多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット
【課題】底部における酸素濃度が高い部分を少なくし、多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供する。
【解決手段】ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記ルツボは、その側壁内面及び底面内面には窒化珪素のコーティング層が形成されており、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸ（１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ）までの第１領域と、高さＸから高さＹ（３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍ）までの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されている。
【解決手段】ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記ルツボは、その側壁内面及び底面内面には窒化珪素のコーティング層が形成されており、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸ（１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ）までの第１領域と、高さＸから高さＹ（３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍ）までの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ製ルツボ内においてシリコン融液を一方向凝固することにより、多結晶シリコンインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造方法、及び、この製造方法によって得られる多結晶シリコンインゴットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述の多結晶シリコンインゴットは、例えば特許文献１に記載されているように、所定の厚さにスライスされて多結晶シリコンウェハとされ、太陽電池用基板の素材として利用されている。太陽電池においては、太陽電池用基板の素材である多結晶シリコンインゴットの特性が、変換効率等の性能を大きく左右することになる。
特に、多結晶シリコンに含有される酸素量や不純物量が多いと、太陽電池の変換効率が大幅に低下するため、太陽電池用基板となる多結晶シリコン中の酸素量や不純物量を低減する必要がある。
【０００３】
ここで、ルツボ内で一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットでは、凝固開始部分である底部及び凝固終了部分である頂部において、酸素量や不純物量が高くなる傾向にあるため、これら底部及び頂部を切断除去している。
詳述すると、ルツボ内でシリコン融液を上方に向けて一方向凝固させた場合、固相から液相に向けて不純物が排出されることから、固相部分の不純物量が低くなり、凝固終了部分である頂部において不純物量が非常に高くなる。
【０００４】
また、シリカ製ルツボ内にシリコン融液を貯留した際に、シリカ（ＳｉＯ２）からシリコン融液へと酸素が混入する。一方、シリコン融液内の酸素は、ＳｉＯガスとして液面から放出される。ここで、凝固開始時には、ルツボの底面及び側面から酸素が混入することから、凝固開始時点ではシリコン融液内の酸素量が高くなる。そして、底面側での凝固が進行すると、側面からのみ酸素が混入することになるため、徐々に酸素量は低減していき、シリコン融液内の酸素量は安定することになる。よって、凝固開始部分である底部において酸素量が高くなるのである。
【０００５】
そこで、例えば特許文献２に示すように、シリカ製ルツボの内面（側面及び底面）にＳｉ３Ｎ４コーティング層を形成したルツボを用いることにより、酸素の混入を抑制する技術が提供されている。
また、従来、多結晶シリコンインゴットを一方向凝固させる場合には、非特許文献１に記載されているように、例えば０．２ｍｍ／ｍｉｎ（１２ｍｍ／ｈ）といった一定の凝固速度で凝固させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４５２１６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８６４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Noritaka Usami,Kentaro Kutsukake,Kozo Fujiwara,and Kazuo Nakajima ; “Modification of local structures in multicrystals revealed by spatially resolved x-ray rocking curve analysis”,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102,103504(2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近では、太陽電池に対して、さらなる変換効率の向上が求められており、従来よりも酸素濃度の低い（具体的には、酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下）多結晶シリコンが求められている。
ここで、従来の多結晶シリコンインゴットでは、Ｓｉ３Ｎ４コーティング層を形成したルツボを用いてもシリコン融液内への酸素の混入を完全に防ぐことはできず、やはり、前述のように、凝固開始部である底部側の酸素濃度が高くなる。ここで、製品としての多結晶シリコンにおける酸素量の上限値を低く設定した場合、多結晶シリコンインゴットにおいて底部側の切断除去量を長くする必要がある。このため多結晶シリコンインゴットから製品化される多結晶シリコンが少なくなり、多結晶シリコンの生産効率が大幅に低減してしまうといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであって、底部における酸素濃度が高い部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法は、ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記ルツボは、シリカで構成され、その側壁内面及び底面内面に窒化珪素のコーティング層が形成されており、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、この高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされており、前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成の多結晶シリコンインゴットの製造方法によれば、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、第１領域と第２領域における凝固速度を規定している。
