JP2006326670A - Method for forming mold-released layer, and method for producing silicone ingot - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a mold-released layer on a mold for forming a silicon ingot by which the mold-released layer can be formed on the inner surface of the mold at uniform thickness and strength by restraining the settling of ceramic particles contained in slurry with time. <P>SOLUTION: In the method for forming the mold-released layer 2 by coating and drying the slurry on the inner surface of the mold 1 for forming the silicon ingot, the slurry contains ceramic particles and a cross-linking assistant. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はシリコンインゴット形成用鋳型への離型層の形成方法及びシリコンインゴットの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a release layer on a silicon ingot forming mold and a method for manufacturing a silicon ingot.

太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、クリーンな石油代替エネルギー源として小規模な家庭用から大規模な発電システムまでその実用化が期待されている。これらは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類され、なかでも現在市場に流通しているものの多くは結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池は更に単結晶型と多結晶型に分類される。単結晶シリコン太陽電池は基板の品質がよいために変換効率の高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶シリコン太陽電池は基板の品質が単結晶シリコン基板に比べて劣るという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。このため多結晶シリコン太陽電池は従来から市場に流通してきたが、近年、環境問題への関心が高まる中でその需要は増加しており、より低コストで高い変換効率が求められている。こうした要求に対処するためには多結晶シリコン基板の低コスト化、高品質化が必要であり、高純度のシリコンインゴットを歩留よく製造することが求められている。   Solar cells convert incident light energy into electrical energy, and are expected to be put to practical use from small households to large-scale power generation systems as clean oil alternative energy sources. These are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of materials used, and most of them currently on the market are crystalline silicon solar cells. This crystalline silicon solar cell is further classified into a single crystal type and a polycrystalline type. Single crystal silicon solar cells have the advantage that conversion efficiency can be easily increased because the quality of the substrate is good, but the disadvantage is that the manufacturing cost of the substrate is high. On the other hand, the polycrystalline silicon solar cell has the advantage that the quality of the substrate is inferior to that of the single crystal silicon substrate, but it can be manufactured at a low cost. For this reason, polycrystalline silicon solar cells have been distributed in the market. However, in recent years, the demand has increased as interest in environmental problems has increased, and higher conversion efficiency is required at lower cost. In order to cope with such a demand, it is necessary to reduce the cost and quality of the polycrystalline silicon substrate, and it is required to manufacture a high-purity silicon ingot with a high yield.

多結晶シリコンインゴットは、高温で加熱溶融させたシリコン融液を鋳型内に注湯して鋳型底部より一方向凝固させることによって形成したり、シリコン原料を鋳型内に入れて一旦溶融した後、再び鋳型底部より一方向凝固させることによって形成したりする。   A polycrystalline silicon ingot is formed by pouring a silicon melt heated and melted at a high temperature into a mold and solidifying it unidirectionally from the bottom of the mold. It is formed by unidirectionally solidifying from the bottom of the mold.

このような鋳型としては、通常、石英あるいは溶融シリカ製鋳型や黒鉛製鋳型の内表面に離型層を形成したものが用いられる。これはシリコンの溶融中あるいは凝固中にシリコンと鋳型が融着することを防止するためである。シリコンと鋳型が融着すると、鋳型内で凝固したシリコンインゴットを冷却する際に鋳型部材とシリコンとの熱収縮率の違いによってシリコンインゴットに応力が働き、シリコンインゴットが割れたり、脱型の際にシリコンインゴットに欠けが発生したりして歩留が低下するという問題が発生する。   As such a mold, a mold in which a release layer is formed on the inner surface of a quartz or fused silica mold or a graphite mold is usually used. This is to prevent the silicon and the mold from being fused during the melting or solidification of the silicon. When silicon and the mold are fused, when the silicon ingot solidified in the mold is cooled, stress acts on the silicon ingot due to the difference in thermal shrinkage between the mold member and silicon, and the silicon ingot is cracked or demolded. There is a problem that the silicon ingot is chipped or the yield is lowered.

