(57)【要約】【課題】半導体材料の板状体の製造で、バリ形成を防止し、板状体の端部処理の工程を大幅に削減できる基板を提供する。【解決手段】半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、前記基板表面上に前記半導体材料で形成された板状体を成長させる製造方法において、前記基板の主面に隣接する周辺面のうち、少なくとも１面の表面には、凹凸形状を有する基板を使用する。【選択図】        図１
2004319621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、該基板表面上に前記半導体材料の板状体を成長させて板状体を製造するのに使用される基板において、該基板は、主面とそれに隣接した周辺面を有し、少なくとも１つの周辺面の表面には、結晶成長を抑制する凹凸形状を有することを特徴とする基板。
【請求項２】
半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、該基板表面上に前記半導体材料の板状体を成長させて板状体を製造するのに使用される基板において、該基板は、主面とそれに隣接した周辺面を有し、少なくとも１つの周辺面の表面には、主面の表面とは異なり、結晶成長を抑制する凹凸形状を有することを特徴とする基板。
【請求項３】
基板の主面の凹凸形状が、線状の凸部もしくは、点状の凸部を有しており、最も近接する凸部間の距離が、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の基板。
【請求項４】
基板の主面の凹凸形状の凸部の頂点角度が、９０°以上、１５０°以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の基板。
【請求項５】
周辺面の表面の凹凸形状が、線状の凸部もしくは、点状の凸部を有しており、最も近接する凸部間の距離が０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の基板。
【請求項６】
周辺面の凹凸形状の頂点角度が、１５°以上、１２０°以下であることを特徴とする請求項５記載の基板。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の基板を用いたことを特徴とする板状体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の基板を用いて製造された板状体。
【請求項９】
板状体がシリコンであることを特徴とする請求項８記載の板状体。
【請求項１０】
請求項９記載の板状体を用いて作製した太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、前記基板表面上に前記半導体材料で形成された板状体を成長させる製造方法において、前記基板の主面と、それと隣接した周辺面の表面は、異なった表面形状であることを特徴とする板状体の製造方法を関するものであり、特に、半導体材料にシリコンを用いた時、得られる板状シリコンが主面から成長したことを特徴とする板状シリコンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は化石燃料に代わるクリーンな次世代のエネルギーとして注目されている。中でも多結晶シリコン太陽電池は比較的高い変換効率、コストなどの点から期待されている。従来、多結晶シリコン太陽電池に用いられている多結晶シリコンウェハは、シリコン融液を鋳型に流し込んで徐冷してインゴットを作製後、スライスすることにより作製されてきた。しかし、スライスによるシリコンの損失が大きいこと、またスライスに手間がかかるためにコストが高いという問題があった。太陽電池の普及を促進し、化石燃料などによる環境問題を低減するためには、この多結晶シリコンウェハの低コスト化が重要となる。
例えば、ＲＧＳ法などのように、融液から直接ウェハを製造する方法が提案されている。これらの方法では、グラファイト基板などを融液と接触させることで、成長基板の成長面と平行にシリコンを成長させる。そのため、融液と基板とが接触する部分の面積が大きいため、成長速度が速く、コスト低減に有利であるという特徴をもっている。
また、これらの方法を用いた、所定のサイズのウェハを直接製造する方法として特許文献１の方法が提案されている。この方法ではウェハ端部に対応する部分に少なくとも１ｍｍの幅と深さの溝からなる表面くぼみを設けた基板を融液に接触させることにより、溝部分でウェハを分断する。これは、シリコン融液の表面張力により、融液が溝部分には入り込まず、結果的に溝部分にウェハが成長しないという現象を利用している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３４２４０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法で板状シリコンを生産した場合、ほぼ所定のサイズのウェハが形成されるものの、板状シリコンの端部では、シリコンの下面（基板との接触面）よりも、溝の深い方向に１００ミクロンから２００ミクロン以上のバリが形成され、生産ラインで使用される真空チャックでシリコンを固定できないなどの問題が予想される。
また、真空チャックを使用しないプロセスを検討した場合でも、ウェハ周辺部にもバリが存在すると製品間での形状誤差が大きく、その形状のまま製品として出荷することは困難と予想される。また、この方法で生産したウェハ周辺部を、レーザーやダイシング装置で切断することで生産ラインに流すことは可能であるが、工程が増えることにより、コストがかかるという問題がある。
