JPH0218315A - 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１０
図のように、不活性ガス雰囲気内にあって坩堝ａ内に存
する溶融シリコンｂにダイＣを浸漬起立させ、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１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。

さらに別途別語キャスティング法（鋳造法）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１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量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、歩留
りの向上をも図ろうとする方法を提案した。

その第１方法は第１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１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を介してち該モールドノズル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１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路６が形成され１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第１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℃）シ、前記不活性ガスによる圧力Ｐ　　
（０，０１〜０．１　ｋｇ／ｃば）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Ｓｒ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ｌ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の長手方向である矢印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０．５１１．巾を２５ｍ
ｍにて２５０■■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厚さは０．
５ｍ層、巾を２５ｍ厘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、カーボン製の本体表面
に窒化シリコンコーティングを施ｔか、５ｉｚＮ＋　と
ＳｉＯ２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、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。

そこで本願人は、さらに第２図に示す如き製造装置を用
いて行うことができる第２の方法を提案した。

上記第２図のものは第１図のものと同じく炉体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、鋳造路６、引張り治
具７、断熱材８の存在が、実質的に同一であり、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
網成ノズル３ｂが、通常これから溶融シリコンが自然流
出しない程度に網成されており、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
上この下端網成ノズル３ｂの直径は１．２箇１程度とす
ればよく、図中３０はシリコン溶融管３の上端にＯリン
グ３ｄを介して連結した圧力付加用管を示している。

さらに相違する点は、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３の下端に開口したスリット状等による下端
連結通過ノズル９ａ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、もちろん下端網成ノズル３
ｂの直下に配設されていて、当該ノズル３ｂ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８
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８ａに臨設
されている。

前掲第２の方法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（１４５Ｇ”０）　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
　　（０，０１ｋｇ／ｃｒｎ’）の印加により、下端網
成ノズル３ｂから落流管ｓ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。

上記した下端網成ノズル３ｂ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ｓ
ｂ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９ａを通過して、モールドノズル５の注入口５ａか
ら鋳造路Ｂ内へ連続的に供給されることとなる。

そこで、その後は前記第１の方法につき説示した如く引
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ト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
シートたる製品は連続的に踏切れることなく生産される
。

ところが、前記従来のリボン法やＣＺ法などにあっては
、溶融シリコンｂを引き上げる際、種結晶を予め引張り
治具に取り付けておき、この種結晶を溶融シリコンに浸
漬して後引き上げるようにしなければならず、このため
種結晶なるものが入用になるばかりか、これを引張り治
具に取着するため面倒な作業も必要となるなどの不便が
ある。

そこで、前記第１の方法、第２の方法について、上記リ
ボン法の如き引張り作業を行うのであれば、この場合も
全く同じ問題を生ずることとなる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記第１、第２の方法において、その固化シリ
コンシートを如何にして引き出すかについての課題に解
決を与えようとするもので、本願の請求項（１）にあっ
ては当初の溶融シリコン圧送によって、当該溶融シリコ
ンをモールドノズルから、さらにこれに当接されている
引き出し治具の握持用端口まで流入させてしまい、これ
を固化してから、溶融シリコンの送出圧を弱め、この状
態にて固化シリコンシートの連続的引出を行うようにす
ることで前掲種結晶を不要とし、従ってその取着作業を
も排除でき、引き出し治具の構成も極めて簡易なもので
すむようにして生産性の向上を図ろうとするのが、その
目的である。

さらに請求項（２）にあっては、上記請求項（１）にお
ける溶融シリコンが握持用端口内へ流入し、これが固化
したことを、当該引き出し治具の確認用細孔から検知す
るようになし、固化シリコンシートの引出タイミングに
高度な熟練を要せず。

