(57)【要約】【課題】比抵抗バラツキが小さく、品質が均一で特性に優れた半導体インゴットの製造方法を提案する。【解決手段】第一導電型を規定する第一ドーパント材１０６を含有する半導体融液１０７を、鋳型１０３内で所定方向に凝固させてなる半導体インゴットの製造方法において、前記凝固過程で、前記第一導電型と逆の第二導電型を規定する第二ドーパント材１０９を、前記半導体融液１０７中に供給するものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型を規定する第一ドーパント材を含有する半導体融液を、鋳型内で所定方向に凝固させてなる半導体インゴットの製造方法において、
前記凝固過程で、前記第一導電型と逆の第二導電型を規定する第二ドーパント材を、前記半導体融液中に供給することを特徴とする半導体インゴットの製造方法。
【請求項２】
前記第二ドーパント材は、前記鋳型の内表面で凝固開始前の前記半導体融液液面よりも上方に形成され、前記凝固過程で液面が上昇した前記半導体融液に溶けることを特徴とする請求項１に記載の半導体インゴットの製造方法。
【請求項３】
前記凝固過程で前記半導体融液の液面を測定し、該測定値に応じて前記第二ドーパント材を前記半導体融液中に供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体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、半導体インゴットの製造方法に関し、特に半導体インゴットの比抵抗を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池用半導体基板としてシリコンインゴットが多く用いられており、太陽電池のさらなる高性能化のため、その品質のさらなる向上が求められている。
【０００３】
その中で、シリコンインゴットの比抵抗を所定範囲内に調整するために、特定の計算式でドーパント量を算出して、シリコン融液中にＩＩＩ価あるいはＶ価の不純物元素であるドーパント材を添加する手法が用いられている。このドーパント材は、通常、不純物元素を高濃度に含んだ粒状シリコン結晶の形で供給され、これをシリコン材料と同時に融解して、所望のドーパント濃度をもつシリコン融液を得る。
【０００４】
このようなシリコン融液を凝固させた際、結晶成長方向において比抵抗値の変動が生じるという問題がある。
【０００５】
すなわち、シリコン融液中のドーパント元素は、凝固成長に際して偏析現象により一定の比率でシリコン固体結晶中に取り込まれていく。このときの結晶中のドーパント濃度（ＣS）は、ＣS＝ｋＣL （ｋ：偏析係数、ＣL：融液中のドーパント濃度）で表されるが、鋳型底部から上方にかけて一方向凝固する場合、比抵抗を低下させるドーパント濃度は鋳型底部から上方にかけて上昇する。従って、その比抵抗は鋳型底部が最も高く、高さ方向に減少する。それ故、所望の比抵抗値の範囲を逸脱し、その部分は製品として使用できなくなるという問題が生じていた。
【０００６】
この問題に対しては、ＣＺ法による単結晶シリコンを育成する場合の比抵抗調整技術として、以下のような方法が提案されている。
【０００７】
例えば、第一ドーパント材を含むシリコン融液から単結晶を引き上げる途中で、第一ドーパント材とは逆の導電型を呈する第二ドーパント材を供給する方法（例えば、特許文献１参照）、或いは、初期シリコン融液に、第一ドーパント材のホウ素濃度に対して２５〜３５％の濃度の第二ドーパント材のリンを添加する方法（例えば、特許文献２参照）、などによってシリコンインゴット全体の比抵抗値の均一化を図るものが挙げられる。
【特許文献１】特開平７−３０９６９３号公報
【特許文献２】特開２００３−１３７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような単結晶を引き上げる途中で逆の導電型を呈する第二ドーパント材を供給する方法では、第二ドーパント材を供給するタイミングによって、引き上げられたシリコン単結晶のテール部の比抵抗は大きく変動してしまうという問題がある。特に、引上げ高さからシリコン凝固率を推定容易なＣＺ法とは異なり、キャスト法によって鋳型底部からシリコン融液を凝固させる場合、外部から固液界面を観察することが難しく、第二ドーパント材を供給するタイミングを制御することが極めて困難であった。
