）ＭＳｉを連続して引
き出すのであり、溶融シリコンＳｉの連続的供給量と、
引出し速度が適切に調整されれば、多結晶シリコンシー
トである製品は連続的に踏切れることなく生産される。

因に前記の如＜　０．０１ｋｇ／ｃｔｎ’の圧力Ｐをか
けたことで、モールドノズルの凹溝５ｄの深さ０．５龍
、巾２５ｍ−としたとき、約１０秒で５０〜１００層層
の引出し速度にて多結晶シリコンシートを引張ることが
できた。

（発明の効果） 本発明は上記のようにして実施し得るものであるから、
所望均一厚さ、巾の製品を自由に、かつ高い精度で効率
よく生産することができ、従ってデイバイス加工も容易
で歩留りが向上し、不純物の混入しない良質のものを安
価に提供し得るだけでなく、以下の効果を発揮できるも
のである。

すなわち、落流管中を溶融シリコンが落下して行くよう
にしたもので、外部から落下途上で熱を奪われ固化して
しまう心配がなくなり、この結果シリコン溶融管側とモ
ールドノズル側との間に断熱材を配して、上下の熱影響
を支障なく遮断することができるようになるから、モー
ルドノズル側の温度を１３５０℃以下といった温度にし
、かつシリコン溶融管側１４５０℃とするといった大き
な温度差の設定が可能となり、この結果モールドノズル
内へ注入された溶融シリコンを速やかに固結させて固化
シリコンシー）ＭＳｉとすることができ、それだけ引張
り速度も上げ得ることとなるから、生産性の向上に期待
するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用い得る製造装置の縦断
正面説明図、第２図（ａ）　（ｂ）は夫々第１図のａ−
ａ線横断矢視図と落流管の下面図、第３図は既往多結晶
シリコンシートの製造方法を実施し得る製造装置の縦断
正面説明図、第４図は同上装置の改良案による製造装置
を示した縦断正面説明図、第５図は従来のリボン法によ
る多結晶シリコンシート製造装置を示す縦断正面説明図
である。 １ａ・・・・・・不活性雰囲気 ３・・・・・・シリコン溶融管 ３ｃ・・・・・・下端細成ノズル ５１１・・・・・モールドノズル ７・・・・・・引出手段としての引張り治具９・・・・
・・落流管 ９ａ・・・・・・下端連結通過ノズル ９ｂ・・・・・・管内空所 Ｐ・・・・・・圧力 Ｓｉ・・・・・・溶融シリコン ＭＳｉ・・・・固化シリコンシート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　不活性雰囲気内にあって、シリコン溶融管内のシリコ
   ン母材を溶融した後、当該溶融シリコンに圧力をかけて
   、上記シリコン溶融管の下端細成ノズルより、当該圧力
   に見合った溶融シリコンを押出落流させ、当該落流溶融
   シリコンを、前記シリコン溶融管の下位に連設された落
   流管の管内空所へ落下させた後、同上落流溶融シリコン
   が上記落流管の下端連結通過ノズルを通過して、さらに
   この下端連結通過ノズルに連着されていたモールドノズ
   ル内へ送出されると共に、このモールドノズル内にて当
   該溶融シリコンの固化したシリコンシートを、所望引出
   手段によって連続的に引出するようにしたことを特徴と
   する多結晶シリコンシートの製造方法。