(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により作製されたシリコン単結晶ウエーハであって、Ｇａがドープされており、ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域からなり、抵抗率が０．１〜５Ωｃｍであり、太陽電池用であることを特徴とするＧａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ。
【請求項２】
前記Ｇａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハの格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ。
【請求項３】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶からシリコン単結晶ウエーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶を引き上げる原料シリコン中に、前記シリコン単結晶ウエーハの抵抗率が０．１〜５Ωｃｍになるように調整してＧａを添加し、結晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域となる条件で太陽電池用の前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とするＧａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記太陽電池用のシリコン単結晶の引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求項３に記載のＧａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記太陽電池用のシリコン単結晶中の格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下となるように制御しながら引き上げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＧａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池セルの材料として有用なＣＺ法によるＧａドープシリコン単結晶ウエーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス技術の発展に伴い、チョクラルスキー（以下、ＣＺ：Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法を用いたＣＺシリコン単結晶に対する品質要求は多岐にわたっている。又、低コストに対する要求も厳しい。特に太陽電池セル用の材料としてシリコン単結晶を用いる場合は、変換効率の向上とともに製造コストの低減が大きな課題となっている。
【０００３】
以下、太陽電池セル用の材料としてシリコン単結晶を用いる技術的背景について説明する。
太陽電池をその基板材料を基に分類すると、大きく分けて「シリコン結晶系太陽電池」「アモルファス（非晶質）シリコン系太陽電池」「化合物半導体系太陽電池」の３種類が挙げられ、更にシリコン結晶系太陽電池には「単結晶系太陽電池」と「多結晶系太陽電池」がある。この中で太陽電池として最も重要な特性である変換効率が高い太陽電池は「化合物半導体系太陽電池」である。しかし、化合物半導体系太陽電池は、その材料となる化合物半導体を作ることが非常に難しく、太陽電池基板の製造コスト面で一般に普及するには問題があり、その用途は限られたものとなっている。
【０００４】
化合物半導体系太陽電池の次に変換効率の高い太陽電池としては、シリコン単結晶系太陽電池が続き、その発電効率は２０％前後と化合物半導体太陽電池に近い変換効率を持ち、太陽電池基板も比較的容易に調達できることから、一般に普及している太陽電池の主力となっている。
【０００５】
このようなシリコン単結晶系太陽電池の一般的な製造方法は、まず太陽電池セルの基板となるシリコンウエーハを得るために、チョクラルスキー法或いは浮遊帯域溶融法（以下、ＦＺ法、Floating zone法と記することがある。）により、円柱状のシリコン単結晶のインゴットを作る。更に、このインゴットをスライスして薄いウエーハに加工し、ウエーハ表面をエッチングして加工歪みを取り除き、太陽電池セルとなるウエーハ（基板）が得られる。このウエーハの片側にＰＮ接合面を形成した後、両面に電極を付け、最後に太陽光の入射側表面に反射防止膜を付けることで太陽電池セルが完成する。
【０００６】
昨今、太陽電池は環境問題を背景に、クリーンエネルギーの一つとして需要は拡大しつつあるが、一般の商用電力と比較してエネルギーコストの高いことがその普及の障害となっている。シリコン単結晶太陽電池のコストを下げるためには、基板の製造コストを下げる一方でその変換効率を更に高めることが必要である。
【０００７】
また、その一方で単結晶系太陽電池の基板材料となるシリコンウエーハとしては、その特性の一つである基板ライフタイム（以下、Lifetime、ＬＴと記することがある）の値が１０μｓ以上でなければ太陽電池基板として利用することはできず、さらには、変換効率の高い太陽電池を得るためには基板ライフタイムは好ましくは２００μｓ以上であることが要求されている。
