JPH0912394A - 板状結晶の製造方法 - Google Patents
板状結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH0912394A JPH0912394A JP7158839A JP15883995A JPH0912394A JP H0912394 A JPH0912394 A JP H0912394A JP 7158839 A JP7158839 A JP 7158839A JP 15883995 A JP15883995 A JP 15883995A JP H0912394 A JPH0912394 A JP H0912394A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- silicon
- crystal
- raw material
- material rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 板状結晶、特に太陽電池用基板材料として有
用な板状のシリコン結晶を高品質、高精度かつ低コス
ト、高生産性で得ることを目的とする。 【構成】 軸が鉛直方向になる様に円柱状の原料材料棒
を保持し、その上端部を加熱溶融して該円柱状原料材料
棒上に融液層を形成させ、その融液層の上部にスリット
を有する蓋を配設し、この開孔させたスリットを通して
引き上げることによって板状結晶を製造する方法。およ
び、この方法で製造される板状シリコン結晶。
用な板状のシリコン結晶を高品質、高精度かつ低コス
ト、高生産性で得ることを目的とする。 【構成】 軸が鉛直方向になる様に円柱状の原料材料棒
を保持し、その上端部を加熱溶融して該円柱状原料材料
棒上に融液層を形成させ、その融液層の上部にスリット
を有する蓋を配設し、この開孔させたスリットを通して
引き上げることによって板状結晶を製造する方法。およ
び、この方法で製造される板状シリコン結晶。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は板状結晶、特には太陽電
池用基板材料として有用な板状シリコン結晶の新しい製
造方法に関するものである。
池用基板材料として有用な板状シリコン結晶の新しい製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池、特にシリコン等の半導体材料
を用いた太陽電池は、近年の地球温暖化をはじめとする
環境対策の面からクリーンな代替エネルギー発生源とし
て注目されている。シリコン太陽電池としては、使用す
るシリコン素材の結晶構造からみても単結晶、多結晶、
アモルファスの三種類が、またその太陽電池セルの構成
や構造からみても幾多の提案がなされ、一部はすでに実
用化されているが、太陽電池の特性及び代替エネルギー
のコストからみて多くの課題をかかえている。従来のシ
リコン太陽電池としては、図２に示すように、例えばｐ
型のシリコン半導体基板１の表面に、Ｐなどを拡散させ
たｎ層２、その上に反射防止膜３を介して表面電極４を
形成し、裏面にはＡｌペーストの印刷などにより形成し
た層を焼成してｐ+ 層５、その上に同じくＡｌペースト
の印刷により裏面電極６を形成したものが一般的であ
る。この太陽電池に太陽光７を照射すると、シリコン中
に入射した光エネルギーによって自由電子および正孔対
が発生し、裏面電極６と表面電極４の間で外部の回路に
電流を取り出すことができ、太陽エネルギーを直接電気
エネルギーに変換することができる。
を用いた太陽電池は、近年の地球温暖化をはじめとする
環境対策の面からクリーンな代替エネルギー発生源とし
て注目されている。シリコン太陽電池としては、使用す
るシリコン素材の結晶構造からみても単結晶、多結晶、
アモルファスの三種類が、またその太陽電池セルの構成
や構造からみても幾多の提案がなされ、一部はすでに実
用化されているが、太陽電池の特性及び代替エネルギー
のコストからみて多くの課題をかかえている。従来のシ
リコン太陽電池としては、図２に示すように、例えばｐ
型のシリコン半導体基板１の表面に、Ｐなどを拡散させ
たｎ層２、その上に反射防止膜３を介して表面電極４を
形成し、裏面にはＡｌペーストの印刷などにより形成し
た層を焼成してｐ+ 層５、その上に同じくＡｌペースト
の印刷により裏面電極６を形成したものが一般的であ
る。この太陽電池に太陽光７を照射すると、シリコン中
に入射した光エネルギーによって自由電子および正孔対
が発生し、裏面電極６と表面電極４の間で外部の回路に
電流を取り出すことができ、太陽エネルギーを直接電気
エネルギーに変換することができる。
【０００３】しかして、従来から太陽電池のコストの中
に占める結晶基板のコストを低減するために、薄いリボ
ン状ないしは板状のシリコンを製造する方法が研究提案
されており、代表的な方法として、スリット状の開口部
を有する治具を用い毛細管現象でシリコン融液を上昇さ
せ、その上端部で結晶化させて板状結晶を育成するＥＦ
Ｇ（Edge-defined Film fed Growth）法や、シリコン融
液を同じくスリット状開口部から直接引出し結晶化させ
るゴンペルツ−ステパノフ法、あるいはこれらの変形と
して、シリコン融液を下方に引出す方法、またはシリコ
ン融液表面を過冷却状態に保って治具を用いないで板状
