WO2012011523A1 - 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット - Google Patents

多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット Download PDF

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crucible
polycrystalline silicon
silicon ingot
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side wall
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続橋　浩司
脇田　三郎
洋 池田
昌弘 金井
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三菱マテリアル株式会社
三菱マテリアル電子化成株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention provides a polycrystalline silicon ingot production apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot by unidirectionally solidifying a silicon melt stored in a crucible, a method for producing a polycrystalline silicon ingot, and a production method thereof.
  • the present invention relates to a polycrystalline silicon ingot.
  • a polycrystalline silicon ingot is sliced to a predetermined thickness to manufacture a polycrystalline silicon slice.
  • a polycrystalline silicon wafer is manufactured by cutting the polycrystalline silicon slice into a predetermined size.
  • This polycrystalline silicon wafer is mainly used as a material for a solar cell substrate.
  • the characteristics of the polycrystalline silicon ingot that is a material of the substrate for the solar cell greatly influence the performance such as the conversion efficiency.
  • the conversion efficiency of the solar cell is significantly reduced. Therefore, it is necessary to reduce the amount of oxygen and the amount of impurities in the polycrystalline silicon used as the solar cell substrate.
  • a polycrystalline silicon ingot produced by unidirectionally solidifying a silicon melt in a crucible that is, a polycrystalline silicon ingot obtained by sequentially solidifying in one fixed direction, is used as a material for a solar cell substrate.
  • the amount of oxygen and the amount of impurities tend to increase at the bottom that is the solidification start portion and the top that is the solidification end portion. Therefore, in order to reduce the amount of oxygen and the amount of impurities, after the bottom and top are cut and removed, the remaining portion is used as a material for the polycrystalline silicon wafer.
  • the reason why the amount of oxygen and the amount of impurities increase at the bottom and top of the polycrystalline silicon ingot will be described in detail.
  • oxygen is mixed into the silicon melt from silica (SiO 2 ). Oxygen in the silicon melt is released from the liquid surface as SiO gas.
  • SiO 2 silica
  • oxygen is mixed from the bottom and side surfaces of the crucible, so that the amount of oxygen in the silicon melt increases at the start of solidification.
  • the amount of oxygen in the silicon melt increases at the bottom, which is the solidification start portion.
  • Such a polycrystalline silicon ingot is manufactured by, for example, a unidirectional solidification method using a casting apparatus described in Patent Documents 2 and 3.
  • the casting apparatus described in Patent Document 2 has an upper heater disposed above the crucible and a lower heater disposed below the crucible. By heating with an upper heater and a lower heater, the silicon raw material in the crucible is melted to generate a silicon melt. Thereafter, the lower heater is stopped, and heat is dissipated from the bottom side of the crucible to solidify the silicon melt in the crucible unidirectionally from the bottom surface of the crucible.
  • the casting apparatus described in Patent Document 3 includes a side heater disposed so as to face the side surface of the crucible.
  • the silicon raw material in a crucible is melted by heating with a side heater of the crucible to generate a silicon melt.
  • the bottom side of the crucible is lowered to provide a temperature gradient, and the silicon melt in the crucible is solidified in one direction from the bottom of the crucible upward.
  • FIG. 6A and FIG. 6B show the results of measuring the oxygen concentration in a rectangular cross section at a predetermined height position (solidification direction position) for a conventional polycrystalline silicon ingot. According to FIG. 6A and FIG. 6B, it is confirmed that the oxygen concentration in the central portion (measurement point 3 in FIG. 6A) of one side of the peripheral portion is locally high in the cross section at the height positions of 10 mm and 50 mm.
  • the oxygen concentration in the central portion of the cross section (measurement point 5 in FIG. 6A) and the cross section corner portion (measurement point 1 in FIG. 6A) is 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less.
  • the oxygen concentration locally exceeds 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 (measurement point 3 in FIG. 6A) it cannot be produced as a polycrystalline silicon slice. For this reason, there is a problem that the portion of the polycrystalline silicon ingot that can be commercialized is reduced and the production efficiency of the product is lowered.
  • the polycrystalline silicon ingot is enlarged, that is, the area of the polycrystalline silicon slice is increased (for example, the length of one side is 680 mm or more).
  • attempts have been made to increase the height of the polycrystalline silicon ingot.
  • the portion located on the bottom side of the crucible tends to easily generate a locally high oxygen portion as described above.
  • the bottom side of the silicon ingot needs to be largely cut and removed, and a polycrystalline silicon wafer could not be produced efficiently.
  • the present invention has been made in view of the above-described situation, and can reduce the portion where the oxygen concentration locally increases at the bottom, and can greatly improve the production yield of polycrystalline silicon.
  • An object is to provide an ingot manufacturing apparatus, a method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot, and a polycrystalline silicon ingot.
  • the present inventor has found that the uneven temperature distribution in the crucible is the cause of the local increase in oxygen concentration. Specifically, as shown in FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 7, the oxygen concentration is high at the portion where the temperature is lowered in the crucible. From this, it was found that the increase in the local oxygen concentration can be suppressed by improving (homogenizing) the uneven temperature distribution in the horizontal section of the polycrystalline silicon ingot during the solidification process.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus includes a crucible having a rectangular horizontal cross section, an upper heater disposed above the crucible, and a lower heater disposed below the crucible.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus that solidifies the silicon melt stored in the crucible unidirectionally upward from the bottom surface of the crucible, wherein the bottom surface side of the side wall portion of the crucible
  • An apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot comprising an auxiliary heater for heating at least a part of the polycrystalline silicon ingot.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention includes an auxiliary heater that heats at least a part of the bottom surface side of the side wall portion of the crucible. Therefore, this auxiliary heater can improve (homogenize) the uneven temperature distribution in the crucible, and can suppress a local increase in oxygen concentration in the polycrystalline silicon ingot. Therefore, it is not necessary to largely cut and remove the bottom side of the polycrystalline silicon ingot, and the polycrystalline silicon wafer can be efficiently produced.
  • the auxiliary heater is configured to heat a central region of each side of an annular rectangle formed by a horizontal section of the side wall portion.
  • the length l in the direction along the bottom surface of the central region is set within a range of 0.3 ⁇ L ⁇ l ⁇ 0.7 ⁇ L with respect to the total length L of the one side of the side wall portion. Also good.
  • a heat insulating material is disposed around the crucible, a decrease in temperature is hindered in the horizontal cross-sectional corner portion of the crucible due to the heat retaining effect of the heat insulating material.
  • the auxiliary heater is connected to the central region of each side of the side wall portion (the region within the range of 0.3 ⁇ L ⁇ l ⁇ 0.7 ⁇ L with respect to the total length L of the one side of the side wall portion).
  • the auxiliary heater is disposed so as to face a part of the bottom side of the side wall of the crucible.
  • the length h may be set within a range of 0.1 ⁇ HP ⁇ h ⁇ 0.3 ⁇ HP with respect to the total height HP of the crucible.
