(57)【要約】  育成されたシリコンインゴットを容器から容易に取り出すことができるとともに、シリコンインゴットの歩留まりの向上を図ることができるシリコンインゴット製造用容器及びシリコンインゴットの製造方法を提供する。  シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させるための上面が開口された有底筒状のシリコンインゴット製造用容器において、該容器の側壁を、鉛直に形成された側面下部と、該側面下部に鉛直方向に対して所定のテーパ角θで上面開口部に向かって拡がるように傾斜して連設された側面中部と、該側面中部に鉛直に連設された側面上部とから構成する。  このシリコンインゴット製造用容器に、シリコン融液の表面が傾斜部に位置するようにシリコン原料を投入し、カイロポーラス法により極低速で種結晶を引き上げながらシリコン多結晶を成長させる。
2012036263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させるための上面が開口された有底筒状のシリコンインゴット製造用容器であって、
該容器の側壁が、鉛直に形成された側面下部と、該側面下部に鉛直方向に対して所定のテーパ角θで上面開口部に向かって拡がるように傾斜して連設された側面中部と、該側面中部に鉛直に連設された側面上部とから構成されていることを特徴とするシリコンインゴット製造用容器。
【請求項２】
前記テーパ角θが、１０〜８０°であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴット製造用容器。
【請求項３】
前記テーパ角θが、１５〜６０°であることを特徴とする請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器。
【請求項４】
前記テーパ角θが、２０〜７０°であることを特徴とする請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器。
【請求項５】
前記テーパ角θが、２０〜４５°であることを特徴とする請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器。
【請求項６】
石英、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、グラファイト、アルミナの何れか１種からなる材料又は２種以上を組み合わせた材料で構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のシリコンインゴット製造用容器。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載のシリコンインゴット製造用容器に、シリコン融液の表面が前記傾斜部に位置するようにシリコン原料を投入し、
前記シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させることを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。
【請求項８】
前記シリコン融液の表面に種結晶を接触させて、
前記種結晶を引き上げながら、前記シリコン融液を表面から凝固させてシリコン多結晶を成長させることを特徴とする請求項７に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【請求項９】
前記シリコン融液が凝固する際の体積膨張に応じた速度で前記種結晶を引き上げることを特徴とする請求項８に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池グレードのシリコンインゴットを製造するためのシリコンインゴット製造用容器及びシリコンインゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池等に用いられるシリコンインゴットの製造方法として、ルツボや鋳型等の容器中にシリコン融液を収容し、このシリコン融液を下方から凝固させてシリコン多結晶を成長させるキャスト法（鋳造法）が知られている（例えば特許文献１〜５）。このキャスト法によれば、シリコン融液が凝固するときに結晶成長の方向が一定に揃うので、粒界による比抵抗の増大を抑制した良質のウェハを製造することができる。また、キャスト法によれば、シリコンインゴットの大量生産が可能となる。【０００３】
