JPH04219398A - 単結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
単結晶シリコンの製造方法Info
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- JPH04219398A JPH04219398A JP9132591A JP9132591A JPH04219398A JP H04219398 A JPH04219398 A JP H04219398A JP 9132591 A JP9132591 A JP 9132591A JP 9132591 A JP9132591 A JP 9132591A JP H04219398 A JPH04219398 A JP H04219398A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や太陽電池等の
素材として使用される単結晶シリコンの製造方法に関す
る。
素材として使用される単結晶シリコンの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高効率太陽電池の開発には、高品質な単
結晶材料、とりわけ大型の単結晶シリコンが不可欠であ
る。高品質な単結晶シリコンとしては、ＦＺ法にて製造
された単結晶シリコンロッドが、現在は最高と考えられ
る。これは、ＦＺ法と並ぶ単結晶化技術であるＣＺ法が
、るつぼ使用のために酸素混入による欠陥を避け得ない
からである。図２にＦＺ法を用いた単結晶シリコンロッ
ドの製造方法を示す。
結晶材料、とりわけ大型の単結晶シリコンが不可欠であ
る。高品質な単結晶シリコンとしては、ＦＺ法にて製造
された単結晶シリコンロッドが、現在は最高と考えられ
る。これは、ＦＺ法と並ぶ単結晶化技術であるＣＺ法が
、るつぼ使用のために酸素混入による欠陥を避け得ない
からである。図２にＦＺ法を用いた単結晶シリコンロッ
ドの製造方法を示す。
【０００３】現在のＦＺ法を用いた単結晶シリコンロッ
ドの製造方法は、シーメンス法にて製造された多結晶シ
リコンロッド５０を素材としている。そして、この素材
を誘導コイル４０ａに部分溶融させつつ挿通させて単結
晶シリコンロッド５１となす。単結晶シリコンロッド５
１は、更にもう一度誘導コイル４０ｂに挿通されて製品
の単結晶シリコンロッド５２とされる。２回のＦＺ溶融
が必要なのは、素材である多結晶シリコンロッド５０に
含まれているガスが、１回のＦＺ溶融では充分に抜け切
らないためであり、ＦＺ法を開発、実施している各社の
製造マニアルも２回の溶融を指定している。
ドの製造方法は、シーメンス法にて製造された多結晶シ
リコンロッド５０を素材としている。そして、この素材
を誘導コイル４０ａに部分溶融させつつ挿通させて単結
晶シリコンロッド５１となす。単結晶シリコンロッド５
１は、更にもう一度誘導コイル４０ｂに挿通されて製品
の単結晶シリコンロッド５２とされる。２回のＦＺ溶融
が必要なのは、素材である多結晶シリコンロッド５０に
含まれているガスが、１回のＦＺ溶融では充分に抜け切
らないためであり、ＦＺ法を開発、実施している各社の
製造マニアルも２回の溶融を指定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の製造
方法では、製造された単結晶シリコンロッドにおけるラ
イフタイム、比抵抗等の太陽電池に不可欠な性能は高い
。しかし、コストも高く、製品価格の高いことが太陽電
池用の大型素材を製造するにあたっての大きなネックに
なっている。ＦＺ法を用いた単結晶シリコンロッドの製
造方法がコスト高になる主な理由は、次の３点である。
方法では、製造された単結晶シリコンロッドにおけるラ
イフタイム、比抵抗等の太陽電池に不可欠な性能は高い
。しかし、コストも高く、製品価格の高いことが太陽電
池用の大型素材を製造するにあたっての大きなネックに
なっている。ＦＺ法を用いた単結晶シリコンロッドの製
造方法がコスト高になる主な理由は、次の３点である。
【０００５】第１は、素材である多結晶シリコンロッド
の製造コスト、すなわちシーメンス法による製造コスト
が高いことである。２点目は、シーメンス法にて製造さ
れた多結晶シリコンロッドの外径精度が悪く、ＦＺ溶解
を行うにあたって外面を大量に切削しなければならず、
そのロスが多いことである。３点目は、２回のＦＺ溶解
を必要とすることである。
の製造コスト、すなわちシーメンス法による製造コスト
が高いことである。２点目は、シーメンス法にて製造さ
れた多結晶シリコンロッドの外径精度が悪く、ＦＺ溶解
を行うにあたって外面を大量に切削しなければならず、
そのロスが多いことである。３点目は、２回のＦＺ溶解
を必要とすることである。
【０００６】本発明の目的は、従来のＦＺ法に匹敵する
単結晶品質が、それよりも格段に低コストで得られる単
結晶シリコンの製造方法を提供することにある。
