JPS5832098A - 粗結晶から単結晶までの半導体材料製造方法 - Google Patents
粗結晶から単結晶までの半導体材料製造方法Info
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- JPS5832098A JPS5832098A JP57100802A JP10080282A JPS5832098A JP S5832098 A JPS5832098 A JP S5832098A JP 57100802 A JP57100802 A JP 57100802A JP 10080282 A JP10080282 A JP 10080282A JP S5832098 A JPS5832098 A JP S5832098A
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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
【発明の詳細な説明】
本発明の対象は望ましく配向した粗結晶状または単結晶
状半導体シートおよび／またはプレートの製造方法にお
いて、溶融半導体材料を同じ粗結晶から単結晶までの半
導体材料の基体上に塗布し。
状半導体シートおよび／またはプレートの製造方法にお
いて、溶融半導体材料を同じ粗結晶から単結晶までの半
導体材料の基体上に塗布し。
硬化した後、熱応力によって自動的に基体からはく離さ
せることから成る方法に関する。
せることから成る方法に関する。
発電機として宇宙旅行に用いるような太陽電池は、あま
りにも高価すぎて地上で広汎に用いることができない。
りにも高価すぎて地上で広汎に用いることができない。
太陽電池が高価である主な理由は非常に多くの労力と材
料を必要とする製造プロセスにある。現在の製造プロセ
スは、るつぼ引−Ｌげ法またはゾーン引」二げ法によっ
て得た単結晶ケイ素ロンドまたはバーを、材料のかなり
の損失を伴ないながら切断して、単結晶ケイ素ウェファ
−を製造するものである。
料を必要とする製造プロセスにある。現在の製造プロセ
スは、るつぼ引−Ｌげ法またはゾーン引」二げ法によっ
て得た単結晶ケイ素ロンドまたはバーを、材料のかなり
の損失を伴ないながら切断して、単結晶ケイ素ウェファ
−を製造するものである。
このため、一方では、この費用がかかりしかも非常に無
駄の多い切断段階を避けることが、今までの公知の多く
の方法の目的であり、プレート状またはシート状で直接
ケイ素を得る試みがなされてきた。例えば、このような
試みは多結晶ケイ素ストックロンドから成形鋳型を用い
て単結晶ケイ素帯を引き上げることなどによって行なわ
れている。例えば、ＥＦＧ法（エツジフィルム供給方法
）によると、ケイ素溶融物中に浸漬させた毛状成形体に
よって、単結晶ケイ素を帯状で上方へ引き上げている。
駄の多い切断段階を避けることが、今までの公知の多く
の方法の目的であり、プレート状またはシート状で直接
ケイ素を得る試みがなされてきた。例えば、このような
試みは多結晶ケイ素ストックロンドから成形鋳型を用い
て単結晶ケイ素帯を引き上げることなどによって行なわ
れている。例えば、ＥＦＧ法（エツジフィルム供給方法
）によると、ケイ素溶融物中に浸漬させた毛状成形体に
よって、単結晶ケイ素を帯状で上方へ引き上げている。
また、Ｂ］、ｅｊｌの方法によると、ケイ素をるつぼ内
で溶融し、温度勾配の作用下で種結晶を用いて、斜めに
引き上げるが、この際、るつぼ内の溶融物の高さを置換
体システムによって一定に保持する。最後に、５ｈｏｃ
ｋｌｅｙの方法によると、液体船上で多結晶ストックロ
ッド 勾配の作用下で種結晶を用いて，帯状のケイ素を水平に
、鉛フィルムから，引き上げている。しがし、上述の方
法の効率は１分間に数センチメートルのオーダーである
低い引き上げ速度によって限定されている。最後に挙げ
た方法は，基体表面として用いる鉛がその上で溶融し、
再結晶するケイ素を汚染しないように、極度に純粋でな
ければならないので、かなり複雑である。さらに、鉛の
蒸気圧が高いことも不利であり、このために、再結晶し
たケイ素を引き上げる装置の冷却端部において、ケイ素
帯止に鉛が不可避に析出することになる。このような方
法の詳しい説明はＪ ｅａｎ − Ｊ ａｑｕｅｓＢｒ
ｊｓｓｏｔの論文「太陽電池としてのケイ素」（ Ａｃ
ｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ ２ ０巻 ２号 （１
９７７年）１０１〜１１６頁）に述べられている。
で溶融し、温度勾配の作用下で種結晶を用いて、斜めに
引き上げるが、この際、るつぼ内の溶融物の高さを置換
体システムによって一定に保持する。最後に、５ｈｏｃ
ｋｌｅｙの方法によると、液体船上で多結晶ストックロ
ッド 勾配の作用下で種結晶を用いて，帯状のケイ素を水平に
、鉛フィルムから，引き上げている。しがし、上述の方
法の効率は１分間に数センチメートルのオーダーである
低い引き上げ速度によって限定されている。最後に挙げ
た方法は，基体表面として用いる鉛がその上で溶融し、
再結晶するケイ素を汚染しないように、極度に純粋でな
ければならないので、かなり複雑である。さらに、鉛の
蒸気圧が高いことも不利であり、このために、再結晶し
たケイ素を引き上げる装置の冷却端部において、ケイ素
帯止に鉛が不可避に析出することになる。このような方
法の詳しい説明はＪ ｅａｎ − Ｊ ａｑｕｅｓＢｒ
ｊｓｓｏｔの論文「太陽電池としてのケイ素」（ Ａｃ
ｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ ２ ０巻 ２号 （１
９７７年）１０１〜１１６頁）に述べられている。
西ドイツ公開第２９０３０６１号公報による方法は非元
素状のスライド溶融物に埋込んだ溶融物からケイ素シー
トを引き上げる方法であるが、特に引上げ位置において
スライド溶融物間の正確な置換と制御が必要であるため