【００１２】
そして、前記第１領域における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内と比較的速く設定しているので、ルツボの底面部分に固相をすばやく形成することにより、ルツボの底面からシリコン融液への酸素の混入を抑制することができる。また、第１領域の高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍとされているので、ルツボの底面からシリコン融液への酸素の混入を確実に抑制することができる。
なお、凝固速度Ｖ１が１０ｍｍ／ｈ未満であると核発生が不十分となりスムーズに一方向凝固を行うことができなくなってしまう。また、凝固速度Ｖ１が２０ｍｍ／ｈを超えると、第１領域の高さＸを薄くすることができなくなる。このため、前記第１領域における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００１３】
また、前記第２領域における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内にと比較的遅く設定しているので、この第２領域においてシリコン融液内の酸素を液面から放出させることが可能となり、シリコン融液内の酸素量を大幅に低減することができる。そして、第１領域及び第２領域の高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを短くでき、製品となる多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる。
なお、凝固速度Ｖ２が１ｍｍ／ｈ未満であると固相が再溶融してしまうおそれがある。また、凝固速度Ｖ２が５ｍｍ／ｈを超えると、酸素を十分に放出することができなくなる。このため、前記第２領域における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００１４】
ここで、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、Ｙ−Ｘ≧１０ｍｍとされているので、シリコン融液内の酸素を外部へと放出する時間が確保され、多結晶シリコンインゴット内の酸素量を確実に低減することができる。一方、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを確実に短くすることができる。
【００１５】
また、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、Ｖ３≧５ｍｍ／ｈとされているので、多結晶シリコンインゴットの生産効率を確保することができる。一方、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈとされているので、一方向凝固を円滑に実施することができる。
【００１６】
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、前述の多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされていることを特徴としている。
この構成の多結晶シリコンインゴットにおいては、前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされているので、底部から高さ３０ｍｍの部分から多結晶シリコンウエハ等の製品として使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、底部における酸素濃度が高い部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの概略説明図である。
【図２】図１に示す多結晶シリコンインゴットを製造するのに使用される多結晶シリコンインゴット製造装置の概略説明図である。
【図３】図２に示す多結晶シリコンインゴット製造装置において用いられるルツボの概略説明図である。
【図４】図３に示すルツボ内におけるシリコン融液の凝固状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法における凝固速度設定を示すパターン図である。
【図６】実施例における多結晶シリコンインゴット内の酸素量測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて、添付した図面を参照にして説明する。
本実施形態である多結晶シリコンインゴット１は、太陽電池用基板として使用される多結晶シリコンウエハの素材となるものである。
【００２０】
この多結晶シリコンインゴット１は、図１に示すように、本実施形態では四角形柱状をなしており、その高さＨは、２００ｍｍ≦Ｈ≦３５０ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｈ＝３００ｍｍに設定されている。また、四角形面は、一辺が約６８０ｍｍの正方形をなしている。
ここで、この多結晶シリコンインゴット１の底部側部分Ｓ１は酸素濃度が高く、多結晶シリコンインゴット１の頂部側部分Ｓ２は不純物濃度が高いことから、これら底部側部分Ｓ１及び頂部側部分Ｓ２は切断除去され、製品部Ｓ３のみが多結晶シリコンウェハとして製品化されることになる。
【００２１】
また、この多結晶シリコンインゴット１においては、底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となるように構成されている。なお、本実施形態では、この断面中心部から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍ角の測定サンプルを採取し、赤外線蛍光分析（ＩＰＳ）法によって酸素濃度を測定している。
【００２２】
次に、この多結晶シリコンインゴット１を製造する際に用いられる多結晶シリコンインゴット製造装置１０について、図２を参照して説明する。
この多結晶シリコンインゴット製造装置１０は、シリコン融液Ｌが貯留されるルツボ２０と、このルツボ２０が載置されるチルプレート１２と、このチルプレート１２を下方から支持する床下ヒータ１３と、ルツボ２０の上方に配設された天井ヒータ１４と、を備えている。また、ルツボ２０の周囲には、断熱材１５が設けられている。
チルプレート１２は、中空構造とされており、供給パイプ１６を介して内部にＡｒガスが供給される構成とされている。
【００２３】
ルツボ２０は、水平断面形状が角形（四角形）又は丸形（円形）とされており、本実施形態では、角形（四角形）とされている。
このルツボ２０は、図３に示すように、シリカからなるルツボ本体２１と、このルツボ本体２１の内側に設けられたコーティング層２２と、を備えている。本実施形態では、図３に示すように、ルツボ本体２１の底面および側面を含めてルツボ本体２１の内面全体にコーティング層２２が形成されているのである。
【００２４】
