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JP2010095421A - Method for producing polycrystalline silicon and polycrystalline silicon wafer - Google Patents

Method for producing polycrystalline silicon and polycrystalline silicon wafer Download PDF

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JP2010095421A
JP2010095421A JP2008269151A JP2008269151A JP2010095421A JP 2010095421 A JP2010095421 A JP 2010095421A JP 2008269151 A JP2008269151 A JP 2008269151A JP 2008269151 A JP2008269151 A JP 2008269151A JP 2010095421 A JP2010095421 A JP 2010095421A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
hydrogen
gas
chamber
power generation
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Pending
Application number
JP2008269151A
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Japanese (ja)
Inventor
Wataru Sugimura
渉 杉村
Toshiaki Ono
敏昭 小野
Manabu Nishimoto
学 西元
Toshiyuki Fujiwara
俊幸 藤原
Masataka Horai
正隆 宝来
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

【課題】太陽光発電装置の発電効率を向上させることが可能な多結晶シリコンの製造方法を提供する。
【解決手段】ガス導入口10aからアルゴンガス、ガス導入口10bから水素ガスをチャンバー10に導入し、この状態で多結晶シリコンインゴット33を育成する。これにより、シリコン融液32に水素が直接導入されることから、多くの水素がシリコン融液32内に取り込まれる。このため、最終的に得られる多結晶シリコンウェーハには従来よりも多くの水素が含まれ、且つ、その濃度分布が面内方向及び厚さ方向においてほぼ一定となる。
【選択図】図1
A method for producing polycrystalline silicon capable of improving the power generation efficiency of a solar power generation device is provided.
Argon gas is introduced from a gas inlet 10a and hydrogen gas is introduced into a chamber 10 from a gas inlet 10b, and a polycrystalline silicon ingot 33 is grown in this state. Thereby, since hydrogen is directly introduced into the silicon melt 32, a large amount of hydrogen is taken into the silicon melt 32. For this reason, the polycrystalline silicon wafer finally obtained contains more hydrogen than before, and its concentration distribution is substantially constant in the in-plane direction and the thickness direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコンウェーハに関し、特に、太陽光発電装置の発電部に用いることが好適な多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコンウェーハに関する。   The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon and a polycrystalline silicon wafer, and more particularly to a method for producing polycrystalline silicon and a polycrystalline silicon wafer suitable for use in a power generation unit of a solar power generation device.

近年、化石燃料の枯渇や地球環境の悪化などを背景に、自然エネルギーを利用した発電が注目されている。中でも、太陽光発電装置(太陽電池とも呼ばれる)は、機械的動作を伴わず、しかも、小規模なタイプから大規模なタイプまで幅広い製品展開が可能であることから、今後ますます需要が増大するものと期待されている。   In recent years, power generation using natural energy has attracted attention against the background of depletion of fossil fuels and deterioration of the global environment. Above all, solar power generation devices (also called solar cells) are not accompanied by mechanical operation, and can be expanded to a wide range of products from small to large types. It is expected.

広く知られているように、太陽光発電装置の発電部にはシリコンウェーハが用いられる。しかしながら、太陽光発電装置には低コスト化が強く求められることから、ICデバイスに用いられる単結晶シリコンウェーハではなく、より安価な多結晶シリコンウェーハが用いられることが一般的である。多結晶シリコンウェーハの品質は太陽光発電装置の発電効率に大きく影響することから、よい高い発電効率を得るためには、多結晶シリコンウェーハを構成するシリコンの未結合手(ダングリングボンド)を十分に終端しておく必要がある。   As widely known, a silicon wafer is used for a power generation unit of a solar power generation device. However, since a cost reduction is strongly demanded for a solar power generation apparatus, it is common to use a cheaper polycrystalline silicon wafer instead of a single crystal silicon wafer used for an IC device. Since the quality of polycrystalline silicon wafers greatly affects the power generation efficiency of photovoltaic power generation devices, the silicon dangling bonds that make up the polycrystalline silicon wafer are sufficient to obtain good high power generation efficiency. Must be terminated.