一般に、キャスト法に用いられる容器の内面には離型材が形成されている。キャスト法によりシリコンインゴットを製造する場合、シリコン融液を容器内で凝固させるときにシリコンが容器と反応すると、シリコン結晶が容器に固着してしまいインゴットを取り出しにくくなる。そのため、容器の内面に離型材を形成することにより、シリコン結晶が容器と直接接触しないようにしている。【０００４】
また、シリコン融液の密度は２．５ｇ/ｃｍ３であるが、固体密度は２．３３ｇ/ｃｍ３であるため、シリコン融液を容器内で凝固させるときに約７％体積が膨張することとなる。そして、この体制膨張に伴い容器に応力が生じるため、容器からシリコンインゴットを取り出しにくくなり、さらには容器に形成した離型材が損壊することもある。離型材が損壊すると、シリコン結晶が容器に接触して固着するため、シリコンインゴットの取出性がさらに悪化する。
そこで、シリコン融液を凝固させる際の体積膨張に伴う応力を緩和する技術が必要とされている。例えば、容器の開口部を鉛直方向から外側に傾けることで、容器側面に垂直な応力成分を緩和して、シリコン結晶が容器に食い込みにくくする技術が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、容器の開口部に向かって拡がる方向に側面全体を３°以上で傾斜させたテーパ付き容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５８−２２９３６号公報
【特許文献２】実公平３−２２９０７号公報
【特許文献３】特開平６−３４５４１６号公報
【特許文献４】特開平１０−１８２１３３号公報
【特許文献５】特表２０１０−５０３５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のテーパ付き容器を用いる場合、容器側面のテーパ角が小さすぎると、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力を分散する効果が得られないため、容器からシリコンインゴットを取り出しにくく、離型材が損壊するという問題は解消されない。また、容器側面のテーパ角が大きすぎると、シリコンインゴットの外周部を切断するときのロスが大きくなり、歩留まり（原料採取率）が低下してしまうため望ましくない（図５参照）。
また、キャスト法によりシリコンインゴットを製造する場合、離型材が形成されている容器底部からシリコン結晶を成長させることとなるため、結晶粒界を低減することが困難となる。その結果、キャリアの損失による結晶品質の低下や、結晶粒界の成長による歩留まりの低下を招いてしまう。【０００７】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、育成されたシリコンインゴットを容器から容易に取り出すことができるとともに、シリコンインゴットの歩留まりの向上を図ることができるシリコンインゴット製造用容器及びシリコンインゴットの製造方法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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させるための上面が開口された有底筒状のシリコンインゴット製造用容器であって、
該容器の側壁が、鉛直に形成された側面下部と、該側面下部に鉛直方向に対して所定のテーパ角θで上面開口部に向かって拡がるように傾斜して連設された側面中部と、該側面中部に鉛直に連設された側面上部とから構成されていることを特徴とする。【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリコンインゴット製造用容器において、  前記テーパ角θが、１０〜８０°であることを特徴とする。【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器において、  前記テーパ角θが、１５〜６０°であることを特徴とする。【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器において、  前記テーパ角θが、２０〜７０°であることを特徴とする。【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載のシリコンインゴット製造用容器において、  前記テーパ角θが、２０〜４５°であることを特徴とする。【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか一項に記載のシリコンインゴット製造用容器において、
