способ получения слитков поликристаллического кремния

Формула изобретения

1. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов, включающий: плавление кремниевого сырья в тигле из спеченного кремнезема с вольфрамовым нагревателем в атмосфере 100%-ного водорода при обычном давлении или повышенном давлении для получения расплава кремния и одновременное растворение водорода в расплаве кремния; застывание расплава кремния, содержащего растворенный в нем водород; и выдерживание твердого образца при температуре, близкой к температуре застывания, для роста зерен кремния в твердой фазе и получения слитков поликристаллического кремния.

2. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.1, в котором водород связывается с атомными дефектами в решетке, образующимися в слитке поликристаллического кремния, устраняя атомные дефекты и улучшая характеристики времени жизни.

3. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.1, в котором водород, растворенный в расплаве кремния, предотвращает миграцию и смешивание примесей в расплаве кремния и удаляет примеси из расплава кремния путем реакции газификации или кристаллизации для ускорения очистки слитка поликристаллического кремния.

4. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.2, в котором водород, растворенный в расплаве кремния, предотвращает миграцию и смешивание примесей в расплаве кремния и удаляет примеси из расплава кремния путем реакции газификации или кристаллизации для ускорения очистки слитка поликристаллического кремния.

5. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.1, в котором образование монооксида кремния из тигля, выполненного из диоксида кремния и применяемого для плавления кремниевого сырья, устраняют в атмосфере водорода и снижают концентрацию кислорода в слитке поликристаллического кремния.

6. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.2, в котором образование монооксида кремния из тигля, выполненного из диоксида кремния и применяемого для плавления кремниевого сырья, устраняют в атмосфере водорода и снижают концентрацию кислорода в поликристаллическом слитке кремния.

7. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.3, в котором образование монооксида кремния из тигля, выполненного из диоксида кремния и применяемого для плавления кремниевого сырья, устраняют в атмосфере водорода и снижают концентрацию кислорода в слитке поликристаллического кремния.

8. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.4, в котором образование монооксида кремния из тигля, выполненного из диоксида кремния и применяемого для плавления кремниевого сырья, устраняют в атмосфере водорода и снижают концентрацию кислорода в слитке поликристаллического кремния.

9. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.1, в котором предотвращают диффузию примесей от элемента плавления, который используют при плавке кремниевого сырья в слиток поликристаллического кремния.

10. Способ получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов по п.2, в котором предотвращают диффузию примесей от элемента плавления, который используют при плавке кремниевого сырья в слиток поликристаллического кремния.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу получения слитков поликристаллического кремния для применения в качестве солнечного элемента и т.п.

Уровень техники

Широко известен способ плавления и застывания кремниевого сырья в атмосфере аргона при пониженном давлении, подобный способу вытягивания монокристаллов, в качестве обычного способа получения слитков поликристаллического кремния для солнечных элементов. На фиг.2 показана плавильная печь, используемая в традиционном способе. Фиг.2 является схематической диаграммой, показывающей пример обычной плавильной печи. На фиг.2 позиция 10а представляет плавильную печь. Плавильная печь 10а включает: тигель 12; средства нагрева 14 для нагрева тигля 12; основание 16 для размещения и поднятия или опускания тигля 12 путем вращения; теплоизоляционный материал 18 и камеру 20. Теплоизоляционный материал 18 размещен на внутренних поверхностях боковых стенок камеры 20. Атмосферный газ, например аргон, вводят через газовый ввод 22а и удаляют через вывод 24. Газообразный аргон вводят в плавильную печь 10а через ввод 22а для работы печи при пониженном давлении. В камере 20 в атмосфере аргона при пониженном давлении тигель 12, содержащий загруженное в него кремниевое сырье, нагревают средством нагрева 14, расположенным на боковых частях тигля 12, и кремниевое сырье плавится при нагреве, образуя расплав кремния 26. Затем основание 16 с помещенным на него тиглем 12 опускают путем вращения для удаления тигля 12 из зоны нагрева. Таким образом, расплав кремния охлаждают с нижней части тигля, затвердевают и кристаллизуют, для получения таким образом поликристаллических слитков кремния. Также известен способ плавления и застывания кремниевого сырья при пониженном давлении в атмосфере инертного газа, содержащей водород, или в атмосфере водорода (JP 58 99115 А).