  • the auxiliary heater is disposed to face the side wall of the crucible, and its height h is within the range of 0.1 ⁇ HP ⁇ h ⁇ 0.3 ⁇ HP with respect to the total height HP of the crucible.
  • the method for producing a polycrystalline silicon ingot according to the second aspect of the present invention is a method for producing a polycrystalline silicon ingot using the polycrystalline silicon ingot producing apparatus according to the first aspect described above, and is charged into the crucible. Melting the generated silicon raw material to generate the silicon melt, and stopping the lower heater, giving a temperature difference in the vertical direction to the silicon melt stored in the crucible, A solidification step of solidifying the silicon melt stored in the crucible unidirectionally from the bottom side of the crucible toward the upper side. In the solidification step, the auxiliary heater is used to A method for producing a polycrystalline silicon ingot is characterized in that at least a part of a side wall is heated.
  • the crucible in the solidification step of solidifying the silicon melt stored in the crucible unidirectionally from the bottom surface side of the crucible, the crucible is used using the auxiliary heater. At least a part of the side wall is heated. Therefore, it is possible to improve (homogenize) the uneven temperature distribution in the crucible, and to suppress an increase in local oxygen concentration in the polycrystalline silicon ingot. Therefore, it is not necessary to largely cut and remove the bottom side of the polycrystalline silicon ingot, and a polycrystalline silicon ingot capable of efficiently producing a polycrystalline silicon wafer can be manufactured.
  • a region from the bottom surface of the crucible to a height X is defined as an initial region, and the height of the silicon solid phase in the solidification step is While in the initial region, the side wall of the crucible is heated using the auxiliary heater, and the height X of the initial region is relative to the molten metal surface height HM of the silicon melt in the crucible.
  • X ⁇ 0.3 ⁇ HM may be set.
  • the side wall of the crucible is heated using the auxiliary heater in this initial region. Therefore, it is possible to reliably improve (homogenize) the uneven temperature distribution in the crucible.
  • the polycrystalline silicon ingot according to the third aspect of the present invention is a polycrystalline silicon ingot manufactured by the method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot according to the second aspect of the present invention, and has a rectangular cross section perpendicular to the solidification direction.
  • the cross section of the portion having a planar shape the length of one side of the rectangular surface being 550 mm or more and the height of 50 mm from the bottom of the polycrystalline silicon ingot that was in contact with the bottom surface of the crucible.
  • the polycrystalline silicon ingot is characterized in that the oxygen concentration in the central portion is 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus and polycrystalline silicon capable of greatly improving the production yield of polycrystalline silicon by reducing the portion where the oxygen concentration locally increases at the bottom.
  • An ingot manufacturing method and a polycrystalline silicon ingot can be provided.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus 10 includes a chamber 11 that holds the inside in an airtight state, a crucible 20 in which the silicon melt 3 is stored, and the crucible 20 placed thereon.
  • a heat insulating wall 12 is disposed on the outer peripheral side of the crucible 20, a heat insulating ceiling 13 is disposed above the upper heater 43, and a heat insulating floor 14 is disposed below the lower heater 33.
  • heat insulating materials (the heat insulating wall 12, the heat insulating ceiling 13, and the heat insulating floor 14) are disposed so as to surround the crucible 20, the upper heater 43, the lower heater 33, and the like.
  • the auxiliary heater 50 is disposed so as to face the side wall portion 22 of the crucible 20.
  • the horizontal cross section of the crucible 20 has a square shape (rectangular shape), and in this embodiment, has a square shape.
  • the crucible 20 is made of quartz, and includes a bottom surface 21 that contacts the chill plate 31 and a side wall portion 22 that stands upward from the bottom surface 21.
  • the upper heater 43 and the lower heater 33 are supported by electrode bars 44 and 34, respectively.
  • the electrode bar 44 that supports the upper heater 43 is inserted through the heat-insulating ceiling 13, and a part of the electrode bar 44 is exposed to the outside of the chamber 11.
  • the electrode rod 34 that supports the lower heater 33 is inserted through the heat insulating floor 14.
  • the chill plate 31 on which the crucible 20 is placed is installed at the upper end of the support portion 32 inserted through the lower heater 33.
  • the chill plate 31 has a hollow structure, and Ar gas is supplied to the inside through a supply path (not shown) provided inside the support portion 32.
  • the lid 41 is connected to the lower end of the support shaft 42 inserted through the upper heater 43.
  • the lid portion 41 is made of silicon carbide or carbon and is disposed so as to face the opening of the crucible 20.
  • the support shaft 42 is provided with a gas supply path (not shown) inside, and is directed toward the silicon melt 3 in the crucible 20 from an opening hole provided at the tip (lower end in FIG. 1) of the support shaft 42.
  • An inert gas such as Ar is supplied.
  • the support shaft 42 and the lid 41 can move in the vertical direction, and the distance of the silicon melt 3 in the crucible 20 relative to the molten metal surface can be adjusted.
  • an auxiliary heater 50 that heats at least a part of the side wall 22 of the crucible 20 on the side of the bottom surface 21 of the crucible 20 is provided separately from the upper heater 43 and the lower heater 33. It is arranged.
  • the auxiliary heater 50 is disposed so as to face the side wall portion 22 of the crucible 20, and the height h of the auxiliary heater 50 is equal to the height HP of the crucible 20.
  • it is set to be in the range of 0.1 ⁇ HP ⁇ h ⁇ 0.3 ⁇ HP.
  • a more preferable height h of the auxiliary heater 50 includes a range of 0.20 ⁇ HP ⁇ h ⁇ 0.25 ⁇ HP.
  • the auxiliary heater 50 is disposed so as to face the central region of one side of the rectangle formed by the side wall portion 22 of the crucible 20.
  • the central region means a region where the auxiliary heater 50 arranged to face one side of the rectangular side formed by the side wall portion 22 of the crucible 20 is projected.
  • the length l of the central region (that is, the width l of the auxiliary heater 50) is within the range of 0.3 ⁇ LP ⁇ l ⁇ 0.7 ⁇ LP with respect to the length LP of one side of the side wall 22 of the crucible 20. Is set.
  • a more preferable central region length l is a range of 0.4 ⁇ LP ⁇ l ⁇ 0.5 ⁇ LP.
  • the auxiliary heater 50 is a radiant heater, and locally heats a portion of the side wall portion 22 of the crucible 20 where the auxiliary heater 50 is opposed.
  • the output of the auxiliary heater 50 is set to be relatively low, about 10 to 50% of the output of the lower heater 33.
  • the polycrystalline silicon ingot 1 is manufactured using the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus 10 described above.
  • the silicon raw material is charged into the crucible 20 (silicon raw material charging step S01).
  • the silicon raw material a bulk silicon raw material called “chunk” obtained by crushing high-purity silicon of 11N (purity 99.999999999) is used.
  • the particle size of the bulk silicon raw material is, for example, 30 mm to 100 mm.