石英、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、グラファイト、アルミナの何れか１種からなる材料又は２種以上を組み合わせた材料で構成されていることを特徴とする。【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか一項に記載のシリコンインゴット製造用容器に、シリコン融液の表面が前記傾斜部に位置するようにシリコン原料を投入し、
前記シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させることを特徴とする。【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のシリコンインゴットの製造方法において、  前記シリコン融液の表面に種結晶を接触させて、
前記種結晶を引き上げながら、前記シリコン融液を表面から凝固させてシリコン多結晶を成長させることを特徴とする。【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のシリコンインゴットの製造方法において、  前記シリコン融液が凝固する際の体積膨張に応じた速度で前記種結晶を引き上げることを特徴とする。【００１７】
以下に、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
従来、結晶成長法の一つとして、融液表面に種結晶を接触させ、融液面から下方に向けて結晶を成長させるカイロポーラス法が知られている。このカイロポーラス法では、異物の少ない融液面から結晶が成長するので、キャスト法よりも高品質のシリコン結晶が期待できる。本発明者は、離型材が形成されている容器底部から結晶成長させるキャスト法に代えて、カイロポーラス法を利用してシリコンインゴットを製造する方法を確立すべく検討を重ねた。【００１８】
まず、カイロポーラス法を利用してシリコンインゴットを製造するに際し、成長結晶を極低速で引き上げることにより、シリコン凝固時の体積膨張に伴う縦方向の応力を緩和する方法を案出した。しかしながら、この方法でシリコンインゴットを製造した場合、容器の内面に形成された離型材が面状に消失している箇所が多発し、シリコンインゴットの取り出しも困難であった。【００１９】
原因を追究すべくシリコンインゴットを製造した後の容器を観察したところ、シリコンインゴットのトップ周縁、すなわちシリコン融液の表面付近が凝固して結晶化した部分に対応する部位で、離型材が面状に消失していることが明らかとなった。また、シリコンインゴットのトップ周縁に、周方向にわたって高さ０．１〜０．５ｍｍ程度の凸部が形成されていることが確認された。
一方、キャスト法によりシリコンインゴットを製造した場合も同様に、シリコンインゴットのトップに対応する部位で離型材が消失していた。これより、結晶成長法によらず、シリコン融液の表面付近が凝固するときの体積膨張に伴う応力が、他の部分が凝固するときの体積膨張に伴う応力より著しく大きくなると考えられた。また、カイロポーラス法を利用した場合においては、シリコン融液の表面付近が凝固するときに、横方向に膨張したシリコン結晶（特にトップ周縁の凸部）が離型材に食い込み、この状態で半ば強引に引き上げられたことにより離型材が剥離したと考えられた。【００２０】
そして、シリコン融液の表面が位置することとなる部分に着目して容器の形状を改善することで、シリコン凝固時の体積膨張（特に横方向の体積膨張）に伴う応力を効果的に分散できることを見出し、これによりシリコンインゴットの容器からの取出性と歩留まりを両立させることができるとの知見を得て、本発明を完成した。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シリコン凝固時の体積膨張に伴い容器に生じる応力が緩和されるので、容器内面に形成された離型材が損壊するのを効果的に防止できる。したがって、育成されたシリコンインゴットが容器に固着することもなく、容易に取り出すことができる。
また、シリコンインゴット製造用容器において、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力が大きくなる部分を傾斜部とし、応力が小さい部分（側面下部）については鉛直に形成しているので、シリコンインゴットの外周部を切断するときの加工ロスが小さくなる。したがって、シリコンインゴットの歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器の断面図である。
