[发明专利]用于固化硅的具有低渗透率涂层的衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有特殊涂层的衬底，所述衬底用来与熔融硅接触。

更特别地，本发明涉及一种具有用于由熔融态的硅固化硅锭的用途的坩埚。

本发明还涉及一种用于制造这种坩埚的方法，并且还涉及这种坩埚用于固 化硅的用途。

背景技术

出于例如获得用于生成光伏能的应用的高纯度硅的目的，根据本发明的坩 埚可尤其被用在用于熔化和固化硅的方法中。因此，光伏电池基本上通过由液 态硅在坩埚中固化所获得的单晶硅或多晶硅制成。从在坩埚内形成的锭切割下 的晶片充当用于制造电池的主要部分。

考虑用于生长锭的坩埚通常为二氧化硅坩埚，该二氧化硅坩埚被涂覆有一 层为了防止在固化后锭粘附于坩埚而被氧化的氮化硅。

更具体地，释放行为基本上是基于处于氧化粉末形式的氮化硅Si₃N₄的存在， 该氮化硅位于硅在其冷却期间粘附所至的坩埚的内壁的表面处。当冷却时，通 过在氮化硅层内的凝聚破裂，硅锭从这些壁脱离，从而减轻源于热膨胀系数差 异的机械应力。

然而，该技术不可能防止硅被存在于氮化硅粉末中的杂质污染。

此外，该涂层不能用在所有类型的坩埚上，尤其由陶瓷、例如碳化硅或氮 化硅制成的坩埚上。这是因为，由于陶瓷是化学还原性的，它们将具有使该涂 层脱氧的作用，这会导致涂层剥离。

自然的解决方案将是生成二氧化硅屏障层，以便防止在热处理期间生成的 气体逃逸，从而防止涂层剥离。遗憾地，示差膨胀现象意味着纯二氧化硅层不 能经受热循环。

而且，由于在硅熔化-固化循环期间形状和结构的转变，工业上使用的坩埚 并不总是可重复使用的。

因此，当前仍需要这样的衬底，尤其是坩埚：该衬底具有提供气密屏障的 涂层，这些衬底能够经受数个连续的热循环，则在这方面是可重复使用的。

还仍需要这样的衬底，尤其是坩埚：该衬底允许硅锭在其冷却之后轻易脱 离，然而同时限制该锭被离型涂层污染。

最后，从工业化生产的角度来看，值得期望的是拥有一种用于通过仅需要 一些实施步骤的廉价技术来制造坩埚的方法。

发明内容

本发明恰恰目的在于提供新型衬底，尤其是具有用于由熔融态的硅固化硅 锭的用途的新型衬底，该新型衬底满足这些需求。

因此，本发明涉及一种至少部分地表面涂覆有涂层的衬底，该涂层含有至 少一个被称为“屏障”层的层，该层包括二氧化硅和选自SiC、Si和Si₃N₄中的 一种或多种材料X，在该层中，相对于屏障层的总重量，X的重量范围为25％ 至50％，所述屏障层由至少部分地涂覆有二氧化硅壳层的一种或多种材料X的 细粒构成，该屏障层被置于与衬底直接接触。

惊人地且有利地，发明人事实上已发现，上述显露出的问题可以通过使用 来容纳或支撑熔融硅的衬底的表面至少部分地涂覆有低渗透率的涂层来解决， 该涂层由预先确定比例的二氧化硅和选自SiC、Si和Si₃N₄中的一种或多种材料 X形成。

在本发明的背景下形成的涂层在几个方面是有利的，其中，屏障层与衬底 直接接触，即衬底和屏障层之间不存在中间层。该涂层同时显示出良好的衬底- 粘附性能和令人满意的气体-“屏障”性能。

表述“在…和…之间”和“范围从…至…”是等同意义，除非另有说明， 应被理解意为包括限值。根据一个变型，所述涂层由所述屏障层构成。

根据该实施方式，屏障层构成衬底的外层，与大气或衬底的容器直接接触， 即屏障层未涂覆有额外层。

根据另一个变型，所述涂层仅部分地由屏障层构成，辅助层可叠覆在屏障 层上，所述辅助层优选为离型层(releaselayer)。

所述连接层于是有利地通过氧化屏障层的外表面而获得。

根据第一变型，根据本发明所形成的涂层包括至少一个屏障层，该至少一 个屏障层由至少部分地涂覆有二氧化硅壳层的一种或多种材料X的细粒构成。

在这种情况下，通常通过烧结二氧化硅获得细粒的结合。

根据另一个变型，根据本发明所形成的涂层包括至少一个屏障层，该至少 一个屏障层处于二氧化硅基体的形式，一种或多种材料X的细粒被包含在该二 氧化硅基体中。