(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットを簡便に製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】鋳型内の底面部上に板状の単結晶シリコンの種結晶を配置してＳｐ１２、該種結晶上に固体状態のシリコン塊を配するＳｐ１３。次に、シリコン塊を溶融させて、種結晶の上面を第１シリコン融液で覆うＳｐ１４。その次に、種結晶の上面が第１シリコン融液で覆われている状態において、鋳型の底面部側からの第１シリコン融液の冷却Ｓｐ３１、および鋳型内への第２シリコン融液の注入Ｓｐ３３を行う。そして、第１シリコン融液および第２シリコン融液が混合された第３シリコン融液に対して、鋳型の底面部側から上方に向かう一方向凝固Ｓｐ４を行わせることで、シリコンインゴットを製造する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の底面部上に板状単結晶シリコンの種結晶を配置して、該種結晶上に固体状態のシリコン塊を配する第１工程と、
前記シリコン塊を溶融させて、前記種結晶の上面を第１シリコン融液で覆う第２工程と、
前記種結晶の前記上面が前記第１シリコン融液で覆われている状態において、前記鋳型の前記底面部側からの前記第１シリコン融液の冷却、および前記鋳型内への第２シリコン融液の注入を行う第３工程と、
前記第１シリコン融液および前記第２シリコン融液が混合された第３シリコン融液に対して、前記鋳型の前記底面部側から上方に向かう一方向凝固を行わせる第４工程とを有するシリコンインゴットの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記鋳型の内周側面部と前記種結晶の外周部とが離れるように前記種結晶を前記鋳型の前記底面部上に配置する請求項１に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【請求項３】
前記第１工程において、下記式［Ｉ］を満足する前記鋳型内に下記式［ＩＩ］を満足する前記種結晶を配置する請求項２に記載のシリコンインゴットの製造方法。
［Ｉ］  ０．２１≦Ｓｂ／Ｓａ＜１
［ＩＩ］  Ｓｂ１／２／ｄ≦９．８
（但し、Ｓａ［ｍｍ２］：前記鋳型の前記底面部の面積、Ｓｂ［ｍｍ２］：前記種結晶の前記上面の面積、ｄ［ｍｍ］：前記種結晶の厚み）
【請求項４】
前記第３工程において、前記鋳型内への前記第２シリコン融液の注入を開始する前に、前記鋳型内における前記第１シリコン融液の冷却を開始することで、前記第１シリコン融液内に含有されている炭素を炭化珪素の形態で析出させる析出工程と、前記鋳型内への前記第２シリコン融液の注入によって、前記鋳型内の前記第１シリコン融液における炭素濃度を低減する注入工程とを順に行う請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【請求項５】
前記析出工程において、前記鋳型の下面側における第１冷却速度が前記鋳型の側面側における第２冷却速度よりも大きく、前記鋳型の下面側における温度の第１低下量が前記鋳型の側面側における温度の第２低下量よりも大きくなるように、前記第１シリコン融液を冷却する請求項４に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程において、前記鋳型の前記底面部上に、間隙を挟んで２以上の前記種結晶を配置する請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載のシリコンインゴットの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程において、前記鋳型の前記底面部上に、前記間隙を囲むように２以上の前記種結晶を配置する請求項６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、シリコンインゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。そして、太陽電池素子には、シリコン基板が半導体基板として広汎に適用されている。このシリコン基板は、単結晶または多結晶のシリコンインゴットがワイヤーソー装置等によって所望の厚さに薄切りにされることで得られる。
【０００３】
ところで、単結晶のシリコンインゴットの製造方法としては、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法およびフローティングゾーン（ＦＺ）法等が知られている。また、多結晶のシリコンインゴットの製造方法としては、例えば、キャスト法等が知られている。そして、多結晶のシリコンインゴットは、単結晶のシリコンインゴットよりも簡便に製造され得ることが一般に知られている。但し、半導体基板として多結晶のシリコン基板が用いられた太陽電池素子における光電変換効率は、結晶粒界等と言った結晶欠陥の存在に因って、単結晶のシリコン基板が用いられた太陽電池素子における光電変換効率よりも低いことが、一般的に知られている。
【０００４】
そこで、キャスト法を用いて、結晶粒界等の欠陥が少なく、結晶方位が揃ったシリコンインゴットを製造する方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１，２等を参照）。この製造方法では、鋳型内の底面に種結晶としての単結晶のシリコンが配置された状態で、シリコン融液を鋳型内に注入することで、種結晶を起点として該シリコン融液を一方向に凝固させる方法（シードキャスト法とも言う）が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９４７１８号公報
【特許文献２】特表２００９−５２３６９３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、シードキャスト法では、シリコン融液が鋳型内に注入される際に、鋳型内の底面に配置された種結晶に高温のシリコン融液が急に接触することで、局所的な熱膨張等に因って種結晶が割れ易い。また、鋳型内の底面に配置された種結晶の一部にシリコン融液が集中的に接触し続けることで、種結晶が局所的に溶融し易い。この場合、種結晶の割れおよび溶融が鋳型の底面まで到達すると、シリコンインゴットの底部の一部に相当する部分において種結晶を起点としない結晶成長が開始され得る。さらに、シリコン融液が鋳型内に注入される初期段階において、シリコン融液が種結晶の上面において外周部付近に飛散し易い。このとき、この外周部付近に飛散したシリコン融液が、急冷によって種結晶の結晶方位の影響を受けることなくランダムな結晶方位を有する形態で凝固し易い。これにより、種結晶を起点としない結晶成長がさらに生じ得る。すなわち、シードキャスト法では、シリコンインゴットの結晶性が低下し易い。
【０００７】
そこで、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットを簡便に製造することができる製造方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、一態様に係るシリコンインゴットの製造方法は、鋳型内の底面部上に板状単結晶シリコンの種結晶を配置して、該種結晶上に固体状態のシリコン塊を配する第１工程と、前記シリコン塊を溶融させて、前記種結晶の上面を第１シリコン融液で覆う第２工程と、前記種結晶の前記上面が前記第１シリコン融液で覆われている状態において、前記鋳型の前記底面部側からの前記第１シリコン融液の冷却、および前記鋳型内への第２シリコン融液の注入を行う第３工程と、前記第１シリコン融液および前記第２シリコン融液が混合された第３シリコン融液に対して、前記鋳型の前記底面部側から上方に向かう一方向凝固を行わせる第４工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のシリコンインゴットの製造方法によれば、鋳型内に配置された種結晶の一部に高温の第２シリコン融液が集中的に接触せず、第２シリコン融液が種結晶の上面における周縁部に飛散し難いため、種結晶を起点としない結晶成長が生じ難い。したがって、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットを簡便に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】シリコンインゴットの製造装置の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】冷却板の動作の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】シリコンインゴットの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】鋳型の内壁に離型材が塗布された状態を模式的に示す断面図である。
【図５】鋳型の底部に円形の種結晶が配された状態を模式的に示す断面図である。
【図６】鋳型の底部に円形の種結晶が配された状態を模式的に示す上面図である。
【図７】鋳型の底部に複数の種結晶が配列された状態を模式的に示す断面図である。
【図８】鋳型の底部に複数の種結晶が配列された状態を模式的に示す上面図である。
【図９】種結晶上にシリコン塊が充填された状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】坩堝内にシリコン塊が充填された状態を模式的に示す断面図である。
【図１１】鋳型内のシリコン塊が溶融された状態を模式的に示す断面図である。
【図１２】冷却板が鋳型保持部に接地された状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】坩堝内のシリコン塊が溶融された状態を模式的に示す断面図である。
【図１４】坩堝から鋳型にシリコン融液が注がれる様子を模式的に示す断面図である。
【図１５】シリコン融液が一方向に凝固する様子を模式的に示す断面図である。
【図１６】シリコンインゴットの断面を模式的に示す断面図である。