に、技術的に実施が困難である。特に、蒸発とそれによ
る組成変化は、るつぼ、溶融物およびスライド溶融物間
の反応によって強化されて、粘度変化を生じ，滑り性状
を常に変化させることになる。
素状のスライド溶融物に埋込んだ溶融物からケイ素シー
トを引き上げる方法であるが、特に引上げ位置において
スライド溶融物間の正確な置換と制御が必要であるため
に、技術的に実施が困難である。特に、蒸発とそれによ
る組成変化は、るつぼ、溶融物およびスライド溶融物間
の反応によって強化されて、粘度変化を生じ，滑り性状
を常に変化させることになる。
最後に，西ドイツ公開第２８３０５２２号公報に発表さ
れた方法によると回転する単結晶ケイ素基体上に液状ケ
イ素を塗布し，成長したケイ素帯を基体からはく離させ
ながら飛ばしている。この方法では、基体をケイ素の融
点よりわずかに低い高温に保持しなければならない，さ
らに、材料の損失のために、基体は一定時間のみ用いる
ことができ、時々取り換えなければならない。
れた方法によると回転する単結晶ケイ素基体上に液状ケ
イ素を塗布し，成長したケイ素帯を基体からはく離させ
ながら飛ばしている。この方法では、基体をケイ素の融
点よりわずかに低い高温に保持しなければならない，さ
らに、材料の損失のために、基体は一定時間のみ用いる
ことができ、時々取り換えなければならない。
そこで、本発明の目的は任意に何回でも再生可能な基体
を用いて．高い引っばり速度で粗結晶から単結晶までの
半導体７−１・を製造する方法を提供することである。
を用いて．高い引っばり速度で粗結晶から単結晶までの
半導体７−１・を製造する方法を提供することである。
この目的は、接触点を通って少なくとも７５ｍｍ／秒の
速度で案内される粗結晶から単結晶までの同じ半導体材
料に、溶融した半導体材料を接触させること、成長する
シートまたはプレートの自動的放出を保証するために、
基体を０．８ＴＭ（ＴＭは半導体材料の融点をケルビン
度で表わしたもの）より高くない温度に保持することを
特徴とする方法によって解決される。
速度で案内される粗結晶から単結晶までの同じ半導体材
料に、溶融した半導体材料を接触させること、成長する
シートまたはプレートの自動的放出を保証するために、
基体を０．８ＴＭ（ＴＭは半導体材料の融点をケルビン
度で表わしたもの）より高くない温度に保持することを
特徴とする方法によって解決される。
この方法ではシート製造材料である適当な形状（例えば
、ケイ素の場合には粒状）の半導体材料を、実際の引っ
ばり系とは別になっている溶融物調製器に入れて、そこ
で溶融することが有利だとわかっている。次に、溶融物
を溶融物生成器から引っばり系まで，接触系を介して移
動させる。このような移動は例えば、置換体と組合わせ
た溢流系を用いて、溶融半導体材料の引っばり系への均
−な流れを保証するように、行なうことができる。
、ケイ素の場合には粒状）の半導体材料を、実際の引っ
ばり系とは別になっている溶融物調製器に入れて、そこ
で溶融することが有利だとわかっている。次に、溶融物
を溶融物生成器から引っばり系まで，接触系を介して移
動させる。このような移動は例えば、置換体と組合わせ
た溢流系を用いて、溶融半導体材料の引っばり系への均
−な流れを保証するように、行なうことができる。
本発明はリン化インジウム、リン化ガリウムまたはヒ素
化ガリウムなどのＩＩＩ−Ｖ化合物のような多成分半導
体材料にも適用できるが、本発明の目的にかなった半導
体４１利としては、例えばケイ素またはゲルマニウムの
ような一成分材料を用いるのが望ましい。
化ガリウムなどのＩＩＩ−Ｖ化合物のような多成分半導
体材料にも適用できるが、本発明の目的にかなった半導
体４１利としては、例えばケイ素またはゲルマニウムの
ような一成分材料を用いるのが望ましい。
引っばり系は黒鉛製または望ましくは石英製の引っばり
るつぼを含んでいる。溶融物生成器から流出する半導体
材料を引っばりるつぼ（（集め、望ましくはその融点よ
り５〜５０Ｃ高い範囲である。
るつぼを含んでいる。溶融物生成器から流出する半導体
材料を引っばりるつぼ（（集め、望ましくはその融点よ
り５〜５０Ｃ高い範囲である。
１００Ｃまでの温度に調節する。るつぼは例えば抵抗加
熱または誘導加熱によって熱することができる。
熱または誘導加熱によって熱することができる。
溶融物を基体に注ぐ、遠心作用で飛ばしつけるまたは吹
付けろことによって、溶融物と基体を互いに接触させる
ことができる。また、るつぼに含まれる溶融物が基体と
接触するように、引っばりるつぼの片側を設計する可能
性もある。結局、半導体溶融物にるつぼの縁から突出す
るが表面張力させるのが、特に有利だと判明している。
付けろことによって、溶融物と基体を互いに接触させる
ことができる。また、るつぼに含まれる溶融物が基体と
接触するように、引っばりるつぼの片側を設計する可能
性もある。結局、半導体溶融物にるつぼの縁から突出す
るが表面張力させるのが、特に有利だと判明している。
このことは、例えばるつぼの傾斜を簡単に調節すること
によって、実現可能であるが、引っばりるつぼの片側の
望ましくは底部位置に、半導体溶融物がメニスカスを形
成しながら通過し得るような大きさのスロット様の開口
を設けることが、特に有利である。このメニスカスの形
成は例えば溶融物の温度、るつぼの傾斜およびスロット
の大きさによっても影響されることがある。
によって、実現可能であるが、引っばりるつぼの片側の
望ましくは底部位置に、半導体溶融物がメニスカスを形
成しながら通過し得るような大きさのスロット様の開口
を設けることが、特に有利である。このメニスカスの形
成は例えば溶融物の温度、るつぼの傾斜およびスロット
の大きさによっても影響されることがある。
スロット様開口の高さは生成するメニスカスに要求され
る安定性に依存するが５スロットの幅はシートの所要幅
に依って定められる。スロットの幅が基体の幅よりも１
〜２０ｍｍ、望ましくは１０ｒｎｍ大きいときに、特に
良い結果が得られる。