ここで、コーティング層２２は、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を含有するものである。詳述すると、このコーティング層２２は、図３に示すように、０．２〜４．０μｍのＳｉ３Ｎ４粉末２４と、ナトリウムを１０〜６０００ｐｐｍ含有するシリカ２５と、からなる混合体素地内に、５０〜３００μｍの微細溶融シリカ砂２６が分散された構造とされている。そして、コーティング層２２の最表面はＳｉ３Ｎ４粉末２４とナトリウム含有シリカ２５とからなる混合体素地が配置されている。
【００２５】
次に、本実施形態である多結晶シリコンインゴット１の製造方法について説明する。本実施形態では、前述した多結晶シリコンインゴット製造装置１０を用いて多結晶シリコンインゴット１を製出する構成とされている。
【００２６】
まず、内面にコーティング層２２が形成されたルツボ２０内に、シリコン原料を装入する。ここで、シリコン原料としては、１１Ｎ（純度９９．９９９９９９９９９）の高純度シリコンを砕いて得られた「チャンク」と呼ばれる塊状のものが使用される。この塊状のシリコン原料の粒径は、例えば、３０ｍｍから１００ｍｍとされている。
【００２７】
このシリコン原料を、天井ヒータ１４と床下ヒータ１３とに通電して加熱する。これにより、ルツボ２０内には、シリコン融液Ｌが貯留されることになる。
次に、床下ヒータ１３への通電を停止し、チルプレート１２の内部に供給パイプ１６を介してＡｒガスを供給する。これにより、ルツボ２０の底部を冷却する。さらに、天井ヒータ１４への通電を徐々に減少させることにより、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌは、ルツボ２０の底部から冷却されて固相Ｃとなり、底部から上方に向けて一方向凝固することになる。
【００２８】
このとき、チルプレート１２へのＡｒガスの供給量及び天井ヒータ１４への通電量を制御することによって、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌの凝固速度、すなわち、固液界面の上方への移動速度が調整されることになる。
そして、本実施形態では、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌの凝固過程を３つの領域に区分けし、それぞれの領域毎に凝固速度を設定している。
【００２９】
詳述すると、ルツボ２０内における凝固過程を、ルツボ２０の底面２０ａを基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域Ａ１と、高さＸから高さＹまでの第２領域Ａ２と、高さＹ以上の第３領域Ａ３と、に区分けし、高さＸを１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹを３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍの範囲内となるように設定している。また、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内となるように設定している。
本実施形態では、Ｘ＝２０ｍｍ、Ｙ＝４０ｍｍとし、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘを２０ｍｍとしている。
【００３０】
そして、それぞれの領域における凝固速度は、次のように設定されている。第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１は１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２は１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ１は５ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されている。
より具体的には、図５に示すように、底部から２０ｍｍまでの第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１が１５ｍｍ／ｈ、２０ｍｍから４０ｍｍまでの第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２が３ｍｍ／ｈ、４０ｍｍから３００ｍｍまでの第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３が５．８ｍｍ／ｈに設定されているのである。そして、多結晶シリコンインゴット１全体の平均凝固速度は、６．５ｍｍ／ｈとされている。
【００３１】
このようにして、図１に示す四角柱状の多結晶シリコンインゴット１が、一方向凝固法によって成形されるのである。
【００３２】
以上のような構成とされた本実施形態である多結晶シリコンインゴット１の製造方法及び多結晶シリコンインゴット１においては、ルツボ２０内における凝固過程を、ルツボ２０の底面２０ａを基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域Ａ１と、高さＸから高さＹまでの第２領域Ａ２と、高さＹ以上の第３領域Ａ３と、に区分けし、それぞれの領域における凝固速度を規定している。
【００３３】
そして、第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内と比較的速く設定しているので、ルツボ２０の底面２０ａに固相Ｃをすばやく形成することにより、ルツボ２０の底面２０ａからシリコン融液Ｌへの酸素の混入を抑制することができる。また、第１領域Ａ１の高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍとされており、本実施形態ではＸ＝２０ｍｍとされているので、ルツボ２０の底面２０ａからシリコン融液Ｌへの酸素の混入を確実に抑制することができる。
なお、凝固速度Ｖ１が１０ｍｍ／ｈ未満であると核発生が不十分となりスムーズに一方向凝固を行うことができなくなってしまう。また、凝固速度Ｖ１が２０ｍｍ／ｈを超えると、第１領域Ａ１の高さＸを薄くすることができなくなる。このため、第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００３４】
また、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内にと比較的遅く設定しているので、この第２領域Ａ２においてシリコン融液Ｌ内の酸素を液面から放出させることが可能となり、シリコン融液Ｌ内の酸素量を大幅に低減することができる。そして、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされ、本実施形態ではＹ＝４０ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを短くでき、製品となる多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができる。
なお、凝固速度Ｖ２が１ｍｍ／ｈ未満であると固相が再溶融してしまうおそれがある。また、凝固速度Ｖ２が５ｍｍ／ｈを超えると、酸素を十分に放出することができなくなる。このため、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００３５】
