JP4498457B1 - Crystal growth method - Google Patents
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Abstract
【課題】石英坩堝のより長期的な使用を可能とし、しかも稼働効率の改善を図ることができる結晶成長装置及び結晶成長方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る結晶成長方法では、内面に剥離材をコーティングし焼成した坩堝に溶融原料を供給する工程と、前記坩堝内で前記溶融原料を固化させ、溶融原料の残量が30%以下となる段階で、結晶片を溶融層に浸漬し、結晶の表面に突出部を形成する工程と、前記突出部を利用して前記結晶を前記坩堝から取り出す工程を、同じ坩堝を再利用して繰り返し行う。また、本発明に係る結晶成長方法では、前記突出部を把持する吊り具を使用し、前記吊り具に振動を加えながら前記シリコン結晶を前記坩堝から取り出すこととしてもよい。また、前記坩堝に振動を加えながら前記シリコン結晶を前記坩堝から取り出すこととしてもよい。
【選択図】 図1
The present invention provides a crystal growth apparatus and a crystal growth method capable of using a quartz crucible for a longer period of time and improving operational efficiency.
In the crystal growth method according to the present invention, a molten raw material is supplied to a crucible having an inner surface coated with a release material and fired, and the molten raw material is solidified in the crucible so that the remaining amount of molten raw material is 30. The step of immersing the crystal piece in the molten layer at a stage of less than% and forming the protrusion on the surface of the crystal and the step of taking out the crystal from the crucible using the protrusion are reused in the same crucible And repeat. In the crystal growth method according to the present invention, a hanging tool that holds the protruding portion may be used, and the silicon crystal may be taken out from the crucible while applying vibration to the hanging tool. The silicon crystal may be taken out from the crucible while applying vibration to the crucible.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体材料、太陽電池として用いるシリコン、或いは、ゲルマニュームやガリュームヒ素などの結晶成長方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor material, silicon used as a solar cell, or a crystal growth method such as germanium or gallium arsenide.
半導体用のシリコン結晶成長方法として、チョクラルスキー法(CZ法)やフロートゾーン法(FZ法)用いられている。一方、全太陽電池生産の内、シリコンの結晶系が85%以上を占め、更に、結晶成長方法として、チョクラルスキー法(CZ法)及びキャスティング法(一方向凝固法(VGF法))が、それぞれ全シリコンの結晶系結晶生産量を大略2分する程広く使用されている。CZ法は、坩堝内の溶融原料に浸された種結晶を引き上げて結晶を成長させる方法であり、高品質の大口径単結晶の成長を行なう上で優れているが、コストは高くなる。そこで、単結晶品質特性までの仕様を必要としない場合、大型角型の多結晶の成長方法として、キャスティング法が使用されている。 A Czochralski method (CZ method) or a float zone method (FZ method) is used as a silicon crystal growth method for semiconductors. On the other hand, among all solar cell production, the crystal system of silicon accounts for 85% or more. Further, as a crystal growth method, the Czochralski method (CZ method) and the casting method (unidirectional solidification method (VGF method)) Each of them is widely used so as to divide the total crystal production amount of all silicon into approximately two. The CZ method is a method of growing a crystal by pulling up a seed crystal immersed in a melting raw material in a crucible, and is excellent in growing a high-quality large-diameter single crystal, but the cost is high. Therefore, when a specification up to the single crystal quality characteristic is not required, a casting method is used as a growth method for a large-sized rectangular polycrystal.
キャスティング法とは、坩堝で溶かした溶融原料を鋳型に供給し、鋳型底部より一方向に凝固させてシリコンインゴットを形成する方法である。なお、坩堝から鋳型への溶融原料の供給には、坩堝の底部に排液口を設け、排液口を塞ぐシリコン原料を溶融させる手法を用いればよいが、この手法を用いた場合、坩堝内の溶融原料を必要以上に加熱する必要があり、生産性の低下や不純物混入によるシリコンインゴット(シリコン結晶)の品質低下を招くといった問題があった。そこで、キャスティング法における問題を解消するための様々な考案がなされている。 The casting method is a method in which a molten raw material melted in a crucible is supplied to a mold and solidified in one direction from the bottom of the mold to form a silicon ingot. In addition, for supplying the molten raw material from the crucible to the mold, a method may be used in which a drainage port is provided at the bottom of the crucible and a silicon raw material that closes the drainage port is melted. There is a problem that it is necessary to heat the molten raw material more than necessary, leading to a decrease in productivity and a decrease in the quality of the silicon ingot (silicon crystal) due to impurities. Therefore, various ideas have been made to solve the problems in the casting method.