る安定性に依存するが５スロットの幅はシートの所要幅
に依って定められる。スロットの幅が基体の幅よりも１
〜２０ｍｍ、望ましくは１０ｒｎｍ大きいときに、特に
良い結果が得られる。
粗結晶から単結晶までの溶融半導体と同じ半導体基体を
溶融半導体のメニスカスに接触させて、少なくとも７５
ｍｍ／秒の速度でメニスカスを過ぎて移動させることに
よって、実際のシート引き上げを行なう。このようにし
て接触位置において引き離される溶融物フィルムの自由
表面を、例えば電子ビーム装置またはレーザーガンのよ
うな付加的な加熱装置によって溶融温度に維持すること
が。
溶融半導体のメニスカスに接触させて、少なくとも７５
ｍｍ／秒の速度でメニスカスを過ぎて移動させることに
よって、実際のシート引き上げを行なう。このようにし
て接触位置において引き離される溶融物フィルムの自由
表面を、例えば電子ビーム装置またはレーザーガンのよ
うな付加的な加熱装置によって溶融温度に維持すること
が。
有利であるとわかっている。この引き上げ操作の過程で
基体が望ましい配向性であることが硬化する半導体材料
に伝えられて、粗結晶から竿結晶までのシートが基体上
に引かれ、次に熱応力が作用する結果、シートが助けな
しに基体からはく離する。
基体が望ましい配向性であることが硬化する半導体材料
に伝えられて、粗結晶から竿結晶までのシートが基体上
に引かれ、次に熱応力が作用する結果、シートが助けな
しに基体からはく離する。
連続作業方式の場合には、基体を例えば「エンド９レス
ベルト」またはシリンダーの形状のものとして、メニス
カスに接触させて移動させることができる。半連続作業
方式の場合には、例えば１ｍの長さを持つ、個々の傾斜
体を用いることもできる。特定の基体の幅はシートまた
はプレートの所望の幅に依存して定まるが、大ていの場
合に、例えば長さ１００ｍｍおよび幅１００ｍｍを有す
る太陽電池のような目的製品と同じサイズの個々の要素
から基体を構成することが有利であるとわかっている。
ベルト」またはシリンダーの形状のものとして、メニス
カスに接触させて移動させることができる。半連続作業
方式の場合には、例えば１ｍの長さを持つ、個々の傾斜
体を用いることもできる。特定の基体の幅はシートまた
はプレートの所望の幅に依存して定まるが、大ていの場
合に、例えば長さ１００ｍｍおよび幅１００ｍｍを有す
る太陽電池のような目的製品と同じサイズの個々の要素
から基体を構成することが有利であるとわかっている。
しかし、この他にも形状とサイズを多様に変えることが
可能である。
可能である。
メニスカスと接触する基体を垂直から０〜６０度、望ま
しくは０度〜２０度それて、斜め」二方に移動させる場
合に、特に良い結果を得ることができる。基体の個々の
要素間の距離が例えば００５ｍｍのように小さい場合１
（は、細分割されていないシートが得られるので、例え
ば切断するまたはかき傷をつけておいて分離する等の適
当な方法の段階によって、新漬の個々の小片に分けるこ
とができる。しかし１個々の要素間に例えば０．５ ｍ
ｍから約２ｍｍまでの大きな距離がある場合には、シー
トは基体の個々の要素のサイズに応じた小片にすでに分
離されて得られるので、上述のような分割段階は不必要
になる。
しくは０度〜２０度それて、斜め」二方に移動させる場
合に、特に良い結果を得ることができる。基体の個々の
要素間の距離が例えば００５ｍｍのように小さい場合１
（は、細分割されていないシートが得られるので、例え
ば切断するまたはかき傷をつけておいて分離する等の適
当な方法の段階によって、新漬の個々の小片に分けるこ
とができる。しかし１個々の要素間に例えば０．５ ｍ
ｍから約２ｍｍまでの大きな距離がある場合には、シー
トは基体の個々の要素のサイズに応じた小片にすでに分
離されて得られるので、上述のような分割段階は不必要
になる。
粗結晶から単結晶までの結晶を成長させ、シートを基体
から自動的に放出させるのに重要なファクターは、基体
の温度である。この温度が低すぎる場合には、成長する
シートは太陽電池ベース材料として不適当なミクロ結晶
領域を多く含むものとなり、また基体の温度が高すぎろ
場合には、シ−トは液状工ぎタキシー状に成長すること
になり、基体からシートが自動的に放出されることはも
はや不可能になる。溶融物と基体との間に約０２〜０、
５ ＴＭ 、 望ましくはＯ９ろ〜Ｑ、４ ＴＭの温
度差のあることが、本発明の方法を実施するのに特に適
しているとわかっている。例えば、ケイ素に関しては、
ＴＭの代りに１６９３にのケイ素の融点を用いるなら
ば、約６５０〜８５０Ｋ、望ましくは５００〜６８０に
の温度差が望ましいことになる。 基体は、分離制御で
きろ温度調整トンネルで、望ましい温度に調整するのが
有利である。
から自動的に放出させるのに重要なファクターは、基体
の温度である。この温度が低すぎる場合には、成長する
シートは太陽電池ベース材料として不適当なミクロ結晶
領域を多く含むものとなり、また基体の温度が高すぎろ
場合には、シ−トは液状工ぎタキシー状に成長すること
になり、基体からシートが自動的に放出されることはも
はや不可能になる。溶融物と基体との間に約０２〜０、
５ ＴＭ 、 望ましくはＯ９ろ〜Ｑ、４ ＴＭの温
度差のあることが、本発明の方法を実施するのに特に適
しているとわかっている。例えば、ケイ素に関しては、
ＴＭの代りに１６９３にのケイ素の融点を用いるなら
ば、約６５０〜８５０Ｋ、望ましくは５００〜６８０に
の温度差が望ましいことになる。 基体は、分離制御で
きろ温度調整トンネルで、望ましい温度に調整するのが
有利である。
本発明による方法を実施する上で重要な一つのファクタ
ーは、基体を溶融半導体材料との接触位置を通して移動
させる引き上げ速度である。効率だけの理由からは、な
るべく高い速度が望ましいことになる。このため、本発
明による方法にケイ素を用いる場合には、３００朋／秒
以上の速度がすでに達せられている。例えば、一般に、
基体と溶融物間の温度差を増すことによって引き上げ速