このため、従来は多結晶シリコンウェーハに対して「水素パッシベーション法」と呼ばれる処理を施し、これによってシリコンの未結合手の終端を行っていた(特許文献1参照)。水素パッシベーション法とは、多結晶シリコンインゴットから切り出された多結晶シリコンウェーハをプラズマ処理装置内に載置し、低圧の水素雰囲気中でプラズマ放電を行う方法が一般的である。これにより、イオン化された活性な水素原子がウェーハの表層から内部に導入される。
特開平7−183552号公報
For this reason, conventionally, a process called a “hydrogen passivation method” is performed on a polycrystalline silicon wafer, thereby terminating the dangling bonds of silicon (see Patent Document 1). The hydrogen passivation method is generally a method in which a polycrystalline silicon wafer cut out from a polycrystalline silicon ingot is placed in a plasma processing apparatus and plasma discharge is performed in a low-pressure hydrogen atmosphere. Thereby, ionized active hydrogen atoms are introduced into the inside from the surface layer of the wafer.
JP-A-7-183552

しかしながら、従来の水素パッシベーション法は、ウェーハ状態の多結晶シリコンに対して水素原子の導入を行っていることから、導入深さはウェーハの表層から数μmに留まり、それ以上の深さ到達する水素原子はごく僅かとなる。このため、ウェーハの内部における未結合手の終端が不完全となり、これが太陽光発電装置の発電効率を低下させる原因となっていた。   However, since the conventional hydrogen passivation method introduces hydrogen atoms into polycrystalline silicon in the wafer state, the introduction depth remains at a few μm from the surface layer of the wafer, and hydrogen reaches a depth of more than that. There are very few atoms. For this reason, the end of the unbonded hand inside the wafer is incomplete, which causes the power generation efficiency of the photovoltaic power generation apparatus to be reduced.

したがって、本発明は、太陽光発電装置の発電効率を向上させることが可能な多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコンウェーハを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a polycrystalline silicon manufacturing method and a polycrystalline silicon wafer capable of improving the power generation efficiency of a photovoltaic power generation apparatus.

本発明による多結晶シリコンの製造方法は、チャンバー内のシリコン融液から多結晶シリコンを育成する多結晶シリコンの製造方法であって、結晶育成中のチャンバー内に水素ガスを導入することを特徴とする。   A polycrystalline silicon manufacturing method according to the present invention is a polycrystalline silicon manufacturing method for growing polycrystalline silicon from a silicon melt in a chamber, characterized in that hydrogen gas is introduced into the chamber during crystal growth. To do.

本発明によれば、多結晶シリコンウェーハに対して水素を導入するのではなく、溶融状態のシリコンに対して水素を導入していることから、より多くの水素がシリコン融液内に取り込まれる。このため、最終的に得られる多結晶シリコンウェーハには水素濃度が1×1015atoms/cm以上、1×1021atoms/cm以下と従来よりも多くの水素が含まれ、且つ、その濃度分布が面内方向及び厚さ方向においてほぼ一定となる。したがって、本発明の方法により製造された多結晶シリコンを用いれば、発電効率の高い太陽光発電装置を製造することが可能となる。しかも、多結晶シリコンウェーハを切り出した後は水素導入工程が不要となることから、製造コストが低減するとともに、製造効率が向上する。 According to the present invention, hydrogen is not introduced into the polycrystalline silicon wafer but hydrogen is introduced into the molten silicon, so that more hydrogen is taken into the silicon melt. For this reason, the polycrystalline silicon wafer finally obtained has a hydrogen concentration of 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less, and more hydrogen than the conventional one. The concentration distribution is almost constant in the in-plane direction and the thickness direction. Therefore, if the polycrystalline silicon manufactured by the method of the present invention is used, it is possible to manufacture a solar power generation device with high power generation efficiency. In addition, since the hydrogen introduction step is not necessary after the polycrystalline silicon wafer is cut out, the manufacturing cost is reduced and the manufacturing efficiency is improved.

本発明においては、チャンバー内に導入するガス全量に対して、3ppm以上、20%以下の体積濃度で水素ガスを導入することが好ましい。これは、水素ガスの濃度が3ppm未満であるとシリコン融液内に取り込まれる水素量が不十分となるおそれがあるからであり、水素ガスの濃度が20%を超えると、爆轟のリスクが生じるとともに、結晶内に水素起因の欠陥が発生し、これが再結合ロスを増加させるからである。   In the present invention, it is preferable to introduce hydrogen gas at a volume concentration of 3 ppm or more and 20% or less with respect to the total amount of gas introduced into the chamber. This is because if the hydrogen gas concentration is less than 3 ppm, the amount of hydrogen taken into the silicon melt may be insufficient. If the hydrogen gas concentration exceeds 20%, there is a risk of detonation. This is because a defect due to hydrogen is generated in the crystal and this increases recombination loss.

