JPH049370B2 - - Google Patents

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ウエハの製造方法に
関する。

《従来の技術》 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、製品が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。

そこで本願人は先に、所望雰囲気内にあつて、
ターンテーブル上におけるシリコン母材の融液
を、当該ターンテーブルの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、これを固化す
ることにより多結晶シリコンウエハを製造する方
法につき提案した。

しかし上記の如く融液を遠心力により拡径流動
させれば、同液に半径方向の力が作用するから、
得られるウエハの形状は円形板状となる。

ところがこれにより製造した太陽電池によつて
太陽電池モジユールを作成しようとするとき、所
要数の太陽電池を所定面積内に敷設することゝな
るから、太陽電池の外形が円形状である場合に
は、太陽電池がモジユールの上記所定面積内に占
める割合、すなわちモジユール装填密度が小さく
なり、このため円形に形成されたウエハを半円
状、四角形状等に切断することにより太陽電池を
作成しているが、これでは作業性が悪く経済的に
も成立し得る方策とならない。

そこで本願人は上記の遠心力を利用したウエハ
の製造方法を改善して、モジユール装填密度を大
にすることができる太陽電池の製作に即応可能な
ウエハの製造方法を提供した。

これによるときは、第１図により示す如き設備
を用意するのであり、同図にあつて坩堝１の外周
側には電気ヒータ等による溶融用熱源２を配し、
坩堝１に投入したシリコン母材を同熱源２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２としては図示例のように電熱
線であるとか、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。

また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、また坩堝１の素材としてはシリコンとの反応
性が少ない石英、グラフアイト等を用い、図示例
では坩堝１の回転中心３を転動軸として、これを
回転させることにより、その開口からシリコン母
材の融液を放出し得るようにしてあると共に、坩
堝１の直下にはこれまた石英、グラフアイト等に
より形成した漏斗４を配して、同漏斗４をも溶融
用熱源２による加熱条件下に配し、さらにその直
下に配したターンテーブル機構５も、同熱源２に
よつて加熱可能なるよう比較的近傍に配置されて
いる。

そして上記ターンテーブル機構５は、その回転
軸６に固設した回収受皿７にウエハ皿８を載置
し、同皿８の上面にウエハ形成平面９を形成する
ようにしたものである。

そして上記設備を用いて、多結晶シリコンウエ
ハを製造するには、坩堝１にシリコン母材を投入
して、これを溶融用熱源２により加熱融解し、当
該融液を坩堝１の転動によつて漏斗４へ放流し、
こゝで一たん漏斗４に受承されて、さらにその流
出口４′から、図中点線で示すように当該融液を
ウエハ形成平面９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５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。

ここでウエハ皿８としては、各種寸法の円形、
四角形等所望形状のウエハ形成平面９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９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、この結果ウエハ形成平面
９の形状に見合つた融液薄層１４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、
製品たる多結晶シリコンウエハを得るのである。

しかし上記の如き製造方法によるときは、ター
ンテーブル機構５の回収受皿７上に、別途用意し
たウエハ皿８を載置する構成であるから、従つて
ウエハ皿の温度制御が回収受皿７の配在により難
事となり、また、ウエハ皿８は載置されているだ
けであるからターンテーブル機構５の回転中心か
ら偏心していると、ターンテーブル機構５の回転
数が大となつた際、ウエハ皿８が変動し、場合に
よつては外側へ向け飛んでしまうことがあり、ま
た当該ウエハ皿８は所望の各種ウエハを製造する
ため交換載置すべきものであるため、ウエハ皿８
を回収受皿７に固定してしまうことは望ましくな
く、また固定しようとする場合はターンテーブル
機構５が構造上複雑化してしまうといつた欠陥が
あつた。

さらにまた上記方法によるときは、ターンテー
ブル５′の回転数、シリコン融液の供給量、得よ
うとするウエハの厚さ等の各種条件その他の機械
的要素によつては、ウエハ形成平面９から放出さ
れた融液が回収受皿７に飛散せず、ウエハ皿８の
外側面８′に流下しまうことがあり、このような
場合には第２図のように得られた製品が、平板部
Ａのみでなく、これと一体に固化された垂下縁部
Ｂをもつ皿状のものとなつてしまい、かゝる製品
にあつては上記垂下縁部Ｂを削り落さねばならな
くなる。