【図１７】ホウ素の濃度分布に応じた規格化した比抵抗（ρｂ値）の分布を例示する図である。
【図１８】ホウ素の濃度分布に応じた規格化した比抵抗（ρｂ値）の分布を例示する図である。
【図１９】シリコン融液の凝固形態の一例を模式的に示す図である。
【図２０】種結晶の寸法と種結晶の残存状況および単結晶領域の形成状態に係る評価結果との関係を示す図である。
【図２１】光電変換素子の受光面の外観を模式的に示す平面図である。
【図２２】光電変換素子の非受光面の外観を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２１および図２２にて一点鎖線XXIII−XXIIIで示した位置におけるＸＺ断面を示す図である。
【図２４】炭化ケイ素が析出する位置を模式的に示す図である。
【図２５】歪み緩和層が生じる領域を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態および変形例を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更され得る。なお、図１、図２、図４から図１６、図１９、図２４および図２５には、シリコンインゴットの製造装置の上方向（図１の図面視上方向）を＋Ｚ方向とする右手系のＸＹＺ座標系が付されている。また、図２および図１１から図１５では、冷却板１２３の動きが黒塗りの矢印で示されており、熱の移動が白抜きの矢印で示されており、加熱による熱の付与が斜線のハッチングが付された矢印で示されている。さらに、図１５および図１９では、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が進行する様子が太い破線の矢印で示されている。
【００１２】
＜(１)一実施形態＞
＜(１−１)シリコンインゴットの製造装置＞
図１で示されるように、シリコンインゴットを製造する製造装置１００は、上部ユニット１１０、下部ユニット１２０および制御部１３０を備えている。
【００１３】
上部ユニット１１０は、坩堝１１１、上部ヒーターＨ１ｕおよび側部ヒーターＨ１ｓを備えている。下部ユニット１２０は、鋳型１２１、鋳型保持部１２２、冷却板１２３、回転軸１２４、上部ヒーターＨ２ｕ、下部ヒーターＨ２ｌおよび測温部ＣＨＡ，ＣＨＢを備えている。坩堝１１１および鋳型１２１の素材は、シリコンの融点以上の温度において、溶融、変形および分解等が生じ難く、さらにシリコンとの反応が生じ難く、不純物が低減されたものであれば良い。
【００１４】
坩堝１１１は、本体部１１１ｂ、上部開口部１１１ｕｏ、内部空間１１１ｉおよび下部開口部１１１ｂｏを備えている。本体部１１１ｂは、全体が有底の略円筒形状のものである。なお、坩堝１１１の素材は、例えば、石英硝子等であれば良い。上部ヒーターＨ１ｕは、上部開口部１１１ｕｏの真上において平面視で円環状に配されている。側部ヒーターＨ１ｓは、本体部１１１ｂを側方から囲むように平面視で円環状に配されている。
【００１５】
ここで、シリコンインゴットの製造時には、坩堝１１１の内部空間１１１ｉに、例えば、上部開口部１１１ｕｏからシリコンインゴットの原料である固体状態の複数のシリコンの塊（シリコン塊とも言う）が充填される。なお、このシリコン塊は粉末状態のものを含んでいても良い。この内部空間１１１ｉに充填されたシリコン塊は、上部ヒーターＨ１ｕおよび側部ヒーターＨ１ｓによる加熱によって溶融される。そして、例えば、下部開口部１１１ｂｏ上に設けられたシリコン塊が加熱されて溶融されることで、内部空間１１１ｉ内の溶融したシリコン（シリコン融液とも言う）が下部開口部１１１ｂｏを介して下部ユニット１２０の鋳型１２１に向けて注がれる。なお、坩堝１１１に下部開口部１１１ｂｏが設けられず、坩堝１１１が傾斜されることで、坩堝１１１内からシリコン融液が鋳型１２１に向けて注がれる構成が採用されても良い。
【００１６】
鋳型１２１は、全体が有底の筒形状のものである。具体的には、鋳型１２１は、底部１２１ｂ、側壁部１２１ｓ、内部空間１２１ｉおよび鋳型１２１の上部に配されている上部開口部１２１ｏを備えている。底部１２１ｂおよび上部開口部１２１ｏは、例えば、略正方形状であれば良い。そして、底部１２１ｂおよび上部開口部１２１ｏの一辺は、例えば、３００ｍｍ以上で且つ８００ｍｍ以下程度であれば良い。上部開口部１２１ｏは、坩堝１１１から内部空間１２１ｉ内へのシリコン融液の注入を受け付ける。ここで、側壁部１２１ｓおよび底部１２１ｂの素材としては、例えば、シリカ等が採用され得る。側壁部１２１ｓは、さらに、例えば、炭素繊維強化炭素複合材料等、および断熱材としてのフェルト等と組み合わされることで形成されても良い。
【００１７】
また、図１で示されるように、上部ヒーターＨ２ｕは、鋳型１２１の上部開口部１２１ｏの真上において円環状に配されている。下部ヒーターＨ２ｌは、鋳型１２１の側壁部１２１ｓの＋Ｚ方向における下部から上部にかけた部分を側方から囲むように円環状に配されている。下部ヒーターＨ２ｌは、複数の領域に分割されて、各領域が独立して温度制御されるように構成されていても良い。
【００１８】
鋳型保持部１２２は、鋳型１２１を下方から保持するものであり、鋳型１２１の下面と密着している。鋳型保持部１２２の素材は、例えば、グラファイト等の伝熱性の高い材料であれば良く、さらに鋳型１２１の側壁部１２１ｓとの間に断熱部（不図示）を備えていても良い。これにより、側壁部１２１ｓよりも底部１２１ｂから冷却板１２３に優先的に熱が伝えられ得る。断熱部の素材は、例えば、フェルト等であれば良い。
【００１９】
冷却板１２３は、図２で示されるように、回転軸１２４の回転によって上昇し、鋳型保持部１２２の下面に接触する。なお、冷却板１２３が鋳型保持部１２２の下面に接触することを接地とも言う。冷却板１２３としては、例えば、中空の金属板等の内部に水あるいはガスが循環する構造のものであれば良い。シリコンインゴットの製造時には、内部空間１２１ｉにシリコン融液ＭＳが充填された状態で、冷却板１２３が鋳型保持部１２２の下面に接触することで、シリコン融液ＭＳから鋳型保持部１２２を介して冷却板１２３に熱が伝えられる抜熱が行われる。つまり、シリコン融液ＭＳが冷却板１２３によって底部１２１ｂ側から冷却される。
【００２０】
測温部ＣＨＡ，ＣＨＢは、温度を計測するための部分である。測温部ＣＨＡ，ＣＨＢは、例えば、アルミナ製の細い管で被覆された熱電対等によって温度に係る測定が可能であり、図示を省略する温度検知部において、各測温部ＣＨＡ，ＣＨＢにおいて生じる電圧に応じた温度が検出される。
【００２１】
ここで、測温部ＣＨＡは、下部ヒーターＨ２ｌの近傍に配されている。測温部ＣＨＢは、鋳型１２１の底部１２１ｂの中央部の下面付近に配されている。
【００２２】
制御部１３０は、製造装置１００の全体を制御する部分である。制御部１３０は、例えば、プロセッサ、メモリおよび記憶部等を有し、記憶部内に格納されているプログラムが、プロセッサによって実行されることで、各種制御が行われるものであれば良い。例えば、制御部１３０によって、上部ヒーターＨ１ｕ，Ｈ２ｕ、側部ヒーターＨ１ｓおよび下部ヒーターＨ２ｌの出力が制御される。なお、制御部１３０では、例えば、各測温部ＣＨＡ，ＣＨＢによって得られる温度および時間の経過のうちの少なくとも一方に応じて、各ヒーターＨ１ｓ，Ｈ１ｕ，Ｈ２ｌ，Ｈ２ｕの出力が制御される。
【００２３】
＜(１−２)シリコンインゴットの製造方法＞
次に、製造装置１００が用いられたシリコンインゴットの製造方法について説明する。図３で示されるように、本実施形態に係るシリコンインゴットの製造方法では、ステップＳｐ１〜Ｓｐ４の第１〜４工程が順に行われることで、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットが簡便に製造される。本実施形態では、ステップＳｐ１の第１工程では、ステップＳｐ１１〜Ｓｐ１４の４工程が順に行われ、ステップＳｐ３の第３工程では、ステップＳｐ３１〜Ｓｐ３３の３工程が順に行われる。図４から図１５では、各工程における鋳型１２１および坩堝１１１の少なくとも一方の状態が模式的に示されている。
【００２４】
＜(１−２−１)第１工程＞
ステップＳｐ１の第１工程では、鋳型１２１内の底面部上に板状単結晶シリコンの種結晶２００ｓが配置されて、この種結晶２００ｓの上に固体状態のシリコンであるシリコン塊ＰＳ１が配される。ここで、第１工程において順に行われるステップＳｐ１１〜Ｓｐ１４の４工程について説明する。
【００２５】
ステップＳｐ１１では、図４で示されるように、鋳型１２１の内壁面に離型材が塗布されることで離型材層Ｍｒ１が形成される。この離型材層Ｍｒ１の存在によって、第１シリコン融液ＭＳ１が凝固する過程における鋳型１２１の内壁へのシリコンインゴットの融着が低減される。離型材層Ｍｒ１の材質としては、例えば、窒化珪素、炭化珪素および酸化珪素等が採用され得る。離型材層Ｍｒ１は、例えば、窒化珪素、炭化珪素および酸化珪素の１以上を含むスラリーが、鋳型１２１の内壁に塗布もしくはスプレー等によってコーティングされることで形成され得る。ここで、スラリーは、例えば、窒化珪素、炭化珪素および酸化珪素のうちの何れか１つまたは２以上の混合物の粉末が、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の有機バインダーと溶剤とを主に含む溶液中に混合されたものが攪拌されることで形成され得る。
【００２６】
ステップＳｐ１２では、図５および図６で示されるように、鋳型１２１内の底面部上としての底部１２１ｂの内壁面上に種結晶２００ｓが配置される。ここでは、例えば、ステップＳｐ１１において鋳型１２１の内壁面に形成された離型材層Ｍｒ１が乾燥される際に、種結晶２００ｓが離型材層Ｍｒ１に貼り付けられれば良い。本実施形態では、種結晶２００ｓとしては、第１主面とこの第１主面とは反対側に位置する第２主面とを有している板状の単結晶シリコンが採用される。
【００２７】