離型層は、一般に経済性の観点から窒化珪素、二酸化珪素等のセラミック粒子を水やアルコールなどの溶媒と適当な有機バインダーとから構成される溶液中に入れて攪拌してスラリー化し、このスラリーを鋳型の内表面に塗布して形成することが知られている。   In general, from the viewpoint of economy, the release layer is made by mixing ceramic particles such as silicon nitride and silicon dioxide into a solution composed of a solvent such as water or alcohol and an appropriate organic binder, and stirring the slurry. Is known to be applied to the inner surface of a mold.

ところが、例えば、鋳型の内表面に窒化珪素からなるスラリーを塗布してシリコンを鋳造する場合、窒化珪素からなる離型層は鋳型への付着性が弱いために鋳型から剥離しやすく、皮膜自体の強度が脆弱で破損しやすいため、シリコン融液が離型層中に侵入し、さらには離型層中の窒化珪素は高温のシリコン融液と長時間接触するためにシリコン融液中に溶け込むという問題があった。このため、シリコン融液を鋳型内へ注湯する際やシリコン原料を鋳型内で溶融したりシリコン融液を凝固させる際に、離型層が破損したりシリコン融液が離型層中に侵入したりしてシリコン融液が鋳型に接触して融着するため、鋳型内で凝固したシリコンインゴットを冷却する際に鋳型部材とシリコンとの熱収縮率の違いによってシリコンインゴットに応力が働いてシリコンインゴットが割れたり、シリコンインゴットを鋳型から脱型できなくなったり、さらに脱型の際にシリコンインゴットが欠けたりして歩留が低下するという問題を発生することがあった。また、破損した離型層が鋳型から剥離してシリコン融液中へ混入すると、異物としてシリコンインゴット内に残留し、シリコンインゴットの歩留が低下する問題があった。   However, for example, when casting silicon by applying a slurry made of silicon nitride to the inner surface of the mold, the release layer made of silicon nitride is easy to peel off from the mold because of its weak adhesion to the mold, and the coating itself Since the strength is fragile and easily damaged, the silicon melt penetrates into the release layer, and the silicon nitride in the release layer dissolves in the silicon melt because it is in contact with the high temperature silicon melt for a long time. There was a problem. For this reason, when the silicon melt is poured into the mold, or when the silicon raw material is melted in the mold or the silicon melt is solidified, the release layer is damaged or the silicon melt enters the release layer. Since the silicon melt comes into contact with the mold and melts, when the silicon ingot solidified in the mold is cooled, stress is applied to the silicon ingot due to the difference in thermal shrinkage between the mold member and silicon. In some cases, the ingot is broken, the silicon ingot cannot be removed from the mold, and the silicon ingot is lost during the removal, resulting in a decrease in yield. Further, when the damaged release layer is peeled off from the mold and mixed into the silicon melt, it remains in the silicon ingot as a foreign substance, resulting in a problem that the yield of the silicon ingot is lowered.

また、窒化珪素を平均粒径0.1〜0.5μmの大きさに微細化し、さらにスラリー中にさまざまな分散剤や界面活性剤を添加して窒化珪素の微粒子が均一に分散したスラリーを塗布することで離型層の強度や鋳型との付着性を改善することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−239682号公報
In addition, silicon nitride is refined to an average particle size of 0.1 to 0.5 μm, and various dispersants and surfactants are added to the slurry to apply a slurry in which silicon nitride particles are uniformly dispersed. It has been proposed to improve the strength of the release layer and the adhesion to the mold (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-239682 A

しかしながら、上記方法では、スラリー形成当初は、窒化珪素はスラリー中で均一に分散しているものの、時間の経過に伴う窒化珪素の沈降を充分に抑えることができないことから、このようなスラリーを鋳型の内表面に塗布して形成した離型層は、厚みや強度にバラツキが生じて離型層の薄い部分や破損した部分でシリコン融液と鋳型が融着しやすくなるという問題がある。その故、スラリーは頻繁に攪拌する事によって沈降した窒化珪素の撹拌を行う必要があり、また、一度沈降した窒化珪素は粒子間の結びつきが強くなるために分散し難く、撹拌に時間がかかるため作業性が悪化するといった問題があった。   However, in the above method, although the silicon nitride is uniformly dispersed in the slurry at the beginning of the slurry formation, the precipitation of the silicon nitride with the passage of time cannot be sufficiently suppressed. The mold release layer formed by coating on the inner surface of the mold has a problem in that the thickness and strength vary, and the silicon melt and the mold are easily fused at a thin part or a damaged part of the mold release layer. Therefore, it is necessary to stir the precipitated silicon nitride by frequently stirring the slurry, and the silicon nitride once settled is difficult to disperse due to the strong connection between the particles, and it takes time to stir. There was a problem that workability deteriorated.