《本発明が解決しようとする課題》 本発明は上記の難点に鑑み検討されたもので、
特に、ターンテーブルに離型剤を施したウエハ形
成平面を、円形や半円形等の所望形状となるよう
形成し、その外周部には上記離型剤よりもシリコ
ンに対する大きな濡れ性をもつた窒化ボロンによ
る余剰シリコン放出平面を形成するだけでなく、
上記ウエハ形成平面の高さを、余剰シリコン放出
平面の高さと同等か、低位となるよう形成してや
ることで、当該ターンテーブルの形状如何は問う
ことなしに、円形、四角形等所望形状の多結晶シ
リコンウエハを、窒化ボロンと離型剤の塗布分布
によつて、自由に形成できるようになし、もちろ
んターンテーブルは何回でも使用可能となし、し
かも、その外周縁のはみ出しや垂れ落ちのない、
きれいな仕上りを保証すると共に、当該製品をタ
ーンテーブルから容易にして迅速に剥離し得るよ
うにするのが、その主目的である。

《実施例》 本発明を図面によつて、以下詳記すれば、先
ず、前記の設備例において、相違させるべき点
は、ターンテーブル機構にある。

すなわち第３図に示す如く、そのターンテーブ
ル機構１０は、その回転軸１１にターンテーブル
１２を固設したもので、同テーブル１２には塗布
用平面１３が形成されており、同平面１３の外周
部に窒化ボロンを塗布することによつて余剰シリ
コン放出平面１４を形成し、同平面の内側端縁１
４′によつて、上記平面１３にウエハ形成平面１
５を、同機構１０の回転中心と同軸に形成するの
であり、本発明では前記の如きウエハ皿８を用い
ないのである。

こゝでウエハ形成平面１５の形態は、得うとす
るウエハの形状に対して、円形、四角形その他の
所要外形となるよう前記の内側端縁１４′により
決定される凹所を形成し、さらに、第３図、第４
図の如く、上記ウエハ形成平面１５が、上記凹所
における塗布用平面１３自体をそのまゝ用いるの
ではなく、同平面１３に窒化シリコンや炭化硅素
（SiC）等の離型剤１６を塗布するのである。こ
の際、離型剤１６には前記の窒化ボロンよりも、
シリコンに対する濡れ性が大きいものを選定する
ようにして、同剤１６の表面を、上記ウエハ形成
平面１５として活用するのであつて、この際ウエ
ハ形成平面１５と余剰シリコン放出平面１４とは
面一の高さとするかウエハ形成平面１５を余剰シ
リコン放出平面１４よりも低シリコとするのであ
り、また図示の実施例ではターンテーブル１２
が、また図示の実施例ではターンテーブル１２
が、前記塗布用平面１３を形成するための底板部
１７だけではなく、その外周端から起立させた起
立周縁部１８を具備し、前記窒化ボロンの塗布に
際しては、底板部１７だけでなく起立周縁部１８
の内面にまで、これを施すようにするのがよい。

そこで本発明を実施するには第１図につき示し
た設備例のようにして、シリコン母材の融液を上
記ウエハ形成平面１５の中心部に供給するのであ
るが、この際上記設備例は空気中ではなく、適宜
の容器内に装置し、これに不活性気体を封入する
のが望ましい。

かくしてターンテーブル機構５の回転により、
上記供給融液が離型剤１６により形成したウエハ
形成平面１５の全面に流動拡径し、さらに拡径し
ようとすれば、当該融液は余剰シリコン放出平面
１４へ流入するが、当該平面１４は窒化ボロンに
より形成されており、あらゆる物質と濡れ性がな
く、かつ高温度でも安定しているため、上記放出
融液は前記遠心力により飛散されてしまい、同上
平面１４上にて固化されるので、これを回収して
再使用することができ、かくて、所要形状に予め
形成されたウエハ形成平面１５に施された窒化ボ
ロンよりも、シリコンに対する濡れ性が大きな離
型剤１６上には、供給融液により全面にわたる融
液薄層１９が形成され、これを自然放冷、強性冷
却等により冷却することで固化し製品を得る。