ここで、種結晶２００ｓの上面における面方位は、例えば、ミラー指数における（１００）であれば良い。この場合、種結晶２００ｓが容易に製造され得るとともに、後述する第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際における結晶成長の速度が向上し得る。種結晶２００ｓの形状は、例えば、図６で示されるように、平面視した際に、円形状であれば良い。この場合、種結晶２００ｓの径は、例えば、１８０ｍｍ以上で且つ３００ｍｍ以下程度であれば良い。また、種結晶２００ｓの厚さは、第２シリコン融液ＭＳ２が鋳型１２１内に注入される際に、底部まで溶けない程度の厚さに設定される。種結晶２００ｓの厚さは、例えば、２０ｍｍ以上であり且つ４０ｍｍ以下程度であれば良い。
【００２８】
なお、種結晶２００ｓの盤面の形状は、例えば、略角形状であっても良い。この場合、各角部が面取りされていても良い。また、シリコンインゴットの底面積の大型化による鋳造効率の向上ならびに種結晶２００ｓの大型化の難しさ等が考慮されて、図７および図８で示されるように、鋳型１２１内の底面部上としての底部１２１ｂの内壁面上に複数の種結晶２００ｓが配置されても良い。この場合、各種結晶２００ｓの一辺は、例えば、１５０ｍｍ以上で且つ２００ｍｍ以下程度であれば良い。そして、例えば、図７および図８で示されるように、略正方形の盤面を有する４枚の種結晶２００ｓが、略正方形を成すように鋳型１２１の底部１２１ｂ上に敷き詰められる態様が採用され得る。この場合、例えば、鋳型１２１の底部１２１ｂ上の略中央に間隙ＧＡ２が形成されるように４枚の種結晶２００ｓが配列される態様が採用され得る。このような間隙ＧＡ２が設けられれば、後述する第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際に、間隙ＧＡ２の真上に位置する領域に歪みを緩和する領域（歪み緩和領域とも言う）が形成され、シリコンインゴットの結晶性の向上に資する。
【００２９】
ところで、種結晶２００ｓは、例えば、該種結晶２００ｓの外周部と鋳型１２１の内周側面部としての内壁の側面部とが間隙ＧＡ１を有して離隔するように配されれば良い。これにより、後述する第３シリコン融液ＭＳ３が凝固する際に、第３シリコン融液ＭＳ３と固体状態のシリコンとの境界Ｂｄ２が、上方向に張り出すような凸形状となり得る。このような第３シリコン融液ＭＳ３の凝固形態によって、第３シリコン融液ＭＳ３中における不純物が鋳型１２１の内周側面部近傍に排出され、シリコンインゴットの中央部分を中心とした広い範囲で、不純物の化合物の析出による転位および欠陥の発生が低減され得る。その結果、シリコンインゴットの結晶性が向上し得る。
【００３０】
具体的には、例えば、鋳型１２１内の底面積Ｓａ（単位：ｍｍ２）と、種結晶２００ｓの上面の面積（上面積とも言う）Ｓｂ（単位：ｍｍ２）と、種結晶２００ｓの厚さｄ（単位：ｍｍ）とが式〔Ｉ〕および〔II〕の関係を満たせば良い。底面積Ｓａは、鋳型１２１における底部１２１ｂの内壁面の面積である。なお、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に複数の種結晶２００ｓが敷き詰められる場合、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂは、複数の種結晶２００ｓの上面の合計の面積Ｓｂであれば良い。つまり、式〔Ｉ〕を満足する鋳型１２１内に、式〔II〕を満足する種結晶２００ｓが配置されれば良い。
【００３１】
０．２１≦Ｓｂ／Ｓａ＜１  ・・・〔Ｉ〕
Ｓｂ１／２／ｄ≦９．８  ・・・〔II〕。
【００３２】
ここで、式〔Ｉ〕で示されるように、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂを鋳型１２１内の底面積Ｓａで除して得られる値Ｓｂ／Ｓａが１未満であれば、種結晶２００ｓの外周部と鋳型１２１の内壁の側面部とが離隔され得る。また、Ｓｂ／Ｓａが０．２１以上であれば、後述する鋳型１２１内における第３シリコン融液ＭＳ３の凝固によって、ＸＹ断面の面積が十分大きな単結晶の領域（単結晶領域とも言う）を有するシリコンインゴットが生成され得る。なお、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂが小さければ、種結晶２００ｓの製造コストが低減し得る。その一方で、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂが大きければ、シリコンインゴットにおける単結晶領域が拡大し得る。すなわち、シリコンインゴットの結晶性が向上し得る。
【００３３】
また、上記〔II〕で示されるように、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂの平方根を種結晶２００ｓの厚さｄで除した値Ｓｂ１／２／ｄが９．８以下であれば、種結晶２００ｓが過度に薄い形状とはならない。これにより、後述する鋳型１２１内に配されたシリコン塊ＰＳ１の溶融および鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が行われる際に、種結晶２００ｓにおける溶融のばらつきが生じ難い。その結果、シリコンインゴットにおける単結晶領域が拡大し得る。すなわち、シリコンインゴットの結晶性が向上し得る。
【００３４】
ステップＳｐ１３では、図９で示されるように、ステップＳｐ１２において配置された種結晶２００ｓ上に固体状態のシリコン塊ＰＳ１が配される。ここでは、鋳型１２１内の下部の領域にシリコン塊ＰＳ１が充填されれば良い。ここで、シリコン塊ＰＳ１は、例えば、シリコンインゴットの原料の一部としてのポリシリコンの塊であれば良い。このポリシリコンの塊は、例えば、比較的細かいブロック状のシリコンの塊であれば良い。なお、種結晶２００ｓとシリコン塊ＰＳ１との合計の重量は、例えば、３ｋｇ以上で且つ２０ｋｇ以下程度であれば良い。
【００３５】
ステップＳｐ１４では、図１０で示されるように、坩堝１１１の内部空間１１１ｉにシリコン塊ＰＳ２が導入される。ここでは、坩堝１１１内の下部の領域から上部の領域に向けてシリコン塊ＰＳ２が充填されれば良い。このとき、例えば、シリコンインゴットにおいてドーパントとなる元素がシリコン塊ＰＳ２と混合されていれば良い。ここで、シリコン塊ＰＳ２は、例えば、シリコンインゴットの原料としてのポリシリコンの塊であれば良い。このポリシリコンの塊は、例えば、比較的細かいブロック状のシリコンの塊であれば良い。なお、ｐ型のシリコンインゴットが製造される場合、ドーパントとなる元素は、例えば、ホウ素およびガリウム等であれば良い。ｎ型のシリコンインゴットが製造される場合、ドーパントとなる元素は、例えば、リン等であれば良い。また、ここでは、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞ぐようにシリコン塊ＰＳ３が充填される。これにより、内部空間１１１ｉから下部開口部１１１ｂｏに至る経路が塞がれる。
【００３６】
なお、第２工程が開始される前に、鋳型保持部１２２の下面に冷却板１２３が接地されていない状態に設定される。
【００３７】
＜(１−２−２)第２工程＞
ステップＳｐ２の第２工程では、図１１で示されるように、鋳型１２１内に配されたシリコン塊ＰＳ１が溶融されて、種結晶２００ｓの上面が溶融状態の第１シリコン融液ＭＳ１に覆われた状態に設定される。ここでは、種結晶２００ｓよりも種結晶２００ｓ上のシリコン塊ＰＳ１が先に溶融することで、種結晶２００ｓの上面の全体が略均一に加熱され易く、種結晶２００ｓの上面側の表層部が略均一に溶融し得る。
【００３８】
具体的には、ここでは、例えば、鋳型１２１の上方および側方に配置された上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌによって、シリコン塊ＰＳ１が融点以上である１４１４℃以上で且つ１５００℃以下程度の温度域まで加熱されれば良い。このとき、例えば、下部ヒーターＨ２ｌの出力よりも上部ヒーターＨ２ｕの出力の方が高められることで、種結晶２００ｓよりもシリコン塊ＰＳ１の方が優先的に溶融されれば良い。種結晶２００ｓは、鋳型１２１の底部１２１ｂに密着しているため、種結晶２００ｓから底部１２１ｂへの熱伝達によって溶解せずに残存する。なお、このとき、上部ヒーターＨ２ｕによる加熱によって、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞いでいるシリコン塊ＰＳ３の一部分が溶融されて、鋳型１２１に滴下されても構わない。
【００３９】
＜(１−２−３)第３工程＞
ステップＳｐ３の第３工程では、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われている状態において、鋳型１２１の底面部側からの第１シリコン融液ＭＳ１の冷却、および鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が行われる。ここで、第３工程において順に行われるステップＳｐ３１〜Ｓｐ３３の３工程について説明する。
【００４０】
ステップＳｐ３１では、図１２で示されるように、鋳型保持部１２２の下面に冷却板１２３が接地される。これにより、第１シリコン融液ＭＳ１から鋳型保持部１２２を介した冷却板１２３への抜熱が開始される。つまり、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われている状態において、冷却板１２３による底部１２１ｂ側からの第１シリコン融液ＭＳ１の冷却が開始される。鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地の直前には、例えば、上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌの出力が低減されれば良い。この鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地によって、種結晶２００ｓの上面近傍において第１シリコン融液ＭＳ１が若干凝固され始めても良い。
【００４１】
