(57)【要約】      （修正有）【課題】底部にバルク欠陥密度が低くシリコン粒子が小さい結晶シリコンインゴットを提供する。【解決手段】結晶シリコンインゴット１は、底部を有するとともに、垂直方向を規定する。特に、結晶シリコンインゴット１は、垂直方向に成長した複数のシリコン粒子１２と、底部上に位置する核形成促進層２とを含む。核形成促進層２に隣接するシリコン粒子１２は、平均粒径が約１０ｍｍ未満である。【選択図】図２
0003181884.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
底部を有するとともに、垂直方向を規定する結晶シリコンインゴットであって、
前記垂直方向に成長した複数のシリコン粒子と、
前記底部上に位置する核形成促進層と、
を備え、
前記核形成促進層に隣接するシリコン粒子は、平均粒径が約１０ｍｍ未満であることを特徴とする結晶シリコンインゴット。
【請求項２】
前記結晶シリコンインゴットの、前記垂直方向における欠陥密度の増加率が、０．０１％／ｍｍ〜１０％／ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項３】
前記核形成促進層は、形状が不規則な複数の結晶粒子から形成され、前記結晶粒子の各々は、粒径が約５０ｍｍ未満である、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項４】
前記複数の結晶粒子が、ポリシリコン粒子、モノシリコン粒子、及び単結晶炭化ケイ素からなる群から選択される、請求項３に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項５】
前記核形成促進層は、融点が１４００℃より高い材料から形成されるプレートであり、
前記プレートの、前記シリコン融液に接触する表面は、３００μｍ〜１０００μｍの粗さを有して前記複数のシリコン粒子に複数の核形成サイトを提供する、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項６】
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きい、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項７】
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約７０％より大きい、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項８】
複数のシリコン粒子を含むシリコンウェーハであって、
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きいことを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項９】
請求項１に記載の結晶シリコンインゴットから製造される、請求項８に記載のシリコンウェーハ。
【請求項１０】
複数のシリコン粒子を含むシリコンウェーハであって、
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約７０％より大きいことを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項１１】
請求項１に記載の結晶シリコンインゴットから製造される、請求項１０に記載のシリコンウェーハ。 
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、結晶シリコンインゴット及びそれから製造されるシリコンウェーハに関し、特に、核形成促進層（nucleation promotion layer）が使用されて製造された、インゴットの底部にバルク欠陥密度（bulk defect density）が低く、シリコン粒子が小さい結晶シリコンインゴット、及び、該結晶シリコンインゴットから製造され特有の結晶特性を持つシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの太陽電池は、太陽光を吸収すると光起電力（ＰＶ）効果を生じる。シリコンが地上で二番目に最も豊富に存在し入手可能な元素であるため、現在、ほとんどの太陽電池がシリコン系材料で作られている。また、シリコンは、費用対効果が高く、無毒、化学的に安定であることから、半導体用途で広く使用されるようになっている。