これらの課題を解決し、かつコストを抑えるため、ウェハを所定のサイズで形成したあと、その状態のままで生産ラインに流すことが出来るような、シリコンの端部の成形の必要の少ない板状シリコンおよび、その製造方法が望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究の結果、融液に接触させる基板の形状を工夫することで上述の問題を解決し、この方法で作製した板状体を用いた太陽電池等のデバイスの低コスト化が可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の基板は、半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、該基板表面上に前記半導体材料の板状体を成長させる板状体の製造方法において、前記基板は、主面とそれに隣接した周辺を有し、少なくとも１つの周辺面の表面には、結晶成長を抑制する凹凸形状を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の基板は、半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、該基板表面上に前記半導体材料の板状体を成長させる製造方法において、前記基板は、主面と隣接した周辺面を有し、少なくとも１つの周辺面の表面には、主面の表面とは異なり、結晶成長を抑制する凹凸形状を有することを特徴とする。
本発明の基板は、主面の凹凸形状が、線状の凸部もしくは、点状の凸部を有しており、隣接する凸部間距離が、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする。また、基板の主面の凹凸形状の凸部の頂点角度が、９０°以上、１５０°以下であることを特徴とする。
本発明の基板は、基板の主面と隣接した周辺面の表面の凹凸形状が、線状の凸部もしくは、点状の凸部を有しており、最も近接する凸部間の距離が０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする。また、基板の主面と隣接した周辺面の表面の凹凸形状の頂点角度が、１５°以上、１２０°以下であることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記基板を用いた板状体の製造方法に関する。さらに本発明は、前記基板を用いて製造した板状体に関する。また該板状体は、好ましくはシリコンである。さらに本発明は、前記板状シリコンを用いて作製した太陽電池に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体材料を含有する融液に基板を接触させ、前記基板表面上に前記半導体材料で形成された板状体を成長させる製造方法において、前記基板の主面とそれ隣接した周辺面の表面は、その表面形状が異なることを特徴とする板状体の製造方法、およびその製造方法で作製した板状体、およびその板状体から作製した太陽電池に関するものである。
本発明に用いる基板について説明する。図１（Ａ）は基板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における一点鎖線Ｘａ−Ｘａで切断したときの基板の断面図である。板状体を成長させるための基板Ｃ１は主面１（ハッチング部）を有しており、基板縁部Ｅ１を介して、隣接した周辺面、即ち上面Ｆ１、下面Ｒ１、左側の側面ＳＬ１および右側の側面ＳＲ１が存在している。ここに、基板の主面１は、板状体を成長させるための面となる。
本発明では、この主面１の表面形状と、主面１と隣接した周辺面（Ｆ１、Ｒ１、ＳＬ１、ＳＲ１）の表面形状が異なることを特徴としている。主面１からは、主として製品に使用可能な板状体が成長し、主面と隣接した面（Ｆ１、Ｒ１、ＳＬ１、ＳＲ１）においては、基板縁部Ｅ１を介して半導体材料が成長しない。これは、図１（Ｂ）の基板の断面図にあるように、主面と隣接した側面（ＳＬ１、ＳＲ１）には、凹凸形状が設けられており、この凹凸により、板状には成長しないことになる。
このような形状の基板Ｃ１を用いることによって、板状体が成長する部分と成長しない部分を作製できるのは、基板の表面形状によって、融液の支持の仕方を変化させているためである。
図２（Ａ）は、図１に用いた基板Ｃ１と、基板に接触している融液面３と、基板表面に成長した板状体Ｓ２Ａの模式拡大図であり、（Ｂ）は従来の基板ＣＢを用いた場合に成長した板状体Ｓ２Ｂの模式拡大図である。
図２（Ａ）において明らかなように、本発明の形状の基板Ｃ１を用いると、主面１と隣接した基板の側面ＳＬ１の表面凹凸の凸部が融液３と接触し、融液面３を支持している。すなわち、表面凹凸が融液面３との接触面積を極端に減らす効果がある。
一方、図２（Ｂ）の従来の基板ＣＢを用いると、融液面３は、主面２１だけでなく、側面ＳＬＢにも接触することになり、原料融液が凝固する際には、得られる板状体Ｓ２Ｂも、断面形状がＬ字型のような形状になる。このような形状の板状体を製品に用いようとすると、側面ＳＬＢから成長したバリ（回り込み部）４を切断するための新たな工程が必要となり、安価な板状体を提供するのが困難になる。
本発明では、基板を用いた板状体の製造方法の中で、基板を原料融液へ浸漬させて、基板表面に板状体を成長させようとした場合、主面と隣接する側面にはバリ（回り込み部）が成長しない板状体を作製するための基板を提供するものである。
この主面１と隣接した側面ＳＬ１に形成された表面凹凸において、凹凸形状のピッチＰＳＬ１は０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下が好ましく、その凸部の先端角は１５°以上、１２０°以下が好ましい。凹凸形状のピッチ（ＰＳＬ１，ＰＳＲ１）が、３ｍｍ以上になれば、先端角を変更しても、隣り合った凸部で原料融液を支持しているために、凹凸形状の凹部に原料が入り込む可能性が生じることになる。ここでいう凸部とは、図８に示す形状に代表されるものである。すなわち、図８（Ａ）に示すようなピラミッド状の点状の凸部５を有する構造であったり、（Ｂ）に示すようなピラミッド形状と同様の効果を有する形状である、断面が三角形の複数の突起を有し、その突起が、線状の凸部６を形成する構造であったりする。また、先端角α８Ｂとは、凸部６を構成している面同士のなす角度のことを指す。図８では、凸部の先端が１点もしくは、線になった構造を図示しているが、凸部の先端部が丸みを帯びたものであってもよい。さらに、図では、凹凸形状の凸部が直線状に配置されているが、特に限定されない。すなわち、基板が融液へ侵入する際の浸漬軌道が、円軌道であるならば、側面に形成される凸部も同心円状に配置されることが好ましい。
いずれの場合においても、融液を支持することができ、さらに、その凸部に板状体が成長しなければよい。これは、凸部で成長が起こった場合でも、隣り合った凸部間で、凝固した固体とが連続せずに、板状に成長しなければいいことを意味する。