【図２】本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器を用いた結晶成長装置の一例を示す図である。
【図３】実施形態の結晶成長装置を用いたときのシリコン多結晶の成長過程を示す図である。
【図４】一般的な直胴型のシリコンインゴット製造用容器を用いた結晶成長装置を示す図である。
【図５】従来のテーパ型容器を用いたときに発生するロスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態で使用するシリコンインゴット製造用容器側壁の断面（ａ）、容器上部から底壁面に向かって眺めた場合の容器形状の例（角筒状容器（ｂ）、円筒状容器（ｃ））、およびそれらの好適な厚さや長さの概要説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器の断面図である。図１に示すシリコンインゴット製造用容器（以下、容器）１１は、例えば石英材料を成型してなる、上面が開口された有底の円筒状又は角筒状の容器である。容器１１の側壁は、鉛直に形成された側面下部（以下、直胴部）１１ｃと、側面下部１１ｃにテーパ角（鉛直方向に対する傾斜角）θで上面開口部に向かって拡がるように傾斜して連設された側面中部（以下、傾斜部）１１ｂと、傾斜部１１ｂに鉛直に連設された側面上部１１ａに区画される。【００２４】
ここで、図６（ａ）に示すように、容器１１の側壁１１ａおよび底壁１１ｄの厚さをＴ１とすると、厚さＴ１は５〜２０ｍｍ程度が望ましい。５ｍｍ未満だと容器材料の脆弱性が問題となる。一方、２０ｍｍより大きいと容器の断熱性増加による影響を無視できなくなり、シリコンの溶融時間が増大し、リードタイムや電力コストが増大するため生産性が低下してしまう。同様の理由により、側面下部１１ｃの厚さＴ２は５〜３０ｍｍ程度が望ましい。側面下部１１ｃの長さＬｃは、特に制限はないが、容器内で原料を融解する場合には、側面下部１１ｃより上の長さＬａ＋Ｌｂと、側面下部１１ｃの長さＬｃとの比（Ｌａ＋Ｌｂ）／Ｌｃが「２」以上であることが望ましい。シリコン原料は固体の密度が液体よりも小さいので、融液面位置が少なくともＬｃの位置（直胴部分１１ｃの最上端）まで来るようにするには、容器内に原料を少なくともＬｃの２倍の高さの位置まで充填する必要がある。原料の形状により、容器への充填の程度は異なるが、上記の寸法比にしておけば、実用上十分である。なお、上述した容器１１の厚さや長さは、角筒状の容器の場合に限定されず、円筒状の容器の場合も同様である。【００２５】
また、図６（ａ）に示すように、容器１１の上部および下部の内部寸法をそれぞれｍ1，ｍ2とすると、両者の差（ｍ1−ｍ2）は２〜５０ｍｍ，好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲にあることが望ましい。２ｍｍを下回ると結晶成長中のシリコンインゴットが離型材および容器に食い込むのを防ぎきれない。５０ｍｍを超えると、容器側面傾斜部およびその側面下部の厚肉部分の断熱性が増加するため、５０ｍｍ以下の場合と比べてシリコンの溶融時間が増大し、リードタイムや電力コストが増大するため生産性が低下してしまう。従って、例えば１５０〜２７０ｋｇ程度のＳｉインゴットを角筒状もしくは円筒状の容器から得る場合、ｍ2を６００ｍｍ、ｍ1を６０２〜６５０ｍｍ、好ましくは６１０ｍｍ〜６２０ｍｍにすると良い。【００２６】
容器１１にシリコン融液を収容し、このシリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させる場合、傾斜部１１ｂに位置するシリコン融液が凝固するときの体積膨張に伴う応力は、傾斜部１１ｂに垂直な成分と平行な成分に分散されることとなる。例えば、テーパ角θを３°以上９０°未満とすることで、離型材が剥離しない程度に体積膨張に伴う応力を分散させることができる。実験により、テーパ角θを３°未満とした場合には、育成されたシリコンインゴットが離型材に食い込み、離型材の損壊が確認された。そこで、テーパ角θは３°以上とするのが望ましい。【００２７】
図２は、容器１１を用いた結晶成長装置の一例を示す図である。
図２に示す結晶成長装置１は、カイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造するためのものであり、内面にＳｉ３Ｎ４焼結体等の離型材１２が形成された容器１１を用いている。結晶成長装置１では、容器１１がグラファイト製のサセプタ１３に支持されており、サセプタ１３の外周にはヒータ１４が配置されている。また、容器１１の中央には結晶引き上げ軸１５が配置されており、その先端にはＳｉ単結晶（又はＳｉ多結晶）からなる種結晶１６が取り付けられる。【００２８】
