JPH0479966B2 - - 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１０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。

さらに別途別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、シリコン結晶粒（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
となつて大きな結憤粒が得られず、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、本願人は既に上記難点を解消するた
め、前記キヤステイング法の利点を活用し、溶融
シリコンをモールドノズルに供給するが、不連続
でなく連続して供給すると共に、これをモールド
ノズル内にて固化してしまい、この固化シリコン
シートを連続的に引き出すようにすることで、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られるようにし、デイバ
イス加工の工程でも、厚さの均一化処理などを不
要となし、歩留りの向上をも図ろうとする方法を
提案した。

その第１方法は第１図に示す如き製造装置を用
いて行うもので、同図にあつて１はアルゴン等の
不活性ガスか真空による不活性雰囲気１ａをもつ
炉体で、この中にはヒータ２ａ，２ｂによつて加
熱されるシリコン溶融管３と、ヒータ４によつて
加熱されるモールドノズル５とが設けられてお
り、シリコン溶融管３内に投入のシリコン母材
は、前記ヒータ２ａによつて溶融された後、不活
性ガス等による圧力Ｐを受けて、当該溶融シリコ
ンSiが、順次シリコン溶融管３の供給口３ａ、そ
してモールドノズル５の注入口５ａを介して当該
モールドノズル５内へ送り込まれるようになつて
いる。

ここでモールドノズル５は、ノズル下板５ｂと
ノズル上蓋板５ｃとからなり、ノズル下板５ｂの
上面に所定の凹溝５ｄが形成されてあることで、
図示されていないビス等により両板５ｂ，５ｃを
重積状態にて固定することにより、所定厚さと所
定巾の鋳造路６が形成され、図中７が引出手段と
しての引張り治具を示している。

この製造装置を用いて上記第１の方法を実施す
るには、石英等により形成したシリコン溶融管３
中にシリコン母材を投入しておき、これをヒータ
２ａの稼動によつて溶融（1450℃）し、前記不活
性ガスによる圧力Ｐ（0.01〜0.1Kg／cm²）を当該溶
融シリコンSiの上面に加え、ヒータ４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５内へ、その注入口５ａから連続的に当該
溶融シリコンSiを供給する。

これにより当該溶融シリコンSiはモールドノズ
ル５内にて固化することで固化シリコンシート
MSiとなるが、その先端は予め炉体１外に引き出
され、その端末が前記の引張り治具７に嵌着して
あり、この引張り治具７をモールドノズル５の長
手方向である矢印Ａへ向け連続的に引出すのであ
る。

ここで、前記の凹溝５ｄを深さ0.5mm、巾を25
mmにて250mmだけ固化シリコンシートを引き出し
たところ、製品である多結晶シリコンシートの厚
さは0.5mm、巾を25mmのものが得られたのであり、
モールドノズルの材質としては、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
るのがよい。

ところが、上記方法の実施に際しては、溶融シ
リコンが1450℃で溶融され、シリコン溶融管３の
供給口３ａ内で固化しないようにヒータ２ｂを臨
設することも必要であると共に、これに隣装のモ
ールドノズル５は、その温度をヒータ４によつ
て、溶融シリコンよりも50℃程度低温となるよう
に加熱しておかないと、当該モールドノズル５内
での適切な固化シリコンシートMSiの形成ができ
ないこととなる。

ところが上記第１図の如き製造装置による製法
では、シリコン溶融管３を加熱するヒータ２ａ，
２ｂの熱が、どうしてもモールドノズル５を昇温
させてしまうこととなるので、上記50℃程度の温
度差を設定すること自体困難となり、よい製品を
得ることができない。