【０００９】
また、特許文献２のような初期融液に予め第二ドーパント材を添加する方法では、シリコンインゴットの種々の品質特性を制御するための諸条件（温度プロファイル、シリコンの引上げ速度及び種結晶の回転速度など）は比抵抗均一化を実現させる為だけの条件として限定されてしまい、その他の品質特性を向上させるための諸条件を同時に満たすことは難しいと考えられ、インゴット品質の均質化という観点から見た時にも好ましい方法とは言えなかった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、キャスト法により半導体インゴットを製造する方法において、比抵抗ばらつきが小さく品質が均一で特性に優れた半導体インゴットを得るための方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体インゴットの製造方法は、第一導電型を規定する第一ドーパント材を含有する半導体融液を、鋳型内で所定方向に凝固させてなるものにおいて、前記凝固過程で、前記第一導電型と逆の第二導電型を規定する第二ドーパント材を、前記半導体融液中に供給することを特徴とする。
【００１２】
また、前記第二ドーパント材は、前記鋳型の内表面で凝固開始前の前記半導体融液液面よりも上方に形成され、前記凝固過程で液面が上昇した前記半導体融液に溶けることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記凝固過程で前記半導体融液の液面を測定し、該測定値に応じて前記第二ドーパント材を前記半導体融液中に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体インゴットの製造方法は、第一導電型を規定する第一ドーパント材を含有する半導体融液を、鋳型内で所定方向に凝固させてなるものにおいて、前記凝固過程で、前記第一導電型と逆の第二導電型を規定する第二ドーパント材を、前記半導体融液中に供給することから、主添加材である第一ドーパント材の見かけの偏析係数を大きくできるので、比抵抗バラツキが小さく品質が均一な半導体インゴットを製造することができる。
【００１５】
また、前記第二ドーパント材は、前記鋳型の内表面で凝固開始前の前記半導体融液液面よりも上方に形成され、前記凝固過程で液面が上昇した前記半導体融液に溶けるようにしたことから、半導体融液が凝固による膨張を想定して第二ドーパント材の形成位置を調整するという簡易な方法によって、溶け出す第二ドーパント材のタイミング及び量を制御することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記凝固過程で前記半導体融液の液面を測定し、該測定値に応じて前記第二ドーパント材を前記半導体融液中に供給することから、凝固の進行に応じて適量の第二ドーパント材を供給することができ、比抵抗バラツキをより効果的に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
＜製造装置＞
図２は一般的なシリコン鋳造装置の構成を示す概略断面図、図３はシリコン鋳造装置における凝固部の概略断面図である。図中の１０１ａは溶融坩堝、１０１ｂは保持坩堝、１０２は注湯口、１０３は鋳型、１０４は加熱手段、１０５はシリコン材料（半導体材料）、１０６は第一ドーパント材、１０７はシリコン融液（半導体融液）、１０８は離型材層、１１０は鋳型断熱材、１１１は冷却手段、１１２は鋳型加熱手段を示す。
【００１９】
図２に示すように、溶融坩堝１０１ａは、投入された第一ドーパント材１０６とシリコン材料１０５を内部に保持して加熱溶融したシリコン融液を鋳型１０３に注ぐものである。なお、溶融坩堝１０１ａで溶融されて鋳型１０３に注がれたシリコン融液１０７が冷却・凝固したシリコンインゴットは、例えば太陽電池用多結晶シリコン基板材料などに用いられる。また、第一ドーパント材１０６はドーピング元素そのものであってもよいし、あるいは予めドーピング元素が高い濃度でドープされているシリコン材料であっても構わない。
