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シリコン単結晶生成装置、シリコン単結晶生成方法

国内特許コード P170013811
整理番号 (S2013-0786-N0)
掲載日 2017年3月16日
出願番号 特願2015-508425
登録番号 特許第6384921号
出願日 平成26年3月20日(2014.3.20)
登録日 平成30年8月17日(2018.8.17)
国際出願番号 JP2014057833
国際公開番号 WO2014156986
国際出願日 平成26年3月20日(2014.3.20)
国際公開日 平成26年10月2日(2014.10.2)
優先権データ
  • 特願2013-061698 (2013.3.25) JP
発明者
  • 柿本 浩一
  • 原田 博文
  • 高 冰
出願人
  • 国立大学法人九州大学
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明の名称 シリコン単結晶生成装置、シリコン単結晶生成方法
発明の概要 鋳造法を利用して高品質で大型のシリコン単結晶を容易に生成することができるシリコン単結晶生成装置を提供する。
底面部の一部の領域に単一のシリコン単結晶の種結晶が保持されると共に、固体及び/又は液体のシリコンが保持される坩堝3,4と、坩堝3,4内に配置されたシリコン単結晶の種結晶の領域を坩堝3,4の底面部から吸熱する吸熱部と、吸熱部により冷却される領域の周辺領域を坩堝3,4の底面部より下方の熱源により加熱する加熱部とを備え、吸熱部による熱流束のベクトルAと加熱部による熱流束のベクトルBとが、A×B<0の関係を保って制御される。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


シリコンの単結晶を生成する方法として、チョクラルスキー(CZ)法や浮遊帯域(FZ)法が一般的に行われている。CZ法は、坩堝内で多結晶のシリコンを溶融し、作成したい方位の種結晶と共に引き上げて単結晶を生成するものである。また、FZ法は、棒状の多結晶シリコンの下部に種結晶を配設し、加熱により種結晶と多結晶との境界部分を溶融して単結晶を生成するものである。いずれの方法においても高品質なシリコン単結晶を生成することができるが、設備が高価になるとともに、作業工程が煩わしいものとなり、太陽光パネルなどに用いるような大型のものや大量生産に不向きな技術である。



そこで、太陽光パネルなどに用いる大型のシリコン結晶を効率よく生成するために鋳造法が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。鋳造法は固体のシリコンを坩堝内で溶融し冷却することで、シリコン結晶を大量に安価に生成することができる。しかしながら、この従来の鋳造法では主に多結晶が生成されるため、鋳造法により高純度の単結晶を効率よく大量に生産する技術が望まれている。



上記課題に関して、鋳造法を利用してシリコン単結晶を生成する技術が特許文献2に開示されている。特許文献2に示す技術には、種結晶が配置された坩堝底面に配置された熱シンクから熱を引き抜きながら、熱シンク上に載置された坩堝の壁部に配置された更なる加熱器により加熱することで種結晶の成長を側部領域に引き起こしてシリコン単結晶を生成する技術が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、鋳造法によりシリコン単結晶を生成するシリコン単結晶生成装置等に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
底面部の一部の領域に単一のシリコン単結晶の種結晶が保持されると共に、固体及び/又は液体のシリコンが保持される坩堝と、
前記坩堝の底面より下方で且つ当該底面の面内における前記種結晶が保持される位置に対応する位置に配設され、シリコン溶融液を少なくとも前記種結晶の領域を含んで前記坩堝の下方から吸熱する吸熱部と、
前記坩堝の底面より下方で且つ当該底面の面内における前記吸熱部よりも外側の領域に配設され、前記吸熱部が前記坩堝の底面部から前記坩堝内を冷却すると同時に前記吸熱部により冷却される領域の周辺領域を加熱する加熱部とを備え、
前記吸熱部による熱流束のベクトルAが、前記坩堝の上部から下部に向かう方向であり、前記加熱部による熱流束のベクトルBが、前記坩堝の下部から上部に向かう方向であり、前記ベクトルA及び前記ベクトルBが、お互いに逆方向であるA×B<0の関係を保って制御され、前記坩堝内の液体/固体境界面であるシリコン単結晶の成長面を境にして、前記種結晶からのシリコン単結晶の成長に伴って、液体側のシリコン溶融液が前記加熱部により加熱されると共に、固体側のシリコン単結晶が前記吸熱部により冷却され、前記シリコン単結晶の成長面と前記坩堝の底面がなす固体側の角度が90°より大きくなるようにシリコン単結晶が成長することを特徴とするシリコン単結晶生成装置。

【請求項2】
請求項1に記載のシリコン単結晶生成装置において、
前記吸熱部及び前記加熱部の熱流速を制御する制御手段を備え、
前記制御手段が、前記シリコン単結晶の少なくとも一部が種結晶として固体を維持するように、前記吸熱部及び前記加熱部の熱流速を制御して、前記種結晶の領域の温度を調整することを特徴とするシリコン単結晶生成装置。

【請求項3】
請求項1又は2に記載のシリコン単結晶生成装置において、
前記坩堝内における所定箇所の温度を検出する温度検出手段と、
前記吸熱部及び前記加熱部の熱流速を制御する制御手段とを備え、
前記温度検出手段で検出された前記温度に基づいて、前記吸熱部及び/又は前記加熱部の熱流束を制御することを特徴とするシリコン単結晶生成装置。

【請求項4】
坩堝内の底面部にシリコン単結晶の種結晶を投入し、生成されるシリコン結晶の原料となる固体のシリコンを投入する原料投入ステップと、
前記原料を加熱して溶融する溶融ステップと、
前記坩堝の底面より下方で且つ当該底面の面内における前記種結晶が保持される位置に対応する位置に配設される吸熱部が、溶融した前記原料を少なくとも前記種結晶の領域を含んで前記坩堝の下方から吸熱すると同時に、前記坩堝の底面より下方で且つ当該底面の面内における前記吸熱部よりも外側の領域に配設された加熱部が、前記吸熱部により冷却される領域の周辺領域を加熱してシリコン結晶を生成する結晶生成ステップとを含み、
前記結晶生成ステップが、前記吸熱による前記坩堝の上部から下部に向かう方向の熱流束のベクトルAと前記加熱手段の加熱による前記坩堝の下部から上部に向かう方向の熱流束のベクトルBとが、お互いに逆方向であるA×B<0の関係を保って実行され、前記坩堝内の液体/固体境界面であるシリコン単結晶の成長面を境にして、前記種結晶からのシリコン単結晶の成長に伴って、液体側のシリコン溶融液が前記加熱部により加熱されると共に、固体側のシリコン単結晶が前記吸熱部により冷却され、前記シリコン単結晶の成長面と前記坩堝の底面がなす固体側の角度が90°より大きくなるようにシリコン単結晶が成長することを特徴とするシリコン単結晶生成方法

【請求項5】
請求項4に記載のシリコン単結晶生成方法において、
前記結晶生成ステップが、前記シリコン単結晶の少なくとも一部が種結晶として固体を維持するように、前記吸熱及び前記加熱の熱流速を制御して、前記種結晶の領域の温度を調整することを特徴とするシリコン単結晶生成方法

【請求項6】
請求項又はに記載のシリコン単結晶生成方法において、
前記結晶生成ステップが、前記坩堝内の所定箇所で検出された温度に基づいて、前記吸熱及び/又は前記加熱の熱流束を制御して実行されることを特徴とするシリコン単結晶生成方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015508425thum.jpg
出願権利状態 登録
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