度を増加させやすくすることができるが、成る一定の値
を超えると、結晶構造が基体からシートへ満足に伝えら
れなくなるという制限がある。
ーは、基体を溶融半導体材料との接触位置を通して移動
させる引き上げ速度である。効率だけの理由からは、な
るべく高い速度が望ましいことになる。このため、本発
明による方法にケイ素を用いる場合には、３００朋／秒
以上の速度がすでに達せられている。例えば、一般に、
基体と溶融物間の温度差を増すことによって引き上げ速
度を増加させやすくすることができるが、成る一定の値
を超えると、結晶構造が基体からシートへ満足に伝えら
れなくなるという制限がある。
温度と引き上げ速度の他に、基体表面の性質も本発明の
方法に影響を及ぼしている。一般原則として、表面に低
い度合のざらつきがあることによって成長するシートの
自動的放出が容易になるということができろ。
方法に影響を及ぼしている。一般原則として、表面に低
い度合のざらつきがあることによって成長するシートの
自動的放出が容易になるということができろ。
次に本発明を図面に示した望ましい実施態様に基づいて
、さらに詳細に説明する。
、さらに詳細に説明する。
第１図は、「エンドレスベルト」として接触領域を案内
される基体上にシートを引っばる装置の縦断面図を示す
。
される基体上にシートを引っばる装置の縦断面図を示す
。
第２図は、傾斜体上にシートを引っばる装置の縦断面図
を示す。
を示す。
第１図によると、充填装Ｒ２によって例えばケイ素粒状
物を供給するための、例えば精錬鋼製で。
物を供給するための、例えば精錬鋼製で。
かつ望ましくは水などの冷却媒体を貯え得るような二重
壁構造の容器１において、加熱装置４内に溶融物生成る
つぼ６を配置する。このるつぼは供給容器として使用し
、このるつぼ内の溶融物は、例えば１個以」二の置換体
５を用いて、溢流系６を経て、引っばりるつぼ７に移す
ことができる。図示したような置換体の代りに、例えば
毛細管体を用いであるいは流出口が引っばりるつぼに通
ずる閉塞した溶融物生成るつぼを用いる場合には、ガス
圧の作用下で溶融物を押圧することによって、溶融物の
溢流を実現させることができる。
壁構造の容器１において、加熱装置４内に溶融物生成る
つぼ６を配置する。このるつぼは供給容器として使用し
、このるつぼ内の溶融物は、例えば１個以」二の置換体
５を用いて、溢流系６を経て、引っばりるつぼ７に移す
ことができる。図示したような置換体の代りに、例えば
毛細管体を用いであるいは流出口が引っばりるつぼに通
ずる閉塞した溶融物生成るつぼを用いる場合には、ガス
圧の作用下で溶融物を押圧することによって、溶融物の
溢流を実現させることができる。
熱線、誘導または抵抗加熱によるるつぼ引っばり加熱系
８によって加熱する引き上げるつぼは、その前端にスロ
ット様開口９を有し、このスロットを通ｌ−て１表面張
力によって安定化したメニスカスを形成させながら、溶
融半導体材料を放出する。例えば−列に配列した個別の
プレートから成り、メニスカスを越して上方に移動する
基体１０とメニスカスが接触すると、基体上に薄層とし
てシート１１が塗布される。接触点において基体上へ溶
融物から引き離される、シート１１の溶融物フィルムの
自由表面は補助的な加熱系１２によって、望ましくは熱
線加熱（例えば、レーザー照射）によって、望ましい温
度に保持することができる。
８によって加熱する引き上げるつぼは、その前端にスロ
ット様開口９を有し、このスロットを通ｌ−て１表面張
力によって安定化したメニスカスを形成させながら、溶
融半導体材料を放出する。例えば−列に配列した個別の
プレートから成り、メニスカスを越して上方に移動する
基体１０とメニスカスが接触すると、基体上に薄層とし
てシート１１が塗布される。接触点において基体上へ溶
融物から引き離される、シート１１の溶融物フィルムの
自由表面は補助的な加熱系１２によって、望ましくは熱
線加熱（例えば、レーザー照射）によって、望ましい温
度に保持することができる。
また、接触前のメニスカスの形成と、基体への塗布間に
行なわれる。接触点で引き離される溶融物フィルムの自
由面の形成は、例えば光学制御装置１３によってモニタ
ーすることができる。もし引っばりるつぼを傾けること
ができ溶融物と基体間の接触を簡単に中断したり、再び
接触させたりすることが可能であるならば、この基体へ
の塗布作業の開始と終了を特に有利に制御することがで
きる。
行なわれる。接触点で引き離される溶融物フィルムの自
由面の形成は、例えば光学制御装置１３によってモニタ
ーすることができる。もし引っばりるつぼを傾けること
ができ溶融物と基体間の接触を簡単に中断したり、再び
接触させたりすることが可能であるならば、この基体へ
の塗布作業の開始と終了を特に有利に制御することがで
きる。
基体への溶融物フィルム塗布の瞬間には堅固であった、
シートと基体間の結合は、結晶化が完成した後２，６秒
間の早さで、緩弛し始める。シートは出口バルブ１４を
通して容器から搬出され。
シートと基体間の結合は、結晶化が完成した後２，６秒
間の早さで、緩弛し始める。シートは出口バルブ１４を
通して容器から搬出され。
例えば切断によって、更に処理されて個々のプレー １
−になるが、基体は再［重用のために戻され、温度調整
トンネル１５内で望ましい温度に再調節されろ。容器１
内には例えば窒素、二酸化炭素、希ガスあるいは異なる
ガスの混合物の不活性ガス雰囲気を保つことができるが
、真空内での操作も可能である。
−になるが、基体は再［重用のために戻され、温度調整
トンネル１５内で望ましい温度に再調節されろ。容器１
内には例えば窒素、二酸化炭素、希ガスあるいは異なる
ガスの混合物の不活性ガス雰囲気を保つことができるが
、真空内での操作も可能である。
第２図によると、代替的に傾斜体として設計した基体」
二にシートを引っばることができる。簡潔にするために
、第２図には容器１、溶融物生成装置または溶融物移動
系を示していない。これらの装置は例えば図１に示した