【０００８】
しかし、現在の単結晶棒製造方法の主流であるＣＺ法で作った単結晶は、太陽電池に加工した際に太陽電池セルに強い光を照射すると太陽電池基板のライフタイムの低下が起こり、光劣化を生じるために十分な変換効率を得ることができず、太陽電池の性能の面でも改善が求められている。
【０００９】
このＣＺ法シリコン単結晶を用いて太陽電池を作った時に、強い光を太陽電池セルに当てるとライフタイムが低下し光劣化が起こる原因は、単結晶基板中に存在するボロンと酸素による影響であることが知られている。現在、太陽電池として用いられているウエーハの導伝型はｐ型が主流であり、通常このｐ型ウエーハにはボロンがドーパントとして添加されている。そして、このウエーハの材料となる単結晶棒は、ＣＺ法（ＭＣＺ(Magnetic field applied ＣＺ)法を含む）、あるいはＦＺ法によって製造することができるが、ＦＺ法では単結晶棒の製造コストがＣＺ法に比べ高いため、現在はもっぱら比較的低コストで単結晶を作ることができるＣＺ法によって製造されている。
【００１０】
しかし、ＣＺ法によって製造される結晶中には酸素が存在し、このためｐ型ＣＺ法シリコン単結晶中のボロンと酸素によってライフタイム特性に影響を与え光劣化が生じると言う問題点がある。
【００１１】
このような問題点を解決するため本出願人等は先の出願（特願平１１−２６４５４９号）において、ｐ型のドープ剤としてＢ（ボロン）の代わりにＧａ（ガリウム）を使用することを提案した。これにより、光劣化が生じにくく、高い変換効率を有するシリコン単結晶が得られるようになった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｇａを添加してＣＺ結晶を引上げたからといって、従来のＢドープに比べて結晶引上げに要する製造コストを低減できるわけではないため、製造コストの低減という課題は相変わらず残されている。一方、光劣化が抑制されたからといって、変換効率に関する課題が全て解消されたわけではない。
【００１３】
すなわち、ＣＺ結晶はその引き上げ条件次第で、リング状に分布するＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれる結晶欠陥（しばしばＯＳＦリングと称される）が発生したり、転位ループや転位クラスターに起因する欠陥が発生することがある。これらＯＳＦリングや転位クラスター等が発生したシリコン単結晶においてはライフタイムが低下し、これを用いて太陽電池を製造すると変換効率が低下するという問題があることがわかってきた。そこで、このＯＳＦリングや転位クラスターの発生を極力なくした引き上げ条件が要求される。
本発明はこのような要求を満たし、光劣化を生じないとともに、ライフタイムを低下させる欠陥を抑制したＧａドープシリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために為されたもので、本発明は、チョクラルスキー法により作製されたシリコン単結晶ウエーハであって、Ｇａがドープされており、ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域からなることを特徴とするＧａドープシリコン単結晶ウエーハである。
【００１５】
このように、Ｇａがドープされたシリコン単結晶ウエーハの全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域からなり、ＯＳＦ領域やＩ−リッチ領域が排除されたものであれば、ＯＳＦやＩ−リッチ領域に発生する転位クラスター等がウエーハ中にないため、ライフタイムの劣化や低下が生じることなく、太陽電池セル基板として用いた場合に変換効率の高いシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００１６】
この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハの抵抗率が０．１〜５Ωｃｍであることが好ましい。
ウエーハの抵抗率が５Ω・ｃｍより大きいウエーハを太陽電池基板として用いた場合には、ウエーハの抵抗率が必要以上に高くなり、基板を太陽電池に加工しても太陽電池の内部抵抗により電力が消費され、太陽電池の変換効率が低下することがある。また、ウエーハの抵抗率が０．１Ω・ｃｍより小さい場合には、基板抵抗率が極端に低下するため基板内部にオージェ再結合による少数キャリアのライフタイムの低下が発生して、同様にセルの変換効率が悪化してしまうことがある。従って、太陽電池基板として用いるウエーハは、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ〜５Ω・ｃｍ（Ｇａ濃度：５×１０１７〜３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）のものを使用するのが良い。
【００１７】
この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハの格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下であることが好ましい。