ここで、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態ではＹ−Ｘ＝２０ｍｍとされているので、シリコン融液Ｌ内の酸素を外部へと放出する時間が確保され、多結晶シリコンインゴット１内の酸素濃度を確実に低減することができるとともに、酸素濃度が高い部分の長さを確実に短くすることができる。
【００３６】
また、第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、本実施形態ではＶ３＝５．９ｍｍ／ｈに設定されているので、多結晶シリコンインゴットの生産効率を確保することができるとともに、一方向凝固を円滑に実施することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態である多結晶シリコンインゴット１は、ルツボ２０の底面２０ａに接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされているので、底部から高さ３０ｍｍの部分を十分に製品化することが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて説明したが、これに限定されることはなく、適宜設計変更することができる。
例えば、図２に示す多結晶シリコンインゴット製造装置によって、多結晶シリコンインゴットを製出するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の構造の多結晶シリコンインゴット製造装置によって多結晶シリコンインゴットを製出してもよい。
また、多結晶シリコンインゴットの大きさや形状は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更してもよい。
【実施例】
【００３９】
本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。本実施形態で説明した多結晶シリコンインゴット製造装置を用いて、６８０ｍｍ角×高さ３００ｍｍの多結晶シリコンインゴットを製出した。
比較例１として、凝固速度を１２ｍｍ／ｈで一定として多結晶シリコンインゴットを製出した。なお、凝固に要した時間は２５ｈであった。
比較例２として、凝固速度を５．１ｍｍ／ｈで一定として多結晶シリコンインゴットを製出した。なお、凝固に要した時間は５９ｈであった。
【００４０】
そして、本発明例として、前述の実施形態に記載したパターンで凝固速度を変化させて多結晶シリコンインゴットを製出した。すなわち、図５に示すように、底部から２０ｍｍまでの第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１５ｍｍ／ｈ、２０ｍｍから４０ｍｍまでの第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を３ｍｍ／ｈ、４０ｍｍから３００ｍｍまでの第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３を５．８ｍｍ／ｈに設定した。なお、多結晶シリコンインゴット１全体の平均凝固速度は６．５ｍｍ／ｈとなり、凝固に要した時間は５２．７ｈであった。
【００４１】
このようにして得られた比較例１、２、本発明例の多結晶シリコンインゴットについて、高さ１０ｍｍ，２５ｍｍ，５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍ，２５０ｍｍ，２９０ｍｍの各８箇所において、水平断面中央部から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの測定サンプルを採取し、赤外線蛍光分析（ＩＰＳ）法により、シリコン中の酸素濃度を測定した。測定結果を図６に示す。
【００４２】
また、この酸素濃度の測定結果から、酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となった部分を製品とした場合の、多結晶シリコンインゴットにおける製品歩留まりＲについて算出した。なお、多結晶シリコンインゴットの頂部は不純物量が多いことから、頂部から１０ｍｍの部分を切断除去するものとして製品歩留まりＲを計算した。評価結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
比較例１では、図５に示すように、底部近傍において酸素濃度が非常に高くなっており、底部から高さ１００ｍｍの部分でも酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。また、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（１２０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝５７％であった。
また、比較例２では、図５に示すように、比較例１に比べると酸素濃度が低いが、底部から高さ５０ｍｍの部分でも酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。また、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（７０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝７３％であった。
【００４５】
これに対して、本発明例においては、底部の僅かな部分においてのみ酸素濃度が高くなっており、高さ２０ｍｍの部分ですでに酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下であった。そして、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（２０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝９０％であり、比較例１、２に比べて非常に高くなっている。
このように、本発明によれば、製品として多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができることが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１ 多結晶シリコンインゴット
２０ ルツボ
２０ａ 底面
２２ コーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ製ルツボ内においてシリコン融液を一方向凝固することにより、多結晶シリコンインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造方法、及び、この製造方法によって得られる多結晶シリコンインゴットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述の多結晶シリコンインゴットは、例えば特許文献１に記載されているように、所定の厚さにスライスされて多結晶シリコンウェハとされ、太陽電池用基板の素材として利用されている。太陽電池においては、太陽電池用基板の素材である多結晶シリコンインゴットの特性が、変換効率等の性能を大きく左右することになる。