ここで、鋳型保持部１２２の下面に冷却板１２３が接地されるタイミング（接地タイミングとも言う）は、例えば、第２工程における加熱の開始時点から予め設定された第１所定時間が経過したタイミングであれば良い。なお、接地タイミングは、例えば、シリコン塊ＰＳ１の溶融の開始時点から予め設定された第２所定時間が経過したタイミングであっても良い。シリコン塊ＰＳ１の溶融の開始は、例えば、製造装置１００に設けられた覗き穴等を介して視認され得る。また、接地タイミングは、例えば、測温部ＣＨＡ，ＣＨＢ等の製造装置１００内の測温部によって検出される温度に応じて制御されても良い。
【００４２】
ステップＳｐ３２では、図１３で示されるように、坩堝１１１内に配されたシリコン塊ＰＳ２が加熱によって溶融され、坩堝１１１内に第２シリコン融液ＭＳ２が貯留された状態に設定される。ここでは、例えば、坩堝１１１の上方および側方に配置された上部ヒーターＨ１ｕおよび側部ヒーターＨ１ｓによって、シリコン塊ＰＳ２が融点を超える１４１４℃以上で且つ１５００℃以下程度の温度域まで加熱されて、第２シリコン融液ＭＳ２とされれば良い。なお、坩堝１１１内のシリコン塊ＰＳ２が溶融され始めるタイミングは、例えば、接地タイミングの直後であれば良い。
【００４３】
ステップＳｐ３３では、図１４で示されるように、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞いでいるシリコン塊ＰＳ３が加熱されることで、シリコン塊ＰＳ３が溶融される。この加熱手段としてはヒーター等を用いても良い。これにより、坩堝１１１における内部空間１１１ｉから下部開口部１１１ｂｏに至る経路が開通した状態となる。その結果、坩堝１１１内の第２シリコン融液ＭＳ２が、下部開口部１１１ｂｏを介して鋳型１２１内に注がれる。このため、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われている状態において、鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が行われる。これにより、鋳型１２１内において、第１シリコン融液ＭＳ１と第２シリコン融液ＭＳ２とが混合されて、第３シリコン融液ＭＳ３となる。
【００４４】
このとき、鋳型１２１内の底面に配置された種結晶２００ｓの一部に第２シリコン融液ＭＳ２が集中的に接触しない。このため、局所的な熱膨張等に因る種結晶２００ｓの割れ、および種結晶２００ｓの溶融が鋳型１２１の底部１２１ｂ上まで到達する不具合の発生が低減され得る。また、第２シリコン融液ＭＳ２が鋳型１２１内に注入される初期段階において、第２シリコン融液ＭＳ２が種結晶２００ｓの上面において外周部付近に飛散する不具合が生じ難い。これにより、種結晶２００ｓを起点としないシリコンの結晶成長が生じ難い。すなわち、シリコンインゴットの結晶性が向上し易い。
【００４５】
ここで、シリコン塊ＰＳ３の加熱が開始されるタイミングは、例えば、第２工程における加熱の開始時点から予め設定された第３所定時間が経過したタイミングであれば良い。
【００４６】
＜(１−２−４)第４工程＞
ステップＳｐ４の第４工程では、図１５で示されるように、鋳型１２１内の第１シリコン融液ＭＳ１と第２シリコン融液ＭＳ２とが混合された第３シリコン融液ＭＳ３が底面部側から冷却される。これによって、第３シリコン融液ＭＳ３の底面部側から上方に向かう一方向の凝固（一方向凝固とも言う）が行われる。つまり、第１シリコン融液ＭＳ１と第２シリコン融液ＭＳ２とが混合された第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる。
【００４７】
このとき、例えば、製造装置１００内の測温部ＣＨＡ，ＣＨＢ等によって検出される温度に応じて、鋳型１２１の上方および側方に配置された上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌの出力が制御される。ここでは、上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌの付近の温度が、例えば、シリコンの融点の近傍程度に保持されれば良い。これにより、鋳型１２１の側方からのシリコンの結晶成長が生じ難く、上方としての＋Ｚ方向への単結晶シリコンの結晶成長が生じ易い。なお、このとき、例えば、複数に分割された下部ヒーターＨ２ｌを用いて、上部ヒーターＨ２ｕおよび分割された下部ヒーターＨ２ｌの一部によって第３シリコン融液ＭＳ３が加熱され、分割された下部ヒーターＨ２ｌの他の一部では第３シリコン融液ＭＳ３が加熱されないようにしても良い。
【００４８】
そして、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固がゆっくりと進行することで、鋳型１２１内においてシリコンインゴットが製造される。
【００４９】
＜(１−３)シリコンインゴットの具体例＞
図１６には、上述した本実施形態に係る製造方法によって製造されたシリコンインゴットの断面写真を模式的に示した断面図が例示されている。
【００５０】
ここでは、径が２２２ｍｍの略円形の盤面を有し且つ厚さが３０ｍｍである種結晶２００ｓが用いられるとともに、ドーパントとなる元素としてホウ素が用いられてｐ型のシリコンインゴットが製造された。そして、シリコンインゴットのＹ方向の略中央部が、バンドソーによってＸＺ平面に沿って薄切りにされることで、シリコンの板が形成された。その後、このシリコンの板に対して、鏡面仕上げ用のエッチング（ミラーエッチングとも言う）が施された。また、ミラーエッチングが施されたシリコンの板に対して、結晶欠陥を顕在化するためのエッチング（選択エッチングとも言う）が施された。その後に、シリコンの板の盤面が撮影されることで、図１６で示されるような断面写真が得られた。
【００５１】
ミラーエッチングでは、シリコンの板に対して、フッ硝酸溶液への１８０秒間の浸漬、水洗、フッ酸水溶液への３０秒間の浸漬、水洗および乾燥が順に施された。ここで、フッ硝酸溶液は、７０％硝酸と５０％フッ酸とが７：２の割合で混合されることで生成された。フッ酸水溶液は、純水と５０％フッ酸とが２０：１の割合で混合されることで生成された。また、選択エッチングでは、シリコンの板に対して、ＪＩＳ規格Ｈ０６０９に記載の選択エッチング液、すなわち７０％硝酸と９９％酢酸と５０％フッ酸と水とが、１：１２．７：３：３．７の割合で混合された溶液への５分間の浸漬、水洗および乾燥が順に施された。
【００５２】
図１６で示されるように、種結晶２００ｓが残存している領域（種結晶領域とも言う）Ａ１ｓｄ上に、幅Ｗｄ１を有する単結晶の領域（単結晶領域とも言う）Ａ１ｓｃが形成されていた。なお、幅Ｗｄ１は、２１７ｍｍであった。また、種結晶領域Ａ１ｓｄおよび単結晶領域Ａ１ｓｃの側方には転位および欠陥の比較的高い多結晶の領域（多結晶領域とも言う）Ａ１ｐが形成されていた。ここで、種結晶領域Ａ１ｓｄと単結晶領域Ａ１ｓｃとの境界Ｂｄ１は、目視による識別および顕微鏡の観察で得られるエッチピットの密度（ＥＰＤ）の明らかな変化によって確認された。なお、ＥＰＤの明らかな変化は、加熱によって種結晶２００ｓ内に生じる若干の転位によるものと推測された。図１６では、境界Ｂｄ１に沿って破線が付されている。また、単結晶領域Ａ１ｓｃは、ＥＢＳＤ（電子後方散乱回折法）による結晶方位の解析によって確認された。
【００５３】
また、種結晶領域Ａ１ｓｄの＋Ｚ方向における厚さＨＴ１は、シリコンインゴットの略中央部で約２６ｍｍと最も大きく、種結晶領域Ａ１ｓｄの±Ｘ方向の端部に近づけば近づく程、小さくなっていた。なお、種結晶領域Ａ１ｓｄの±Ｘ方向の端部近傍では、厚さＨＴ１は、約８ｍｍであった。そして、種結晶２００ｓの割れ、および種結晶２００ｓの溶融が鋳型１２１の底部１２１ｂ上まで到達する不具合が生じていないことが確認された。このような割れおよび不具合は、鋳型１２１内の底面に配置された種結晶２００ｓに第２シリコン融液ＭＳ２が集中的に接触しない本実施形態に係る製造方法によって生じなかったものと推定された。また、第２シリコン融液ＭＳ２が鋳型１２１内に注入される初期段階において、第２シリコン融液ＭＳ２が種結晶２００ｓの上面において外周部付近に飛散することで種結晶２００ｓを起点としないシリコンの結晶成長が生じる不具合が生じていないことが確認された。つまり、シリコンインゴットの外周部付近を除く広範囲にわたって結晶性に優れた単結晶領域Ａ１ｓｃが形成されることが分かった。さらに換言すれば、シリコンインゴットの広い範囲で結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットが製造され得ることが分かった。
【００５４】
また、上述した選択エッチングが施されたシリコンの板について、表面と裏面との間における電気抵抗が測定されることで、ドーパントとしてのホウ素の濃度分布に対応する比抵抗（ρｂ値）の分布が得られた。図１７には、シリコンインゴットの下面から上面まで至る距離を１００とした場合に、シリコンインゴットの下面からの距離が、３０、６０および９０である各部分における規格化したρｂ値の分布が示されている。図１７では、縦軸が規格化したρｂ値を示し、横軸がシリコンインゴットにおける横方向（±Ｘ方向）の位置を示している。そして、シリコンインゴットの下面からの距離が３０である部分における規格化したρｂ値の分布が一点鎖線で示されている。シリコンインゴットの下面からの距離が６０である部分における規格化したρｂ値の分布が破線で示されている。シリコンインゴットの下面からの距離が９０である部分における規格化したρｂ値の分布が実線で示されている。
【００５５】
図１７で示されるように、シリコンインゴットの下面からの距離に応じて、ρｂ値が低下することが確認された。これにより、シリコンインゴットの下面からの距離に応じて、ホウ素の濃度が高まることで、ρｂ値が低下しているものと推定された。このようなρｂ値の傾向は、第３シリコン融液ＭＳ３が凝固する際に、凝固の初期から凝固の終期にかけて、第３シリコン融液ＭＳ３中における不純物としてのホウ素の濃度が上昇する傾向を示すことと整合するものと考えられた。
【００５６】