  • the silicon raw material charged in the crucible 20 is heated by energizing the upper heater 43 and the lower heater 33 to generate the silicon melt 3 (dissolution step S02).
  • the auxiliary heater 50 may be energized to promote the heating of the silicon raw material.
  • the molten metal surface of the silicon melt 3 in the crucible 20 is set at a position lower than the upper end of the side wall portion 22 of the crucible 20.
  • the silicon melt 3 in the crucible 20 is solidified in one direction from the bottom of the crucible 20 upward (solidification step S03).
  • energization of the lower heater 33 is stopped, and Ar gas is supplied into the chill plate 31 through a supply path. Thereby, the bottom part of the crucible 20 is cooled.
  • a temperature gradient is generated in the crucible 20 from the bottom surface 21 upward. Due to this temperature gradient, the silicon melt 3 is unidirectionally solidified upward. Further, by gradually decreasing the energization to the upper heater 43, the silicon melt 3 in the crucible 20 is solidified upward, and the polycrystalline silicon ingot 1 is generated.
  • the auxiliary heater 50 is operated in the initial region of the solidification step S03, and is stopped when the initial region is exceeded.
  • a more preferable initial region height X includes a range of X ⁇ 0.1 ⁇ HM.
  • the polycrystalline silicon ingot 1 shown in FIG. 3 is formed by the unidirectional solidification method.
  • the polycrystalline silicon ingot 1 is a material for a polycrystalline silicon wafer used as a solar cell substrate.
  • this polycrystalline silicon ingot 1 has a quadrangular columnar shape, and its height H is set within a range of 200 mm ⁇ H ⁇ 350 mm. In the present embodiment, H is set to 300 mm.
  • the oxygen concentration is high
  • the top side portion Z2 of the polycrystalline silicon ingot 1 the impurity concentration is high. Therefore, the bottom side portion Z1 and the top side portion Z2 are cut and removed, and only the product portion Z3 is commercialized as a polycrystalline silicon wafer.
  • the maximum value of the oxygen concentration in the horizontal section of the portion 50 mm high from the bottom is 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less. That is, the oxygen concentration in the central portion of one side of the rectangular surface formed by the horizontal cross section of the polycrystalline silicon ingot 1 is 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less.
  • a 5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 5 mm square measurement sample was taken from this horizontal cross section, and the oxygen concentration was measured by Fourier transform infrared spectroscopy (FI-IR).
  • FTIR4100 manufactured by JASCO Corporation was used for measurement of oxygen concentration by Fourier transform infrared spectroscopy.
  • the side wall portion 22 of the crucible 20 is disposed on the bottom surface 21 side. Since the auxiliary heater 50 is disposed so as to face the position where it is located, it is possible to suppress a local temperature decrease caused by heat dissipated from the side wall 22 of the crucible 20. Therefore, the uneven temperature distribution in the horizontal cross section on the bottom surface 21 side of the crucible 20 is improved (homogenized), and a local increase in oxygen concentration in the polycrystalline silicon ingot 1 can be suppressed.
  • the auxiliary heater 50 heats the central region of the side wall portion 22 (region in the range of 0.3 ⁇ L ⁇ l ⁇ 0.7 ⁇ L with respect to the total length L of one side of the side wall portion 22), so It is possible to improve (homogenize) the uneven temperature distribution in the horizontal cross section.
  • a raw material charging step S01 for charging a silicon raw material into the crucible 20 a melting step S02 for melting the silicon raw material charged in the crucible 20 to generate a silicon melt 3
  • a temperature difference is provided in the vertical direction in the silicon melt 3 stored in the crucible 20, and the silicon melt 3 stored in the crucible 20 is directed in one direction from the bottom surface 21 side of the crucible 20 upward.
  • a solidification step S03 for solidification, and the side wall portion 22 of the crucible 20 is heated in the initial region of the solidification step S03. Therefore, it is possible to improve (homogenize) the uneven temperature distribution of the horizontal cross section on the bottom surface 21 side of the crucible 20, and to suppress an increase in local oxygen concentration in the polycrystalline silicon ingot 1.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus 10 that can significantly improve the production yield of polycrystalline silicon by reducing the portion where the oxygen concentration at the bottom portion is locally increased and thereby reducing the production yield of the polycrystalline silicon.
  • a method for producing a crystalline silicon ingot 1 and a polycrystalline silicon ingot 1 can be provided.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus As described above, the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus, the polycrystalline silicon ingot manufacturing method, and the polycrystalline silicon ingot according to the embodiment of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to this, and the design can be changed as appropriate. For example, the size of the polycrystalline silicon ingot is not limited to this embodiment, and the design may be changed as appropriate.
  • the auxiliary heater has been described as being disposed so as to face the side wall portion of the crucible.
  • the present invention is not limited to this, and the auxiliary heater is disposed on the outer peripheral side of the lower heater, and is arranged from the lower side of the chill plate. A part of the side wall of the crucible may be heated to improve (homogenize) the uneven temperature distribution in the horizontal cross section inside the crucible.
  • the auxiliary heater has been described as being disposed so as to face the central region of one side of the annular rectangle formed by the horizontal cross section of the side wall, the auxiliary heater is not limited to this and faces the entire side.
  • An auxiliary heater may be arranged as described above (that is, so as to surround the side wall).
  • the result of the confirmation experiment conducted to confirm the effect of the present invention is shown below.
  • a 680 mm square ⁇ 300 mm high rectangular columnar polycrystalline silicon ingot was manufactured.
  • unidirectional solidification was performed using only an upper heater and a lower heater without using an auxiliary heater.
  • the coagulation rate was 5 mm / h.
  • the side wall portion of the crucible was heated using an auxiliary heater to perform unidirectional solidification.
  • the coagulation rate was 5 mm / h.
  • FIG. 4B shows the measurement result of the embodiment of the present invention
  • FIG. 6B shows the measurement result of the conventional example.
  • the temperature of the silicon melt at a position 50 mm in height from the bottom of the crucible was measured.
  • the temperature was measured with the outputs of the lower and upper heaters (and auxiliary heaters) controlled so that the temperature at the center of the crucible was 1450 ° C.
  • a temperature distribution map of the horizontal section was created.
  • FIG. 5 shows a temperature distribution diagram of the example of the present invention
  • FIG. 7 shows a temperature distribution diagram of the conventional example.
  • the oxygen concentration exceeded 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 at any position on the horizontal cross section at a height of 10 mm from the bottom surface.
  • the oxygen concentration was 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less at any position in the horizontal cross section at a height of 150 mm, 250 mm, and 290 mm from the bottom.
  • oxygen concentration exceeded 5 * 10 ⁇ 17 > atm / cm ⁇ 3 > in the position except the corner part and center part of a horizontal cross section in height 50mm position from a bottom face.
  • the oxygen concentration was higher in the central region of one side of the rectangular shape formed by the horizontal section.