【０００３】
太陽電池製造用のシリコン系材料は、3種類があり、すなわち、単結晶シリコン（mono-Si）、ポリシリコン（poly-Si）、アモルファスシリコン（a-Si）である。ポリシリコンは、チョクラルスキー法（Czochralski method、ＣＺ法）や浮遊帯域法（floating zone method、ＦＺ法）によって製造された単結晶シリコンよりはるかに安価であり、コストの理由で、通常、太陽電池の原料として使用される。
【０００４】
従来、太陽電池用ポリシリコンは、普通の鋳造法で製造される。すなわち、鋳造法で太陽電池用のポリシリコンを製造することは、従来技術である。要するに、ポリシリコン太陽電池は、高純度のシリコンを石英ルツボのような鋳型に溶融させ、次に凝固を制御して冷却させてシリコンインゴットを得る。そして、更なる用途のための太陽電池モジュールに適合するウェーハに切断する。上記プロセスによって形成されたインゴットは、実際上、ランダムな結晶配向を有するシリコン結晶の集合体である。
【０００５】
粒子の結晶配向がランダムであるため、ポリシリコンチップの表面をテクスチャ感のあるものに（粗く）するのは、困難である。表面テクスチャリングは、光の反射を低減してセルの表面に太陽エネルギーの吸収を増加させることにより、光起電力セルの効率を高めることができる。また、従来の多結晶シリコンの粒間の境界で形成されるねじれ（kink）は、転位クラスタまたは転位線の形で構造欠陥を核形成する傾向にある。これらの転位、及び、転位に吸引される傾向にあった不純物が、従来の多結晶シリコンから作られた太陽電池における電荷キャリアを早く再結合させると考えられ、これが、太陽電池の電力出力を低減させる。このように、ポリシリコン太陽電池は、通常、同等のモノシリコン太陽電池より効率が低い（現行の技術によって製造されたモノシリコンは半径方向に分布する欠陥があったとしても）。しかし、ポリシリコン太陽電池は、製造工程が比較的単純で、コストが低く、そして、太陽電池の処理において効果的な欠陥不動態化工程（defect passivation step）があり、そのため、ポリシリコンは、まだまだ広く太陽電池のシリコン原料として使われる。
【０００６】
現在のところ、モノシリコン種層を用い方向性凝固法（directional solidification）に基づき、結晶シリコンインゴットを製造する技術が開発されており、該技術では、大きい（１００）配向モノシリコンキュービックが種として一般的に採用された。残念なことに、（１００）配向粒子とランダムに核形成した粒子との間の競合では、後者が優位的である。インゴットにおける種結晶の体積を最大にするため、現在の技術では、（１１１）配向シリコンにおける境界を使用して、（１００）配向シリコン種に占有される領域を包囲することで、他の配向を有する結晶の成長をうまく阻止するようにしている。このように、高品質のモノシリコンインゴットまたは双結晶シリコンブロックが得られ、少数電荷キャリアの寿命が、高性能太陽電池の製造に採用された最終ウェーハにおいて最大化される。ここで、用語“単結晶シリコン（mono-Si）”とは、バルク全体で単一の、均一な結晶配向を有するモノシリコンバルクであり、“双結晶シリコン（bi-crystal silicon）”とは、バルクの５０％以上の体積において一つの均一な結晶配向性を有し、該バルクの残りの体積において別の均一な結晶配向を有するシリコンバルクである。例えば、このような双結晶シリコンは、一つの結晶配向を有する単結晶シリコン本体を含み得、該単結晶シリコン本体は、別の単結晶シリコン本体に隣接する。この別の単結晶シリコン本体が前記結晶シリコンの残りの体積を構成するとともに異なる結晶配向を有する。なお、従来の多結晶シリコンとは、センチメートル（ｃｍ）・スケールの粒度分布を有するとともに、シリコン本体内にランダムに配向された複数の結晶を有する結晶シリコンのことを言う。しかし、高価なモノシリコンを種として使用する上記現在の技術で製造された結晶シリコンインゴットは、コストが高い。
【０００７】