【００２０】
溶融坩堝１０１ａは、溶融したシリコン融液内に不純物を含有させないように、公知の高純度石英などを利用することができるが、シリコン材料の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解などを生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度であれば特に限定されない。また、溶融坩堝１０１ａは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイトなどからなる保持坩堝１０１ｂで保持される。また、溶融坩堝１０１ａ、保持坩堝１０１ｂの寸法は、一度に溶融する溶融量に応じたシリコン材料を内包できる寸法とする必要がある。シリコン材料の溶融量は、例えば１ｋｇから２５０ｋｇの範囲とする。
【００２１】
溶融坩堝１０１ａ、保持坩堝１０１ｂの周囲には加熱手段１０４が配置されている。加熱手段１０４によって、溶融坩堝１０１ａ内部のシリコン材料を加熱溶融して、シリコン融液が得られる。なお、加熱手段１０４としては、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどを用いることができる。
【００２２】
図３に示すように、上記の溶融坩堝１０１ａ、保持坩堝１０１ｂの下部に配置される鋳型１０３は、上方に向かって開放した開放部を有し、注がれたシリコン融液をこの開放部によって受けるとともに、その内部においてこのシリコン融液を保持しつつ、下方から上方へ向けて一方向凝固させる役割を有する。
【００２３】
この鋳型１０３は、黒鉛、酸化珪素などからなり、一体成型鋳型や、分割、組み立て可能な分割鋳型などで構成される。また、鋳型１０３の内面には離型材層１０８を設ける。鋳型１０３の内部のシリコン融液１０７を凝固した後に、鋳型１０３の内壁とシリコンインゴットとが融着することを抑制することができる。離型材層１０８の材質としては、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素などによって形成することができる。この離型材層１０８を設ける方法としては、上述の粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合して攪拌してスラリーとし、塗布もしくはスプレーなどの手段でコーティングする周知の手法を用いればよい。
【００２４】
鋳型１０３の周りには、鋳型側面からの抜熱を抑制するため鋳型断熱材１１０が設置される。鋳型断熱材１１０は耐熱性、断熱性等を考慮してカーボンフェルト等の材質が一般的に用いられる。また、鋳型１０３の下方には注がれたシリコン融液を下方から抜熱して冷却・固化するために、金属板の内部に水などの冷媒を循環させる冷却板等の冷却手段１１１を設置しても良い。さらに、鋳型１０３を上方から加熱可能な、カーボンヒーター等から成る鋳型加熱手段１１２を配置しても良く、これによって鋳型１０３に注いだシリコン融液１０７の表面を適度に加熱し、下方から上方に向けた温度勾配をより正確に制御することができる。このとき、固体シリコンの密度が２．３３ｇ/ｃｍ３なのに対し、液体シリコンの密度が２．５４ｇ/ｃｍ３であり、液体が固化する際に１割弱もの体積膨張が生じるため、一方向凝固させることにより、凝固とともに増える体積を上へ逃がしながら凝固させることができる。そのため、凝固が進むにつれてシリコン融液表面は上昇する。
【００２５】
なお、これらの鋳造装置は、真空容器（不図示）内に配置し、不活性ガス等の還元雰囲気下で行うようにすることが、不純物の混入や酸化を防ぐ点で望ましい。
【００２６】
＜第一の実施形態＞