何人にも引出不能に至るといった作業ミスが生じないよ
うにして、さらにその生産性を向上させようとするのが
、その目的である。

（課題を解決するための手段） 本願は上記の目的を達成するため、その請求項（１）で
は不活性雰囲気内にあって、シリコン母材を溶融した後
、当該溶融シリコンに所定の当初圧力をかけることで、
これを加温されたモールドノズル内へ連続して送出する
ことにより、当該溶融シリコンを、モールドノズルの引
出端口に当接させてある引き出し治具の握持用端口内ま
で流入させて固化させた後、前記当初圧力を溶融シリコ
ンがモールドノズル内にて固結されるよう低下させた所
定の稼動圧力に降下させると共に、上記引き出し治具を
連続して引出することで、上記モールドノズル内で固結
した固化シリコンシートを当該引出端口から引き出すよ
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しており、請求項（２）では不活性
雰囲気内にあって、シリコン母材を溶融した後、当該溶
融シリコンに所定の当初圧力をかけることで、これを加
温されたモールドノズル内へ連続して送出することによ
り、当該溶融シリコンを、モールドノズルの引出端口に
当接させてある引き出し治具の握持用端口内まで流入さ
せ、この流入した溶融シリコンを当該引き出し治具に穿
設した確認用細孔から検知し、この溶融シリコンの流入
固化が確認されたならば、前記当初圧力を溶融シリコン
がモールドノズル内に固結されるよう低下させた所定の
稼動圧力に降下させると共に、上記引き出し治具を連続
して引出することで、上記モールドノズル内で固結した
固化シリコンシートを当該引出端口から引き出すように
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
を提示するものである。

（作　　　用） 請求項（１）にあっては、当初圧力によりシリコン溶融
管内の溶融シリコンが、モールドノズルからさらに引き
出し治具の握持用端口内まで流入してくるから、これが
固化したところで引き出し冶具を引き出せば、この際溶
融シリコンは最早当初圧力よりも低い稼動圧力にて加圧
されているため、モールドノズル内にあっても溶融シリ
コンが固結しており、この結果固化シリコンシートを連
続的に引出することができる。

請求項（２）では溶融シリコンが上記の握持用端口内ま
で流入したことを、引き出し治具に穿設した確認用細孔
からの色調によって当該流入そしてその固化が視覚的に
も確認でき、この結果引き出し治具の引出タイミングに
熟練を要することなく、不慣れな作業者にも失敗のない
作業が保証される。

（実　施　例） 本願を前掲第１図、第２図そして引き出し治具を例示し
た第３図乃至第９図を用いて詳細に説示すれば、その製
造装置としては前述の第１図と第２図によって明示した
如きものを用いればよく、この際引き出し治具７として
は、以下のものを用いるのが望ましい。

すなわち、第３図の（ａ）　（ｂ）に示すような上側部
材７ａと第４図（ａ）（ｂ）の如き下側部材７ｂとを第
５図の通り上下配置として重積し、これらをカーボンに
よる止螺子７ｃにより固定したものである。

上側部材７ａは前端部７ｄとこれより狭山な後端部７ｅ
とからなり、前端部７ｄの下面７ｆには鎖目用欠所７ｇ
が、先端面７ｈに開口させて凹設され、かつ後端ｇｌ１
７ｅには固定用縦孔７１が貫通されており、上記端口用
欠所７ｇは第３図の（ｂ）の明示の如く、先端面７ｈ側
から後端部７ｅ側へ向けて次第に深くなるよう傾設され
ている。

一方下側部材７ｂも、その前端部７ｄ’　と小幅の後端
部７ｅ’が連設され、その先端面７ｈ’に開口する鎖目
用欠所７ｇ’が上面７ｆ’に傾斜して凹設されていると
共に、後端部？ｅ’には縦螺孔７１°が貫設され、ざら
に後端面７ｊには、第１図、第２図に示した引き出し杆
７ｋを連結するためのタップ７１が横向きに螺設されて
いる。