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、スラリー中に含有されるセラミック粒子が時間経過に伴って沈降することを抑制し、鋳型の内表面に離型層を均一な厚み及び強度で形成することが可能なシリコンインゴット形成用鋳型への離型層の形成方法およびシリコンインゴットの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to suppress the ceramic particles contained in the slurry from settling with the passage of time, and to provide a uniform release layer on the inner surface of the mold. An object of the present invention is to provide a method for forming a release layer on a silicon ingot-forming mold that can be formed with an appropriate thickness and strength, and a method for producing a silicon ingot.

本発明の離型層の形成方法は、シリコンインゴット形成用鋳型の内表面にスラリーを塗布、乾燥して成る離型層の形成方法であって、前記スラリーはセラミック粒子及び架橋助剤を含有してなることを特徴とする。   The mold release layer forming method of the present invention is a mold release layer forming method in which a slurry is applied to the inner surface of a silicon ingot forming mold and dried. The slurry contains ceramic particles and a crosslinking aid. It is characterized by.

ここで、前記セラミック粒子は、二酸化珪素又は窒化珪素を含んでなるほうが好ましく、また、前記架橋助剤は前記セラミック粒子に対して、0.05重量%以上3質量%以下の割合で含有されるほうが好ましい。   Here, the ceramic particles preferably contain silicon dioxide or silicon nitride, and the crosslinking aid is contained in a proportion of 0.05% by weight to 3% by weight with respect to the ceramic particles. Is preferred.

また、前記スラリーは、スプレーより塗布されるほうが好ましい。   The slurry is preferably applied by spraying.

本発明のシリコンインゴットの製造方法は、上記の離型層の形成方法を用いて、内表面に離型層が形成されたシリコンインゴット形成用鋳型内で、シリコン融液を凝固させてシリコンインゴットを製造することを特徴とする。   The method for producing a silicon ingot according to the present invention is a method for forming a silicon ingot by solidifying a silicon melt in a mold for forming a silicon ingot having a release layer formed on the inner surface by using the method for forming a release layer. It is characterized by manufacturing.

本発明の離型層の形成方法は、シリコンインゴット形成用鋳型の内表面にスラリーを塗布・乾燥して成るものであって、前記スラリーは、セラミック粒子及び架橋助剤を含有してなることから、スラリー中に含有されるセラミック粒子が時間経過に伴って沈降することを抑制できるため、鋳型の内表面に離型層を均一な厚み及び強度で形成することが可能となる。その結果、シリコン融液と鋳型との融着を抑制できる。   The release layer forming method of the present invention is obtained by applying and drying a slurry on the inner surface of a silicon ingot forming mold, and the slurry contains ceramic particles and a crosslinking aid. Since the ceramic particles contained in the slurry can be prevented from settling with time, the release layer can be formed on the inner surface of the mold with a uniform thickness and strength. As a result, the fusion between the silicon melt and the mold can be suppressed.

また、スラリー中でセラミック粒子同士が架橋されることから、セラミック粒子が沈降した場合においても、比較的短時間の攪拌によって容易にセラミック粒子を分散させることができる。   Further, since the ceramic particles are crosslinked in the slurry, even when the ceramic particles settle, the ceramic particles can be easily dispersed by stirring for a relatively short time.

ここで、セラミック粒子は二酸化珪素又は窒化珪素からなることが好ましく、これにより離型層からシリコンインゴットへの不純物の混入を抑えることができ、離型性を良好にすることができるとともに、二酸化珪素や窒化珪素における粒子同士の結合による硬い粗大粒子の形成を抑制することが可能となる。   Here, it is preferable that the ceramic particles are made of silicon dioxide or silicon nitride, which can suppress the mixing of impurities from the release layer into the silicon ingot, improve the releasability, and improve the silicon dioxide. In addition, it is possible to suppress the formation of hard coarse particles due to bonding between particles in silicon nitride.