例えば、特開2006−275426号公報には、底部に半導体融液を排出する排液口を有し、この排液口を、半導体融液と同成分の栓体により閉栓した坩堝において、栓体を破壊手段で破壊することによって開栓する手法が開示されている。この手法によれば、タイミングよく鋳型内に半導体融液を供給することができるため、必要以上に半導体融液の融液温度を上昇させることなく、所望の融液温度で供給することが可能となる。また、栓体は粉砕された状態で半導体融液に溶融されるため、鋳型内で速く溶融させることもできる。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-275426 discloses a crucible having a drainage port for discharging a semiconductor melt at the bottom, and closing the drainage port with a plug of the same component as the semiconductor melt. A technique for opening the plug by breaking it with a breaking means is disclosed. According to this method, since the semiconductor melt can be supplied into the mold in a timely manner, the semiconductor melt can be supplied at a desired melt temperature without increasing the melt temperature of the semiconductor melt more than necessary. Become. Moreover, since the plug is melted into the semiconductor melt in a pulverized state, it can be melted quickly in the mold.
しかしながら、キャスティング法においては、上記のように、溶融原料を坩堝から鋳型へ供給する際に生じる問題の他、形成された結晶を鋳型から取り出す際に生じる問題もあった。すなわち、シリコン溶融密度が2.54g/ccであり、結晶の密度が2.33g/ccであるため、固化に伴う体積膨張が生じ、鋳型と固着し易くなるという問題があった。そのため、鋳型から結晶を取り出すにあたり、硬い結晶は強い衝撃が与えられると割れてしまう可能性がある反面、結晶の損傷を避けるための慎重に過ぎる作業では却って生産性が低下するという問題があった。なお、この問題に対しては実用上、剥離剤を鋳型の内表面に塗布し、結晶を鋳型あるいは坩堝から分離し易くすることで対処しているが、生産性の向上においてより大きな効果を得ることは難しくなっている。 However, in the casting method, as described above, there is a problem that occurs when the formed crystal is taken out from the mold in addition to the problem that occurs when the molten raw material is supplied from the crucible to the mold. That is, since the silicon melt density is 2.54 g / cc and the crystal density is 2.33 g / cc, there is a problem that volume expansion occurs due to solidification and it is easy to fix the mold. Therefore, when taking out crystals from the mold, hard crystals may break if subjected to a strong impact, but there is a problem that productivity is reduced by work that is too careful to avoid damage to the crystals. . In practice, this problem is dealt with by applying a release agent to the inner surface of the mold to facilitate separation of the crystal from the mold or the crucible, but a greater effect is obtained in improving productivity. Things are getting harder.
また、キャスティング法で一般的に用いられる鋳型の純度は、CZ法で用いる石英坩堝に比し、不純物濃度が高く、従って、形成されるシリコン結晶のブロックにおける外周部や鋳型の底と接触する底部近傍部分の不純物レベルが高く、キャリヤライフタイムを低下させ、太陽電池の変換効率を低下させるという問題があった。 Further, the purity of the template generally used in the casting method is higher than that of the quartz crucible used in the CZ method, and therefore, the bottom portion in contact with the outer periphery of the formed silicon crystal block or the bottom of the template. There is a problem that the impurity level in the vicinity is high, the carrier lifetime is lowered, and the conversion efficiency of the solar cell is lowered.
そこで、本発明は、坩堝内の溶融原料を必要以上に加熱することなく、溶融原料を容器底部から一方向に凝固させて形成させた結晶を、損傷させることなく容易に取り出すことを可能とし生産性を向上させるとともに、形成される結晶の不純物レベルを低く抑えることを可能とする結晶成長方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention makes it possible to easily take out the crystal formed by solidifying the molten raw material in one direction from the bottom of the container without damaging it without heating the molten raw material in the crucible more than necessary. An object of the present invention is to provide a crystal growth method capable of improving the properties and suppressing the impurity level of the formed crystal to be low.