また、シリコンインゴットの下面からの距離が同一であれば、シリコンインゴットの横方向（±Ｘ方向）の端部に近づけば近づく程、ρｂ値が低下する傾向が見られた。このため、鋳型１２１の底部１２１ｂからの距離が同一であれば、鋳型１２１の側壁部１２１ｓから離れれば離れる程、第３シリコン融液ＭＳ３がより早く凝固したものと推定された。なお、略円形の盤面を有する種結晶２００ｓの代わりに、図７および図８で示されるように、一辺が１５０ｍｍの略正方形の盤面を有し且つ厚さが４０ｍｍの４つの種結晶２００ｓが配列された場合にも、図１８で示されるように、同様な傾向の結果が得られた。但し、この場合、４つの種結晶２００ｓのうちの相互に隣接する２つの種結晶２００ｓの略中央部を含むＸＺ平面に沿った領域が、バンドソーによってＸＺ平面に沿って薄切りにされることで、シリコンの板が形成された。
【００５７】
このため、図１７および図１８で示される結果から、図１９で示されるように、第３シリコン融液ＭＳ３が凝固する際には、第３シリコン融液ＭＳ３と固体状態のシリコンとの境界Ｂｄ２が、上方向に張り出すような凸形状となっていたものと推定された。このような第３シリコン融液ＭＳ３の凝固形態によれば、第３シリコン融液ＭＳ３に含まれる不純物が、鋳型１２１の側壁部１２１ｓ側である内周側面部に偏析し易くなるものと推察された。その結果、図１６で示されたように、シリコンインゴットのうちの鋳型１２１内の側面部近傍の多結晶領域Ａ１ｐに不純物の析出物および欠陥等が形成されるものと推定された。そして、シリコンインゴットの中央部分を中心とした広い範囲で結晶性に優れた単結晶領域Ａ１ｓｃが形成されるものと推定された。
【００５８】
表１および図２０には、上述した本実施形態に係る製造方法に従って種結晶２００ｓの寸法を異ならせた９つの条件で製造された９つのシリコンインゴットについての種結晶２００ｓの残存状況および単結晶領域の形成状態に係る評価結果が例示されている。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
ここでは、底部１２１ｂの内壁面の形状が、一辺が約３５０ｍｍの略正方形である鋳型１２１が用いられた。このため、表１で示されるように、底部１２１ｂの内壁面の面積（底面積とも言う）Ｓａが、約１２２５００ｍｍ２とされた。そして、条件１，２では、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に、一辺が約３１３ｍｍの略正方形の盤面を有する４枚の種結晶２００ｓが敷き詰められた。また、条件３〜９では、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に、直径が約２２２、２０５、１８０または１５０ｍｍの略円形の盤面を有する１枚の種結晶２００ｓが載置された。つまり、種結晶２００ｓの上面積Ｓｂは、条件１，２では約９７９６９ｍｍ２、条件３〜６では約３８７０８ｍｍ２、条件７では約３３００６ｍｍ２、条件８では約２５４４７ｍｍ２、条件９では約１７６７１ｍｍ２とされた。これにより、上面積Ｓｂを底面積Ｓａで除した値（Ｓｂ／Ｓａ）は、条件１，２では約０．８０、条件３〜６では約０．３２、条件７では約０．２７、条件８では約０．２１、条件９では約０．１４とされた。また、種結晶２００ｓの厚さｄは、条件１，３では約４０ｍｍ、条件２，４では約３０ｍｍ、条件８では約２４ｍｍ、条件５，７，９では約２０ｍｍ、条件６では約１８ｍｍとされた。これにより、上面積Ｓｂの平方根を厚さｄで除した値（Ｓｂ１／２／ｄ）は、条件１では約７．８、条件２では約１０．４、条件３では約４．９、条件４，８，９では約６．６、条件５では約９．８、条件６では約１０．９、条件７では約９．１とされた。
【００６１】
そして、各シリコンインゴットの下面が観察されることで、種結晶２００ｓの残存状況が確認された。また、バンドソーによって各シリコンインゴットがＸＺ平面に沿って薄切りにされることでシリコンの板が形成され、該シリコンの板にミラーエッチングが施された後に、単結晶領域の大きさが目視によって確認された。
【００６２】
表１で示されるように、条件１，３，４，７に係るシリコンインゴットについては、加熱される前の種結晶２００ｓのうちの−Ｚ側の部分（底面部とも言う）の形状が殆どそのまま維持されていることが確認された。そして、種結晶２００ｓが残存している種結晶領域Ａ１ｓｄ上に、単結晶領域Ａ１ｓｃが広い範囲で形成されていることが確認された。すなわち、条件１，３，４，７によれば、広い範囲で結晶性に優れた単結晶領域Ａ１ｓｃが形成されている非常に良好なシリコンインゴットが得られることが分かった。したがって、条件１，３，４，７については、非常に良好な評価結果が得られた。また、条件５，８に係るシリコンインゴットについては、加熱される前の種結晶２００ｓの底面部のうちの外縁部の一部が溶融しているものの、種結晶２００ｓの底面部の形状がある程度維持されていることが確認された。そして、種結晶２００ｓが残存している種結晶領域Ａ１ｓｄ上に、単結晶領域Ａ１ｓｃがある程度広い範囲で形成されていることが確認された。すなわち、条件５，８によれば、ある程度広い範囲で結晶性に優れた単結晶領域Ａ１ｓｃが形成されている良好なシリコンインゴットが得られることが分かった。したがって、条件５，８については、良好な評価結果が得られた。
【００６３】
一方、条件２，６に係るシリコンインゴットについては、種結晶２００ｓがその底面部まで溶融している部分が条件５，８よりも広く確認された。そして、単結晶領域Ａ１ｓｃの形成範囲がある程度小さい状態にあることが確認された。さらに、条件９に係るシリコンインゴットについては、加熱される前から種結晶２００ｓの直径が過小であり、単結晶領域Ａ１ｓｃの形成範囲がある程度狭い範囲に限られることが確認された。
【００６４】
ここで、図２０で示されるように、条件１〜９に係るＳｂ／ＳａおよびＳｂ１／２／ｄの値をプロットすると、上述した式〔Ｉ〕および〔II〕を満たす場合に、シリコンインゴットにおける広い範囲で結晶性に優れた単結晶領域Ａ１ｓｃが形成されることが確認された。なお、図２０では、横軸がＳｂ／Ｓａの値を示し、縦軸がＳｂ１／２／ｄの値を示している。また、図２０では、評価結果が非常に良好であった条件１，３，４，７のプロットが二重の丸印、評価結果が良好であった条件５，８のプロットが普通の丸印、評価結果が他の場合と比べて良好でなかった条件２，６，９のプロットが三角印でそれぞれ示されている。そして、図２０では、上述した式〔Ｉ〕および〔II〕を満たす数値の範囲に、砂地のハッチングが付されている。
【００６５】
＜(１−４)太陽電池素子＞
上述した本実施形態に係る製造方法によって製造されたシリコンインゴットから切り出されるシリコン基板は、太陽電池素子１０の半導体基板として用いられ得る。
【００６６】
ここで、太陽電池素子１０の基本構成について説明する。図２１から図２３で示されるように、太陽電池素子１０は、光が入射する受光面（図２３における上面）１０ａと、この受光面１０ａの反対側の面である非受光面（図２３における下面）１０ｂとを有している。この太陽電池素子１０は、半導体基板１を有している。この半導体基板１は一導電型の半導体層である第１半導体層１ｐと、この第１半導体層１ｐの受光面１０ａ側に設けられた逆導電型の半導体層である第２半導体層１ｎとを有している。また、半導体基板１の受光面１０ａ側の第１主面１ａ上には、反射防止層２が設けられている。また、太陽電池素子１０は、半導体基板１の受光面１０ａ側の第１主面１ａ上に設けられた第１電極４と、半導体基板１の非受光面１０ｂ側の第２主面１ｂ上に設けられた第２電極５とを有している。
【００６７】
次に、太陽電池素子１０のより具体的な構成例について説明する。まず、半導体基板１として一導電型（例えば、ｐ型）を有するシリコン基板が用意される。シリコン基板としては、本発明に係るシリコンインゴットの製造方法によって製造されたシリコンインゴットが、所望の形状のブロックに切り出された後に、マルチワイヤーソー装置等が用いられて薄切りにされることで基板状にされたものが用いられ得る。半導体基板１の厚さは、例えば、３００μｍ以下であれば良く、さらに、２００μｍ以下であれば、資源の有効利用等による太陽電池素子１０の製造コストの低減が図られ得る。
【００６８】
シリコンインゴットの導電型がｐ型とされるためのドーパントとなる元素としては、例えば、ホウ素が用いられる。シリコンインゴットにおけるホウ素の濃度が、１×１０１６〜１×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］程度であれば、シリコン基板における比抵抗は、０．２〜２Ω・ｃｍ程度となる。シリコン基板に対するホウ素のドーピング方法としては、例えば、適量のホウ素元素の単体、あるいはホウ素の含有濃度が既知である適量のシリコン塊が、シリコンインゴットの製造時に混合される方法が採用されれば良い。
【００６９】
半導体基板１がｐ型の導電型を呈するシリコン基板である場合、半導体基板１における第１主面１ａ側の表層部にリン等の不純物が拡散されることで、第２半導体層１ｎが形成され得る。そして、第１半導体層１ｐと第２半導体層１ｎとはｐｎ接合領域を形成している。
【００７０】
反射防止層２は、受光面１０ａにおける所望の波長領域の光に対する反射率を低減させて、半導体基板１内に所望の波長領域の光が吸収され易くする役割を果たす。これにより、半導体基板１における光電変換によって生成されるキャリアの量が増大され得る。反射防止層２の素材としては、例えば、窒化シリコン、酸化チタンおよび酸化シリコン等が採用され得る。反射防止層２の厚さは、反射防止層２の素材によって適宜設定されることで、適当な入射光が殆ど反射しない条件（無反射条件とも言う）が実現されれば良い。例えば、半導体基板１がシリコン基板である場合、反射防止層２の屈折率は、１．８〜２．３程度であれば良く、反射防止層２の厚さは、５００〜１２００Å程度であれば良い。
【００７１】
半導体基板１の第２主面１ｂ側には、ＢＳＦ（Back-Surface-Field）領域１Ｈｐが設けられている。このＢＳＦ領域１Ｈｐは、半導体基板１の第２主面１ｂ側に内部電界を形成し、第２主面１ｂの近傍におけるキャリアの再結合を低減する役割を有している。これにより、太陽電池素子１０における光電変換効率の低下が低減され得る。ＢＳＦ領域１Ｈｐは、第１半導体層１ｐと同一の導電型を呈しており、ＢＳＦ領域１Ｈｐが含有する多数キャリアの濃度は、第１半導体層１ｐが含有する多数キャリアの濃度よりも高い。なお、半導体基板１がｐ型を呈する場合、例えば、半導体基板１の第２主面１ｂ側の表層部にホウ素またはアルミニウム等のドーパントとなる元素が拡散されることで、ＢＳＦ領域１Ｈｐが形成され得る。このとき、ＢＳＦ領域１Ｈｐにおけるドーパントの濃度は、例えば、１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であれば良い。