このように、初期格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会規格）以下であれば、太陽電池セルを作製する熱処理により酸素析出はほとんど発生することはなく、酸素析出による内部微小欠陥（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）によるライフタイム低下を回避した太陽電池セルを得ることができ、特性のバラツキの少ない良好な太陽電池セルを製造することができる。
【００１８】
そして本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶からシリコン単結晶ウエーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶を引き上げる原料シリコン中にＧａを添加し、結晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域となる条件で前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とするＧａドープシリコン単結晶ウエーハの製造方法である。
【００１９】
このように原料シリコン中にＧａをドープし、結晶の径方向全面がＮ−領域またはＶ−リッチ領域、あるいはこれらの混在領域となる条件でシリコン単結晶を引き上げることにより、結晶の径方向全面からＯＳＦ領域、Ｉ−リッチ領域が排除されたシリコン単結晶を製造することができる。したがって、このシリコン単結晶からシリコン単結晶ウエーハを製造すれば、ＯＳＦや転位クラスター等のないＧａドープシリコン単結晶ウエーハを製造することができ、ライフタイムの劣化および低下のないシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。
【００２０】
この場合、前記シリコン単結晶の引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。
シリコン単結晶の引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすれば、たとえ炉内構造が相違してもほとんどのＣＺシリコン単結晶製造装置において、全面Ｖ−リッチ領域のシリコン単結晶を引き上げることが可能であるし、生産性も高くなり好ましいからである。
【００２１】
この場合、前記Ｇａドープシリコン単結晶ウエーハの抵抗率が０．１〜５Ωｃｍになるように調整して前記原料シリコン中にＧａを添加することが好ましい。
前述のように、このような抵抗率範囲であれば、太陽電池用のシリコン単結晶ウエーハとして最適なウエーハを製造することができるからである。
【００２２】
この場合、前記シリコン単結晶中の格子間酸素濃度が１５ｐｐｍａ以下となるように制御しながら引き上げることが好ましい。
このようにすれば、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）によるライフタイム低下を回避した太陽電池セルを得ることができ、特性のバラツキの少ない良好な太陽電池セルを製造することができる。
【００２３】
以下、本発明に関してより詳細に説明する。
前述したように、太陽電池用のＧａドープされたＣＺシリコン単結晶としては、ライフタイムを低下させる結晶欠陥の発生を抑制した引き上げ条件が求められるが、この様な品質要求を実現するためのＣＺシリコン単結晶製造中の制御因子として、不純物濃度、結晶育成中の熱履歴等がある。この中でも引上速度Ｖと結晶固液界面温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇというパラメータは、空孔と格子間シリコンの２種類の点欠陥を制御できるパラメータで、Grown-in欠陥制御や酸素析出特性の制御因子として注目されている。
【００２４】
ここでＣＺ結晶の引上げ条件とグローンイン（Ｇｒｏｗｎ  ｉｎ）欠陥領域との関係について説明しておく。
まず、ＣＺシリコン単結晶を引上げる際に、結晶中に取り込まれる点欠陥には、原子空孔（Ｖａｃａｎｃｙ）と格子間シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ）とがあり、この両点欠陥の濃度は、結晶の引上げ速度Ｖ（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係（Ｖ／Ｇ）から決まることが知られている。そして、シリコン単結晶において、原子空孔が多く取り込まれた領域はＶ−リッチ領域と呼ばれ、シリコン原子の不足からボイド（Ｖｏｉｄ）型のグローンイン欠陥が多く存在する。一方、格子間シリコンが多く取り込まれた領域はＩ−リッチ領域と呼ばれ、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位に起因して転位クラスタ等の欠陥が多く存在する。
【００２５】
また、Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の間には、原子の不足や余分の少ないＮ−領域（Ｎｅｕｔｒａｌ領域）が存在することが知られており、さらにこのＮ−領域中には酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）がリング状に発生するＯＳＦ領域（ＯＳＦリング領域、リングＯＳＦ領域とも呼ばれる）の存在が確認されている。