  • the oxygen concentration was 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less at any position in the horizontal cross section at a height of 50 mm from the bottom surface.
  • the product yield R in the polycrystalline silicon ingot was calculated when the portion where the oxygen concentration was 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less was used as the product. Since the top of the polycrystalline silicon ingot has a large amount of impurities, the product yield R was calculated on the assumption that a portion 10 mm away from the top was cut off.
  • the oxygen concentration was 5 ⁇ 10 17 atm / cm 3 or less at an arbitrary position in the horizontal cross section at a height of 50 mm from the bottom surface. Therefore, it is possible to commercialize a polycrystalline silicon ingot including this portion.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus and a polycrystalline silicon ingot manufacturing method capable of greatly improving the production yield of polycrystalline silicon by reducing the portion where the oxygen concentration locally increases at the bottom. And a polycrystalline silicon ingot can be provided.

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Abstract

　底部における酸素濃度が局所的に高くなる部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供する。断面矩形状をなす坩堝（２０）と、この坩堝（２０）の上方に配設された上部ヒータ（４３）と、坩堝（２０）の下方に配設された下部ヒータ（３３）と、を有し、坩堝（２０）内に貯留されたシリコン融液（３）を、その底面（２１）から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴット製造装置（１０）であって、坩堝（２０）の底面（２１）側において坩堝（２０）の側壁部（２２）の少なくとも一部を加熱する補助ヒータ（５０）を備えていることを特徴とする。

Description

多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット
　本発明は、坩堝内に貯留されたシリコン融液を一方向凝固させることにより、多結晶シリコンインゴットを製造する多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法、及び、この製造方法によって得られる多結晶シリコンインゴットに関する。
　本願は、２０１０年７月２２日に、日本に出願された特願２０１０－１６４７７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　多結晶シリコンウェハを製造するためには、例えば特許文献１に記載されているように、まず、多結晶シリコンインゴットを所定の厚さにスライスして、多結晶シリコンスライスを製造する。次に、この多結晶シリコンスライスを所定サイズに切り出すことによって多結晶シリコンウェハが製造される。この多結晶シリコンウェハは主に太陽電池用基板の素材として利用されている。太陽電池においては、太陽電池用基板の素材である多結晶シリコンインゴットの特性が、変換効率等の性能を大きく左右する。
　特に、多結晶シリコンに含有される酸素量や不純物量が多いと、太陽電池の変換効率が大幅に低下する。そのため、太陽電池用基板となる多結晶シリコン中の酸素量や不純物量を低減する必要がある。
　坩堝内でシリコン融液を一方向凝固させて製造した多結晶シリコンインゴット、すなわち一つの定まった方向に向けて逐次的に凝固させることにより得られる多結晶シリコンインゴット、を太陽電池基板の素材として利用する場合、凝固開始部分である底部及び凝固終了部分である頂部において、酸素量や不純物量が高くなる傾向がある。したがって、酸素量および不純物量を低減させるために、これら底部及び頂部を切断除去した後、残った部分を多結晶シリコンウェハの素材として利用している。
　以下に、上記多結晶シリコンインゴットの底部および頂部において、それぞれ酸素量および不純物量が高くなる理由について詳しく説明する。
　坩堝内でシリコン融液を上方に向けて一方向凝固させた場合、固相から液相に向けて不純物が排出される。このため、固相部分の不純物量は低くなるが、逆に凝固終了部分である上記多結晶インゴットの頂部においては、不純物量が非常に高くなる。
　また、シリカ製坩堝内にシリコン融液を貯留した際に、シリカ（ＳｉＯ２）からシリコン融液へと酸素が混入する。シリコン融液内の酸素は、ＳｉＯガスとして液面から放出される。凝固開始時には、坩堝の底面及び側面から酸素が混入するため、凝固開始時点ではシリコン融液内の酸素量が高くなる。底面側からの凝固が進行し固液界面が上昇すると、側面からのみ酸素が混入するようになるため、徐々にシリコン融液に混入する酸素量は低減していき、シリコン融液内の酸素量は一定値に安定する。以上の理由から、凝固開始部分である底部では、酸素量が高くなる。
　このような多結晶シリコンインゴットは、例えば特許文献２、３に記載された鋳造装置を用いた一方向凝固法によって製造される。
　特許文献２に記載された鋳造装置は、坩堝の上方に上部ヒータが配設され、坩堝の下方に下部ヒータが配設されたものである。上部ヒータ及び下部ヒータによって加熱することにより、坩堝内のシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成する。その後、下部ヒータを停止し、坩堝の底部側から熱を放散することにより、坩堝内のシリコン融液を坩堝の底面から上方に向けて一方向凝固させる。
　また、特許文献３に記載された鋳造装置は、坩堝の側面に対向するように配置されたサイドヒータを備えている。まず、坩堝のサイドヒータによって加熱することで坩堝内のシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成する。その後、坩堝を下方に向けて移動させることにより、坩堝の底面側を低温化して温度勾配を設け、坩堝内のシリコン融液を坩堝の底面から上方に向けて一方向凝固させる。
特開平１０－２４５２１６号公報 特開２００４－０５８０７５号公報 特開２００８－３０３１１３号公報
