(57)【要約】【課題】シリコンインゴットに対する不純物汚染防止性に優れ、かつ、高温下での形状安定性にも優れた多結晶シリコン製造用容器を提供する。【解決手段】少なくともシリコン融液と接触する面の構成成分が、溶融石英ガラス９９．７５重量％以上であり、Ａｌ含有量が１５０重量ｐｐｍ以上５５０重量ｐｐｍ以下、Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａの各含有量が２５重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする多結晶シリコン製造用容器を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリコン融液と接触する面の構成成分が、溶融石英ガラス９９．７５重量％以上であり、Ａｌ含有量が１５０重量ｐｐｍ以上５５０重量ｐｐｍ以下、Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａの各含有量が２５重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする多結晶シリコン製造用容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用基板等に使用される多結晶シリコンインゴットを凝固製造する際に用いられる容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池は、その使用材料に応じて種々に分類されるが、中でも、コストと性能のバランスの面から、多結晶シリコンを基板とするものが主流である。
太陽電池に用いられる多結晶シリコンは、高温で加熱溶融させたシリコン融液を容器内に注湯して凝固させたり、また、シリコン原料を容器内に入れて一旦溶融した後に再び凝固させたりすることによって製造される。
【０００３】
上記のようなシリコン原料を溶融して鋳造するために用いられる容器としては、溶融石英ガラス製やカーボン製のものが一般的である。
しかしながら、これらの容器に、直接、シリコン融液を充填させて鋳造すると、シリコンが凝固する際に、容器内表面にシリコンが固着する。
シリコンインゴットと容器とが固着していると、インゴットに圧縮応力が生じ、この応力により、インゴットにムラが生じる。また、インゴットの膨張に耐えられずに、容器が割れ、その際、インゴットにも割れが生じる場合があり、インゴットの歩留まりが低下する。また、シリコンと直接接触する容器内表面から、該容器の材料成分がシリコンインゴット中に不純物成分として移動し、シリコン特性を低下させる。
【０００４】
これに対しては、容器内表面に窒化ケイ素、シリカ、炭化ケイ素等の高純度粉を数十〜数百μｍの厚みで塗布しておくことにより、シリコンインゴットの容器からの離型性を向上させ、シリコンインゴットに発生する応力を緩和し、また、不純物成分の混入を抑制することができることが知られている。
また、例えば、特許文献１〜３には、溶融シリカ粉末からなる容器において、容器の原料であるシリカや溶融シリカ砂に不可避的に含まれるボロンがシリコン融液中に混入し、シリコンインゴットの純度を低下させるため、これを抑制するために、ストロンチウムや４ａ，５ａ，６ａ族元素を添加することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３１５１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１３０６８７号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の溶融石英ガラス製容器は、通常、不純物金属成分として、Ａｌが７００〜１０００重量ｐｐｍ、Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａが４０重量ｐｐｍ以上含まれている。このような量の不純物が含まれている溶融石英ガラス製容器は、１３００℃を超える高温下において、非晶質の石英ガラスの結晶化が進行し、変質による体積変化や耐食性の低下等を生じるという課題を有していた。
また、このような不純物金属成分が多く含まれる場合、該容器の内表面に、上記のような高純度粉末によるコート層を設けても、前記不純物金属成分は、前記コート層を通過して、シリコン融液中に拡散し、シリコンインゴット純度の低下を招く。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シリコンインゴットに対する不純物汚染防止性に優れ、かつ、高温下での形状安定性にも優れた多結晶シリコン製造用容器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る多結晶シリコン製造用容器は、少なくともシリコン融液と接触する面の構成成分が、溶融石英ガラス９９．７５重量％以上であり、Ａｌ含有量が１５０重量ｐｐｍ以上５５０重量ｐｐｍ以下、Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａの各含有量が２５重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
このような組成とすることにより、容器の材質からシリコン融液への金属不純物成分の混入を抑制することができ、また、適度に結晶化するため、高温下での容器の形状安定性に優れた容器となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る多結晶シリコン製造用容器によれば、製造される多結晶シリコンインゴットに対して、該容器の材質に由来する不純物金属成分による汚染を抑制することができる。また、適度に結晶化することにより、高温下での変形も抑制される。
