JPH0479969B2 - - 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シートの製造方法に
関する。

《従来の技術》 既に多結晶シリコンシートの製造方法としては
各種のものが実施されており、その一つであるリ
ボン法は第３図のように、不活性ガス雰囲気内に
あつて坩堝ａ内に存する溶融シリコンｂにダイｃ
を浸漬起立させ、ダイｃの上端口c′から引き出さ
れた溶融シリコンｂを、ダイｃの外である不活性
ガス雰囲気内で冷却固化させるようにしたもの
で、このリボン技術では、溶融シリコンｂのメニ
スカス（表面張力）を利用してシートを形成して
いるため、均一な厚さの多結晶シリコンシートを
得難く、この結果太陽電池のデイバイスとして用
いようとする際、これに電極を形成しようとして
も、スクリーン印刷法を適用することが困難とな
つてしまう欠陥がある。

また、上記の如く溶融シリコンとの濡れを活用
しようとするのがリボン技術であるため、ダイ、
フイラメント、基板など多くの消耗品を要するこ
とになるだけでなく、濡れのよいカーボン、SiC
等を用いることから、これが溶融シリコンへの不
純物源となつてしまう。

さらに、当該リボン法によるときは、結晶の成
長が、多結晶シリコンシートの引き出し方向への
成長であり、当該結晶の成長速度はあまり大きく
できず、品質および生産能率の点からも満足すべ
きものとなつていない。

さらに別途所謂キヤステイング法（鋳造法）な
るものも実施されているが、同法ではシリコン母
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
できるものの、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（グレイン）の成
長を抑制してしまうこととなり、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。

また第４図に示す如きスピン法なる製造方法も
知られており、当該方法では、ターンテーブルｄ
上に下皿ｅを載置し、この上に上皿ｆを載設する
ことで、両皿ｅ，ｆにより形成された鋳造型ｇ内
にキヤビテイｈを形成し、これらを不活性ガス雰
囲気Ａ内に置いて、キヤビテイｈのターンテーブ
ルｄにおける軸心位置に開口した注入口ｉから、
溶融シリコンｊを注入し、これをターンテーブル
ｄの回転により生ずる遠心力によつて、キヤビテ
イｈ内へ充填するようにしたものである。

また、上記溶融シリコンｊを得るため、鋳造型
ｇの上位に、ヒータｋ、これにより加熱される転
動式坩堝ｌ、漏斗ｍを配置し、転動式坩堝ｌに投
入したシリコン母材をヒータｋにより溶融した
後、これを回転軸心ｎにて回動させることで、漏
斗ｍを介して溶融シリコンｊを前記の如く注入口
ｉから流入させるようにしている。

このため、当該スピン法によるときは、ターン
テーブルｄに係る回転機構や、鋳造型ｇをターン
テーブルｄに載置したり、取り外したりするため
の可成り複雑な駆動機構も必要となるだけでなく
ターンテーブルｄの回転に必要な空間を確保した
り、その他溶融シリコンｊを供給するための諸部
材をも要することから、不活性ガス雰囲気Ａも広
くとらなければならず、この結果ヒータその他に
よる消費電力も大になるだけでなく、さらに重大
な問題は遠心力によつて溶融シリコンを拡径状態
にするため、この点からも相当な時間を要すこと
となり、ある程度以上に製造速度を上げることが
困難となつてしまうという問題である。

そこで、さらに本願人は第５図に示す如き製造
装置を用いて行うキヤステイング法に基づく製造
方法につき既に提案した。

この方法は同図に示す如く石英等により形成し
た坩堝ｏ中にシリコン母材を投入しておき、これ
をアルゴン等の不活性ガスか真空による不活性雰
囲気内Ａ内にあつて、ヒータｐの稼動によつて溶
融（1450℃）し、アルゴン等の不活性ガスによる
圧力ｑ（0.01〜0.1Kg／cm²）を当該溶融シリコンSi
の上面に加え、ヒータr₁，r₂，r₃によつて予め
1300℃〜1420℃の温度に加温してあるモールドノ
ズルＳの鋳造路Ｓ１における注入口Ｓ２から連続
的に当該溶融シリコンを供給するのである。

これにより当該溶融シリコンSiはモールドノズ
ルＳ内にて固化することで固化シリコンシート
MSiとなるが、その先端は予め不活性雰囲気Ａ外
に引き出され、その端末が引張り治具ｔに嵌着し
てあり、この引張り治具ｔをモールドノズルＳの
長手方向である矢印Ｂへ向け連続的に引出すので
あり、これによつて例えば、厚さ0.5mm、巾を25
mmの多結晶シリコンシートが得られる。

