(57)【要約】  インゴットは、第１面と、該第１面とは逆側に位置している第２面と、第１面と第２面とを接続している状態で第１方向に沿って位置している第３面と、を有する。インゴットは、第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第１擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第１中間領域と、第２擬似単結晶領域と、を備える。第２方向において、第１擬似単結晶領域の第１の幅および第２擬似単結晶領域の第２の幅のそれぞれは、第１中間領域の第３の幅よりも大きい。第１擬似単結晶領域と第１中間領域との境界および第２擬似単結晶領域と第１中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、該第１面とは逆側に位置している第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続している状態で第１方向に沿って位置している第３面と、を有するシリコンのインゴットであって、
前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第１擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第１中間領域と、第２擬似単結晶領域と、を備え、
前記第２方向において、前記第１擬似単結晶領域の第１の幅および前記第２擬似単結晶領域の第２の幅のそれぞれは、前記第１中間領域の第３の幅よりも大きく、
前記第１擬似単結晶領域と前記第１中間領域との境界および前記第２擬似単結晶領域と前記第１中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する、シリコンのインゴット。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコンのインゴットであって、
前記第１擬似単結晶領域、前記第２擬似単結晶領域および前記１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける前記第１方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位である、シリコンのインゴット。
【請求項３】
請求項２に記載のシリコンのインゴットであって、
前記対応粒界は、Σ値が２９の対応粒界を含む、シリコンのインゴット。
【請求項４】
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のインゴットであって、
前記第１の幅と前記第２の幅とが異なる、シリコンのインゴット。
【請求項５】
第４面と、該第４面とは逆側に位置している第５面と、前記第４面と前記第５面とを接続している状態で第１方向に沿って位置している第６面と、を有するシリコンのブロックであって、
前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第３擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第２中間領域と、第４擬似単結晶領域と、を備え、
前記第２方向において、前記第３擬似単結晶領域の第４の幅および前記第４擬似単結晶領域の第５の幅のそれぞれは、前記第２中間領域の第６の幅よりも大きく、
前記第３擬似単結晶領域と前記第２中間領域との境界および前記第４擬似単結晶領域と前記第２中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する、シリコンのブロック。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンのブロックであって、
前記第３擬似単結晶領域、前記第４擬似単結晶領域および前記１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける前記第１方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位である、シリコンのブロック。
【請求項７】
請求項６に記載のシリコンのブロックであって、
前記対応粒界は、Σ値が２９の対応粒界を含む、シリコンのブロック。
【請求項８】
請求項５から請求項７の何れか１つの請求項に記載のシリコンのブロックであって、
前記第４の幅と前記第５の幅とが異なる、シリコンのブロック。
【請求項９】
第７面と、第１方向において前記第７面の裏側に位置している第８面と、前記第７面と前記第８面とを接続している状態で位置している外周面と、を有する平板状のシリコンの基板であって、
前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第５擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第３中間領域と、第６擬似単結晶領域と、を備え、
前記第２方向において、前記第５擬似単結晶領域の第７の幅および前記第６擬似単結晶領域の第８の幅のそれぞれは、前記第３中間領域の第９の幅よりも大きく、
前記第５擬似単結晶領域と前記第３中間領域との境界および前記第６擬似単結晶領域と前記第３中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する、シリコンの基板。
【請求項１０】
請求項９に記載のシリコンの基板であって、
前記第５擬似単結晶領域、前記第６擬似単結晶領域および前記１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける前記第１方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位である、シリコンの基板。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシリコンの基板であって、
前記対応粒界は、Σ値が２９の対応粒界を含む、シリコンの基板。
【請求項１２】
第１方向に開口している開口部を有する鋳型を準備する第１工程と、
前記鋳型内の底面部上に、前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接するように、単結晶シリコンの第１種結晶部と、１つ以上の単結晶シリコンを含み且つ前記第１種結晶部よりも前記第２方向における幅が小さな中間種結晶部と、該中間種結晶部よりも前記第２方向における幅が大きな単結晶シリコンの第２種結晶部と、を配置する第２工程と、
前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を、シリコンの融点付近まで昇温した状態で、前記鋳型内へシリコン融液を注入する第３工程と、
前記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工程とを有し、
前記第２工程において、前記第１種結晶部と前記中間種結晶部との間における単結晶シリコンの前記第１方向に沿った仮想軸を中心とした第１回転角度関係および前記第２種結晶部と前記中間種結晶部との間における単結晶シリコンの前記第１方向に沿った仮想軸を中心とした第２回転角度関係のそれぞれが対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を配置する、シリコンのインゴットの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシリコンのインゴットの製造方法であって、
前記第２工程において、シリコンの結晶のミラー指数における面方位が（１００）である上面が前記第１方向に向いている状態で位置するように、前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を配置する、シリコンのインゴットの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシリコンのインゴットの製造方法であって、
前記第２工程において、前記第１回転角度関係および前記第２回転角度関係が、ミラー指数における＜１００＞方位に沿った仮想軸を回転軸とした、Σ値が２９の対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を配置する、シリコンのインゴットの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４の何れか１つの請求項に記載のシリコンのインゴットの製造方法であって、
前記第２工程において、前記第２方向における前記第１種結晶部の第１の幅と前記第２種結晶部の第２の幅と、を異ならせる、シリコンのインゴットの製造方法。
【請求項１６】
請求項９から請求項１１の何れか１つの請求項に記載のシリコンの基板と、該基板の上に位置する電極とを備えている、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シリコンのインゴット、シリコンのブロック、シリコンの基板、シリコンのインゴットの製造方法および太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池（多結晶シリコン型太陽電池ともいう）は、比較的高い変換効率を有し、大量生産が容易である。【０００３】
この多結晶シリコン型太陽電池に用いられる多結晶のシリコン基板は、一般的にキャスト成長法を用いてシリコンのインゴットを製造し、このインゴットからシリコンのブロックを切り出し、さらにこのブロックをワイヤーソー装置などで薄切りにすることで得られる。キャスト成長法は、シリコン融液を用いて、鋳型内において鋳型の底面部から上方に向かって多結晶シリコンのバルクを成長させる方法である。【０００４】
ところで、近年、キャスト成長法の一種としてモノライクキャスト法が開発されている（例えば、Dongli Hu, Shuai Yuan, Liang He, Hongrong Chen, Yuepeng Wan, Xuegong Yu, Deren Yang著、「Higher quality mono-like cast silicon with induced grain boundaries」、Solar Energy Materials & Solar Cells 140 (2015) 121-125の記載を参照）。このモノライクキャスト法によれば、シリコン融液を用いて、鋳型の底面部に配置した種結晶を起点として上方に向けて結晶粒を成長させることで、種結晶の結晶方位を引き継いだ擬似的な単結晶（擬似単結晶ともいう）のシリコンを形成することができる。そして、例えば、この擬似単結晶のシリコンの基板を太陽電池に適用すれば、多結晶シリコン型太陽電池よりも変換効率が向上することが期待される。
【発明の概要】
【０００５】
シリコンのインゴット、シリコンのブロック、シリコンの基板、シリコンのインゴットの製造方法および太陽電池が開示される。
【０００６】
本開示のシリコンのインゴットの一態様は、第１面と、該第１面とは逆側に位置している第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続している状態で第１方向に沿って位置している第３面と、を有する。前記インゴットは、前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第１擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第１中間領域と、第２擬似単結晶領域と、を備える。前記第２方向において、前記第１擬似単結晶領域の第１の幅および前記第２擬似単結晶領域の第２の幅のそれぞれは、前記第１中間領域の第３の幅よりも大きい。前記第１擬似単結晶領域と前記第１中間領域との境界および前記第２擬似単結晶領域と前記第１中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する。
【０００７】
本開示のシリコンのブロックの一態様は、第４面と、該第４面とは逆側に位置している第５面と、前記第４面と前記第５面とを接続している状態で第１方向に沿って位置している第６面と、を有する。前記ブロックは、前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第３擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第２中間領域と、第４擬似単結晶領域と、を備える。前記第２方向において、前記第３擬似単結晶領域の第４の幅および前記第４擬似単結晶領域の第５の幅のそれぞれは、前記第２中間領域の第６の幅よりも大きい。前記第３擬似単結晶領域と前記第２中間領域との境界および前記第４擬似単結晶領域と前記第２中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する。
【０００８】
本開示のシリコンの基板の一態様は、第７面と、第１方向において前記第７面の裏側に位置している第８面と、前記第７面と前記第８面とを接続している状態で位置している外周面と、を有する平板状のシリコンの基板である。前記シリコンの基板は、前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接している状態で位置している、第５擬似単結晶領域と、１つ以上の擬似単結晶領域を含む第３中間領域と、第６擬似単結晶領域と、を備える。前記第２方向において、前記第５擬似単結晶領域の第７の幅および前記第６擬似単結晶領域の第８の幅のそれぞれは、前記第３中間領域の第９の幅よりも大きい。前記第５擬似単結晶領域と前記第３中間領域との境界および前記第６擬似単結晶領域と前記第３中間領域との境界のそれぞれが対応粒界を有する。
【０００９】
本開示のシリコンのインゴットの製造方法の一態様は、第１工程と、第２工程と、第３工程と、第４工程とを有する。前記第１工程において、第１方向に開口している開口部を有する鋳型を準備する。前記第２工程において、前記鋳型内の底面部上に、前記第１方向に垂直な第２方向において順に隣接するように、単結晶シリコンの第１種結晶部と、１つ以上の単結晶シリコンを含み且つ前記第１種結晶部よりも前記第２方向における幅が小さな中間種結晶部と、該中間種結晶部よりも前記第２方向における幅が大きな単結晶シリコンの第２種結晶部と、を配置する。前記第３工程において、前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を、シリコンの融点付近まで昇温した状態で、前記鋳型内へシリコン融液を注入する。前記第４工程において、前記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。前記第２工程において、前記第１種結晶部と前記中間種結晶部との間における単結晶シリコンの前記第１方向に沿った仮想軸を中心とした第１回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、前記第１種結晶部および前記中間種結晶部を配置する。前記第２工程において、前記第２種結晶部と前記中間種結晶部との間における単結晶シリコンの前記第１方向に沿った仮想軸を中心とした第２回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、前記第１種結晶部、前記中間種結晶部および前記第２種結晶部を配置する。