結晶を育成するデンドライト育成法、ないしはＷｅｂ法
等の方法が研究提案されている。しかしながらこれらの
方法は、いずれの方法においても板状シリコンが成長す
る固液界面の温度を全域に渡って安定に保つことが困難
であるため、厚さが一定の板状シリコンを連続して安定
に育成することは極めて困難であるという欠点を有す
る。
に占める結晶基板のコストを低減するために、薄いリボ
ン状ないしは板状のシリコンを製造する方法が研究提案
されており、代表的な方法として、スリット状の開口部
を有する治具を用い毛細管現象でシリコン融液を上昇さ
せ、その上端部で結晶化させて板状結晶を育成するＥＦ
Ｇ（Edge-defined Film fed Growth）法や、シリコン融
液を同じくスリット状開口部から直接引出し結晶化させ
るゴンペルツ−ステパノフ法、あるいはこれらの変形と
して、シリコン融液を下方に引出す方法、またはシリコ
ン融液表面を過冷却状態に保って治具を用いないで板状
結晶を育成するデンドライト育成法、ないしはＷｅｂ法
等の方法が研究提案されている。しかしながらこれらの
方法は、いずれの方法においても板状シリコンが成長す
る固液界面の温度を全域に渡って安定に保つことが困難
であるため、厚さが一定の板状シリコンを連続して安定
に育成することは極めて困難であるという欠点を有す
る。
【０００４】すなわち従来技術による板状シリコンの製
造方法においては、育成速度は、発生する固化熱と板状
シリコンと融液の間の固液界面近傍の温度分布によって
定まる固液界面からの熱の移動量によって決定される。
したがって板状シリコンを一定速度で安定に育成するに
は、固液界面の温度ならびにその近傍の温度分布を精密
に制御することが必要であり、育成中の板状シリコンの
幅と厚みを計測して温度、およびその分布状態にフィー
ドバックをかけて制御することが望ましいが、育成炉の
構造、部材の熱容量から考えて温度制御系の時定数は一
般に大きく応答性に劣るため、制御の時間遅れが大きく
なり、その結果として育成速度を低く抑えなければな
い。さらに例えばＥＦＧ法の場合には、固液界面への融
液の供給は治具の開口部における毛細管現象に依存して
いるため、治具と融液との界面の性状によっても育成速
度が影響を受けるので、安定した製造がより困難とな
る。さらにまた、治具を用いる方法ではシリコン融液と
治具材料との化学的反応による治具表面層の変質と形状
変化が生じること、治具材料からの汚染によってシリコ
ンの純度が低下することがさけられず、とくに単結晶を
育成する場合、これらの原因によって結晶の乱れが生じ
て結晶欠陥が多く、さらには多結晶となって安定した単
結晶の板状シリコンを得ることは困難である。
造方法においては、育成速度は、発生する固化熱と板状
シリコンと融液の間の固液界面近傍の温度分布によって
定まる固液界面からの熱の移動量によって決定される。
したがって板状シリコンを一定速度で安定に育成するに
は、固液界面の温度ならびにその近傍の温度分布を精密
に制御することが必要であり、育成中の板状シリコンの
幅と厚みを計測して温度、およびその分布状態にフィー
ドバックをかけて制御することが望ましいが、育成炉の
構造、部材の熱容量から考えて温度制御系の時定数は一
般に大きく応答性に劣るため、制御の時間遅れが大きく
なり、その結果として育成速度を低く抑えなければな
い。さらに例えばＥＦＧ法の場合には、固液界面への融
液の供給は治具の開口部における毛細管現象に依存して
いるため、治具と融液との界面の性状によっても育成速
度が影響を受けるので、安定した製造がより困難とな
る。さらにまた、治具を用いる方法ではシリコン融液と
治具材料との化学的反応による治具表面層の変質と形状
変化が生じること、治具材料からの汚染によってシリコ
ンの純度が低下することがさけられず、とくに単結晶を
育成する場合、これらの原因によって結晶の乱れが生じ
て結晶欠陥が多く、さらには多結晶となって安定した単
結晶の板状シリコンを得ることは困難である。
【０００５】また、これらの方法はいずれも原料シリコ
ン融液を耐熱性容器に収容し、これより板状結晶を育成
するので前述の治具と同じく容器材料からシリコンが汚
染される上、育成の進行と共に容器内シリコン量が減少
することによって結晶成長の固液界面近傍の熱的条件が
変化し、一定形状の板状結晶を作成することは極めて困
難となる。このような従来からの板状結晶育成法の欠点
を克服するため、板状の原料から板状結晶を育成させる
ＲＴＲ（Ribon to Ribon）法が提案されている。この方
法は板状原料の長さ方向と垂直な方向から板状原料側面
にレーザーを入射させて板状原料の一部を極めて薄い帯
状に溶融し、この溶融帯を原料板の一端から他端に向け
て移動させることによって板状結晶を作成するが、この
方法では育成させる板状結晶の巾全長に亘ってレーザー
ビームで一様に加熱するために、高出力のレーザー光源
と複雑かつ精密な光学系が必要となる。また、長時間に
亘ってレーザービームの安定性を確保するために特別の
設備が必要で、これらのことから装置が極めて高価とな
る他、レーザーの出力エネルギーの入力エネルギーに対
する効率は極めて低いために経済的な板状結晶の製造に
は問題が多い。
ン融液を耐熱性容器に収容し、これより板状結晶を育成
するので前述の治具と同じく容器材料からシリコンが汚