種として高価なモノシリコンを使用せずに製造する技術が他にある。この技術では、まず、横方向に成長した結晶を、局所的過冷却（undercooling）によりルツボの底部全体に広げ、次に柱状結晶を上方に成長させる。このように得られたインゴットの大きいシリコン粒子は、バルク欠陥密度が低い。したがって、上記技術により製造された結晶シリコンインゴットをスライスして得たシリコンウェーハで作られた太陽電池は、高い光電変換効率を有し得る。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ポリシリコンを使用する上記現在の技術は、実験室のみで成功が証明された。工業レベルの生産においては、局所的過冷却によりルツボの底部全体に広げられるように樹枝状結晶の成長を制御することによってポリシリコンキャスティング（poly-Si casting）を行うことは、通常、より難しい。工業規模の多結晶シリコンキャスティングは、ルツボ及び全体の加熱均一性に影響され、この影響で初期過冷却制御における変動が高くなる。したがって、ルツボの底部のポリシリコンは、大きい粒子に成長する傾向にあり、該領域における欠陥密度が高くなる。大きい粒子が成長するにつれて、欠陥密度が急速に高くなり、その結果、結晶シリコンインゴットは、全体的に品質が悪くなり、太陽電池は、光電変換効率が下がる。
【０００９】
なお、図１に、結晶構造の極線図（polar diagram）における結晶配向（００１）、（１１１）、（１０１）からなる三角形に投影された現行のポリシリコンインゴットの結晶配向の検出結果が概略的に示されている。図１は、現行のポリシリコンインゴットの優先配向が、（１１２）と（３１５）との間に、および（３１３）と（１１１）との間のうちの少なくとも一方にあることを示している。ここで、優先配向とは、５０％より大きい体積割合でシリコンインゴット中に存在する結晶配向の集合である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点に鑑み、本考案の一つの目的は、結晶シリコンインゴット及び該インゴットから製造されるシリコンウェーハを提供する。本考案における結晶シリコンインゴットは、インゴットの底部にバルク欠陥密度が低くシリコン粒子が小さい。該シリコン粒子を核形成させるには核形成促進層が使用される。本考案におけるシリコンウェーハから製造される太陽電池は、コストが低く、光電変換効率が高い。
【００１１】
さらに、本考案の別の目的は、従来の結晶シリコンインゴット及び結晶シリコンウェーハとはそれぞれ結晶特性が相違する結晶シリコンインゴット、及び、該結晶シリコンインゴットから製造されるシリコンウェーハを提供する。
【００１２】
本考案の一態様における結晶シリコンインゴットは、底部を有するとともに、垂直方向を規定する。特に、該結晶シリコンインゴットは、垂直方向に成長した複数のシリコン粒子と、底部上の核形成促進層とを含む。さらに、該核形成促進層に隣接するシリコン粒子は、平均粒径が約１０ｍｍ未満である。
【００１３】
一実施形態では、シリコン結晶インゴットは、垂直方向における欠陥密度の増加率が、０．０１％／ｍｍ〜１０％／ｍｍの範囲にある。
一実施形態では、核形成促進層は、形状が不規則な複数の結晶粒子から形成される。該結晶粒子の各々は、粒径が約５０ｍｍ未満である。
【００１４】
一実施形態では、複数の結晶粒子は、ポリシリコン粒子、モノシリコン粒子、単結晶炭化ケイ素、または、融点が１４００℃より高く核形成を促進できる他の結晶粒子である。
別の実施形態では、核形成促進層は、融点が約１４００℃より高い材料からできたプレートである。該プレートの、シリコン融液に接触する表面は、３００μｍ〜１０００μｍの粗さを有して複数のシリコン粒子に複数の核形成サイトを提供する。
【００１５】
一実施形態では、前記シリコン粒子の優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きい。
本考案の一実施形態におけるシリコンウェーハは、複数のシリコン粒子を含む。特に、シリコン粒子の優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きい。本考案におけるシリコンウェーハは、従来のシリコンウェーハとは結晶特性が相違する。
【考案の効果】
【００１６】