【００１０】
また、本開示の太陽電池の一態様は、上記の基板と、該基板の上に位置する電極とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、シリコンのインゴットの製造装置の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【図２】図２は、シリコンのインゴットの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、鋳型の内壁に離型材が塗布された状態における鋳型およびその周辺の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、鋳型の底部に種結晶が配された状態における鋳型およびその周辺の仮想的な切断面部の一例を示す図である。図４（ｂ）は、鋳型の底部に種結晶が配された状態における鋳型の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、Σ値を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）は、種結晶の準備方法の一例を示す図である。図６（ｂ）は、種結晶の一例の外観を示す斜視図である。
【図７】図７は、坩堝内にシリコン塊が充填された状態における製造装置の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【図８】図８は、坩堝から鋳型内にシリコン融液が注がれる状態における製造装置の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【図９】図９は、鋳型内でシリコン融液が一方向に凝固する状態における製造装置の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、シリコンのインゴットの断面の一例を示す断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線に沿ったシリコンのインゴットの断面の一例を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、シリコンのブロックの断面の一例を示す断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿ったシリコンのブロックの断面の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、シリコンのブロックが切断される位置の一例を示す正面図である。図１２（ｂ）は、シリコンのブロックが切断される位置の一例を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、第１小シリコンブロックの一例を示す正面図である。図１３（ｂ）は、第１小シリコンブロックの一例を示す平面図である。
【図１４】図１４は、第１小シリコンブロックの一断面におけるライフタイムの分布の一例を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、シリコン基板の一例を示す正面図である。図１５（ｂ）は、シリコン基板の一例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、太陽電池素子の受光面側の外観の一例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、太陽電池素子の非受光面側の外観の一例を示す平面図である。
【図１８】図１８は、図１６および図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った太陽電池素子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池（多結晶シリコン型太陽電池）は、比較的高い変換効率を有し、大量生産にも適している。また、シリコンは、例えば、地球上に大量に存在している酸化シリコンから得られる。さらに、多結晶のシリコン基板は、例えば、キャスト法で得られたシリコンのインゴットから切り出されたシリコンのブロックの薄切りによって比較的容易に得られる。このため、多結晶シリコン型太陽電池は、長年にわたって太陽電池の全生産量において高いシェアを占め続けている。
【００１３】
ところで、太陽電池の変換効率を向上させるためには、多結晶のシリコン基板よりも単結晶のシリコン基板を用いる方が有利であると考えられる。
【００１４】
そこで、シリコン融液を用いて、鋳型の底面部に配置した種結晶を起点として上方に向けて結晶粒を成長させるモノライクキャスト法によって、擬似的な単結晶（擬似単結晶）の領域を有するシリコンのインゴットを製造することが考えられる。擬似単結晶は、種結晶の結晶方位を受け継いで一方向に成長することで形成されたものである。この擬似単結晶には、例えば、ある程度の数の転位が存在していてもよいし、粒界が存在していてもよい。
【００１５】
このモノライクキャスト法では、例えば、一般的なキャスト法と同様に、シリコンのインゴットを製造する際に、鋳型内の側壁を基点とした歪みおよび欠陥が生じやすく、シリコンのインゴットの外周部分は、欠陥が多く存在している状態になりやすい。このため、例えば、シリコンのインゴットのうちの外周部分を切り落としてシリコンのブロックを形成した上で、このシリコンのブロックを薄切りにすることで、欠陥の少ない高品質のシリコン基板を得ることが考えられる。ここでは、例えば、底面および上面の面積が大きくなるようにシリコンのインゴットの大型化を図ることで、シリコンのインゴットにおいて切り落とされる外周部が占める割合を減じることができる。その結果、例えば、シリコンのインゴットの生産性を向上させることができる。
【００１６】
ところが、例えば、鋳型の底面部上に配置するための種結晶の大型化を図ることは容易でない。このため、シリコンのインゴットの大型化を図るために、鋳型の底面部上に、２枚以上の種結晶を並べた上で、シリコン融液を用いて、鋳型内において鋳型の底面部側から上方に向かってシリコンの擬似単結晶を成長させることが考えられる。
【００１７】
しかしながら、例えば、２枚以上の種結晶が相互に隣接している箇所およびその箇所の近傍の部分を基点として上方に向かって成長させたシリコンの擬似単結晶の部分には、多くの欠陥が生じ得る。これにより、シリコンのインゴット、シリコンのブロックおよびシリコンの基板において、欠陥の増大による品質の低下が生じ得る。
【００１８】
そこで、本発明者らは、シリコンのインゴット、シリコンのブロック、シリコンの基板および太陽電池について、欠陥の低減によって品質を向上させることができる技術を創出した。
【００１９】
これについて、以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に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。図面は模式的に示されたものである。図１、図３から図４（ｂ）、図７から図１８には、それぞれ右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、鋳型、シリコンのインゴットおよびシリコンのブロックの高さ方向ならびにシリコンの基板の厚さ方向が＋Ｚ方向とされている。また、このＸＹＺ座標系では、鋳型、シリコンのインゴット、シリコンのブロックおよびシリコンの基板のそれぞれの幅方向が＋Ｘ方向とされ、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との両方に直交する方向が＋Ｙ方向とされている。
【００２０】
＜１．一実施形態＞
＜１−１．シリコンのインゴットの製造装置＞
一実施形態に係るシリコンのインゴット（シリコンインゴットともいう）Ｉｎ１（図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照）の製造装置１００について、図１を参照しつつ説明する。製造装置１００は、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に配置した種結晶を起点として結晶粒を成長させるモノライクキャスト法によって、擬似単結晶の領域（擬似単結晶領域ともいう）を有するシリコンインゴットＩｎ１を製造するための装置である。
【００２１】
図１で示されるように、製造装置１００は、例えば、上部ユニット１１０と、下部ユニット１２０と、制御部１３０と、を備えている。
【００２２】
上部ユニット１１０は、例えば、坩堝１１１と、第１上部ヒータＨ１ｕと、側部ヒータＨ１ｓと、を有する。下部ユニット１２０は、例えば、鋳型１２１と、鋳型保持部１２２と、冷却板１２３と、回転軸１２４と、第２上部ヒータＨ２ｕと、下部ヒータＨ２ｌと、第１測温部ＣＨＡと、第２測温部ＣＨＢと、を有する。坩堝１１１および鋳型１２１の素材には、例えば、シリコンの融点以上の温度において、溶融、変形、分解およびシリコンとの反応、が生じにくく、不純物の含有量が低減された素材が適用される。
【００２３】
坩堝１１１は、例えば、本体部１１１ｂを有する。本体部１１１ｂは、全体が有底の略円筒形状の構成を有する。ここで、坩堝１１１は、例えば、第１内部空間１１１ｉと、第１上部開口部１１１ｕｏと、を有する。第１内部空間１１１ｉは、本体部１１１ｂによって囲まれた状態にある空間である。第１上部開口部１１１ｕｏは、第１内部空間１１１ｉが坩堝１１１外の上方の空間に接続するように開口している状態にある部分である。また、本体部１１１ｂは、この本体部１１１ｂの底部を貫通している状態で位置している下部開口部１１１ｂｏ、を有する。本体部１１１ｂの素材には、例えば、石英硝子などが適用される。第１上部ヒータＨ１ｕは、例えば、第１上部開口部１１１ｕｏの真上において平面視で円環状に位置している。側部ヒータＨ１ｓは、例えば、本体部１１１ｂを側方から囲むように平面視で円環状に位置している。
【００２４】
例えば、シリコンインゴットＩｎ１を製造する際には、上部ユニット１１０において、坩堝１１１の第１内部空間１１１ｉに、第１上部開口部１１１ｕｏからシリコンインゴットＩｎ１の原料である固体状態の複数のシリコンの塊（シリコン塊ともいう）が充填される。このシリコン塊は粉末状態のシリコン（シリコン粉末ともいう）を含んでいてもよい。この第１内部空間１１１ｉに充填されたシリコン塊は、第１上部ヒータＨ１ｕおよび側部ヒータ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によって溶融されることで、第１内部空間１１１ｉ内の溶融したシリコン（シリコン融液ともいう）ＭＳ１（図８を参照）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。ここで、上部ユニット１１０では、例えば、坩堝１１１に下部開口部１１１ｂｏが設けられず、坩堝１１１を傾斜させることで、坩堝１１１内から鋳型１２１内に向けてシリコン融液ＭＳ１が注がれてもよい。
【００２５】
鋳型１２１は、全体が有底の筒状の構成を有する。鋳型１２１は、例えば、底部１２１ｂと、側壁部１２１ｓと、を有する。ここで、鋳型１２１は、例えば、第２内部空間１２１ｉと、第２上部開口部１２１ｏと、を有する。第２内部空間１２１ｉは、底部１２１ｂおよび側壁部１２１ｓによって囲まれた状態にある空間である。第２上部開口部１２１ｏは、第２内部空間１２１ｉが鋳型１２１外の上方の空間に接続するように開口している状態にある部分である。換言すれば、第２上部開口部１２１ｏは、第１方向としての＋Ｚ方向に開口している状態にある。一実施形態では、第２上部開口部１２１ｏは、鋳型１２１の＋Ｚ方向の端部に位置している。底部１２１ｂおよび第２上部開口部１２１ｏの形状には、例えば、正方形状の形状が適用される。そして、底部１２１ｂおよび第２上部開口部１２１ｏの一辺は、例えば、３００ミリメートル（ｍｍ）から８００ｍｍ程度とされる。第２上部開口部１２１ｏは、坩堝１１１から第２内部空間１２１ｉ内へのシリコン融液ＭＳ１の注入を受け付けることができる。ここで、側壁部１２１ｓおよび底部１２１ｂの素材には、例えば、シリカなどが適用される。さらに、側壁部１２１ｓは、例えば、炭素繊維強化炭素複合材料と、断熱材としてのフェルトと、が組み合わされることで構成されてもよい。
【００２６】
また、図１で示されるように、第２上部ヒータＨ２ｕは、例えば、鋳型１２１の第２上部開口部１２１ｏの真上において環状に位置している。環状には、円環状、三角環状、四角環状または多角環状などが適用される。下部ヒータＨ２ｌは、例えば、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環状に位置している。下部ヒータ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てもよい。
【００２７】
鋳型保持部１２２は、例えば、鋳型１２１を下方から保持している状態で鋳型１２１の底部１２１ｂの下面と密着するように位置している。鋳型保持部１２２の素材には、例えば、グラファイトなどの伝熱性の高い素材が適用される。ここで、例えば、鋳型保持部１２２と、鋳型１２１のうちの側壁部１２１ｓと、の間に断熱部が位置していてもよい。この場合には、例えば、側壁部１２１ｓよりも底部１２１ｂから、鋳型保持部１２２を介して冷却板１２３に優先的に熱が伝えられ得る。断熱部の素材には、例えば、フェルトなどの断熱材が適用される。
【００２８】
冷却板１２３は、例えば、回転軸１２４の回転によって上昇または下降を行うことができる。例えば、冷却板１２３は、回転軸１２４の回転によって上昇することで、鋳型保持部１２２の下面に接触することができる。また、例えば、冷却板１２３は、回転軸１２４の回転によって下降することで、鋳型保持部１２２の下面から離れることができる。つまり、冷却板１２３は、例えば、鋳型保持部１２２の下面に対して離接可能に位置している。ここで、冷却板１２３が鋳型保持部１２２の下面に接触することを「接地」ともいう。冷却板１２３には、例えば、中空の金属板などの内部に水またはガスが循環する構造を有するものが適用される。シリコンインゴットＩｎ１を製造する際には、鋳型１２１の第２内部空間１２１ｉ内にシリコン融液ＭＳ１を充填させた状態で、冷却板１２３を鋳型保持部１２２の下面に接触させることで、シリコン融液ＭＳ１の抜熱を行うことができる。このとき、シリコン融液ＭＳ１の熱は、鋳型１２１の底部１２１ｂと、鋳型保持部１２２と、を介して冷却板１２３に伝わる。これにより、例えば、シリコン融液ＭＳ１は、冷却板１２３によって底部１２１ｂ側から冷却される。