本発明による多結晶シリコンの製造方法は、キャスト法、電磁鋳造法、CZ法及び連続CZ法のいずれに適用することも可能である。   The method for producing polycrystalline silicon according to the present invention can be applied to any of a casting method, an electromagnetic casting method, a CZ method, and a continuous CZ method.

このように、本発明によれば、太陽光発電装置の発電効率を向上させることが可能な多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコンウェーハを提供することが可能となる。   Thus, according to the present invention, it is possible to provide a polycrystalline silicon manufacturing method and a polycrystalline silicon wafer capable of improving the power generation efficiency of the photovoltaic power generation apparatus.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の好ましい実施形態による多結晶シリコン製造装置の構造を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

本実施形態による多結晶シリコン製造装置は電磁鋳造法による多結晶シリコン製造装置であり、図1に示すように、冷却水が循環する筒状無底の銅るつぼ11と、銅るつぼ11内のシリコン原料を誘導加熱する誘導コイル12と、多結晶シリコンインゴットを保持する筒状のグラファイトサセプタ13と、グラファイトサセプタ13の周囲に配置された筒状の断熱材14と、温度勾配を調節する保熱ヒータ15と、銅るつぼ11にシリコン原料を投入する原料投入装置16と、これらを収容するチャンバー10とを備えている。   The polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to the present embodiment is a polycrystalline silicon manufacturing apparatus based on an electromagnetic casting method. As shown in FIG. 1, a cylindrical bottomless copper crucible 11 through which cooling water circulates, and silicon in the copper crucible 11. Induction coil 12 for inductively heating the raw material, cylindrical graphite susceptor 13 for holding the polycrystalline silicon ingot, cylindrical heat insulating material 14 disposed around the graphite susceptor 13, and a heat retaining heater for adjusting the temperature gradient 15, a raw material charging device 16 for charging silicon raw material into the copper crucible 11, and a chamber 10 for storing these.

チャンバー10には、ガス導入口10a,10bと、ガス排出口10cが設けられている。ガス導入口10aからはバルブ21を介してアルゴンガス(Ar)が導入され、ガス導入口10bからは、バルブ22を介して水素ガス(H)が導入される。また、チャンバー10の内部に導入されたガスは、ポンプ23によってガス排出口10cから排出される。これにより、バルブ21,22及びポンプ23を制御することによって、チャンバー10内を所定のガス雰囲気とすることが可能となる。 The chamber 10 is provided with gas inlets 10a and 10b and a gas outlet 10c. Argon gas (Ar) is introduced from the gas introduction port 10a through the valve 21, and hydrogen gas (H 2 ) is introduced from the gas introduction port 10b through the valve 22. Further, the gas introduced into the chamber 10 is discharged from the gas discharge port 10 c by the pump 23. Thus, by controlling the valves 21 and 22 and the pump 23, the inside of the chamber 10 can be set to a predetermined gas atmosphere.

図1に示す装置を用いた多結晶シリコンの製造は次のように行う。   Production of polycrystalline silicon using the apparatus shown in FIG. 1 is performed as follows.

まず、筒状無底の銅るつぼ11の底部を図示しない種鋳塊で閉塞し、この状態で原料投入装置16から銅るつぼ11にシリコン原料31を投入する。次に、誘導コイル12に高周波電流を流すことによって、銅るつぼ11内のシリコン原料31を誘導加熱する。これにより、銅るつぼ11内のシリコン原料31が融解し、シリコン融液32が得られる。この時、銅るつぼ11は冷却水によって強制冷却されていることから、銅るつぼ11に接する部分のシリコン原料31は融解せず、したがって、シリコン融液32と銅るつぼ11は非接触に保たれる。そして、銅るつぼ11内のシリコン融液32を徐々に下方に引き抜けば、シリコン融液32が冷却されて多結晶シリコンインゴット33が得られる。シリコン融液32から多結晶シリコンインゴット33に至る温度勾配は、断熱材14及び保熱ヒータ15によって調節される。   First, the bottom of the cylindrical bottomless copper crucible 11 is closed with a seed ingot (not shown), and the silicon raw material 31 is charged into the copper crucible 11 from the raw material charging device 16 in this state. Next, the silicon raw material 31 in the copper crucible 11 is induction-heated by passing a high-frequency current through the induction coil 12. Thereby, the silicon raw material 31 in the copper crucible 11 is melted, and a silicon melt 32 is obtained. At this time, since the copper crucible 11 is forcibly cooled by the cooling water, the silicon raw material 31 in contact with the copper crucible 11 does not melt, and therefore the silicon melt 32 and the copper crucible 11 are kept in non-contact. . When the silicon melt 32 in the copper crucible 11 is gradually drawn downward, the silicon melt 32 is cooled to obtain a polycrystalline silicon ingot 33. A temperature gradient from the silicon melt 32 to the polycrystalline silicon ingot 33 is adjusted by the heat insulating material 14 and the heat retaining heater 15.