また、凹凸形状が形成される周辺面の幅ＷＳＬ１は、原料融液への侵入深さよりも長い方が好ましい。もし、短ければ、凹凸形状が形成されていない部分にも板状体が成長し、落下してしまう恐れが生じるためである。融液中に落下した板状体は、容易には溶融しないために、連続生産に支障をきたすことになる。凹凸形状が形成される幅ＷＳＬ１は、側面すべてに形成されていてもよいが、基板表面を再加工する場合などを考慮すると、浸漬深さの１．２倍から２倍の長さにするのが好適である。このような形状にすることにより、凹凸形状を形成していない部分を万力などの固定治具で固定することができ、基板表面もしくは、側面の加工を精度良く行えることになる。
しかしながら、凹凸形状も、原料融液の種類によって、適宜変更することが必要である。それは、原料によって、融液状態での表面張力が異なっているために、融液を支持するための最適な構造が異なるためである。
基板に用いる材料としては、原料融液と化学的に反応を起こしにくい材質であることが好ましい。たとえば、原料融液にシリコンを用いる場合の基板の材質としては、高純度黒鉛、グラッシーカーボン、窒化硼素、窒化シリコン、炭化ケイ素、窒素アルミなどから選択することが好ましい。これは、基板の主面もしくは、それと隣接した周辺面の表面に少なくとも上記の材質があればよく、特に成形体である必要はない。言い換えれば、シリコン融液と接触する基板の最表面にだけ、上記の材質が存在していればよい。このように、原料融液に用いる材料によって、基板に用いる適切な材質が存在する。
【０００９】
次に、主面にも凹凸形状が存在する場合について説明する。図３（Ａ）は板状体を成長させるための基板Ｃ３の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｂ−Ｘｂで切断したときの基板の断面図である。この図において、主面３１には、側面（ＳＬ３、ＳＲ３）とは異なる凹凸が形成されている。このような構造にすることにおいても、主面３１と周辺面（Ｆ３，Ｒ３、ＳＬ３、ＳＲ３）は、基板縁部Ｅ３を介して板状体が成長する部分と、成長しない部分とを分離することが可能となる。これは、主面３１と側面とも凹凸形状が形成されているが、融液を支持する形状が異なるためである。
主面３１の凸部のピッチＰ３１は、０．５ｍｍから５ｍｍまでの範囲が好ましく、側面（ＳＬ３、ＳＲ３）の凸部のピッチ（ＰＳＬ３、ＰＳＲ３）は、０．５ｍｍから３ｍｍまでの範囲が好ましい。このときの主面３１の凸部の先端角度は、９０°から１５０°が好ましく、側面（ＳＬ３、ＳＲ３）の先端角度は１５°から１２０°が好ましい。主面３１の凸部のピッチＰ３１と、側面の凸部のピッチ（ＰＳＬ３、ＰＳＲ３）が同じ場合は、側面（ＳＬ３、ＳＲ３）の凸部からの成長を遅らすためには、凸部の先端角を小さく、すなわち、鋭くすることが必要となる。
【００１０】
図４（Ａ）は板状体を成長させるための基板Ｃ４の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｃで切断した時の基板の断面図である。この基板Ｃ４は、板状体を成長させるための基板Ｃ４の主面４１と、主面４１と隣接した周辺面（Ｆ４、Ｒ４、ＳＬ４、ＳＲ４）とが、角度βで交わっていることが特徴となる。これまで示した図１（Ａ）および図３（Ａ）は、主面とそれと隣接した周辺面は垂直に交差しているが、図４（Ａ）では、それらの基板に面取り加工を施した概観形状である。すなわち、図１（Ｂ）および図３（Ｂ）においては、直方体の基板から表面の溝加工を行うことで、基板Ｃ１、Ｃ３を作製することができ、図４（Ｂ）では、直方体の基板に面取り加工を施した後、表面の溝加工を行うことで、基板Ｃ４を作製することができる。
このような面取り加工を施すことで、機械加工による側面（ＳＬ４、ＳＲ４）の凹凸形状の作製が容易となるだけでなく、さらには、面取り加工を施した面に凹凸を形成することから、融液を支持する凸部も傾斜して作製することができるために、融液を支持する形状も制御しやすくなる。これは、融液の支持の仕方が、凸部の傾斜によっても、違いが生じるためである。
この面取り加工によって形成された、主面に対する角度βは、特に制限はないが、加工の容易性から考慮すると、９０°以上、１７０°以下が好ましい。より好ましくは、９０°以上、１６０°以下である。９０°以下であると、溝加工が困難になるだけではなく、基板Ｃ４の基板縁部Ｅ４の強度が弱くなるためあまり好ましくない。
【００１１】
図４では、４面の面取り加工を行った概観形状で示しているが、これは４面とも行う必要はなく、１面であっても良い。特に、基板の進行方向の面（Ｆ４）以外の３面の面取り加工を行うことが好ましい。これは、進行方向以外の部分の板状体の品質が均一になるためである。また、面取り加工は、平面である必要はなく、曲面であってもよい。しかしながら、面取り加工した面に、溝加工を行うには、平面で面取り加工が施されている方が都合がよい。
次に、図５を用いて、本発明の基板について説明する。図５（Ａ）は基板の概略斜視図であり、（Ｂ）は基板の違う方向から見たときの概略斜視図であり、（Ｃ）は（Ａ）における一点鎖線Ｘｄ−Ｘｄで切断したときの基板の断面図である。この図において、主面５１の両側には同一平面で、主面５１と表面形状が異なる周辺面（５１Ｌ、５１Ｒ）が存在し、基板縁部Ｅ５を介して、側面（ＳＬ５、ＳＲ５）につながる構造になっている。すなわち、主面５１とした隣接した面である下面Ｒ５の凹凸形状と、主面５１の凹凸形状とが異なるために、本発明の基板に該当することになる。すなわち、主面５１と同一平面に凹凸形状を有する面があってもよく、本発明は少なくとも隣接した１つの周辺面に、凹凸形状があれば良いことを意味する。
このとき同一平面にある凹凸形状（５１Ｌ、５１Ｒ）はどのような表面形状でも良いが、下面Ｒ５に形成された凹凸形状と同じ凹凸形状がより好ましい。このような形状にすることで、下面Ｒ５や、主面５１の左右の周辺面（５１Ｌ、５１Ｒ）にも板状体が形成しないことになり、端面の処理が不要な板状体が得られることになる。これは、基板の同一平面にある主面５１と、周辺面（５１Ｌ、５１Ｒ）や下面（Ｒ５）では、表面形状が異なっており、その表面形状によって融液の支持の形状が異なってくるためである。すなわち、結晶成長を抑制する周辺面（５１Ｌ、５１Ｒ）や下面（Ｒ５）では、完全な板状体を形成しなくなり、結果として、端面の処理が不要となる。