　ところで、矩形断面状をなす多結晶シリコンインゴットを製造する際において、坩堝内のシリコン融液の高さを高く設定した場合には、坩堝の底面側に位置する部分に、酸素濃度が局所的に高い部分が発生することが確認されている。
　従来の多結晶シリコンインゴットについて、所定の高さ位置（凝固方向位置）における矩形断面内の酸素濃度を測定した結果を図６Ａおよび図６Ｂに示す。この図６Ａおよび図６Ｂによれば、高さ位置１０ｍｍ、５０ｍｍの断面において、周縁部の一辺の中央部分（図６Ａの測定点３）の酸素濃度が局所的に高くなっていることが確認される。
　ここで、高さ位置５０ｍｍの断面においては、断面中心部（図６Ａの測定点５）及び断面コーナ部（図６Ａの測定点１）における酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下とされているものの、局所的（図６Ａの測定点３）に酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていることから、多結晶シリコンスライスとして製品化することができない。このため、多結晶シリコンインゴットのうち製品化可能な部分が少なくなり、製品の製造効率が低下するといった問題があった。
　特に、最近では、多結晶シリコンインゴットから太陽電池用基板を効率良く生産するために、多結晶シリコンインゴットの大型化、すなわち、多結晶シリコンスライスの大面積化（例えば一辺の長さが６８０ｍｍ以上）や、多結晶シリコンインゴットの高さを高くすることが試みられている。
　しかしながら、このように多結晶シリコンインゴットを大型化した場合には、上述のように坩堝の底面側に位置する部分で酸素濃度が局所的に高い部分が発生しやすくなる傾向にあるため、多結晶シリコンインゴットの底部側を大きく切断除去する必要が生じ、多結晶シリコンウェハを効率良く生産することができなかった。
　本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであって、底部における酸素濃度が局所的に高くなる部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、鋭意研究した結果、本発明者は、坩堝内の温度分布の偏りが局所的な酸素濃度の増加の原因であることを見出した。具体的には、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７に示すように、坩堝内において温度が低下している箇所で酸素濃度が高くなっているのである。
　このことから、凝固工程時の多結晶シリコンインゴットの水平断面における温度分布の偏りを改善（均一化）することにより、局所的な酸素濃度の増加を抑制可能であるとの知見を得た。
　本発明は上述の知見に基づいてなされた。本発明の第一の態様の多結晶シリコンインゴット製造装置は、水平断面が矩形状である坩堝と、この坩堝の上方に配設された上部ヒータと、前記坩堝の下方に配設された下部ヒータと、を有し、前記坩堝内に貯留されたシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴット製造装置であって、前記坩堝の側壁部のうち、前記底面側の少なくとも一部を加熱する補助ヒータを備えていることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造装置である。
　一方向凝固の初期段階においては、坩堝の底面側からの熱の放散に対して坩堝の側壁部からの熱の放散の割合が大きい。そのため、多結晶シリコンインゴットの水平断面の表層側部分（周辺領域部分）で温度が低下しやすくなる。
　本発明の一態様の多結晶シリコンインゴット製造装置は、前記坩堝の側壁部のうち、前記底面側の少なくとも一部を加熱する補助ヒータを備えている。そのため、この補助ヒータによって坩堝内の温度分布の偏りを改善（均一化）することが可能となり、多結晶シリコンインゴット内の局部的な酸素濃度の増加を抑制することができる。よって、多結晶シリコンインゴットの底部側を大きく切断除去する必要がなくなり、多結晶シリコンウェハを効率良く生産することが可能となる。
　本発明の第一の態様の多結晶シリコンインゴット製造装置において、前記補助ヒータは、前記側壁部の水平断面によって形成される環状の矩形の各一辺の中央領域を加熱する構成とされており、この中央領域の前記底面に沿った方向の長さｌは、前記側壁部のうち前記一辺の全長Ｌに対して、０．３×Ｌ≦ｌ≦０．７×Ｌの範囲内に設定されていてもよい。
　通常は、坩堝の周囲には断熱材が配設されているので、坩堝の水平断面コーナ部では、断熱材による保温効果によって、温度の低下が阻害されている。一方、坩堝の水平断面の側壁部の各一辺の中央領域では、断熱材による保温効果が少なくなり、局部的に温度が低下するものと考えられる。よって、前記補助ヒータを、前記側壁部の各一辺の中央領域（前記側壁部のうち前記一辺の全長Ｌに対して、０．３×Ｌ≦ｌ≦０．７×Ｌの範囲内の領域）を加熱する構成とすることによって、確実に坩堝内の温度分布の偏りを改善（均一化）することが可能となり、局部的な酸素濃度の増加を抑制することができる。
　本発明の第一の態様の多結晶シリコンインゴット製造装置において、前記補助ヒータは、前記坩堝の側壁部のうち、前記底面側の一部に対向して配設されており、前記補助ヒータの高さｈは、前記坩堝の全高さＨＰに対して、０．１×ＨＰ≦ｈ≦０．３×ＨＰの範囲内に設定されていてもよい。
　坩堝内において、凝固が上方に向けて進行すると、底面側からの熱の放散の割合が大きくなり側壁部からの熱の放散の影響が少なくなる。よって、坩堝の底面側部分においてのみ温度分布の偏りを改善（均一化）すればよいことになる。そこで、前記補助ヒータを、前記坩堝の側壁部に対向して配設し、その高さｈを坩堝の全高さＨＰに対して、０．１×ＨＰ≦ｈ≦０．３×ＨＰの範囲内に設定することにより、温度分布の偏りを改善（均一化）する必要がある部分のみを加熱することが可能となる。
　本発明の第二の態様の多結晶シリコンインゴットの製造方法は、上述の第一の態様の多結晶シリコンインゴット製造装置を用いた多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記坩堝内に装入されたシリコン原料を溶融して前記シリコン融液を生成する溶解工程と、前記下部ヒータを停止して、前記坩堝内に貯留された前記シリコン融液に対して上下方向の温度差を与えて、前記坩堝内に貯留された前記シリコン融液を前記坩堝の底面側から上方に向けて一方向凝固させる凝固工程と、を備えており、前記凝固工程においては、前記補助ヒータを用いて前記坩堝の側壁部の少なくとも一部を加熱することを特徴としている多結晶シリコンインゴットの製造方法である。
　この構成の多結晶シリコンインゴットの製造方法では、前記坩堝内に貯留された前記シリコン融液を前記坩堝の底面側から上方に向けて一方向凝固させる凝固工程において、前記補助ヒータを用いて前記坩堝の側壁部の少なくとも一部を加熱している。そのため、坩堝内における温度分布の偏りを改善（均一化）することができ、多結晶シリコンインゴット内の局所的な酸素濃度の増加を抑制することができる。よって、多結晶シリコンインゴットの底部側を大きく切断除去する必要がなくなり、多結晶シリコンウェハを効率良く生産することが可能な多結晶シリコンインゴットを製造することができる。
　本発明の第二の態様の多結晶シリコンインゴット製造方法では、前記坩堝内において、前記坩堝の底面から高さがＸまでの領域を初期領域と定め、前記凝固工程におけるシリコン固相の高さが、前記初期領域内にある間は、前記補助ヒータを用いて前記坩堝の側壁を加熱し、前記初期領域の高さＸは、前記坩堝内の前記シリコン融液の湯面高さＨＭに対して、Ｘ≦０．３×ＨＭの範囲内に設定されていてもよい。