単結晶品質が、それよりも格段に低コストで得られる単
結晶シリコンの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】多結晶シリコンロッドの
製造方法として現在主流を占めている方法は、上記シー
メンス法であるが、この方法は基本的にはバッチ式であ
り、低能率である。また、シリコン析出表面積が炉内容
量に比して小さく、且つ炉表面からの熱放散が大きいと
いった欠点もある。従って、この方法はコスト高になる
。そこで最近、シーメンス法に代わって流動造粒法が結
晶シリコンの製造方法として注目を集めており、本出願
人もその開発を進めている（特願昭６３−３２４０１０
号、特願平１−１００９２９号、特願平１−１００９３
０号等）。
製造方法として現在主流を占めている方法は、上記シー
メンス法であるが、この方法は基本的にはバッチ式であ
り、低能率である。また、シリコン析出表面積が炉内容
量に比して小さく、且つ炉表面からの熱放散が大きいと
いった欠点もある。従って、この方法はコスト高になる
。そこで最近、シーメンス法に代わって流動造粒法が結
晶シリコンの製造方法として注目を集めており、本出願
人もその開発を進めている（特願昭６３−３２４０１０
号、特願平１−１００９２９号、特願平１−１００９３
０号等）。
【０００８】流動造粒法は、反応器内で顆粒状多結晶シ
リコンを連続的に成長させて反応器外へ抽出する方法で
あるので、バッチ式であるシーメンス法に比して本質的
に高能率であり、さらに反応器の内容量に対するシリコ
ン析出表面積の比率も格段に大きく、生産性および電力
消費等の点でも著しく有利になる。従って、その製造コ
ストは、シーメンス法に比して格段に安価になる。
リコンを連続的に成長させて反応器外へ抽出する方法で
あるので、バッチ式であるシーメンス法に比して本質的
に高能率であり、さらに反応器の内容量に対するシリコ
ン析出表面積の比率も格段に大きく、生産性および電力
消費等の点でも著しく有利になる。従って、その製造コ
ストは、シーメンス法に比して格段に安価になる。
【０００９】本出願人は、この流動造粒法による多結晶
シリコンの製造方法の開発を進める一方で、電磁誘導に
よる連続鋳造を用いた単結晶シリコンの製造方法の開発
も続けており、その過程で今回、流動造粒法、電磁誘導
による連続鋳造法およびＦＺ法の組合せが、高品質単結
晶シリコンの製造方法として極めて合理的で経済性に富
むことが明らかになった。
シリコンの製造方法の開発を進める一方で、電磁誘導に
よる連続鋳造を用いた単結晶シリコンの製造方法の開発
も続けており、その過程で今回、流動造粒法、電磁誘導
による連続鋳造法およびＦＺ法の組合せが、高品質単結
晶シリコンの製造方法として極めて合理的で経済性に富
むことが明らかになった。
【００１０】また、原料シリコンとして最近カーボン還
元法による安価な太陽電池級シリコン原料の開発が進め
られて来ており、これが実用化すれば、これの破砕品も
同様に使用可能になると考えられる。
元法による安価な太陽電池級シリコン原料の開発が進め
られて来ており、これが実用化すれば、これの破砕品も
同様に使用可能になると考えられる。
【００１１】本発明の単結晶シリコンの製造方法は、顆
粒状多結晶シリコンを原料として電磁誘導による連続鋳
造により製造された多結晶シリコンロッドを、ＦＺ法に
より単結晶化することを特徴としてなる。
粒状多結晶シリコンを原料として電磁誘導による連続鋳
造により製造された多結晶シリコンロッドを、ＦＺ法に
より単結晶化することを特徴としてなる。
【００１２】
【作用】電磁誘導による連続鋳造法は、誘導コイル内に
、軸方向の少なくとも一部が周方向に分割された導電性
の無底るつぼを設置し、この中で材料を溶解すると共に
溶解した材料を凝固させつつ無底るつぼより下方へ引き
抜いて長尺のロッドとなす方法である。この方法は、無
底るつぼ内の材料がるつぼ内面に対して非接触であるの
で、多結晶シリコンロッドの製造に用いた場合には、る
つぼからの汚染が完全に防止できる利点がある。
、軸方向の少なくとも一部が周方向に分割された導電性
の無底るつぼを設置し、この中で材料を溶解すると共に
溶解した材料を凝固させつつ無底るつぼより下方へ引き
抜いて長尺のロッドとなす方法である。この方法は、無
底るつぼ内の材料がるつぼ内面に対して非接触であるの
で、多結晶シリコンロッドの製造に用いた場合には、る
つぼからの汚染が完全に防止できる利点がある。
【００１３】米国はこのような考えに立って電磁誘導に
よる連続鋳造を用いた多結晶シリコンの製造方法を我国
に特許出願しており（特開昭６１−５２９６２号公報）
、本出願人もその工業化に向けての開発を続けている（
特開平１−２６４９２０号公報、特開平２−３０６９８
号公報等）。
よる連続鋳造を用いた多結晶シリコンの製造方法を我国
に特許出願しており（特開昭６１−５２９６２号公報）