図９（Ａ）は本発明の板状体を成長させるための基板Ｃ９の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｅ−Ｘｅで切断したときの基板の断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｆ−Ｘｆで切断したときの基板の断面図である。この図において、主面（９１Ｒおよび９１Ｌ）の間に中央部９１Ｃが存在しているため、１枚の基板Ｃ９から２枚の板状体が作製できる形状になっている。このような形状にすることで、大量生産が可能となり、より安価な板状体を提供することが可能となる。
この図において、板状体は、主面（９１Ｒおよび９１Ｌ）上に形成され、中央部９１Ｃによって分離されることになる。この中央部９１Ｃの表面形状は、側面（ＳＬ９、ＳＲ９）、上面Ｆ９、下面Ｒ９の表面形状と同じような形状が好ましいが、より好ましくは、図８（Ｂ）に示すような線状の凸部を有するような形状である。この中央部９１Ｃの幅Ｗ９１Ｃは、２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で、側面の凹凸のピッチＰＳＲ９は０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。幅Ｗ９１Ｃが１ｍｍ以下であると、中央部９１Ｃでの成長も起きてしまい、主面９１Ｒと主面９１Ｌから成長した板状体が部分的につながる可能性が高くなるためあまり好ましくない。
これまで図示してきたすべての基板（Ｃ１〜Ｃ４、およびＣ９）は、１個の基板で構成されているが、これらは、複数の基板で構成されていても構わない。すなわち、主面と、それと隣接する周辺面とは、独立した基板であり、少なくとも原料融液に浸漬される時に組み合わさっていれば、側面に板状体が成長せずに、同様の効果を発揮する。
【００１２】
本発明の基板を用いると、図２に示した断面図のように、得られる板状体にはバリが存在しない。すなわち、本発明の基板を用いて作製した板状体には、基板側へのバリ（回り込み部）がない部分を有することを特徴とするものである。
このようなバリが存在しない部分を有する板状体は、製品を作製するためのプロセスに流す際も切断を行う必要がなく、切断のコスト削減や切断条件の緩和などに効果がある。また、板状体の周辺面をすべてこのような基板形状にすることで、切断の工程を通さずに板状体を、後のプロセスに流すことが可能で、コストを低減することが可能である。
（板状体の製造装置）
次に、本発明の基板を用いた板状体の製造方法について説明する。本発明の板状体を得る装置は、図６に示した装置を用いる場合に、特に効果がある。しかしながら、本発明を実現する装置は、これに限定されることはない。本発明の板状体を作製するための製造装置内の概略断面図を図６に示す。
図６の板状体の製造装置は、得られた板状体Ｓ、基板Ｃ、坩堝６１、加熱用ヒーター６２、原料融液６３、坩堝台６４、断熱材６５、坩堝昇降用台６６、基板に固定された軸６７、基板を保持するための固定台６８を備えている。
図６に示すように、原料融液温度以下の基板Ｃが、図中左側から、坩堝６１中にある原料融液６３に浸漬される。このとき、原料融液６３は、加熱用ヒーター６２により融点以上に保持されている。安定して板状体Ｓを得るためには、融液温度の調節と、チャンバー内の雰囲気温度と、基板Ｃの温度を厳密に制御できるような装置構成にする必要がある。
基板Ｃには、温度制御が容易に制御できる構造を設けることが好ましい。基板の材質は、特に限定されないが、熱伝導性の良い材料や耐熱性に優れた材料であることが好ましい。例えば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミ、金属などを使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すれば良い。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。基板の材質は、工業的に安価であること、得られる板状体の基板品質などの種々の特性を考慮し、適宜選択することが可能である。さらに、基板に金属を用いる場合、常に冷却し続けるなど、基板の融点以下の温度で使用し、得られた板状体の特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。
温度制御を容易にするには、銅製の基板を保持するための固定台６８を用いると都合がよい。固定台６８とは、軸６７と基板Ｃを連結する部分のことを指す。固定台６８や基板Ｃは冷却する手段と連結されているのが好ましい。冷却機構と連結されていることで、基板Ｃの温度調節がより容易になるためである。さらに、基板Ｃを加熱する加熱機構を有する方が好ましい。すなわち、基板の温度は、冷却機構を備えているだけでなく、加熱機構を備えている方が好ましい。原料融液中へ進入した基板は、その基板表面に板状体Ｓが成長する。その後、基板は原料融液から脱出するが、基板側は原料融液から熱を受け、基板の温度が上昇する傾向にある。しかし、次に同じ基板を同じ温度で原料融液へ浸漬させようとすると、基板の温度を下げるための冷却機構が必要となる。すなわち、一度原料融液から脱出した基板は、冷却機構で冷却され、次に原料融液に浸漬される前までに、加熱機構を用いて、成長基板の温度制御を行なう方が良い。加熱機構は、高周波誘導加熱方式、抵抗加熱方式、ランプ加熱方式でも構わない。
このように、冷却機構と加熱機構を併用することで、板状体の安定性は、格段に上昇する。
基板の温度制御と共に重要なのは、原料融液の温度管理である。融液の温度を融点近傍で設定していると、基板が融液に接することで原料融液の湯面が凝固を起こす可能性があるため、融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対もしくは、放射温度計などを用いて厳密に制御することができる。融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的で好ましいが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入する恐れがあるために、汚染を防止する構造にする必要がある。制御方法は、坩堝などに熱電対を挿入するなどして、間接的に制御するか、放射温度計によりシリコン融液の温度を測定できるような構造にすることが好ましい。