本発明に係る結晶成長方法は、内面に剥離剤をコーティングし焼成した坩堝に溶融原料を供給する工程と、前記坩堝内で前記溶融原料を前記坩堝の上方に設けられた可動式のヒータによる加熱を維持しながら固化させ、溶融原料の残量が30%以下となる段階で、結晶片を溶融層に浸漬し、結晶の表面に突出部を形成する工程と、前記結晶片を浸漬した前記溶融層が固化した後前記ヒータを移動させ前記突出部を利用して前記結晶を前記坩堝から取り出す工程を有する。そして、これら工程が同じ坩堝を再利用して繰り返し行われる。 The crystal growth method according to the present invention includes a step of supplying a molten raw material to a crucible that has been coated with a release agent on the inner surface and fired, and the molten raw material is heated in the crucible by a movable heater provided above the crucible. In the stage where the remaining amount of the molten raw material becomes 30% or less, the process of immersing the crystal piece in the molten layer and forming a protrusion on the surface of the crystal, and the melting in which the crystal piece is immersed After the layer is solidified, the method includes a step of moving the heater and taking out the crystal from the crucible using the protrusion. These steps are repeated by reusing the same crucible.
本発明に係る結晶成長方法では、前記突出部を把持する吊り具を使用し、前記吊り具に振動を加えながら前記結晶を前記坩堝から取り出すこととしてもよい。また、前記坩堝に振動を加えながら前記結晶を前記坩堝から取り出すこととしてもよい。更に、前記結晶を前記坩堝から取り出した後、前記坩堝を回収し、前記剥離剤を再塗布し、前記坩堝を再利用してもよい。 In the crystal growth method according to the present invention, a hanging tool that holds the protruding portion may be used, and the crystal may be taken out from the crucible while applying vibration to the hanging tool. The crystal may be taken out from the crucible while applying vibration to the crucible. Further, after the crystal is taken out from the crucible, the crucible may be recovered, the release agent may be applied again, and the crucible may be reused.
更にまた、前記溶融原料を供給する工程の前に、前記坩堝の周囲環境の真空リークレートを10のマイナス4乗Torr・リットル/秒以下とし、前記坩堝及び前記周囲環境に含まれる炉内部品を50℃以上200℃以下に加熱保持することとしてもよい。
Furthermore, before the step of supplying the molten raw material, the vacuum leak rate of the surrounding environment of the crucible is set to 10
本発明に係る結晶成長方法によれば、坩堝と別体の鋳型を使用することなく、この坩堝内で溶融原料を固化させているため、坩堝へ溶融原料を供給した時点でそれ以上の加熱を必要としない。すなわち、溶融原料の温度を溶解状態の維持温度以上に上昇させることなく固化に要する時間を低減し生産性を向上させるとともに、坩堝を再利用することが可能となる。一方、内面に剥離剤をコーティングし焼成した坩堝を使用するとともに、結晶片を溶融層に浸漬し、結晶の表面に形成した突出部を利用することで、結晶を坩堝から容易に、損傷させることなく取り出すことができる。従って、結晶の生産性を向上させることができる。また、結晶の取り出しの際には、坩堝に損傷を与えることも無いので、この点においても、坩堝を再利用することが可能となる。そして、再利用することにより坩堝内面が浄化されるため、結晶純度は初回の坩堝使用時の結晶と同等以上にできる。すなわち、形成される結晶の不純物レベルを低く抑えることができる。従って、本発明に係る結晶成長方法によれば、形成される結晶がシリコンであれば、そのキャリヤライフタイムを上昇させ、太陽電池の変換効率を高めることができる。ただし、本発明に係る結晶成長方法で形成される結晶はシリコンに限定されず、ゲルマニュームやガリュームヒ素などでもよい。 According to the crystal growth method of the present invention, since the molten raw material is solidified in the crucible without using a separate mold from the crucible, when the molten raw material is supplied to the crucible, further heating is performed. do not need. That is, the crucible can be reused while reducing the time required for solidification without increasing the temperature of the molten raw material to the melting temperature or higher and improving the productivity. On the other hand, while using a crucible coated with release agent on the inner surface and baked, the crystal piece can be easily damaged from the crucible by immersing the crystal piece in the molten layer and using the protrusion formed on the surface of the crystal. It can be taken out without. Therefore, the productivity of crystals can be improved. Further, since the crucible is not damaged when the crystal is taken out, the crucible can be reused also in this respect. And, since the inner surface of the crucible is purified by reuse, the crystal purity can be equal to or higher than that of the crystal when the crucible is used for the first time. That is, the impurity level of the formed crystal can be kept low. Therefore, according to the crystal growth method of the present invention, if the formed crystal is silicon, the carrier lifetime can be increased and the conversion efficiency of the solar cell can be increased. However, the crystal formed by the crystal growth method according to the present invention is not limited to silicon, and may be germanium, gallium arsenide, or the like.