、本出願人もその工業化に向けての開発を続けている（
特開平１−２６４９２０号公報、特開平２−３０６９８
号公報等）。
【００１４】顆粒状シリコン原料、電磁誘導による連続
鋳造法およびＦＺ法の組合せでは、ＦＺ法に供する多結
晶シリコンロッドが安価に製造されるだけでなく、その
品質が高く、従来のシーメンス法で製造された多結晶シ
リコンロッドに２回のＦＺ溶解を行う場合に匹敵する超
高品質の単結晶シリコンロッドが１回のＦＺ溶解で得ら
れる。しかも、多結晶シリコンロッドをＦＺ法に供する
にあたって、シーメン法で製造された多結晶シリコンロ
ッドのような大量の外面切削を必要としない。従って、
超高品質な単結晶シリコンロッドが極めて低コストで製
造される。
鋳造法およびＦＺ法の組合せでは、ＦＺ法に供する多結
晶シリコンロッドが安価に製造されるだけでなく、その
品質が高く、従来のシーメンス法で製造された多結晶シ
リコンロッドに２回のＦＺ溶解を行う場合に匹敵する超
高品質の単結晶シリコンロッドが１回のＦＺ溶解で得ら
れる。しかも、多結晶シリコンロッドをＦＺ法に供する
にあたって、シーメン法で製造された多結晶シリコンロ
ッドのような大量の外面切削を必要としない。従って、
超高品質な単結晶シリコンロッドが極めて低コストで製
造される。
【００１５】
【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。
【００１６】本発明の単結晶シリコンの製造方法は、図
１に示すように、電磁誘導による連続鋳造を行うに際し
て、その原料として、例えば流動造粒法等にて製造され
た顆粒状多結晶シリコン１０を用いる。
１に示すように、電磁誘導による連続鋳造を行うに際し
て、その原料として、例えば流動造粒法等にて製造され
た顆粒状多結晶シリコン１０を用いる。
【００１７】電磁誘導による連続鋳造の方法自体は、例
えば特開平１−２６４９２０号公報および特開平２−３
０６９８号公報等に開示されている。簡単に説明すると
、図外の真空チャンバー内に筒状の無底るつぼ２０およ
び誘導コイル３０が設置される。無底るつぼ２０は、例
えば水冷銅るつぼであり、上端部を残して周方向に分割
されている。誘導コイル３０は、無底るつぼ２０の分割
部分２１に隙間をあけて同心状に外嵌されている。ホッ
パー３５より無底るつぼ２０内に投入された顆粒状多結
晶シリコン１０は、無底るつぼ２０の内面に対して非接
触の状態で溶解される。そして、無底るつぼ２０内への
原料供給と、溶解原料の凝固を伴った無底るつぼ２０下
方への引き抜きを続けることにより、多結晶シリコンロ
ッド１１（シリコンの一方向凝固鋳塊）が製造される。
えば特開平１−２６４９２０号公報および特開平２−３
０６９８号公報等に開示されている。簡単に説明すると
、図外の真空チャンバー内に筒状の無底るつぼ２０およ
び誘導コイル３０が設置される。無底るつぼ２０は、例
えば水冷銅るつぼであり、上端部を残して周方向に分割
されている。誘導コイル３０は、無底るつぼ２０の分割
部分２１に隙間をあけて同心状に外嵌されている。ホッ
パー３５より無底るつぼ２０内に投入された顆粒状多結
晶シリコン１０は、無底るつぼ２０の内面に対して非接
触の状態で溶解される。そして、無底るつぼ２０内への
原料供給と、溶解原料の凝固を伴った無底るつぼ２０下
方への引き抜きを続けることにより、多結晶シリコンロ
ッド１１（シリコンの一方向凝固鋳塊）が製造される。
【００１８】製造された多結晶シリコンロッド１１は、
無底るつぼ２０の内径にて外径が決定されるので、全長
にわたって均一な外径を有し、その外面を僅かに切削す
るだけで、ＦＺ溶解に必要な外径に仕上げることができ
る。ＦＺ溶解では、外面が仕上げられた多結晶シリコン
ロッド１１が誘導コイル４０に挿通されて単結晶シリコ
ンロッド１２とされる。
無底るつぼ２０の内径にて外径が決定されるので、全長
にわたって均一な外径を有し、その外面を僅かに切削す
るだけで、ＦＺ溶解に必要な外径に仕上げることができ
る。ＦＺ溶解では、外面が仕上げられた多結晶シリコン
ロッド１１が誘導コイル４０に挿通されて単結晶シリコ
ンロッド１２とされる。
【００１９】流動造粒法にて製造された顆粒状多結晶シ
リコン１０は、シーメンス法にて製造された多結晶シリ
コンロッドに比して、現状では略半分の価格であり、カ
ーボン還元法による太陽電池級シリコンの実用化が進め
ば、顆粒状多結晶シリコン１０の価格は更に低下するこ
とが予測される。従って、電磁誘導による連続鋳造に要
するコストを含めても、多結晶シリコンロッド１１の製
造に要するコストは、シーメンス法による製造コストと
同程度に抑えられる。
リコン１０は、シーメンス法にて製造された多結晶シリ
コンロッドに比して、現状では略半分の価格であり、カ
ーボン還元法による太陽電池級シリコンの実用化が進め
ば、顆粒状多結晶シリコン１０の価格は更に低下するこ
とが予測される。従って、電磁誘導による連続鋳造に要