このような一連の製造工程において、チャンバー10内のガス雰囲気はアルゴンガスと水素ガスの混合雰囲気とされる。これにより、シリコン融液32に水素が取り込まれ、その結果、水素を含んだ多結晶シリコンインゴット33を得ることが可能となる。水素ガスは全工程において導入しなければならない訳ではなく、少なくとも結晶育成中においてチャンバー10内に導入すれば足りる。したがって、例えば結晶育成前の状態においてはバルブ21を開くことによってアルゴンガスのみをチャンバー10内に導入し、その後、結晶育成を開始するタイミングでバルブ22を開くことによってチャンバー10内に水素ガスを導入しても構わない。これによれば、水素ガスの使用量を減らすことが可能となる。   In such a series of manufacturing steps, the gas atmosphere in the chamber 10 is a mixed atmosphere of argon gas and hydrogen gas. As a result, hydrogen is taken into the silicon melt 32, and as a result, a polycrystalline silicon ingot 33 containing hydrogen can be obtained. Hydrogen gas does not have to be introduced in all steps, and it is sufficient to introduce hydrogen gas into the chamber 10 at least during crystal growth. Therefore, for example, in the state before crystal growth, only the argon gas is introduced into the chamber 10 by opening the valve 21, and then the hydrogen gas is introduced into the chamber 10 by opening the valve 22 at the timing of starting crystal growth. It doesn't matter. According to this, it becomes possible to reduce the usage-amount of hydrogen gas.

結晶育成中におけるアルゴンガスと水素ガスの割合については特に限定されないが、ガス全量に対して、水素ガスが体積濃度で3ppm以上、20%以下とすることが好ましい。これは、水素ガスの濃度が3ppm未満であるとシリコン融液32に取り込まれる水素量が不十分となるおそれがあるからであり、水素ガスの濃度が20%を超えると、爆轟のリスクが生じるからである。また、水素ガスの濃度が20%を越えると、結晶内に発生する水素起因欠陥が顕著となる。これらの点を考慮すれば、ガス全量に対して、水素ガスの体積濃度を3%以上、10%以下とすることが特に好ましい。   Although the ratio of argon gas and hydrogen gas during crystal growth is not particularly limited, it is preferable that hydrogen gas is 3 ppm or more and 20% or less in volume concentration with respect to the total amount of gas. This is because if the hydrogen gas concentration is less than 3 ppm, the amount of hydrogen taken into the silicon melt 32 may be insufficient. If the hydrogen gas concentration exceeds 20%, there is a risk of detonation. Because it occurs. Further, when the concentration of hydrogen gas exceeds 20%, hydrogen-induced defects generated in the crystal become remarkable. Considering these points, it is particularly preferable that the volume concentration of hydrogen gas is 3% or more and 10% or less with respect to the total amount of gas.

結晶育成中におけるガス雰囲気としては、アルゴンガスと水素ガスの混合雰囲気に限定されるものではなく、これ以外のガスが含まれていても構わないし、アルゴンガスの代わりに他の不活性ガスを用いても構わない。また、結晶育成中におけるチャンバー10の圧力についても特に限定されない。   The gas atmosphere during crystal growth is not limited to a mixed atmosphere of argon gas and hydrogen gas, and other gases may be included, and other inert gas is used instead of argon gas. It doesn't matter. Further, the pressure in the chamber 10 during crystal growth is not particularly limited.

本実施形態の装置によって製造された多結晶シリコンインゴット33は、所定の厚さにスライスされ、これによって多結晶シリコンウェーハが切り出される。このようにして作製された多結晶シリコンウェーハは、従来の多結晶シリコンウェーハとは異なり、既に未結合手が水素によって終端されている。しかも、シリコン融液32の段階で水素が取り込まれていることから、多結晶シリコンウェーハの面内方向及び厚さ方向における水素濃度がほぼ一定となる。具体的には、1×1015atoms/cm以上、1×1021atoms/cm以下の水素濃度が得られる。 The polycrystalline silicon ingot 33 manufactured by the apparatus of this embodiment is sliced to a predetermined thickness, whereby a polycrystalline silicon wafer is cut out. Unlike the conventional polycrystalline silicon wafer, the dangling bonds are already terminated with hydrogen in the thus produced polycrystalline silicon wafer. In addition, since hydrogen is taken in at the stage of the silicon melt 32, the hydrogen concentration in the in-plane direction and the thickness direction of the polycrystalline silicon wafer becomes substantially constant. Specifically, a hydrogen concentration of 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less is obtained.