Поликристаллический кремний для солнечных элементов имеет границу зерен, свободные активные связи (атомные дефекты), и содержит примеси, агрегированные на границе зерен, по сравнению с монокристаллом кремния, захватывая электроны в кремнии при переносе электрона, что снижает характеристики времени жизни слитка кремния. Кроме того, само зерно имеет кристаллические дефекты, включая атомные дефекты, что вызывает снижение характеристик времени жизни.

Как описано выше, изучен способ получения поликристаллического кремния из слитка кремния, имеющего состав и структуру, ускоряющую рост зерен. Однако ускорение роста зерен требует длительного времени застывания и вызывает проблемы образования увеличивающихся количеств кислорода из диоксида кремния спеченного тигля, используемого в качестве контейнера плавления в атмосфере аргона при пониженном давлении и углерода из тигля и углерода из нагревателя, растворяя кислород и углерод в слитке кремния, и увеличивая концентрацию кислорода, углерода, и других примесей, сплавляющихся в слитке кремния. Увеличение содержание кислорода, углерода, и примесей вызывает снижение характеристик времени жизни.

Между тем рост зерен ингибируется в присутствии атомных дефектов или дефектов решетки в зернах или в присутствии примесей на границе зерен. Рост зерен для получения требуемого размера имеет недостаток, заключающийся в том, что скорость застывания должна быть низкой и получение слитков требует длительного периода времени.

В способе застывания жидкой фазы с низкой скоростью застывания, анизотропный рост существенен для роста зерен для образования кристаллов с немногочисленными примесными дефектами или дефектами решетки, так как образуются неоднородные зерна. Образование неоднородных зерен приводит к получению мелких зерен и вызывает механические повреждения при уменьшении толщины солнечной пластины.

Производство полупроводниковых пластин обычно включает обработку монокристаллических пластин водородом при нагревании при низкой температуре, для пассивации свободных связей. Однако обработка водородом эффективна только для поверхностного слоя в нескольких десятков микрон, и эффект пассивирования не достигается внутри кремния. Пластины солнечных элементов имеют полную толщину в несколько сотен микрон, и таким образом водородная обработка не находит практического применения в способе производства пластин солнечных элементов из-за проблем, включая эффект пассивирования и увеличение стоимости производства, например, стоимость температурной обработки. Для солнечного элемента с пластинами из аморфного кремния, обработка водородом, использующая плазму или т.п., находит практическое применение для ускорения кристаллизации и пассивации свободных связей.

Раскрытие изобретения

Проблемы, решаемые настоящим изобретением.

Как описано выше, традиционный способ имеет следующие недостатки. (1) Для ускорения роста зерен расплава поликристаллического кремния требуется длительное время застывания, что увеличивает стоимость электроэнергии для производства. (2) Плавление в течение длительного периода увеличивает концентрации кислорода, углерода, и других примесей в слитке и снижает характеристики времени жизни. (3) Способ застывания жидкой фазы, полученной плавлением при пониженном давлении аргона, вызывает атомные дефекты и дефекты решетки в ходе образования кристаллов и приводит к образованию мелких кристаллов. Это вызывает проблемы со снижением механической прочности при уменьшении толщины и снижает характеристики времени жизни.

Цель настоящего изобретения состоит в создании способа получения слитков поликристаллического кремния, имеющих улучшенные характеристики времени жизни по сравнению с характеристиками обычного продукта, а также приводящего к получению слитков поликристаллического кремния с низкой ценой, имеющих структуру с небольшим количеством кристаллических дефектов и немногочисленными мелкими зернами; и получению слитков кремния высокой чистоты подавлением образования примесей, например, кислорода из тигля плавления и углерода из деталей печи, предотвращением плавления и смешивания примесей легких элементов в расплаве кремния, и удалением примесей в расплаве кристаллизацией.