なお、結晶と一体化した突出部の根元部分は、結晶と同じ成分であり不純物ではないため、取り出された結晶から突出部を切除すれば、通常の結晶と同様にそのまま使用することができる。 Note that the root portion of the protrusion integrated with the crystal is the same component as the crystal and is not an impurity. Therefore, if the protrusion is cut out from the extracted crystal, it can be used as it is in a normal crystal.
結晶片を溶融層へ浸漬する際の溶融原料の残量は、できるだけ少ないことが好ましく、これを30%以下とすることにより、坩堝底部からの一方向凝固が長く維持され品質特性上有利となる。 The remaining amount of the molten raw material is preferably as small as possible when the crystal pieces are immersed in the molten layer, and by setting this to 30% or less, unidirectional solidification from the bottom of the crucible is maintained for a long time, which is advantageous in terms of quality characteristics. .
溶融原料を坩堝から鋳型へ供給する際には、既述のように、坩堝内の溶融原料の温度を高める必要性から、坩堝の上方にも加熱手段が配置される場合がある。しかしながら、本発明に係る結晶成長方法では、坩堝を保温できる程度の加熱手段があればよく、その程度の加熱手段であれば坩堝の上方に可動式の簡易なヒータを設ければ足り、そのヒータを必要に応じて移動させることで溶融層への結晶片の浸漬を容易に行うことが可能となる。また、結晶片を浸漬させる位置に輻射防止の保護管を配置し、この保護管の中を通して結晶片を降下させればヒータからの輻射を受けて結晶片が溶解することを防止できる。 When the molten raw material is supplied from the crucible to the mold, as described above, a heating means may be disposed above the crucible because of the necessity of increasing the temperature of the molten raw material in the crucible. However, in the crystal growth method according to the present invention, it is sufficient if there is a heating means that can keep the crucible warm, and if it is such a heating means, it is sufficient to provide a movable simple heater above the crucible. It is possible to easily immerse the crystal pieces in the molten layer by moving as necessary. Further, if a protective tube for preventing radiation is arranged at a position where the crystal piece is immersed, and the crystal piece is lowered through the protective tube, it is possible to prevent the crystal piece from being melted by receiving radiation from the heater.
シリコン結晶の取り出しには、突出部を把持する吊り具が好適であるが、この吊り具に振動を加えれば、シリコン結晶を坩堝からより簡単に離脱させることができる。なお、坩堝に振動を加えることでも、同様の効果を得ることができる。 For taking out the silicon crystal, a hanging tool for gripping the protrusion is suitable. However, if vibration is applied to the hanging tool, the silicon crystal can be easily detached from the crucible. The same effect can be obtained by applying vibration to the crucible.