そこで本願人は、さらに第２図に示す如き製造
装置を用いて行うことができる第２の方法を提案
した。

上記第２図のものは第１図のものと同じく炉体
１、不活性雰囲気１ａ、ヒータ２ａ，２ｂ、シリ
コン溶融管３、ヒータ４、モールドノズル５、鋳
造路６、引張り治具７、断熱材８の存在が、実質
的に同一であり、相違している点はシリコン溶融
管３の下端に開口している下端細成ノズル３ｂ
が、通常これから溶融シリコンが自然流出しない
程度に細成されており、従つてアルゴン等による
不活性ガスによつて圧力Ｐを、溶融シリコンSiに
加えない限り、その流出はないよう設定されてお
り、実際上この下端細成ノズル３ｂの直径は1.2
mm程度とすればよく、図中３ｃはシリコン溶融管
３の上端にＯリング３ｄを介して連結した圧力付
加用管を示している。

さらに相違する点は、上記のシリコン溶融管３
に連設して、図示例では同じ太さの落流管９が下
突されており、当該落流管９の下端に開口したス
リツト状等による下端連結通過ノズル９ａが、モ
ールドノズル５の注入口５ａに連着されている点
であり、もちろん下端細成ノズル３ｂの直下に配
設されていて、当該ノズル３ｂの流通断面よりも
大きく形成してあり、前記の断熱材８は落流管９
の外周側にあつて上下方向の熱遮断が行われるよ
う配設され、またヒータ２ｂは下端連結通過ノズ
ル９ａに臨設されている。

前掲第２の方法を上記の製造装置の利用によつ
て実施するには、ヒータ２ａによつてシリコン溶
融管３内のシリコン母材を溶融（1450℃）して、
これにより得られた溶融シリコンSiをアルゴンガ
ス等による圧力Ｐ（0.01Kg／cm²）の印加により、
下端細成ノズル３ｂから落流管９内へ流下させる
が、この際ヒータ４によつてモールドノズル５の
温度は1350程度に加温しておく。

上記した下端細成ノズル３ｂから流下された溶
融シリコンSiは、落流管９に触れることなく、そ
の管内空所９ｂ中を落下して行き、その真下に開
口の下端連結通過ノズル９ａを通過して、モール
ドノズル５の注入口５ａから鋳造路６内へ連続的
に供給されることとなる。

そこで、その後は前記第１の方法につき説示し
た如く引張り治具７を矢印Ａ方向へ引いて、モー
ルドノズル５内にて冷却固化された固化シリコン
シートMSiを連続して引き出すのであり、溶融シ
リコンSiの連続的供給量と、引出し速度が適切に
調整されれば、多結晶シリコンシートたる製品は
連続的に跡切れることなく生産される。

ところが、前記従来のリボン法やCZ法などに
あつては、溶融シリコンｂを引き上げる際、種結
晶を予め引張り治具に取り付けておき、この種結
晶を溶融シリコンに浸漬して後引き上げるように
しなければならず、このため種結晶なるものが入
用になるばかりか、これを引張り治具に取着する
ため面倒な作業も必要となるなどの不便がある。

そこで、前記第１の方法、第２の方法につい
て、上記ボン法の如き引張り作業を行うのであれ
ば、この場合も全く同じ問題を生ずることとな
る。

《発明が解決しようとする課題》 本発明は上記第１，第２の方法において、その
固化シリコンシートを如何にして引き出すかにつ
いての課題に解決を与えようとするもので、本願
の請求項１にあつては当初の溶融シリコン圧送に
よつて、当該溶融シリコンをモールドノズルか
ら、さらにこれに当接されている引き出し治具の
握持用端口まで流入させてしまい、これを固化し
てから、溶融シリコンの送出圧を弱め、この状態
にて固化シリコンシートの連続的引出を行うよう
にすることで前掲種結晶を不要とし、従つてその
取着作業をも排除でき、引き出し治具の構成も極
めて簡易なものですむようにして生産性の向上を
図ろうとするのが、その目的である。

