[发明专利]多晶硅锭铸造用铸模及其制造方法和多晶硅锭的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅锭铸造用铸模、多晶硅锭铸造用铸模的制造方法及多晶硅锭的铸造方法。

背景技术

以往，在用于铸造多晶硅锭(其用于称为太阳能电池板的太阳能电池，且具有99.9999以上的纯度)的有底多边形筒状铸模(以下，称为角槽)中，为了避免污染物混入熔融的多晶硅(以下，称为熔融多晶硅)，通常使用由99.5％以上高纯度的二氧化硅成型得到的二氧化硅角槽。

在这种二氧化硅角槽中，在升温到多晶硅的熔融温度即1400℃后再进行冷却的工序中，由于二氧化硅发生四个阶段的结晶形态的变化而导致体积变化，因此造成该二氧化硅角槽破碎。因此，用于铸造多晶硅锭(其用于太阳能电池)的二氧化硅角槽的现状是：由于只使用一次便丢弃，因此制造成本高涨，并且，破损的二氧化硅角槽由于很难回收从而需要作为工业废弃物进行处理，因此费用也变得极大。

在使用只采用二氧化硅作为主材质来成型得到的二氧化硅角槽使多晶硅熔融凝固的情况下，熔融多晶硅会附着在二氧化硅角槽表面。已知一种旨在防止该现象的技术：而将氮化硅作为脱模剂涂覆在角槽表面(例如，专利文件1)，并在1000℃以上进行加热并烧制。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：日本特表2001-510434号公报

发明内容

然而，在上述现有技术中，存在以下问题：熔融多晶硅浸润到二氧化硅角槽内部，结果造成二氧化硅角槽中所含有的0.5％左右的杂质熔出到熔融多晶硅中，致使经熔融凝固得到的多晶硅锭内含有各种金属氧化物。

并且，还存在以下问题：在将采用上述技术得到的多晶硅锭用线锯切成薄片时，当切割从氮化硅脱模剂与二氧化硅角槽处卷入的约数百微米尺寸的颗粒时，线锯被切断，需要半至一天的时间来复原。

如上所述，多晶硅中的杂质对称为太阳能电池板的太阳能电池的重要性能(热转换效率或热转换速度)会有较大影响，因此防止该杂质的混入或降低杂质的浓度，对于生产厂家而言将成为一个很大的问题。

鉴于上述实际情况，本发明的技术问题是提供一种太阳能电池用的多晶硅锭铸造用铸模、多晶硅锭铸造用铸模的制造方法及多晶硅锭的铸造方法，使得可以抑制来自铸模主体的物质向熔融多晶硅移动，同时实现降低生产成本的目的，从而铸造超高纯度的太阳能电池用的多晶硅锭。

为了解决上述课题，本发明的发明人进行了深入讨论，结果发现通过在与熔融的多晶硅接触侧的铸模主体表面，设置气孔率范围为20％～30％、厚度为0.5mm以上的含有氮化硅的覆膜层，可以使得熔融多晶硅不会浸润到背后的铸模内部。即，本发明涉及的多晶硅锭铸造用铸模是一种以二氧化硅为主体主材质的多晶硅锭铸造用铸模，所述多晶硅锭铸造用铸模通过在与熔融的多晶硅接触侧的铸模主体表面涂覆含有氮化硅的浆体并进行烧结，从而具有气孔率范围为20％～30％、厚度为0.5mm以上的覆膜层。

在这种情况下，氮化硅的纯度范围优选为99％～99.99％。通过使用具有这种纯度的氮化硅，可以在铸模主体表面形成能够防止熔融多晶硅浸润到铸模内部的致密的覆膜层。另外，当氮化硅的纯度不足99％时，将会造成氮化硅中所含有的金属氧化物向熔融多晶硅中熔出，另外，当氮化硅的纯度高于99.99％时，原料价格极高，在工业上是不现实的。

并且，在本发明涉及的多晶硅锭铸造用铸模中，二氧化硅，作为铸模主体的主材质，其纯度范围可以设为70％～99％。即，通过在铸模主体表面形成具有上述结构的覆膜层，使得构成铸模主体的二氧化硅与熔融多晶硅之间实质上不接触，从而可以抑制来自铸模主体的物质向熔融多晶硅移动。因此，无需使用99.5％以上高纯度、高价格的二氧化硅，而可以使用低纯度、低价格的二氧化硅作为构成铸模主体的主材质，可以实现降低多晶硅锭生产成本的目的。

并且，本发明涉及的多晶硅锭铸造用铸模的制造方法是一种以二氧化硅为主体主材质的多晶硅锭铸造用铸模的制造方法，包括：在与熔融的多晶硅接触侧的铸模主体表面，涂覆含有氮化硅的浆体的工序；以及，对涂覆浆体后的铸模主体进行烧结，形成气孔率范围为20％～30％、厚度为0.5mm以上的覆膜层的工序。

在这种情况下，氮化硅的纯度优选范围设为99％～99.99％。通过使用具有这种纯度的氮化硅，可以在铸模主体表面形成能够防止熔融多晶硅浸润到铸模内部的致密的覆膜层。另外，当氮化硅的纯度不足99％时，将会造成氮化硅中所含有的金属氧化物向熔融多晶硅中熔出，另外，当氮化硅的纯度高于99.99％时，原料价格极高，在工业上是不现实的。