【００２６】
図２は、縦軸を結晶引上げ速度、横軸を結晶中心からの距離とした場合のグローンイン欠陥領域の分布図を模式的に示したものである。この欠陥領域の分布形状は、結晶の引上げ条件や結晶成長装置の炉内構造（ホットゾーン：Ｈｏｔ  Ｚｏｎｅ：ＨＺ）等を調整してＶ／Ｇを制御することにより変化させることができる。
【００２７】
図２からわかる通り、一般的には、結晶の引上げ速度を上げることによりＯＳＦ領域が結晶の外周側に移動し、やがて結晶の外周部から消滅し、中央部のＶ−リッチ領域と周辺部のＮ−領域の混在領域を持つ結晶となり、最後に全面Ｖ−リッチ領域の結晶となる。反対に、引上げ速度を下げるとＯＳＦ領域は結晶の中心側に移動し、やがて結晶の中央部で消滅し、Ｎ−領域を経て全面Ｉ−リッチ領域の結晶となる。なお結晶に窒素をドープした場合、ＯＳＦ領域やＮ−領域の幅や領域の境界位置が変化することが報告されている（１９９９年春季第４６回応用物理学関係連合講演会予稿集Ｎｏ．１、ｐ．４７１、２９ａＺＢ−９、飯田他）。従って、窒素ドープ結晶において、ＯＳＦ領域を制御する場合には、この窒素ドープ結晶育成時のＶ／Ｇと欠陥領域分布との関係を参考に行えばよい。
【００２８】
最近ではこのＶ／Ｇを詳細に制御することにより、従来は図２のように結晶の成長軸方向に対して斜めにしか存在しなかったＮ−領域を、図１のように結晶の径方向全面に広げた状態で結晶を引き上げることが可能となり、全面Ｎ−領域からなるウエーハが得られるようになってきた。
【００２９】
上記の説明からも理解される様に、ライフタイムを低下させる欠陥であるＯＳＦリングは、Ｖ／Ｇがある値になった際に引き上げ結晶の径方向断面においてリング状に観察される結晶欠陥である。Ｇは結晶成長装置のＨＺ構造により決まるので、特定のＨＺ構造を有する引き上げ装置を用いて引き上げる場合にＯＳＦリングの発生を抑制するためには、引き上げ速度Ｖを大きくすることにより、Ｖ／Ｇを結晶径方向全面に於いて大きし、ＯＳＦリングを結晶の外周部から消滅させればよい。
また、ライフタイムを低下させる他の欠陥として挙げられる転位クラスターは前述の通りＩ−リッチ領域に発生する欠陥であるので、ＯＳＦリングの場合と同様に引き上げ速度Ｖを大きくすれば、結晶径方向全面からＩ−リッチ領域を排除することができる。
【００３０】
また、引き上げ速度Ｖをある一定範囲に制御し、図１におけるＯＳＦ領域とＩ−リッチ領域の間のＮ−領域で引き上げるようにしても良い。このようにすれば全面Ｎ−領域のシリコン単結晶を得ることができ、ＯＳＦや転位クラスター等の欠陥を排除できる。
【００３１】
以上のような観点から、本発明者は、太陽電池用のＧａドープされたＣＺシリコン単結晶として、全面Ｖ−リッチ領域または全面Ｎ−領域、あるいはこれらの領域が混在するウエーハとすれば、ライフタイムが劣化しないとともに、ライフタイムを低下させる欠陥も抑制された、変換効率が高いＧａドープされたＣＺシリコン単結晶を得ることができることを発想し、本発明を完成させた。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
本発明を実施するに当たり、単結晶の引き上げに用いる装置としては、磁場印加を行う設備のない通常のＣＺ単結晶引上装置、あるいは磁場印加を行う設備を具備したＣＺ単結晶引上装置（ＭＣＺ装置とも呼ばれる）のいずれをも用いることができる。
【００３３】
図３は、本発明で使用されるＣＺ法による単結晶引上装置の一例を示した概略説明図である。図３に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示せず）と、シリコンの種結晶５を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイヤ７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて構成されている。ルツボ３２は、その内側のシリコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。
【００３４】
また、本発明の製造方法に関わる製造条件を設定するために、結晶の固液界面の外周に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が配置されている。この固液界面断熱材８は、その下端とシリコン融液２の湯面との間に３〜１０ｃｍの隙間１０を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によっては使用しないこともある。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置３６を設けてもよい。
別に、最近では引上げ室３１の水平方向の外側に、磁石３７を設置し、シリコン融液２に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられることが多い。
【００３５】
例えば、ＢＭＤの発生防止のために結晶を１５ｐｐｍａ以下さらには１０ｐｐｍａ以下といった低酸素濃度で引き上げたり、全面Ｖ−リッチ領域の結晶を得るため結晶の変形を発生させずに引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上として引き上げるためには、ＭＣＺ装置を用いることがより好ましい。