配置のように設計することができる。
二にシートを引っばることができる。簡潔にするために
、第２図には容器１、溶融物生成装置または溶融物移動
系を示していない。これらの装置は例えば図１に示した
配置のように設計することができる。
半導体材料の溶融物２１を含む、望ましくは石英製の引
っばりるつぼ２０を１例えば黒鉛製溶融物ヒーターのよ
うな加熱装置２２によって、融点よりも少なくとも５Ｃ
高い温度に維持する。引っばりるつぼの前端には、スロ
ット様の開口を設け、この開口から表面張力によって安
定化した溶融半導体材料のメニスカスが少なくとも０．
５ ｍｍ突出する。
っばりるつぼ２０を１例えば黒鉛製溶融物ヒーターのよ
うな加熱装置２２によって、融点よりも少なくとも５Ｃ
高い温度に維持する。引っばりるつぼの前端には、スロ
ット様の開口を設け、この開口から表面張力によって安
定化した溶融半導体材料のメニスカスが少なくとも０．
５ ｍｍ突出する。
分離制御可能な温度調整トンネル２５内で、可動な傾斜
体２６形状の基体を、０８５〜Ｑ８ＴＭ 望ましくは
０．６〜０，７ＴＭの範囲に、すなわち、ケイ素の場合
には８５０〜１３５０Ｋ、望ましくは１０００〜１２０
０Ｋ （数値は概数）の温度範囲に保持する。傾斜体は
引っばりるつぼ内の溶融型に含まれる半導体と同じ半導
体材料の粗結晶から単結晶までの構造部材２７から成っ
ている。このような構造部材は、例えば黒鉛のようプ３
仁適当な支持体であるスライド２８上に設けるのが有利
である。
体２６形状の基体を、０８５〜Ｑ８ＴＭ 望ましくは
０．６〜０，７ＴＭの範囲に、すなわち、ケイ素の場合
には８５０〜１３５０Ｋ、望ましくは１０００〜１２０
０Ｋ （数値は概数）の温度範囲に保持する。傾斜体は
引っばりるつぼ内の溶融型に含まれる半導体と同じ半導
体材料の粗結晶から単結晶までの構造部材２７から成っ
ている。このような構造部材は、例えば黒鉛のようプ３
仁適当な支持体であるスライド２８上に設けるのが有利
である。
このスライドは、案内手段２９と昇降装置６０とによっ
て、温度調整トンネルを出て、引っばりるつぼを通り、
引っばりるつぼの前端からの距離を正確に保って、上方
に運搬されることができる。
て、温度調整トンネルを出て、引っばりるつぼを通り、
引っばりるつぼの前端からの距離を正確に保って、上方
に運搬されることができる。
この作業を行なう際に、先ず最初に傾斜体エツジ６１が
、次に傾斜体表面ろ２が半導体材料のメニスカスと接触
し、傾斜体材料に依存して粗結晶から単結晶までのシー
トで被覆される。このシートは硬化した直後でさえも、
ごく弱く傾斜体に接触しているにすぎず、適当なつまみ
装置によって簡単に動かすことができ、更に加工して太
陽電池材料を形成することができる。
、次に傾斜体表面ろ２が半導体材料のメニスカスと接触
し、傾斜体材料に依存して粗結晶から単結晶までのシー
トで被覆される。このシートは硬化した直後でさえも、
ごく弱く傾斜体に接触しているにすぎず、適当なつまみ
装置によって簡単に動かすことができ、更に加工して太
陽電池材料を形成することができる。
傾斜体を構成する個々の構造部材間の距離が充分に大き
い場合には、連続シートが得られないが、例えば構造部
材と同じサイズのプレートのような、すでに互いに分離
ｌ〜だシート片が得られる。傾斜体温度および傾斜体駆
動速度の選択によって、得られるシートの厚さを簡単に
決めろことができろために、−回の操作で、所望の幅、
長さおよび厚さを有する半導体片を製造することが可能
である。
い場合には、連続シートが得られないが、例えば構造部
材と同じサイズのプレートのような、すでに互いに分離
ｌ〜だシート片が得られる。傾斜体温度および傾斜体駆
動速度の選択によって、得られるシートの厚さを簡単に
決めろことができろために、−回の操作で、所望の幅、
長さおよび厚さを有する半導体片を製造することが可能
である。
メニスカスを通って連続的に移動する１例えば環状また
はエンドレスベルト状に配置した一連の傾斜体を用いる
ことによって、傾斜体を任意に何回でも再使用すること
ができるので、この方法を連続的に有利に実施すること
ができる。
はエンドレスベルト状に配置した一連の傾斜体を用いる
ことによって、傾斜体を任意に何回でも再使用すること
ができるので、この方法を連続的に有利に実施すること
ができる。
このように、本発明による方法は安価な太陽電池材料と
しての半導体制料の効果的な製造方法を提供するもので
ある。
しての半導体制料の効果的な製造方法を提供するもので
ある。
実施例 １
第１図に示した装置を用いて、仕切り付きるつぼである
溶融物生成るつぼ内で、ケイ素を連続的に溶融し、１〜
５ Ｉｎｍの粒度を有する粒状物としてケイ素を、約２
？／秒の速度で連続的に供給する。
溶融物生成るつぼ内で、ケイ素を連続的に溶融し、１〜
５ Ｉｎｍの粒度を有する粒状物としてケイ素を、約２
？／秒の速度で連続的に供給する。
粒状のケイ素を用いる代りに、ポリケイ素ロッドを直接
溶融することによってケイ素を溶融生成るつぼ内に供給
することもできる。あるいは代替的に、溶融物の量を適
当に制御できる場合にはケイ素を直接引っばりるつぼに
供給することも可能である。
溶融することによってケイ素を溶融生成るつぼ内に供給
することもできる。あるいは代替的に、溶融物の量を適
当に制御できる場合にはケイ素を直接引っばりるつぼに
供給することも可能である。
溶融物生成るつぼ内で１４３０ ｔ：’に保持した溶融
物を、実際に添加するケイ素量に応じた置換体を用いて
、引っばりるつぼ内へ移し入れ、そこで水平なるつぼ位
置の場合には、約１１朋の溶融物高さに調整する。引っ
ばりるつぼは高さ６ ｒ、ｑｍ、幅１１０ ｍｍのスロ
ット様開口を有しており、このスロットを通して溶融ケ
イ素が、表面張力によって安定化したメニスカスを形成
しながら、流出する。
物を、実際に添加するケイ素量に応じた置換体を用いて
、引っばりるつぼ内へ移し入れ、そこで水平なるつぼ位