坩堝に溶融原料を供給するにあたり、坩堝の周囲環境の真空リークレートを10のマイナス4乗Torr・リットル/秒以下とし、坩堝及びその周囲環境に含まれる炉内部品を50℃以上200℃以下に加熱保持することが好ましい。この場合、坩堝及びその周囲環境の水分が除去されるため、剥離材の機能を十分に引き出し、結晶が坩堝に付着することを防止できる。
In supplying the molten raw material to the crucible, the vacuum leak rate of the surrounding environment of the crucible is set to 10
図1〜3に、本発明に係る結晶成長方法の実施に好適な結晶成長装置の要部概略構成を示す。図1は溶融層に結晶片を浸漬している状態の概略側面図、図2は溶融原料が固化した状態にある坩堝をロードロック室に移送した状態の概略側面図、図3はシリコン結晶が坩堝から取り出された状態の概略側面図である。 1 to 3 show a schematic configuration of a main part of a crystal growth apparatus suitable for carrying out the crystal growth method according to the present invention. FIG. 1 is a schematic side view of a state in which crystal pieces are immersed in a molten layer, FIG. 2 is a schematic side view of a state in which a crucible with a molten raw material solidified is transferred to a load lock chamber, and FIG. It is a schematic side view of the state taken out from the crucible.
この結晶成長装置9は、坩堝1と、この坩堝1を収容する真空チャンバ2で構成され、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気で、坩堝1内の溶融原料3を坩堝底部より一方向に凝固させてシリコンの結晶8(以下、シリコン結晶8とする)を成長させるものである。真空チャンバ2には、結晶成長工程を行う作業室からサブゲート6を介して隔離されるロードロック室2a(真空チャンバ2の機密を保持する前室)が設けられ、その側方に、ロードロック室2a内部に対し水平方向に物品の出し入れを行うことのできるメインゲート5が設けられている。更に、真空チャンバ2の内部には、吊具となる結晶片4の引き上げ機構7が設けられている。この引上げ機構7は、ワイヤーケーブルを使用したCZ法などに用いられる公知のものを簡素化したものを採用することができる。
The
坩堝1は、内面に剥離材をコーティングし焼成したものが採用されている。剥離材とは坩堝1内で成長させたシリコン結晶8が坩堝1の内面へ付着することを抑止し離型を助けるもので、SiNが好適である。焼成温度は850℃以上とすることが好ましい。
The
この結晶成長装置9を使用した結晶成長方法では、この坩堝1に溶融原料3を供給し、坩堝1内で固化させる。そして、溶融原料の残量が30%以下となった段階で、坩堝1の上方に配置されている図示しないヒータを坩堝1の上方から移動させ、結晶片4を溶融層3aに浸漬し、図1に示す状態とする。この際、結晶片4は、引き上げ機構7を利用して支持すればよい。なお、ヒータが、結晶片4に対する熱の輻射を遮蔽又は反射させる筒状の保護材を備えるものであれば、結晶片4をその保護材の中を通して溶解層3aに浸漬し、固化した後にヒータを移動させてもよい。
In the crystal growth method using the
結晶片4を溶融層3aに浸漬した状態で溶融原料3を固化させ、シリコン結晶8が形成された後、そのシリコン結晶8と坩堝1を一体のまま、ロードロック室2aに移送する。そして、サブゲート6を閉鎖し、メインゲート5を大気開放状態とする。このとき、結晶片4はシリコン結晶8と一体化しており、シリコン結晶8の表面に突出部が形成された状態となっている。そこで、この突出部を把持し持ち上げると、坩堝1からシリコン結晶8を容易に取り出すことができる。なお、このときの持ち上げ作業には、前記引き上げ機構7を使用すればよい。また、結晶片4を溶融層3aに浸漬した状態で支持するためのケーブル等の吊り具が突出部に連結されたままとなっており、その連結状態が十分に強固であれば、その吊り具を使用してそのまま持ち上げることとしてもよい。また、持ち上げ作業を行う際、結晶片4と接触する吊り具や把持部、或いは坩堝1に振動を加えれば、シリコン結晶8を坩堝1からより簡単に離脱させることができ好ましい。
