单晶硅生成装置、单晶硅生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用铸造法生成单晶硅的单晶硅生成装置等。
【背景技术】
[0002]作为生成硅的单晶的方法，通常进行丘克拉斯基(CZ)法、悬浮区熔(FZ)法。CZ法中，通过在坩祸内熔融多晶硅，与欲制作的方位的晶种共同提拉来生成单晶。此外，FZ法中，将晶种配设于棒状多晶硅的下部，并通过加热使晶种与多晶的界面部分熔融来生成单晶。在任一方法中，均可生成高品质的单晶硅，但设备昂贵，并且作业工序繁琐，是不适合太阳能面板等中使用的大型硅晶体、大量生产的技术。
[0003]因此，为了效率良好地生成太阳能面板等中使用的大型硅晶体，使用铸造法(例如，参照专利文献I) ο铸造法中，将固体硅在坩祸内熔融、冷却，从而能够大量且廉价地生成硅晶体。然而，在以往的铸造法中，主要生成多晶，因此期望利用铸造法效率良好地大量生产高纯度的单晶的技术。
[0004]关于上述课题，专利文献2中公开了利用铸造法生成单晶硅的技术。在专利文献2所示的技术中，公开了如下技术:一边从在配置有晶种的坩祸底面配置的散热器(heatsink)抽出热，一边利用配置于散热器上所载置的坩祸的壁部的进一步加热器进行加热，从而通过在侧部区域引起晶种的生长来生成单晶硅。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2003-267717号公报
[0008]专利文献2:日本特表2011-528308号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]然而，对于专利文献2所示的技术，需要使晶种的大小相当于坩祸的整个底面的大小，从而会导致成本的增大且使大型化变得非常困难，此外，假如使晶种变小，则对于未配置晶种的部分，存在如下课题:由于没有晶种而不能传达晶种的信息，因此会生成多晶硅而不能生成尚品质的单晶娃。
[0011]此外，存在将坩祸的底面分割为多个区块，并在各个区块配设晶种而进行生长的方法，但存在各区块间的生长发生冲突而产生缺陷的问题。
[0012]本发明提供能够利用铸造法容易地生成高品质且大型的单晶硅的单晶硅生成装置。
[0013]用于解决课题的方法
[0014]本发明的单晶硅生成装置具备坩祸、吸热部和加热部；在所述坩祸的底面部的一部分区域保持单一的单晶硅的晶种，并且保持固体和/或液体的硅；所述吸热部从包含至少上述晶种区域且上述坩祸的下方对上述坩祸内的硅熔融液进行吸热；所述加热部对由上述吸热部冷却的区域的周边区域进行加热；其中，控制由上述吸热部引起的热通量的向量A与由上述加热部引起的热通量的向量B，来保持AXB < O的关系。
[0015]这样，在本发明的单晶硅生成装置中，控制由吸热部引起的热通量的向量A与由加热部引起的热通量的向量B来保持AXB < O的关系，即保持热的流动方向为反向的关系，从而起到如下效果:在进行从晶种向上方向的生长的同时，也能够实现从晶种向横方向的晶体生长，即使是小的晶种，也能够对全部的生长方向准确地传达晶种的信息，从而能够生成将含有的多晶抑制到最小限度的尚品质的单晶娃。
[0016]此外，通过利用铸造法仅进行热控制的简单的作业工序，能够由单一的小的晶种生成高品质且大型的单晶硅，因此实现了能够以廉价的设备进行大量生产的效果。
[0017]在本发明的单晶硅生成装置中，上述吸热部从上述坩祸的底面部对上述坩祸内进行冷却，同时上述加热部利用配设于比上述坩祸的底面部更下方的热源对由上述吸热部冷却的区域的周边区域进行加热。
[0018]这样，在本发明的单晶硅生成装置中，一边对单晶硅的晶种区域从坩祸的底面部进行吸热，一边利用配设于比坩祸的底面更下方的热源对由该吸热进行冷却的区域的周边区域进行加热，从而实现了如下效果:在进行从晶种向上方向的生长的同时，也能够实现向横方向的晶体生长，从而能够由小的晶种生成不含多晶的高品质的单晶硅。
[0019]本发明的单晶硅生成装置具备控制上述吸热部和上述加热部的热通量的控制机构，上述控制机构控制上述吸热部和上述加热部的热通量，调整上述晶种区域的温度，使得维持上述单晶硅的至少一部分为固体来作为晶种。
[0020]这样，在本发明的单晶硅生成装置中，控制吸热部和加热部的热通量，调整晶种区域的温度，使得维持单晶硅的至少一部分为固体来作为晶种，因而实现了如下效果:能够通过准确进行来自晶种的信息传达来生成不含多晶的高品质的单晶硅。
[0021]本发明的单晶硅生成装置具备控制上述吸热部和上述加热部的热通量的控制机构，上述控制机构控制上述吸热部和上述加热部的热通量，从而维持上述单晶硅的生长面与上述坩祸的底面所形成的固化后的上述单晶硅的角度大于90°。