高価なモノシリコン種や局所的過冷却を介してルツボの底部上にシリコン粒子を形成する先行技術とは対照的に、本考案は、低コストの核形成促進層を使用して高密度の核形成サイトを有するシリコン融液を提供する。粒子を高密度に分布させて速成長性配向の形成を抑制することで、大きいシリコン粒子の分布割合を大幅に減少させる。成長過程において小さい粒子の間の競合がかなり少なく、小さい粒子は、粒子母集団が非常に高密度であるため、一般的に上方に単一方向に成長する傾向にあり、よって、柱状結晶を完全に成長させるように小さい粒子が大きい粒子により圧倒される状況を有効に低減させる。さらに、結晶成長において、本考案のインゴットに高密度に分布する粒界が応力場を介して欠陥を引き付けて集結させ、または欠陥を粒界にスリップさせて熱応力を緩和する。したがって、転位などのような欠陥の増加が効果的に阻止され、このため、結晶シリコンインゴット及び該インゴットから製造されるシリコンウェーハは、品質が向上し、そのシリコンウェーハから作られる太陽電池は、光電変換効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本明細書に開示される様々な実施形態のこれら及び他の特徴および利点は、以下の説明と図面を通じて理解されるであろう。なお、図面において、同じ符号は、類似の構成要素を表すものとする。
【図１】図１は、結晶構造の極線図（polar diagram）における結晶配向（００１）、（１１１）、（１０１）からなる三角形に投影された現行のポリシリコンインゴットにおける結晶配向の検出結果を示す概略図である。
【図２】図２は、本考案の一実施形態に係る結晶シリコンインゴットを説明するための概略断面図である。
【図３】図３は、本考案における結晶シリコンインゴットの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図４】図４は、本考案における結晶シリコンインゴットの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、本考案における結晶シリコンインゴットの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、本考案の別の実施形態における核形成促進層の断面図である。
【図７】図７は、本考案における結晶シリコンインゴットの様々な結晶配向の割合を示す図である。
【図８】図８は、本考案の一実施形態における結晶シリコンインゴット及び従来の結晶シリコンインゴットのシリコン粒子の大きさを比較する図である。
【図９】図９は、本考案の一実施形態における結晶シリコンインゴット及び従来の結晶シリコンインゴットの欠陥密度を比較する図である。
【図１０】図１０は、本考案の一実施形態における結晶シリコンインゴットの底部、中間部、上部の粒径を金属顕微鏡で撮影した図である。
【図１１】図１１は、従来の結晶シリコンインゴットの底部、中間部、上部の粒径を金属顕微鏡で撮影した図である。
【図１２】図１２は、本考案の一実施形態におけるインゴットＡ及び従来のインゴットＢの底部、中間部、上部（底部から垂直に約２５０ｍｍ離れている）から作られた太陽電池の光電変換効率を比較するバーグラフである。
【図１３】図１３は、様々な粒径を有する単結晶シリコンチャンク（chucks）を核形成促進層として製造された結晶シリコンインゴットの高さに沿った欠陥密度の変動を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
本考案の具体化、特徴及び作用が、下記記載にて好ましい、例示的な実施形態および添付の図面につき開示されている。
図２は、本考案の一実施形態における結晶シリコンインゴット１を示す。
【００１９】
図２に示すように、本考案における結晶シリコンインゴット１は、底部を有するとともに、垂直方向Ｖを規定する。特に、結晶シリコンインゴット１は、垂直方向Ｖに成長した複数のシリコン粒子１２と、底部の上の核形成促進層２とを含む。また、核形成促進層２に隣接するシリコン粒子１２は、平均粒径が約１０ｍｍ未満である。
【００２０】
図３〜５は、本考案における結晶シリコンインゴットの製造方法を説明するための概略断面図である。
図３に示すように、核形成促進層２を、例えば石英ルツボのような鋳型３に設ける。鋳型３は垂直方向Ｖを規定する。
【００２１】
一実施形態では、核形成促進層２は、形状が不規則な複数の結晶粒子から形成される。該結晶粒子の各々は、粒径が約５０ｍｍ未満である。すなわち、複数の結晶粒子２２を鋳型３の底部上に広げて核形成促進層２を形成する。
【００２２】