【００２９】
第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢは、例えば、温度を計測することができる。ただし、第２測温部ＣＨＢは無くてもよい。第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢは、例えば、アルミナ製または炭素製の細い管で被覆された熱電対などによって温度に係る測定が可能である。そして、例えば、制御部１３０などが有する温度検知部において、第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢのそれぞれで生じる電圧に応じた温度が検出される。ここで、第１測温部ＣＨＡは、下部ヒータＨ２ｌの近傍に位置している。第２測温部ＣＨＢは、鋳型１２１の底部１２１ｂの中央部の下面付近に位置している。
【００３０】
制御部１３０は、例えば、製造装置１００における全体の動作を制御することができる。制御部１３０は、例えば、プロセッサ、メモリおよび記憶部などを有する。この制御部１３０は、例えば、記憶部内に格納されているプログラムを、プロセッサによって実行することで、各種制御を行うことができる。例えば、制御部１３０によって、第１上部ヒータＨ１ｕ、第２上部ヒータＨ２ｕ、側部ヒータＨ１ｓおよび下部ヒータＨ２ｌの出力が制御される。制御部１３０は、例えば、第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢを用いて得られる温度および時間の経過の少なくとも一方に応じて、第１上部ヒータＨ１ｕ、第２上部ヒータＨ２ｕ、側部ヒータＨ１ｓおよび下部ヒータＨ２ｌの出力を制御することができる。
【００３１】
＜１−２．シリコンインゴットの製造方法＞
一実施形態に係る製造装置１００を用いたシリコンインゴットＩｎ１の製造方法について、図２から図９を参照しつつ説明する。図２で示されるように、例えば、一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１の製造方法では、ステップＳｐ１の第１工程と、ステップＳｐ２の第２工程と、ステップＳｐ３の第３工程と、ステップＳｐ４の第４工程と、がこの記載の順に行われる。これにより、結晶方位が揃った高品質のシリコンインゴットＩｎ１が簡便に製造される。図３、図４および図７から図９には、各工程における坩堝１１１および鋳型１２１の双方の状態あるいは鋳型１２１の状態が示されている。
【００３２】
＜１−２−１．第１工程＞
ステップＳｐ１の第１工程では、上述した製造装置１００を準備する。この製造装置１００は、例えば、第１方向としての＋Ｚ方向に開口している第２上部開口部１２１ｏを有する鋳型１２１を含む。
【００３３】
＜１−２−２．第２工程＞
ステップＳｐ２の第２工程では、例えば、上記第１工程で準備した鋳型１２１内の底面部上に単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓを配置する。一実施形態では、第２工程において、ステップＳｐ２１、ステップＳｐ２２およびステップＳｐ２３の３工程がこの記載の順に行われる。
【００３４】
ステップＳｐ２１では、例えば、図３で示されるように、鋳型１２１の内壁面上に、離型材の塗布によって離型材の層（離型材層ともいう）Ｍｒ１を形成する。この離型材層Ｍｒ１の存在によって、例えば、鋳型１２１内でシリコン融液ＭＳ１が凝固する際に鋳型１２１の内壁面にシリコンインゴットＩｎ１が融着しにくくなる。離型材層Ｍｒ１の材料には、例えば、窒化珪素、炭化珪素および酸化珪素などのうちの１種以上の材料が適用される。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種以上の材料を含むスラリーが、鋳型１２１の内壁面に塗布またはスプレーなどによってコーティングされることで、形成され得る。スラリーは、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機バインダと溶剤とを主に含む溶液中に、窒化珪素、炭化珪素および酸化珪素のうちの１種の材料または２種以上の材料の混合物の粉末を添加することで生成された溶液を攪拌することで生成される。
【００３５】
ステップＳｐ２２では、図４（ａ）および図４（ｂ）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、種結晶部群２００ｓを配置する。このとき、例えば、ステップＳｐ２１で鋳型１２１の内壁面上に形成した離型材層Ｍｒ１を乾燥させる際に、種結晶部群２００ｓを離型材層Ｍｒ１に貼り付けてもよい。
【００３６】
ここで、例えば、種結晶部群２００ｓの第１方向としての＋Ｚ方向に向いている状態で位置している各上面の面方位が、ミラー指数における（１００）であれば、種結晶部群２００ｓが容易に製造され得る。また、例えば、後述するシリコン融液ＭＳ１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。また、種結晶部群２００ｓの上面の形状は、例えば、図４（ｂ）で示されるように、平面視した場合に、矩形状または正方形状とされる。また、種結晶部群２００ｓの厚さは、坩堝１１１から鋳型１２１内にシリコン融液ＭＳ１が注入される際に、種結晶部群２００ｓが、底部１２１ｂまで溶けない程度の厚さとされる。具体的には、種結晶部群２００ｓの厚さは、例えば、１０ｍｍから４０ｍｍ程度とされる。
【００３７】
一実施形態では、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の底面積の大型化による鋳造効率の向上および種結晶の大型化の難しさなどが考慮されて、底部１２１ｂの内壁面上に複数の種結晶を含む種結晶部群２００ｓを配置する。具体的には、例えば、種結晶部群２００ｓは、第１種結晶部２０１ｓと、第２種結晶部２０２ｓと、中間種結晶部２０３ｓと、を含む。ここでは、例えば、底部１２１ｂの内壁面上に、第１種結晶部２０１ｓと、中間種結晶部２０３ｓと、第２種結晶部２０２ｓと、を第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な第２方向としての＋Ｘ方向においてこの記載の順に隣接するように配置する。換言すれば、第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間に、中間種結晶部２０３ｓを配置する。
【００３８】
第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれは、単結晶シリコンで構成されている。中間種結晶部２０３ｓは、１つ以上の単結晶シリコンを含む。また、第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓのそれぞれは、例えば、−Ｚ方向に向いて平面視した場合に矩形状の外形を有する。ただし、この外形は矩形状に限定されない。そして、第２方向としての＋Ｘ方向において、第１種結晶部２０１ｓの幅（第１種幅ともいう）Ｗｓ１および第２種結晶部２０２ｓの幅（第２種幅ともいう）Ｗｓ２よりも、中間種結晶部２０３ｓの幅（第３種幅ともいう）Ｗｓ３の方が小さい。換言すれば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第１種結晶部２０１ｓの第１種幅Ｗｓ１および第２種結晶部２０２ｓの第２種幅Ｗｓ２のそれぞれは、中間種結晶部２０３ｓの第３種幅Ｗｓ３よりも大きい。ここで、例えば、底部１２１ｂの内壁面が、一辺の長さが３５０ｍｍ程度である矩形状または正方形状である場合を想定する。この場合には、例えば、第１種結晶部２０１ｓの第１種幅Ｗｓ１および第２種結晶部２０２ｓの第２種幅Ｗｓ２は、５０ｍｍから２５０ｍｍ程度とされ、中間種結晶部２０３ｓの第３種幅Ｗｓ３は、５ｍｍから２０ｍｍ程度とされる。
【００３９】
ここで、第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれには、例えば、板状またはブロック状の単結晶シリコンが適用される。中間種結晶部２０３ｓには、例えば、１つ以上の棒状の単結晶シリコンが適用される。換言すれば、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓのそれぞれに、同じ材料の単結晶シリコンが適用される。ここで、中間種結晶部２０３ｓは、例えば、第１方向としての＋Ｚ方向および第２方向としての＋Ｘ方向の双方に直交する第３方向としての＋Ｙ方向に沿った長手方向を有する。この中間種結晶部２０３ｓは、例えば、１つの単結晶シリコンであってもよいし、第３方向としての＋Ｙ方向に並ぶように位置している２つ以上の単結晶シリコンを有していてもよいし、第２方向としての＋Ｘ方向に並ぶように位置している２つ以上の単結晶シリコンを有していてもよい。
【００４０】
ここで、例えば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの間における、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした単結晶シリコンの回転方向の角度関係を第１回転角度関係とする。また、例えば、中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間における、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした単結晶シリコンの回転角度関係を第２回転角度関係とする。この場合には、ステップＳｐ２２では、例えば、第１回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、第１種結晶部２０１ｓおよび中間種結晶部２０３ｓを配置する。「対応粒界」とは、粒界を挟んで隣接する、同一の結晶格子を有する２つの結晶粒が、共通する結晶方位を回転軸として相対的に回転した関係を有する場合に、この２つの結晶粒に共通した結晶格子の位置が規則的に並んだ格子点を形成している粒界のことをいう。この対応粒界を挟んで隣接する２つの結晶粒を第１結晶粒と第２結晶粒とした場合に、対応粒界において第１結晶粒の結晶格子がＮ個の格子点ごとに第２結晶粒の結晶格子の格子点と共通していれば、この格子点の出現周期を示すＮを、対応粒界の「Σ値」という。
【００４１】
この「Σ値」について単純立方格子を例に挙げて説明する。図５では、単純立方格子のミラー指数の（１００）面における格子点Ｌｐ１の位置が、実線Ｌａ１で描かれた互いに直交する複数の縦線と複数の横線との交点で示されている。図５の例では、単純立方格子の単位格子（第１単位格子ともいう）Ｕｃ１は、太い実線で囲まれた正方形の部分である。図５には、単純立方格子をミラー指数における［１００］方位に沿った結晶軸を回転軸として時計回りに３６．５２度回転させた後の単純立方格子のミラー指数の（１００）面における格子点Ｌｐ２の位置が、破線Ｌａ２で描かれた互いに直交する複数の直線の交点で示されている。ここでは、回転前の格子点Ｌｐ１と回転後の格子点Ｌｐ２とが重なり合う点（対応格子点ともいう）Ｌｐ１２が周期的に生じる。図５では、周期的な複数の対応格子点Ｌｐ１２の位置に黒丸が付されている。図５の例では、複数の対応格子点Ｌｐ１２で構成される格子（対応格子ともいう）における単位格子（対応単位格子ともいう）Ｕｃ１２は、太い破線で囲まれた正方形の部分である。ここで、実線Ｌａ１の交点で格子点Ｌｐ１の位置が示された回転前の単純立方格子（第１格子ともいう）と、破線Ｌａ２の交点で格子点Ｌｐ２の位置が示された回転後の単純立方格子（第２格子ともいう）と、の間における対応度（対応格子点の密度）を示す指標として、Σ値が用いられる。ここでは、Σ値は、例えば、図５で示される対応単位格子Ｕｃ１２の面積Ｓ１２を第１単位格子Ｕｃ１の面積Ｓ１で除することで算出され得る。具体的には、Σ値＝（対応単位格子の面積）／（第１単位格子の面積）＝（Ｓ１２）／（Ｓ１）の計算式によってΣ値が算出され得る。図５の例では、算出されるΣ値は５となる。このようにして算出されるΣ値は、粒界を挟んで隣接する所定の回転角度関係している第１格子と第２格子との間における対応度を示す指標として使用され得る。すなわち、Σ値は、粒界を挟んで隣接する所定の回転角度関係しており且つ同一の結晶格子を有する２つの結晶粒の間における対応度を示す指標として使用され得る。
【００４２】
また、例えば、第２回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓを配置する。ここでは、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係には、１°から数度以下程度の誤差が許容され得る。この誤差は、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓを準備する際における切断の誤差、ならびに第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓを配置する際の誤差など、を含む。この誤差は、例えば、後述するシリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が行われる際に緩和され得る。
【００４３】
ここで、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓの第１方向としての＋Ｚ方向に向いている状態で位置している各上面の面方位が、ミラー指数における（１００）である場合を想定する。別の観点から言えば、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞である場合を想定する。この場合には、対応粒界には、例えば、Σ値が５の対応粒界、Σ値が１３の対応粒界、Σ値が１７の対応粒界、Σ値が２５の対応粒界およびΣ値が２９の対応粒界のうちの何れか１つの対応粒界が適用される。Σ値が５の対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係は、例えば、３６°から３７°程度であり、３５°から３８°程度であってもよい。Σ値が１３の対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係は、例えば、２２°から２３°程度であり、２１°から２４°程度であってもよい。Σ値が１７の対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係は、例えば、２６°から２７°程度であり、２５°から２８°程度であってもよい。Σ値が２５の対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係は、例えば、１６°から１７°程度であり、１５°から１８°程度であってもよい。Σ値が２９の対応粒界（ランダム粒界ともいう）に対応する単結晶シリコンの回転角度関係は、例えば、４３°から４４°程度であり、４２°から４５°程度であってもよい。ここで、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓの各結晶方位は、Ｘ線回折法または電子後方散乱回折（Electron Back Scatter Diffraction Patterns：ＥＢＳＤ）法などを用いた測定で確認され得る。