以下、図１を用いて、本発明の半導体インゴットの製造方法に係る第一の実施形態を説明する。なお、第一ドーパント材１０６をＰ型ドーパント（第一導電型）とし、第一ドーパント材１０６と逆の第二導電型を有する第二ドーパント材１０９をＮ型ドーパントとして説明する。
【００２７】
図１に示すように、離型材層１０８が形成された鋳型１０３の内表面で、凝固開始前の半導体融液１０７の液面よりも上方に、第二ドーパント材１０９が固着形成されている。
【００２８】
第二ドーパント材１０９として、例えばＮ型単結晶シリコンのトップ、テールなどのスプラップ材を粉砕、洗浄して形成した微細粉末を、適当な有機バインダーで混合、攪拌して作製したスラリー状の材料を用いる。このスラリー状の第二ドーパント材１０９を、凝固前（凝固率０％）のシリコン融液表面付近から最終凝固（凝固率１００％）したときのシリコン融液表面までに位置する任意の範囲内に塗布する。このように、Ｎ型の第二ドーパント材１０９の塗布位置をシリコン融液の上部側、さらには凝固前のシリコン融液表面よりも上部の領域に設定することによって、シリコン融液の凝固初期時においては第二ドーパント材１０９からのドナー元素の溶出量が抑えられ、主添加材であるＰ型元素の見かけの偏析係数は変わらないので、シリコンインゴット底部の比抵抗値が所望の値より大きくずれることはない。そして、シリコン融液の凝固が進むとシリコン融液が上昇するため、Ｎ型の第二ドーパント材１０９からのドナー元素の溶出量が多くなり、主添加材であるＰ型元素の見かけの偏析係数を大きくできるので、比抵抗の低下を抑えることができ、比抵抗のバラツキが小さく、品質が均一な多結晶シリコンインゴットを製造することができる。
【００２９】
また、第二ドーパント材１０９が固着する位置は、凝固前（凝固率０％）のシリコン融液表面より上部の位置から最終凝固（凝固率１００％）したときのシリコン融液表面までに位置する任意の範囲内にあったほうが望ましい。このように、凝固前（凝固率０％）のシリコン融液表面より上の位置に第二ドーパント材１０９を固着させておけば、シリコン融液が凝固膨張して、そのシリコン融液表面が上昇しドーパント材の固着位置に到達するまでの間に、ドーパント材１１３からドナー元素がシリコン融液中に溶出し、シリコンインゴット底部の比抵抗値が所望の値より大きくずれることを確実に抑制することができる。
【００３０】
さらに、シリコン融液の凝固率が５０％のときにおけるシリコン融液表面から最終凝固（凝固率１００％）したときのシリコン融液表面までに位置する任意の範囲内であればより望ましく、比抵抗のバラツキが小さく、品質が均一な多結晶シリコンインゴットを製造することができ、さらには製造条件の自由度が制約されることはなく、凝固速度をコントロールすべく種々の温度条件も自由に変更することができるので、太陽電池特性を向上させるための諸条件を同時に満たすことも可能となる。
【００３１】
また、第二ドーパント材１０９中のＮ型不純物濃度は、第一ドーパント材１０６中のＰ型不純物濃度の２０％以上４０％未満に設定するのが望ましい。Ｎ型不純物濃度が２０％より小さいの場合は、Ｐ型不純物を打ち消す効果が減少し、また、Ｎ型不純物濃度が４０％以上の場合は、インゴット上部において比抵抗が大きく上昇したり、導電型の逆転が生じてしまうので好ましくない。
【００３２】
以上のような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の比抵抗値は、シリコンインゴットの底部と上部の比抵抗の差が、０．２Ω・ｃｍ〜０．５Ω・ｃｍという比抵抗のバラツキが小さいものであり、所望の比抵抗範囲が狭い場合でも、その所望の範囲を逸脱することがなく、逸脱した部分は製品として使用できなくなるという問題を抑制することができる。
【００３３】
＜第二の実施形態＞
以下、本発明の半導体インゴットの製造方法に係る第二の実施形態を説明する。
【００３４】
まず、溶融坩堝１０１ａ内に所定量のシリコン材料１０５と、インゴット底部の比抵抗が所望の値となるべく調整された量の、ホウ素、ガリウムなどのＰ型不純物を含む第一ドーパント材１０６を投入したのち、加熱手段１０４によって溶融坩堝内のシリコン材料１０５を融解し、所望の温度のシリコン融液１０７とする。このとき、ドーパント材は不純物元素そのものであっても構わないし、あるいは予め不純物元素が高い濃度でドープされているシリコン材料であっても構わない。