結晶成長装置１を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造する場合、シリコン融液１７の表面が傾斜部１１ｂに位置するように、シリコン原料（例えばシリコン融液）を容器１１に投入する。そして、シリコン融液１７の表面に種結晶１６を接触させて、シリコン融液１７を表面から凝固させてシリコン多結晶を成長させる。
このとき、種結晶１６を極低速で引き上げながらシリコン多結晶を成長させることにより、シリコン凝固時の体積膨張に伴う縦方向の応力を緩和することができる。つまり、種結晶１６の引き上げ速度は、シリコン融液１７が凝固する際の縦方向の体積膨張に応じて設定される。【００２９】
また、シリコン融液１７の表面は、容器１１の傾斜部１１ｂに位置しているので、融液表面付近が凝固するときの体積膨張に伴い容器１１に生じる横方向の応力は分散される。つまり、テーパ角θの大きさに応じて傾斜部１１ｂに垂直な応力成分が小さくなるので、シリコン結晶が離型材１２に食い込むのを防止できる。したがって、シリコン多結晶の成長過程において離型材１２が損壊しないので、育成されたシリコンインゴットが容器に固着することもなく、容易に取り出すことができる。【００３０】
なお、容器１１の寸法（直胴部１１ｃの内径、テーパ角θ等）や投入するシリコン原料の量（シリコン融液１７の表面位置）を適切に設定することで、種結晶１６の引き上げ操作によりシリコンインゴットのトップ周縁が容器１１（傾斜部１１ｂ）の内面に接触しないようにすることもできる。
例えば、傾斜部１１ｂに位置するシリコン融液の表面付近が凝固する際に、種結晶１６から容器の直胴部分まで液面上に形成された結晶をＬだけ引き上げる場合を考えると、引上げ前後で融液表面の直径は２Ｌｔａｎθだけ拡径されることになる。したがって、この拡径量（２Ｌｔａｎθ）が、シリコン凝固時の横方向の体積膨張より大きければ、シリコンインゴットのトップ周縁が容器１１（傾斜部１１ｂ）の内面に接触しない。
シリコン融液は、凝固する際に横方向に１ｍｍ程度膨張することが知られており、また、本発明者等の実験により、シリコンインゴットのトップ周縁には高さα（０．１〜０．５ｍｍ程度）の凸部が形成されることが判明しているので、拡径量（２Ｌｔａｎθ）が（１＋α）よりも大きくなるように種結晶１６の引上げ量Ｌとテーパ角θを設定することにより、シリコンインゴットのトップ周縁が容器１１（傾斜部１１ｂ）の内面に接触しないようにすることができる。例えば、Ｌ＝１０．５（ｍｍ）、α＝０．１（ｍｍ）とした場合、θ≧３°となる。【００３１】
また、容器１１において、シリコン凝固時の体積膨張に伴い大きな応力が生じる部分だけを傾斜部１１ｂとし、応力が小さい側面下部１１ｃについては鉛直に形成しているので、シリコンインゴットの外周部を切断して円柱状又は角柱状に加工するときのロスが小さくなる。したがって、シリコンインゴットの歩留まりの向上を図ることができる。
つまり、図５に示すように、容器の側面全体を傾斜させると、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力を分散することはできるが、シリコンインゴットの底部外径と上部外径の差が大きくなるため、シリコンインゴットを円柱状又は角柱状に加工する際にロスが大きくなる。【００３２】
例えば、容器の側面全体のテーパ角が１０°の角筒状容器を用いて、ボトム径が９０ｍｍ，高さが１１０ｍｍ，トップ径が１２８ｍｍのインゴットを得た場合、ロス体積は全体の５６％となる。同様に、ボトム径が９０ｍｍ，高さが１１０ｍｍのインゴットを作製するために、テーパ角を２０°，３０°，４５°，７０°とした場合、角筒状容器とインゴットの上部外径が著しく増大して炉が大型化するうえ、容器底面にあるインゴットのロス率はそれぞれ計算上７０％，７９％，８７％，９７％となる。このように、容器の側面全体を傾斜させてテーパ角をつける従前の方法を行う場合、角柱状インゴットの歩留りは著しく低下する。この歩留りを少しでも高めようとすると、切り出し回数が増えてしまうというデメリットも存在する。
これに対して、本発明の実施形態に係る容器１１を使用した場合では、インゴットTop側面上部にのみテーパがあり、他の側面部はほぼ直胴であるため、ロス体積率は３６％であり、そのテーパ角度を１０°，２０°，３０°，４５°，７０°と変更しても、ロス体積率は３６％のままである。【００３３】