一実施形態では、複数の結晶粒子２２は、ポリシリコン粒子、モノシリコン粒子、単結晶炭化ケイ素、または、融点が１４００℃より高く核形成を促進できる他の結晶粒子である。一例としては、複数の結晶粒子２２は、市販のポリシリコン、またはモノシリコン種よりもはるかに安価なモノシリコンチップ（chips）やチャンク（chunks）である。次に、図３に示すように、ポリシリコンまたはモノシリコンチップやチャンクを、鋳型３の底部上に広げて核形成促進層２を形成する。
【００２３】
次に、鋳型３内部の核形成促進層２上にシリコン原料１４を提供する。核形成促進層２およびシリコン原料１４を収容する鋳型３を、方向性凝固システム（directional solidification system、ＤＳＳ）による（未図示の）結晶成長炉内に配置する。図４に示すように、鋳型３を、シリコン原料１４が完全にシリコン融液１６に溶融されるまで加熱する。ポリシリコンまたはモノシリコンチップやチャンク２２が核形成促進層２として充填されている状態でシリコン原料１４がシリコン融液に溶融されている過程において、一部のポリシリコンまたはモノシリコンチップやチャンクが溶融されるが、残りの部分は溶融されていない。
【００２４】
そして、方向性凝固システムに基づき、図５に示すように、複数のシリコン粒子１２が核形成促進層２上にシリコン融液１６から核形成するとともに、垂直方向Ｖに成長するように鋳型３を冷却させる。一実施形態では、シリコン粒子１２は、核形成促進層２上のシリコン融液１６から核形成し、垂直方向Ｖに平均粒径が２〜３倍と大きい粒子に成長する。シリコン粒子の平均粒径の成長倍数は、次の式で計算される。
【００２５】
Ｓｆ／Ｓｉ
ここで、Ｓｉは、核形成したシリコン粒子１２の平均粒径であり、Ｓｆは、核形成して成長したシリコン粒子１２の平均粒径を示す。
【００２６】
別の実施形態では、図６に示すように、核形成促進層２は、融点が約１４００℃より高い材料からできたプレート２４であってよい。このような材料としては、例えば、高純度のグラファイト、シリコン、酸化アルミニウムのようなセラミック材料、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。プレート２４の、シリコン融液１６に接触する表面は、３００μｍ〜１０００μｍの粗さを有することで複数のシリコン粒子１２に複数の核形成サイトを提供する。
【００２７】
最後に、引き続き方向性凝固法に基づき、図２に示すように、シリコン融液１６全体が凝固してシリコン結晶インゴットを得るまで鋳型３を冷却して複数のシリコン粒子１２を垂直方向に成長させる。
【００２８】
一実施形態では、核形成促進層２は、成長過程において複数のシリコン粒子１２の欠陥密度の増加を抑制する機能をも有する。このようにして得られたシリコン結晶インゴット１は、垂直方向Ｖにおける欠陥密度の増加率が、０．０１％／ｍｍ〜１０％／ｍｍの範囲にあり、次式により求められる。
【００２９】
（Ｄｘ２−Ｄｘ１）／（ｘ２−ｘ１）
ここで、ｘ１およびｘ２は、それぞれインゴットの垂直方向における２つの異なるレベルを示し、Ｄｘ１とＤｘ２は、それぞれレベルｘ１とｘ２とにおける接平面内のインゴットの欠陥密度を示す。
【００３０】
小さいシリコン粒子でも増加率を効果的に抑制することができる。本考案のインゴット１の底部中央に、小さいシリコン粒子（＜１０ｍｍ）は、存在する可能性がより高いが、該インゴット底部の辺または隅に、小さいシリコン粒子（＜１０ｍｍ）は、少数しか存在しない。これは、垂直方向Ｖに沿う接平面における小さいシリコン粒子によって占められる面積比は、粒子の成長率及び欠陥密度の増加率に影響を及ぼすことが分かる。
【００３１】
本考案における結晶シリコンインゴットのシリコン粒子は、優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、このような優先結晶配向を有するシリコン粒子は、体積割合が約５０％より大きい。
【００３２】
本考案における結晶シリコンインゴットに関する結晶幾何的解析が電子後方散乱回折（Electron Back-Scattered Diffraction、ＥＢＳＤ）法で実施されており、この結晶シリコンインゴットにおけるシリコン粒子の様々な結晶配向の割合が図７に示されている。
【００３３】