【００４４】
ここで、例えば、シリコンの結晶のミラー指数における面方位が（１００）である上面が第１方向としての＋Ｚ方向に向いている状態で位置するように、第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓを配置する。このとき、例えば、後述するシリコン融液ＭＳ１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。これにより、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓのそれぞれを起点として上方に向けて結晶粒を成長させることで形成される、擬似単結晶が容易に得られる。その結果、シリコンインゴットＩｎ１の品質を容易に向上させることができる。
【００４５】
第１種結晶部２０１ｓ、第２種結晶部２０２ｓおよび中間種結晶部２０３ｓは、例えば、次のようにして準備され得る。例えば、まず、図６（ａ）で示されるように、チョクラルスキー（ＣＺ）法において単結晶シリコンを成長させる方向に沿ったミラー指数の結晶方位を＜１００＞とすることで、円柱状の単結晶シリコンの塊（単結晶シリコン塊ともいう）Ｍｃ０を得る。ここで、単結晶シリコン塊Ｍｃ０が、ミラー指数における面方位が（１００）である上面Ｐｕ０と、ミラー指数における面方位が（１１０）である特定の線状領域Ｌｎ０が存在している外周面Ｐｐ０と、を有する場合を想定する。この場合には、次に、図６（ａ）で示されるように、単結晶シリコン塊Ｍｃ０の外周面Ｐｐ０に存在している線状領域Ｌｎ０を基準として、単結晶シリコン塊Ｍｃ０を切断する。図６（ａ）には、単結晶シリコン塊Ｍｃ０が切断される位置（被切断位置ともいう）が細い二点鎖線Ｌｎ１で仮想的に描かれている。ここでは、単結晶シリコン塊Ｍｃ０から、例えば、図６（ｂ）で示されるように、ミラー指数における面方位が（１００）である矩形状の板面Ｐｂ０をそれぞれ有する複数の単結晶シリコンの板（単結晶シリコン板ともいう）Ｂｄ０を切り出すことができる。この複数の単結晶シリコン板Ｂｄ０は、例えば、第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓとして使用され得る。また、図６（ｂ）で示されるように、例えば、二点鎖線Ｌｎ２で仮想的に描かれた被切断位置に沿って単結晶シリコン板Ｂｄ０を切断することで、単結晶シリコン板Ｂｄ０から棒状の単結晶シリコン（単結晶シリコン棒ともいう）Ｓｔ０を切り出すことができる。このとき、単結晶シリコン板Ｂｄ０の板面Ｐｂ０の４辺と、被切断位置を示す二点鎖線Ｌｎ２と、が成す角度が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度とされる。ここで得られる単結晶シリコン棒Ｓｔ０は、例えば、中間種結晶部２０３ｓを構成する１つの単結晶シリコンとして使用され得る。
【００４６】
ここで、例えば、鋳型１２１内の下部の領域において、鋳型１２１内の底面部上に配置された単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓの上に、固体状態のシリコン塊が配されてもよい。このシリコン塊には、例えば、比較的細かいブロック状のシリコンの塊が適用される。
【００４７】
ステップＳｐ２３では、図７で示されるように、坩堝１１１の第１内部空間１１１ｉにシリコン塊ＰＳ０が導入される。ここでは、例えば、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ＰＳ０が充填される。このとき、例えば、シリコンインゴットＩｎ１においてドーパントとなる元素がシリコン塊ＰＳ０と混合される。シリコン塊ＰＳ０には、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の原料としてのポリシリコンの塊が適用される。ポリシリコンの塊には、例えば、比較的細かいブロック状のシリコンの塊が適用される。ここで、ｐ型のシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合には、ドーパントとなる元素には、例えば、ホウ素またはガリウムなどが適用される。ｎ型のシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合には、ドーパントとなる元素には、例えば、リンなどが適用される。また、ここでは、例えば、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞ぐように閉塞用のシリコン塊（閉塞用シリコン塊ともいう）ＰＳ１が充填される。これにより、第１内部空間１１１ｉから下部開口部１１１ｂｏに至る経路が塞がれる。
【００４８】
ここで、例えば、次の第３工程が開始される前には、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てもよい。
【００４９】
＜１−２−３．第３工程＞
ステップＳｐ３の第３工程では、例えば、上記第２工程において鋳型１２１内の底面部上に配置した単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓを、シリコンの融点付近まで昇温した状態で、鋳型１２１内へシリコン融液ＭＳ１を注入する。
【００５０】
第３工程では、例えば、図８で示されるように、鋳型１２１の上方および側方に配置された第２上部ヒータＨ２ｕおよび下部ヒータＨ２ｌによって、シリコンの種結晶部群２００ｓを、シリコンの融点である１４１４℃付近まで昇温する。ここで、例えば、上記第２工程において、鋳型１２１内の底面部上に配置された単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓの上に、固体状態のシリコン塊が配されていれば、このシリコン塊が溶融されてもよい。この場合にも、種結晶部群２００ｓは、鋳型１２１の底部１２１ｂに密着しているため、種結晶部群２００ｓから底部１２１ｂへの熱伝達によって溶解せずに残存する。
【００５１】
また、第３工程では、例えば、図８で示されるように、坩堝１１１内に配されたシリコン塊ＰＳ０が加熱によって溶融され、坩堝１１１内にシリコン融液ＭＳ１が貯留された状態となる。ここでは、例えば、坩堝１１１の上方および側方に配置された第１上部ヒータＨ１ｕおよび側部ヒータＨ１ｓによって、シリコン塊ＰＳ０をシリコンの融点を超える１４１４℃から１５００℃程度の温度域まで加熱して、シリコン融液ＭＳ１とする。このとき、坩堝１１１の下部開口部１１１ｂｏの上を塞いでいる閉塞用シリコン塊ＰＳ１が加熱されることで、閉塞用シリコン塊ＰＳ１が溶融する。この閉塞用シリコン塊ＰＳ１を溶融させるためのヒータが存在していてもよい。閉塞用シリコン塊ＰＳ１の溶融により、坩堝１１１の第１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内のシリコン融液ＭＳ１が、下部開口部１１１ｂｏを介して鋳型１２１内に注がれる。これにより、図８で示されるように、鋳型１２１内の底面部上に配置された単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓの上面がシリコン融液ＭＳ１で覆われている状態となる。
【００５２】
また、第３工程では、例えば、図８で示されるように、鋳型保持部１２２の下面に冷却板１２３を接地させる。これにより、鋳型１２１内のシリコン融液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。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）には、例えば、坩堝１１１内から鋳型１２１内にシリコン融液ＭＳ１を注ぎ始めた時点から予め設定された所定時間が経過したタイミングが適用され得る。また、接地タイミングには、例えば、坩堝１１１内から鋳型１２１内にシリコン融液ＭＳ１が注がれ始める直前のタイミングが適用されてもよい。接地タイミングは、例えば、第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢなどの製造装置１００の測温部を用いて検出される温度に応じて制御されてもよい。
【００５３】
＜１−２−４．第４工程＞
ステップＳｐ４の第４工程では、例えば、上記第３工程で鋳型１２１内へ注入されたシリコン融液ＭＳ１に対して、鋳型１２１の底面部側から上方に向かう一方向の凝固（一方向凝固ともいう）を行わせる。
【００５４】
第４工程では、例えば、図９で示されるように、鋳型１２１内のシリコン融液ＭＳ１が底面部側から冷却される。これにより、シリコン融液ＭＳ１の底面部側から上方に向かう一方向凝固が行われる。このとき、例えば、製造装置１００の第１測温部ＣＨＡおよび第２測温部ＣＨＢなどを用い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第２上部ヒータＨ２ｕおよび下部ヒータＨ２ｌの出力が制御される。ここでは、例えば、第２上部ヒータＨ２ｕおよび下部ヒータＨ２ｌの付近の温度を、シリコンの融点の近傍程度の温度に保持する。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にくく、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やすい。このとき、例えば、下部ヒータＨ２ｌが複数の部分に分割されていてもよい。この場合には、例えば、第２上部ヒータＨ２ｕと分割された下部ヒータＨ２ｌの一部とでシリコン融液ＭＳ１を加熱し、分割された下部ヒータＨ２ｌの他の一部ではシリコン融液ＭＳ１を加熱しないようにしてもよい。
【００５５】
この第４工程では、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固をゆっくりと進行させることで、鋳型１２１内においてシリコンインゴットＩｎ１が製造される。このとき、例えば、単結晶シリコンの種結晶部群２００ｓに含まれる、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれを基点として、擬似単結晶が成長する。ここでは、例えば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの間の回転角度関係を引き継いで、第１種結晶部２０１ｓを基点として成長した擬似単結晶と、中間種結晶部２０３ｓを基点として成長した擬似単結晶と、の境界に対応粒界を含む粒界（機能性粒界ともいう）が形成され得る。換言すれば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界の上方に対応粒界が形成され得る。また、例えば、中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間の回転角度関係を引き継いで、中間種結晶部２０３ｓを基点として成長した擬似単結晶と、第２種結晶部２０２ｓを基点として成長した擬似単結晶と、の境界に対応粒界を含む機能性粒界が形成され得る。換言すれば、中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの境界の上方に対応粒界が形成され得る。これにより、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、対応粒界が随時形成されるときに歪みが緩和され、シリコンインゴットＩｎ１における欠陥が低減され得る。また、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間では相対的に転位が生じやすいものの、２つの機能性粒界で転位が消滅しやすく、２つの機能性粒界に挟まれた擬似単結晶領域に転位が閉じ込められやすい。ここで、例えば、第１種結晶部２０１ｓの第１種幅Ｗｓ１および第２種結晶部２０２ｓの第２種幅Ｗｓ２のそれぞれよりも、中間種結晶部２０３ｓの第３種幅Ｗｓ３の方が小さければ、製造されるシリコンインゴットＩｎ１における欠陥が低減され得る。したがって、シリコンインゴットＩｎ１の品質が向上し得る。
【００５６】
ここで、例えば、上記第２工程において、第１回転角度関係および第２回転角度関係が、ミラー指数における＜１００＞方位に沿った仮想軸を回転軸とした、Σ値が２９の対応粒界に対応する回転角度関係となるように、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓを配置してもよい。この場合には、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの境界のそれぞれの上方にΣ値が２９の対応粒界（ランダム粒界）が形成され得る。このとき、例えば、ランダム粒界における歪みの緩和によって欠陥が生じにくい。これにより、例えば、製造されるシリコンインゴットＩｎ１における欠陥がさらに低減され得る。したがって、シリコンインゴットＩｎ１の品質がさらに向上し得る。
【００５７】
また、ここで、例えば、上記第２工程において、第２方向としての＋Ｘ方向における第１種結晶部２０１ｓの第１種幅Ｗｓ１と第２種結晶部２０２ｓの第２種幅Ｗｓ２とは、同一であっても異なっていてもよい。この場合には、例えば、第１種幅Ｗｓ１と第２種幅Ｗｓ２とが異なっていれば、ＣＺ法などで得た円柱状の単結晶シリコン塊Ｍｃ０から切り出される相互に幅が異なる短冊状の種結晶部を、第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓとして利用することができる。これにより、例えば、高品質のシリコンインゴットＩｎ１を容易に製造することができる。
【００５８】
また、ここで、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）で示されるように、種結晶部群２００ｓの外周部と鋳型１２１の内壁の側面部（内周側面部ともいう）との間に間隙ＧＡ１が存在してもよい。さらに、例えば、間隙ＧＡ１に、種結晶部群２００ｓに隣接するように単結晶シリコンの１つ以上の種結晶（外周部種結晶ともいう）が配置されてもよい。この場合には、例えば、種結晶部群２００ｓの外周部と鋳型１２１の内周側面部との間における環状の間隙ＧＡ１を埋めるように、鋳型１２１の底部１２１ｂの外周部に沿って１つ以上の単結晶が配置され得る。１つ以上の外周部種結晶は、例えば、第１種結晶部２０１ｓに隣接した状態で位置している種結晶の領域（第１外周部種結晶領域ともいう）と、第２種結晶部２０２ｓに隣接した状態で位置している種結晶の領域（第２外周部種結晶領域ともいう）と、を含み得る。
【００５９】