さらに、カイロポーラス法を利用してシリコンインゴットを製造する際に、種結晶を引き上げながらシリコン多結晶を成長させるため、引き上げ速度を適当に調整することにより、シリコンインゴットのトップ周縁が離型材１２と接触しない状態を保持しつつ成長を進めることができる。したがって、シリコンインゴットが離型材１２に食い込むのをより効果的に防止できるので、食い込みにより成長結晶の引き上げ操作が阻害されることもない。
また、シリコン凝固時の体積膨張に応じて種結晶１６を引き上げることで、体積膨張に伴う縦方向の応力が緩和されるので、シリコン融液が圧縮されることによる不具合も生じない。【００３４】
なお、テーパ角θを３°以上９０°未満とすることで、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力を、離型材１２が損壊しない程度に分散させることができるが、テーパ角θが小さすぎると体積膨張に伴う応力の分散効果が小さく、場合によっては離型材１２が損壊する虞もある。また、テーパ角θが大きすぎると、傾斜部１１ｂの高さを確保するために傾斜部１１ｂが横に大きく張り出してしまうため、装置の大型化を招き、ロスが増大する要因となる上、テーパ面と直胴部分との境界である湾曲部分にて、離型材が割れやすくなるため、インゴットの取り出しがうまくできなくなる可能性がある。このような観点から、テーパ角θは、１０°〜８０°、好ましくは２０°〜７０°、或いは１５°〜６０°、より好ましくは２０°〜４５°の範囲で設定するのが望ましい。【００３５】
［実施例］
実施例１から４では、結晶成長装置１を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造した。容器１１は円筒状であって、その寸法は、直胴部１１ａ上の開口部の内径（ｍ１）が１４６ｍｍ、直胴部１１ｃ底部の内径（ｍ２）が１２５ｍｍ、直胴部１１ｃの高さＬｃが３０ｍｍ、Ｌａ＋Ｌｂが６０ｍｍとなるようにした。傾斜部１１ｂの高さLbは、テーパ角θ＝２０°，３０°，４５°，７０°のとき、それぞれ２９ｍｍ，１８ｍｍ，１０ｍｍ，４ｍｍとした。
まず、ボロン（濃度：１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３）を添加したシリコン融液を円筒状容器１１に流し込み、シリコン融液の表面を傾斜部１１ｂの中間点（直胴部１１ｃとの境界から５．２５ｍｍ）に位置させ、深さ方向の温度勾配が１０℃／ｃｍとなるようにシリコン融液を保持した。【００３６】
そして、結晶方位が＜１００＞で３．５ｍｍ角のＳｉ単結晶からなる種結晶１６をシリコン融液の表面に接触させ、この種結晶１６を１ｍｍ／ｈで手動により引き上げながらシリコン多結晶を成長させた。このとき、容器１１および種結晶１６を５ｒｐｍで回転させ、種結晶１６を中心としてシリコン多結晶を同心円状に成長させた。３時間の成長によりシリコン融液を完全に固化させ、実施例に係るシリコンインゴットを得た。なお、容器１１の底部の温度が、シリコンの凝固点である１４１０℃になった時点を結晶成長の終点とみなした。これらの結果を表１に示す。
【表１】
2012036263.tif 000003
【００３７】
実施例１〜４によるシリコンインゴットの製造では、図３に示すように、成長過程においてシリコン多結晶１８が離型材１２に食い込んで引き上げ操作が妨げられることはなかった。つまり、傾斜部１１ｂを形成した容器１１を用いるとともに、種結晶１６を引き上げながらシリコン多結晶を成長させることにより、シリコン融液１７に生じる圧縮応力が効果的に緩和されていた。【００３８】
また、製造されたシリコンインゴットを容易に容器１１から取り出すことができた。また、これまで問題となっていた容器１１とシリコンインゴットのトップ周縁との融着は生じなかった。また、直胴状のシリコンインゴットに加工したときにインゴットが割れるなどの実用上の問題は発生しなかった。
さらに、得られたシリコンインゴットにおいては結晶粒界が縦方向に揃っており、キャスト法により製造したシリコンインゴットに比較して結晶品質が向上していた。このように、実施形態の容器１１を使用してカイロポーラス法で結晶成長させることによる有効性が確認された。
なお、実施例１〜４では、傾斜部１１ｂのテーパ角θを２０°、３０°、４５°、７０°とした場合について示したが、テーパ角θを６０°とした場合も同様の結果が得られた。また、テーパ角θを１０〜８０°の範囲で少しずつ変化させて実験を行って比較した結果、テーパ角θが１５〜６０°である場合にシリコンインゴットの容器からの取出性がより良好であり、テーパ角θが２０〜４５°である場合の歩留りが最も優れることが確認された。【００３９】