ここまで、前記の如く離型剤１６の表面が、余
剰シリコン放出平面１４と同高位であればウエハ
形成平面１５から融液部分が、前記第２図の如く
垂れ下る如きことなく、さらに、当該離型剤１６
の表面が余剰シリコン放出平面１４より低位にあ
る場合には、同上融液は、内側端縁１４′によつ
てそれ以上の拡径が阻止されると共に、同放出平
面１４よりも高位に隆出した融液部分は、さらに
拡径しようとしても前記実施例の場合と同じく、
窒化ボロンによる余剰シリコン放出平面１４の配
在により放出飛散され、結局同平面１４の内側端
縁１４′により規制された融液薄層１９が形成さ
れ、これを冷却固化して製品とすることができ
る。

こゝで具体例を示せば、内径180mm、深さ20mm
の石英皿によりターンテーブル５′を形成し、そ
の中心に、窒化シリコンの塗布中心が一致するよ
うにしてウエハ形成平面１５となし、残りの部分
には窒化ボロンをスプレーもしくはペースト状に
て塗り、ターンテーブル機構を100〜500r.p.m.に
て回転させると共に800〜1300℃に温度制御し、
溶融シリコンを流下させ、ウエハ形成平面１５と
同形の50mm×50mmの角形ウエハ、直径100mmの円
板ウエハを製造した。

《発明の効果》 本発明は上記の実施例により具現されるもので
あらるから、ターンテーブル機構にウエハ皿を置
く必用がなくなり、ウエハ皿の不本意な変動によ
る支障がなく、窒化ボロンと、これよりもシリコ
ンに対する濡れ性の大きな離型剤との塗布分布を
変えてやるだけで、同一のターンテーブルである
基板を何回でも使用してどのような形状のウエハ
形成平面でも簡易に形成できるから、これより円
板状だけでなく、多角形その他任意形状のウエハ
を労せずして製造できることゝなり、特に太陽電
池モジユールを作成する際、そのモジユール装填
密度を高くし得る太陽電池が、二次加工などの手
間をかけることなく簡易に提供し得ると共に、円
形ウエハについても各種寸法のものを、ターンテ
ーブルの回転数などを厳密に制御することなく製
造でき、しかも、前記離型剤の表面と窒化ボロン
の表面が面一か、窒化ボロンの表面を高くしたの
で、得られた多結晶シリコンウエハの外周縁も、
きれいに仕上りさらに、離型剤上に当該製品が得
られるから、これを剥離し易くなり、また、ウエ
ハ皿を使用しないことによつて、ウエハ形成平面
を適度に加温することが容易となり、また窒化ボ
ロンの塗布により遠心力により飛散されたシリコ
ン融液を回収することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本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得る設備
の一部を切欠した正面説明図、第２図は同設備の
ターンテーブル機構を示した一部切欠の正面図、
第３図は本発明に係る方法の実施に用いるターン
テーブル機構の一部切欠正面図、第４図は同平面
説明図である。 １０……ターンテーブル機構、１１……回転
軸、１２……ターンテーブル、１３……塗布用平
面、１４……余剰シリコン放出平面、１４′……
内側端縁、１５……ウエハ形成平面、１６……離
型剤、１９……融液薄層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターンテーブル機構には、その上部にターン
   テーブルを設け、当該ターンテーブルの塗布用平
   面における外周部に窒化ボロンを塗布して余剰シ
   リコン放出平面を形成することにより、同ターン
   テーブルの中心部に所要外形の凹所を形成すると
   共に、当該凹所に上記の窒化ボロンよりもシリコ
   ンに対する濡れ性が大きな離型剤を施すことでウ
   エハ形成平面を、同上余剰シリコン放出平面に連
   続させて前記ターンテーブル機構の回転中心と同
   軸に形成すると共に、当該ウエハ形成平面と余剰
   シリコン放出平面とを面一または、同上ウエハ形
   成平面を余剰シリコン放出平面よりも低位に形成
   し、当該ウエハ形成平面には、所望雰囲気におい
   てシリコン母材の融液を供給し、上記ターンテー
   ブル機構の回転による遠心力によつて、当該供給
   融液を拡径方向へ流動させることにより、過剰供
   給の融液をウエハ形成平面の外周端から前記余剰
   シリコン放出平面へ放出させることによつて、供
   給溶液による上記ウエハ形成平面の全面にわたる
   溶液薄層を形成し、これを冷却固化して得たもの
   を、前記離型剤によるウエハ形成平面より剥離す
   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 ターンテーブルが低板部と、その外周端から
   起立する起立周縁部とにより形成されている特許
   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。