The molten
上記のとおり、この結晶成長装置9を使用した結晶成長方法によれば、溶融原料3は坩堝1へ供給した時点でそれ以上温度を上昇させることなく、固化に要する時間を低減し生産性を向上させることが可能となる。また、内面にSiNをコーティングし焼成した坩1を使用するとともに、シリコン結晶8の表面に形成した突出部を利用することで、シリコン結晶8を坩堝1から容易に、損傷させることなく取り出すことができる。従って、シリコン結晶8の生産性を向上させることができる。また、シリコン結晶8の取り出しの際には、坩堝1に損傷を与えることも無いので、この点においても、坩堝1を再利用することが可能となる。そこで、シリコン結晶8を取り出した後の坩堝1を再利用し、上記工程を同一の坩堝1で繰り返し行うことができる。この場合、再利用することにより坩堝1内面が浄化されるため、シリコン結晶8の純度は初回の坩堝使用時のシリコン結晶8と同等以上にできる。すなわち、形成されるシリコン結晶8の不純物レベルを低く抑えることができる。なお、シリコン結晶8を取り出した後の坩堝1は、再利用する際、必要に応じて再度SiNをコーティングし焼成する。
As described above, according to the crystal growth method using the
また、坩堝1に溶融原料3を供給するにあたり、坩堝1の周囲環境、すなわち真空チャンバ内の真空リークレートを10のマイナス4乗Torr・リットル/秒以下とし、坩堝1及びその周囲環境に含まれる炉内部品を50℃以上200℃以下に加熱保持することが好ましい。この場合、坩堝や、ヒータ、保温筒、炉壁などその周囲環境の水分が除去されるため、剥離材の機能を十分に引き出し、結晶が坩堝に付着することを防止できる。
In addition, when the molten
シリコン結晶8と一体化した突出部の根元部分は、シリコン結晶8と同じ成分であり不純物ではないため、取り出されたシリコン結晶8から突出部を切除すれば、通常のシリコン結晶と同様にそのまま使用することができる。 Since the base part of the protrusion integrated with the silicon crystal 8 is the same component as the silicon crystal 8 and is not an impurity, if the protrusion is cut out from the extracted silicon crystal 8, it is used as it is in the normal silicon crystal can do.
この結晶成長装置9の真空チャンバ2には、溶融原料3を供給するための供給ゲート25が設けられており、結晶成長装置9と別体の原料溶融炉10から溶融原料3の供給を受けることができる構造となっている。図4は結合された状態にある結晶成長装置と原料溶融炉を示す概略側面図である。なお、図4の溶融坩堝は、溶融原料の供給される状態を説明する便宜上、その断面を示すこととしている。
The
原料溶融炉10は、溶融坩堝11と、この溶融坩堝11を収容する真空チャンバ12で構成され、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気で、結晶の原料を、溶融坩堝11で溶かすことができる。また、溶融坩堝11の上方には、溶融坩堝11に固形原料(多結晶シリコンなど)を供給するためのホッパー13が設けられ、このホッパー13の下部から伸びる供給路14を経て、固形原料が溶融坩堝11に供給されている。一方、原料溶融炉10の真空チャンバ12は、固形原料を充填するためのゲート15が設けられ、ホッパー内の固形原料が少なくなると、このゲート15を介し、原料補充を行う構造となっている。なお、ゲート15は、原料補充の際に炉内雰囲気を悪化させないための、図示しないエアーロック構造を有する。
The raw
結晶成長装置9と原料溶融炉10の間には、溶融原料3の供給装置20が設けられている。供給装置20は、結晶成長装置9と原料溶融炉10を気密に連結する蛇管構造部21と、蛇管構造部21内で溶融坩堝11から坩堝1に至る供給管22とで構成される。供給管22は、透明石英管の外周に加熱コイルを巻き断熱材で覆ったもので、架台23により、原料溶融炉10の内部で鉛直方向及び水平方向(図4の矢線方向)に移動自在に支持されている。この場合、原料溶融炉10が結晶成長装置9方向に移動可能となる構造としても良い。また、蛇管構造部21の結晶成長装置9側の端部には、供給管22が原料溶融炉10内部に収容された状態において、結晶成長装置9と原料溶融炉10を絶縁するための図示しない遮断機能、例えば縁切バルブを有する。この場合も、接続時にあたってエアーロック構造とすることで連結や分離が自在に行い得る。更に、結晶成長装置9と原料溶融炉10の各々には、炉内の排気量を調整するための図示しない減圧弁が設けられており、この減圧弁の開閉量を変化させることで、炉内圧力が調整できる構造となっている。