Средства решения проблем

Для решения проблем, описанных выше, способ получения слитков поликристаллического кремния настоящего изобретения включает: плавление кремниевого сырья в атмосфере 100% водорода при обычном давлении или повышенном давлении для получения расплава кремния и одновременного растворения водорода в расплаве кремния; застывание расплава кремния, содержащего растворенный в нем водород; выдерживание твердой фазы при высокой температуре, близкой к температуре застывания для роста кристаллов и получения поликристаллических слитков кремния. Способ настоящего изобретения позволяет получить слитки поликристаллического кремния с пониженным содержанием мелких кристаллов и кристаллических дефектов.

В способе настоящего изобретения, водород, растворенный в расплаве кремния, реагирует с примесями легких элементов, например, кислорода и монооксида кремния, газифицирует и удаляет их из расплава кремния. Кроме того, металлические примеси, включая переходные элементы, например железо, удаляют кристаллизацией, и очистка получаемых поликристаллических слитков кремния ускоряется. Концентрация водорода, растворенного в кремнии высока, и растворение других примесей в расплаве кремния снижено. Это улучшает характеристики времени жизни получаемых поликристаллических слитков кремния.

В соответствии со способом настоящего изобретения, упорядочение атомов кремния ускоряется путем растворения водорода в расплаве кремния для получения кристаллов кремния с малым количеством атомных дефектов. Кроме того, водород связан с атомными дефектами в решетке, исправляя их, и улучшает характеристики времени жизни. Образование монооксида кремния реакцией тигля, изготавливаемого из диоксида кремния и используемого для плавления кремниевого сырья и расплава кремния, устранено растворением водорода для уменьшения концентрации кислорода в поликристаллических слитках кремния. Кроме того, предотвращается диффузия примесей, образующихся из деталей тигля, антиадгезионной смазки, нагревателя и т.п., используемых при плавлении кремниевого сырья до расплава кремния.

Результат изобретения

В соответствии со способом настоящего изобретения, кремниевое сырье плавят в атмосфере 100% водорода при обычном давлении, или повышенном давлении для растворения водорода в расплаве кремния, и образование атомных дефектов и дефектов решетки слитков поликристаллического кремния может быть устранено во время застывания и роста твердой фазы. Растворенный водород подвергают газификации реакцией с кислородом, что ускоряет кристаллизацию примесей в расплаве кремния и обеспечивает эффект высокой очистки слитков поликристаллического кремния.

Способ настоящего изобретения ускоряет упорядочение решетки на границе зерен во время их роста после застывания и обеспечивает эффект ускорения скорости роста кристаллов, приводя к экономии электроэнергии для плавления.

Способ настоящего изобретения обеспечивает эффект пассивации водородными атомами свободных связей при застывании и рост твердой фазы кремния в состоянии, в котором водород растворен в расплаве кремния и улучшает характеристики времени жизни слитков поликристаллического кремния. Следует отметить, что пассивация водородом вызвана взаимодействием атомов водорода со свободными связями кремниевых атомных дефектов, предотвращая таким образом аннигиляцию электронов при переносе электронов в кремнии.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схематической диаграммой, представляющей пример плавильной печи, используемой в настоящем изобретении.

Фиг.2 является схематической диаграммой, представляющей пример традиционной плавильной печи.

Фиг.3 является графиком, представляющим колебание наиболее высокой и наиболее низкой температуры тигля во времени в примере 1.

Фиг.4 является графиком, представляющим колебание наиболее высокой и наиболее низкой температуры тигля в сравнительном примере 1.

Фиг.5 является графиком, представляющим температурную программу наиболее высокой и наиболее низкой температуры тигля, используемой в примере 2 и сравнительном примере 2.

Фиг.6 является фотографией, представляющей формирование кристаллического состояния слитка в примере 1.

Фиг.7 является микрофотографией, представляющей формирование ямок травления в слитке в примере 1.

