[发明专利]用于熔化硅的坩埚和该坩埚使用的脱模剂

说明书

本申请是2009年5月7日提交的申请号为200910137671.1，发明名称为“用于熔化硅的坩埚和该坩埚使用的脱模剂”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于熔化硅的坩埚，特别地，涉及一种在多晶体硅衬底的制造中使用的用于熔化硅的坩埚，该多晶体硅衬底用于太阳能电池的形成，以及涉及一种该坩埚使用的脱模剂(release agent)。

背景技术

除了通过乔赫拉斯基法方法(Czochraski method)制造的单晶硅衬底之外，可以容易地增加尺寸的多晶硅衬底被用作形成太阳能电池的衬底。通过在用于熔化硅的坩埚中(下面简单地称为“坩埚”)熔化高纯度硅，或将高温下熔化的硅熔料浇注到坩埚中，凝固该熔料以形成硅晶体(下面称为“硅块”)，使该硅块脱模，然后将这样脱模的硅块切片为恒定厚度，来制造这种多晶硅衬底。

至于用于获得各种硅衬底的坩埚，需要一种不与硅熔料起反应并且对于凝固的硅块具有优异释放能力的坩埚。石英、石墨、铂等通常被用作坩埚用的材料。但是，那些材料具有一种问题，即构成坩埚的材料本身或该材料中包含的杂质与硅熔料起反应，从而导致硅熔料污染。

为了解决该问题，其中用氮化硅粉末涂覆石英表面的坩埚、其中用碱土金属卤化物的熔膜涂覆石墨表面的坩埚、其中通过CVD方法用氮化硅膜涂覆石墨表面的坩埚、其中在熔融石英的表面上形成包含金属硅、二氧化硅和氮化硅的陶瓷金属溅射膜的坩埚等已被提出(例如，参见专利文献1和2，以及非专利文献1和2)。

此外，设有通过应用具有不同重量比的氮化硅和二氧化硅的两个层而获得的脱模剂层的坩埚，以及设有通过应用二氧化硅粉末到铸模的内表面、在其上应用二氧化硅粉末和氮化硅粉末的混合粉末以及在其上应用氮化硅粉末而获得的脱模剂层的坩埚已经被提出(例如，参见专利文献3和4)。

但是，涂覆有氮化硅粉末的坩埚有这样的问题，因为氮化硅是易碎的，在脱模时，氮化硅的薄膜破裂，硅熔料与坩埚接触，凝固的硅块被粘附到坩埚，并且在硅块中产生断裂。

此外，因为在硅熔料中溶入氮，产生这样的问题，即当在坩埚中固化硅熔料并将其晶化时，晶粒变得精细，并且当溶解的氮量进一步增加时，在晶体中沉淀氮化硅的针形晶体，从而导致获得的硅晶体质量退化。即使在通过CVD方法形成氮化硅的情况下，也会产生如上所述的相同问题。此外，CVD方法具有薄膜形成昂贵的缺点。

由此，通过按特定的重量比将二氧化硅(silica)与氮化硅混合来增加保护膜的强度的技术是众所周知的(例如，专利文献5)。

但是，二氧化硅对于硅块具有高粘附力。因此，在与硅块接触的保护膜的最外层表面上存在大量二氧化硅组分的情况下，硅块和保护膜之间的粘附力增加，并且当从坩埚脱模硅块时，有在硅块中产生断裂或破裂的高风险。

此外，涂有碱土金属卤化物的熔膜的坩埚涉及在薄膜中包含的杂质和碱土金属溶入硅熔料中，从而导致获得的硅晶体纯度减小的问题。

此外，在其上形成有陶瓷金属喷射膜的坩埚涉及这样的问题，由于喷射膜表面的光滑度差，因此需要用于使硅块的释放能力增强的抛光，由此坩埚的生产成本变得增加。此外，形成具有均匀厚度的喷射膜是困难的，并且有薄膜厚度变得不均匀，或有底部(坩埚)被露出的可能性。

因此，当在坩埚中固化和晶化硅熔料时，在露出底部的部分上粘附硅块和坩埚，或产生烘烤。结果，当从坩埚取出硅块时，有在硅块中产生断裂、划痕和剥落的可能性。如果在硅块中产生这种损坏，那么产生没有获得具有给定尺寸的衬底以及获得的衬底量减小的这种问题。在该保护膜由多层结构构成的情况下，当在层叠方向上产生快速温度梯度时，有保护膜在叠层之间剥离的问题。

此外，设有多层结构的保护膜的坩埚，类似地具有当在层叠方向上产生快速温度梯度时，在叠层之间剥离保护膜的问题，该多层结构使用氮化硅和二氧化硅的混合粉末。

为了解决那些问题，在其上形成有双层脱模剂层(下面称为“保护膜”)的坩埚已经被提出，在脱模剂层中所包含的氮化硅比率被改变，使用其表面上形成有二氧化硅层的氮化硅粉末(例如，专利文献6)。

但是，在专利文献6中描述的技术中，由于在与硅熔料接触的保护膜的最外层表面和氮化硅粉末之间也存在二氧化硅层，二氧化硅层在保护层的厚度方向上，从保护膜的最外层到与坩埚接触的部分，基本上以矩阵形状连续地形成。由此，由于保护膜的强度是高的，因此存在保护膜的最外层表面上存在的二氧化硅层被粘附到硅块，保护膜本身没有破裂，以及二氧化硅层和硅块之间的粘附被保持的可能性。结果，在从坩埚脱模硅块中，有在硅块中产生断裂和破裂的风险。