[发明专利]硅锭及其制造装置和方法、硅晶圆、太阳能电池和硅零件

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使积存于坩埚内的硅熔液单向凝固来制造硅锭的硅锭制造装置、硅锭的制造方法及硅锭、硅晶圆、太阳能电池和硅零件。

背景技术

例如如专利文献1所记载，前述的硅锭通过切片成预定厚度且被切出成预定形状来成为硅晶圆。该硅晶圆主要用作太阳能电池用基板的原材料。在此，太阳能电池中，成为太阳能电池用基板的原材料的硅锭的特性对转换效率等性能的影响较大。

尤其是，若硅锭所含的杂质量较多，则太阳能电池的转换效率大幅下降，因此需要降低硅锭中的杂质量。

在此，由于硅为凝固时膨胀的金属，因此当进行铸造时，需使硅熔液单向凝固以免残留于铸块的内部。并且，通过单向凝固，随着凝固的相变化，硅熔液内的杂质根据平衡分凝系数分配至液相侧，坩埚内的杂质从固相(铸块)排出至液相(硅熔液)中，因此能够得到杂质较少的硅锭。

并且，专利文献2～4中公开有在坩埚的上部配设有板状盖的硅锭制造装置。在该硅锭制造装置中，成为朝向坩埚内供给氩气的结构。通过该氩气去除从硅熔液中产生的氧化硅气体等，从而防止氧化硅气体与炉内的碳反应。由此，可抑制CO气体产生，且可抑制碳混入硅锭中。并且，抑制氧化硅气体混入硅熔液中而氧量增加的现象。

专利文献1：日本专利公开平10-245216号公报

专利文献2：日本专利公开2000-158096号公报

专利文献3：日本专利公开2004-058075号公报

专利文献4：日本专利公开2005-088056号公报

然而，最近要求进一步提高太阳能电池的转换效率，需要比以往更加降低硅锭中的杂质量。并且，在构成太阳能电池的硅晶圆中，若其表面上的结晶的方位一致，则能够使太阳能电池的转换效率稳定。因此，在使坩埚内的硅熔液单向凝固时，需要使结晶的成长方向稳定。

发明内容

本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种能够制造杂质量较少且结晶的成长方向稳定的硅锭的硅锭制造装置、硅锭的制造方法及硅锭，可由该硅锭得到的硅晶圆、太阳能电池和硅零件。

为了解决这种课题并实现上述目的，本发明所涉及的硅锭制造装置，具备有保持硅熔液的坩埚、加热该坩埚的加热器及朝所述坩埚内供给惰性气体的惰性气体供给构件，所述硅锭制造装置的特征在于，具有载置于所述坩埚上的盖，所述盖具有：载置部，载置于所述坩埚的侧壁上面；檐部，从所述坩埚的侧壁外边向外侧突出；及开口部，沿厚度方向贯穿，所述檐部配设于所述坩埚的侧壁上端的10％以上区域的外周侧，且成为从所述侧壁上端外边的突出长度为50mm以上，所述开口部配设成所述坩埚的侧壁上端面的50％以上区域相对于所述加热器露出。

在该结构的硅锭制造装置中，由于成为在载置于坩埚上的盖形成有沿厚度方向贯穿的开口部且通过该开口部所述坩埚的侧壁上端面的50％以上区域相对于所述加热器露出的结构，所以可通过由所述加热器直接加热坩埚的侧壁来抑制来自坩埚侧壁的散热。

另外，所述盖具有从所述坩埚的侧壁向外侧突出的檐部，所述檐部配设于所述坩埚的侧壁上端外边的10％以上区域的外周侧，且从所述侧壁上端外边的突出长度为50mm以上，因此可通过由所述加热器加热该檐部来进一步抑制来自坩埚的侧壁的散热。

因此，结晶会从坩埚的底部朝向上方稳定地成长，促进单向凝固。并且，在凝固的过程中，坩埚内的杂质会向坩埚上部的液相侧浓缩，从而能够减少硅锭中的杂质量。

在本发明的硅锭制造装置中，优选在所述盖平面中心附近连接有所述惰性气体供给构件，所述开口部形成在距所述坩埚的侧壁上端内边100mm以内的区域，所述开口部的开口面积的合计为所述坩埚的上端内侧面积的1.5％以上且10％以下。

这时，从所述惰性气体供给构件供给的惰性气体会在坩埚内的硅熔液上通过并从位于坩埚的侧壁上端内边的开口部排出。这样，由于设置有惰性气体的通过路径，因此惰性气体不会滞留在坩埚内，能够将盖与坩埚之间存在的杂质排出至坩埚的外部，并能够降低硅锭中的杂质量。

在本发明的硅锭制造装置中，优选所述盖的至少朝向所述坩埚的面由碳化硅构成。

这时，可抑制从硅熔液中生成的氧化硅气体与盖反应，并能够防止盖的早期劣化。

本发明的硅锭的制造方法为使坩埚内的硅熔液从坩埚的底部朝向上方单向凝固的硅锭的制造方法，其特征在于，利用上述硅锭制造装置进行制造。

根据该结构的硅锭的制造方法，能够制造杂质量较少且结晶的成长方向稳定的优质的硅锭。

本发明的硅锭，其特征在于，通过上述硅锭制造装置进行制造。