Фиг.8 является фотографией, представляющей состояние формирования кристаллов слитка в сравнительном примере 1.

Фиг.9 является микрофотографией, представляющей формирование ямок травления в слитке в сравнительном примере 1.

Фиг.10 является фотографией, представляющей формирование кристаллического (направление, перпендикулярное к оси застывания) слитка в примере 2.

Фиг.11 является фотографией, представляющей формирование кристаллического (по оси застывания) слитка в примере 2.

Фиг.12 является микрофотографией, представляющей формирование ямок травления в слитке в примере 2.

Фиг.13 является фотографией, представляющей формирование кристаллического (направление, перпендикулярное к оси застывания) слитка в сравнительном примере 2.

Фиг.14 является фотографией, представляющей формирование кристаллического (по оси застывания) слитка в сравнительном примере 2.

Фиг.15 является микрофотографией, представляющей формирование ямок травления в слитке в сравнительном примере 2.

Фиг.16 является графиком, представляющим характеристики распределения концентрации Fe (сечение по оси застывания) в слитке в примере 2.

Фиг.17 является графиком, представляющим характеристики распределения концентрации Fe (сечение перпендикулярно к оси застывания) в слитке в примере 2.

Фиг.18 является графиком, представляющим характеристики распределения концентрации Fe (сечение по оси застывания) в слитке в сравнительном примере 2.

Фиг.19 является графиком, представляющим характеристики распределения концентрации Fe (сечение перпендикулярно оси застывания) в слитке в сравнительном примере 2.

Фиг.20 является графиком, представляющим характеристики времени жизни (сечение по оси застывания) слитка в примере 2.

Фиг.21 является графиком, представляющим характеристики времени жизни (сечение перпендикулярно оси застывания) слитка в примере 2.

Фиг.22 является графиком, представляющим характеристики времени жизни (сечение по оси застывания) слитка в сравнительном примере 2.

Фиг.23 является графиком, представляющим характеристики времени жизни (сечение перпендикулярно оси застывания) слитка в сравнительном примере 2.

Описание обозначения позиций

10а, 10b: плавильная печь, 12: тигель, 14: средства нагрева, 14а: боковые верхние средства нагрева, 14b: боковые нижние средства нагрева, 14с: верхние средства нагрева, 16: основание, 18: теплоизолирующий материал, 20: камера, 22а, 22b: ввод газа, 24: вывод газа, 26: расплав кремния, 28: внутренняя цилиндрическая труба, 30: под печи.

Лучший вариант осуществления изобретения

В дальнейшем воплощение настоящего изобретения будет описано на основе прилагаемых чертежей. Однако чертежи являются только примерами, и очевидно, что возможно внесение различных изменений, не выходящих за рамки притязаний настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу получения слитков поликристаллического кремния с пониженным содержанием мелких кристаллов, включающему удаление за счет реакции примесей легких элементов, например кислорода и азота, из расплава кремния в ходе плавления и застывания кремниевого сырья высокой чистоты в атмосфере 100% водорода при обычном давлении или повышенном давлении; уменьшение числа кристаллических дефектов кристаллизацией других металлических примесей; и регулируемый рост кристаллов. За счет этих эффектов могут быть улучшены характеристики времени жизни слитков поликристаллического кремния.

В настоящем изобретении водород связывается с атомными дефектами в образующейся решетке в поликристаллическом кремниевом слитке, исправляя атомные дефекты, таким образом улучшая характеристики времени жизни. Кроме того, может быть предотвращена диффузия примесей из нитрида кремния, используемого как элемент плавления или как разделительный материал при плавлении кремниевого сырья в атмосфере водорода для получения слитка поликристаллического кремния.

Фиг.1 является схематической диаграммой, представляющей пример плавильной печи, которая предпочтительно используется в способе настоящего изобретения. В способе настоящего изобретения применяется плавильная печь обычно с нагревателем из вольфрама или силицида молибдена, не реагирующим с водородом при высоких температурах. Для внутренней стенки пода печи или подобных деталей, помимо вольфрама, может использоваться нитрид кремния, нитрид углерода или подобные материалы.