」１記の上側部材７ａと下側部材７ｂとを夫々の下面７
ｆ、上面７Ｆ’が当接するよう重積した後、第５図の如
く止螺子７ｃを固定用縦孔７１から挿入して、縦螺孔７
１°　に螺着するのであり、このようにして構成された
引き出し治具７には、その先端面７ｈ。

７ｈ’　に前記鎖目用欠所？ｇ　、　７ｇ’の合体によ
り楔状に形成された握持用端口７ｍが開口されることと
なる。

請求項（１）では、このような引き出し治具７を用いる
のであるが、最初この引き出し治具７はその先端面７ｈ
　、　７ｈ’を、前記モールドノズル５における引出端
口５ｅが開口する端面と当接させて、これと上記の握持
用端口７ｍとを連通状態としておくのであり、その主要
工程は第１図と第２図によって説示した第１．第２の方
法と相通ずるものがあるが、溶融シリコンＳｒにアルゴ
ンなどの不活性ガスにより圧力Ｐを加えるに際し、当初
圧力を例えば０．１ｋｇ／ｃｒｎ’といった比較的大き
な値に選定するものである。

このことにより、上記溶融シリコンＳｉは第１図の場合
、供給口３ａ−注入口５ａ−鋳造用路８−引出端口５ｅ
を経て、さらに引き出し治具７の握持用端ロア１１内へ
流入し、これが当該端ロア■内にて固化することになり
、第２図にあっては同上溶融シリコンが下端網成ノズル
３ｂ−落流管８−下端連結通過ノズル８ａ−注入口５ａ
−鋳造用路６−引出端口５ｅを経て同−握持用端口７■
へと流入、そして固結することとなる。

上記の如く固結したならば、引き出し治具７を矢印へ方
向へ引張ることとなるが、この際溶融シリコンＳｉに対
する圧力Ｐは、上記当初圧力のままではなく、これより
も降圧させた稼動圧力とするのである。

このようにすることで、以後前記の溶融シリコンＳｉは
引き出し治具７へまでは流入することなく、モールドノ
ズル５内にて固化して、鋳造用路ε内に固化シリコンシ
ートＭＳｉが形成され、もちろん溶融シリコンＳｉの供
給は連続的であるから、引き出し治具７の引出によって
、当該固化シリコンシートＭＳｉを連続的に引き出すこ
とができる。

この際前記の如く握持用端ロア■を楔状に形成しておく
こと、ここへ流入した溶融シリコンＳｉが固化した後、
引き出しに際しこの握持用端ロア■が抜は止め効果を発
揮することとなって好ましい。

次に請求項（２）につき詳記すれば、この場合には第６
図（ａ）（ｂ）に示した上側部材７ａと第７図（ａ）（
ｂ）に示した下側部材７ｂとを第８図、第９図に示すよ
うに重積固定することで構成した引き出し治具７を使用
するのがよく、これが前記の第３図乃至第５図に示した
ものと相違する点は以下の通りである。

すなわち前記の握持用端ロアーと連通するように、この
引き出し治具７には確認用細孔ｌＯを穿設しておくので
ある。

このため１図示の実施例にあっては第６図、第８図およ
び第９図に明示の如く、上側部材７ａの前端部７ｄにお
いて、端口用欠所７ｇの奥端に開口するよう当該確認用
細孔１０を当該部材７ａの長手方向へ開通させてある。

この場合確認用細孔１０としては、当該細孔ｌＯから握
持用端ロア■に流入した溶融シリコンＳｉが流出してし
まうことのないようにするのが望ましく、このためには
例えば引き出し治具の温度を１２００℃としたとき、確
認用細孔ｌＯの長さが１０ｍ５、孔径が１．５＋ｓ■以
下とすれば漏出の心配がなくなる。

そして、前記請求項（１）に説示した工程にて実施され
るが、これと違ってさらに付加される技術内容は、前述
の如く溶融シリコンＳｉがモールドノズル５から握持用
端ロア諺に流入したことを、この確認□用細孔ｌＯを介
して、引き出し用治具７自体よりも明るく輝く当該溶融
シリコンＳｉの検知により確認し、さらにこれが固化し
たことを視覚を通じ認知してから、引き出しを開始する
ことであり。