そして、例えば、第１種結晶部２０１ｓと第１外周部種結晶領域との間で、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした回転方向における角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように設定される。また、例えば、第２種結晶部２０２ｓと第２外周部種結晶領域との間で、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした回転方向における角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように設定される。このような構成が採用されれば、例えば、第１種結晶部２０１ｓと第１外周部種結晶領域との間の回転角度関係を引き継いで、第１種結晶部２０１ｓを基点として成長した擬似単結晶と、第１外周部種結晶領域を基点として成長した擬似単結晶と、の境界に対応粒界を含む機能性粒界が形成されやすい。換言すれば、第１種結晶部２０１ｓと第１外周部種結晶領域との境界の上方に対応粒界が形成され得る。また、例えば、第２種結晶部２０２ｓと第２外周部種結晶領域との間の回転角度関係を引き継いで、第２種結晶部２０２ｓを基点として成長した擬似単結晶と、第２外周部種結晶領域を基点として成長した擬似単結晶と、の境界に対応粒界を含む機能性粒界が形成されやすい。換言すれば、第２種結晶部２０２ｓと第２外周部種結晶領域との境界の上方に対応粒界が形成され得る。これにより、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、対応粒界が随時形成されるときに歪みが緩和され、シリコンインゴットＩｎ１における欠陥が低減され得る。また、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、鋳型１２１の内周側面部を基点として転位が生じても、鋳型１２１の内周側面部に沿って環状に位置している機能性粒界において転位の進展（転位の伝播ともいう）がブロックされ得る。その結果、第１種結晶部２０１ｓを基点として成長した擬似単結晶および第２種結晶部２０２ｓを基点として成長した擬似単結晶における欠陥が低減され得る。換言すれば、製造されるシリコンインゴットＩｎ１における欠陥が低減され得る。
【００６０】
＜１−３．シリコンインゴット＞
一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１の構成について、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照しつつ説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、シリコンインゴットＩｎ１の形状は、直方体状である。このシリコンインゴットＩｎ１は、例えば、上述した製造装置１００を用いたシリコンインゴットＩｎ１の製造方法によって、製造され得る。
【００６１】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）で示されるように、シリコンインゴットＩｎ１は、例えば、第１面Ｆ１と、第２面Ｆ２と、第３面Ｆ３と、を有する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、第１面Ｆ１は、第１方向としての＋Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（上面ともいう）である。第２面Ｆ２は、第１面Ｆ１とは逆側に位置している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、第２面Ｆ２は、第１方向とは逆の第４方向としての−Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（下面ともいう）である。第３面Ｆ３は、第１面Ｆ１と第２面Ｆ２とを接続している状態で第１方向に沿って位置している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、第３面Ｆ３は、第１方向としての＋Ｚ方向に沿って上面と下面とを接続している状態で位置しており、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った４つの面（側面ともいう）を含む。
【００６２】
また、シリコンインゴットＩｎ１は、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１と、第２擬似単結晶領域Ａ２と、第１中間領域Ａ３と、を備えている。第１擬似単結晶領域Ａ１と、第１中間領域Ａ３と、第２擬似単結晶領域Ａ２と、は第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な第２方向としての＋Ｘ方向において、この記載の順に隣接している状態で位置している。
【００６３】
第１擬似単結晶領域Ａ１は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第１擬似単結晶領域Ａ１は、例えば、第１種結晶部２０１ｓを基点としたシリコン融液ＭＳ１の一方向凝固によって、第１種結晶部２０１ｓの結晶構造および結晶方位を引き継ぐように形成された領域である。このため、第１擬似単結晶領域Ａ１は、例えば、第１種結晶部２０１ｓに対応する領域と、この第１種結晶部２０１ｓに対応する領域の上方に位置している領域と、を含む。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、第１種結晶部２０１ｓに対応する領域は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の下面と、を有する直方体状の領域である。そして、第１擬似単結晶領域Ａ１は、直方体状の第１種結晶部２０１ｓに対応する領域を最下部として含む、直方体状の領域である。
【００６４】
第２擬似単結晶領域Ａ２は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第２擬似単結晶領域Ａ２は、例えば、第２種結晶部２０２ｓを基点としたシリコン融液ＭＳ１の一方向凝固によって、第２種結晶部２０２ｓの結晶構造および結晶方位を引き継ぐように形成された領域である。このため、第２擬似単結晶領域Ａ２は、例えば、第２種結晶部２０２ｓに対応する領域と、この第２種結晶部２０２ｓに対応する領域の上方に位置している領域と、を含む。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、第２種結晶部２０２ｓに対応する領域は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の下面と、を有する直方体状の領域である。そして、第２擬似単結晶領域Ａ２は、直方体状の第２種結晶部２０２ｓに対応する領域を最下部として含む、直方体状の領域である。
【００６５】
第１中間領域Ａ３は、１つ以上の擬似単結晶領域を含む。この第１中間領域Ａ３は、例えば、中間種結晶部２０３ｓを基点としたシリコン融液ＭＳ１の一方向凝固によって、中間種結晶部２０３ｓの結晶構造および結晶方位を引き継ぐように形成された領域である。このため、第１中間領域Ａ３は、例えば、中間種結晶部２０３ｓに対応する領域と、この中間種結晶部２０３ｓに対応する領域の上方に位置している領域と、を含む。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、中間種結晶部２０３ｓに対応する領域は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた細長い矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた細長い矩形状の下面と、を有する棒状の領域である。そして、第１中間領域Ａ３は、棒状の中間種結晶部２０３ｓに対応する領域を最下部として含む、板状の領域である。この場合には、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１と第１中間領域Ａ３との境界（第１境界ともいう）Ｂ１および第２擬似単結晶領域Ａ２と第１中間領域Ａ３との境界（第２境界ともいう）Ｂ２のそれぞれの形状が、ＹＺ平面に沿った形状において矩形状となっている。
【００６６】
また、ここでは、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第１擬似単結晶領域Ａ１の幅（第１の幅ともいう）Ｗ１および第２擬似単結晶領域Ａ２の幅（第２の幅ともいう）Ｗ２のそれぞれは、第１中間領域Ａ３の幅（第３の幅ともいう）Ｗ３よりも大きい。ここで、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の第１面Ｆ１および第２面Ｆ２のそれぞれが、一辺の長さが３５０ｍｍ程度である矩形状または正方形状である場合を想定する。この場合には、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１の第１の幅Ｗ１および第２擬似単結晶領域Ａ２の第２の幅Ｗ２は、５０ｍｍから２５０ｍｍ程度とされ、第１中間領域Ａ３の第３の幅Ｗ３は、２ｍｍから２５ｍｍ程度とされる。
【００６７】
また、ここでは、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１と第１中間領域Ａ３との第１境界Ｂ１および第２擬似単結晶領域Ａ２と第１中間領域Ａ３との第２境界Ｂ２のそれぞれが、対応粒界を有する。ここで、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１、第１中間領域Ａ３および第２擬似単結晶領域Ａ２のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な面の面方位が、ミラー指数における（１００）である場合を想定する。別の観点から言えば、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１、第１中間領域Ａ３および第２擬似単結晶領域Ａ２のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞である場合を想定する。この場合には、対応粒界は、例えば、Σ値が５の対応粒界、Σ値が１３の対応粒界、Σ値が１７の対応粒界、Σ値が２５の対応粒界およびΣ値が２９の対応粒界の何れか１つを含む。このような構成を有するシリコンインゴットＩｎ１は、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させて、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方に対応粒界を形成させることで実現され得る。そして、この対応粒界が形成される際に、例えば、歪みの緩和によってシリコンインゴットＩｎ１に欠陥が生じにくくなる。このため、ここでは、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコンインゴットＩｎ１の上記構成を採用すれば、欠陥の低減によってシリコンインゴットＩｎ１の品質が向上し得る。ここで、第１境界Ｂ１および第２境界Ｂ２のそれぞれにおける各種の対応粒界の存在および各種の対応粒界の存在比率は、例えば、ＥＢＳＤ法などを用いた測定で確認され得る。
【００６８】
また、ここでは、例えば、図１０（ａ）および図１０（ｂ）で示されるように、シリコンインゴットＩｎ１は、４つの側面を含む第３面Ｆ３に沿って位置している領域（外周部領域ともいう）Ａ０を有していてもよい。外周部領域Ａ０は、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に鋳型１２１の内周側面部を基点として生じた転位による欠陥を含み得る。この外周部領域Ａ０は、後述するシリコンブロックＢｋ１（図１１（ａ）および図１１（ｂ）などを参照）およびシリコン基板１（図１５（ａ）および図１５（ｂ）などを参照）を製造する際に、シリコンインゴットＩｎ１から切除される。
【００６９】
また、ここでは、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１、第２擬似単結晶領域Ａ２、および第１中間領域Ａ３の１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位とされてもよい。このような構成は、例えば、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に、上面の面方位がミラー指数における（１００）となるように種結晶部群２００ｓを配置し、種結晶部群２００ｓの結晶方位を受け継いでシリコン融液ＭＳ１を一方向に成長させることで実現され得る。また、この場合には、例えば、シリコン融液ＭＳ１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。これにより、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれを起点として上方に向けて結晶粒を成長させることで形成される、第１擬似単結晶領域Ａ１、第１中間領域Ａ３および第２擬似単結晶領域Ａ２が容易に得られる。その結果、シリコンインゴットＩｎ１の品質を容易に向上させることができる。
【００７０】
さらに、ここで、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１と第１中間領域Ａ３との第１境界Ｂ１および第２擬似単結晶領域Ａ２と第１中間領域Ａ３との第２境界Ｂ２のそれぞれに位置している対応粒界が、Σ値が２９の対応粒界を含んでいてもよい。ここでは、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させてシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合を想定する。この場合には、例えば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方にΣ値が２９のランダム粒界が随時形成される際に、このランダム粒界において歪みがさらに緩和されて欠陥が生じにくくなる。このため、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコンインゴットＩｎ１の上記構成を採用すれば、さらに欠陥の低減によってシリコンインゴットＩｎ１の品質を向上させることができる。
【００７１】