以上説明したように、本実施形態によれば、シリコン融液32の段階で水素が取り込まれることから、面内方向及び厚さ方向における水素濃度がほぼ一定な多結晶シリコンウェーハを得ることが可能となる。したがって、多結晶シリコンウェーハを切り出した後に水素パッシベーション法による水素導入を行う必要がなく、製造コストの削減及び製造効率の向上を実現することが可能となる。また、本実施形態による多結晶シリコンウェーハを用いれば、発電効率の高い太陽光発電装置を作製することが可能となる。   As described above, according to this embodiment, since hydrogen is taken in at the stage of the silicon melt 32, it is possible to obtain a polycrystalline silicon wafer in which the hydrogen concentration in the in-plane direction and the thickness direction is substantially constant. It becomes. Therefore, it is not necessary to introduce hydrogen by the hydrogen passivation method after cutting the polycrystalline silicon wafer, and it is possible to realize a reduction in manufacturing cost and an improvement in manufacturing efficiency. Moreover, if the polycrystalline silicon wafer according to the present embodiment is used, a solar power generation device with high power generation efficiency can be manufactured.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては、電磁鋳造法による多結晶シリコンの製造方法を例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、キャスト法、CZ法(チョクラルスキー法)、連続CZ法など、他の方法に本発明を適用することも可能である。   For example, in the above embodiment, the method for producing polycrystalline silicon by the electromagnetic casting method has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the casting method, CZ method (Czochralski method), continuous The present invention can also be applied to other methods such as the CZ method.

また、上記実施形態では、水素ガスとアルゴンガスを別々のガス導入口からチャンバー内に導入しているが、水素ガスとアルゴンガスを所定の割合であらかじめ混合しておき、混合されたガスをチャンバー内に導入しても構わない。これによれば、水素ガスによる爆轟の危険性を低下させることが可能となる。   In the above embodiment, hydrogen gas and argon gas are introduced into the chamber from separate gas inlets. However, hydrogen gas and argon gas are mixed in advance at a predetermined ratio, and the mixed gas is added to the chamber. It may be introduced inside. According to this, it becomes possible to reduce the risk of detonation by hydrogen gas.

また、本発明の方法により製造された多結晶シリコンウェーハの利用先が太陽光発電装置に限定されるものではなく、他のデバイスに利用しても構わない。   Further, the usage destination of the polycrystalline silicon wafer manufactured by the method of the present invention is not limited to the solar power generation apparatus, and may be used for other devices.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although the Example of this invention is described, this invention is not limited to this Example at all.

まず、図1に示す構造を有する多結晶シリコン製造装置を用いて多結晶シリコンインゴットを製造した。銅るつぼとしては、内径が一辺220mmの角形銅製水冷るつぼを用いた。このような銅るつぼ内に直径0.3〜2.0mmの顆粒状シリコン原料を投入速度200g/minで供給しながら、誘導コイルに交流電流を流すことによって銅るつぼ内のシリコン原料を溶解させた。   First, a polycrystalline silicon ingot was manufactured using a polycrystalline silicon manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. As the copper crucible, a square copper water-cooled crucible having an inner diameter of 220 mm on one side was used. While supplying a granular silicon raw material having a diameter of 0.3 to 2.0 mm into such a copper crucible at an input speed of 200 g / min, the silicon raw material in the copper crucible was dissolved by flowing an alternating current through the induction coil. .

その後、一定速度でるつぼ底の閉塞蓋を下方に移動させることによりシリコン融液を固化させた。その後も連続的にシリコン原料を供給しながら、固化した結晶を下方に引き抜くことで連続的に多結晶シリコンを育成した。多結晶シリコンインゴットの引き抜き速度は3mm/minに設定した。   Then, the silicon melt was solidified by moving the closing lid at the bottom of the crucible downward at a constant speed. Thereafter, while continuously supplying silicon raw material, the solidified crystal was drawn downward to continuously grow polycrystalline silicon. The drawing speed of the polycrystalline silicon ingot was set to 3 mm / min.