Between the
この原料溶融炉10において溶融原料3の製造を行うには、まず、ゲート15を開け固形原料をホッパー13に充填した後、ゲート15を閉める。そして、不活性ガス雰囲気で溶融坩堝11を加熱することにより、溶融原料3を製造することができる。なお、溶融原料の製造工程では、原料溶解炉10の圧力を通常結晶成長時に比較し高く設定し、例えば、25Torから650Torする。このように通常結晶成長の圧力条件を高めに設定することで、ヒータからの伝熱を改善することができる。一方、25Tor以下で短時間溶融を行うべく高温加熱すると突沸現象を生ずる可能性が高く好ましくない。圧力の調整は、前記減圧弁により行うことになる。
In order to manufacture the molten
溶融原料3を製造したら、続いて、坩堝1への供給を行う。この供給作業では、まず、予め減圧され不活性ガス雰囲気とされている結晶成長装置9に、蛇管構造部21を介し、原料溶融炉10を接続する。結晶成長装置9と原料溶融炉10を接続したら、原料溶融炉10と結晶成長装置9の炉内圧力や雰囲気条件が同等となるように圧力調整する。その上で、縁切バルブを開き、架台23を動かして、供給管22の一端が溶融坩堝11の溶融原料3に浸かった状態と、他端が坩堝1内に配置された状態となるように調整する。この際、溶融坩堝11は石英坩堝1よりも高い位置となるように調整し、両坩堝1、11の高低差を利用して、溶融坩堝11から石英坩堝1へ溶融原料3の供給を行う。供給管22の透明石英管はシリコンの場合、1000℃から1420℃程度に維持することが好ましい。供給が終了したら、再び架台23を動かして、供給管22の全体が蛇管機構部21に収容された状態とし、縁切りバルブを閉じる。
If the molten
なお、結晶成長装置9の圧力は、結晶に不連続部が形成される原因となるSiOの生成の排気スムーズに行える減圧状態とするため、10Torから30Torの減圧レベルに調整することが好ましい。そのため、原料溶融炉10と結晶成長装置9とが連結された際、両装置9、10の間には圧力差が生じないように、結晶成長装置9側の内圧に原料溶融炉10炉内圧力を合わせ、炉間圧力差による縁切りバルブの開閉時に装置間の乱流が生じないようにする。従って、両装置9、10の圧力が同一になったことを確認の上、縁切りバルブの開閉を行う。
Note that the pressure of the
結晶成長装置9は、図5に示すように、原料溶融路10を中心とし、その周囲に等間隔で複数配置してもよい。この場合、原料溶融炉10を一定角度回転し、4つの結晶引上炉9の各々に溶融原料3を供給することができる構造とする。そして、原料溶融炉10を回転させ、各結晶成長装置9に対して、上記と同様の供給を行う。
As shown in FIG. 5, a plurality of
この供給構造によれば、結晶成長を行う坩堝1の保持温度は、従来の原材料多結晶を坩堝内部で溶解する方法に比較し、溶解温度以上に高温にさらすことがなく、従って坩堝1の変形や坩堝1内面から融液側に不純物が浸み出すことを最小限とすることができるため、成長結晶の純度改善に寄与するものとなる。
According to this supply structure, the holding temperature of the
なお、図1〜3において、真空チャンバ2とロードロック室2aは垂直方向に配置されているが、これらを水平方向に配置しても良い。また、引き上げ機構には、結晶片4として頭部を拡径したものを使用し、その拡径した頭部を重量物搬送装置の腕木に架ける方法を用いても良い。更に、この結晶成長方法で形成される結晶はシリコンに限定されず、ゲルマニュームやガリュームヒ素などでもよい
1 to 3, the
1 石英坩堝
2 真空チャンバ
3 溶融原料
4 結晶片
5 メインゲート
6 サブゲート
7 引き上げ機構
8 シリコン結晶
9 結晶成長装置
10 原料溶融炉
11 溶融坩堝
12 真空チャンバ
13 ホッパー
14 供給路
15 ゲート
20 供給装置
21 蛇管構造部
22 供給管
23 架台
25 供給ゲート
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