На фиг.1 позиция 10b обозначает плавильную печь. Плавильная печь 10b включает: тигель 12; средства нагрева 14 для нагрева тигля 12; основание 16 для размещения тигля 12; теплоизолирующий материал 18; и камеру 20. Теплоизолирующий материал 18 охватывает всю поверхность внутренней стенки камеры 20. Газообразный водород вводят по газовому вводу 22b и удаляют по выводу 24. Средства нагрева 14, как другие элементы печи, например теплоизолирующий материал 18, и нагревательный элемент или другие средства нагрева 14, имеет структуру, в которой верхние средства нагрева 14с, верхние боковые средства нагрева 14а и нижние боковые средства нагрева 14b, находятся отдельно в верхней части, верхней боковой части, и нижней боковой части тигля 12 соответственно, разделением контура нагревателя. В верхних средствах нагрева 14с, верхних боковых средствах нагрева 14а и нижних боковых средствах нагрева 14b осуществляют индивидуальный температурный контроль, и такая конструкция обеспечивает температурный градиент в вертикальном направлении тигля 12.

Газообразный водород вводят в плавильную печь 10b по вводу 22b для работы печи в атмосфере 100% водорода при обычном давлении или повышенном давлении. В камере 20 в атмосфере водорода при обычном давлении или повышенном давлении тигель 12 с загруженным кремниевым сырьем нагревают верхними средствами нагрева 14с, расположенными выше тигля 12, и верхними боковыми средствами нагрева 14а, расположенными в верхней боковой части тигля 12, кремниевое сырье расплавляется до получения расплава кремния 26. Затем под печи 30 с тиглем 12 опускают и устанавливают на полпути между верхними боковыми средствами нагрева 14а и нижними боковыми средствами нагрева 14b для обеспечения вертикального температурного градиента в тигле 12, и основание 16 вращают. Верхние средства нагрева 14с, верхние боковые средства нагрева 14а, и нижние боковые средства нагрева 14b регулируют до температуры роста кристаллов таким образом, чтобы охлаждать и отверждать расплав кремния в нижней части тигля 12. Затем, средства нагрева 14с, 14а, и 14b оставляют при определенной температуре для достаточного роста кристаллов и опускают основание 16 так, чтобы получить слиток поликристаллического кремния.

Примеры

В дальнейшем настоящее изобретение будет раскрыто со ссылкой на примеры. Однако примеры являются только примерами и не должны интерпретироваться в ограничительном смысле.

Пример 1

Антиадгезионный материал (порошок нитрида кремния высокой чистоты) применяют и высушивают на внутренней стенке тигля из спеченного кремнезема (внутренние размеры 175 мм × 350 мм), и кремниевое сырье высокой чистоты загружают в тигель. Тигель помещают в плавильную печь, имеющую такую же структуру, что и структура печи для плавления, представленная на фиг.1. В Примере 1 слиток поликристаллического кремния получают плавлением кремния в плавильной печи при 1460°С и при немного повышенном давлении (500 Па) газообразного водорода; снижением температуры нижней части тигля; последовательным охлаждением всего тигля до 1380°С со скоростью 25°С/ч с созданием вертикального температурного градиента в тигле; застывание расплава кремния, начиная с более низкой части тигля; и выдерживание тигля при 1380°С в течение 10 ч. Температуру верхней части (верхняя кромка) и нижней части (основание) тигля измеряют термопарой, и фиг.3 представлены результатом измерения.

Сравнительный пример 1

Слиток получают обычным способом застывания, опуская тигель в атмосфере аргона. Используют печь плавления, имеющую ту же конструкцию, что и печь, представленная на фиг.1, но атмосферу в печи заменяют на атмосферу аргона. Кремний плавят при 1460°С и затем тигель опускают со скоростью 7 мм/ч. Температуру верхней и нижней частей тигля в это время измеряют так же, как в примере 1, и фиг.4 показаны результаты измерения значения температур. Скорость охлаждения слитка составляет 4°С/ч.