図７には、本考案の一実施形態における結晶シリコンインゴットのシリコン粒子の優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、この優先結晶配向を有するシリコン粒の体積割合が約７０％より大きいことが示されている。
【００３４】
本考案の一実施形態におけるシリコンウェーハは、複数のシリコン粒子を含む。特に、シリコン粒子は、優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、このような優先結晶配向を有するシリコン粒子は、体積割合が約５０％より大きい。本考案におけるシリコンウェーハは、従来のシリコンウェーハとは結晶特性が相違することが明らかである。一実施形態では、シリコンウェーハの、この優先結晶配向を有するシリコン粒の体積割合が約７０％より大きい。
【００３５】
一実施形態では、本考案におけるシリコンウェーハは、図２に示すシリコンインゴット１から製造できる。
図８と図９とは、それぞれ結晶シリコンインゴットＡ、Ｂの、インゴットレベルにおける平均粒径と欠陥密度と（欠陥面積比、％）の関係を示す図であり、結晶シリコンインゴットＡは本考案の実施形態により製造され、結晶シリコンインゴットＢは従来の方法で製造された。図８に示すデータによると、初期段階における平均粒径は７．４ｍｍ程度であり、最終段階における平均粒径は１８．４ｍｍ程度であることがわかる。したがって、最終平均粒径は、初期平均粒径の、２と３の間にある、約２．４９（＝１８．４／７．４）倍となる。図９は、インゴットＡ及びＢの、中心部と側壁と隅の欠陥面積率を示す。
【００３６】
図１０は、好ましい実施形態におけるインゴットＡの底部、中間部、上部（底部から垂直に約２５０ｍｍ離れている）の粒径を金属顕微鏡下で撮影した図であり、図１１は、インゴットＢの底部、中間部、上部（底部から垂直に約２５０ｍｍ離れている）の粒径を金属顕微鏡下で撮影した図である。インゴットＡとＢはともに２５０ｍｍの高さを有する。
【００３７】
図１２は、インゴットＡ及びＢの底部、中間部、上部（底部から垂直に約２５０ｍｍ離れている）から作られた太陽電池の光電変換効率を比較するバーグラフである。図９に示すように、インゴットＡから作られた太陽電池は、光電変換効率が１７．４１％〜１７．５６％の範囲にあり、インゴットＢから作られた太陽電池は、光電変換効率が１６．７０％〜１７．１０％の範囲にあり、前者の光電変換効率が後者より約０．６％高い。それに、インゴットの底部、中間部、上部から作られた太陽電池は、その光電変換効率がおよそ同じであり、これは、電池メーカーにとって大きな商業的価値があり、有益である。
【００３８】
図８〜１２から明らかになるように、インゴットＢは、シリコン粒子が大きく、ルツボの底部における欠陥密度が低いが、シリコン粒子が成長するにつれて、欠陥密度が急激に増加する。したがって、こうして得られた結晶シリコンインゴットは、品質が全体的に悪い。このようなインゴットから製造された太陽電池は、光電変換効率が間違いなく低い。これに対し、インゴットＡを製造する際に、核形成促進層を、シリコン融液に有効な、かつ、高密度な核形成サイトとして導入して大きいシリコン粒子の分布割合を大幅に減少させる。成長過程において小さい粒子の間の競合がかなり少なく、小さい粒子は、粒子母集団が非常に高密度であるため、一般的に上方に単一方向に成長する傾向にあり、よって、柱状結晶を完全に成長させるように小さい粒が大きい粒子により圧倒される状況を有効的に低減させる。さらに、インゴットＡに高密度に分布する粒界が応力場を介して欠陥を集結させ、または欠陥が粒界にスリップして熱応力を緩和する。したがって、転位などのような欠陥の増加が効果的に抑制され、そのため、結晶シリコンインゴットは、品質が全体的に向上し、そのインゴットから作られる太陽電池は、光電変換効率が高い。
【００３９】
図１３は、本考案により、様々な粒径を有する単結晶シリコンのチャンクを核形成促進層として製造した結晶シリコンインゴットの高さに沿った欠陥密度の変動を示す。使用されるモノシリコンチャンクは、１０ｍｍ未満のモノシリコンチャック、７ｍｍ〜２０ｍｍのモノシリコンチャンク、および１０ｍｍ〜４０ｍｍのモノシリコンチャンクを含む。同様に、図１３中の欠陥密度が欠陥領域によって示される。そして前述したモノシリコンチャンクを使用して本考案により製造した結晶シリコンインゴットにおける欠陥密度は、すべて少ないことが図１３から明らかである。
【００４０】
