JPH0313167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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ウエハの製造方法に
関する。

従来から多結晶シリコンウエハは各種の方法に
よつて製造されており、最も一般的にはシリコン
母材により一たん所定形状のインゴツトを鋳造
し、これをスライスすることによつてウエハを得
るようにしているが、これではスライス作業に大
変な時間をかけなければならないだけでなく、イ
ンゴツトの約50％がスライス時のロスとなつてし
まうため、製品コスト高につき大量生産も不可能
である。

そこでスライスによらない方法としてリボン法
とキヤステイング法（鋳造法）が既に実施されて
いるが、リボン法は例えば回転ドラムの周面に溶
融シリコンを噴当させ、当該周面にリボン状のウ
エハを形成するものであり、同法によるときは実
際上リボン幅が数mm程度のものしか製造すること
ができず、大形の太陽電池素材等が得られない難
点がある。

また上記キヤステイング法と呼ばれているもの
は、シリコン母材を加熱して融液となし、これを
製品ウエ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、一度
に所定形状のウエハが得られ、量産性の点で望ま
しい結果が期待できるものゝ、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ゝなり、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
となつて大きな結晶粒が得られず、太陽電池用シ
リコンウエハ等にあつ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、当該ウエハによつて得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなつてしまう欠
陥をもつている。

そこで、本出願人は、上記諸法の欠陥を大幅に
改善することができる多結晶シリコンウエハの製
造方法として、既に、シリコン母材を溶融し、こ
の融液を、石英又はカーボンで形成され、かつ回
転状態にある製造皿上に滴下し、遠心力を有効利
用することにより所望拡径状態の融液薄層を形成
し、同層の固化後、これを製造皿から剥離する方
法（スピン法）を提案した。

このスピン法は、多くの優れた特徴をもつてい
るが、上記の固化した融液薄層の剥離に際し、同
層は製造皿に瘉着していることから、剥離作業の
際に破損してしまい易く、同作業が極めて煩雑で
熟練を要求されることとなり、このことが大量生
産の隘路となつていた。

また、上記瘉着現象は、融液温度が高ければ高
いほど強固となることから、剥離のことを考慮し
てあまり同温度を高くすることができず、この結
果、太陽電池用ウエハ等にあつて、高温にすれば
大結晶粒が生成され、特性向上上望ましいことが
わかつていながらそれが実現できないのである。

この発明は、かゝる現状に鑑み創案されたもの
であつて、その目的とするところは、製造が容易
であり、しかも太陽電池用ウエハ等にあつて望ま
しいとされる大結晶粒のウエハを生成すること
が、支障なくできる量産可能な多結晶シリコンウ
エハの製造方法を提供しようとするものである。

かゝる目的を達成するため、この発明にあつて
は、所望雰囲気内にあつて、ターンテーブルを用
いるなどして製造皿を回転させ、この製造皿上に
おけるシリコン母材の融液を、当該回転による遠
心力によつて、拡径方向へ流動させることによ
り、当該融液による所望径の融液薄層を形成し、
これを固化した後、同薄層を製造皿より剥離する
多結晶シリコンウエハの製造方法において、上記
製造皿を多孔質材で形成し、同製造皿上面で融液
薄層が固化した後、当該製造皿を腐蝕性溶液を付
与し、製造皿上面へ浸出する同溶液により固化し
た上記融液薄層の製造皿との瘉着面を溶解して同
薄層を製造皿から剥離することにより多結晶シリ
コンウエハを製造しようとするものである。

以下、添付図面にもとづき、この発明を詳細に
説明する。

第１図は、製造皿１のウエハ形成平面である上
面１ａに所望拡径状態の固化したシリコンシート
２が形成されている状態である。

このようなシリコンシート２を形成するには第
２図のように、坩堝４にシリコン母材を投入し
て、これを溶融用熱源５により加熱融解し、当該
融液を坩堝４の転動によつて漏斗７へ放流し、
こゝで一たん漏斗７に受承されて、さらにその流
出口７′から、図中点線で示すように当該融液を
上面１ａの略中心部に滴下する。

そしてこの際ターンテーブル機構８は予め回転
させておくのがよいが、同時回転でも、滴下完了
後融液が固化しないうちに回転を開始させてもよ
く、当該回転による遠心力によつて融液は拡径方
向へ流動する。

ここで製造皿１としては、多孔質材でシリコン
との反応性が少ないカーボン（Ｃ）等で形成さ
れ、かつ各種寸法の円形、四角形等所望形状のウ
エハ形成平面１ａをもつたものが用意され、これ
を任意選択して用いるが、上記の融液供給量が充
分であれば、拡径流動の融液はウエハ形成平面１
ａの全面にわたり、その外周縁まで拡径され、余
剰供給の融液は当該外周縁から遠心力により放出
され、この結果上面１ａの形状に見合つた融液薄
層が形成され、これを自然放冷か適宜の冷却手段
によつて固化し、第１図に示すように、多結晶シ
リコンウエハが製造皿１の上面１ａに形成され
る。

尚、上記シリコン母材としては金属級シリコ
ン、半導体級高純度シリコンなどを用いるように
し、同母材は、坩堝４の外周側に配設された電気
ヒータ等による溶融用熱源５によつて、当該シリ
コンの溶融温度1420℃を考慮して加熱することに
より、これを溶融し得るようになつており、当該
熱源５としては図示例のように電熱源であると
か、高周波加熱装置によることができ、もちろん
適時当該加熱を停止したり、加熱条件を制御可能
にしておくことが望ましい。