特に、多結晶シリコンに含有される酸素量や不純物量が多いと、太陽電池の変換効率が大幅に低下するため、太陽電池用基板となる多結晶シリコン中の酸素量や不純物量を低減する必要がある。
【０００３】
ここで、ルツボ内で一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットでは、凝固開始部分である底部及び凝固終了部分である頂部において、酸素量や不純物量が高くなる傾向にあるため、これら底部及び頂部を切断除去している。
詳述すると、ルツボ内でシリコン融液を上方に向けて一方向凝固させた場合、固相から液相に向けて不純物が排出されることから、固相部分の不純物量が低くなり、凝固終了部分である頂部において不純物量が非常に高くなる。
【０００４】
また、シリカ製ルツボ内にシリコン融液を貯留した際に、シリカ（ＳｉＯ２）からシリコン融液へと酸素が混入する。一方、シリコン融液内の酸素は、ＳｉＯガスとして液面から放出される。ここで、凝固開始時には、ルツボの底面及び側面から酸素が混入することから、凝固開始時点ではシリコン融液内の酸素量が高くなる。そして、底面側での凝固が進行すると、側面からのみ酸素が混入することになるため、徐々に酸素量は低減していき、シリコン融液内の酸素量は安定することになる。よって、凝固開始部分である底部において酸素量が高くなるのである。
【０００５】
そこで、例えば特許文献２に示すように、シリカ製ルツボの内面（側面及び底面）にＳｉ３Ｎ４コーティング層を形成したルツボを用いることにより、酸素の混入を抑制する技術が提供されている。
また、従来、多結晶シリコンインゴットを一方向凝固させる場合には、非特許文献１に記載されているように、例えば０．２ｍｍ／ｍｉｎ（１２ｍｍ／ｈ）といった一定の凝固速度で凝固させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４５２１６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８６４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Noritaka Usami,Kentaro Kutsukake,Kozo Fujiwara,and Kazuo Nakajima ; “Modification of local structures in multicrystals revealed by spatially resolved x-ray rocking curve analysis”,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102,103504(2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近では、太陽電池に対して、さらなる変換効率の向上が求められており、従来よりも酸素濃度の低い（具体的には、酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下）多結晶シリコンが求められている。
ここで、従来の多結晶シリコンインゴットでは、Ｓｉ３Ｎ４コーティング層を形成したルツボを用いてもシリコン融液内への酸素の混入を完全に防ぐことはできず、やはり、前述のように、凝固開始部である底部側の酸素濃度が高くなる。ここで、製品としての多結晶シリコンにおける酸素量の上限値を低く設定した場合、多結晶シリコンインゴットにおいて底部側の切断除去量を長くする必要がある。このため多結晶シリコンインゴットから製品化される多結晶シリコンが少なくなり、多結晶シリコンの生産効率が大幅に低減してしまうといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであって、底部における酸素濃度が高い部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法は、ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記ルツボは、シリカで構成され、その側壁内面及び底面内面に窒化珪素のコーティング層が形成されており、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、この高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされており、前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成の多結晶シリコンインゴットの製造方法によれば、前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、第１領域と第２領域における凝固速度を規定している。
【００１２】
そして、前記第１領域における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内と比較的速く設定しているので、ルツボの底面部分に固相をすばやく形成することにより、ルツボの底面からシリコン融液への酸素の混入を抑制することができる。また、第１領域の高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍとされているので、ルツボの底面からシリコン融液への酸素の混入を確実に抑制することができる。
なお、凝固速度Ｖ１が１０ｍｍ／ｈ未満であると核発生が不十分となりスムーズに一方向凝固を行うことができなくなってしまう。また、凝固速度Ｖ１が２０ｍｍ／ｈを超えると、第１領域の高さＸを薄くすることができなくなる。このため、前記第１領域における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００１３】
また、前記第２領域における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内にと比較的遅く設定しているので、この第２領域においてシリコン融液内の酸素を液面から放出させることが可能となり、シリコン融液内の酸素量を大幅に低減することができる。そして、第１領域及び第２領域の高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを短くでき、製品となる多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる。
なお、凝固速度Ｖ２が１ｍｍ／ｈ未満であると固相が再溶融してしまうおそれがある。また、凝固速度Ｖ２が５ｍｍ／ｈを超えると、酸素を十分に放出することができなくなる。このため、前記第２領域における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００１４】
ここで、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、Ｙ−Ｘ≧１０ｍｍとされているので、シリコン融液内の酸素を外部へと放出する時間が確保され、多結晶シリコンインゴット内の酸素量を確実に低減することができる。一方、前記第２領域の高さＹ−Ｘが、Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを確実に短くすることができる。