　前記凝固工程のうち前記坩堝の底面から高さＸまでの初期領域（坩堝内の前記シリコン融液の湯面高さＨＭに対してＸ≦０．３×ＨＭの範囲内）においては、坩堝の側壁部からの熱の放散の割合が比較的大きい。そのため、多結晶シリコンインゴット内に、局所的な温度の低下が発生するおそれがある。本発明の第二の態様の多結晶シリコンインゴット製造方法では、この初期領域において、補助ヒータを用いて坩堝の側壁部を加熱する構成としている。そのため、坩堝内の温度分布の偏りを確実に改善（均一化）することが可能となる。
　本発明の第三の態様の多結晶シリコンインゴットは、上述の本発明第二の態様の多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、凝固方向に直交する断面が矩形面状をなし、この矩形面の一辺の長さが５５０ｍｍ以上であり、前記坩堝の底面に接触していた前記多結晶シリコンインゴットの底部から高さ５０ｍｍの部分の断面において、前記矩形面の一辺の中央部分における酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下であることを特徴としている多結晶シリコンインゴットである。
　この構成の多結晶シリコンインゴットでは、前記坩堝の底面に接触していた前記多結晶シリコンインゴットの底部から高さ５０ｍｍの部分の断面において、前記矩形面の一辺の中央部分（すなわち、断面において最も酸素濃度が高くなる傾向にある部分）における酸素濃度が、５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となっている。このため、この底部から高さ５０ｍｍの部分を多結晶シリコンウェハの素材として製品化することができる。
　このように、本発明によれば、底部における酸素濃度が局所的に高くなる部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置の概略説明図である。 図１に示す多結晶シリコンインゴット製造装置の坩堝近傍の断面説明図である。 本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの概略説明図である。 実施例における多結晶インゴットの水平断面内の酸素量測定点、及び多結晶シリコンインゴットの底面からの高さを示す記号の説明図である。 実施例における多結晶シリコンインゴット内の酸素量測定結果を示すグラフである。 実施例における坩堝内（底面から高さ５０ｍｍ位置）の温度分布を示す図である。 従来例における多結晶インゴットの水平断面内の酸素量測定点、及び多結晶シリコンインゴットの底面からの高さを示す記号の説明図である。 従来例における多結晶シリコンインゴット内の酸素量測定結果を示すグラフである。 従来例における坩堝内（底面から高さ５０ｍｍ位置）の温度分布を示す図である。
　以下に、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて、添付した図面を参照して説明する。
　図１に示すように、本実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置１０は、内部を気密状態に保持するチャンバ１１と、シリコン融液３が貯留される坩堝２０と、この坩堝２０が載置されるチルプレート３１と、このチルプレート３１の下方に位置する下部ヒータ３３と、坩堝２０の上方に位置する上部ヒータ４３と、坩堝２０の開口部に対向するように配設された蓋部４１と、を備えている。また、坩堝２０の外周側には、断熱壁１２が配設されており、上部ヒータ４３の上方に断熱天井１３が配設され、下部ヒータ３３の下方に断熱床１４が配設されている。すなわち、坩堝２０、上部ヒータ４３、下部ヒータ３３等を囲むように、断熱材（断熱壁１２、断熱天井１３、断熱床１４）が配設されているのである。補助ヒータ５０は、上記坩堝２０の側壁部２２に対向するように配設されている。
　図２に示すように、坩堝２０の水平断面は、角形形状（矩形状）をしており、本実施形態では正方形形状をしている。この坩堝２０は、石英で構成されており、チルプレート３１に接触する底面２１と、この底面２１から上方に向けて立設された側壁部２２と、を備えている。この側壁部２２の水平断面は、環状の矩形形状をしており、その一辺の長さＬＰは、５５０ｍｍ≦ＬＰ≦１０８０ｍｍであり、本実施形態では、ＬＰ＝６８０ｍｍである。また、坩堝２０（側壁部２２）の高さＨＰは、５００ｍｍ≦ＨＰ≦７００ｍｍであり、本実施形態では、ＨＰ＝６００ｍｍである。
　上部ヒータ４３及び下部ヒータ３３は、それぞれ電極棒４４、３４によって支持されている。上部ヒータ４３を支持する電極棒４４は、断熱天井１３を貫通して挿入されており、電極棒４４の一部がチャンバ１１の外側に露出されている。下部ヒータ３３を支持する電極棒３４は、断熱床１４を貫通して挿入されている。
　坩堝２０が載置されるチルプレート３１は、下部ヒータ３３に挿通された支持部３２の上端に設置されている。このチルプレート３１は、中空構造を有し、支持部３２の内部に設けられた供給路（図示なし）を介して内部にＡｒガスが供給される。
　蓋部４１は、上部ヒータ４３に挿通された支持軸４２の下端部に接続されている。この蓋部４１は、シリコンカーバイドあるいはカーボンで構成されており、坩堝２０の開口部に対向するように配設されている。
　支持軸４２には、内部にガス供給路（図示なし）が設けられており、支持軸４２の先端（図１において下端）に設けられた開口孔から坩堝２０内のシリコン融液３に向けてＡｒ等の不活性ガスが供給される。
　この支持軸４２及び蓋部４１は、上下方向に動くことが可能であり、坩堝２０内のシリコン融液３の湯面に対する距離を調整することが可能である。
　そして、この多結晶シリコンインゴット製造装置１０においては、上部ヒータ４３及び下部ヒータ３３とは別に、坩堝２０の側壁部２２のうち、坩堝２０の底面２１側の少なくとも一部を加熱する補助ヒータ５０が配設されている。本実施形態では、図１に示すように、補助ヒータ５０は、坩堝２０の側壁部２２に対向するように配設されており、補助ヒータ５０の高さｈは、坩堝２０の高さＨＰに対して、０．１×ＨＰ≦ｈ≦０．３×ＨＰの範囲内となるように設定されている。さらに好ましい補助ヒータ５０の高さｈとしては、０．２０×ＨＰ≦ｈ≦０．２５×ＨＰの範囲が挙げられる。
　また、この補助ヒータ５０は、図２に示すように、坩堝２０の側壁部２２がなす矩形の一辺の中央領域に対向するように配設されている。前記中央領域とは、上記坩堝２０の側壁部２２がなす矩形の一辺のうちの、その一辺に対して対向配置されている補助ヒータ５０が投影される領域を意味する。中央領域の長さｌ（すなわち、補助ヒータ５０の幅ｌ）は、坩堝２０の側壁部２２一辺の長さＬＰに対して、０．３×ＬＰ≦ｌ≦０．７×ＬＰの範囲内に設定されている。さらに好ましい中央領域の長さｌとしては、０．４×ＬＰ≦ｌ≦０．５×ＬＰの範囲が挙げられる。
　この補助ヒータ５０は、輻射式ヒータであり、坩堝２０の側壁部２２のうち補助ヒータ５０が対向配置された部分を局所的に加熱する。補助ヒータ５０の出力は、下部ヒータ３３の出力の１０～５０％程度と、比較的低く設定される。
　次に、本実施形態である多結晶シリコンインゴット１の製造方法について説明する。本実施形態では、前述した多結晶シリコンインゴット製造装置１０を用いて多結晶シリコンインゴット１を製造する。
　まず、坩堝２０内に、シリコン原料を装入する（シリコン原料装入工程Ｓ０１）。ここで、シリコン原料としては、１１Ｎ（純度９９．９９９９９９９９９）の高純度シリコンを砕いて得られた「チャンク」と呼ばれる塊状のシリコン原料が使用される。この塊状のシリコン原料の粒径は、例えば、３０ｍｍから１００ｍｍである。
　次に、坩堝２０内に装入されたシリコン原料を、上部ヒータ４３及び下部ヒータ３３に通電することによって加熱し、シリコン融液３を生成する（溶解工程Ｓ０２）。このとき、補助ヒータ５０にも通電してシリコン原料の加熱を促進させてもよい。このとき、坩堝２０内のシリコン融液３の湯面は、坩堝２０の側壁部２２の上端より低い位置に設定される。