染される上、育成の進行と共に容器内シリコン量が減少
することによって結晶成長の固液界面近傍の熱的条件が
変化し、一定形状の板状結晶を作成することは極めて困
難となる。このような従来からの板状結晶育成法の欠点
を克服するため、板状の原料から板状結晶を育成させる
ＲＴＲ（Ribon to Ribon）法が提案されている。この方
法は板状原料の長さ方向と垂直な方向から板状原料側面
にレーザーを入射させて板状原料の一部を極めて薄い帯
状に溶融し、この溶融帯を原料板の一端から他端に向け
て移動させることによって板状結晶を作成するが、この
方法では育成させる板状結晶の巾全長に亘ってレーザー
ビームで一様に加熱するために、高出力のレーザー光源
と複雑かつ精密な光学系が必要となる。また、長時間に
亘ってレーザービームの安定性を確保するために特別の
設備が必要で、これらのことから装置が極めて高価とな
る他、レーザーの出力エネルギーの入力エネルギーに対
する効率は極めて低いために経済的な板状結晶の製造に
は問題が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、板状結晶、特に太陽電池
用基板材料として有用な板状シリコン結晶を高品質、高
精度かつ低コスト、高生産性で得ることを目的とする。
問題点に鑑みなされたもので、板状結晶、特に太陽電池
用基板材料として有用な板状シリコン結晶を高品質、高
精度かつ低コスト、高生産性で得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、原料棒か
ら安定して高品質の板状結晶を製造することに成功した
もので、その要旨は、軸が鉛直方向になる様に円柱状の
原料棒を保持し、その上端部を加熱溶融して該円柱状原
料棒上に融液層を形成させ、その融液層の上部にスリッ
トを有する蓋体を配設し、この開孔させたスリットを通
して引き上げることによって板状結晶を製造する方法で
ある。そしてこの方法は、原料棒をその鉛直方向の軸の
まわりに自転させながら行うのが好ましく、加熱溶融は
高周波加熱によるのが良い。そしてこれらの方法は不活
性ガスの雰囲気、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素のう
ち少なくとも一種、又は減圧下で行うのが好ましく、用
いる雰囲気ガスの不純物は1,000ppm以下、そして、雰囲
気中の水分含有量が25℃における蒸気圧で10-3気圧以下
であるのが良い。さらに、これらの方法では製造される
板状結晶の形状を高周波加熱電力又は板状結晶の固化速
度、又はそれら両者によって制御することが可能であ
る。また、原料棒をシリコンとして、板状シリコン結晶
を作成するのに有用である。この場合、シリコン原料棒
あるいは雰囲気ガス中ないしはその両者にシリコンに対
しｎ型あるいはｐ型の導電性を付与する元素を含ませて
製造される板状シリコンの導電性および導電率を調整す
ることが可能である。そして、この方法で得られる板状
シリコン結晶は高品質、低コストであるので太陽電池用
基板として用いることができ、高効率、低コストの太陽
電池が提供される。
ら安定して高品質の板状結晶を製造することに成功した
もので、その要旨は、軸が鉛直方向になる様に円柱状の
原料棒を保持し、その上端部を加熱溶融して該円柱状原
料棒上に融液層を形成させ、その融液層の上部にスリッ
トを有する蓋体を配設し、この開孔させたスリットを通
して引き上げることによって板状結晶を製造する方法で
ある。そしてこの方法は、原料棒をその鉛直方向の軸の
まわりに自転させながら行うのが好ましく、加熱溶融は
高周波加熱によるのが良い。そしてこれらの方法は不活
性ガスの雰囲気、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素のう
ち少なくとも一種、又は減圧下で行うのが好ましく、用
いる雰囲気ガスの不純物は1,000ppm以下、そして、雰囲
気中の水分含有量が25℃における蒸気圧で10-3気圧以下
であるのが良い。さらに、これらの方法では製造される
板状結晶の形状を高周波加熱電力又は板状結晶の固化速
度、又はそれら両者によって制御することが可能であ
る。また、原料棒をシリコンとして、板状シリコン結晶
を作成するのに有用である。この場合、シリコン原料棒
あるいは雰囲気ガス中ないしはその両者にシリコンに対
しｎ型あるいはｐ型の導電性を付与する元素を含ませて
製造される板状シリコンの導電性および導電率を調整す
ることが可能である。そして、この方法で得られる板状
シリコン結晶は高品質、低コストであるので太陽電池用
基板として用いることができ、高効率、低コストの太陽
電池が提供される。
【０００８】以下、本発明につき詳述する。本発明は、
上記従来技術の問題点を克服し、板状結晶、特に板状シ
リコン結晶のコストを大幅に低減することが出来る、新
しい製造方法を提供するものである。以下、シリコンの
板状結晶を製造する場合を中心として本発明を説明する
が、本発明はシリコンに限定されるものではない。本発
明の方法は図１に例示する如く円柱状の原料棒12をその
円柱の軸が鉛直方向になる様に下部で保持し、その上端
部を例えば高周波誘導加熱によって加熱して溶融させ、
シリコンの溶融層を固体状の該原料シリコン棒上に形成
