JPS5932437B2 - 帯状シリコン結晶の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、帯状シリコン結晶の製造装置の改良に関する
。

発明の技術的背景とその問題点 近時、結晶成長技術の１つとして帯状シリコン結晶の成
長方法が注目されているが、この帯状シリコン結晶は薄
板状であるため、チョクラルスキー法で得られたインゴ
ット状のシリコン結晶とは異なり、その得られた形状の
ままで半導体素子の基板として用いられる。

このため、チョクラルスキー法で得られるシリコン結晶
を基板として用いるよりも、半導体素子が安価になると
いう特徴を有する。

第１図はこのような帯状シリコン結晶を成長せしめるた
めの従来装置を示す概略構成図である。

石英ガラス製のるっぽ１内にグラファイトで作られたス
リットを有する一対のキャピラリダイ２ａ・２ｂの一端
が挿入され、るつぼ１の周囲にはヒータ３ａ 、３ｂが
配置されている。

しかして、上記るつぼ１内に多結晶シリコンを入れ、こ
れらを図示しない加熱炉の中に入れ炉内温度を１５００
〔℃〕程度に上昇させると、上記多結晶シリコンはシリ
コン融液４となる。

このシリコン融液４は毛細管現象によりダイ２ａ 、２
ｂの先端部まで上昇する。

そして、この上昇したシリコン融液４に種子結晶を接触
させたのち種子結晶を引き上げることにより、帯状シリ
コン結晶５が成長されることになる。

ところが、このような従来装置を用いて帯状シリコン結
晶を製造したところ、次のような問題を招いた。

すなわち、成長された帯状シリコン結晶の表面を観察し
たところ多数のＳｉＣ粒が結晶表面に固着しているのが
見られた。

そして、このＳｉＣ粒の固着が帯状シリコン結晶の結晶
性を悪くし、電気的特性に対しても悪影響を及ぼすこと
が判明した。

これは、ダイの材料であるグラファイトのカーボンとシ
リコン融液とが反応してＳｉＣの発生が起こるためであ
る。

そして、ダイの材料としてグラファイトを用いる以上、
ＳｉＣの発生を防止することは困難であった。

発明の目的 本発明の目的は、帯状シリコン結晶を成長せしめる際に
ＳｉＣ粒が発生し結晶表面に固着するのを防止でき、結
晶性の向上および電気的特性の向上に寄与し得る帯状シ
リコン結晶の製造装置を提供することにある。

発明の概要 本発明者等は前記ＳｉＣ粒の発生がダイ材料のカーボン
に起用することに着目し、シリコン融液に対する耐性が
強く高温での変形が少なく、かつカーボンを含まない材
料として窒化珪素或いはサイアロン（５ｉＡｌＯＮ ：
シリコン、アルミニウム、酸素および窒素からなる物質
）を選択し、この材料でダイを形成した。

ところが、このようなダイを用いたところ、シリコン融
液がダイのスリットを上昇せず、帯状シリコン結晶を成
長させることはできなかった。

そこで、ダイのスリット表面を観察０分析したところ、
スリット表面にシリコンの酸化物が形成されており、こ
の酸化物がシリコン融液の濡れ性を悪化させる原因とな
っていることが判明した。

この点を考慮して本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、
窒化珪素或いはサイアロンで形成したダイのスリット内
面に金属膜を被着すれば、濡れ性の問題が解決されるこ
とを見出した。

すなわち、窒化珪素或いはサイアロンで形成したダイの
スリット内面に金属膜を被着した状態でこのダイを加熱
炉内に入れ、酸素のない雰囲気で昇温することにより、
スリット内面に形成された主としてシリコンの酸化物が
還元されて除去される。

つまり、シリコン融液のダイに対する濡れ性が良くなる
。

その後、ダイを炉の外に取り出すことなくシリコン融液
に接触させることにより、帯状シリコン結晶の成長が可
能となる。

本発明はこのような点に着目し、るつぼ内に収容された
シリコン融液にスリットを有した一対のキャピラリ・ダ
イの一端を浸漬し、上記ダイのスリットを介して上昇し
たシリコン融液に種子結晶を接触させ、この種子結晶を
引き上げることによって、帯状シリコン結晶を成長せし
める帯状シリコン結晶の製造装置において、上記キャピ
ラリ・ダイを窒化珪素或いはサイアロンで形成すると共
に、このダイのスリット内面に金属膜を被着せしめるも
のである。

発明の効果 本本発明に、よれば、キャピラリ・ダイの材料としてカ
ーボンを含まない窒化珪素或いはサイアロンを用いてい
るので、帯状シリコン結晶を成長せしめる際にＳｉＣ粒
が発生するのを未然に防止するこさができる。

さらに、ダイのスリット内面に金属膜を被着させている
ので、シリコン融液の濡れ性を悪化させる酸化膜を還元
により除去することができ、これによりシリコン融液の
ダイのスリット内面に対する濡れ性を良くし、帯状シリ
コン結晶の成長を充分行ない得る。

このため、結晶特性および電気的特性の良好な高品質の
帯状シリコン結晶を製造することができる。

発明の実施例 第２図乃至第４図はそれぞれ本発明の一実施例の要部構
成を示すもので第２図はキャピラリ、ダイを上方から見
た平面図、第３図は第２図の矢視Ａ−Ａ断面図、第４図
は第２図の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。