【００３６】
全面Ｖ−リッチ領域で引き上げるためには、引き上げ結晶の形状が変形しない範囲で、できるだけ高速で引き上げることが好ましい。ＭＣＺ法によれば、直径２００ｍｍの結晶を引き上げるのに、例えば１．８ｍｍ／ｍｉｎあるいはそれ以上で引き上げることもできる。
【００３７】
次に、上記の単結晶引上げ装置３０による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０°Ｃ）以上に加熱して融解する。この時、本発明では原料中にＧａを添加する。このＧａをドープする方法として、原料多結晶シリコンを溶融する前、あるいは溶融したシリコン融液にガリウムを直接入れてもよいが、工業的に量産するためには、予め高濃度のＧａを添加したシリコン結晶を育成し、これを砕いて適切な量を添加する方法によれば、太陽電池用材料として適切な濃度範囲に制御することが容易になる。
【００３８】
次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液２の表面略中心部に種結晶５の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取り種結晶５を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができる。
【００３９】
全面がＶ−リッチ領域のシリコン単結晶を引き上げるためには、ほとんどのＨＺにおいて、引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすれば良い。しかし、全面がＮ−領域またはＮ−領域とＶ−リッチ領域の混在領域で引き上げるためには、Ｖ／Ｇを特定の範囲に制御して引き上げる必要がある。すなわち、図１に示すように、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ（℃／ｍｍ）で表した時、結晶中心から周辺までの距離を横軸とし、Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図のＮ−領域内、あるいは、Ｎ−領域とＶ−リッチ領域が混在する領域において結晶を引き上げればよい。肝心なことは、引き上げ結晶の径方向の面内に、Ｉ−リッチ領域およびＯＳＦリング領域を含まないようにすることである。
【００４０】
この場合、本発明では、引上条件制御のために特に重要であるのは、図３に示したように、引上げ室３１の湯面上における単結晶棒１の外周空間において、環状の固液界面断熱材８を設けたことと、その上に上部囲繞断熱材９を配置したことである。さらに、必要に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置、例えば冷却装置３６を設けて、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却できるものとする。また、この場合、筒下部に輻射熱反射板を取り付けた構造としてもよい。
【００４１】
このように液面の直上の位置に所定の隙間を設けて断熱材を配置し、さらにこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けた構造とすることによって、ＨＺの条件を変化させて、本発明の製造条件を満足させることができる。
この結晶の冷却装置としては、前記筒状の冷却装置３６とは別に、結晶の周囲を囲繞する空冷ダクトや水冷蛇管等を設けて所望の温度勾配を確保するようにしても良い。
【００４２】
尚、結晶引き上げ中のＧの面内分布については、ＨＺの構造から、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ  Ｍａｓｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を用いて算出することができる。
【００４３】
また前述のように、シリコンウエーハ中にＢＭＤが発生することを防止するため引き上げ結晶中に含まれる格子間酸素濃度は１５ｐｐｍａ以下であることが好ましい。この引き上げ結晶中に含まれる格子間酸素濃度の制御は、従来よりＣＺ法で慣用されている方法を用いればよい。例えば、ルツボ回転数の減少、導入ガス流量の増加、雰囲気圧力の低下、シリコン融液の温度分布、および対流の調整等の手段によって、簡単に上記酸素濃度範囲とすることができる。また、１０ｐｐｍａ程度あるいはそれ以下の酸素濃度で引き上げる場合には、磁場を印加して引き上げるＭＣＺ法によれば、約７ｐｐｍａ程度まで酸素濃度を下げることができる。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図３に示すようなＭＣＺ装置を用いて、直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約１ΩｃｍのＧａをドープしたシリコン単結晶を引き上げた。Ｇａのドープは、高濃度のＧａを添加したシリコン結晶を育成し、これを砕いて適切な量を添加する方法により行った。また、結晶引き上げ速度は１．８ｍｍ／ｍｉｎとし、格子間酸素濃度は約１２ｐｐｍａに調整した。
【００４５】