置の場合には、約１１朋の溶融物高さに調整する。引っ
ばりるつぼは高さ６ ｒ、ｑｍ、幅１１０ ｍｍのスロ
ット様開口を有しており、このスロットを通して溶融ケ
イ素が、表面張力によって安定化したメニスカスを形成
しながら、流出する。
約１ ｍｍの長さの突出するメニスカスの温度を、レー
ザ加熱によって１４３［）Ｕに保持する。
ザ加熱によって１４３［）Ｕに保持する。
本発明の方法に用いる基体は、約１〜２μｍの表面あら
さを有し、１０１００Ｘ１００のサイズおよび１０朋の
厚さを有する望ましい配向性の単結晶ケイ素プレー）９
０個から成る。これらのプレートは溶融物と基体の接触
点の約２５０ｍｍＪ−流の位置から５００ ｍｍの距離
にわたって、ろっぽから０、５ ｍｍの間隔を保って、
「エンドレスベルト」のやり方および３００ｍｍ／秒の
速度で、引っばりるつぼを過ぎて上方へ移動させる。こ
の操作の間。
さを有し、１０１００Ｘ１００のサイズおよび１０朋の
厚さを有する望ましい配向性の単結晶ケイ素プレー）９
０個から成る。これらのプレートは溶融物と基体の接触
点の約２５０ｍｍＪ−流の位置から５００ ｍｍの距離
にわたって、ろっぽから０、５ ｍｍの間隔を保って、
「エンドレスベルト」のやり方および３００ｍｍ／秒の
速度で、引っばりるつぼを過ぎて上方へ移動させる。こ
の操作の間。
「エンドレスベルト」の方向を垂直から約２０度だけず
らす。プレート相互間の距離は０．０５ｒａｍ以下にす
る。この案内領域を過ぎた後、ケイ素プレートを約６５
龍／秒の速度に減速させ、温度調整トンネルを通過させ
て、 ６ｓｏＣの温度に調節し。
らす。プレート相互間の距離は０．０５ｒａｍ以下にす
る。この案内領域を過ぎた後、ケイ素プレートを約６５
龍／秒の速度に減速させ、温度調整トンネルを通過させ
て、 ６ｓｏＣの温度に調節し。
最後にこれらのプレートを「エンドレスベルト」として
案内する領域に戻す。
案内する領域に戻す。
引っばりるつぼを約２度傾げることによってケイ素溶融
物のメニスカスを移動基体に接触させて、ケイ素シート
を移動基体上に塗布する。このようにして塗布したシー
トは基体の温度まで冷却した直後に、助けなしに自然に
基体からはく離する。
物のメニスカスを移動基体に接触させて、ケイ素シート
を移動基体上に塗布する。このようにして塗布したシー
トは基体の温度まで冷却した直後に、助けなしに自然に
基体からはく離する。
基体を温度調整トンネルに戻し、そこで温度を６８ＤＣ
に再調節する。はく離した０ろ１，１ｍ厚さのシートを
、真空バルブによって約１Ｑ ｍｈａｒまで減圧しで
ある容器から、搬出し、レーザ・スフラッチングによっ
て、１００＋ｎ雇長さおよび１００７ｎｍ幅の、基体の
望ましい配向性を有する単結晶プレートに分割する。
に再調節する。はく離した０ろ１，１ｍ厚さのシートを
、真空バルブによって約１Ｑ ｍｈａｒまで減圧しで
ある容器から、搬出し、レーザ・スフラッチングによっ
て、１００＋ｎ雇長さおよび１００７ｎｍ幅の、基体の
望ましい配向性を有する単結晶プレートに分割する。
実施例 ２
第２図に示した装置を用いて、ケイ素８５Ｐを溶融し、
引っばりるつぼに徐々に移し入れて、溶融物を１４５Ｄ
Ｃの温度に調節する。引っばりるつぼは５朋高さおよび
６０ ｉｎｍ幅のスロット様開口を有し、このスロット
を通して溶融ケイ素のメニスカスが２ｍｍ突出する。こ
の突出するメニスカスの温度を、放射高温計によって測
定したところ、１４５０ Ｃであった。
引っばりるつぼに徐々に移し入れて、溶融物を１４５Ｄ
Ｃの温度に調節する。引っばりるつぼは５朋高さおよび
６０ ｉｎｍ幅のスロット様開口を有し、このスロット
を通して溶融ケイ素のメニスカスが２ｍｍ突出する。こ
の突出するメニスカスの温度を、放射高温計によって測
定したところ、１４５０ Ｃであった。
本発明による方法に用いる。傾斜体形状の基体は５０
＋ｎｍ Ｘ ５０ ＋＋＋ｍサイズ、８羽厚さで平均粒
度５〜１０朋および表面あらさ約２μｍを有する粗結晶
ケイ素プレー）１０枚から成るものである。プレート相
互間の距離は０．０４ｍｍに保ち、このようなプレート
を黒鉛スライドに固定した。傾斜体全体を抵抗加熱温度
調整トンネル内で最初は、９００Ｃの温度に保持１−だ
。
＋ｎｍ Ｘ ５０ ＋＋＋ｍサイズ、８羽厚さで平均粒
度５〜１０朋および表面あらさ約２μｍを有する粗結晶
ケイ素プレー）１０枚から成るものである。プレート相
互間の距離は０．０４ｍｍに保ち、このようなプレート
を黒鉛スライドに固定した。傾斜体全体を抵抗加熱温度
調整トンネル内で最初は、９００Ｃの温度に保持１−だ
。
引っばりるつぼのスロット様開口から突出するメニスカ
スから１ ｍｍの距離を保ち、メニスカスを過ぎて８０
７１１１１１／秒の速度で、昇降装置と正確な案内装置
を用いて、傾斜体を垂直上方に移動させた。
スから１ ｍｍの距離を保ち、メニスカスを過ぎて８０
７１１１１１／秒の速度で、昇降装置と正確な案内装置
を用いて、傾斜体を垂直上方に移動させた。
傾斜体とメニスカスの最初の接触から始まって、傾斜体
を形成するケイ素プレートが、最初は液状であるが迅速
に硬化するケイ素シートによって被覆された。このシー
トは溶融物温度が傾斜体まで冷却するや否や、はく離し
始める。最後に、粘着力によって基体上に保持されてい
たシートも載っているだけになり、基体からはく離され
た。生成するシートは５００朋長さ、５０ ｔｎｍ幅お
よび０．３朋厚さであった。このシートは、基体として
用いたケイ素プレートと同じ粗結晶構造を有していた。
を形成するケイ素プレートが、最初は液状であるが迅速
に硬化するケイ素シートによって被覆された。このシー
トは溶融物温度が傾斜体まで冷却するや否や、はく離し
始める。最後に、粘着力によって基体上に保持されてい
たシートも載っているだけになり、基体からはく離され
た。生成するシートは５００朋長さ、５０ ｔｎｍ幅お
よび０．３朋厚さであった。このシートは、基体として
用いたケイ素プレートと同じ粗結晶構造を有していた。