させ、その融液層の上部にスリット状の開孔14を有する
蓋体15を配設し、該スリット14を通して板状のシリコン
結晶13を引き上げるものである。すなわち、原料シリコ
ン棒上に形成された融液層の上方に、中心部に板状シリ
コン結晶を引出すためのスリットを有し、該スリットと
原料シリコン円柱棒とが同心状となるように蓋体を配置
し、このスリットを通して上方より種となる板状シリコ
ン結晶を溶融層表面で融液と融着させたのち、種を上方
に引上げることによって板状シリコン結晶を育成する。
上記従来技術の問題点を克服し、板状結晶、特に板状シ
リコン結晶のコストを大幅に低減することが出来る、新
しい製造方法を提供するものである。以下、シリコンの
板状結晶を製造する場合を中心として本発明を説明する
が、本発明はシリコンに限定されるものではない。本発
明の方法は図１に例示する如く円柱状の原料棒12をその
円柱の軸が鉛直方向になる様に下部で保持し、その上端
部を例えば高周波誘導加熱によって加熱して溶融させ、
シリコンの溶融層を固体状の該原料シリコン棒上に形成
させ、その融液層の上部にスリット状の開孔14を有する
蓋体15を配設し、該スリット14を通して板状のシリコン
結晶13を引き上げるものである。すなわち、原料シリコ
ン棒上に形成された融液層の上方に、中心部に板状シリ
コン結晶を引出すためのスリットを有し、該スリットと
原料シリコン円柱棒とが同心状となるように蓋体を配置
し、このスリットを通して上方より種となる板状シリコ
ン結晶を溶融層表面で融液と融着させたのち、種を上方
に引上げることによって板状シリコン結晶を育成する。
【０００９】このとき、スリットを有する蓋体は融液層
の温度の制御ならびに温度分布の形成に極めて重要で、
その形状はこの点を考慮して外径寸法、厚さ等を慎重に
決定することが必要である。また、この蓋体の材質は上
記の温度制御の観点のみならず作成する板状シリコン結
晶の品質に対する影響についても十分考慮して決定する
ことが重要である。例として、アルミナ、イットリア等
の高融点酸化物やＳｉＣ、カーボン、窒化ケイ素やＢＮ
あるいはオキシナイトライド等のセラミックス、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｐｔ、Ｗやこれらの合金等の高融点材料が使用出
来るが、金属材料や高温において電気伝導率の高い材料
を用いる場合は加熱用の高周波電界の影響を考慮する必
要がある。
の温度の制御ならびに温度分布の形成に極めて重要で、
その形状はこの点を考慮して外径寸法、厚さ等を慎重に
決定することが必要である。また、この蓋体の材質は上
記の温度制御の観点のみならず作成する板状シリコン結
晶の品質に対する影響についても十分考慮して決定する
ことが重要である。例として、アルミナ、イットリア等
の高融点酸化物やＳｉＣ、カーボン、窒化ケイ素やＢＮ
あるいはオキシナイトライド等のセラミックス、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｐｔ、Ｗやこれらの合金等の高融点材料が使用出
来るが、金属材料や高温において電気伝導率の高い材料
を用いる場合は加熱用の高周波電界の影響を考慮する必
要がある。
【００１０】加熱には高周波誘導加熱の他に原料棒を取
巻く様に設けたヒーターによる方法や、レーザー等の光
又は価電粒子ビームによって行なうことも可能である
が、導電性を有する材料やシリコンの如き半導体である
程度の導電性が得られる材料では、高周波誘導加熱がエ
ネルギー効率やその制御性、設備の価額等からみて最も
適している。実用上はシリコンの如き半導体材料では補
助リングその他の装置を用いて、予め原料棒上端部を予
熱することによって導電性を高め、高周波誘導を容易に
することも可能である。原料棒上に形成された融液層の
温度を均一に保つためには、原料棒をその鉛直方向の軸
を中心に回転させることが望ましく、特に高周波加熱や
ヒーターによる加熱以外の光ビームや価電粒子ビームに
よる加熱方法では重要である。また、育成する雰囲気か
らの汚染も問題で、極めて高純度の板状シリコン結晶を
得るには減圧、例えば１Torr以下、好ましくは10-3Torr
以下とするか、あるいはＡｒあるいはＨｅの如き希ガス
やＮ2 の如き不活性ガス雰囲気を用い、その中に含まれ
る酸素や水素あるいはハイドロカーボンの如き不純物を
1,000ppm以下に制御することが好ましい。雰囲気中の水
分は、25℃における蒸気圧で10-3気圧以下とすることが
好ましい。さらに、板状シリコンの電気特性、すなわち
その導電型や抵抗値は原料シリコン棒に予めシリコンに
ｎ型、ないしはｐ型の導電性を与える元素をドープする
ことによって、または板状シリコンを育成する際の雰囲
気中にこれらの元素を化合物の形（たとえばB2H6、PH
3 ）で含有させることによって任意に制御することが可
能である。
巻く様に設けたヒーターによる方法や、レーザー等の光
又は価電粒子ビームによって行なうことも可能である
が、導電性を有する材料やシリコンの如き半導体である
程度の導電性が得られる材料では、高周波誘導加熱がエ
ネルギー効率やその制御性、設備の価額等からみて最も
適している。実用上はシリコンの如き半導体材料では補
助リングその他の装置を用いて、予め原料棒上端部を予
熱することによって導電性を高め、高周波誘導を容易に