［比較例］
図４は、比較例４で使用した結晶成長装置の概略構成を示す図である。図４では、実施形態の結晶成長装置１と同一又は対応する構成要素に対して２０番台の符号を付している。結晶成長装置２では、一般的な直胴型の容器２１を用いている点が、実施形態の結晶成長装置１と異なる。
比較例１〜４では、結晶成長装置２を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造した。円筒状容器２１には、内径が１２５ｍｍの直胴型の容器を使用した。シリコン原料の投入量、シリコン多結晶の成長条件等については実施例と同じとした。【００４０】
比較例１では、結晶引き上げ中に容器に引っかかり、その状態で成長が進んだ結果、体積膨張応力が容器の底に集中して容器が破壊された。シリコンインゴットを取り出した後の容器２１を確認したところ、容器２１の底面及び側面の大半の領域では離型材２２の剥離は認められなかったが、シリコンインゴットのトップに対応する部分において、面状に離型材２２が消失している領域が多発していた。シリコン融液２７の表面付近が凝固するときに、横方向に膨張したシリコン多結晶２８が離型材２２に食い込み、この状態で半ば強引に引き上げられたことにより離型材２２が剥離し、さらにはシリコン多結晶が容器２１に固着したために、シリコンインゴットの取り出しが困難になったと考えられる。
比較例２のテーパ角８°の場合、カイロポーラス法での結晶引き上げの際に結晶が容器に引っかかることはなかったが、インゴットTop側面と離型材の摩擦が大きく、取り出しにくい結果となった。
比較例３の場合、容器のテーパ部分と直胴部分の湾曲部分にて離型材が割れてしまったため、その部分でインゴットと容器とが融着してインゴットを取り出すことができなくなった。湾曲部分にて脆弱化な離型材が、体積膨張応力に耐えられなかったと思われる。【００４１】
比較例４によるシリコンインゴットの製造では、図４に示すように、成長過程においてシリコン多結晶２８が離型材２２に食い込み、引き上げ操作が妨げられた。そして、成長結晶の上方への移動が規制された（引き上げ速度が低下した）結果、シリコン凝固時の体積膨張による応力が緩和されずにシリコン融液が圧縮され、融液が容器の中央から激しく噴き上がって容器外に飛散するという現象が生じた（シリコン融液の噴き上げ）。成長過程において噴き上げが発生したため、良好な結晶成長が阻害され、さらには高価な装置部材が損傷してしまった。【００４２】
これらの結果を総合すると、シリコンインゴットの容器からの取出しが問題なく可能なテーパ角θは１０°〜８０°の範囲内である場合であることが判明した。
また、湾曲部分の離型材の剥がれ易さ、横方向のSiの体積膨張応力を考慮すると、テーパ角θが２０°〜７０°である場合がより望ましいことが分かった。【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。【００４４】
例えば、実施形態では、容器１１を石英材料で構成した場合について示したが、石英、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、グラファイト、アルミナの何れか１種からなる材料又は２種以上を組み合わせた材料で構成することができる。【００４５】
また例えば、容器１１によれば、シリコン凝固時の体積膨張に伴う応力が傾斜部１１ｂで分散されるので、キャスト法によりシリコンインゴットを製造する場合にも有効である。キャスト法によりシリコンインゴットを製造する場合も、シリコン融液の表面が傾斜部１１ｂに位置するようにすればよい。容器１１の形状を円筒状から角筒状に変えた場合であっても、実施例１〜４、比較例１〜４と同様の結果が得られる。【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  結晶成長装置
１１  シリコンインゴット製造用容器
１１ａ  側面上部
１１ｂ  側面中部（傾斜部）
１１ｃ  側面下部（直胴部）
１２  離型材
１３  サセプタ
１４  ヒータ
１５  結晶引き上げ軸
１６  種結晶
１７  シリコン融液
１８  シリコン多結晶
θ  テーパ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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