シートをはく離した後、傾斜体を再びシート引っばりプ
ロセスに用いることが可能である。全過程を通して、容
器内には１Ｑ ｍｈａｒ圧力のアルゴン雰囲気を保持し
た。
ロセスに用いることが可能である。全過程を通して、容
器内には１Ｑ ｍｈａｒ圧力のアルゴン雰囲気を保持し
た。
実施例 に
の実施例では、用いた傾斜体が５０ Ｘ ５０ ｍｍザ
イズ、８ｍｍ厚さの単結晶ケイ累プレート１０枚を、実
施例２で用いたスライド゛に相当する黒鉛スライド上に
互いに０．８ ｍｍの間隔をおいて、並べたものである
こと以外は、実施例２に示したような方法を用いた。こ
の場合に、望ましい配向性を有し、５０ｍｍの長さ、５
０ｔｎａの幅および０．３ ｍｍの厚さを有する１０枚
に分離した、殆んど完全に単結晶のケイ素プレートを得
ることができた。
イズ、８ｍｍ厚さの単結晶ケイ累プレート１０枚を、実
施例２で用いたスライド゛に相当する黒鉛スライド上に
互いに０．８ ｍｍの間隔をおいて、並べたものである
こと以外は、実施例２に示したような方法を用いた。こ
の場合に、望ましい配向性を有し、５０ｍｍの長さ、５
０ｔｎａの幅および０．３ ｍｍの厚さを有する１０枚
に分離した、殆んど完全に単結晶のケイ素プレートを得
ることができた。
実施例 ４
第２図に示した装置で、ゲルマニウム１２０Ｊを溶融し
、高さ３ｍｍおよび幅６０ｍｍのスロット様開口を有す
る引っばりるつぼ中へ、徐々に移し入れた。この溶融物
を９５ＤＣに維持し、約１ ｉｎの突出したメニスカス
を形成させた。
、高さ３ｍｍおよび幅６０ｍｍのスロット様開口を有す
る引っばりるつぼ中へ、徐々に移し入れた。この溶融物
を９５ＤＣに維持し、約１ ｉｎの突出したメニスカス
を形成させた。
用いた傾斜体は５Ｄｙｎｍ×５０ｍｍサイズ、４７五ｍ
厚さで、約２μｍのあらさを有する単結晶ゲルマニウム
プレート６枚から成るものであった。このプレートを互
いに０．０４＋Ｉ１ｍの間隔を保つように、黒鉛スライ
ドに固定した。傾斜体全体を抵抗加熱温度調整トンネル
内で最初は、５７５Ｃに保持した。
厚さで、約２μｍのあらさを有する単結晶ゲルマニウム
プレート６枚から成るものであった。このプレートを互
いに０．０４＋Ｉ１ｍの間隔を保つように、黒鉛スライ
ドに固定した。傾斜体全体を抵抗加熱温度調整トンネル
内で最初は、５７５Ｃに保持した。
次に、実施例２に述べた方法に従って、傾斜体を引っば
りるつぼから０．５ ｔｎｍの距離を保って、引つばり
るつぼを越して１２０ｍｍ／秒の速）（で移動′させた
。ゲルマニウムシートを引っばり、最後に基体からはく
離させ、基本再使用することが出来た。
りるつぼから０．５ ｔｎｍの距離を保って、引つばり
るつぼを越して１２０ｍｍ／秒の速）（で移動′させた
。ゲルマニウムシートを引っばり、最後に基体からはく
離させ、基本再使用することが出来た。
生成１７た望ましい配向性の単結晶ゲルマニウムシート
は、３００ ｍｍ長さ、５ Ｄ ｒｎｍ ＠、’＝よび
０．２５ｍｍ厚さであった。全過程を通して、容器内に
は、１０ｍｂａｒ のアルゴン雰囲気を保持した。
は、３００ ｍｍ長さ、５ Ｄ ｒｎｍ ＠、’＝よび
０．２５ｍｍ厚さであった。全過程を通して、容器内に
は、１０ｍｂａｒ のアルゴン雰囲気を保持した。
第１図は「エンドレスベルト」として接触頭載を案内さ
れる基体上にシートを引っばる装置の縦断面図を示した
ものであり。 第２図は傾斜体上にソートを引っばる装置の縦断面図を
示すものである。 １・・・容器 １０・・・基体３・・・溶
融物生成るつぼ １１・・・シート６・・・溢流系
１５．２５・・・温度調整トンネル７・・・
引っばりろつぼ ２２・・・加熱ヒータ９・・・スロ
ット ２６・・傾斜体手続補正書（万却 昭和５７年１０月 １日 特許庁長官 若 杉 相 夫 殿 （特許庁審査官 殿）１、事件
の表示 昭和５７年特許願第１００８０２ 号３、補正をする
者 事件との関係：特許出願人 昭和５７年 ９月 ９日（発送日：昭和５７年 ９月２
０日）６、補正により増加する発明の数 ０ ７補正の対象 タイプ印書により鮮明に記嘘した明細書（全文）８、補
正の内容 別紙のとおり（但し、同各に変更なし。）。
れる基体上にシートを引っばる装置の縦断面図を示した
ものであり。 第２図は傾斜体上にソートを引っばる装置の縦断面図を
示すものである。 １・・・容器 １０・・・基体３・・・溶
融物生成るつぼ １１・・・シート６・・・溢流系
１５．２５・・・温度調整トンネル７・・・
引っばりろつぼ ２２・・・加熱ヒータ９・・・スロ
ット ２６・・傾斜体手続補正書（万却 昭和５７年１０月 １日 特許庁長官 若 杉 相 夫 殿 （特許庁審査官 殿）１、事件
の表示 昭和５７年特許願第１００８０２ 号３、補正をする
者 事件との関係：特許出願人 昭和５７年 ９月 ９日（発送日：昭和５７年 ９月２
０日）６、補正により増加する発明の数 ０ ７補正の対象 タイプ印書により鮮明に記嘘した明細書（全文）８、補
正の内容 別紙のとおり（但し、同各に変更なし。）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）溶融半導体材料を基体に塗布し、硬化を制御し、塗
布した半導体材料を自動的に放出させることから成る望
ましい配向性の粗結晶から単結晶までの半導体シートお
よび／またはプレートの製造方法において、溶融半導体
材料を粗結晶から単結晶までの同じ半導体材料の基体と
接触させ、該基体を接触点より先に少なくとも７５朋／
秒の速度で案内すること、および成長するシートまたは
プレートの自動的放出を保証するために、基体をＱ、
８ ＴＭ （ＴＭは絶対温度で表わした半導体の融点）
より高くない温度に保持することを特徴とする方法。 ２）溶融半導体材料と基体な浴融物メニスカスを介して
、互いに接触させることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の方法。 ３）溶融半導体材料のメニスカスがスロット様開口によ