することも可能である。原料棒上に形成された融液層の
温度を均一に保つためには、原料棒をその鉛直方向の軸
を中心に回転させることが望ましく、特に高周波加熱や
ヒーターによる加熱以外の光ビームや価電粒子ビームに
よる加熱方法では重要である。また、育成する雰囲気か
らの汚染も問題で、極めて高純度の板状シリコン結晶を
得るには減圧、例えば１Torr以下、好ましくは10-3Torr
以下とするか、あるいはＡｒあるいはＨｅの如き希ガス
やＮ2 の如き不活性ガス雰囲気を用い、その中に含まれ
る酸素や水素あるいはハイドロカーボンの如き不純物を
1,000ppm以下に制御することが好ましい。雰囲気中の水
分は、25℃における蒸気圧で10-3気圧以下とすることが
好ましい。さらに、板状シリコンの電気特性、すなわち
その導電型や抵抗値は原料シリコン棒に予めシリコンに
ｎ型、ないしはｐ型の導電性を与える元素をドープする
ことによって、または板状シリコンを育成する際の雰囲
気中にこれらの元素を化合物の形（たとえばB2H6、PH
3 ）で含有させることによって任意に制御することが可
能である。
【００１１】また、作成する板状シリコン結晶の形状を
精度よくコントロールするには板状シリコン結晶成長界
面の形状、寸法を例えばＣＣＤカメラ等によって拡大し
て観測、又は計測し、その変動量を高周波電力あるいは
原料シリコン棒と生成板状シリコン結晶との相対的移動
速度（板状結晶の固化速度）にフィードバックさせる
か、あるいはその両者にフィードバック制御させること
によって生成板状シリコン結晶の形状や、成長速度を極
めて安定して制御することが可能である。
精度よくコントロールするには板状シリコン結晶成長界
面の形状、寸法を例えばＣＣＤカメラ等によって拡大し
て観測、又は計測し、その変動量を高周波電力あるいは
原料シリコン棒と生成板状シリコン結晶との相対的移動
速度（板状結晶の固化速度）にフィードバックさせる
か、あるいはその両者にフィードバック制御させること
によって生成板状シリコン結晶の形状や、成長速度を極
めて安定して制御することが可能である。
【００１２】尚、当然のことながら本発明の方法はシリ
コン単結晶インゴット作成法の一つである浮遊帯域法
（Floating Zone 、略してＦＺ法）と同一原理に基づい
ており、条件によって生成板状シリコン結晶の単結晶化
が可能であると共に、原料となるシリコン棒を高純度化
することが出来る。したがって、本発明の方法はシリコ
ン以外の他の材料、例えばＦｅ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材
等特別に高純度化が求められる場合、又は単結晶化ない
しは特別に結晶粒を成長させることが望ましい場合にも
応用することが出来る。
コン単結晶インゴット作成法の一つである浮遊帯域法
（Floating Zone 、略してＦＺ法）と同一原理に基づい
ており、条件によって生成板状シリコン結晶の単結晶化
が可能であると共に、原料となるシリコン棒を高純度化
することが出来る。したがって、本発明の方法はシリコ
ン以外の他の材料、例えばＦｅ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材
等特別に高純度化が求められる場合、又は単結晶化ない
しは特別に結晶粒を成長させることが望ましい場合にも
応用することが出来る。
【００１３】本発明の方法は下記の点で、従来の板状シ
リコンの製造方法およびそれらの方法から得られる板状
シリコン、特に太陽電池用基板として用いられる板状シ
リコンに対し、優位性を発揮することが出来る。 （１）ルツボやその他シリコン融液と直接接触する治具
を使用しないためこれらのルツボや治具材料からの汚染
が生じない。 （２）現在、シリコン単結晶インゴット製造用に用いら
れる円柱状多結晶シリコンをそのまま使用して、直接太
陽電池用基板を製作することが出来る。その上、円柱状
シリコン単結晶を切断して基板ウェーハを製作する場合
のように材料ロスがなく、基板のコストを大幅に低減す
ることが出来る。 （３）本発明は、現在シリコン単結晶インゴットを製造
するのに一般に用いらているＦＺ法と同様の装置によっ
て実施可能で、基本的には円柱状原料多結晶の保持具と
種の保持具、加熱用高周波コイルとスリット付蓋体およ
びこれらを収容しかつ板状シリコン結晶作成時の雰囲気
を形成するための容器から構成され、装置構成も比較的
シンプルでかつ副資材も極めて少ないため、この点でも
コストの低減化が計れる。 （４）板状シリコン結晶の育成の進行中、原料シリコン
棒と加熱コイル、およびシリコン融液層の相対的な位置
が一定に保たれるため、原料シリコン棒が極端に短くな
らない限り、該シリコン融液層と板状シリコン形成部の
温度条件は一定に保たれる。従って、従来の板状シリコ
ン結晶作成法におけるが如く、シリコン融液の減少と共
にシリコン融液および板状シリコン結晶形成部の温度変
化によって、育成される板状シリコン結晶の形状が徐々
に変化するような事はなく、一定形状の板状シリコン結
晶を安定して作成することが出来る。
リコンの製造方法およびそれらの方法から得られる板状
シリコン、特に太陽電池用基板として用いられる板状シ
リコンに対し、優位性を発揮することが出来る。 （１）ルツボやその他シリコン融液と直接接触する治具