するコストを含めても、多結晶シリコンロッド１１の製
造に要するコストは、シーメンス法による製造コストと
同程度に抑えられる。
【００２０】その上、顆粒状多結晶シリコン１０を原料
として、電磁誘導による連続鋳造により製造された多結
晶シリコンロッド１１は、シーメンス法にて製造された
多結晶シリコンロッドよりも品質が高く、シーメンスロ
ッドを２回のＦＺ溶解に供した場合と同程度の単結晶品
質が１回のＦＺ溶解で確保される。しかも、上記多結晶
シリコンロッド１１は、シーメンスロッドに比して外径
精度が高く、ＦＺ溶解に供給するに際しての外面切削量
が激減し、ＦＺ溶解が１回でよいこととあいまって、単
結晶シリコンロッド１２の価格を著しく低減させる。
として、電磁誘導による連続鋳造により製造された多結
晶シリコンロッド１１は、シーメンス法にて製造された
多結晶シリコンロッドよりも品質が高く、シーメンスロ
ッドを２回のＦＺ溶解に供した場合と同程度の単結晶品
質が１回のＦＺ溶解で確保される。しかも、上記多結晶
シリコンロッド１１は、シーメンスロッドに比して外径
精度が高く、ＦＺ溶解に供給するに際しての外面切削量
が激減し、ＦＺ溶解が１回でよいこととあいまって、単
結晶シリコンロッド１２の価格を著しく低減させる。
【００２１】表１は外径が５インチの単結晶シリコンロ
ッドを製造した場合のコストおよび品質を本発明法と従
来法とについて示した比較対比表である。本発明法にお
ける製造条件を表２に示す。
ッドを製造した場合のコストおよび品質を本発明法と従
来法とについて示した比較対比表である。本発明法にお
ける製造条件を表２に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】表１に示すとおり、本発明法では、多結晶
シリコンロッドが高品質なために、１回のＦＺ溶解で従
来の２回溶解に匹敵する品質が確保されており、従来法
との経済性の差は顕著である。本発明法で多結晶シリコ
ンロッドの品質が優れる理由は、次のように考えられる
。
シリコンロッドが高品質なために、１回のＦＺ溶解で従
来の２回溶解に匹敵する品質が確保されており、従来法
との経済性の差は顕著である。本発明法で多結晶シリコ
ンロッドの品質が優れる理由は、次のように考えられる
。
【００２５】シーメンスロッドにおいては、気相反応に
よるシリコンの析出を進行させているため、反応生成物
である塩素や水素が微量ながらシリコンロッド中に取込
まれる。これらガス成分はシリコンロッドの１回目のＦ
Ｚ溶解時に突沸ガスとして気相中に揮発し、ゾーン状に
溶解したシリコン溶湯の安定保持状態を乱して、高品質
シリコン単結晶の育成を妨害する。これに対し、電磁鋳
造シリコン多結晶ロッドは、すでに電磁鋳造時の１回目
の溶解において揮発するべきガス成分をすべて放出して
いるために、ＦＺ溶解時にはシリコン溶湯の安定保持を
妨げる要因がない。このため、電磁鋳造多結晶ロッドを
１回のＦＺ溶解に供するだけで高品質シリコン単結晶に
育成することができる。
よるシリコンの析出を進行させているため、反応生成物
である塩素や水素が微量ながらシリコンロッド中に取込
まれる。これらガス成分はシリコンロッドの１回目のＦ
Ｚ溶解時に突沸ガスとして気相中に揮発し、ゾーン状に
溶解したシリコン溶湯の安定保持状態を乱して、高品質
シリコン単結晶の育成を妨害する。これに対し、電磁鋳
造シリコン多結晶ロッドは、すでに電磁鋳造時の１回目
の溶解において揮発するべきガス成分をすべて放出して
いるために、ＦＺ溶解時にはシリコン溶湯の安定保持を
妨げる要因がない。このため、電磁鋳造多結晶ロッドを
１回のＦＺ溶解に供するだけで高品質シリコン単結晶に
育成することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の単結晶シリコンの製造方法は、経済性に著しく優れ、
しかも、高効率太陽電池等の素材として充分な品質が確
保でき、高効率太陽電池の開発等に大きく貢献する。
の単結晶シリコンの製造方法は、経済性に著しく優れ、
しかも、高効率太陽電池等の素材として充分な品質が確
保でき、高効率太陽電池の開発等に大きく貢献する。
【図１】本発明法の実施手順を段階的に示す模式図であ
る。
る。
【図２】従来法を説明するための模式図である。
１０ 顆粒状多結晶シリコン
１１ 多結晶シリコンロッド
１２ 単結晶シリコンロッド
２０ 無底るつぼ
３０，４０ 誘導コイル
Claims (2)
- 【請求項１】 顆粒状多結晶シリコンを原料として電
磁誘導による連続鋳造により製造された多結晶シリコン
ロッドを、ＦＺ法により単結晶化することを特徴とする
単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項２】 前記原料が流動造粒法にて製造された
顆粒状多結晶シリコンである請求項１の単結晶シリコン