【００７２】
第１電極４は、図２１で示されるように、第１出力取出電極４ａと、複数の線状の第１集電電極４ｂとを有している。第１出力取出電極４ａの少なくとも一部は、第１集電電極４ｂと交差している。第１出力取出電極４ａの線幅は、例えば、１．３〜２．５ｍｍ程度であれば良い。一方、第１集電電極４ｂの線幅は、第１出力取出電極４ａの線幅よりも狭く、例えば、５０〜２００μｍ程度であれば良い。また、複数の第１集電電極４ｂは間隔を有して配されている。この間隔は、１．５〜３ｍｍ程度であれば良い。また、第１電極４の厚さは、１０〜４０μｍ程度であれば良い。なお、第１電極４には、複数の第１集電電極４ｂの一端部同士および他端部同士をそれぞれ繋ぐ線状の補助電極４ｃが含まれていても良い。補助電極４ｃの線幅は、例えば、第１集電電極４ｂの線幅と同等であれば良い。上記構成を有する第１電極４は、例えば、銀ペーストが、半導体基板１の第１主面１ａ上における所望のパターンの領域に塗布された後に、焼成されることで形成され得る。銀ペーストは、例えば、銀の粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクル等が混合されることで生成されれば良い。銀ペーストの塗布方法は、例えば、スクリーン印刷法等であれば良い。
【００７３】
第２電極５は、図２２で示されるように、第２出力取出電極５ａと第２集電電極５ｂとを有している。第２出力取出電極５ａの厚さは、例えば、１０〜３０μｍ程度であれば良い。第２出力取出電極５ａの線幅は、１．３〜７ｍｍ程度であれば良い。この第２出力取出電極５ａは、上述の第１電極４と同等の材質および製法で形成され得る。例えば、銀ペーストが、半導体基板１の第２主面１ｂ上における所望のパターンの領域に塗布された後に、焼成されることで形成され得る。また、第２集電電極５ｂの厚さは、１５〜５０μｍ程度であれば良い。この第２集電電極５ｂは、半導体基板１の第２主面１ｂの第２出力取出電極５ａが形成される領域の大部分を除く略全面に形成されている。この第２集電電極５ｂは、例えば、アルミニウムペーストが、半導体基板１の第２主面１ｂ上における所望のパターンの領域に塗布された後に、焼成されることで形成され得る。アルミニウムペーストは、例えば、アルミニウムの粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクル等が混合されることで生成されれば良い。アルミニウムペーストの塗布方法は、例えば、スクリーン印刷法等であれば良い。
【００７４】
＜(１−５)太陽電池素子の具体例＞
以下に、上述した本実施形態に係る太陽電池素子１０をさらに具体化した実施例について説明する。
【００７５】
ここでは、図１で示されたシリコンインゴットの製造装置および図３から図１５で示されたシリコンインゴットの製造方法が用いられて、シリコンインゴットが製造された。
【００７６】
シリコンインゴットの製造装置では、坩堝１１１の素材として、石英硝子が採用された。また、鋳型１２１は、側壁部１２１ｓの内部空間１２１ｉ側の部分および底部１２１ｂを含む第１層を有し、さらに、側壁部１２１ｓにおいて、第１層の周囲に第２層および第３層が順に配されているものが採用された。ここで、第１層の素材として、シリカが採用され、第２層の素材として、炭素繊維強化炭素複合材料が採用され、第３層の素材として、断熱材としてのフェルトが採用された。
【００７７】
種結晶２００ｓとしては、表裏面の面方位がミラー指数における（１００）である単結晶シリコンが準備された。具体的には、具体例１に係る種結晶２００ｓとして、径が２２２ｍｍであり且つ厚さが４０ｍｍである円盤状の単結晶シリコンが準備された。また、具体例２に係る種結晶２００ｓとして、一辺が１５０ｍｍであり且つ厚さが３０ｍｍである正方形状の盤面を有する単結晶シリコンの４隅が面取りされたような構成を有するものが４枚準備された。
【００７８】
まず、図４で示されたように、鋳型１２１の内壁面に離型材が、単位面積当りの塗布重量が約０．１ｇ／ｃｍ２となるように塗布されることで、離型材層Ｍｒ１が形成された。ここでは、平均粒径が約０．５μｍである窒化シリコンの粉末、平均粒径が約２０μｍである酸化シリコンの粉末、およびバインダー溶液としてのＰＶＡ水溶液が混合されてスラリー状とされた離型材が用いられた。
【００７９】
次に、鋳型１２１内の底面部上としての底部１２１ｂの内壁面上に種結晶２００ｓが配置された。ここでは、例えば、鋳型１２１の内壁面に形成された離型材層Ｍｒ１が乾燥される際に、種結晶２００ｓが離型材層Ｍｒ１に貼り付けられた。ここで、具体例１では、図５および図６で示されたように、種結晶２００ｓとしての円盤状の単結晶シリコンが、鋳型１２１の底部１２１ｂ上の略中央に配置された。このとき、種結晶２００ｓの外周部と鋳型１２１における側壁部１２１ｓの内周側面部とが間隙ＧＡ１を有するように離隔されている状態とされた。また、具体例２では、図７および図８で示されたように、４枚の種結晶２００ｓとしての略正方形の盤面を有する単結晶シリコンが、略正方形を成すように鋳型１２１の底部１２１ｂ上に敷き詰められた。より具体的には、鋳型１２１の底部１２１ｂ上の略中央に間隙ＧＡ２が形成されるように４枚の種結晶２００ｓが配列された。このとき、４枚の種結晶２００ｓの外周部と鋳型１２１における側壁部１２１ｓの内周側面部とが間隙ＧＡ１を有するように離隔されている状態とされた。
【００８０】
そして、図９で示されたように、鋳型１２１内の下部の領域において、種結晶２００ｓ上に比較的細かいシリコン塊ＰＳ１が充填された。このとき、具体例１では、１枚の種結晶２００ｓとシリコン塊ＰＳ１との合計の重量が、１０ｋｇとされた。具体例２では、４枚の種結晶２００ｓとシリコン塊ＰＳ１との合計の重量が、１０ｋｇとされた。また、図１０で示されたように、坩堝１１１内に総量が９０ｋｇの多数のシリコン塊ＰＳ２が投入された。
【００８１】
次に、鋳型１２１の周囲に配された上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌによって、鋳型１２１内のシリコン塊ＰＳ１が加熱によって溶解された。これにより、図１１で示されたように、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１に覆われた状態に設定された。このとき、第１シリコン融液ＭＳ１の温度は、約１４２０℃まで上昇された。
【００８２】
鋳型１２１におけるシリコン塊ＰＳ１のほぼ全てが溶解したタイミングで、図１２で示されたように、鋳型保持部１２２の下面に冷却板１２３が接地された。これによって、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われている状態において、冷却板１２３による底部１２１ｂ側からの第１シリコン融液ＭＳ１の冷却が開始された。その直後に、坩堝１１１の周囲に配置された上部ヒーターＨ１ｕおよび側部ヒーターＨ１ｓによって、坩堝１１１内に配されたシリコン塊ＰＳ２の加熱が開始された。これによって、図１３で示されたように、坩堝１１１内に配されたシリコン塊ＰＳ２が溶解されて、第２シリコン融液ＭＳ２が坩堝１１１内に貯留されている状態とされた。このとき、第２シリコン融液ＭＳ２の温度は、約１４２０℃まで上昇された。
【００８３】
坩堝１１１内に配されたシリコン塊ＰＳ２のほぼ全てが溶解したタイミングで、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞いでいるシリコン塊ＰＳ３が不図示のヒーター等の加熱手段によって加熱された。これにより、図１４で示されたように、シリコン塊ＰＳ３が溶融されて、坩堝１１１内の第２シリコン融液ＭＳ２が、下部開口部１１１ｂｏを介して鋳型１２１に注がれた。すなわち、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われている状態において、鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が行われた。これにより、鋳型１２１内において、第１シリコン融液ＭＳ１と第２シリコン融液ＭＳ２とが混合された第３シリコン融液ＭＳ３が生じた。
【００８４】
その後、図１５で示されるように、鋳型１２１内の第３シリコン融液ＭＳ３が底部１２１ｂ側から冷却されることで、第３シリコン融液ＭＳ３の底部１２１ｂ側から上方に向かう一方向凝固が生じた。このとき、上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌの付近の温度が、シリコンの融点の近傍である１４１３〜１４１４℃程度に保持された。なお、このとき、第３シリコン融液ＭＳ３は、上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌによって加熱された。これにより、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われ、その後、空冷されることで、鋳型１２１内にシリコンインゴットが作製された。
【００８５】
また、参考例として、鋳型１２１内の下部の領域に、シリコン塊ＰＳ１が配置されることなく、坩堝１１１内の第２シリコン融液ＭＳ２が、下部開口部１１１ｂｏを介して鋳型１２１に注がれることで、シリコンインゴットが作製された。このとき、種結晶２００ｓの配置は具体例１と同様な条件で行い、および鋳型１２１内のシリコン塊ＰＳ１の溶融以外の工程については、上記具体例１および具体例２と同様な条件で行われた。
【００８６】