融液の入った坩堝６１は、坩堝台６４を介して断熱材６５の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、坩堝底からの抜熱を最小限に抑制するために用いられている。その断熱材６５の上には、坩堝台６４が設置されており、坩堝昇降軸６６が接続されており、昇降機構が設けられている。これは、基板Ｃ上で板状体が成長するため、常に基板Ｃが、原料融液の湯面から同じ深さで浸漬できるように上下動させるためである。湯面から同じ深さで浸漬できるようにする方法は、これに限定されない。湯面位置を一定に保つ、すなわち、板状体として取り出された分の原料を補充する方法なども適用可能である。これは、原料の多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能である。但し、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面を乱すと、そのときに発生する波形状が得られる板状体の融液面側に反映され、得られる板状体の均一性を損ない、品質の安定性を損なう可能性があるためである。
次に、別の板状体の製造装置を図７を用いて説明する。ここでは、原料融液にシリコンを用い、板状シリコンを作製する装置について説明する。
図７において、坩堝昇降機構７６および坩堝保持部７４，７５に付設された坩堝７１上に熱遮蔽板８２の開口部８３を有し、その開口部８３を移動することが可能な固定台７８と基板Ｃが固定脚７７に接続され、その固定脚７７は、冷却器７９に接続されている。また、この冷却器７９は、角度が変更できる関節部８０を有するアーム８１に接続されている。ただし、この図において、アームや関節部を移動させる手段、真空排気ができるようなチャンバーなどの装置は示していない。本装置においては、坩堝７１上には、熱遮蔽板８２が開口されており、基板Ｃは任意の軌道を描けるような構成になっている。その基板Ｃ上で結晶が成長し、板状シリコンＳが形成されるのである。このとき、基板Ｃの温度、シリコン融液７３の温度などを制御することにより、形成される板状シリコンの厚みを制御することが可能になる。この装置においては、アーム８１が関節部８０を有することにより、基板Ｃが移動する構成であるが、アーム８１ごと移動する構成であっても構わない。このように、アームごと移動させるような機構を設けることで、基板Ｃをシリコン融液の湯面から同じ深さで浸漬させることが可能となる。
（板状シリコンの製造方法）
次に、図６に示す板状体の製造装置を用いて、本発明の基板を用いた場合の板状体の製造方法について説明する。特に、ここでは、原料にシリコンを用いた場合について、説明する。
まず、得られる板状シリコンの比抵抗が０．５〜５Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン塊（原料）を、高純度黒鉛製坩堝６１に一杯になるまで充填する。その坩堝を、図６に示すような装置内に設置する。次に、チャンバー内の真空引きを行ない、チャンバー内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバー内にＡｒガスを導入し、常に１０Ｌ／ｍｉｎの流速で、チャンバー上部よりＡｒガスを流したままにする。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。
次に、シリコン溶融用のヒーター６２の温度を１５００℃に設定し、坩堝６１内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶融することで液面が低くなることから、シリコン融液の湯面が、坩堝６１の上面から１ｃｍ下の位置になるように、新たにシリコン粉末を投入する。シリコン溶融用のヒーターは、一度に１５００℃に上げるのではなく、約１３００℃まで５〜５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その後、所定温度まで上げるのが好ましい。これは、急激に温度を上げると、坩堝の角部に熱応力が集中的にかかり、坩堝の破損に繋がるためである。
その後、シリコンが完全に溶融したのを確認したのち、シリコン融液温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図る。次に、坩堝昇降機構６６を用いて、坩堝６１を所定の位置まで移動させる。このときのシリコン融液温度は、１４００℃以上、１５００℃以下が好ましい。シリコンの融点が１４１０℃付近であるため、１４００℃以下に設定すると、坩堝壁から徐々に湯面が固まってくるためである。また、１５００℃以上に設定すると、得られる板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるためあまり好ましくない。
次に、板状シリコンを成長させるが、図１から図４に示すような基板を図６中の左側から右側へ矢印Ｚの軌道のように進行させる。このとき、基板の表面、例えば図１の主面１側をシリコン融液に接触させ、基板の前方部Ｆ１が進行方向側になるように、基板を移動させる。このように、基板の表面がシリコン融液に接することで、板状シリコンが、主面１側に形成される。板状シリコンを基板上に成長させる軌道は、特に限定されない。例えば、円軌道や、楕円軌道や、それらの組み合わせた軌道など、任意の軌道を実現できるような構造にしておく方が好ましい。
図１、図３および図４において、基板Ｃの進行方向前方部に位置するＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、平面で形成されているが、特に限定されない。より好ましい形状は、主面１上に成長した板状シリコンが落下しないような形状にすることが好ましい。
シリコン融液への進入時の基板の表面温度は、シリコン融液の凝固点以下であることが必要である。より好ましくは、１１００℃以下である。これは基板の温度が１１００℃以上であると、基板を１１００℃まで加熱するのに時間を要するだけでなく、板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるため好ましくない。基板の温度を調整するには、冷却機構と加熱機構の両方を備えているために、生産性が向上するだけでなく、製品の歩留まり向上、さらには、品質の安定化を図ることができる。