Пример 2

Слиток получают в атмосфере газообразного водорода так же, как в примере 1, используя ту же самую температурную программу, показанную на фиг.5 при 4°С/ч, что и при плавлении в атмосфере аргона сравнительного примера 1.

Сравнительный пример 2

Слиток получают, используя температурную программу, показанную на фиг.5, такую же, как в примере 2 с применением аргона вместо водорода.

Каждая фиг.6-15 представляет формирование кристаллического состояния наблюдаемого после разрезания поликристаллического кремниевого слитка, полученного в каждом из примеров 1 и 2 и сравнительных примеров 1 и 2 вдоль перпендикулярной оси роста кристаллов и проведения щелочного анизотропного травления (фиг.6 и 7: пример 1, фиг.8 и 9: сравнительный пример 1, фиг.10-12: пример 2, фиг.13-15: сравнительный пример 2). Каждая из фиг.6, 8, 10, 11, 13, и 14 является фотографией, показывающей формирование кристаллического состояния, и каждая из фиг.7, 9, 12, и 15 является микрофотографией, показывающей формирование ямок травления. Слиток сравнительного примера 1 получают снижением тигля в атмосфере аргона, как в обычном способе с охлаждением и застыванием со скоростью 4°С/ч. Как показано на фиг.8, формы кристаллов значительно различаются и включают искаженные формы. Фиг.6 показывает формирование кристаллического слитка, полученного быстрым застыванием при скорости охлаждения 25°С/ч в атмосфере водорода, как в примере 1. Каждое зерно кристалла имеет относительно тонкую структуру с круглой границей зерна, с незначительным анизотропным ростом по сравнению с кристаллами, образованными в атмосфере аргона, показанными на фиг.8 (сравнительный пример 1). Далее, фиг.9 (сравнительный пример 1) и фиг.7 (пример 1) обе представляют ямки травления, указывающие существенные кристаллические дефекты. Слиток, выплавленный в аргоне фиг.9 (сравнительный пример 1) имеет много видимых ямок травления, а выплавленный в водороде слиток фиг.7 (пример 1) имеет значительно меньше ямок травления. Результаты показывают, что способ плавления в водороде позволяет получить слитки, имеющие меньше кристаллических дефектов по сравнению с полученным обычным способом плавления в аргоне. Далее, результаты показывают, что слиток имеет круглую форму кристаллов, и отношение заселенности мелких зерен по сечению, перпендикулярному к оси кристалла, составляет приблизительно 10% или меньше.

Пример 2 и сравнительный пример 2 оба иллюстрируют способ получения с использованием обычной скорости охлаждения 4°С/ч и температурной программы, включающей поддержание постоянной температуры 10 часов после застывания, как показано на фиг.5. Фиг.10-12 (пример 2) и фиг.13-15 (сравнительный пример 2) обе показывают формирование кристаллического слитка, отвержденного в атмосфере водорода или атмосфере аргона. Слитки, полученные в атмосфере водорода и атмосфере аргона имеют по существу близкие характеристики размера и анизотропии кристаллов при выдерживании постоянной температуры после застывания.

Таблица представляет результаты оценки характеристик каждого из слитков, полученных в примерах 1 и 2 и сравнительных примерах 1 и 2. Характеристики времени жизни полученных поликристаллических слитков кремния составляют 3,13 мкс для примера 1 и 0,48 мкс для сравнительного примера 1, указывая, что характеристики времени жизни улучшены способом настоящего изобретения. Каждый из поликристаллических слитков кремния, полученных в Примере 1 и Сравнительном Примере 1 подвергают анизотропному травлению и исследуют. В результате поликристаллический слиток кремния примера 1 демонстрирует меньшее количество мелких кристаллов и улучшение однородности с небольшим варьированием размера зерна.