引き上げられた単結晶を鏡面ウエーハに加工し、表面欠陥検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Surf Scan SP1）により、ウエーハ表面の０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ（Crystal Originated Particle）を測定した。その結果、ＣＯＰ密度は１０００個／ｃｍ２以上であることがわかった。
【００４６】
また、引き上げられた単結晶から作製された他のウエーハを用いて１２００℃、１００分の酸化後選択エッチングを施し、ＯＳＦリングの発生を調査した。さらに、他のウエーハを用い、直接選択エッチングを行なって転位ループや転位クラスターに起因する欠陥の発生を調査した。その結果、ＯＳＦ、転位クラスター等は全く発生していないことがわかった。
【００４７】
以上の結果から、本実施例で作製されたＧａドープされたシリコン単結晶ウエーハは、全面Ｖ−リッチ領域からなり、ライフタイムを低下させる欠陥であるＯＳＦ、転位クラスター等が排除されているため、高い変換効率を得ることのできる太陽電池用ウエーハとして用いることができることがわかった。
【００４８】
（実施例２）
Ｇが４．２５（℃／ｍｍ）のＨＺ構造を有するＭＣＺ装置を用いて、直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約５ΩｃｍのＧａがドープされたシリコン単結晶を引き上げた。Ｇａのドープは、高濃度のＧａを添加したシリコン結晶を育成し、これを砕いて適切な量を添加する方法により行った。また、引き上げ速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎ±０．０１ｍｍ／ｍｉｎに調整することによりＶ／Ｇを制御しながら引き上げ結晶の径方向の全面がＮ−領域となる条件で引き上げた。また、格子間酸素濃度は約１０ｐｐｍａに調整した。
【００４９】
引き上げられた単結晶を鏡面ウエーハに加工し、表面欠陥検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Surf Scan SP1）により、ウエーハ表面の０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰを測定した。その結果、ＣＯＰ密度は、ほぼ０個／ｃｍ２であることがわかった。
【００５０】
また、引き上げられた単結晶から作製された他のウエーハを用いて１２００℃、１００分の酸化後選択エッチングを施し、ＯＳＦリングの発生を調査した。さらに、他のウエーハを用い、直接選択エッチングを行なって転位ループや転位クラスターに起因する欠陥の発生を調査した。その結果、ＯＳＦ、転位クラスター等は全く発生していないことがわかった。
【００５１】
以上の結果から、本実施例で作製されたＧａドープされたシリコン単結晶ウエーハは、全面Ｎ−領域からなり、ライフタイムを低下させる欠陥であるＯＳＦ、転位クラスター等が排除されているため、高い変換効率を得ることのできる太陽電池用ウエーハとして用いることができることがわかった。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５３】
例えば、上記説明においては、主にＭＣＺ法によってＧａ添加シリコン単結晶を製造する場合につき説明したが、本発明は通常のチョクラルスキー法にも適用できるものであることは言うまでもない。また、製造されるウエーハの直径も特に限定されるものではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、ウエーハの全面からＯＳＦ領域やＩ−リッチ領域が排除されたＧａドープシリコン単結晶ウエーハを提供する。そのため、ＯＳＦや転位クラスター起因のライフタイムの低下が生じないとともに、光劣化も生じないウエーハを得ることができる。そのため、例えば太陽電池セル用のシリコン単結晶ウエーハとして太陽電池セルを製造すれば、変換効率が低下あるいは光劣化を生じることがない高効率の太陽電池セルを低生産コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶における、結晶の径方向位置を横軸とし、Ｖ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である（Ｎ−領域をウエーハ全面に広げた場合）。
【図２】シリコン単結晶における、結晶の径方向位置を横軸とし、結晶引上げ速度を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である。
【図３】本発明で使用されるＣＺ法による単結晶引上装置の一例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１…成長単結晶棒、  ２…シリコン融液、  ３…湯面、  ４…固液界面、
５…種結晶、  ６…シードチャック、  ７…ワイヤ、  ８…固液界面断熱材、
９…上部囲繞断熱材、  １０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、
３０…単結晶引上げ装置、  ３１…引上げ室、  ３２…ルツボ、
３３…ルツボ保持軸、  ３４…ヒータ、  ３５…断熱材、  ３６…冷却装置、
３７…磁石。
【図１】
0004002721.tif 000002
【図２】
0004002721.tif 000003
【図３】
0004002721.tif 000004