さらに請求項２にあつては、上記請求項１にお
ける溶融シリコンが握持用端口内へ流入し、これ
が固化したことを、当該引き出し治具の確認用細
孔から検知するようになし、固化シリコンシート
の引出タイミングに高度な熟練を要せず、何人に
も引出不能に至るといつた作業ミスが生じないよ
うにして、さらにその生産性を向上させようとす
るのが、その目的である。

《課題を解決するための手段》 本願は上記の目的を達成するため、その請求項
１では不活性雰囲気内にあつて、シリコン母材を
溶融した後、当該溶融シリコンに所定の当初圧力
をかけることで、これを加温されたモールドノズ
ル内へ連続して送出することにより、当該溶融シ
リコンを、モールドノズルの引出端口に当接させ
てある引き出し治具の握持用端口内まで流入させ
て固化させた後、前記当初圧力を溶融シリコンが
モールドノズル内にて固結されるよう低下させた
所定の稼動圧力に降下させると共に、上記引き出
し治具を連続して引出することで、上記モールド
ノズル内で固結した固化シリコンシートを当該引
出端口から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を提供しようと
しており、請求項２では不活性雰囲気内にあつ
て、シリコン母材を溶融した後、当該溶融シリコ
ンに所定の当初圧力をかけることで、これを加温
されたモールドノズル内へ連続して送出すること
により、当該溶融シリコンを、モールドノズルの
引出端口に当接させてある引き出し治具の握持用
端口内まで流入させ、この流入した溶融シリコン
を当該引き出し治具に穿設した確認用細孔から検
知し、この溶融シリコンの流入固化が確認された
ならば、前記当初圧力を溶融シリコンがモールド
ノズル内に固結されるよう低下させた所定の稼動
圧力に降下させると共に、上記引き出し治具を連
続して引出することで、上記モールドノズル内で
固結した固化シリコンシートを当該引出端口から
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を提示するものである。

《作用》 請求項１にあつては、当初圧力によりシリコン
溶融管内の溶融シリコンが、モールドノズルから
さらに引き出し治具の握持用端口内まで流入して
くるから、これが固化したところで引き出し治具
を引き出せば、この際溶融シリコンは最早当初圧
力よりも低い稼動圧力にて加圧されているため、
モールドノズル内にあつても溶融シリコンが固結
しており、この結果固化シリコンシートを連続的
に引出することができる。

請求項２では溶融シリコンが上記の握持用端口
内まで流入したことを、引き出し治具に穿設した
確認用細孔からの色調によつて当該流入そしてそ
の固化が視覚的にも確認でき、この結果引き出し
治具の引出タイミングに熟練を要することなく、
不慣れな作業者にも失敗のない作業が保証され
る。

《実施例》 本願を前掲第１図，第２図そして引き出し治具
を例示した第３図乃至第９図を用いて詳細に説示
すれば、その製造装置としては前述の第１図と第
２図によつて明示した如きものを用いればよく、
この際引き出し治具７としては、以下のものを用
いるのが望ましい。

すなわち、第３図のａ，ｂに示すような上側部
材７ａと第４図ａ，ｂの如き下側部材７ｂとを第
５図の通り上下配置として重積し、これらをカー
ボンによる止螺子７ｃにより固定したものであ
る。

上側部材７ａは前端部７ｄとこれより狭巾な後
端部７ｅとからなり、前端部７ｄの下面７ｆには
端口用欠所７ｇが、先端面７ｈに開口させて凹設
され、かつ後端部７ｅには固定用縦孔７ｉが貫通
されており、上記端口用欠所７ｇは第３図のｂの
明示の如く、先端面７ｈ側から後端部７ｅ側へ向
けて次第に深くなるよう傾設されている。

一方下側部材７ｂも、その前端部７d′と小幅の
後端部７e′が連設され、その先端面７h′に開口す
る端口用欠所７g′が上面７f′に傾斜して凹設され
ていると共に、後端部７e′には縦螺孔７i′が貫設
され、さらに後端面７ｊには、第１図，第２図に
示した引き出し杆７ｋを連結するためのタツプ７
１が横向きに螺設されている。