結晶育成中のチャンバー内には、不活性ガスとしてアルゴンガスを供給し、水素ガスの混入割合については比較例及び実施例ごとに異なる割合に設定した。   Argon gas was supplied as an inert gas into the crystal growing chamber, and the mixing ratio of hydrogen gas was set to a different ratio for each of the comparative examples and the examples.

このようにして作製されたp型多結晶シリコンインゴットの軸方向略中央部から多結晶シリコンウェーハを切り出し、光電変換効率を測定することによって変換効率の水素濃度依存性を調査した。光電変換効率の測定は次の方法で行った。   A polycrystalline silicon wafer was cut out from the substantially central portion in the axial direction of the p-type polycrystalline silicon ingot thus produced, and the photoelectric conversion efficiency was measured to investigate the dependence of the conversion efficiency on the hydrogen concentration. The photoelectric conversion efficiency was measured by the following method.

まず、図2(a)に示すように、多結晶シリコンウェーハをダイシングすることによって20mm角のチップ40を取り出した。そして、図2(b)に示すように、沸酸、硝酸及び酢酸からなる混酸を用いてチップ40の表面のダメージ層41を除去した。次に、チップ40をリン(P)デポジション炉に導入し、POClを拡散源とするリン拡散を行った。これにより、図2(c)に示すようにチップ40の表層にはn層42が形成され、表面にはPSG膜43が形成された。 First, as shown in FIG. 2A, a 20 mm square chip 40 was taken out by dicing the polycrystalline silicon wafer. Then, as shown in FIG. 2B, the damaged layer 41 on the surface of the chip 40 was removed using a mixed acid composed of boiling acid, nitric acid and acetic acid. Next, the chip 40 was introduced into a phosphorus (P) deposition furnace, and phosphorus diffusion using POCl 3 as a diffusion source was performed. As a result, as shown in FIG. 2C, an n + layer 42 was formed on the surface layer of the chip 40, and a PSG film 43 was formed on the surface.

次に、図2(d)に示すように、チップ40のおもて面に保護フィルム44を貼付し、この状態でn層42をエッチング除去した。これにより、図2(e)に示すように、チップ40の裏面はシリコンが露出した状態となった。次に、図2(f)に示すように、露出したチップ40の裏面にアルミニウム(Al)電極45を蒸着し、図2(g)に示すようにチップ40のおもて面にペースト状の銀(Ag)電極46を塗布した。最後に、図2(h)に示すように、熱処理によってペースト状の銀電極46を焼成した。これにより、銀電極46に含まれるフィラーがPSG膜43を突き抜けるため、銀電極46とn層42とが接続される。なお裏面のアルミニウム電極45を先に形成したのは、銀の拡散による接合破壊を防ぐためである。 Next, as shown in FIG. 2D, a protective film 44 was applied to the front surface of the chip 40, and in this state, the n + layer 42 was removed by etching. As a result, as shown in FIG. 2E, the back surface of the chip 40 is in a state where silicon is exposed. Next, as shown in FIG. 2 (f), an aluminum (Al) electrode 45 is deposited on the exposed back surface of the chip 40, and as shown in FIG. 2 (g), a paste-like material is formed on the front surface of the chip 40. A silver (Ag) electrode 46 was applied. Finally, as shown in FIG. 2H, the paste-like silver electrode 46 was baked by heat treatment. Thereby, since the filler contained in the silver electrode 46 penetrates the PSG film 43, the silver electrode 46 and the n + layer 42 are connected. The reason why the aluminum electrode 45 on the back surface is formed first is to prevent junction breakdown due to silver diffusion.

このような方法で作成したサンプルに対し、ソーラーシミュレータ及びカーブトレーサー測定機により光電変換効率を測定した。結果を表1に示す。   The photoelectric conversion efficiency was measured with the solar simulator and the curve tracer measuring machine with respect to the sample created by such a method. The results are shown in Table 1.