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9132591A JP2883910B2 (ja) | 1990-03-30 | 1991-03-28 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-85193 | 1990-03-30 | ||
| JP8519390 | 1990-03-30 | ||
| JP9132591A JP2883910B2 (ja) | 1990-03-30 | 1991-03-28 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219398A true JPH04219398A (ja) | 1992-08-10 |
| JP2883910B2 JP2883910B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=26426217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9132591A Expired - Lifetime JP2883910B2 (ja) | 1990-03-30 | 1991-03-28 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883910B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009227581A (ja) * | 2001-08-02 | 2009-10-08 | Siltronic Ag | フロートゾーン法により製造したシリコン単結晶及びシリコン基板 |
| JP2013103874A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Yutaka Kamaike | シリコンおよび製造方法 |
| JP2016121052A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒、多結晶シリコン棒の加工方法、多結晶シリコン棒の結晶評価方法、および、ｆｚ単結晶シリコンの製造方法 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP9132591A patent/JP2883910B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009227581A (ja) * | 2001-08-02 | 2009-10-08 | Siltronic Ag | フロートゾーン法により製造したシリコン単結晶及びシリコン基板 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
| JP2013103874A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Yutaka Kamaike | シリコンおよび製造方法 |
| JP2016121052A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒、多結晶シリコン棒の加工方法、多結晶シリコン棒の結晶評価方法、および、ｆｚ単結晶シリコンの製造方法 |
| US10800659B2 (en) | 2014-12-25 | 2020-10-13 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Polycrystalline silicon rod, processing method for polycrystalline silicon rod, method for evaluating polycrystalline silicon rod, and method for producing FZ single crystal silicon |
| US11167994B2 (en) | 2014-12-25 | 2021-11-09 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Polycrystalline silicon rod, processing method for polycrystalline silicon rod, method for evaluating polycrystalline silicon rod, and method for producing FZ single crystal silicon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2883910B2 (ja) | 1999-04-19 |
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