　次に、坩堝２０内のシリコン融液３を坩堝２０の底部から上方に向けて一方向凝固させる（凝固工程Ｓ０３）。まず、下部ヒータ３３への通電を停止し、チルプレート３１の内部に供給路を介してＡｒガスを供給する。これにより、坩堝２０の底部を冷却する。このとき、上部ヒータ４３の通電を継続したままとすることにより、坩堝２０内には底面２１から上方に向けて温度勾配が発生する。この温度勾配により、シリコン融液３が上方に向けて一方向凝固する。さらに、上部ヒータ４３への通電を徐々に減少させることにより、坩堝２０内のシリコン融液３が上方に向けて凝固し、多結晶シリコンインゴット１が生成される。
　この凝固工程Ｓ０３において、坩堝２０内のシリコン固相の高さが坩堝２０の底面２１から高さＸまでの初期領域において、補助ヒータ５０を用いて坩堝２０の側壁部２２の一部を加熱する。初期領域の高さＸは、坩堝２０内のシリコン融液３の湯面高さＨＭに対して、Ｘ≦０．３×ＨＭの範囲内に設定されている。すなわち、補助ヒータ５０は、凝固工程Ｓ０３の初期領域において作動され、この初期領域を超えた時点で停止される。さらに好ましい初期領域の高さＸとしては、Ｘ≦０．１×ＨＭの範囲が挙げられる。
　このようにして、図３に示す多結晶シリコンインゴット１が、一方向凝固法によって成形される。この多結晶シリコンインゴット１は、太陽電池用基板として使用される多結晶シリコンウエハの素材となる。
　この多結晶シリコンインゴット１は、図３に示すように、四角形柱状形状をとり、その高さＨは、２００ｍｍ≦Ｈ≦３５０ｍｍの範囲内に設定されている。本実施形態では、Ｈ＝３００ｍｍに設定されている。多結晶シリコンインゴット１の水平断面は正方形の矩形面形状をとる。上記の正方形の矩形面においては、その一辺の長さＬが、５５０ｍｍ≦Ｌ≦１０８０ｍｍの範囲内に設定されている。本実施形態では、Ｌ＝６８０ｍｍに設定されている。
　この多結晶シリコンインゴット１の底部側部分Ｚ１では、酸素濃度が高く、多結晶シリコンインゴット１の頂部側部分Ｚ２では、不純物濃度が高い。そのため、これら底部側部分Ｚ１及び頂部側部分Ｚ２は切断除去され、製品部Ｚ３のみが多結晶シリコンウェハとして製品化される。
　この多結晶シリコンインゴット１においては、底部から高さ５０ｍｍの部分の水平断面における酸素濃度の最大値は、５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下である。すなわち、多結晶シリコンインゴット１の水平断面がなす矩形面の一辺の中央部分における酸素濃度は、５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下である。本実施形態では、この水平断面から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍ角の測定サンプルを採取し、フーリエ変換赤外線分光法（ＦＩ－ＩＲ）によって酸素濃度を測定した。フーリエ変換赤外線分光法による酸素濃度の測定には、日本分光社製ＦＴＩＲ４１００を使用した。
　以上のような構成を有する本実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置１０、多結晶シリコンインゴット１の製造方法及び多結晶シリコンインゴット１によれば、坩堝２０の側壁部２２のうち底面２１側に位置する部分に対向するように、補助ヒータ５０が配設されているので、坩堝２０の側壁部２２から熱が放散されることによって生じる局所的な温度の低下を抑制することが可能となる。よって、坩堝２０の底面２１側において水平断面における温度分布の偏りが改善（均一化）され、多結晶シリコンインゴット１内の局部的な酸素濃度の増加を抑制することができる。
　特に、側壁部２２の水平断面がなす環状の矩形の各一辺の中央領域では、断熱壁１２による保温効果が少なく、局部的に温度が低下し易い傾向にあるが、本実施形態では、補助ヒータ５０が、側壁部２２の前記中央領域（側壁部２２の一辺の全長Ｌに対して０．３×Ｌ≦ｌ≦０．７×Ｌの範囲内の領域）を加熱するので、確実に坩堝２０内の水平断面における温度分布の偏りを改善（均一化）することが可能となる。
　また、補助ヒータ５０が、坩堝２０の側壁部２２のうち、坩堝２０の底面２１側の少なくとも一部に対向して配設されており、その高さｈは、坩堝２０の側壁部２２の全高さＨＰに対して、ｈ≧０．１×ＨＰに設定されているので、底面２１側部分における側壁部２２からの熱の放散を抑制することができ、水平断面における温度分布の偏りを改善（均一化）することができる。また、補助ヒータ５０の高さｈが、坩堝２０の側壁部２２の全高さＨＰに対して、ｈ≦０．３×ＨＰに設定されているので、坩堝２０の上部位置において上下方向の温度勾配に影響を与えることがなく、一方向凝固を促進することが可能となる。
　さらに、本実施形態では、坩堝２０内にシリコン原料を装入する原料装入工程Ｓ０１と、坩堝２０内に装入されたシリコン原料を溶融してシリコン融液３を生成する溶解工程Ｓ０２と、坩堝２０内に貯留された前記シリコン融液３に上下方向に温度差を設けて、前記坩堝２０内に貯留された前記シリコン融液３を前記坩堝２０の底面２１側から上方に向けて一方向凝固させる凝固工程Ｓ０３と、を備えており、凝固工程Ｓ０３の初期領域において坩堝２０の側壁部２２を加熱する構成有する。従って、坩堝２０の底面２１側における水平断面の温度分布の偏りを改善（均一化）することができ、多結晶シリコンインゴット１内の局所的な酸素濃度の増加を抑制することができる。
　このように、本実施形態によれば、底部における酸素濃度が局所的に高くなる部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴット製造装置１０、多結晶シリコンインゴット１の製造方法及び多結晶シリコンインゴット１を提供することができる。
　以上、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて説明したが、これに限定されることはなく、適宜設計変更することができる。
　例えば、多結晶シリコンインゴットの大きさ等は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更してもよい。
　また、補助ヒータを坩堝の側壁部に対向するように配置したものとして説明したが、これに限定されることはなく、下部ヒータの外周側に補助ヒータを配設し、チルプレートの下側から坩堝の側壁部の一部を加熱して、坩堝内の水平断面における温度分布の偏りを改善（均一化）するように構成してもよい。
　さらに、補助ヒータを、側壁部の水平断面がなす環状の矩形の一辺の中央領域に対向するように配設したもので説明したが、これに限定されることはなく、一辺の全体に対向するように（すなわち、側壁部を囲むように）補助ヒータを配設してもよい。
　以下に本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。本実施形態で説明した多結晶シリコンインゴット製造装置を用いて、６８０ｍｍ角×高さ３００ｍｍの四角形柱状の多結晶シリコンインゴットを製造した。なお、この実施例では、補助ヒータの幅長さｌを、ｌ＝４００ｍｍとし、補助ヒータの高さｈを、ｈ＝１００ｍｍとした。
　従来例として、補助ヒータを用いずに、上部ヒータと下部ヒータのみを使用して一方向凝固を実施した。凝固速度は５ｍｍ／ｈとした。
　本発明実施例として、凝固の初期領域においては、補助ヒータを用いて坩堝の側壁部を加熱して一方向凝固を実施した。凝固速度は５ｍｍ／ｈとした。