この実施例が第１図に示した従来装置と異なる点は、前
記キャピラリ・ダイの構成およびその構成材料にある。

すなわち、キャピラリ。ダイ１ｉａ、１ｉｂは窒化珪素
から形成され、所望厚さのスペーサ１２ａ、１２ｂを挟
んで取着されている。

そして、上記ダイ１１ａ、ｌｌｂおよびスペーサ’１２
ａ、１２ｂで形成されるスリット内面にはアルミニウム
膜１３が蒸着されている。

なお、スペーサ１２ａ、１２ｂはダイ１１ａ。

１１ｂと同様に窒化珪素からなるものであり、ダイ１１
ａ、１１ｂの一方と一体形成してもよいのは勿論である
。

また、アルミニウム膜１３の蒸着はダイ１１ａ、１１ｂ
を取着する前に施した。

また、スリットの間隔りはＤ＝２００Ｃμｍ〕とした。

さらに、るつぼ１、ヒータ２ａ、２ｂおよび加熱炉等の
構成は従来装置と同様とした。

次に、このように構成された本装置の作用を説明する。

まず、前記のように取着されたダイ１１ａ。１１ｂを加
熱炉内に装着して、希ガス雰囲気中で加熱した。

次いで、ダイ１１ａ、１１ｂの一端をるつぼ１内のシリ
コン融液４に接触させたところ、アルミニウム膜１３の
蒸着がない場合にはスリットを上昇しなかったシリコン
融液４が、スリットの上端部まで上昇した。

そして、スリット上端まで上昇したシリコン融液４に種
子結晶を接触させ、この種子結晶を徐々に引き上げたき
ころ、帯状シリコン結晶の成長が確認された。

かくして得られた帯状シリコン結晶の表面に固着したＳ
ｉＣ粒の量は１ｄ当り約０．０２個であった。

この個数は従来のグラファイト・ダイの場合の１ｄ当り
約０，３個に比して極めて少ないものである。

なお、窒化珪素ダイの場合にＳｉＣ粒が皆無とならない
のは、加熱炉内に使用したグラファイト製の保温材等か
らのカーボン混入であることが確認されており、この程
度の混入は太陽電池基板の特性にほとんど悪影響を与え
ないみ考えられる。

このように本装置によれば、帯状シリコン結晶の表面に
固着するＳｉＣ粒を略完全になくすことができ、さらに
シリコン融液と窒化珪素製ダイとの濡れ性を改善するこ
とができる・このため・結晶特性および電気的特性の良
好な高品質の帯状シリコン結晶を製造することができる
。

さらに、ＳｉＣ粒の固着が双晶発生の一要因であること
からすれば、帯状シリコン結晶の単結晶化に寄与し得る
等の効果を奏する。

また、帯状シリコン結晶は主に太陽電池用として開発さ
れたものであり、ＳｉＣ粒の固着した結晶で作った太陽
電池ではリーク電流が発生し太陽エネルギ変換効率が落
ちると云う問題があった。

このため、本実施例のようにＳｉＣ粒を減少或いは皆無
とすることによって、上記エネルギ変換効率の大幅な向
上をはかり得る。

また、双晶の入った帯状シリコン結晶は他の半導体素子
基板として用いるには不十分であったが、双晶のない結
晶とすることによって、従来のチョクラルスキー法によ
って得られた単結晶基板に取って変わる可能性がでてき
た。

このため、従来はとんど不可能であった非常に長い基板
を得ることも可能となり、省資源、省エネルギの利益と
も併せて広範囲の応用が期待できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。

例えば、前記キャピラリ・ダイの材料としては、窒化珪
素の代りにカーボンを含まずシリコン融液に対する耐性
が強く、かつ高温での変形が少ないもの、すなわちサイ
アロンを用いてもよい。

さらに、キャピラリ、ダイのスリット内面に被着する金
属膜はアルミニウムに限るものではなく、マグネシウム
、カルシウム、チタン或いはバリウム等を用いてもよい
。

実施例でアルミニウムを選んだ理由は、帯状シリコン結
晶がＰ型であることおよび不純物量に対し半導体基板と
しての性能劣化が少ないためである。

また、キャピラリ・ダイのスリット幅やスリット間隔等
は、仕様に応じて適宜定めればよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の帯状シリコン結晶の製造装置を示す概略
構成図、第２図乃至第４図はそれぞれ本発明の一実施例
の要部構成を示すもので第２図は実施例キャピラリ・ダ
イを上方向から見た平面図、第３図は第２図の矢視Ａ−
Ａ断面図、第４図は第２図の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 １・・・・・・るつぼ、３ａ、３ｂ・・・・・・ヒータ
、４・・・・・・シリコン融液、５・・・・・・帯状シ
リコン結晶、１１ａ。 Ｉｌｂ・・・・・・キャピラリ、ダイ、１２ａ、１２ｂ
・・・・・・スペーサ、１３・・・・・・アルミニウム
膜（金属膜）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン融液を収容したるつぼと、このるつぼ内の
   シリコン融液にその一端が浸漬されるスリットを有した
   キャピラリ、ダイと、上記シリコン融液およびキャピラ
   リ・ダイを加熱する加熱源とを具備し、上記キャピラリ
   、ダイのスリットを介して上昇したシリコン融液に種子
   結晶を接触させこの種子結晶を引き上げることにより帯
   状シリコン結晶を成長せしめる帯状シリコン結晶の製造
   装置において、前記キャピラリ・ダイを窒化珪素或いは
   サイアロンで形成すると共に、このキャピラリ、ダイの
   スリット内面に金属膜を被着してなることを特徴とする
   帯状シリコン結晶の製造装置。 ２ 前記金属膜は、アルミニウムからなるものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の帯状シリコ
   ン結晶の製造装置。