【００３５】
次に溶融坩堝１０１ａを傾倒させて鋳型１０３内に加熱融解したシリコン融液１０７を注ぎ込む。所定量のシリコン融液１０７が満たされた鋳型１０３は凝固工程に移り、鋳型保持台の下面に冷却板１１１を接触させると同時に、鋳型加熱手段１１２によりシリコン融液１０７を上方より加熱する。鋳型加熱手段１１２の出力は、シリコン融液１０７が鋳型１０３の底部から上部にかけて徐々に凝固が進行するように調整される。
【００３６】
ここで、固体シリコンの密度が２．３３ｇ/ｃｍ３なのに対し、液体シリコンの密度が２．５４ｇ/ｃｍ３であり、液体が固化する際に約１０％の体積膨張することに着目し、シリコン融液１０７の液面の高さを指標としてシリコン融液１０７の凝固率を推定し、そして、シリコン融液１０７の液面高さが所望の凝固率に応じた高さに到達した時点で、第一ドーパント材１０６と逆の導電型を呈する第二ドーパント材１０９を鋳型１０３内に供給する。
【００３７】
このような方法を用いることによって、シリコン融液１０７の凝固初期時において、予め第二ドーパント材１０９がシリコン融液１０７内に添加されていないため、主添加材であるＰ型不純物元素の見かけの偏析係数は変わらないので、シリコンインゴット底部の比抵抗値が所望の値より大きくずれることはない。そして、シリコン融液１０７の液面の高さからシリコン融液１０７の凝固率を推定し、第二ドーパント材１０９を加えることにより、主添加材であるＰ型不純物元素の見かけの偏析係数を大きくできるので、比抵抗の低下を抑えることができ、比抵抗のバラツキが小さく、品質が均一な多結晶シリコンインゴットを製造することができる。
【００３８】
また、シリコン融液１０７は鋳型１０３底部から凝固されており、第二ドーパント材１０９は鋳型加熱手段８により加熱されたシリコン融液１０７表面に供給されるため、シリコンの固液界面付近におけるＰ型不純物元素の見かけの偏析係数が急激に変化することはなく、シリコン融液１０７中に生じる熱対流等により均一に拡散される。さらには製造条件の自由度が制約されることはなく、凝固速度をコントロールすべく種々の温度条件も自由に変更することができるので、太陽電池特性を向上させるための諸条件を同時に満たすことも可能となる。
【００３９】
シリコン融液１０７の液面の高さは、例えば、鋳造装置に設けた覗き窓等から随時観察することにより、鋳型１０３内のシリコン融液１０７の凝固率を推定することができる。なお、予め鋳型１０３の側面に塗布された離型材層１０８の表面に目盛等の目印を設けておくことにより、より正確に凝固率を推定することが可能となる。また、ビデオカメラ等を用いて液面をモニタリングして、第二ドーパント材１０９の供給を制御することも可能である。
【００４０】
また、第二ドーパント材１０９は第一ドーパント材１０６がＰ型不純物である場合には、逆の導電型のリンやアンチモン等のＮ型不純物からなり、第二ドーパント材１０９は、通常、不純物元素が高い濃度で含有された粒状、あるいは顆粒状のシリコン結晶として供給され、鋳型加熱手段１１２の出力を調整することによりシリコン融液１０７に完全に溶融したのち、再度凝固を進行させ、比抵抗のばらつきの小さいシリコンインゴットを鋳造することができる。また、第二ドーパント材１０９を含むシリコン融液１０７を別途作製し、鋳型１０３内に供給することも可能である。
【００４１】
ここで、第二ドーパント材１０９を供給する時のシリコン融液１０７の凝固率は、３０％〜８０％の間であることが好ましい。シリコン融液１０７の凝固率が３０％より小さい場合、インゴット頭部での比抵抗の上昇を打ち消すために必要な第二のドーパント濃度が大きくなり好ましくない。また、シリコン融液１０７の液面の上昇が小さく検知し難くなるという問題がある。また、シリコン融液１０７の凝固率を８０％まで進行させた場合、第一のドーパント材の偏析により比抵抗がインゴット底部に比べて３０％程度高くなっており、それ以上の凝固率で第二のドーパント材を供給しても、比抵抗のばらつき低減の効果は小さい。