したがって、前記多結晶シリコン製造用容器を用いれば、高純度の多結晶シリコンインゴットを歩留まりよく鋳造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係る多結晶シリコン製造用容器は、少なくともシリコン融液と接触する面の構成成分が溶融石英ガラス９９．７５重量％以上である溶融石英ガラス製容器であり、Ａｌ含有量が１５０重量ｐｐｍ以上５５０重量ｐｐｍ以下、Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａの各含有量が２５重量ｐｐｍ以下であることを特徴としている。
このような組成とすることにより、容器の材質からシリコン融液への金属不純物成分の混入を抑制することができ、また、Ａｌを所定量含有していることにより、高温下での容器の形状安定性を維持することができる。
【００１１】
上記のように、本発明に係る多結晶シリコン製造用容器は、溶融石英ガラス製容器である。ただし、必ずしも全体が溶融石英ガラス製でなくてもよく、少なくともシリコン融液と接触する面が溶融石英ガラス製であればよい。
【００１２】
前記溶融石英ガラスは、高純度であることが好ましく、本発明においては、容器の構成成分を溶融石英ガラス９９．７５重量％以上とする。また、不純物金属成分であるＦｅ，Ｎａ，Ｋ，ＭｇおよびＣａの各含有量は、２５重量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
このため、半導体用の高純度溶融石英ガラスを原料として用いることが好ましい。
これにより、アルカリ金属等による多結晶シリコンインゴットに対する不純物汚染を抑制することができる。
【００１３】
また、前記溶融石英ガラスのＡｌ含有量は、１５０重量ｐｐｍ以上５５０重量ｐｐｍ以下とする。
Ａｌも不純物金属成分であり、含有量が少ないことが好ましいが、一般に、石英ガラスは、高純度であると軟化しやすく、Ａｌ含有量が１５０重量ｐｐｍ未満の場合、１２５０℃を超える高温下において、容器が変形するおそれがある。
一方、Ａｌ含有量が５５０重量ｐｐｍを超える場合は、ガラスの結晶化が進む傾向にあり、石英ガラスがβ−クリストバライトに変質し、体積変化や耐食性の低下が生じやすくなる。
したがって、Ａｌを上記範囲内の量で含有することが好ましく、これにより、石英ガラスが適度に結晶化し、容器の形状を維持することができる程度の適度な強度が得られる。
【００１４】
前記溶融石英ガラス原料は、粒径が大きい場合は、ボールミルやクラッシャー等により、粉砕して用いる。ボールミルを用いる場合は、湿式および乾式のいずれでもよく、メディアとしては、アルミナ、ケイ石、シリカガラス等が用いられる。
クラッシャー等による粗粉砕を行う場合は、磁選やアンダーカット等により、ライニングから混入するＦｅ等の不純物成分を抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る多結晶シリコン製造用容器は、上記のようにして粒度を調整した溶融石英ガラス原料粉末を用いてスラリーを調製し、鋳込成形により成形し、焼成することにより得られる。
前記スラリーは、水またはアルコール等の分散媒中に、ポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルロース等の有機系バインダ等も適宜添加して、撹拌・混合し、均等なスラリーとして調製することが好ましい。なお、これらの添加剤は、焼成時に焼失するため、石英ガラス純度に影響を及ぼすことはない。
得られた成形体の焼成は、大気中、１０００〜１２００℃で行うことが好ましい。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
シリカ純度９９．９重量％の半導体用の溶融石英ガラス原料をケイ石ライニング、ケイ石ボールを用いて粉砕し、得られた粒径１ｍｍの原料粉末に、粒径１ｍｍ以下のアルミナ粉末を、表１に示す各実施例および比較例のＡｌ含有量の範囲に区分されるように添加して、分散媒として純水、バインダとしてポリビニルアルコールを用いて、スラリーを調製した。
このスラリーを用いて、鋳込成形し、室温で、湿度７０％雰囲気下で乾燥させ、肉厚２０ｍｍ、上面開放の一辺の長さが２００ｍｍの方形容器を成形した。
得られた成形体を大気中、１１００℃で焼成し、表１に示す各実施例および比較例のＡｌ含有量の範囲に区分される多結晶シリコン製造用容器を、それぞれ３０点ずつ作製した。
【００１７】
作製した各容器に、一定量の多結晶シリコン片を入れて、炉内にて１５００℃で１時間保持した後、取り出し、容器の変形状況、結晶化率および容器内のシリコン融液の純度の評価を行った。
なお、表１において、平均変形量は、変形が発生した容器について、容器上端の対面距離を測定し、その変化量の平均値とした。
また、結晶化率は、使用後の各容器から単位体積のサンプルを採取し、乳鉢で粉砕後、Ｘ線回折による結晶分析を行い、検量線から結晶化度を算出し、平均値を求めた。
また、シリコン融液の純度は、作製したシリコンインゴットの切断面の単位面積ごとの純度分析において、純度９９．９９９９重量％以上の部分が、９５％以上：○、９０％以上９５％未満：△、９０％未満：×とした。
これらの結果を表１にまとめて示す。
【００１８】
【表１】
2010083699.tif 000002
【００１９】
また、実施例１の容器について、各種不純物金属成分の含有量を測定したところ、Ｆｅ：１３ｐｐｍ、Ｎａ：１３ｐｐｍ、Ｋ：１６ｐｐｍ、Ｍｇ：６ｐｐｍ、Ｃａ：１６ｐｐｍであった。
【００２０】
表１に示した結果から分かるように、Ａｌ含有量が少ない容器（比較例１）は、ほとんど結晶化せず、変形が著しかった。
一方、Ａｌ含有量が多い容器（比較例２，３）は、結晶化率が高く、変形は少なかったが、シリコン融液へのＡｌの混入が著しく、純度が低くなった。
これに対して、実施例１に係る容器は、やや結晶化しており、比較例１に比べて、変形量が少なく、形状安定性が向上していることが認められた。また、シリコン融液への不純物金属成分の混入も抑制されていることが認められた。