Figure 2010095421
Figure 2010095421

表1に示すように、結晶育成中のチャンバー内に水素ガスを全く混入しなかった比較例1Aのサンプルでは、変換効率が10.42%であったのに対し、結晶育成中のチャンバー内に水素ガスを混入した実施例1B〜1Iのサンプルでは、いずれも比較例1Aよりも高い変換効率が得られ、水素濃度が3%以上である実施例1E〜1Iのサンプルで特に高い変換効率が得られた。また、水素濃度が10%までの領域では水素濃度が高いほど変換効率も高くなったが、水素濃度が10%を超える領域では変換効率は飽和し、それ以上高い変換効率は得られなかった。むしろ、水素濃度が20%を超えると変換効率が明らかに低下した。これは、水素濃度が20%を越えると、結晶内に新たに水素起因の欠陥が発生し、これが再結合ロスを増加させているものと考えられる。これに加えて爆轟のリスクも考慮すると、水素濃度が3%以上、10%以下である実施例1E〜1Gが最も好適であると考えられる。また、比較例1Aと比べて顕著な効果が確認されたのは、水素濃度が3ppm以上である実施例1C〜1Iのサンプルであった。これは、水素濃度が3ppm未満では、多結晶粒界のシリコン未結合手と結合する水素が不足するためであると考えられる。   As shown in Table 1, in the sample of Comparative Example 1A in which no hydrogen gas was mixed into the chamber during crystal growth, the conversion efficiency was 10.42%, whereas in the chamber during crystal growth, In the samples of Examples 1B to 1I mixed with hydrogen gas, the conversion efficiency higher than that of Comparative Example 1A was obtained, and in particular, the samples of Examples 1E to 1I having a hydrogen concentration of 3% or more obtained high conversion efficiency. It was. Moreover, in the region where the hydrogen concentration was up to 10%, the conversion efficiency increased as the hydrogen concentration increased. However, in the region where the hydrogen concentration exceeded 10%, the conversion efficiency was saturated, and a higher conversion efficiency could not be obtained. Rather, the conversion efficiency clearly decreased when the hydrogen concentration exceeded 20%. This is presumably that when the hydrogen concentration exceeds 20%, defects due to hydrogen are newly generated in the crystal, which increases the recombination loss. In addition, considering the risk of detonation, Examples 1E to 1G having a hydrogen concentration of 3% or more and 10% or less are considered to be most suitable. Moreover, it was a sample of Examples 1C-1I whose hydrogen concentration is 3 ppm or more that the remarkable effect was confirmed compared with the comparative example 1A. This is considered to be because when the hydrogen concentration is less than 3 ppm, the hydrogen bonding with the silicon dangling bonds at the polycrystalline grain boundary is insufficient.

実施例2においては、多結晶シリコンインゴットをCZ法により育成した。CZ法で多結晶のシリコンインゴットを引き上げるために、意図的にNECKプロセスを省略し、その他は通常の単結晶シリコンインゴットの引き上げと同様にして多結晶のシリコンインゴットを引き上げた。NECKプロセスの省略により、融液漬け込み時におけるシードへの熱的ダメージで発生した転位は、肩形成プロセス前に除去されることなく、そのまま結晶中に残存する。その結果、引き上げられたインゴットは多結晶となる。   In Example 2, a polycrystalline silicon ingot was grown by the CZ method. In order to pull up the polycrystalline silicon ingot by the CZ method, the NECK process was intentionally omitted, and the polycrystalline silicon ingot was pulled up in the same manner as the pulling up of the ordinary single crystal silicon ingot. By omitting the NECK process, dislocations generated by thermal damage to the seed during immersion in the melt remain in the crystal as they are without being removed before the shoulder formation process. As a result, the pulled ingot becomes polycrystalline.

このような方法によって、直径155mm、チャージ量45kg、育成速度1mm/min、BODY長さ800mmの多結晶シリコンインゴットを引き上げた。引き上げ時におけるガス雰囲気はアルゴンを主体とし、水素の濃度をTOP部からTAIL部にかけて50mm又は100mm刻みで段階的に変化させた。そして、各々の部位から多結晶シリコンウェーハを切り出し、実施例1と同様の手順で変換効率を測定した。結果を表2に示す。   By such a method, a polycrystalline silicon ingot having a diameter of 155 mm, a charge amount of 45 kg, a growth rate of 1 mm / min, and a BODY length of 800 mm was pulled up. The gas atmosphere at the time of pulling was mainly composed of argon, and the hydrogen concentration was changed stepwise from the TOP part to the TAIL part in increments of 50 mm or 100 mm. And the polycrystalline silicon wafer was cut out from each site | part, and the conversion efficiency was measured in the procedure similar to Example 1. FIG. The results are shown in Table 2.