【００１５】
また、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、Ｖ３≧５ｍｍ／ｈとされているので、多結晶シリコンインゴットの生産効率を確保することができる。一方、前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈとされているので、一方向凝固を円滑に実施することができる。
【００１６】
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、前述の多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされていることを特徴としている。
この構成の多結晶シリコンインゴットにおいては、前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされているので、底部から高さ３０ｍｍの部分から多結晶シリコンウエハ等の製品として使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、底部における酸素濃度が高い部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの概略説明図である。
【図２】図１に示す多結晶シリコンインゴットを製造するのに使用される多結晶シリコンインゴット製造装置の概略説明図である。
【図３】図２に示す多結晶シリコンインゴット製造装置において用いられるルツボの概略説明図である。
【図４】図３に示すルツボ内におけるシリコン融液の凝固状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法における凝固速度設定を示すパターン図である。
【図６】実施例における多結晶シリコンインゴット内の酸素量測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて、添付した図面を参照にして説明する。
本実施形態である多結晶シリコンインゴット１は、太陽電池用基板として使用される多結晶シリコンウエハの素材となるものである。
【００２０】
この多結晶シリコンインゴット１は、図１に示すように、本実施形態では四角形柱状をなしており、その高さＨは、２００ｍｍ≦Ｈ≦３５０ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｈ＝３００ｍｍに設定されている。また、四角形面は、一辺が約６８０ｍｍの正方形をなしている。
ここで、この多結晶シリコンインゴット１の底部側部分Ｓ１は酸素濃度が高く、多結晶シリコンインゴット１の頂部側部分Ｓ２は不純物濃度が高いことから、これら底部側部分Ｓ１及び頂部側部分Ｓ２は切断除去され、製品部Ｓ３のみが多結晶シリコンウェハとして製品化されることになる。
【００２１】
また、この多結晶シリコンインゴット１においては、底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となるように構成されている。なお、本実施形態では、この断面中心部から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍ角の測定サンプルを採取し、赤外線蛍光分析（ＩＰＳ）法によって酸素濃度を測定している。
【００２２】
次に、この多結晶シリコンインゴット１を製造する際に用いられる多結晶シリコンインゴット製造装置１０について、図２を参照して説明する。
この多結晶シリコンインゴット製造装置１０は、シリコン融液Ｌが貯留されるルツボ２０と、このルツボ２０が載置されるチルプレート１２と、このチルプレート１２を下方から支持する床下ヒータ１３と、ルツボ２０の上方に配設された天井ヒータ１４と、を備えている。また、ルツボ２０の周囲には、断熱材１５が設けられている。
チルプレート１２は、中空構造とされており、供給パイプ１６を介して内部にＡｒガスが供給される構成とされている。
【００２３】
ルツボ２０は、水平断面形状が角形（四角形）又は丸形（円形）とされており、本実施形態では、角形（四角形）とされている。
このルツボ２０は、図３に示すように、シリカからなるルツボ本体２１と、このルツボ本体２１の内側に設けられたコーティング層２２と、を備えている。本実施形態では、図３に示すように、ルツボ本体２１の底面および側面を含めてルツボ本体２１の内面全体にコーティング層２２が形成されているのである。
【００２４】
ここで、コーティング層２２は、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を含有するものである。詳述すると、このコーティング層２２は、図３に示すように、０．２〜４．０μｍのＳｉ３Ｎ４粉末２４と、ナトリウムを１０〜６０００ｐｐｍ含有するシリカ２５と、からなる混合体素地内に、５０〜３００μｍの微細溶融シリカ砂２６が分散された構造とされている。そして、コーティング層２２の最表面はＳｉ３Ｎ４粉末２４とナトリウム含有シリカ２５とからなる混合体素地が配置されている。
【００２５】
次に、本実施形態である多結晶シリコンインゴット１の製造方法について説明する。本実施形態では、前述した多結晶シリコンインゴット製造装置１０を用いて多結晶シリコンインゴット１を製出する構成とされている。
【００２６】
まず、内面にコーティング層２２が形成されたルツボ２０内に、シリコン原料を装入する。ここで、シリコン原料としては、１１Ｎ（純度９９．９９９９９９９９９）の高純度シリコンを砕いて得られた「チャンク」と呼ばれる塊状のものが使用される。この塊状のシリコン原料の粒径は、例えば、３０ｍｍから１００ｍｍとされている。
【００２７】
このシリコン原料を、天井ヒータ１４と床下ヒータ１３とに通電して加熱する。これにより、ルツボ２０内には、シリコン融液Ｌが貯留されることになる。
次に、床下ヒータ１３への通電を停止し、チルプレート１２の内部に供給パイプ１６を介してＡｒガスを供給する。これにより、ルツボ２０の底部を冷却する。さらに、天井ヒータ１４への通電を徐々に減少させることにより、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌは、ルツボ２０の底部から冷却されて固相Ｃとなり、底部から上方に向けて一方向凝固することになる。
【００２８】
このとき、チルプレート１２へのＡｒガスの供給量及び天井ヒータ１４への通電量を制御することによって、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌの凝固速度、すなわち、固液界面の上方への移動速度が調整されることになる。
そして、本実施形態では、ルツボ２０内のシリコン融液Ｌの凝固過程を３つの領域に区分けし、それぞれの領域毎に凝固速度を設定している。
【００２９】