また、架橋助剤は、前記セラミック粒子に対して、0.05重量%以上3質量%以下の割合で含有されることが好ましく、これによりセラミック粒子の沈降をより効果的に抑制することが可能となる。   Further, the crosslinking aid is preferably contained in a proportion of 0.05% by weight or more and 3% by weight or less with respect to the ceramic particles, and thereby, the sedimentation of the ceramic particles can be more effectively suppressed. It becomes.

さらに、スラリーは、離型層の膜均一性の観点からスプレーにより塗布されることが好ましい。   Furthermore, the slurry is preferably applied by spraying from the viewpoint of film uniformity of the release layer.

また本発明のシリコンインゴットの製造方法は、上記の離型層の形成方法を用いて、内表面に離型層が形成されたシリコンインゴット形成用鋳型内で、シリコン融液を凝固させてシリコンインゴットを製造することから、均一性の高い離型層によってシリコン融液と鋳型との融着を効果的に抑制できるため、信頼性の高いシリコンインゴットを生産性良く製造することが可能となる。   Further, the method for producing a silicon ingot according to the present invention comprises the step of forming a silicon ingot by solidifying a silicon melt in a mold for forming a silicon ingot having a release layer formed on the inner surface by using the method for forming a release layer. Therefore, since the fusion between the silicon melt and the mold can be effectively suppressed by the release layer having high uniformity, it is possible to manufacture a highly reliable silicon ingot with high productivity.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る離型層の形成方法により離型層が形成された鋳型の一例を示す図である。鋳型1は例えば黒鉛や石英、シリカまたはセラミックなどから成り、一体成型鋳型や分割組み立て可能な分割型鋳型によって構成される。そして、鋳型1の内表面には、シリコン融液が鋳型1と融着することを防ぐために離型層2が形成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a view showing an example of a mold in which a release layer is formed by the release layer forming method according to the present invention. The mold 1 is made of, for example, graphite, quartz, silica, ceramic, or the like, and is configured by an integrally molded mold or a divided mold that can be assembled separately. A release layer 2 is formed on the inner surface of the mold 1 in order to prevent the silicon melt from fusing with the mold 1.

本発明に係る離型層2は、窒化珪素、二酸化珪素、炭化珪素などからなるセラミック粒子を有機バインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合・攪拌してスラリーとし、この中に架橋助剤を含有させる。そして、作製したスラリーをへらや刷毛、スプレー法などを用いて鋳型1の内面に塗布・乾燥させて離型層2を形成する。   The release layer 2 according to the present invention is prepared by mixing and stirring ceramic particles made of silicon nitride, silicon dioxide, silicon carbide or the like in a solution composed of an organic binder and a solvent, and forming a slurry therein. Containing. Then, the produced slurry is applied and dried on the inner surface of the mold 1 using a spatula, a brush, a spray method or the like to form the release layer 2.

このように、スラリーに架橋助剤を含有させることによって、セラミック粒子の沈降の沈降を抑制することが可能となる。このメカニズムとしては、架橋助剤がスラリー内のセラミック粒子間を架橋することにより、セラミック粒子同士が弱い結合によって脆弱な凝集体(フロック)を形成し、このフロックがスラリー中に捕われ易いために沈降が抑制されるものと考えられる。よって、このようなスラリーを鋳型1の内表面に塗布して形成された離型層2は、厚みや強度のバラツキを抑え離型層2の薄い部分や破損した部分でシリコン融液と鋳型1が融着しやすくなるといった問題を抑制することができる。さらに、このフロックは沈降した場合においても、従来に比べて短時間の攪拌により容易に分離状態に回復させることができるため、常に離型層2の均一性の確保に優れており、従来より攪拌時間が短縮され、作業性が悪化するといった問題を抑制することができる。架橋助剤としてはポリエチレングリコール、N−ビニルアクリルアミド、ジビニルベンゼン、グリシジルアクリレート等が使用される。   Thus, it becomes possible to suppress sedimentation of the sedimentation of ceramic particles by including a crosslinking aid in the slurry. As this mechanism, the cross-linking aid cross-links between the ceramic particles in the slurry to form weak aggregates (floc) due to weak bonding between the ceramic particles, and the flocs are likely to be trapped in the slurry. Is considered to be suppressed. Therefore, the release layer 2 formed by applying such a slurry to the inner surface of the mold 1 suppresses variations in thickness and strength, and the silicon melt and the mold 1 are formed in a thin portion or a damaged portion of the release layer 2. Can be prevented from being easily fused. Furthermore, even when this floc settles, it can be easily recovered to a separated state by stirring for a short time compared to the conventional case. The problem that time is shortened and workability | operativity deteriorates can be suppressed. As the crosslinking aid, polyethylene glycol, N-vinyl acrylamide, divinyl benzene, glycidyl acrylate, or the like is used.