そして上記ターンテーブル機構８は、その回転
軸９が固設されている回収受皿１０に、製造皿１
を載置し、同軸９を回転中心として回収受皿１０
と製造皿１は同期して回動される。

このようにして製造皿１の上面１ａに所望拡径
のシリコンシート２が形成された後、該製造皿１
を回収受皿１０から取り外し、例えば第３図に示
すような浸漬手段により腐蝕性容液３を同皿１に
付与する。

この場合、もちろん製造皿１の上面１ａに形成
されたシリコンシート２自体が腐蝕性溶液３に浸
漬されてしまうことのない状態とすべきである。

上記のシリコンシート２に対する腐蝕性溶液３
としては、特に好適なのは、弗酸と硝酸との混合
水溶液であり、この際は、該腐蝕性溶液３が過度
にシリコンシート２を腐蝕するようなものである
と、シリコンシート２の特性や品質が低下するの
で望ましくなく、従つて、王水の場合は、過度に
シリコンシート２を溶解してしまうので好ましく
ない。

第３図の実施例では、製造皿１を腐蝕性溶液３
の収納された容器Ａ内に投入するようにしてお
り、これにより製造皿１は多孔質材で形成されて
いることから、腐蝕性溶液３が製造皿１の連続孔
による毛管現象により吸入されて、製造皿１の上
面１ａにおける全域から浸出し、シリコンシート
２の製造皿１に対する瘉着面２ａを溶解する。

かくして、所要時間経過すると、シリコンシー
ト２の瘉着面２ａが製造皿１の上面１ａから上記
溶解により完全に剥離可能となるに至り、作業者
の手動又は機械によりシリコンシート２を持ち上
げ、洗浄を行つた後、製品仕上げを施こすことに
より多結晶シリコンウエハが得られる。

ここで本発明に係る具体例を示せば、50体積％
の弗酸水溶液と、35体積％の硝酸水溶液を１：５
の容積比で混合して腐蝕性溶液となし、この混合
水溶液に製造皿を約半分位の高さまで浸漬した。

この結果、約15分乃至20分後には、製造皿と瘉
着したシリコンシートを該製造皿から分離させる
ことができ、このように得られたシリコンシート
の剥離面が、支障を来す如き溶解状態とはなつて
いないことを確認した。

尚、上記剥離に要する時間を短縮しようとする
場合には、弗酸と硝酸との混合比を、例えば２：
５とするなど弗酸の割合を適宜に大きくしてやれ
ばよい。

上記の通り本発明によれば、従来のインゴツト
スライス法やリボン法の難点が解消されるのは勿
論、既応キヤステイング法のように鋳型の各面に
よる制限を受けることなく、製造皿に載置された
まま固化され、この固化に際し、瘉着したシリコ
ンシートを、製造皿の連続孔より吸引されて上面
全域から浸出する腐蝕性溶液で全面均一に溶解
し、極めて容易に、しかも破損することなく製造
皿より剥離することができる。

またこの発明によれば、シリコンシートの瘉着
面を確実に溶解できることから、シリコン母材の
溶融温度を上げて瘉着度が大きくなつても容易に
剥離できるので、太陽電池用シリコンウエハ等に
あつて望ましいとされている大結晶粒のシリコン
ウエハを充分な高温条件下にて容易に形成するこ
とができる。

またさらに、この発明によれば、シリコンシー
トと製造皿との分離作業が極めて容易でありしか
も製造皿は再利用が可能であるため、量産に好適
であり、シリコンウエハのコストを低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係る製造方法の一実施例を
示す工程図であつて、第１図はシリコンシートと
製造皿とが瘉着した状態を示す側面説明図、第２
図は、本出願人が先に提案した多結晶シリコンウ
エハの製造方法を実施するために用いられる設備
の一部を切欠した斜視説明図、第３図は製造皿を
腐蝕性溶液に浸漬した状態を示す縦断側面説明
図、第４図はシリコンシートと製造皿とが分離し
た状態を示す同説明図である。 １……製造皿、１ａ……製造皿の上面（ウエハ
形成平面）、２……シリコンシート、２ａ……瘉
着面、３……腐蝕性溶液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望雰囲気内にあつて、回転する製造皿上に
   おけるシリコン母材の融液を、当該回転による遠
   心力によつて、拡径方向へ流動させることによ
   り、当該融液による所望径の融液薄層を形成し、
   これを固化した後、同薄層を製造皿より剥離する
   多結晶シリコンウエハの製造方法において、上記
   製造皿を多孔質材で形成し、同製造皿上面での融
   液薄層固化後に、当該製造皿に腐蝕性溶液を付与
   し、製造皿上面へ浸出する同溶液により、固化し
   た上記融液薄層の製造皿との瘉着面を溶解して同
   薄層を製造皿から剥離するようにしたことを特徴
   とする多結晶シリコンウエハの製造方法。 ２ 腐蝕性溶液は、弗酸と硝酸との混合水溶液で
   ある特許請求の範囲第１項記載の多結晶シリコン
   ウエハの製造方法。 ３ 弗酸と硝酸との容積混合比は、50体積％弗酸
   １に対し、35体積％硝酸が５である特許請求の範
   囲第２項記載の多結晶シリコンウエハの製造方
   法。