　このようにして得られた従来例、本発明実施例の多結晶シリコンインゴットについて、高さ１０ｍｍ，５０ｍｍ，１５０ｍｍ，２５０ｍｍ，２９０ｍｍの各５箇所において、図４Ａ、図６Ａに示す水平断面の各箇所から５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍ角の測定サンプルを採取し、フーリエ変換赤外線分光法（ＦＩ－ＩＲ）により、シリコン中の酸素濃度を測定した。本発明実施例の測定結果を図４Ｂに、従来例の測定結果を図６Ｂに示す。
　また、従来例と本発明実施例において、坩堝の底面から高さ５０ｍｍの位置におけるシリコン融液の温度を測定した。なお、坩堝の中心部の温度が１４５０℃となるように、下部ヒータ及び上部ヒータ（並びに補助ヒータ）の出力を制御した状態で、温度測定を実施し、坩堝の底面から高さ５０ｍｍの位置における水平断面の温度分布図を作成した。本発明例の温度分布図を図５に、従来例の温度分布図を図７に示す。
　図４Ｂおよび図６Ｂに示されるように、従来例及び本発明実施例ともに、底面から高さ１０ｍｍ位置では、水平断面のいずれの位置でも酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。
　また、底面から高さ１５０ｍｍ位置、２５０ｍｍ位置、２９０ｍｍ位置では、水平断面のいずれの位置でも酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となっていた。
　そして、従来例では、底面から高さ５０ｍｍ位置において、水平断面のコーナ部及び中心部を除く位置で酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えていた。特に、水平断面がなす矩形状の一辺の中央領域では酸素濃度が一層高くなっていた。
　これに対して、本発明実施例では、底面から高さ５０ｍｍ位置において、水平断面のいずれの位置でも酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となっていた。
　また、温度分布図をみると、図７に示されるように、従来例では、水平断面がなす矩形状の一辺の中央領域において温度が局所的に低い部分が存在していた。
　一方、補助ヒータを用いた本発明実施例では、図５に示されるように、局所的に温度が低い部分が存在せず、水平断面における温度分布が均一化されているのが確認された。
　ここで、前述の酸素濃度の測定結果から、酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下となった部分を製品とした場合の、多結晶シリコンインゴットにおける製品歩留まりＲについて算出した。なお、多結晶シリコンインゴットの頂部は不純物量が多いことから、頂部から１０ｍｍの部分を切断除去するものとして製品歩留まりＲを計算した。
　従来例では、図６Ｂに示すように、底面から高さ５０ｍｍの位置において、局所的に酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３を超えている部分が存在したため、この領域を含む多結晶シリコンインゴットは、製品として使用することができない。このことから底面側の切断代を１５０ｍｍとした。すると、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（１５０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝４６．７％であった。
　これに対して、本発明実施例においては、図４Ｂに示すように、底面から高さ５０ｍｍの位置において、水平断面の任意の位置で酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下であったことから、この部分を含む多結晶シリコンインゴットを製品化することが可能である。本発明実施例では、底面側の切断代を５０ｍｍとした。すると、製品歩留まりＲは、Ｒ＝（３００ｍｍ―（５０ｍｍ＋１０ｍｍ））／３００ｍｍ＝８０．０％であった。
　このように、本発明によれば、製品として多結晶シリコンの歩留まりを大幅に向上させることができることが確認された。
　本発明によれば、底部における酸素濃度が局所的に高くなる部分を少なくして、多結晶シリコンの生産歩留まりを大幅に向上させることができる多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
　１　　多結晶シリコンインゴット
　３　　シリコン融液
　１０　　多結晶シリコンインゴット製造装置
　２０　　坩堝
　２１　　底面
　２２　　側壁部
　３３　　下部ヒータ
　４３　　上部ヒータ
　５０　　補助ヒータ

Claims (6)

  1. 　水平断面が矩形状である坩堝と、この坩堝の上方に配設された上部ヒータと、前記坩堝の下方に配設された下部ヒータと、を有し、前記坩堝内に貯留されたシリコン融液を、その底面から上方に向けて一方向凝固させる多結晶シリコンインゴット製造装置であって、
    　前記坩堝の側壁部のうち、前記底面側の少なくとも一部を加熱する補助ヒータを備えていることを特徴とする多結晶シリコンインゴット製造装置。
  2. 　前記補助ヒータは、前記側壁部の水平断面によって形成される環状の矩形の各一辺の中央領域を加熱する構成とされており、
    　この中央領域の前記底面に沿った方向の長さｌは、前記側壁部のうち前記一辺の全長Ｌに対して、０．３×Ｌ≦ｌ≦０．７×Ｌの範囲内に設定されている請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  3. 　前記補助ヒータは、前記坩堝の側壁部のうち、前記底面側の一部に対向して配設されており、前記補助ヒータの高さｈは、前記坩堝の全高さＨＰに対して、０．１×ＨＰ≦ｈ≦０．３×ＨＰの範囲内に設定されている請求項１または請求項２に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された多結晶シリコンインゴット製造装置を用いた多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
    　前記坩堝内に装入されたシリコン原料を溶融して前記シリコン融液を生成する溶解工程と、
    　前記下部ヒータを停止して、前記坩堝内に貯留された前記シリコン融液に対して上下方向の温度差を与えて、前記坩堝内に貯留された前記シリコン融液を前記坩堝の底面側から上方に向けて一方向凝固させる凝固工程と、を備えており、
    　前記凝固工程においては、前記補助ヒータを用いて前記坩堝の側壁部の少なくとも一部を加熱することを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造方法。
  5. 　請求項４に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
    　前記坩堝内において、前記坩堝の底面から高さがＸまでの領域を初期領域と定め、
    　前記凝固工程におけるシリコン固相の高さが、前記初期領域内にある間は、前記補助ヒータを用いて前記坩堝の側壁を加熱し、
    　前記初期領域の高さＸは、前記坩堝内の前記シリコン融液の湯面高さＨＭに対して、Ｘ≦０．３×ＨＭの範囲内に設定されている多結晶シリコンインゴットの製造方法。
  6. 　請求項４または請求項５に記載された多結晶シリコンインゴットの製造方法によって製造された多結晶シリコンインゴットであって、
    　凝固方向に直交する断面が矩形面状をなし、この矩形面の一辺の長さが５５０ｍｍ以上であり、
    　前記坩堝の底面に接触していた前記多結晶シリコンインゴットの底部から高さ５０ｍｍの部分の断面において、前記矩形面の一辺の中央部分における酸素濃度が５×１０１７ａｔｍ／ｃｍ３以下であることを特徴とする多結晶シリコンインゴット。
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