また、ここで、例えば、第１擬似単結晶領域Ａ１の第１の幅Ｗ１と、第２擬似単結晶領域Ａ２の第２の幅Ｗ２とは、同一であっても異なっていてもよい。例えば、第１の幅Ｗ１と第２の幅Ｗ２とが異なっていれば、モノライクキャスト法において、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に互いに幅の異なる第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとを配置することができる。このため、例えば、ＣＺ法などで得た円柱状の単結晶シリコン塊Ｍｃ０から切り出される相互に幅が異なる短冊状の種結晶部を、第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓとして利用することができる。これにより、例えば、高品質のシリコンインゴットＩｎ１を容易に製造することができる。換言すれば、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の品質を容易に向上させることができる。
【００７２】
＜１−４．シリコンのブロック＞
一実施形態に係るシリコンのブロック（シリコンブロックともいう）Ｂｋ１の構成について、図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照しつつ説明する。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、シリコンブロックＢｋ１の形状は、直方体状である。このシリコンブロックＢｋ１は、例えば、上述したシリコンインゴットＩｎ１から、比較的欠陥が存在している状態になりやすい、シリコンインゴットＩｎ１の外周部分をワイヤーソー装置などで切除することで製造され得る。ここで、シリコンインゴットＩｎ１の外周部分は、例えば、シリコンインゴットＩｎ１のうち、第１面Ｆ１に沿った第１の厚さを有する部分、第２面Ｆ２に沿った第２の厚さを有する部分、および第３面Ｆ３に沿った第３の厚さを有する部分、を含む。第１の厚さは、例えば、数ｍｍから２０ｍｍ程度とされる。第２の厚さは、例えば、種結晶部群２００ｓに対応する領域が切除される程度の厚さとされる。第３の厚さは、例えば、外周部領域Ａ０が切除される程度の厚さとされる。
【００７３】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）で示されるように、シリコンブロックＢｋ１は、例えば、第４面Ｆ４と、第５面Ｆ５と、第６面Ｆ６と、を有する。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第４面Ｆ４は、第１方向としての＋Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（上面ともいう）である。第５面Ｆ５は、第４面Ｆ４とは逆側に位置している。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第５面Ｆ５は、第１方向とは逆の第４方向としての−Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（下面ともいう）である。第６面Ｆ６は、第４面Ｆ４と第５面Ｆ５とを接続している状態で第１方向に沿って位置している。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第６面Ｆ６は、第１方向としての＋Ｚ方向に沿って上面と下面とを接続している状態で位置しており、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った４つの面（側面ともいう）を含む。
【００７４】
また、シリコンブロックＢｋ１は、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４と、第４擬似単結晶領域Ａ５と、第２中間領域Ａ６と、を備えている。第３擬似単結晶領域Ａ４と、第２中間領域Ａ６と、第４擬似単結晶領域Ａ５と、は第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な第２方向としての＋Ｘ方向において、この記載の順に隣接している状態で位置している。
【００７５】
第３擬似単結晶領域Ａ４は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第３擬似単結晶領域Ａ４は、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の第１擬似単結晶領域Ａ１の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第３擬似単結晶領域Ａ４は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の下面と、を有する、直方体状の領域である。
【００７６】
第４擬似単結晶領域Ａ５は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第４擬似単結晶領域Ａ５は、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の第２擬似単結晶領域Ａ２の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第４擬似単結晶領域Ａ５は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の下面と、を有する、直方体状の領域である。
【００７７】
第２中間領域Ａ６は、１つ以上の擬似単結晶領域を含む。この第２中間領域Ａ６は、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の第１中間領域Ａ３の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の例では、第２中間領域Ａ６は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた細長い矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた細長い矩形状の下面と、を有する、板状の領域である。この場合には、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４と第２中間領域Ａ６との境界（第３境界ともいう）Ｂ３および第４擬似単結晶領域Ａ５と第２中間領域Ａ６との境界（第４境界ともいう）Ｂ４のそれぞれの形状が、ＹＺ平面に沿った形状において矩形状となっている。
【００７８】
また、ここでは、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第３擬似単結晶領域Ａ４の幅（第４の幅ともいう）Ｗ４および第４擬似単結晶領域Ａ５の幅（第５の幅ともいう）Ｗ５のそれぞれは、第２中間領域Ａ６の幅（第６の幅ともいう）Ｗ６よりも大きい。ここで、例えば、シリコンブロックＢｋ１における第４面Ｆ４および第５面Ｆ５のそれぞれが、一辺の長さが３００ｍｍから３２０ｍｍ程度である矩形状または正方形状である場合を想定する。この場合には、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４の第４の幅Ｗ４および第４擬似単結晶領域Ａ５の第５の幅Ｗ５は、５０ｍｍから２５０ｍｍ程度とされ、第２中間領域Ａ６の第６の幅Ｗ６は、２ｍｍから２５ｍｍ程度とされる。
【００７９】
また、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４と第２中間領域Ａ６との第３境界Ｂ３および第４擬似単結晶領域Ａ５と第２中間領域Ａ６との第４境界Ｂ４のそれぞれが、対応粒界を有する。ここで、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４、第２中間領域Ａ６および第４擬似単結晶領域Ａ５のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な面の面方位が、ミラー指数における（１００）である場合を想定する。別の観点から言えば、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４、第２中間領域Ａ６および第４擬似単結晶領域Ａ５のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞である場合を想定する。この場合には、対応粒界は、例えば、Σ値が５の対応粒界、Σ値が１３の対応粒界、Σ値が１７の対応粒界、Σ値が２５の対応粒界およびΣ値が２９の対応粒界の何れか１つを含む。このような構成を有するシリコンブロックＢｋ１は、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させて、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方に対応粒界を形成させることで実現され得る。そして、この対応粒界が形成される際に、例えば、歪みの緩和によってシリコンインゴットＩｎ１に欠陥が生じにくく、このシリコンインゴットＩｎ１の外周部分の切除によって得られるシリコンブロックＢｋ１における欠陥も低減され得る。このため、ここでは、例えば、欠陥が低減され得るシリコンブロックＢｋ１の製造に適したシリコンブロックＢｋ１の上記構成を採用すれば、欠陥の低減によってシリコンブロックＢｋ１の品質が向上し得る。ここで、第３境界Ｂ３および第４境界Ｂ４のそれぞれにおける各種の対応粒界の存在および各種の対応粒界の存在比率は、例えば、ＥＢＳＤ法などを用いて確認され得る。
【００８０】
また、ここでは、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４、第４擬似単結晶領域Ａ５、および第２中間領域Ａ６の１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位とされてもよい。このような構成は、例えば、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に、上面の面方位がミラー指数における（１００）となるように種結晶部群２００ｓを配置し、種結晶部群２００ｓの結晶方位を受け継いでシリコン融液ＭＳ１を一方向に成長させることで実現され得る。また、この場合には、例えば、シリコン融液ＭＳ１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。これにより、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれを起点として上方に向けて結晶粒を成長させることで形成される、第１擬似単結晶領域Ａ１、第１中間領域Ａ３および第２擬似単結晶領域Ａ２を備えたシリコンインゴットＩｎ１が容易に製造され得る。そして、例えば、シリコンインゴットＩｎ１からシリコンブロックＢｋ１を切り出すことで、シリコンブロックＢｋ１の品質を容易に向上させることができる。
【００８１】
さらに、ここで、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４と第２中間領域Ａ６との第３境界Ｂ３および第４擬似単結晶領域Ａ５と第２中間領域Ａ６との第４境界Ｂ４のそれぞれに位置している対応粒界が、Σ値が２９の対応粒界を含んでいてもよい。ここでは、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させてシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合を想定する。この場合には、例えば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方にΣ値が２９のランダム粒界が随時形成されつつ、このランダム粒界において歪みがさらに緩和されて欠陥が生じにくくなる。このため、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコンブロックＢｋ１の上記構成を採用すれば、さらに欠陥の低減によってシリコンブロックＢｋ１の品質を向上させることができる。
【００８２】
また、ここで、例えば、第３擬似単結晶領域Ａ４の第４の幅Ｗ４と、第４擬似単結晶領域Ａ５の第５の幅Ｗ５とは、同一であっても異なっていてもよい。例えば、第４の幅Ｗ４と第５の幅Ｗ５とが異なっていれば、モノライクキャスト法において、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に互いに幅の異なる第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとを配置することができる。このため、例えば、ＣＺ法などで得た円柱状の単結晶シリコン塊Ｍｃ０から切り出され得る相互に幅が異なる短冊状の種結晶部を、第１種結晶部２０１ｓおよび第２種結晶部２０２ｓとして利用することができる。これにより、例えば、高品質のシリコンブロックＢｋ１を容易に製造することができる。換言すれば、例えば、シリコンブロックＢｋ１の品質が容易に向上し得る。
【００８３】
ここで、例えば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）で記載されているように、シリコン基板１を製造するために、第２方向としての＋Ｘ方向でシリコンブロックＢｋ１を２等分し、第２方向に垂直な第３方向としての＋Ｙ方向でシリコンブロックＢｋ１を２等分する場合を想定する。ここでは、例えば、シリコンブロックＢｋ１を、ＹＺ平面に沿った第１切断面Ｃｌ１に沿って切断し、ＸＺ平面に沿った第２切断面Ｃｌ２に沿って切断することで、４つの比較的小さなシリコンのブロック（小シリコンブロックともいう）が得られる。４つの小シリコンブロックは、第１小シリコンブロックＢｋ１ａ、第２小シリコンブロックＢｋ１ｂ、第３小シリコンブロックＢｋ１ｃおよび第４小シリコンブロックＢｋ１ｄを含む。シリコンブロックＢｋ１は、例えば、ワイヤーソー装置などで切断される。図１２（ａ）および図１２（ｂ）の例では、第１小シリコンブロックＢｋ１ａおよび第４小シリコンブロックＢｋ１ｄは、それぞれ第３擬似単結晶領域Ａ４、第２中間領域Ａ６および第４擬似単結晶領域Ａ５を含む。また、第２小シリコンブロックＢｋ１ｂおよび第３小シリコンブロックＢｋ１ｃは、それぞれ第３擬似単結晶領域Ａ４を含む。この場合には、例えば、図１３（ａ）および図１３（ｂ）で示されるように、第１小シリコンブロックＢｋ１ａにおいて、第２方向としての＋Ｘ方向において、第３擬似単結晶領域Ａ４の第４の幅Ｗ４および第４擬似単結晶領域Ａ５の第５の幅Ｗ５のそれぞれが、第２中間領域Ａ６の第６の幅Ｗ６よりも大きくてもよい。第４の幅Ｗ４と、第５の幅Ｗ５と、は同一であっても異なっていてもよい。
【００８４】