また、有機バインダーは、塗布後における粒子同士を強く結び付け、相互に保持させる成形性のために用いられるものであり、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ワックスなどが一般的に使用される。   In addition, the organic binder is used for moldability that strongly bonds particles after coating and holds them together. For example, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, wax Are generally used.

有機バインダーにポリビニルアルコールを用い、架橋助剤にポリエチレングリコールを用いると本発明の効果が顕著に確認することができた
セラミック粒子としては、シリコンインゴットへの不純物の混入を抑える観点から、二酸化珪素また、窒化珪素が好ましく、さらに、離型性を考慮して二酸化珪素と窒化珪素との混合粒子を用いたほうが好ましい。また、二酸化珪素や窒化珪素は凝集しやすく、強く結びついてしまい、その結果、硬い粗大粒子を形成しやすい。また、このような粗大粒子は離型層2中での凝集力が弱く、鋳型1との付着性も悪くて剥離し易いため、離型層2が剥離してシリコン融液中に混入して異物になるといった問題があった。しかし、スラリーに架橋助剤を含有させることにより当該問題を効果的に抑制することができた。また、二酸化珪素の平均粒径は0.1〜40μm程度の粒子、また窒化珪素の平均粒径は0.1〜5μm程度の粒子が用いられる。
When polyvinyl alcohol is used as the organic binder and polyethylene glycol is used as the crosslinking aid, the effects of the present invention could be remarkably confirmed. From the viewpoint of suppressing contamination of the silicon ingot with silicon dioxide, Silicon nitride is preferable, and it is more preferable to use mixed particles of silicon dioxide and silicon nitride in consideration of releasability. In addition, silicon dioxide and silicon nitride tend to aggregate and bind strongly, and as a result, hard coarse particles are easily formed. Further, such coarse particles have a weak cohesive force in the release layer 2 and have poor adhesion to the mold 1 and are easy to peel off. Therefore, the release layer 2 is peeled off and mixed into the silicon melt. There was a problem of becoming a foreign object. However, the problem could be effectively suppressed by adding a crosslinking aid to the slurry. Further, particles having an average particle diameter of silicon dioxide of about 0.1 to 40 μm and particles having an average particle diameter of silicon nitride of about 0.1 to 5 μm are used.

また、有機バインダー水溶液を混合したスラリーを鋳型1内面に被覆する場合、その後の加熱で有機バインダーの熱分解性生成物がシリコン融液中に混入することを防止するため、脱脂処理を行うことが好ましい。また、乾燥方法としては、自然乾燥または、ホットプレート、オーブンなどの従来周知の方法を用いて乾燥させて脱脂処理を行なわれる。   In addition, when the slurry mixed with the aqueous organic binder solution is coated on the inner surface of the mold 1, a degreasing treatment may be performed in order to prevent the thermally decomposable product of the organic binder from being mixed into the silicon melt by subsequent heating. preferable. Moreover, as a drying method, degreasing is performed by natural drying or drying using a conventionally known method such as a hot plate or an oven.