を使用しないためこれらのルツボや治具材料からの汚染
が生じない。 （２）現在、シリコン単結晶インゴット製造用に用いら
れる円柱状多結晶シリコンをそのまま使用して、直接太
陽電池用基板を製作することが出来る。その上、円柱状
シリコン単結晶を切断して基板ウェーハを製作する場合
のように材料ロスがなく、基板のコストを大幅に低減す
ることが出来る。 （３）本発明は、現在シリコン単結晶インゴットを製造
するのに一般に用いらているＦＺ法と同様の装置によっ
て実施可能で、基本的には円柱状原料多結晶の保持具と
種の保持具、加熱用高周波コイルとスリット付蓋体およ
びこれらを収容しかつ板状シリコン結晶作成時の雰囲気
を形成するための容器から構成され、装置構成も比較的
シンプルでかつ副資材も極めて少ないため、この点でも
コストの低減化が計れる。 （４）板状シリコン結晶の育成の進行中、原料シリコン
棒と加熱コイル、およびシリコン融液層の相対的な位置
が一定に保たれるため、原料シリコン棒が極端に短くな
らない限り、該シリコン融液層と板状シリコン形成部の
温度条件は一定に保たれる。従って、従来の板状シリコ
ン結晶作成法におけるが如く、シリコン融液の減少と共
にシリコン融液および板状シリコン結晶形成部の温度変
化によって、育成される板状シリコン結晶の形状が徐々
に変化するような事はなく、一定形状の板状シリコン結
晶を安定して作成することが出来る。
【００１４】
（実施例１）直径 120mm、長さ 300mmのｎ型導電性を示
す円柱状の多結晶シリコンを、その円柱軸が鉛直になる
様に下側の回転移動軸上に保持し、アルゴン雰囲気中で
0.5rpmで回転させて、その上端部を高周波誘導加熱コイ
ル（周波数 2.0ＭＨｚ）で加熱溶融させた。上側の移動
軸の下端に巾５mm、厚さ 0.6mm、長さ50mm、長さ方向の
結晶方位［２１１］、板面が（１１１）面の種結晶（デ
ンドライト）を長さ方向が鉛直になる様に取り付けた。
蓋体は外径 160mm、厚さ２mmのアルミナ製で、中心部に
長さ30mm、巾４mmのスリットを設けた。このスリットを
通して種結晶を溶融層の上面に接触融着させたのち、溶
融層の温度を加熱用高周波電力によって制御して、平均
10mm/minの速さで種結晶を引上げて、長さ 420mmの板状
シリコン結晶を作成した。得られた板状シリコン結晶
は、巾約14mm、厚さ 210μｍで、（１１１）面を双晶界
面とする板面が（１１１）面の双晶であった。この板状
結晶はｐ型の抵抗率10Ωcmの値を示した。
す円柱状の多結晶シリコンを、その円柱軸が鉛直になる
様に下側の回転移動軸上に保持し、アルゴン雰囲気中で
0.5rpmで回転させて、その上端部を高周波誘導加熱コイ
ル（周波数 2.0ＭＨｚ）で加熱溶融させた。上側の移動
軸の下端に巾５mm、厚さ 0.6mm、長さ50mm、長さ方向の
結晶方位［２１１］、板面が（１１１）面の種結晶（デ
ンドライト）を長さ方向が鉛直になる様に取り付けた。
蓋体は外径 160mm、厚さ２mmのアルミナ製で、中心部に
長さ30mm、巾４mmのスリットを設けた。このスリットを
通して種結晶を溶融層の上面に接触融着させたのち、溶
融層の温度を加熱用高周波電力によって制御して、平均
10mm/minの速さで種結晶を引上げて、長さ 420mmの板状
シリコン結晶を作成した。得られた板状シリコン結晶
は、巾約14mm、厚さ 210μｍで、（１１１）面を双晶界
面とする板面が（１１１）面の双晶であった。この板状
結晶はｐ型の抵抗率10Ωcmの値を示した。
【００１５】（実施例２）実施例１で得られたシリコン
結晶板を10mm×100mm で切断し、 850℃にてリンを拡散
させてpn接合を形成した後、裏面拡散層を除去し、TiO2
反射防止膜をｎ型表面に形成し、フォトリソグラフィー
にて Al-Si表面電極を、また裏面には同様に Al-Siの裏
面電極を形成して図２に示したごとき太陽電池セルを作
製した。この太陽電池セルをAM 1.5、 100mW/cm2、28℃
の条件で変換効率を測定し13.5％の値を得た。
結晶板を10mm×100mm で切断し、 850℃にてリンを拡散
させてpn接合を形成した後、裏面拡散層を除去し、TiO2
反射防止膜をｎ型表面に形成し、フォトリソグラフィー
にて Al-Si表面電極を、また裏面には同様に Al-Siの裏
面電極を形成して図２に示したごとき太陽電池セルを作
製した。この太陽電池セルをAM 1.5、 100mW/cm2、28℃
の条件で変換効率を測定し13.5％の値を得た。
【００１６】
【発明の効果】本発明により、高純度、高精度の板状結
晶、特に板状シリコン結晶を安定して、かつ低コストで
得ることができる。従って、このような板状シリコン結
晶から作成される太陽電池のコスト低減化に資するた
め、太陽電池の普及に寄与できる。
晶、特に板状シリコン結晶を安定して、かつ低コストで
得ることができる。従って、このような板状シリコン結
晶から作成される太陽電池のコスト低減化に資するた
め、太陽電池の普及に寄与できる。
【図１】本発明の板状材料の製造方法の概略図である。 （ａ）断面図 （ｂ）別の実施形態における断面図 （ｃ）(a) の溶融域を拡大した斜視図
【図２】太陽電池の断面図である。
１…ｐ型のシリコン半導体基板 １１…高周波加
熱コイル ２…ｎ層 １２…原料シリ
コン棒 ３…反射防止膜 １３…板状シリ