ここで、第１小シリコンブロックＢｋ１ａのＸＺ断面を測定対象面として、エタノールなどによる洗浄後に、表面における少数キャリアの再結合に要する時間であるライフタイムの分布を、ライフタイム測定機を用いて測定した結果を、図１４に示す。ライフタイム測定器では、測定対象面に対するレーザの照射に応じて測定対象面から放出されるマイクロ波の強度を検出し、マイクロ波の強度が、レーザの照射時の基準値からレーザの照射後に規定値まで低下するのに要する時間を、ライフタイムの測定値とした。図１４で示されるように、第２中間領域Ａ６の存在にもかかわらず、相対的にライフタイムが短い白い領域がほとんど見られず、相対的にライフタイムの長い黒い領域がほとんど全域を占めていることが確認された。また、ここでは、中間種結晶部２０３ｓの第３種幅Ｗｓ３を５ｍｍから２０ｍｍの範囲で変動させても、第２中間領域Ａ６の存在にもかかわらず、相対的にライフタイムが短い白い領域がほとんど見られず、相対的にライフタイムの長い黒い領域がほとんど全域を占めていることが確認された。これにより、第１小シリコンブロックＢｋ１ａは、欠陥が少なく、品質の高いシリコンブロックであるものと推定された。その結果、第１小シリコンブロックＢｋ１ａが切り出された元のシリコンブロックＢｋ１についても、欠陥が少なく、品質の高いシリコンブロックＢｋ１であったものと推定された。また、シリコンブロックＢｋ１が切り出された元のシリコンインゴットＩｎ１についても、第１擬似単結晶領域Ａ１、第２擬似単結晶領域Ａ２および第１中間領域Ａ３における欠陥が少なく、品質の高いシリコンインゴットＩｎ１であったものと推定された。
【００８５】
また、ここで、図１４で示されるように、斜め上方に伸びるように位置している第４境界Ｂ４に対応する第２境界Ｂ２を有するシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合を想定する。この場合には、鋳型１２１内において底部１２１ｂ側から上方（＋Ｚ方向）に向けて融液ＭＳ１の一方向凝固が行われる際に、底部１２１ｂ側から上方に向けて伝播している転位の上方に第２境界Ｂ２が形成されるようにシリコン融液ＭＳ１が凝固すれば、上方に向けた転位の伝播が第２境界Ｂ２によってブロックされ得る。これにより、例えば、製造されるシリコンインゴットＩｎ１、シリコンブロックＢｋ１および第１小シリコンブロックＢｋ１ａにおける欠陥が低減され得る。
【００８６】
＜１−５．シリコンの基板＞
一実施形態に係るシリコンの基板（シリコン基板ともいう）１の構成について、図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照しつつ説明する。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、シリコン基板１は、矩形状の表裏面を有する板状のものである。このシリコン基板１は、例えば、上述した第１小シリコンブロックＢｋ１ａなどの小シリコンブロックを、第１方向としての＋Ｚ方向において所定の間隔で、第４面Ｆ４および第５面Ｆ５に平行なＸＹ平面に沿って薄切りにすることで製造され得る。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第１小シリコンブロックＢｋ１ａをそれぞれ薄切りにすることで作製したシリコン基板１が示されている。ここでは、例えば、ワイヤーソー装置などを用いて、第１小シリコンブロックＢｋ１ａを薄切りにすることで、厚さが１００マイクロメートル（μｍ）から３００μｍ程度であり且つ一辺が１５０ｍｍ程度の正方形状の板面を有するシリコン基板１が作製され得る。シリコン基板１の表層において小シリコンブロックの切断時に生じたダメージ層は、水酸化ナトリウム溶液などを用いたエッチングによって除去され得る。
【００８７】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）で示されるように、シリコン基板１は、例えば、第７面Ｆ７と、第８面Ｆ８と、第９面Ｆ９と、を有する平板状の基板である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第７面Ｆ７は、第１方向としての＋Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（前面ともいう）である。第８面Ｆ８は、第７面Ｆ７の裏側に位置している。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第８面Ｆ８は、第１方向とは逆の第４方向としての−Ｚ方向を向いた矩形状または正方形状の面（裏面ともいう）である。第９面Ｆ９は、第７面Ｆ７と第８面Ｆ８とを接続している状態で第１方向としての＋Ｚ方向に沿って位置している外周面である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第９面Ｆ９は、第１方向としての＋Ｚ方向に沿って前面と裏面とを接続している状態で位置しており、第７面Ｆ７および第８面Ｆ８のそれぞれの４辺に沿った外周面である。
【００８８】
また、シリコン基板１は、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７と、第６擬似単結晶領域Ａ８と、第３中間領域Ａ９と、を備えている。第５擬似単結晶領域Ａ７と、第３中間領域Ａ９と、第６擬似単結晶領域Ａ８と、は第１方向としての＋Ｚ方向に垂直な第２方向としての＋Ｘ方向において、この記載の順に隣接している状態で位置している。
【００８９】
第５擬似単結晶領域Ａ７は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第５擬似単結晶領域Ａ７は、例えば、シリコンブロックＢｋ１の第３擬似単結晶領域Ａ４の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第５擬似単結晶領域Ａ７は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の前面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の裏面と、を有する、板状の領域である。
【００９０】
第６擬似単結晶領域Ａ８は、擬似単結晶で構成されている領域である。この第６擬似単結晶領域Ａ８は、例えば、シリコンブロックＢｋ１の第４擬似単結晶領域Ａ５の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第６擬似単結晶領域Ａ８は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた矩形状の下面と、を有する、板状の領域である。
【００９１】
第３中間領域Ａ９は、１つ以上の擬似単結晶領域を含む。この第３中間領域Ａ９は、例えば、シリコンブロックＢｋ１の第２中間領域Ａ６の少なくとも一部によって構成されている領域である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の例では、第３中間領域Ａ９は、第１方向としての＋Ｚ方向に向いた細長い矩形状の上面と、第４方向としての−Ｚ方向に向いた細長い矩形状の下面と、を有する、板状の領域である。この場合には、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との境界（第５境界ともいう）Ｂ５および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との境界（第６境界ともいう）Ｂ６のそれぞれの形状が、第３方向としての＋Ｙ方向に沿った細長い形状となっている。
【００９２】
また、ここでは、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第５擬似単結晶領域Ａ７の幅（第７の幅ともいう）Ｗ７および第６擬似単結晶領域Ａ８の幅（第８の幅ともいう）Ｗ８のそれぞれは、第３中間領域Ａ９の幅（第９の幅ともいう）Ｗ９よりも大きい。ここで、例えば、シリコン基板１の第７面Ｆ７および第８面Ｆ８が、一辺の長さが１５０ｍｍ程度である正方形状である場合を想定する。この場合には、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７の第７の幅Ｗ７および第６擬似単結晶領域Ａ８の第８の幅Ｗ８は、５０ｍｍから１００ｍｍ程度とされ、第３中間領域Ａ９の第９の幅Ｗ９は、２ｍｍから２５ｍｍ程度とされる。
【００９３】
また、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との第５境界Ｂ５および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との第６境界Ｂ６のそれぞれが、対応粒界を有する状態で位置している。この対応粒界は、例えば、Σ値が５の対応粒界、Σ値が１３の対応粒界、Σ値が１７の対応粒界、Σ値が２５の対応粒界およびΣ値が２９の対応粒界の何れか１つを含む。このような構成を有するシリコン基板１は、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させて、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方に対応粒界を形成させることで実現され得る。そして、この対応粒界が形成される際に、例えば、歪みの緩和によってシリコンインゴットＩｎ１に欠陥が生じにくい。そして、このシリコンインゴットＩｎ１の外周部分の切除で得られたシリコンブロックＢｋ１の薄切りで得たシリコン基板１における欠陥も低減され得る。このため、ここでは、例えば、欠陥が低減され得るシリコン基板１の製造に適したシリコン基板１の上記構成を採用すれば、欠陥の低減によってシリコン基板１の品質が向上し得る。ここで、第５境界Ｂ５および第６境界Ｂ６のそれぞれにおける各種の対応粒界の存在および各種の対応粒界の存在比率は、例えば、ＥＢＳＤ法などを用いて確認され得る。
【００９４】
また、ここでは、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７、第６擬似単結晶領域Ａ８、および第３中間領域Ａ９の１つ以上の擬似単結晶領域のそれぞれにおける第１方向としての＋Ｚ方向に沿った結晶方位が、ミラー指数における＜１００＞方位とされてもよい。このような構成は、例えば、鋳型１２１の底部１２１ｂ上に、上面の面方位がミラー指数における（１００）となるように種結晶部群２００ｓを配置し、種結晶部群２００ｓの結晶方位を受け継いでシリコン融液ＭＳ１を一方向に成長させることで実現され得る。また、この場合には、例えば、シリコン融液ＭＳ１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。これにより、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓのそれぞれを起点として上方に向けて結晶粒を成長させることで形成される、第１擬似単結晶領域Ａ１、第１中間領域Ａ３および第２擬似単結晶領域Ａ２を備えたシリコンインゴットＩｎ１が容易に製造され得る。そして、例えば、シリコンインゴットＩｎ１からシリコンブロックＢｋ１を経てシリコン基板１を切り出すことで、シリコン基板１の品質を容易に向上させることができる。
【００９５】
さらに、ここで、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との第５境界Ｂ５および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との第６境界Ｂ６のそれぞれに位置している対応粒界が、Σ値が２９の対応粒界を含んでいてもよい。ここでは、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させてシリコンインゴットＩｎ１を製造する場合を想定する。この場合には、例えば、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方にΣ値が２９のランダム粒界が随時形成されつつ、このランダム粒界において歪みがさらに緩和されて欠陥が生じにくくなる。このため、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコン基板１の上記構成を採用すれば、さらに欠陥の低減によってシリコン基板１の品質を向上させることができる。
【００９６】
また、ここで、例えば、第５擬似単結晶領域Ａ７の第７の幅Ｗ７と、第６擬似単結晶領域Ａ８の第８の幅Ｗ８とは、同一であっても異なっていてもよい。
【００９７】
＜１−６．太陽電池素子＞
上述した一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１からの切り出しによってシリコンブロックＢｋ１を経て作製されるシリコン基板１は、例えば、太陽電池としての太陽電池素子１０の半導体基板に用いられる。太陽電池素子１０の構成の一例について、図１６から図１８を参照しつつ説明する。太陽電池素子１０は、光が入射する受光面１０ａと、この受光面１０ａの反対側の面である非受光面１０ｂと、を有する。
【００９８】
例えば、図１６から図１８で示されるように、太陽電池素子１０は、シリコン基板１と、反射防止膜２と、第１電極４と、第２電極５と、を備えている。
【００９９】
シリコン基板１は、例えば、第１導電型の第１半導体層１ｐと、この第１半導体層１ｐの受光面１０ａ側に位置している第２導電型の第２半導体層１ｎと、を有する。例えば、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型がｎ型とされる。また、例えば、第１導電型がｎ型であれば、第２導電型がｐ型とされる。ここで、例えば、第１導電型がｐ型であれば、シリコンインゴットＩｎ１の導電型をｐ型とするために、ドーパントとなる元素として、ホウ素などが採用される。ここで、例えば、シリコンインゴットＩｎ１におけるホウ素の濃度（単位体積あたりの原子の個数）が、１×１０１６個／立方センチメートル（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であれば、シリコン基板１における比抵抗は、０．２オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）から２Ω・ｃｍ程度となる。シリコン基板１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、またはホウ素の含有濃度が既知である適量のシリコン塊を、シリコンインゴットＩｎ１の製造時に混合する方法が考えられる。また、ここで、例えば、第１導電型がｐ型である場合には、シリコン基板１における第７面Ｆ７側の表層部にリンなどの不純物を拡散によって導入することで、第２半導体層１ｎが生成され得る。これにより、第１半導体層１ｐと第２半導体層１ｎとがｐｎ接合領域を形成している状態となる。
【０１００】
また、シリコン基板１は、例えば、第８面Ｆ８側に位置している、ＢＳＦ（Back-Surface-Field）領域１Ｈｐを有していてもよい。このＢＳＦ領域１Ｈｐは、シリコン基板１の第８面Ｆ８側の領域に内部電界を形成し、第８面Ｆ８の近傍における少数キャリアの再結合を低減する役割を有する。これにより、太陽電池素子１０の光電変換効率が低下しにくい。ＢＳＦ領域１Ｈｐは、第１半導体層１ｐと同一の導電型を有する。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。例えば、シリコン基板１がｐ型を有する場合には、シリコン基板１の第８面Ｆ８側の表層部にホウ素またはアルミニウムなどのドーパントとなる元素を拡散によって導入することで、ＢＳＦ領域１Ｈｐが形成され得る。ここでは、ＢＳＦ領域１Ｈｐにおけるドーパントの濃度は、例えば、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされる。