って得られることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の方法。 ４）半導体材料の溶融物を半導体制料の融点よりも少な
くとも５Ｃ高い温度に保持することを特徴とする特許請
求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
方法。 ５）半導体材料のプレートまたはシートの厚さを基体の
速度によって決定することを特徴とする特許請求の範囲
第１項から第４項までのいずれか１項に記載の方法。 ６）半導体材料としてケイ素を用いることを特徴とする
特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に
記載の方法。 ７）太陽電池製造への特許請求の範囲第１項から第６項
までのいずれか１項によって製造した半導体材料の使用
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813132776 DE3132776A1 (de) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | Verfahren zur herstellung grob- bis einkristalliner folien aus halbleitermaterial |
| DE3132776.1 | 1981-08-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832098A true JPS5832098A (ja) | 1983-02-24 |
| JPS6033798B2 JPS6033798B2 (ja) | 1985-08-05 |
Family
ID=6139653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57100802A Expired JPS6033798B2 (ja) | 1981-08-19 | 1982-06-14 | 粗結晶から単結晶までの半導体材料製造方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4447289A (ja) |
| EP (1) | EP0072565B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6033798B2 (ja) |
| AT (1) | ATE25711T1 (ja) |
| AU (1) | AU546413B2 (ja) |
| CA (1) | CA1208525A (ja) |
| DE (2) | DE3132776A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA824162B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02291117A (ja) * | 1989-01-27 | 1990-11-30 | Heliotronic Forsch & Entwick G Fuer Solarzellen Grundstoffe Mbh | 特に半導体材料の溶融物から凝固層を成長させるための構造化表面を備えた支持体 |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3306135A1 (de) * | 1983-02-22 | 1984-08-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von polykirstallinen, grossflaechigen siliziumkristallkoerpern fuer solarzellen |
| DE3518829A1 (de) * | 1985-05-24 | 1986-11-27 | Heliotronic Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen | Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus siliciumgranulat fuer die erzeugung von siliciumschmelzen |
| FR2592064B1 (fr) * | 1985-12-23 | 1988-02-12 | Elf Aquitaine | Dispositif pour former un bain d'un materiau semi-conducteur fondu afin d'y faire croitre un element cristallin |
| US5055157A (en) * | 1990-02-05 | 1991-10-08 | Bleil Carl E | Method of crystal ribbon growth |
| US5229083A (en) * | 1990-02-05 | 1993-07-20 | Bleil Carl E | Method and apparatus for crystal ribbon growth |
| DE4202455C1 (ja) * | 1992-01-29 | 1993-08-19 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | |
| US5314571A (en) * | 1992-05-13 | 1994-05-24 | Midwest Research Institute | Crystallization from high temperature solutions of Si in copper |
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