架橋助剤は、スラリー中のセラミック粒子の重量に対して、0.05〜3質量%の量で含有させたほうが好ましい。上記範囲の架橋助剤を含有させることによって、セラミック粒子のフロックが形成されやすく、セラミック粒子の沈降を抑制することができる。架橋助剤の含有量が0.05重量%より少ない場合には、セラミック粒子の沈降を抑える効果が小さく、3重量%より多い場合には、スラリーの粘度が増すため塗布作業の作業性が悪く、またシリコンインゴットの不純物汚染となる可能性があるため好ましくない。   The crosslinking aid is preferably contained in an amount of 0.05 to 3% by mass with respect to the weight of the ceramic particles in the slurry. By containing the crosslinking aid in the above range, flocs of the ceramic particles are easily formed, and sedimentation of the ceramic particles can be suppressed. When the content of the crosslinking aid is less than 0.05% by weight, the effect of suppressing the sedimentation of the ceramic particles is small. When the content is more than 3% by weight, the viscosity of the slurry increases, so that the workability of the coating work is poor. In addition, it is not preferable because it may cause impurity contamination of the silicon ingot.

また、本発明のスラリーの塗布は、スプレー法によって行うことが好ましい。スプレー装置を用いて鋳型1内面にスラリーを塗布することにより、より均一な塗布が可能である。また、本発明のスラリーではセラミック粒子の沈降を抑え、さらに硬い粗大粒子の形成を抑えることから、スプレーノズルの先端で詰まるといった問題もなく、常に均一なスラリーを塗布し続けることができる。   Moreover, it is preferable to perform application | coating of the slurry of this invention by the spray method. By applying the slurry to the inner surface of the mold 1 using a spray device, more uniform application is possible. In addition, since the slurry of the present invention suppresses the settling of ceramic particles and further suppresses the formation of hard coarse particles, it is possible to always apply a uniform slurry without any problem of clogging at the tip of the spray nozzle.

鋳型1の内表面には離型層2を形成し、その後、鋳型1を例えば、7〜100Torrに減圧したアルゴン(Ar)雰囲気中でシリコン融液と同程度か若干低い温度で加熱してシリコン融液を注湯する。または、鋳型1内にシリコン原料を入れて加熱溶融してもよい。その後、鋳型1の底部から徐々に降温させてシリコン融液を鋳型1底部から徐々に一方向凝固させる。最後に、鋳型1からシリコンインゴットを取り出すことにより、シリコンインゴットが形成される。   A mold release layer 2 is formed on the inner surface of the mold 1, and then the mold 1 is heated at a temperature similar to or slightly lower than that of the silicon melt in an argon (Ar) atmosphere reduced to, for example, 7 to 100 Torr. Pour the melt. Alternatively, a silicon raw material may be put into the mold 1 and heated and melted. Thereafter, the temperature is gradually lowered from the bottom of the mold 1 to gradually solidify the silicon melt from the bottom of the mold 1 in one direction. Finally, the silicon ingot is formed by removing the silicon ingot from the mold 1.

本発明のスラリーを内面に塗布した鋳型1を用いて作製したシリコンインゴットは、離型層2が均一な皮膜であるため、従来に比べ強度も高いため離型層2が剥がれ落ちるといった問題が抑制され、シリコンインゴットが鋳型1に融着したり、シリコンインゴット内に離型層2の部材が混入したりといった問題を抑制できる。さらに、均一な皮膜であるため、鋳型1内における熱の出入りのバラツキが抑えられることにより、一方向性の優れたシリコンインゴットの作製を行うことが可能となる。   The silicon ingot produced by using the mold 1 coated with the slurry of the present invention on the inner surface has a uniform release layer 2 and thus has a higher strength than the conventional one, so that the problem that the release layer 2 is peeled off is suppressed. Thus, it is possible to suppress problems such as the silicon ingot being fused to the mold 1 and the member of the release layer 2 being mixed into the silicon ingot. Furthermore, since it is a uniform film, it is possible to manufacture a silicon ingot having excellent unidirectionality by suppressing variations in heat entering and leaving the mold 1.

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。   It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、スラリーにボールミルや振動ミル等を使用しても構わない。セラミック粒子の凝集を解砕することができ、その後に架橋助剤を含有させることによって、セラミック粒子の沈降をより効果的に抑制でき、鋳型1へのスラリーのスプレー塗布に適している。   For example, a ball mill or a vibration mill may be used for the slurry. The agglomeration of the ceramic particles can be crushed, and by subsequently containing a crosslinking aid, the sedimentation of the ceramic particles can be more effectively suppressed, which is suitable for spray application of the slurry to the mold 1.