【０１０１】
反射防止膜２は、例えば、シリコン基板１の受光面１０ａ側の第７面Ｆ７上に位置している。反射防止膜２は、受光面１０ａにおける所望の波長域の光に対する反射率を低減させて、シリコン基板１内に所望の波長域の光が吸収されやすくする役割を果たす。これにより、シリコン基板１における光電変換で生成されるキャリアの量が増大し得る。反射防止膜２の素材には、例えば、窒化シリコン、酸化チタンおよび酸化シリコンなどのうちの１種以上の素材が適用される。ここで、例えば、反射防止膜２の素材に応じて反射防止膜２の厚さが適宜設定されれば、所望の波長域の入射光がほとんど反射しない条件（無反射条件ともいう）が実現され得る。具体的には、例えば、反射防止膜２の屈折率が、１．８から２．３程度とされ、反射防止膜２の厚さが、５０ナノメートル（ｎｍ）から１２０ｎｍ程度とされる。
【０１０２】
第１電極４は、例えば、シリコン基板１の受光面１０ａ側の第７面Ｆ７上に位置している。図１６および図１８で示されるように、第１電極４は、例えば、第１出力取出電極４ａと、複数の線状の第１集電電極４ｂと、を有する。図１６および図１８の例では、第１電極４は、＋Ｙ方向に沿った長手方向を有する３本の第１出力取出電極４ａと、＋Ｘ方向に沿った長手方向を有する２２本の線状の第１集電電極４ｂと、を有する。各第１出力取出電極４ａの少なくとも一部は、各第１集電電極４ｂと交差している状態にある。第１出力取出電極４ａの線幅は、例えば、０．６ｍｍから１．５ｍｍ程度とされる。第１集電電極４ｂの線幅は、例えば、２５μｍから１００μｍ程度とされる。このため、第１集電電極４ｂの線幅は、第１出力取出電極４ａの線幅よりも小さい。複数の線状の第１集電電極４ｂは、＋Ｙ方向において、所定の間隔で、相互に略平行な状態で並んでいる状態で位置している。所定の間隔は、例えば、１．５ｍｍから３ｍｍ程度とされる。第１電極４の厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度とされる。第１電極４は、例えば、複数の第１集電電極４ｂにおける＋Ｘ方向の端部同士をつなぐように位置している補助電極４ｃ、および複数の第１集電電極４ｂにおける−Ｘ方向の端部同士をつなぐように位置している補助電極４ｃを有していてもよい。補助電極４ｃの線幅は、例えば、第１集電電極４ｂの線幅と略同一とされる。第１電極４は、例えば、シリコン基板１の第７面Ｆ７側に、銀ペーストを所望のパターンで塗布した後に、この銀ペーストを焼成することで、形成され得る。銀ペーストは、例えば、銀を主成分とする粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどが混合されることで生成され得る。主成分は、含有している成分のうち最も含有率が高い成分を意味する。銀ペーストの塗布法には、例えば、スクリーン印刷法などが適用される。
【０１０３】
第２電極５は、例えば、シリコン基板１の非受光面１０ｂ側の第８面Ｆ８上に位置している。図１７および図１８で示されるように、第２電極５は、例えば、第２出力取出電極５ａと、第２集電電極５ｂと、を有する。図１７および図１８の例では、第２電極５は、＋Ｙ方向に沿った長手方向を有する３本の第２出力取出電極５ａを有する。第２出力取出電極５ａの厚さは、例えば、１０μｍから３０μｍ程度とされる。第２出力取出電極５ａの線幅は、例えば、１ｍｍから４ｍｍ程度とされる。この第２出力取出電極５ａは、例えば、第１電極４と同様な素材および製法で形成され得る。例えば、シリコン基板１の第８面Ｆ８側に、銀ペーストが所望のパターンで塗布された後に、この銀ペーストが焼成されることで、形成され得る。第２集電電極５ｂは、シリコン基板１の第８面Ｆ８側において第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わたって位置している。第２集電電極５ｂの厚さは、例えば、１５μｍから５０μｍ程度とされる。第２集電電極５ｂは、例えば、シリコン基板１の第８面Ｆ８側に、アルミニウムペーストを所望のパターンで塗布した後に、このアルミニウムペーストを焼成することで形成され得る。アルミニウムペーストは、例えば、アルミニウムを主成分とする粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどを混合することで生成され得る。アルミニウムペーストの塗布法には、例えば、スクリーン印刷法などが適用される。
【０１０４】
ここでは、上述したように、シリコン基板１は、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第５擬疑似単結晶領域Ａ７と、１つ以上の擬疑似単結晶領域を含む第３中間領域Ａ９と、第６擬疑似単結晶領域Ａ８と、を備えている。そこで、例えば、このシリコン基板１に対して、複数の線状の第１集電電極４ｂが、第２方向としての＋Ｘ方向と直交する第３方向としての＋Ｙ方向において所定の間隔で、相互に略平行な状態で並ぶように位置していてもよい。換言すれば、例えば、第１集電電極４ｂが、第５擬似単結晶領域Ａ７上から、第３中間領域Ａ９上を介して、第６擬似単結晶領域Ａ８上に至るように位置していてもよい。これにより、例えば、シリコン基板１内で生成されたキャリアが、第１集電電極４ｂで集電される際に、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との第５境界Ｂ５、および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との第６境界Ｂ６をそれぞれ通過する確率が減る。その結果、太陽電池素子１０の発電効率が高まり得る。
【０１０５】
また、例えば、シリコン基板１に対して、複数の線状の第１集電電極４ｂが、第２方向としての＋Ｘ方向において所定の間隔で、相互に略平行な状態で並ぶように位置していてもよい。この場合には、第１集電電極４ｂは、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との第５境界Ｂ５、および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との第６境界Ｂ６のそれぞれに対して略平行な状態にある。これにより、複数の線状の第１集電電極４ｂの存在によって、第５境界Ｂ５および第６境界Ｂ６が目立たない。その結果、太陽電池素子１０の意匠性が高まり得る。このため、例えば、発電効率よりも美観が求められる場合には、上記構造を有する太陽電池素子１０を採用することができる。また、ここで、例えば、第１集電電極４ｂが第５境界Ｂ５および第６境界Ｂ６の少なくとも一方の上に位置していれば、太陽電池素子１０の意匠性がさらに高まり得る。
【０１０６】
＜１−７．一実施形態のまとめ＞
例えば、一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１の製造方法では、鋳型１２１の底部１２１ｂ上において、第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間に中間種結晶部２０３ｓを配置する。このとき、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの間において、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした回転方向における単結晶シリコンの第１回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとを配置する。また、中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間においても、第１方向としての＋Ｚ方向に沿った仮想軸を中心とした単結晶シリコンの第２回転角度関係が、対応粒界に対応する単結晶シリコンの回転角度関係となるように、中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとを配置する。これにより、例えば、第１種結晶部２０１ｓ、中間種結晶部２０３ｓおよび第２種結晶部２０２ｓをそれぞれ基点としたシリコン融液ＭＳ１の一方向凝固によって擬似単結晶を成長させる際に、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界の上方、および中間種結晶部２０３ｓと第２種結晶部２０２ｓとの境界の上方に、機能性粒界としての対応粒界を形成させることができる。このため、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、対応粒界が随時形成されつつ、歪みが緩和され得る。また、例えば、シリコン融液ＭＳ１の一方向凝固が進行する際に、第１種結晶部２０１ｓと第２種結晶部２０２ｓとの間の領域の上方では相対的に転位が生じやすいものの、２つの機能性粒界が形成される際に転位が消滅しやすく、２つの機能性粒界に挟まれた擬似単結晶領域に転位が閉じ込められやすい。これにより、例えば、欠陥の低減によってシリコンインゴットＩｎ１の品質が向上し得る。
【０１０７】
また、例えば、一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１は、第２方向としての＋Ｘ方向において、第１擬似単結晶領域Ａ１と第２擬似単結晶領域Ａ２との間に１つ以上の擬似単結晶領域を含む第１中間領域Ａ３を有する。そして、第１擬似単結晶領域Ａ１と第１中間領域Ａ３との第１境界Ｂ１および第２擬似単結晶領域Ａ２と第１中間領域Ａ３との第２境界Ｂ２のそれぞれが、対応粒界を有する。このような構成を有するシリコンインゴットＩｎ１は、例えば、種結晶部群２００ｓを基点として擬似単結晶を成長させて、第１種結晶部２０１ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界および第２種結晶部２０２ｓと中間種結晶部２０３ｓとの境界のそれぞれの上方に対応粒界を形成させることで実現され得る。そして、この対応粒界が形成される際に、例えば、歪みの緩和によってシリコンインゴットＩｎ１に欠陥が生じにくくなる。このため、ここでは、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコンインゴットＩｎ１の構成を採用することで、欠陥の低減によってシリコンインゴットＩｎ１の品質が向上し得る。
【０１０８】
また、例えば、一実施形態に係るシリコンブロックＢｋ１は、一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１からの切り出しで作製され得る。このシリコンブロックＢｋ１は、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第３擬似単結晶領域Ａ４と第４擬似単結晶領域Ａ５との間に１つ以上の擬似単結晶領域を含む第２中間領域Ａ６を有する。そして、第３擬似単結晶領域Ａ４と第２中間領域Ａ６との第３境界Ｂ３および第４擬似単結晶領域Ａ５と第２中間領域Ａ６との第４境界Ｂ４のそれぞれが、対応粒界を有する。ここでは、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコンブロックＢｋ１の構成が採用されることで、欠陥の低減によってシリコンブロックＢｋ１の品質が向上し得る。
【０１０９】
また、例えば、一実施形態に係るシリコン基板１は、一実施形態に係るシリコンインゴットＩｎ１からの切り出しによって得られる。このシリコン基板１は、例えば、第２方向としての＋Ｘ方向において、第５擬似単結晶領域Ａ７と第６擬似単結晶領域Ａ８との間に１つ以上の擬似単結晶領域を含む第３中間領域Ａ９を有する。そして、第５擬似単結晶領域Ａ７と第３中間領域Ａ９との第５境界Ｂ５および第６擬似単結晶領域Ａ８と第３中間領域Ａ９との第６境界Ｂ６のそれぞれが、対応粒界を有する。ここでは、例えば、欠陥が生じにくいシリコンインゴットＩｎ１の製造に適したシリコン基板１の構成が採用されることで、欠陥の低減によってシリコン基板１の品質が向上し得る。
【０１１０】
＜２．その他＞
本開示は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。
【０１１１】
上記一実施形態では、例えば、シリコンインゴットＩｎ１の第１面Ｆ１および第２面Ｆ２ならびにシリコンブロックＢｋ１の第４面Ｆ４および第５面Ｆ５のそれぞれは、矩形状ではなく、シリコン基板１の形状などに応じた種々の形状を有していてもよい。
【０１１２】
上記一実施形態および各種変形例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】
【０１１３】
１  シリコン基板
１０  太陽電池素子（太陽電池）
１００  製造装置
１２１  鋳型
１２１ｂ  底部
２００ｓ  種結晶部群
２０１ｓ  第１種結晶部
２０２ｓ  第２種結晶部
２０３ｓ  中間種結晶部
Ａ１  第１擬似単結晶領域
Ａ２  第２擬似単結晶領域
Ａ３  第１中間領域
Ａ４  第３擬似単結晶領域
Ａ５  第４擬似単結晶領域
Ａ６  第２中間領域
Ａ７  第５擬似単結晶領域
Ａ８  第６擬似単結晶領域
Ａ９  第３中間領域
Ｂ１  第１境界
Ｂ２  第２境界
Ｂ３  第３境界
Ｂ４  第４境界
Ｂ５  第５境界
Ｂ６  第６境界
Ｂｋ１  シリコンブロック
Ｂｋ１ａ  第１小シリコンブロック
Ｂｋ１ｂ  第２小シリコンブロック
Ｂｋ１ｃ  第３小シリコンブロック
Ｂｋ１ｄ  第４小シリコンブロック
Ｆ１  第１面
Ｆ２  第２面
Ｆ３  第３面
Ｆ４  第４面
Ｆ５  第５面
Ｆ６  第６面
Ｆ７  第７面
Ｆ８  第８面
Ｆ９  第９面
Ｉｎ１  シリコンインゴット
ＭＳ１  シリコン融液
Ｗ１  第１の幅
Ｗ２  第２の幅
Ｗ３  第３の幅
Ｗ４  第４の幅
Ｗ５  第５の幅
Ｗ６  第６の幅
Ｗ７  第７の幅
Ｗ８  第８の幅
Ｗ９  第９の幅
Ｗｓ１  第１種幅
Ｗｓ２  第２種幅
Ｗｓ３  第３種幅
【図１】
2020017360.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】
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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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【国際調査報告】
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