詳述すると、ルツボ２０内における凝固過程を、ルツボ２０の底面２０ａを基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域Ａ１と、高さＸから高さＹまでの第２領域Ａ２と、高さＹ以上の第３領域Ａ３と、に区分けし、高さＸを１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹを３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍの範囲内となるように設定している。また、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内となるように設定している。
本実施形態では、Ｘ＝２０ｍｍ、Ｙ＝４０ｍｍとし、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘを２０ｍｍとしている。
【００３０】
そして、それぞれの領域における凝固速度は、次のように設定されている。第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１は１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２は１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ１は５ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されている。
より具体的には、図５に示すように、底部から２０ｍｍまでの第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１が１５ｍｍ／ｈ、２０ｍｍから４０ｍｍまでの第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２が３ｍｍ／ｈ、４０ｍｍから３００ｍｍまでの第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３が５．８ｍｍ／ｈに設定されているのである。そして、多結晶シリコンインゴット１全体の平均凝固速度は、６．５ｍｍ／ｈとされている。
【００３１】
このようにして、図１に示す四角柱状の多結晶シリコンインゴット１が、一方向凝固法によって成形されるのである。
【００３２】
以上のような構成とされた本実施形態である多結晶シリコンインゴット１の製造方法及び多結晶シリコンインゴット１においては、ルツボ２０内における凝固過程を、ルツボ２０の底面２０ａを基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域Ａ１と、高さＸから高さＹまでの第２領域Ａ２と、高さＹ以上の第３領域Ａ３と、に区分けし、それぞれの領域における凝固速度を規定している。
【００３３】
そして、第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内と比較的速く設定しているので、ルツボ２０の底面２０ａに固相Ｃをすばやく形成することにより、ルツボ２０の底面２０ａからシリコン融液Ｌへの酸素の混入を抑制することができる。また、第１領域Ａ１の高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍとされており、本実施形態ではＸ＝２０ｍｍとされているので、ルツボ２０の底面２０ａからシリコン融液Ｌへの酸素の混入を確実に抑制することができる。
なお、凝固速度Ｖ１が１０ｍｍ／ｈ未満であると核発生が不十分となりスムーズに一方向凝固を行うことができなくなってしまう。また、凝固速度Ｖ１が２０ｍｍ／ｈを超えると、第１領域Ａ１の高さＸを薄くすることができなくなる。このため、第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００３４】
また、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内にと比較的遅く設定しているので、この第２領域Ａ２においてシリコン融液Ｌ内の酸素を液面から放出させることが可能となり、シリコン融液Ｌ内の酸素量を大幅に低減することができる。そして、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされ、本実施形態ではＹ＝４０ｍｍとされているので、酸素量が高い部分の長さを短くでき、製品となる多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができる。
なお、凝固速度Ｖ２が１ｍｍ／ｈ未満であると固相が再溶融してしまうおそれがある。また、凝固速度Ｖ２が５ｍｍ／ｈを超えると、酸素を十分に放出することができなくなる。このため、第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定している。
【００３５】
ここで、第２領域Ａ２の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態ではＹ−Ｘ＝２０ｍｍとされているので、シリコン融液Ｌ内の酸素を外部へと放出する時間が確保され、多結晶シリコンインゴット１内の酸素濃度を確実に低減することができるとともに、酸素濃度が高い部分の長さを確実に短くすることができる。
【００３６】
また、第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、本実施形態ではＶ３＝５．９ｍｍ／ｈに設定されているので、多結晶シリコンインゴットの生産効率を確保することができるとともに、一方向凝固を円滑に実施することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態である多結晶シリコンインゴット１は、ルツボ２０の底面２０ａに接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされているので、底部から高さ３０ｍｍの部分を十分に製品化することが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて説明したが、これに限定されることはなく、適宜設計変更することができる。
例えば、図２に示す多結晶シリコンインゴット製造装置によって、多結晶シリコンインゴットを製出するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の構造の多結晶シリコンインゴット製造装置によって多結晶シリコンインゴットを製出してもよい。
また、多結晶シリコンインゴットの大きさや形状は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更してもよい。
【実施例】
【００３９】
本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。本実施形態で説明した多結晶シリコンインゴット製造装置を用いて、６８０ｍｍ角×高さ３００ｍｍの多結晶シリコンインゴットを製出した。
比較例１として、凝固速度を１２ｍｍ／ｈで一定として多結晶シリコンインゴットを製出した。なお、凝固に要した時間は２５ｈであった。
比較例２として、凝固速度を５．１ｍｍ／ｈで一定として多結晶シリコンインゴットを製出した。なお、凝固に要した時間は５９ｈであった。
【００４０】