このことにより引き出し作業のタイミングが不正となる
ことによる失敗を解消するのである。

（発明の効果） 本願の請求項（１）にあって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、溶融シリコンを固化シリコンシートとして、
連続的にこれを引き出すに際し、種結晶や、これを引き
出し治具に取付けるための作業が全く不要となり、引き
出し治具もそれだけ簡潔な構成のもので事足り、しかも
溶融シリコンに対する付加圧力の適切な調整のみで連続
的な多結晶シリコンシートの製造が可能となるため、こ
の点からしても生産性を向上できることとなる。

さらに請求項（２）では請求項（１）の製造方法に加え
て、溶融シリコンの流入を引き出し治具にあって、確認
できることとなるため、引き出し作業の開始タイミング
により引き出し不能となったりすることなく、また作業
者にも特に熟練を要求されないこととなるため、何人に
も失敗のない製造方法を提供し得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願請求項（１）に係る方法を実施するのに用
い得る製造装置の縦断正面説明図、第２図は同上製造装
置の別個を示す縦断正面説明図、第３図（ａ）（ｂ）は
同上製造装置の引き出し治具を構成する上側部材の下面
図と縦断側面図、第４図（ａ）（ｂ）は同上引き出し治
具の下側部材を示した夫々上面図と縦断側面図、第５図
は上記の上側部材と下側部材とにより構成した引き出し
治具の縦断側面図、第６図（ａ）　（ｂ）は本願請求項
（２）の方法に用いる引き出し治具における上側部材の
下面図と縦断側面図、第７図（ａ）　（ｂ）は同上引き
出し治具の下側部材を示した夫々上面図と縦断側面図、
第８図は上記の上側部材と下側部材とによって構成され
た引き出し治具の縦断側面図、第９図は同上治具の右側
面図、第１０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正面説明図である。 ｌａ・・・・・・不活性雰囲気 ５・命・争・・モールドノズル ５ｅ・・・・・・引出端口 ７・・・・・・引き出し治具 ７ｍ・・・・・・握持用端口 １０・・・・・・確認用細孔 Ｐ・・・・・・圧力 Ｓｉ・書・・・・溶融シリコン ＭＳｉφ・φ・固化シリコンシート 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 第 図 第 図 第 図 第 ε 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性雰囲気内にあって、シリコン母材を溶融し
   た後、当該溶融シリコンに所定の当初圧力をかけること
   で、これを加温されたモールドノズル内へ連続して送出
   することにより、当該溶融シリコンを、モールドノズル
   の引出端口に当接させてある引き出し治具の握持用端口
   内まで流入させて固化させた後、前記当初圧力を溶融シ
   リコンがモールドノズル内にて固結されるよう低下させ
   た所定の稼動圧力に降下させると共に、上記引き出し治
   具を連続して引出することで、上記モールドノズル内で
   固結した固化シリコンシートを当該引出端口から引き出
   す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。（２）不活性雰囲気内にあって、シリコン母
   材を溶融した後、当該溶融シリコンに所定の当初圧力を
   かけることで、これを加温されたモールドノズル内へ連
   続して送出することにより、当該溶融シリコンを、モー
   ルドノズルの引出端口に当接させてある引き出し治具の
   握持用端口内まで流入させ、この流入した溶融シリコン
   を当該引き出し治具に穿設した確認用細孔から検知し、
   この溶融シリコンの流入固化が確認されたならば、前記
   当初圧力を溶融シリコンがモールドノズル内に固結され
   るよう低下させた所定の稼動圧力に降下させると共に、
   上記引き出し治具を連続して引出することで、上記モー
   ルドノズル内で固結した固化シリコンシートを当該引出
   端口から引き出す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。