В сравнительном примере 1 используют снижение тигля согласно существующему способу производства, и характеристики времени жизни 0,48 мкс слитка значительно хуже по сравнению с характеристиками существующего продукта. Причина ухудшения характеристики времени жизни вызвана эффектом примесей, диффундирующих из антиадгезионного материала, используемого на внутренней поверхности тигля из-за небольшого размера слитка. Концентрация Fe составляет 425×10¹⁰ атомов/см ³, что является высоким значением. Слиток примера 1 представляет собой слиток, полученный в атмосфере водорода с той же скоростью охлаждения, что в сравнительном примере 1. В слитке снижено содержание примесей, например Fe и улучшены характеристики времени жизни.

Слитки примера 2 и сравнительного примера 2 каждый, являются слитками, полученными в водороде или атмосфере аргона, при использовании температурной программы, показанной на фиг.5, включая выдержку при температуре застывания. Слиток, полученный в атмосфере водорода (пример 2), характеризуется временем жизни 6,87 мкс в центральной части с незначительной диффузией Fe. Слиток, полученный в атмосфере аргона (сравнительный пример 2), характеризуется временем жизни 1,2 мкс, что является низким значением.

На фиг.16 и 17 (пример 2) и фиг.18 и 19 (сравнительный пример 2) представлены характеристики распределения концентрации Fe, и фиг.20 и на 21 (пример 2) и фиг.22 и 23 (сравнительный пример 2) представлены характеристики времени жизни. Характеристики времени жизни измеряют устройством для регистрации времени жизни, изготовленным SEMILAB (Semiconductor Physics Laboratory, Inc). Распределение по сечению вдоль оси застывания слитка, выплавленного в водороде, указывает на корреляцию между концентрацией Fe фиг.16 (пример 2), характеристиками времени жизни фиг.20 (пример 2), и формированием кристаллического состояния фиг.12 (пример 2). Тогда как слиток, выплавленный в аргоне, не обладает корреляцией между концентрацией Fe фиг.18 (сравнительный пример 2), характеристиками времени жизни фиг.22 (сравнительный пример 2), и формированием кристаллического состояния фиг.15 (сравнительный пример 2). Как показано на фиг.17 (пример 2), слиток, выплавленный в водороде, имеет низкую абсолютную величину концентрации Fe и имеет разницу в распределении Fe от тигля в направлении, перпендикулярном оси застывания, а слиток, выплавленный в аргоне, показанный на фиг.19 (сравнительный пример 2), имеет высокую концентрацию железа и градиент концентрации отсутствует. Выплавка водорода обеспечивает процесс очистки, включающий сокращение количества диффундирующих примесей в кремний, потому что водород растворен в расплаве кремния; и примеси кристаллизуются при формировании кристаллов кремния.

Результаты анализа газообразного водорода слитка, выплавленного в водороде (примеры 1 и 2) настоящего изобретения, подтверждают наличие водорода, но количественное определение атомарного водорода невозможно данным методом анализа. Однако кремниевый слиток, полученный известным способом плавкой в аргоне, не содержит водорода. Пластина полупроводника может быть подвергнута обработке водородом, но подвергать обработке водородом недорогую солнечную пластину нерентабельно, потому что стоимость такой обработки высока.

Способ настоящего изобретения позволяет плавить кремний в атмосфере водорода при обычном давлении, уменьшить количество мелких кристаллов способом застывания, использующим способ роста твердой фазы, снизить содержание примесей за счет растворения водорода и осуществить очистку кремния путем кристаллизации примесей.

В примере 1 проводят быстрое застывание со скоростью охлаждения 25°С/ч и в примере 2 проводят постепенное застывание со скоростью охлаждения 4°С/ч, как в обычном способе. Результаты показывают, что слиток примера 2 имеет улучшенные характеристики времени жизни и меньше примесей, например, Fe по сравнению с такими характеристиками слитка примера 1. Результаты показывают, что подходящий слиток может быть получен путем постепенного, а не быстрого застывания. Однако медленная скорость охлаждения уменьшает скорость формирования кристаллов слитка и снижает эффективность. Таким образом, соответствующую скорость охлаждения устанавливают с учетом требуемого качества и экономических показателей.