DE10150680A1

DE10150680A1 - Verfahren zur Beschichtung von Kokillen zum Schmelzen und Kristallisieren von Silizium

Info

Publication number: DE10150680A1
Application number: DE2001150680
Authority: DE
Original assignee: SCANWAFER GmbH
Current assignee: SCANWAFER GMBH, 63743 ASCHAFFENBURG, DE
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beschichteten der Innenseite von Schmelz Kokillen zum Schmelzen von reinem Silizium für Photovoltaik Anwendungen.
Bisher werden in der Photovoltaik Industrie, zum Schmelzen von Silizium eingesetzte Kokillen, mit Siliziumnitrid beschichtet. Dabei wird ein Alkohol (Polyvinylalkohol) mit pulverförmigem SiN gemischt und über ein Spritzverfahren auf der Innenseite der Kokillen aufgebracht. Nach dem Aufbringen des SiN in mehreren Schichten wird die beschichte Kokille in einem elektrisch beheizten Ofen in zum Trocknen und Einbrennen der Schicht auf Temperaturen von 700 bis 900°C aufgeheizt. Die meisten im so genannten Schlickerguß- Verfahren hergestellten Quarz Kokillen müssen dabei zweimal aufgeheizt werden.
Das erste Aufheizen erfolgt beim Hersteller des Tiegels und dient dem Tiegelbrennen zu Erzielung ausreichender Festigkeit.
Der zweite Heizvorgang erfolgt nach dem Aufbringen der Schicht (in der Regel beim Hersteller der Siliziumblöcke) und dient dem Trocknen und Einbrennen der Schicht. Die nach diesem Verfahren hergestellten Schichten sind jedoch wenig hart und fest und bilden keine dichte Diffusionsbarriere zwischen Quarztiegel und geschmolzenem Silizium. Die vorhandene Durchlässigkeit in der Schicht führt zu einer höheren Sauerstoffkonzentration im Silizium. Zudem besteht die Gefahr daß die nur lose aufsitzende Siliziumnitridschicht beim Beladen des Tiegel mit stückigem Silizium beschädigt wird. Beim Erstarren der Schmelze in der Kokillen kommt es an diesem beschädigten Stellen zum verkleben von Silizium an der Kokillen. Dies führt zum Abreißen des Silizium Blockes. Falls das verkleben in einem frühen Stadium der Kristallisation (im unteren Bereich der Kokille) stattfindet kann dies auch zum Kokillenbruch führen.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde ein Beschichtungsverfahren derart zu gestalten daß zum einen Siliziumnitrid Schichten mit einer höheren Haftfestigkeit aufgebracht werden können und zum anderen dichtere SiN schichten als effective diffusionsbarrieren aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß wird Vorgeschlagen den Brennofen, in dem der 1. Brennvorgang beim Herstellen des Tiegels durchgeführt wird, so gestaltet daß durch die Zufuhr von verschiedenen Gasen in die Innenseite des Tiegels eine SiN Schicht abgeschieden wird.
der Tiegel wird dazu mit der Öffnung nach unten auf den Herdwagen eines Brennofens aufgesetzt. Auf dem Herd Wagen befindet sich ein Gaszuführungs und -verteilsystem, das mit einem Abstand von ca. 15 mm an die Ihnenkontur des Tiegels angepasst ist.
über die Gaszuführeinrichtung wird zum einen Silan (oder ein Silan-Wasserstoffgemisch) und zum anderen Ammoniak als Redaktions Partner zugeführt. Durch die Redaktion bilded sich SiN, das sich auf der Heißen Innenseite der Quarz Kokillen niederschlägt. Der sich bildende Wasserstoff wird zusammen mit den nicht reagierten Bestandteilen über eine Abgaseinrichtungen nach außen geführt.
um die Haftfestigkeit zwischen Quarz Kokillen und der aufgebrachten Siliziumnitrid Schicht zu verbessern ist es möglich das Verfahren so durchzuführen das in einer ersten Abscheiderphase mit Silan und Sauerstoff gearbeitet wird. Dabei bildet sich eine SiO₂ Schicht die eine gute Haftfestigkeit mit dem Grundmaterial hat. Durch graduelles übergehen von Sauerstoff auf Ammoniak kann eine Gradientenschicht erzeugt werden die einer besseren Haftfestigkeit mit dem Grundmaterial bietet.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten von Kokillen zum Schmelzen von hoch reinem Silizium, insbesondere für photovoltaische Verwendungszwecke, vorzugsweise zur Verwendung für die Waferfertigung in der Solarindustrie, bei dem zur Herstellung der Beschichtung, Silan mit Ammoniak in die Innenseite eines von außen geheizten Tiegels eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiges Silan und gasförmiges Ammoniak mit einer Temperatur unterhalb von 400°C über eine auf der Innenseite, des auf eine Temperatur von über 500°C aufgeheizten, Tiegels angeordnete Gasveteilereinrichtung eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silan- Wasserstoffgemisch als reaktionspartner mit Ammoniak eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht über eine Reaktion von Silan mit Sauerstoff eine SiO₂ Schicht abgeschieden wird und danach von sauerstoff auf Ammoniak übergegangen wird wobei zuletzt eine SiN Schicht abgeschieden wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase durch den Boden eines Herdwagens in ein auf dem Herdwagen befindliches Gasverteilersystem eingebracht wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase über Düsenöffnungen, die an der Oberfläche des Gasverteilersystem angebracht sind, eingeblasen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung(en) während des Einblasens mittels eines Kühlmittels auf einer Temperatur unterhalb von 400°C gekühlt wird (werden).