上記の製造方法は確かに均一厚の多結晶シリコ
ンシートを、不純物による汚染の心配なしに量産
可能とすると共に、各種の厚さ寸法のものを容易
に得ることができ、デイバイス加工の工程でも、
厚さの均一化処理なども不要となり、歩留りの向
上をも図り得る利点がある。

しかし、同上方法では実際上前記の如く溶融シ
リコンSiに加えられる圧力ｑと、引張り治具ｔに
よる引き出し速度とを如何に整合させるかに、高
度な技術が要求されるといつた難点がある。

《発明が解決しようとする課題》 本発明は上記のキヤンテイング法がもつ各種の
利点をそのまま保有させると共に、溶融シリコン
に印加する圧力の調整などに苦慮したり、未熟練
者による製造上の失敗多発といつた問題を解消す
るため、引張り治具による引出工程は施される
が、溶融シリコンのモールド内への流入に、圧力
を用いることなく、当該溶融シリコンの重力と、
これに付与される振動を流入のためのエネルギー
源として活用することで、引張り治具による引き
出し速度を、許容範囲の大きなものとすることが
できるようにし、これにより熟練を要することな
しに初心者にも容易に製造できるようにするの
が、その目的である。

《課題を解決するための手段》 本発明は上記の目的を達成するため、不活性雰
囲気内にあつて、薄厚に形成された薄肉鋳造路が
貫通され鉛直を含む所定の傾斜状態に配されてお
り、かつ加温されているモールドの上端注入口
に、溶融シリコンを供与すると共に、このモール
ドに機械的振動発生手段、超音波振動発生手段等
による振動源の振動を印加することで、当該溶融
シリコンをその重力と上記の振動とにより、前記
上端注入口から薄肉鋳造路へ流下させて、当該薄
肉鋳造路内にてこの溶融シリコンが固化したシリ
コンシートを、所望引張り治具により連続的に引
き出するようにしたことを特徴とする多結晶シリ
コンシートの製造方法を提供しようとするもので
ある。

《作用》 本法によれば、モールドの上端注入口に供与さ
れた溶融シリコンは、モールドの傾斜配置に伴う
重力の作用と振動源による振動とによつて、モー
ルド内へ流下進入することとなり、当該溶融シリ
コンはモールド内にて固結することで固化シリコ
ンシートとなるが、これは引張り治具により不活
性雰囲気外まで引き出されることとなるから、こ
の場合の引張り治具による引出し速度は、余程早
きに失しない限り、跡切れることなく溶融シリコ
ンの固結した固化シリコンシートを連続的に引き
出すことができ、引き出し速度に多少のずれが生
じたとしても製品としての多結晶シリコンシート
を円滑に生産し続けることができる。

《実施例》 本発明を図示の実施例によつて詳記すれば、第
１図と第２図とが同法を実施するのに用い得る製
造装置であり、これまたアルゴンガスとか真空に
よる不活性雰囲気１ａをもつ炉体１には、ヒータ
２によつて加熱される坩堝３が配設され、その下
端供給口３ａの直下には、同上雰囲気１ａ内のモ
ールド４が配設され、このモールド４は、その大
きく開口された上端注入口４ａに連通する薄肉鋳
造路４ｂが図示のように傾斜状態、すなわち水平
状態でなく、これよりも立上りの状態に配設され
ているのであり、この際傾斜とは鉛直状態を含む
ものであつて、この薄肉鋳造路４ｂは、得ようと
する多結晶シリコンシートに見合つた寸法に形成
されている。

ここで、上記モールド４の傾斜角度は15゜〜45゜
程度が望ましいが、前記の如く90゜に達していて
もよく、図示例では上端注入口４ａが、モールド
４の巾方向中央にあつて円筒状に形成されている
と共に、前記の下端供給口４ａ直下に開口され、
薄肉鋳造路４ｂは、得ようとする多結晶シリコン
の厚さ、巾長に合わせて形成されていて、図中４
ｃがモールド４の下端にあつて開口した上記薄肉
鋳造路４ｂの引出端口を、そして５ａ，５ｂはモ
ールド４に沿つて、その上下に配設したヒータを
夫々示している。

さらに、本方法の実施に際し重要な役割を果す
こととなる振動源６によつて、モールド４が振動
を受け得るよう構成され、この際振動の方向はモ
ールド４の長手方向となるのが望ましい。

