[发明专利]铸造装置及铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造多晶硅等半导体或金属锭的铸造装置及铸造方法。

背景技术

硅锭通过被切成预定厚度并切割成预定形状从而成为硅片。

硅片例如用作太阳能电池用基板的材料。在此，对于太阳能电池来说，转换效率等性能受到作为太阳能电池用基板的材料的硅锭的特性的影响较大。

特别是，在硅锭中，若内部含有的杂质量多则太阳能电池的转换效率大幅降低，因此，为了提高转换效率需要降低杂质量。

在此，硅是凝固时膨胀的金属，为了使硅熔液不残留于铸块的内部，例如从坩埚的底部向上方单向凝固而被铸造。另外，通过单向凝固，硅熔液内的杂质伴随着凝固的相变基于平衡偏析系数分配在液相侧，坩埚内的杂质从固相（铸块）排出至液相（硅熔液），因此能够得到杂质较少的硅锭。

下述专利文献1、2中公开了利用惰性气体供给单元向坩埚内供给氩气以抑制硅的氧化的技术。另外，通过如此对坩埚内供给的氩气，除去从硅熔液产生的氧化硅气体等，据此能够防止氧化硅气体与坩埚内的碳反应。如果氧化硅气体与碳反应会生成CO气体，如果该生成的CO气体混入硅熔液内则导致硅锭中的碳量增加，会对产品特性产生不良影响。另外，通过对坩埚内供给的氩气还抑制氧化硅气体混入硅熔液中而导致氧量增加。

专利文献1：特开2004-058075号公报

专利文献2：特开2010-534179号公报

上述现有的技术存在以下课题。

即，氩气对于熔融物表面向垂直方向喷射形成碰撞射流，因此在氩气的喷射位置及其附近熔融物温度下降，导致从该处开始凝固。结果，不能进行上述希望的单向凝固，并且特别是在硅锭的上部，低寿命区域增多。

另外，如上所述，由于在坩埚内的熔融物表面的局部开始凝固，所以凝固界面不平滑，不能进行理想的结晶生长。

另外，由于如上所述氩气形成碰撞射流，所以坩埚内的氩气的流动不均匀，不能充分进行坩埚内的氧化硅气体等的杂质的排斥。

而且，熔融物表面由于碰撞射流发生波动而促进坩埚的侵蚀，出现从坩埚的内表面产生的杂质的混入和结渣问题。

所谓结渣是指，从熔融物产生的气体或杂质等在坩埚内的熔融物表面的弯液面部分与坩埚内壁发生化学反应，导致固态物附着于坩埚内壁且不会剥离。当产生该结渣时，必须将结渣部分从铸锭分离，铸锭的成品率下降。

发明内容

本发明有鉴于上述情况而产生，目的在于提供一种能够分别减少低寿命区域及杂质的混入量，难以产生坩埚的结渣问题，进而能够通过使凝固界面平滑的理想的单向凝固来制造铸锭的铸造装置及铸造方法。

为了解决这种课题并达到上述目的，本发明所涉及的铸造装置，具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元，所述铸造装置的特征在于，所述惰性气体供给单元具备延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，所述气体吐出口设置为从所述气体吐出口吐出的惰性气体的流动平行于所述坩埚内的熔融物表面，即平行于水平面，或者相对于所述坩埚内的熔融物表面即水平面具有规定角度地倾斜。

另外，本发明的铸造方法使用具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元的铸造装置，所述铸造方法的特征在于，所述惰性气体供给单元具备延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，从所述气体吐出口以流动平行于所述坩埚内的熔融物表面即水平面，或者相对于所述坩埚内的熔融物表面即水平面具规定角度地倾斜的方式供给惰性气体。

该结构的铸造装置或者铸造方法中，从气体通道的前端部的气体吐出口，以流动平行于坩埚内的熔融物表面或者相对于坩埚内的熔融物表面具有规定角度地倾斜的方式供给惰性气体。因此，惰性气体不会在坩埚内的熔融物表面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着熔融物表面大致均匀地流动。

结果，难以在坩埚内的熔融物表面上产生温度下降的部分，因此能够进行凝固界面平滑的从坩埚的底部的理想的单向凝固。因此，低寿命区域变少，杂质向铸锭的混入也变少。

另外，从气体吐出口以流动平行于坩埚内的熔融物表面，或者相对于坩埚内的熔融物表面具有规定角度地倾斜的方式供给惰性气体，因此坩埚内的惰性气体的流动平滑，氧化硅气体等引起杂质的混入的气体的去除效率提高。因此，在这点上也能够减少杂质的混入。

进而，由于坩埚内的熔融物表面平滑，抑制熔融物表面造成的坩埚的侵蚀，从坩埚的内部漏出的杂质向铸锭的混入，或结渣的问题也难以产生。