上記本考案の説明から、本考案の範囲から逸脱することなく、本考案の概念を実現するのに、様々な手法を用いることができるのは自明である。さらに、本考案を幾つかの実施形態につき説明してきたが、当業者でれば、本考案の技術思想および範囲から逸脱することなく、形式及び細部に関して変更を施すことが可能であることを認識するであろう。このため、記載した実施形態は、あらゆる点で例示的なものと解されるべきであり、限定的なものとは解されてはならない。本考案の範囲が、添付の特許請求の範囲によって定義されることは、意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
１…結晶シリコンインゴット、２…核形成促進層、３…鋳型
１２…シリコン粒子
１４…シリコン原料
１６…シリコン融液
２２…結晶粒子
２４…プレート
Ｖ…垂直方向
【図１】
0003181884.tif 000003
【図２】
0003181884.tif 000004
【図３】
0003181884.tif 000005
【図４】
0003181884.tif 000006
【図５】
0003181884.tif 000007
【図６】
0003181884.tif 000008
【図７】
0003181884.tif 000009
【図８】
0003181884.tif 000010
【図９】
0003181884.tif 000011
【図１０】
0003181884.tif 000012
【図１１】
0003181884.tif 000013
【図１２】
0003181884.tif 000014
【図１３】
0003181884.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
底部を有するとともに、垂直方向を規定する結晶シリコンインゴットであって、
前記垂直方向に成長した複数のシリコン粒子と、
前記底部上に位置する核形成促進層と、
を備え、
前記核形成促進層に隣接するシリコン粒子は、平均粒径が約１０ｍｍ未満であることを特徴とする結晶シリコンインゴット。
【請求項２】
前記結晶シリコンインゴットの、前記垂直方向における欠陥密度の増加率が、０．０１％／ｍｍ〜１０％／ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項３】
前記核形成促進層は、形状が不規則な複数の結晶粒子から形成され、前記結晶粒子の各々は、粒径が約５０ｍｍ未満である、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項４】
前記複数の結晶粒子が、ポリシリコン粒子、モノシリコン粒子、及び単結晶炭化ケイ素からなる群から選択される、請求項３に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項５】
前記核形成促進層は、融点が１４００℃より高い材料から形成されるプレートであり、
前記プレートの、前記シリコン融液に接触する表面は、３００μｍ〜１０００μｍの粗さを有して前記複数のシリコン粒子に複数の核形成サイトを提供する、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項６】
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きい、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項７】
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約７０％より大きい、請求項１に記載の結晶シリコンインゴット。
【請求項８】
請求項１に記載の結晶シリコンインゴットから製造されるシリコンウェーハであって、
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約５０％より大きいことを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項９】
請求項１に記載の結晶シリコンインゴットから製造されるシリコンウェーハであって、
前記シリコン粒子における優先結晶配向が（００１）と（１１１）との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約７０％より大きいことを特徴とするシリコンウェーハ。