ここで、具体例１および具体例２に係るシリコンインゴットの断面が目視によって観察されることで、種結晶２００ｓの割れ、および種結晶２００ｓの溶融が鋳型１２１の底部１２１ｂ上まで到達する不具合が生じていないことが確認された。さらに、具体例１、具体例２および参考例に係るシリコンインゴットの断面が目視によって観察されることで、具体例１および具体例２に係るシリコンインゴットの外周部近傍を除く広い範囲に種結晶２００ｓを起点として単結晶が成長していることが確認された。これに対して、参考例に係るシリコンインゴットの断面が目視によって観察されることで、参考例に係るシリコンインゴットの略全域が多結晶のシリコンによって構成され、種結晶２００ｓを起点として単結晶が成長していないことが確認された。
【００８７】
次に、具体例１、具体例２および参考例に係るシリコンインゴットが、シリコンインゴットの底面に平行な面に沿って薄切りにされることで、半導体基板１に相当するシリコン基板が作製された。そして、ここで得られたシリコン基板を半導体基板１とする太陽電池素子１０（図２１から図２３参照）が、以下の工程によって作製された。
【００８８】
ここでは、まず、シリコンインゴットがそれぞれ薄切りにされることで、シリコン基板が作製された。このとき、ワイヤーソー装置によって、厚さが２００μｍであり且つ一辺が１５０ｍｍの正方形の盤面を有するシリコン基板が作製された。このとき、シリコン基板の表層においてシリコンインゴットの切断時に生じたダメージ層が、水酸化ナトリウム溶液によるエッチングによって除去された。
【００８９】
次に、ドライエッチング法によって半導体基板１の第１主面１ａに微細な凹凸によるテクスチャ構造が形成された。そして、ＰＯＣｌ３が拡散源とされた気相熱拡散法によって第２半導体層１ｎならびに該第２半導体層１ｎ上の燐ガラスが形成された。このとき、第２半導体層１ｎのシート抵抗は、７０Ω／□であった。さらに、フッ酸溶液が用いられたエッチングによる燐ガラスの除去ならびにレーザービームによるｐｎ分離が行なわれた後に、第１主面１ａ上にＰＥＣＶＤ法によって反射防止層２としての窒化シリコン膜が形成された。
【００９０】
その後、半導体基板１の第２主面１ｂにアルミニウムペーストが略全面に塗布され、このアルミニウムペーストが焼成されることで、ＢＳＦ領域１Ｈｐと第２集電電極５ｂとが形成された。また、半導体基板１の第１主面１ａ上ならびに第２主面１ｂ上に銀ペーストが塗布され、この銀ペーストが焼成されることで、第１電極４と第２出力取出電極５ａとが形成された。これにより、太陽電池素子１０が作製された。
【００９１】
そして、具体例１、具体例２および参考例に係るシリコンインゴットから得られた半導体基板１が用いられた各太陽電池素子１０が対象とされて、光電変換効率の測定が行われた。この光電変換効率の測定は、ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９９８）に準拠して行われた。この測定結果が、表２に示されている。表２には、シリコンインゴットの下面から上面まで至る距離が１００とされた場合に、シリコンインゴットの下面からの距離が、１６、５０および８２である各部分の半導体基板１が用いられた各太陽電池素子１０についての光電変換効率が示されている。但し、表２に示されている光電変換効率は、シリコンインゴットの下面からの距離が８２の場合の参考例に係る太陽電池素子１０の光電変換効率を１００として規格化して示されている。
【００９２】
【表２】
2014162699.tif 000004
【００９３】
表２で示されるように、参考例に係る太陽電池素子１０の光電変換効率が、９４．７〜１００であったのに対して、具体例１および具体例２に係る太陽電池素子１０の光電変換効率は、１０２．１〜１０３．５であった。これらの結果から、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットから得られた半導体基板１が用いられた太陽電池素子１０について、光電変換効率が向上することが確認された。
【００９４】
＜(１−６)まとめ＞
以上のように、一実施形態に係るシリコンインゴットの製造方法では、鋳型１２１内で種結晶２００ｓ上に配されたシリコン塊ＰＳ１が溶融されて、種結晶２００ｓの上面が第１シリコン融液ＭＳ１で覆われた状態とされる。そして、その状態で、坩堝１１１から鋳型１２１内へ第２シリコン融液ＭＳ２が注入される。これにより、鋳型１２１内に配置された種結晶２００ｓに高温の第２シリコン融液ＭＳ２が集中的には接触しない。このため、種結晶２００ｓの割れ、および種結晶２００ｓの溶融が鋳型１２１の底部１２１ｂ上まで到達する不具合が生じ難い。また、第２シリコン融液ＭＳ２が鋳型１２１内に注入される初期段階において、第２シリコン融液ＭＳ２が種結晶２００ｓの上面において外周部付近に飛散することで種結晶２００ｓを起点としない結晶成長が生じる不具合も生じ難い。その結果、シリコンインゴットの外周部付近を除く広範囲にわたって結晶性に優れたシリコン単結晶が形成され得る。すなわち、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットが製造され得る。
【００９５】
また、種結晶２００ｓよりも種結晶２００ｓ上のシリコン塊ＰＳ１が先に溶融することで、種結晶２００ｓの上面の全体が略均一に加熱され易く、種結晶２００ｓの上面側の表層部が略均一に溶融し得る。つまり、種結晶２００ｓの上面に凹凸が生じて第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が阻害される不具合が生じ難い。さらに、ここでは、鋳型１２１内において種結晶２００ｓ上に配されるシリコン塊ＰＳ１の重量を調整することが可能であるため、鋳型１２１内において、種結晶２００ｓの上面を覆う第１シリコン融液ＭＳ１の高さが調整され得る。このため、第２シリコン融液ＭＳ２が鋳型１２１に注がれる際に第２シリコン融液ＭＳ２による種結晶２００ｓの割れおよび不均一な溶融が生じない範囲で、第１シリコン融液ＭＳ１の量が低減されれば、第１第１シリコン融液ＭＳ１の温度が容易に制御され得る。例えば、上部ヒーターＨ２ｕおよび下部ヒーターＨ２ｌによる加熱、ならびに鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地によって、第１シリコン融液ＭＳ１の温度が容易に制御され得る。
【００９６】
＜(２)その他＞
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００９７】
例えば、上記一実施形態に係る製造方法では、第１工程において、鋳型１２１内にシリコン塊ＰＳ１が充填された後に、坩堝１１１内にシリコン塊ＰＳ２が充填されたが、これに限られない。例えば、坩堝１１１内にシリコン塊ＰＳ２が充填された後に、鋳型１２１内にシリコン塊ＰＳ１が充填されても良い。
【００９８】
また、上記一実施形態に係る製造方法では、第３工程において、鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地、坩堝１１１内のシリコン塊ＰＳ２の溶融および鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が、この順で行われたが、これに限られない。例えば、坩堝１１１内のシリコン塊ＰＳ２の溶融が開始された後に、鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地が行われても良い。また、例えば、鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が開始された後に、鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地が行われても良い。さらに、例えば、鋳型保持部１２２の下面への冷却板１２３の接地と、鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入の開始とが略同時に行われても良い。
【００９９】
但し、第２工程では、上部ヒーターＨ２ｕ、下部ヒーターＨ２ｌおよび鋳型１２１の第２、３層に含まれる炭素と、第１シリコン融液ＭＳ１から蒸発したＳｉＯの蒸気とが反応して生じるＣＯガスが、第１シリコン融液ＭＳ１に溶け込む。ここで、第１シリコン融液ＭＳ１へのＣＯガスの溶け込みを低減するための蓋部等の構造物が設けられれば、第１シリコン融液ＭＳ１からの不純物の蒸発が阻害されるとともに、鋳型１２１内に熱が籠もり易く、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固の速度が低下し得る。また、製造装置１００に不純物の蒸発を促進するための排気経路等が付加されれば、製造装置１００の大型化、複雑化および製造コストの上昇等と言った種々の不具合が生じる。
【０１００】
そこで、第３工程において、鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が開始される前に、鋳型１２１内における第１シリコン融液ＭＳ１の冷却が開始されれば、種結晶２００ｓの溶融を制御できて、第１シリコン融液ＭＳ１内に含有されている炭素が炭化珪素の形態で析出される析出工程が実行され得る。なお、この析出工程は、上記一実施形態のステップＳｐ３１において実行され得る。これにより、種結晶２００ｓの近傍で凝固する第１シリコン融液ＭＳ１において炭化珪素が積極的に析出され、この炭化珪素の析出物を起点とした転位の発生が促進される。その結果、種結晶２００ｓの近傍において、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際に固化したシリコンにおいて生じる歪みを緩和する領域（歪み緩和領域とも言う）が形成され得る。この歪み緩和領域は、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固の初期段階における結晶性の向上に資する。また、この歪み緩和領域は、第１〜３シリコン融液ＭＳ１〜ＭＳ３における不純物を欠陥等によって捕捉する領域となり得る。その結果、シリコンインゴットの外周部を除く広い範囲に結晶性に優れた単結晶シリコンが生成され得る。
【０１０１】