Figure 2010095421
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表2に示すように、結晶育成中のチャンバー内に水素ガスが全く混入されていない比較例2Aのサンプルでは、変換効率が12.24%であったのに対し、結晶育成中のチャンバー内に水素ガスを混入した実施例2B〜2Iのサンプルでは、いずれも比較例2Aよりも高い変換効率が得られ、水素濃度が3%以上、20%以下である実施例2E〜2Hのサンプルで特に高い変換効率が得られた。また、水素濃度が20%までの領域では水素濃度が高いほど変換効率も高くなったが、水素濃度が20%を超える領域では変換効率は飽和し、それ以上高い変換効率は得られなかった。むしろ、水素濃度が20%を超えると変換効率が低下した。その理由は実施例1において述べた理由と同様である。したがって、実施例1と同様の理由から、水素濃度が3%以上、10%以下である実施例2E〜2Gが最も好適であると考えられる。また、比較例2Aと比べて顕著な効果が確認されたのは、水素濃度が3ppm以上である実施例2C〜2Iのサンプルであった。その理由は実施例1において述べた理由と同様である。   As shown in Table 2, in the sample of Comparative Example 2A in which no hydrogen gas was mixed in the chamber during crystal growth, the conversion efficiency was 12.24%, whereas in the chamber during crystal growth, In the samples of Examples 2B to 2I mixed with hydrogen gas, conversion efficiency higher than that of Comparative Example 2A was obtained, and in particular, the samples of Examples 2E to 2H having a hydrogen concentration of 3% to 20% were particularly high. Conversion efficiency was obtained. In addition, in the region where the hydrogen concentration was up to 20%, the conversion efficiency increased as the hydrogen concentration increased. However, in the region where the hydrogen concentration exceeded 20%, the conversion efficiency was saturated, and a higher conversion efficiency could not be obtained. Rather, conversion efficiency decreased when the hydrogen concentration exceeded 20%. The reason is the same as the reason described in the first embodiment. Therefore, for the same reason as in Example 1, it is considered that Examples 2E to 2G having a hydrogen concentration of 3% or more and 10% or less are most suitable. Moreover, it was a sample of Examples 2C-2I whose hydrogen concentration is 3 ppm or more that the remarkable effect was confirmed compared with the comparative example 2A. The reason is the same as the reason described in the first embodiment.

本発明の好ましい実施形態による多結晶シリコン製造装置の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the polycrystalline-silicon manufacturing apparatus by preferable embodiment of this invention. 実施例1,2のサンプルの作製手順を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation procedures of the sample of Example 1,2.

符号の説明Explanation of symbols

10 チャンバー
10a,10b ガス導入口
10c ガス排出口
12 誘導コイル
13 グラファイトサセプタ
14 断熱材
15 保熱ヒータ
16 原料投入装置
21,22 バルブ
23 ポンプ
31 シリコン原料
32 シリコン融液
33 多結晶シリコンインゴット
40 チップ
41 ダメージ層
42 n
43 PSG膜
44 保護フィルム
46 銀電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Chamber 10a, 10b Gas inlet 10c Gas outlet 12 Induction coil 13 Graphite susceptor 14 Heat insulating material 15 Heat retention heater 16 Raw material input device 21, 22 Valve 23 Pump 31 Silicon raw material 32 Silicon melt 33 Polycrystalline silicon ingot 40 Chip 41 Damage layer 42 n + layer 43 PSG film 44 Protective film 46 Silver electrode

Claims (4)

チャンバー内のシリコン融液から多結晶シリコンを育成する多結晶シリコンの製造方法であって、結晶育成中の前記チャンバー内に水素ガスを導入することを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。   A method for producing polycrystalline silicon, comprising growing polycrystalline silicon from a silicon melt in a chamber, wherein hydrogen gas is introduced into the chamber during crystal growth. 前記チャンバー内に導入するガス全量に対して、3ppm以上、20%以下の体積濃度で前記水素ガスを導入することを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリコンの製造方法。   2. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein the hydrogen gas is introduced at a volume concentration of 3 ppm or more and 20% or less with respect to the total amount of gas introduced into the chamber. キャスト法、電磁鋳造法、CZ法及び連続CZ法のいずれかによって前記多結晶シリコンを得ることを特徴とする請求項1又は2に記載の多結晶シリコンの製造方法。   3. The method for producing polycrystalline silicon according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon is obtained by any one of a casting method, an electromagnetic casting method, a CZ method, and a continuous CZ method. 未結合手が水素によって終端された多結晶シリコンウェーハであって、水素濃度が1×1015atoms/cm以上、1×1021atoms/cm以下であり、面内方向及び厚さ方向における水素濃度がほぼ一定であることを特徴とする多結晶シリコンウェーハ。 A polycrystalline silicon wafer in which dangling bonds are terminated with hydrogen, and the hydrogen concentration is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less in the in-plane direction and the thickness direction. A polycrystalline silicon wafer having a substantially constant hydrogen concentration.
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