【００４２】
また、第二ドーパント材１０９のＮ型ドーパント濃度は、第一ドーパント材１０６のＰ型ドーパント濃度に対して２０％〜４０％に設定するのが好ましい。Ｎ型ドーパント濃度が２０％より小さい場合は、Ｐ型不純物を打ち消す効果が減少し、Ｎ型ドーパント濃度が４０％以上の場合は、インゴット上部において比抵抗が大きく上昇したり、導電型の逆転が生じてしまうので好ましくない。
【００４３】
さらには、複数回に分けて第二ドーパント材１０９をシリコン融液１０７中に供給しても構わない。
【００４４】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００４５】
例えば、溶融坩堝から鋳型１０３にシリコン融液１０７を注ぐ場合において、上記方法以外によって注いでも構わない。例えば、溶融坩堝の底部に排出口を設けて、底部からシリコン融液１０７を下部に設置した鋳型１０３内に注いでもよい。この場合、シリコン材料が完全に溶融する前に排出口から溶融前のシリコン材料や一部溶融したシリコン融液１０７が漏れないように、排出口付近に機械的な栓や排出口を塞ぐようなシリコン材料を設置するなど、注ぐことを制御することのできる注湯制御手段が設けられる。
【００４６】
また、上述の説明では、上方に溶融坩堝を備えた注湯式のシリコン鋳造装置として説明したが、これに限るものではなく、鋳型１０３の内部でシリコン材料を溶融してシリコン融液１０７を形成する鋳型内融解型のシリコン鋳造装置であっても構わない。鋳型１０３内でシリコン材料を投入し、鋳型１０３の底部や側面に設けた加熱手段によって第二ドーパント材１０９が塗布されている部分の加熱を抑えつつシリコン材料を溶融してシリコン融液１０７を形成することで、第二ドーパントがシリコン材料の溶融中に溶け込むことなく、凝固工程においてシリコン融液１０７の表面が上昇することにより、第二ドーパントがシリコン融液１０７中に溶け出すため本発明の効果を満たすことができる。
【００４７】
さらに、第一ドーパント材１０６がＮ型ドーパントであり、第一ドーパント材１０６と逆の導電型を有する第二ドーパント材１０９がＰ型ドーパントであっても本発明の効果を満たすことができる。また、Ｎ型ドーパントとしてはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などのドナー元素が用いられ、Ｐ型ドーパントとしてはＢ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）などのアクセプタ元素が用いられる。
【実施例】
【００４８】
本発明に係る半導体インゴットを以下のように製造した。
【００４９】
（実施例１）
離型材層１０８を内面に形成した石英製の鋳型１０３の側壁に、シリコン融液１０７の凝固率が５０％〜１００％の位置にＮ型シリコンの微細粉末と適当なバインダーから作製したスラリーを塗布した鋳型１０３（実施例）と、第二ドーパント材１０９を塗布しない鋳型（比較例）を準備し、シリコン鋳造装置の真空容器（不図示）内に配置した。
【００５０】
次いで、高純度石英製の溶融坩堝１０１ａをグラファイト製の保持坩堝１０１ｂで保持し、溶融坩堝１０１ａ内に１００ｋｇのシリコン材料と、インゴット底部の比抵抗が１．５Ω・ｃｍとなるように予め計算した所定量の第一ドーパント材１０６を収容し、加熱手段１０４によって溶融坩堝１０１ａ内のシリコン材料１０５と第一ドーパント１０６を加熱溶融して得られたシリコン融液１０７を、上述の条件にて準備した鋳型１０３内に注いだ。注いだ後、鋳型１０３内のシリコン融液１０７を底部から上部にかけて一方向凝固させて、多結晶シリコンインゴットを得た。次いで、得られたシリコンインゴットの中央縦断面を切断して、その断面の比抵抗値を４端子測定器にて測定した。
【００５１】
（実施例２）