そして、析出工程の後に、坩堝１１１から鋳型１２１内への第２シリコン融液ＭＳ２の注入が行われることで、鋳型１２１内の第１シリコン融液ＭＳ１が、炭素濃度が低められた第３シリコン融液ＭＳ３とされる。つまり、鋳型１２１内の第１シリコン融液ＭＳ１における炭素濃度が低減される注入工程が実行され得る。これにより、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際には、一方向凝固の終期まで第３シリコン融液ＭＳ３における炭素濃度が高まり難い。その結果、シリコンインゴットの上端部近傍に炭化珪素が析出し、シリコンインゴットの外周部を除く広い範囲において結晶性に優れた単結晶シリコンが形成され得る。すなわち、シリコンインゴットを占める結晶性に優れた単結晶シリコンの領域が増大され得る。
【０１０２】
上記のように製作されたシリコンインゴットのうち、炭化珪素の析出物、転位、欠陥および不純物が比較的多く含有された歪み緩和層を含むシリコンインゴットの外周部付近の領域が切除されることで、比較的大きな単結晶シリコンが取得され得る。すなわち、単結晶シリコンの製造における歩留まりが向上され得る。
【０１０３】
また、析出工程では、第１シリコン融液ＭＳ１が冷却板１２３によって底部１２１ｂ側から冷却される度合いが大きければ、種結晶２００ｓにより近い領域に炭化珪素が析出し易い。このため、析出工程では、冷却速度および温度の低下量が、鋳型１２１の側面側よりも鋳型１２１の下面側において大きくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却されれば良い。つまり、鋳型１２１の下面側における冷却速度（第１冷却速度）および温度の低下量（第１低下量）が、鋳型１２１の側面側における冷却速度（第２冷却速度）および温度の低下量（第２低下量）よりも大きくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却されれば良い。
【０１０４】
ここで、上記一実施形態に係る製造方法のうちの種結晶２００ｓの配置が省略された製造方法によって製造されたシリコンインゴットＩＧ２をバンドソーでＸＺ平面に沿って薄切りにし、得られたシリコンの板の盤面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。なお、ＳＥＭによる観察前に、シリコンの板にミラーエッチングが施された。この観察の結果、図２４で示されるように、シリコンインゴットＩＧ２の底面からの距離（高さとも言う）Ｈ１離れた領域ＡＲ１（図中の破線で示される線状の領域）に沿って１０μｍ程度の径を有する炭化珪素の析出物が集中して存在していることが確認された。
【０１０５】
また、ここで、析出工程における第１冷却速度、第２冷却速度、温度の第１低下量および温度の第２低下量を異ならせた製造条件で、シリコンインゴットＩＧ２を製造することで、領域ＡＲ１の高さＨ１の違いが確認された。
【０１０６】
ここで、３つの製造条件でシリコンインゴットＩＧ２が製造された際における、シリコン塊ＰＳ１の加熱が開始された時点から経過した時間と、測温部ＣＨＡ，ＣＨＢによって検出された温度との関係（温度履歴）について説明する。
【０１０７】
第１製造条件では、測温部ＣＨＢによる検出結果から得られた第１冷却速度および温度の第１低下量が、測温部ＣＨＡによる検出結果から得られた第２冷却速度および温度の第２低下量よりも小さくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却された。
【０１０８】
一方、第２製造条件では、第１冷却速度および温度の第１低下量が、第２冷却速度および温度の第２低下量よりも若干大きくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却された。
【０１０９】
また、第３製造条件では、第１冷却速度および温度の第１低下量が、第２冷却速度および温度の第２低下量よりも数倍程度大きくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却された。
【０１１０】
このように第１冷却速度、第２冷却速度、温度の第１低下量および温度の第２低下量を異ならせた結果、領域ＡＲ１の高さＨ１は、第１製造条件によれば、３５ｍｍとなり、第２製造条件によれば、２５ｍｍとなり、第３製造条件によれば、１２ｍｍとなった。つまり、第１冷却速度および温度の第１低下量が、第２冷却速度および温度の第２低下量よりも大きくなるように第１シリコン融液ＭＳ１が冷却されれば、領域ＡＲ１の高さＨ１が低くなることが確認された。また、第１冷却速度および温度の第１低下量が、第２冷却速度および温度の第２低下量よりも大きくなる程、領域ＡＲ１の高さＨ１が低くなることが確認された。これにより、シリコンインゴットＩＧ２の良品領域を多く確保できることがわかった。
【０１１１】
また、上記一実施形態では、第１工程において略正方形の盤面を有する４枚の種結晶２００ｓが略正方形を成すように鋳型１２１の底部１２１ｂ上に敷き詰められる態様について説明されたが、これに限られない。例えば、９枚、２５枚等の２枚以上の種結晶２００ｓが鋳型１２１の底部１２１ｂ上に敷き詰められても良い。この場合、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に２以上の種結晶２００ｓが間隙を挟んで配置されれば、図２５で示されるように、シリコンインゴットのうちの間隙の真上において＋Ｚ方向に伸びる特定の領域Ａ２に転位および欠陥を集中させることが可能である。なお、２以上の種結晶２００ｓの盤面の形状は、例えば、略角形状であれば良い。
【０１１２】
この特定の領域Ａ２は、２以上の種結晶２００ｓの間の間隙の部分を起点として生じ得る。具体的には、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際に、２以上の種結晶２００ｓの間の間隙部分から結晶欠陥（転位クラスター）が発生する。このとき、隙間部分から結晶成長が生じると、多結晶シリコンが成長する領域が生じ得るが、一方向凝固における結晶成長の方向である＋Ｚ方向に結晶欠陥も伸びるように形成され易い。このため、隙間の真上の位置において＋Ｚ方向に伸びる特定の領域Ａ２に転位および欠陥が集中して生じ得る。
【０１１３】
そして、この特定の領域Ａ２は、第３シリコン融液ＭＳ３の一方向凝固が行われる際に固化したシリコンに生じる歪みを緩和する領域（歪み緩和領域とも言う）として機能する。また、この歪み緩和領域Ａ２は、第１〜３シリコン融液ＭＳ１〜ＭＳ３における不純物を欠陥等によって捕捉する領域となり得る。その結果、シリコンインゴットの外周部および歪み緩和領域Ａ２を除く広い範囲に結晶性に優れた単結晶シリコンが生成され得る。具体的には、各種結晶２００ｓの真上に単結晶領域Ａ１ｓｃが形成され得る。そして、このように製作されたシリコンインゴットのうち、歪み緩和領域Ａ２およびシリコンインゴットの外周部付近の領域が切除されることで、比較的大きな結晶性に優れた単結晶シリコンが取得され得る。
【０１１４】
上記歪み緩和領域Ａ２を生じさせる２以上の種結晶２００ｓの間の間隙は、例えば、スリット状の間隙であっても良いし、２以上の種結晶２００ｓによって囲まれる間隙であっても良い。２以上の種結晶２００ｓによって囲まれる間隙としては、例えば、図７および図８で示されるような４以上の種結晶２００ｓによって囲まれる間隙ＧＡ２が採用され得る。このような２以上の種結晶２００ｓによって囲まれる間隙ＧＡ２が形成される態様では、歪み緩和領域Ａ２が形成される領域が比較的小さな領域に限定され得る。これにより、シリコンインゴットから単結晶シリコンが切り出される際に、切除される歪み緩和領域Ａ２が小さくなるため、単結晶シリコンの製造における歩留まりが向上され得る。なお、２以上の種結晶２００ｓによって囲まれる間隙は、種結晶２００ｓの表裏面の形状が適宜調整されることで、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に配置される２以上の任意の数の種結晶２００ｓによって形成され得る。すなわち、第１工程において、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に間隙ＧＡ２を囲むように２以上の種結晶２００ｓを配置することが出来る。
【０１１５】
ところで、上記特許文献２の技術では、鋳型の底部上に多数の種結晶が隙間無く敷き詰められる態様が採用されている。この態様では、多数の種結晶の間において結晶方位のズレがあれば、シリコンの一方向凝固の成長とともに、各種結晶上に形成される単結晶領域どうしが衝突する界面付近において、シリコンの凝固によって生じる歪みに起因する欠陥およびクラックが発生し得る。これに対し、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に間隙を挟むように、または間隙ＧＡ２を囲むように２以上の種結晶２００ｓが配置される態様では、欠陥が特定の領域としての歪み緩和領域Ａ２に集中し得る。これにより、シリコンの凝固によって生じる歪みが歪み緩和領域Ａ２で緩和され得る。このため、このような態様では、第１工程において鋳型１２１の底部１２１ｂ上に２以上の種結晶２００ｓが配置される際に、２以上の種結晶２００ｓが精密に配置されなくても良い。したがって、第１工程が容易に実行され得る。
【０１１６】
なお、上記一実施形態およびその他の各種態様をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  製造装置
１１１  坩堝
１２１  鋳型
１２１ｂ  底部
１２２  鋳型保持部
１２３  冷却板
１３０  制御部
２００ｓ  種結晶
Ａ１ｐ  多結晶領域
Ａ１ｓｃ  単結晶領域
Ａ１ｓｄ  種結晶領域
Ａ２  歪み緩和領域
Ｂｄ１，Ｂｄ２  境界
ＧＡ１，ＧＡ２  間隙
ＩＧ２  シリコンインゴット
ＭＳ１  第１シリコン融液
ＭＳ２  第２シリコン融液
ＭＳ３  第３シリコン融液
ＰＳ１〜ＰＳ３  シリコン塊
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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