上記振動源６としては、機械的振動発生手段に
よつても、また超音波振動発生手段によつてもよ
く、図示例では超音波振動子を用いて、これによ
る振動を、超音波振動柱６ａによつてモールド４
の下面に伝達し得るよう構成されており、図中７
は炉体１のゲートバブルを示し、ここから後述の
ように引張り治具８によつて製品たる多結晶シリ
コンシートが、外部へ引き出されることとなる。

上記の製造装置を用いて本発明を実施するに
は、坩堝３のシリコン母材をヒータ２により溶融
し、かくして1450℃の溶融シリコンSiは、下端供
給口３ａから、モールド４の上端注入口４ａへ供
給される。

この際最初はモールド４をヒータ５ａ，５ｂに
より1450℃に加温しておくと共に、振動源６を稼
動させてモールド４に図示例では超音波振動柱６
ａを介して、そのパワーを伝達させておく。

これにより上端注入口４ａ内に注入された溶融
シリコンSiは、モールド４が傾設されていること
により、その自重と、上記の超音波振動とによつ
て細隙である薄肉鋳造路４ｂ内へ進入して行き、
さらにこれがモールド４の引出端口４ｃから流出
（この間約２〜3sec）してくるので、これを引張
り治具８により受承する。

ここでモールド４の加熱温度を1400℃〜1300℃
に制御することで、引張り治具８内の溶融シリコ
ンを固化すると共に、モールド４内の溶融シリコ
ンSiをも、その引出端口４ｃ側の一部で固結させ
るようにして固化シリコンシートMSiとなし、そ
の後引張り治具８を矢印Ｄ方向へ連続的に引出す
るのである。

このようにして引出端口４ｃからは製品である
多結晶シリコンシートが、溶融シリコンSiの供給
を確保することで連続的に得られることになり、
ここで実際上使用した上記超音波の周波数は
19.15KHz、パワーは450Wであり、モールド４の
薄肉鋳造路４ｂは、厚さ0.5mm、巾長25mmで引張
り治具８による引き出し速度は３〜５mm／secと
したところ、厚さ0.5mm、巾長25mmの多結晶シリ
コンシートを約250mm引出することができた。

もちろん、この際引張り治具８の引き出し速度
は、超音波のパワーと周波数、モールド４の傾斜
角度そしてモールド４の温度を変更してやること
で、さらに大きくすることが可能となる。

尚モールド４の材質としては、カーボン製の本
体表面に窒化シリコンコーテイングを施すか、
Si₃N₄とSiO₂の混合物コーテイングを施して用い
た。

《発明の効果》 本発明は上記のようにして実施できるものであ
るから、所望均一厚さ、巾の製品を自由に、かつ
高い精度で効率よく生産することができ、従つて
デイバイス加工も容易で歩留りが向上し、不純物
の混入しない良質のものを安価に提供することが
できるだけでなく、モールド内へ供給された溶融
シリコンは、その自重と付与された振動によつて
薄肉鋳造路へ流れ込んで行くようにしたから、外
部からの圧力により強制的に溶融シリコンが押入
される場合の如く、当該圧力と引張り治具の引き
出し速度との調整に熟練を必要とせず、製造諸条
件のコントロールが容易となり、その生産性を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を実施することので
きる多結晶シリコンシートの製造装置を示す縦断
正面説明図、第２図は同上装置の要部を示す縦断
側面説明図、第３図は従来のリボン法による多結
晶シリコンシートの製造装置を示す縦断正面説明
図、第４図は従来のスピン法による同上シートの
製造装置を示す縦断正面説明図、第５図は本願人
が既に提示のキヤステング法による同上シートの
製造装置を示した縦断正面説明図である。 １ａ…不活性雰囲気、４…モールド、４ａ…上
端注入口、４ｂ…薄肉鋳造路、６…振動源、８…
引張り治具、Si…溶融シリコン、MSi…固化シリ
コンシート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不活性雰囲気内にあつて、薄厚に形成された
   薄肉鋳造路が貫通され鉛直を含む所定の傾斜状態
   に配されており、かつ加温されているモールドの
   上端注入口に、溶融シリコンを供与すると共に、
   このモールドに機械的振動発生手段、超音波振動
   発生手段等による振動源の振動を印加すること
   で、当該溶融シリコンをその重力と上記の振動と
   により、前記上端注入口から薄肉鋳造路へ流下さ
   せて、当該薄肉鋳造路内にてこの溶融シリコンが
   固化したシリコンシートを、所望引張り治具によ
   り連続的に引き出すようにしたことを特徴とする
   多結晶シリコンシートの製造方法。