そして、本発明例として、前述の実施形態に記載したパターンで凝固速度を変化させて多結晶シリコンインゴットを製出した。すなわち、図５に示すように、底部から２０ｍｍまでの第１領域Ａ１における凝固速度Ｖ１を１５ｍｍ／ｈ、２０ｍｍから４０ｍｍまでの第２領域Ａ２における凝固速度Ｖ２を３ｍｍ／ｈ、４０ｍｍから３００ｍｍまでの第３領域Ａ３における凝固速度Ｖ３を５．８ｍｍ／ｈに設定した。なお、多結晶シリコンインゴット１全体の平均凝固速度は６．５ｍｍ／ｈとなり、凝固に要した時間は５２．７ｈであった。
【００４１】
このようにして得られた比較例１、２、本発明例の多結晶シリコンインゴットについて、高さ１０ｍｍ，２５ｍｍ，５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍ，２５０ｍｍ，２９０ｍｍの各８箇所において、水平断面中央部から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの測定サンプルを採取し、赤外線蛍光分析（ＩＰＳ）法により、シリコン中の酸素濃度を測定した。測定結果を図６に示す。
【００４２】
また、この酸素濃度の測定結果から、酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となった部分を製品とした場合の、多結晶シリコンインゴットにおける製品歩留まりＲについて算出した。なお、多結晶シリコンインゴットの頂部は不純物量が多いことから、頂部から１０ｍｍの部分を切断除去するものとして製品歩留まりＲを計算した。評価結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
比較例１では、図５に示すように、底部近傍において酸素濃度が非常に高くなっており、底部から高さ１００ｍｍの部分でも酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。また、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（１２０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝５７％であった。
また、比較例２では、図５に示すように、比較例１に比べると酸素濃度が低いが、底部から高さ５０ｍｍの部分でも酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。また、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（７０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝７３％であった。
【００４５】
これに対して、本発明例においては、底部の僅かな部分においてのみ酸素濃度が高くなっており、高さ２０ｍｍの部分ですでに酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下であった。そして、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（２０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝９０％であり、比較例１、２に比べて非常に高くなっている。
このように、本発明によれば、製品として多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができることが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１ 多結晶シリコンインゴット
２０ ルツボ
２０ａ 底面
２２ コーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記ルツボは、シリカで構成され、その側壁内面及び底面内面に窒化珪素のコーティング層が形成されており、
前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、この高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされており、
前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項２】
前記第２領域の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項３】
前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、
前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされていることを特徴とする多結晶シリコンインゴット。
【請求項１】
ルツボ内に貯留したシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記ルツボは、シリカで構成され、その側壁内面及び底面内面に窒化珪素のコーティング層が形成されており、
前記ルツボ内における凝固過程を、前記ルツボの底面を基準として、０ｍｍから高さＸまでの第１領域と、高さＸから高さＹまでの第２領域と、高さＹ以上の第３領域と、に区分けし、この高さＸが１０ｍｍ≦Ｘ＜３０ｍｍ、高さＹが３０ｍｍ≦Ｙ＜１００ｍｍとされており、
前記第１領域における凝固速度Ｖ１が、１０ｍｍ／ｈ≦Ｖ１≦２０ｍｍ／ｈの範囲内に設定され、前記第２領域における凝固速度Ｖ２が、１ｍｍ／ｈ≦Ｖ２≦５ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項２】
前記第２領域の高さＹ−Ｘが、１０ｍｍ≦Ｙ−Ｘ≦４０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項３】
前記第３領域における凝固速度Ｖ３が、５ｍｍ／ｈ≦Ｖ３≦３０ｍｍ／ｈの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、
前記ルツボの底面に接触していた底部から高さ３０ｍｍの部分の断面中心部における酸素濃度が４×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされていることを特徴とする多結晶シリコンインゴット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２０１７３６（Ｐ２０１１−２０１７３６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１６９９（Ｐ２０１０−７１６９９）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（５９７０６５２８２）三菱マテリアル電子化成株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（５９７０６５２８２）三菱マテリアル電子化成株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
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