また、基板の表面温度を再現性よく制御する方法として、シリコン融液からの輻射熱の届かない、もしくは、その影響が少ない位置で、固定台への基板の装着を行い、その後、直ぐにシリコン融液へ進入させる方法を採用することで、基板の温度を制御しない装置構成も可能である。
ここでは、板状シリコンの製造方法について説明を行ってきたが、前述のように、成長に使用する基板の材質や形状などを適宜変更することで、金属や、ＩＶ族（ＩＶ−ＩＶ族）半導体や、ＩＩＩ−Ｖ族半導体や、ＩＩ−ＶＩ族半導体などの、板状体の作製などにも容易に転用することが可能である。
さらに、ここでは、図６に示した製造装置を用いて説明しているため、基板Ｃの下側に板状シリコンが成長する。しかしながら、図６とは、違った装置構成で、基板の上下を逆さまにすることで、基板Ｃの上側にも板状シリコンを作製することも可能となる。
【００１３】
次に、図７に示す板状シリコン製造装置を用いて、本発明による板状シリコンの製造方法について説明する。ここでは図７の板状シリコン製造装置を用いた板状シリコンを製造方法の一例を示すが、本発明は製造装置にかかわらず前記基板を、融液に接触させることに特徴がある。また、本発明は基板の材質、坩堝材質等にも限定されない。
得られる板状シリコンの比抵抗が１Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調節したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に保護された石英坩堝７１内に充填し、図７にあるような装置内に設置する。その後、本体チャンバー内の圧力を３００Ｐａになるまでロータリーポンプを用いて排気を行い、その後、６Ｐａになるまで、メカニカルブースターポンプを用いてさらに排気を行う。
次に、坩堝を坩堝加熱用ヒーター７２に周波数４ｋＨｚ、電力８０ｋＷのインバーターを用いて、４℃／ｍｉｎの昇温レートにて５００℃まで昇温する。本体チャンバー内の圧力を６Ｐａ、坩堝温度を５００℃を維持した状態で９０分間保持することにより、カーボン製坩堝に含まれている水分を除去する。また、一度に昇温しないのは、坩堝の角部などに熱応力が集中的にかかり、坩堝の破損を防止するのが目的である。
このようなベーキングを経た後、一旦インバーターの出力を停止し、坩堝の加熱を停止する。この状態で、本体チャンバーの圧力を８００ｈＰａになるまでＡｒガスを充填する。本体チャンバー内が８００ｈＰａに達した時点で、再び坩堝を昇温レート１０℃／ｍｉｎにて加熱し、坩堝温度が１５５０℃になるまで昇温する。坩堝温度を１５５０℃で安定させることにより、坩堝内のシリコン塊はやがて全て溶融して、シリコン融液となる。シリコン塊が完全に溶解したのを確認し、シリコン湯面の高さが坩堝上端より１５ｍｍになるように、シリコン塊もしくはシリコン粉末を追加投入する。追加投入したシリコン塊が全て溶融したことを確認したのち、坩堝の設定温度を１４３０℃まで落として、シリコン融液の温度安定化のため３０分間その状態を保持する。
次に、板状シリコンを基板Ｃ上に成長させるが、基板の主面が、シリコン融液に接触するように移動させる。このように、基板の主面がシリコン融液に接することで、基板の表面に板状シリコンＳが成長する。基板Ｃ上に板状シリコンＳを作製するための軌道は、円軌道、楕円軌道であってもよい。特に、任意の軌道を実現できるような図７のような装置構造にすることで、得られる板状シリコンＳの歩留まりを向上させることができる。
図７にあるように、基板Ｃと板状シリコンＳはチャンバー内で剥離してもいいし、チャンバー外へ搬出しても構わない。特に、生産速度を上げるのであれば、チャンバー内で、基板Ｃから剥離し、板状シリコンＳだけをチャンバー外へ搬出するのが好ましい。このようにすることで、基板Ｃをチャンバー外へ搬出することがなくなるだけでなく、Ａｒガスの消費量も大幅に低減することが可能となり、より安価な板状シリコンを提供することが可能となる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
＜板状シリコンの作製＞
比抵抗が２Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に保護された石英製坩堝内に入れ、図６に示すような装置内に固定した。
まずチャンバー内を数Ｐａ程度まで真空引きし、常圧までＡｒガスで置換し、その後Ａｒガスを１０Ｌ／ｍｉｎでフローしたままにした。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融するが、シリコン溶解用ヒーターを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、坩堝温度を１４２５℃に保持し、安定化を図った。
次に、図１および図２に示す形状の基板Ｃ１を、基板の主面の温度を２００℃に制御し、主面１が湯面から８ｍｍ下の部分を通過するように浸漬し、板状シリコンを成長させた。このとき用いた基板の主面１は、縦１０５ｍｍ、横１００ｍｍであり、基板の厚み３０ｍｍであった。また、主面１と隣接した周辺面ＳＬ１、ＳＲ１、Ｒ１に形成された凹凸はすべて同じであり、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であった。このとき点状の凸部は格子状に存在しており、その周辺面の凸部のピッチ（ＰＳＬ１，ＰＳＲ１）は１．０ｍｍで、その凸部と凹部の高低差は１．２ｍｍであった。さらに、周辺面の凸部を形成した幅ＷＳＬ１は、１５ｍｍとした。
このようにして得られた板状シリコンのサイズは、ほぼ縦１０５ｍｍ、横１００ｍｍで、板状シリコン周辺部に成長基板側に突き出たバリは存在しなかった。また、成長したシリコンの厚さは、約０．４０ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
＜太陽電池の作製方法＞
成長させた板状シリコンにおいて、基板の平面Ｆ１から成長した部分のみを切断し、太陽電池のプロセスに通し、太陽電池を作製した。