上記の上側部材７ａと下側部材７ｂとを夫々の
下面７ｆ、上面７f′が当接するよう重積した後、
第５図の如く止螺子７ｃを固定用縦孔７ｉから挿
入して、縦螺孔７i′に螺着するのであり、このよ
うにして構成された引き出し治具７には、その先
端面７ｈ，７h′に前記端口用欠所７ｇ，７g′の合
体により楔状に形成された握持用端口７ｍが開口
されることとなる。

請求項１では、このような引き出し治具７を用
いるのであるが、最初この引き出し治具７はその
先端面７ｈ，７h′を、前記モールドノズル５にお
ける引出端口５ｅが開口する端面と当接させて、
これと上記の握持用端口７ｍとを連通状態として
おくのであり、その主要工程は第１図と第２図に
よつて説示した第１，第２の方法と相通ずるもの
があるが、溶融シリコンSiにアルゴンなどの不活
性ガスにより圧力Ｐを加えるに際し、当初圧力を
例えば0.1Kg／cm²といつた比較的大きな値に選定
するものである。

このことにより、上記溶融シリコンSiは第１図
の場合、供給口３ａ−注入口５ａ−鋳造用路６−
引出端口５ｅを経て、さらに引き出し治具７の握
持用端口７ｍ内へ流入し、これが当該端口７ｍ内
にて固化することになり、第２図にあつては同上
溶融シリコンが下端細成ノズル３ｂ−落流管９−
下端連結通過ノズル９ａ−注入口５ａ−鋳造用路
６−引出端口５ｅを経て同一握持用端口７ｍへと
流入し、そして固結することとなる。

上記の如く固結したならば、引き出し治具７を
矢印Ａ方向へ引張ることとなるが、この際溶融シ
リコンSiに対する圧力Ｐは、上記当初圧力のまま
ではなく、これよりも降圧させた稼動圧力とする
のである。

このようにすることで、以後前記の溶融シリコ
ンSiは引き出し治具７へまでは流入することな
く、モールドノズル５内にて固化して、鋳造用路
６内に固化シリコンシートMSiが形成され、もち
ろん溶融シリコンSiの供給は連続的であるから、
引き出し治具７の引出によつて、当該固化シリコ
ンシートMSiを連続的に引き出すことができる。

この際前記の如く握持用端口７ｍを楔状に形成
しておくこと、ここへ流入した溶融シリコンSiが
固化した後、引き出しに際しこの握持用端口７ｍ
が抜け止め効果を発揮することとなつて好まし
い。

次に請求項２につき詳記すれば、この場合には
第６図ａ，ｂに示した上側部材７ａと第７図ａ，
ｂに示した下側部材７ｂとを第８図，第９図に示
すように重積固定することで構成した引き出し治
具７を使用するのがよく、これが前記の第３図乃
至第５図に示したものと相違する点は以下の通り
である。

すなわち前記の握持用端口７ｍと連通するよう
に、この引き出し治具７には確認用細孔１０を穿
設しておくのである。

このため、図示の実施例にあつては第６図，第
８図および第９図に明示の如く、上側部材７ａの
前端部７ｄにおいて、端口用欠所７ｇの奥端に開
口するよう当該確認用細孔１０を当該部材７ａの
長手方向へ開通させてある。

この場合確認用細孔１０としては、当該細孔１
０から握持用端口７ｍに流入した溶融シリコンSi
が流出してしまうことのないようにするのが望ま
しく、このためには例えば引き出し治具の温度を
1200℃としたとき、確認用細孔１０の長さが10
mm、孔径が1.5mm以下とすれば漏出の心配がなく
なる。