[0022]这样，在本发明的单晶硅生成装置中，控制吸热部和加热部的热通量，以使得维持单晶硅的生长面与上述坩祸的底面所形成的固化后的上述单晶硅的角度大于90° (即，沿横方向生长的硅晶体的固体/液体的界面相对于坩祸的底面在生长方向上维持小于90度)，因此起到如下效果:能够通过准确进行来自晶种的信息传达来生成不含多晶的高品质的单晶硅。
[0023]本发明的单晶硅生成装置具备温度检测机构和控制机构；所述温度检测机构检测上述坩祸内的规定部位的温度；所述控制机构基于检测的上述温度，控制上述吸热部和/或上述加热部的热通量。
[0024]这样，在本发明的单晶硅生成装置中，检测坩祸内的规定部位的温度，并且基于检测的温度，控制吸热部和/或加热部的热通量，因此起到如下效果:可生成不含多晶的高品质的单晶硅，同时可效率良好地进行作业。
[0025]本发明的单晶硅生成方法包括:向坩祸内的底面部投入单晶硅的晶种，并且投入作为生成的硅晶体的原料的固体硅的原料投入步骤；对上述原料进行加热熔融的熔融步骤；以及，从包含至少上述晶种区域且上述坩祸的下方对熔融而得的上述原料进行吸热，同时，对该吸热区域的周边区域进行加热来生成硅晶体的晶体生成步骤；其中，使由上述吸热引起的热通量的向量A与由上述加热引起的热通量的向量B保持AXB < O的关系。
[0026]关于本发明的单晶硅生成方法，在上述晶体生成步骤中，从上述坩祸的底面部对上述坩祸内进行冷却，同时利用配设于比上述坩祸的底面部更下方的热源对该冷却的区域的周边区域进行加热。
[0027]关于本发明的单晶硅生成方法，在上述晶体生成步骤中，控制上述吸热和上述加热的热通量，调整上述晶种区域的温度，使得维持上述单晶硅的至少一部分为固体来作为晶种。
[0028]关于本发明的单晶硅生成方法，在上述晶体生成步骤中，实施对上述吸热和上述加热的热通量的控制，以使得维持上述单晶硅的生长面与上述坩祸的底面所形成的上述单晶硅的角度大于90°。
[0029]关于本发明的单晶硅生成方法，在上述晶体生成步骤中，基于在上述坩祸内的规定部位所检测的温度，实施对上述吸热和/或上述加热的热通量的控制。
【附图说明】
[0030]图1是第I实施方式的单晶硅生成装置的截面图。
[0031]图2是表示以往的一般的硅晶体生长法的图。
[0032]图3是表示利用第I实施方式的单晶硅生成装置所实现的硅的晶体生长的图。
[0033]图4是表示由以往的热源进行加热的一例和由第I实施方式的单晶硅生成装置中的热源进行加热的一例的示意图。
[0034]图5是表示第I实施方式的单晶硅生成方法的顺序的流程图。
[0035]图6是表示利用第I实施方式的单晶硅生成方法使单晶硅进行生长时的生长过程的图。
[0036]图7是表示利用第I实施方式的单晶硅生成方法生成的硅的单晶和多晶分布的图。
[0037]图8是表示在第I实施方式的单晶硅生成方法中坩祸底面和生长面之间硅熔融液所形成的角度与生长时间的关系的图。
【具体实施方式】
[0038]以下，对本发明的实施方式进行说明。本发明能够以多种不同的形态实施。此外，本实施方式的整体中相同要素赋予相同符号。
[0039]本发明的第I实施方式
[0040]对于本实施方式的单晶硅生成装置和使用该单晶硅生成装置的单晶硅生成方法，利用图1至图8进行说明。本实施方式的单晶硅生成装置利用铸造法制造主要用作太阳能面板的硅(Si)半导体的单晶。
[0041]关于本实施方式的单晶硅生成装置所使用的铸造法，将固体的硅原料投入坩祸内并在高温下熔融，利用规定的方法对该熔融而成的液体硅进行冷却、固化，从而得到目标形状的硅晶体。通常，利用该铸造法固化而得的硅为多晶，但通过预先将单晶的种配置于坩祸的底部，并进行以下详细示出的冷却方法，能够生成缺陷少的高品质的单晶。
[0042]图1的截面图表示本实施方式的单晶硅生成装置的一例。在单晶硅生成装置100中，作为用于容纳熔融的液体硅I和其一部分固化而生成的硅晶体2的容器的坩祸3、4被载置于台座5，与台座5连接且支撑该台座5的轴承台6被配设成能够上下移动。坩祸3、4、台座5和轴承台6的周围配设有加热器12-14，进行加热和冷却的温度控制。在单晶硅生成装置100的最外周，配设有用于隔绝热的隔热材7-11，其是隔绝与外部的热能的移动的构成。
[0043]图2表示以往的一般的硅晶体生长法。图2(A)表示某一瞬间的坩祸3、4内的硅的状态，图2(B)表示从图2(A)的状态经过一段时间而进行生长时坩祸3、4内的硅的状态。以往，如图2 (A)所示，一般进行的是，在坩祸3、4之中将熔融而成的液体硅从坩祸3、4的底部冷却并使其晶体生长。然后，如果在该状态下持续冷却，则如图2(B)所示，液体硅与固体硅的界面会随着硅晶体的生长而发生变动。从图2(B)可明确，