得られた板状シリコンの洗浄のため、水酸化ナトリウムによるアルカリエッチングを行った後、ＰＯＣｌ３拡散によりｐ型基板にｎ＋層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ＋層上にプラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面に形成されているｎ＋層を硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチング除去し、ｐ基板を露出させ、その上に裏面電極およびｐ＋層を同時に形成した。次に、受光面側の電極をスクリーン印刷法を用いて形成した。その後、半田ディップを行い、太陽電池を作製した。ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９８８））」に従って、太陽電池の特性評価を行った。
測定結果は、短絡電流３１．１（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８５（ｍＶ）、フィルファクター０．７５６、効率１３．８（％）であった。
（実施例２）
成長基板に図３に示すものを用いたこと以外、全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製し、太陽電池の作製・評価も行った。
このとき用いた基板Ｃ３の主面３１は、縦１０５ｍｍ、横１００ｍｍであり、基板の厚み４０ｍｍであった。また、主面３１と隣接した周辺面ＳＲ３、ＳＬ３、Ｒ３に形成された凹凸はすべて同じであり、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であった。この時、点状の凸部は格子状に存在しており、その周辺面の凸部のピッチは１．５ｍｍで、その凸部と凹部の高低差は１．０ｍｍであった。さらに、周辺面の凸部を形成した幅は、２５ｍｍとした。また、主面３１の表面にも、凹凸が形成されており、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であり、その凸部のピッチＰ３１は１．５ｍｍで、凸部と凹部の高低差は、０．２ｍｍであった。
このようにして得られた板状シリコンのサイズは、ほぼ縦１０５ｍｍ、横１００ｍｍで、板状シリコン周辺部に成長基板側に突き出たバリは存在しなかった。また、成長したシリコンの厚さは、約０．３５ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
得られた板状シリコンにおいて、基板の平面Ｆ３から成長した面だけを切断し、太陽電池のプロセスに通し、太陽電池を作製した。
作製した太陽電池特性の測定結果は、短絡電流３０．９（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８３（ｍＶ）、フィルファクター０．７４９、効率１３．６（％）であった。
（実施例３）
得られる板状シリコンの比抵抗が２Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調節したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に保護された石英坩堝内に充填し、図７にあるような装置内に設置した。その後、本体チャンバー内の圧力を３５０Ｐａになるまでロータリーポンプを用いて排気を行った。その後、３Ｐａになるまで、メカニカルブースターポンプを用いてさらに排気を行った。
次に、坩堝を、８℃／ｍｉｎの昇温レートにて７００℃まで昇温する。本体チャンバー内の圧力を６Ｐａ、坩堝温度が７００℃を維持した状態で６０分間保持することにより、カーボン製坩堝に含まれている水分を除去する。このようなベーキングを経た後、一旦インバーターの出力を停止し、坩堝の加熱を停止する。この状態で、本体チャンバーの圧力を８００ｈＰａになるまでアルゴンガスを充填する。
本体チャンバー内が８００ｈＰａに達した時点で、再び坩堝を昇温レート１０℃／ｍｉｎにて加熱し、坩堝温度が１５００℃になるまで昇温する。坩堝温度を１５００℃で、１時間保持し、安定させることにより、坩堝内のシリコン塊はやがて全て溶融して、シリコン融液となる。シリコン塊が完全に溶解したのを確認し、シリコン湯面の高さが坩堝上端より１０ｍｍになるように、シリコン塊を追加投入する。追加投入したシリコン塊が全て溶融したことを確認したのち、坩堝の設定温度を、１４８０℃、１４５０℃、１４２０℃と段階を経て、落とし、さらに、シリコン融液の温度安定化のため３０分間その状態を保持する。このとき、シリコン融液の坩堝壁周辺からシリコンの凝固が進行しないことを確認した。
次に、図４に示す形状の基板Ｃ４を、基板表面の主面の温度が５００℃となるように加熱を行い、シリコン融液に浸漬させる。このとき用いた基板の主面４１は、縦１６０ｍｍ、横１５５ｍｍであり、基板の厚み３５ｍｍであった。また、主面４１と隣接した周辺面ＳＬ４、ＳＲ４、Ｒ４に形成された凹凸はすべて同じであり、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であった。この時、点状の凸部は格子状に存在しており、その凸部のピッチ（ＰＳＬ４，ＰＳＲ４）は１．５ｍｍで、その凸部と凹部の高低差は１．３ｍｍであった。さらに、周辺面の凸部を形成した幅は、１５ｍｍとし、主面４１と周辺面（ＳＬ４、ＳＲ４、Ｒ４）のなす角βは、４５°であった。また、主面４１の表面にも、凹凸が形成されており、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であり、その凸部のピッチＰ４１は１．５ｍｍで、凸部と凹部の高低差は、０．２５ｍｍであった。
このようにして、主面４１から得られた板状シリコンのサイズは、ほぼ縦１６０ｍｍ、横１５５ｍｍで、板状シリコン周辺部に成長基板側に突き出たバリは存在しなかった。また、成長したシリコンの厚さは、約０．３８ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このようなプロセスで作製した板状シリコンの一辺のみをレーザーで切断し、縦１５５ｍｍ、横１５５ｍｍの板状シリコンを５０枚得た。
（太陽電池の作製）