高純度石英からなる溶融坩堝１を黒鉛からなる保持坩堝２で保持し、溶融坩堝内に、１００ｋｇのシリコン材料と、鋳造したインゴット底部の比抵抗が１．５Ω・ｃｍとなるように予め計算した所定量のホウ素からなる第一ドーパントを投入した。加熱手段１０４により坩堝内の材料を加熱融解してシリコン融液を形成し、石英製の鋳型５内に注湯した。シリコン融液９が注湯された鋳型５は凝固工程において、底部から冷却板７により抜熱し、上部から鋳型加熱手段８により加熱することで、底部から上部にかけての一方向凝固を開始した。そして、ビデオカメラを用いてシリコン融液の液面をモニタリングしてシリコン融液の凝固率を推定し、凝固率が５０％となった時点で、第一ドーパントの濃度に対して２０％の濃度のリンからなる第二ドーパントを鋳型５内に供給した。鋳型加熱手段８の出力を調整し、該第二ドーパントが完全に融解したことを確認した後にシリコン融液を凝固させ、多結晶シリコンインゴットを得た。次いで、得られたシリコンインゴットの中央縦断面を切断して、その断面の比抵抗値を４端子測定器にて測定した。
【００５２】
（比較例）
高純度石英からなる溶融坩堝１を黒鉛からなる保持坩堝２で保持し、溶融坩堝内に、１００ｋｇのシリコン材料と、鋳造したインゴット底部の比抵抗が１．５Ω・ｃｍとなるように予め計算した所定量の第一のドーパント原料を投入した。上部加熱手段３ａおよび側部加熱手段３ｂにより坩堝内の原料を加熱融解してシリコン融液を形成し、石英製の鋳型５内に注いだ。シリコン融液９が注がれた鋳型５は凝固工程において、底部から冷却板７により抜熱し、上部から鋳型加熱手段８により加熱することで、底部から上部にかけての一方向凝固を行い、シリコンインゴットを得た。次いで、得られたシリコンインゴットの中央縦断面を切断して、その断面の比抵抗値を４端子測定器にて測定した。
【００５３】
図４に示すように、実施例１及び２の多結晶シリコンインゴットの上部と底部の比抵抗値の差は０．２Ω・ｃｍであるのに対して、比較例のシリコンインゴットの上部と底部の比抵抗値の差は０．７Ω・ｃｍとバラツキが大きいものであった。
【００５４】
また、上記方法によって得られた多結晶シリコン基板（上記実施例及び比較例）を用いて、一般的なバルク型太陽電池素子を作製し、その特性として太陽電池素子の変換効率を評価した。その結果、実施例１及び２においては変換効率１５．９％となったが、比較例では、１５．４％であった。このように、実施例の多結晶シリコン基板を用いて形成した太陽電池素子は、従来例のものよりも良好な特性が得られたが、これは、本発明の半導体インゴットの製造方法を用いて形成されたシリコンインゴットは、不純物濃度が均一で比抵抗バラツキが小さい品質を有するとともに、主添加材であるイオン半径が小さいボロンが存在する近傍に、イオン半径が大きいリンをドープしたことにより歪軽減され、これによる応力誘起転位の影響が小さくなったものと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の半導体インゴットの製造方法に係る第一実施形態を表す図である。
【図２】本発明の半導体インゴットの製造方法に用いる坩堝及び鋳型を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体インゴットの製造方法に用いる鋳型を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体インゴットの製造方法により製造されたシリコンインゴットの比抵抗を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０１ａ：溶融坩堝
１０１ｂ：保持坩堝
１０２  ：注湯口
１０３  ：鋳型
１０４  ：加熱手段
１０５  ：シリコン材料（半導体材料）
１０６  ：第一ドーパント材
１０７  ：シリコン融液（半導体融液）
１０８  ：離型材層
１０９  ：第二ドーパント材
１１０  ：鋳型断熱材
１１１  ：冷却手段
１１２  ：鋳型加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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