そして、前記請求項１に説示した工程にて実施
されるが、これと違つてさらに付加される技術内
容は、前述の如く溶融シリコンSiがモールドノズ
ル５から握持用端口７ｍに流入したことを、この
確認用細孔１０を介して、引き出し用治具７自体
よりも明るく輝く当該溶融シリコンSiの検知によ
り確認し、さらにこれが固化したことを視覚を通
じ認知してから、引き出しを開始することであ
り、このことにより引き出し作業のタイミングが
不正となることによる失敗を解消するのである。

《発明の効果》 本願の請求項１にあつては上記のようにして実
施し得るものであるから、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
に提供し得るだけでなく、以下の効果を発揮でき
るものである。

すなわち、溶融シリコンを固化シリコンシート
として、連続的にこれを引き出すに際し、種結晶
や、これを引き出し治具に取付けるための作業が
全く不要となり、引き出し治具もそれだけ簡潔な
構成のもので事足り、しかも溶融シリコンに対す
る付加圧力の適切な調整のみで連続的な多結晶シ
リコンシートの製造が可能となるため、この点か
らしても生産性を向上できることとなる。

さらに請求項２では請求項１の製造方法に加え
て、溶融シリコンの流入を引き出し治具にあつ
て、確認できることとなるため、引き出し作業の
開始タイミングにより引き出し不能となつたりす
ることなく、また作業者にも特に熟練を要求され
ないこととなるため、何人にも失敗のない製造方
法を提供し得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願請求項１に係る方法を実施するの
に用い得る製造装置の縦断正面説明図、第２図は
同上製造装置の別例を示す縦断正面説明図、第３
図ａ，ｂは同上製造装置の引き出し治具を構成す
る上側部材の下面図と縦断側面図、第４図ａ，ｂ
は同上引き出し治具の下側部材を示した夫々上面
図と縦断側面図、第５図は上記の上側部材と下側
部材とにより構成した引き出し治具の縦断側面
図、第６図ａ，ｂは本願請求項２の方法に用いる
引き出し治具における上側部材の下面図と縦断側
面図、第７図ａ，ｂは同上引き出し治具の下側部
材を示した夫々上面図と縦断側面図、第８図は上
記の上側部材と下側部材とによつて構成された引
き出し治具の縦断側面図、第９図は同上治具の右
側面図、第１０図は従来のリボン法による多結晶
シリコンシート製造装置を示す縦正面説明図であ
る。 １ａ…不活性雰囲気、５…モールドノズル、５
ｅ…引出端口、７…引き出し治具、７ｍ…握持用
端口、１０…確認用細孔、Ｐ…圧力、Si…溶融シ
リコン、MSi…固化シリコンシート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不活性雰囲気内にあつて、シリコン母材を溶
   融した後、当該溶融シリコンに所定の当初圧力を
   かけることで、これを加温されたモールドノズル
   内へ連続して送出することにより、当該溶融シリ
   コンを、モールドノズルの引出端口に当接させて
   ある引き出し治具の握持用端口内まで流入させて
   固化させた後、前記当初圧力を溶融シリコンがモ
   ールドノズル内にて固結されるよう低下させた所
   定の稼動圧力に降下させると共に、上記引き出し
   治具を連続して引出することで、上記モールドノ
   ズル内で固結した固化シリコンシートを当該引出
   端口から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。 ２ 不活性雰囲気内にあつて、シリコン母材を溶
   融した後、当該溶融シリコンに所定の当初圧力を
   かけることで、これを加温されたモールドノズル
   内へ連続して送出することにより、当該溶融シリ
   コンを、モールドノズルの引出端口に当接させて
   ある引き出し治具の握持用端口内まで流入させ、
   この流入した溶融シリコンを当該引き出し治具に
   穿設した確認用細孔から検知し、この溶融シリコ
   ンの流入固化が確認されたならば、前記当初圧力
   を溶融シリコンがモールドノズル内に固結される
   よう低下させた所定の稼動圧力に降下させると共
   に、上記引き出し治具を連続して引出すること
   で、上記モールドノズル内で固結した固化シリコ
   ンシートを当該引出端口から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。