得られた板状シリコンから太陽電池の作製を行った。得られた板状シリコンは、硝酸とフッ酸の混合液で洗浄も兼ねてエッチングを行った。その後、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行った。その後、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）を、スピンコート法にて、板状シリコン表面に塗布し、熱拡散によって、ｎ＋層を形成した。ｎ＋層形成時に形成された余分なＰＳＧ膜をフッ酸により除去した後、プラズマＣＶＤにより、反射防止膜としてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面上に、Ａｌペーストをスクリーン印刷することにより、裏面電極およびｐ＋層を同時に形成した。次に、Ａｇペーストを印刷することにより、受光面電極を形成した。その後、半田コートを行い、太陽電池を得た。得られた太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射下にて、太陽電池特性を行った。なお測定方法は、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９８８））に従った。
得られた５０個の太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３１．２（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５９１（ｍＶ）、曲線因子０．７４４、効率１３．７（％）であった。（実施例４）
成長基板が図５に示すものを用いたこと以外、全て実施例３と同じ方法で板状シリコンを作製し、太陽電池の作製・評価も行った。
このとき用いた基板Ｃ５の主面５１は、縦１６０ｍｍ、横１５５ｍｍであり、基板の厚みは５０ｍｍであった。また、主面５１と同一平面にある面（５１Ｒ、５１Ｌ）の幅（Ｗ５１Ｒ、Ｗ５１Ｌ）は、５ｍｍであった。主面５１と同一平面にある面（５１Ｒ、５１Ｌ）と基板縁部Ｅ５を介した周辺面（ＳＲ５、ＳＬ５、Ｒ５）に形成された凹凸はすべて同じであり、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であった。このとき点状の凸部は格子状に存在しており、その凸部のピッチ（ＰＳＬ５，ＰＳＲ５）は１．５ｍｍで、その凸部と凹部の高低差は１．０ｍｍであった。さらに、周辺面のの凸部を形成した幅は、３０ｍｍとした。
また、主面５１の表面にも、凹凸が形成されており、図８（Ａ）に示すような、四角錘の凸部を有する形状であり、その凸部のピッチＰ５１は１．５ｍｍで、凸部と凹部の高低差は、０．２ｍｍであった。
このようにして得られた板状シリコンのサイズは、ほぼ縦１５５ｍｍ、横１５５ｍｍで、板状シリコン周辺部に成長基板側に突き出たバリは存在しなかった。また、成長したシリコンの厚さは、約０．３２ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
得られた板状シリコンにおいて、基板の平面Ｆ５から成長した面だけを切断し、太陽電池のプロセスに通し、太陽電池を作製した。
作製した太陽電池特性の測定結果の平均値は、短絡電流３１．４（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８９（ｍＶ）、フィルファクター０．７５２、効率１３．９（％）であった。
【００１５】
【発明の効果】
上述の如く、本発明による基板を採用して成長させた板状体は、バリが形成されず、太陽電池などの製造プロセスにおいて、板状体の切断を行う必要がなく、切断のコスト削減や切断条件の緩和などに効果がある。また、この方法で作製した板状シリコンを太陽電池として利用することで、太陽電池のコスト削減、および太陽電池の普及により、環境破壊の防止にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘａ−Ｘａで切断したときの基板の断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の基板表面に融液が存在するときの基板および板状体の概略断面図、（Ｂ）は従来の基板表面に融液が存在するときの基板および板状体の概略断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｂ−Ｘｂで切断したときの基板の断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｃ−Ｘｃで切断したときの基板の断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｂ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｃ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｄ−Ｘｄで切断したときの基板の断面図である。
【図６】本発明の基板を用いて板状体を作製する装置の概略断面図である。
【図７】本発明の基板を用いて板状体を作製する装置の概略斜視図である。
【図８】（Ａ）は本発明の点状の凸部を有する基板の拡大した概略斜視図、（Ｂ）は本発明の線状の凸部を有する基板の拡大した概略斜視図である。
【図９】（Ａ）は本発明の基板の概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｅ−Ｘｅで切断したときの基板の断面図である。（Ｃ）は（Ａ）において一点鎖線Ｘｆ−Ｘｆで切断したときの基板の断面図である。
【符号の説明】
Ｃ  基板、Ｓ  板状体、Ｅ  基板縁部、Ｆ１  基板上面、ＳＲ１，ＳＬ１  基板の側面、Ｒ１  基板下面、１  基板の主面、３  融液、４  バリ、５  点状の凸部、６  線状の凸部。
【図１】
2004319621.tif 000003
【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】
2004319621.tif 000008
【図７】
2004319621.tif 000009
【図８】
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【図９】
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