コン結晶 ４…表面電極 １４…スリット ５…ｐ+ 層 １５…蓋体 ６…裏面電極 ７…太陽光
熱コイル ２…ｎ層 １２…原料シリ
コン棒 ３…反射防止膜 １３…板状シリ
コン結晶 ４…表面電極 １４…スリット ５…ｐ+ 層 １５…蓋体 ６…裏面電極 ７…太陽光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上岡 正嗣 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 平沢 照彦 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内
Claims (13)
- 【請求項１】 軸が鉛直方向になる様に円柱状の原料棒
を保持し、その上端部を加熱溶融して該円柱状原料棒上
に融液層を形成させ、その融液層の上部にスリットを有
する蓋体を配設し、この開孔させたスリットを通して引
き上げることによって板状結晶を製造する方法。 - 【請求項２】 円柱状の原料棒をその鉛直方向の軸のま
わりに自転させる請求項１の板状結晶を製造する方法。 - 【請求項３】 加熱溶融を高周波加熱によって行なう請
求項１又は請求項２の板状結晶を製造する方法。 - 【請求項４】 不活性ガス雰囲気中で行なう請求項１又
は請求項２、請求項３の板状結晶を製造する方法。 - 【請求項５】 不活性ガスがアルゴン、ヘリウム、窒素
のうち少なくとも一種である請求項１又は請求項２ない
し請求項４の方法。 - 【請求項６】 減圧の下で実施する請求項１又は請求項
２ないし請求項５の方法。 - 【請求項７】 雰囲気ガスの不純物が1,000ppm以下であ
る請求項１又は請求項２ないし請求項６の方法。 - 【請求項８】 雰囲気中の水分含有量が25℃における蒸
気圧で10-3気圧以下である請求項７の方法。 - 【請求項９】 製造される板状結晶の形状を高周波加熱
電力又は板状結晶の固化速度、又はそれら両者によって
制御する請求項１又は請求項２ないし請求項８の方法。 - 【請求項１０】 原料棒がシリコンである請求項１又は
請求項２ないし請求項９の方法。 - 【請求項１１】 シリコン原料棒あるいは雰囲気ガス中
ないしはその両者にシリコンに対しｎ型あるいはｐ型の
導電性を付与する元素を含ませて板状シリコンの導電性
および導電率を調整する請求項１０の方法。 - 【請求項１２】 請求項１０又は請求項１１の方法で製
造される板状シリコン結晶。 - 【請求項１３】 請求項１２の板状シリコン結晶を用い
て製造される太陽電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7158839A JPH0912394A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 板状結晶の製造方法 |
| DE1996125207 DE19625207A1 (de) | 1995-06-26 | 1996-06-25 | Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Kristalls |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7158839A JPH0912394A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 板状結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0912394A true JPH0912394A (ja) | 1997-01-14 |
Family
ID=15680536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7158839A Pending JPH0912394A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 板状結晶の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0912394A (ja) |
| DE (1) | DE19625207A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008090864A1 (ja) | 2007-01-25 | 2008-07-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | シリコン基板の製造装置、製造方法及びシリコン基板 |
| CN102906315A (zh) * | 2010-05-31 | 2013-01-30 | 国际商业机器公司 | 制造单晶片 |
-
1995
- 1995-06-26 JP JP7158839A patent/JPH0912394A/ja active Pending
-
1996
- 1996-06-25 DE DE1996125207 patent/DE19625207A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008090864A1 (ja) | 2007-01-25 | 2008-07-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | シリコン基板の製造装置、製造方法及びシリコン基板 |
| CN102906315A (zh) * | 2010-05-31 | 2013-01-30 | 国际商业机器公司 | 制造单晶片 |
| JP2013530530A (ja) * | 2010-05-31 | 2013-07-25 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 単結晶シートの製造のための方法およびデバイス |
| US9487884B2 (en) | 2010-05-31 | 2016-11-08 | International Business Machines Corporation | Producing a mono-crystalline sheet of semiconductor material |
| US10066312B2 (en) | 2010-05-31 | 2018-09-04 | International Business Machines Corporation | Device for producing a mono-crystalline sheet of semiconductor material from a molten alloy held between at least two aperture elements |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19625207A1 (de) | 1997-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5330349B2 (ja) | 単結晶薄膜の製造方法 | |
| JPH04152516A (ja) | 半導体層の形成方法及びこれを用いる太陽電池の製造方法 | |
| US5156978A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| JPS6224936B2 (ja) | ||
| US5106763A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| US7175706B2 (en) | Process of producing multicrystalline silicon substrate and solar cell | |
| JPH0912394A (ja) | 板状結晶の製造方法 | |
| US6824609B2 (en) | Liquid phase growth method and liquid phase growth apparatus | |
| JPH06191820A (ja) | シリコン薄板の製造方法 | |
| JPH0912390A (ja) | 板状材料の製造方法 | |
| JP2004131305A (ja) | シリコン結晶の液相成長方法、太陽電池の製造方法及びシリコン結晶の液相成長装置 | |
| JPH0873297A (ja) | 太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池 | |
| JP4723082B2 (ja) | Ｇａドープシリコン単結晶の製造方法 | |
| JP4282278B2 (ja) | 基板、その基板を用いた板状体の製造方法、板状体およびその板状体から作製した太陽電池 | |
| US4125425A (en) | Method of manufacturing flat tapes of crystalline silicon from a silicon melt by drawing a seed crystal of silicon from the melt flowing down the faces of a knife shaped heated element | |
| CN114945712A (zh) | 薄板状单晶制造装置及薄板状单晶制造方法 | |
| WO2005016821A1 (ja) | Ｇａドープ結晶シリコン、その製造方法及びその製造方法に用いるＧａドープ結晶シリコン製造装置、並びにＧａドープ結晶シリコン基板を用いた太陽電池及びその製造方法 | |
| JPS5899115A (ja) | 多結晶シリコンインゴツトの鋳造方法 | |
| JP2000286209A (ja) | 薄膜半導体結晶の溶融再結晶化方法 | |
| JPH09110591A (ja) | 板状シリコン結晶の製造方法及び太陽電池 | |
| JP2002154896A (ja) | Ｇａドープシリコン単結晶の製造方法 | |
| JPH09315891A (ja) | 板状シリコン結晶の製造方法及びこの方法で製造された板状シリコン結晶を用いて作製される太陽電池 | |
| JP4638012B2 (ja) | 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 | |
| JP3122283B2 (ja) | 液相成長法およびその装置 | |
| JPS603001B2 (ja) | リボン状シリコン結晶の製造法 |