窒化珪素は酸化改質処理した窒化珪素であっても構わない。窒化珪素表面の酸化膜の厚みが大きくなると、窒化珪素同士が酸化皮膜層の部分で結合あるいは融着して凝集する結果、硬い粗大粒子が形成するが、架橋助剤を含有させることによって、フロックを形成するため、硬く粗大粒子の形成を抑制することができる。   The silicon nitride may be silicon nitride that has been subjected to oxidation modification treatment. When the thickness of the oxide film on the silicon nitride surface is increased, silicon nitrides are bonded or fused together at the oxide film layer portion to aggregate, resulting in the formation of hard coarse particles. Therefore, the formation of hard and coarse particles can be suppressed.

本発明の離型層の形成方法について、その効果を確認するため以下のような実験を行った。   In order to confirm the effect of the method for forming a release layer of the present invention, the following experiment was conducted.

平均粒径1.0μmの窒化珪素、平均粒径20μmの二酸化珪素及び4.0%のポリビニルアルコールを、重量比55:35:80で混合したものをボールミルで約3時間掛けて砕いた後、スラリー重量に対して1質量%のポリエチレングリコールを添加・撹拌することによってスラリーを作製した。   A mixture of silicon nitride having an average particle diameter of 1.0 μm, silicon dioxide having an average particle diameter of 20 μm, and 4.0% polyvinyl alcohol in a weight ratio of 55:35:80 was crushed by a ball mill for about 3 hours, A slurry was prepared by adding and stirring 1% by mass of polyethylene glycol with respect to the slurry weight.

このスラリーを、スプレー装置を使用してホットプレート上の鋳型1に塗布、乾燥した。この際、スプレーノズル先端の詰まりを調査し、10分おきにスプレー装置からの吐出量を測定した。結果を表1に示す。

Figure 2006326670
This slurry was applied to the mold 1 on a hot plate using a spray device and dried. At this time, the clogging at the tip of the spray nozzle was investigated, and the discharge amount from the spray device was measured every 10 minutes. The results are shown in Table 1.
Figure 2006326670

表1に示すように、架橋助剤がないときに比べ、架橋助剤を含んだスラリーを用いたほうがスラリーの塗布性がよいことが分かる。これは、架橋助剤を含まないスラリーは粒子の凝集により、硬い粗大粒子が形成されたためスプレーノズルに詰りが生じたと考えられる。しかし、架橋助剤を含んだスラリーは粒子が脆弱な凝集体(フロック)を形成するため、硬い粗大粒子の形成を抑えスムーズな塗布を行うことができる。   As shown in Table 1, it can be seen that the use of the slurry containing the crosslinking aid is better than the case where there is no crosslinking aid. This is presumably because the slurry containing no cross-linking aid clogged the spray nozzle because hard coarse particles were formed due to particle aggregation. However, since the slurry containing the crosslinking aid forms an aggregate (floc) in which the particles are fragile, the formation of hard coarse particles can be suppressed and smooth application can be performed.

次に、上記方法により離型層2を形成した鋳型1をそれぞれ30個作製し、8.0Torrに減圧したアルゴン雰囲気中に置き、黒鉛ヒータを使って加熱した状態の鋳型1内にシリコン融液を注湯して徐々に凝固させた。冷却後固化したシリコンインゴットを鋳型1から取り出し、鋳型1とシリコンインゴットとの融着(付着)の有無について調べた。その結果を表2に示す。

Figure 2006326670
Next, 30 molds 1 each having a release layer 2 formed by the above method were prepared, placed in an argon atmosphere reduced to 8.0 Torr, and heated in a mold 1 in a state heated with a graphite heater. Was poured and gradually solidified. After cooling, the solidified silicon ingot was taken out from the mold 1 and examined for the presence or absence of fusion (adhesion) between the mold 1 and the silicon ingot. The results are shown in Table 2.
Figure 2006326670

表2に示すように、架橋助剤を含んだスラリーは、鋳型1とシリコンインゴットとの融着は見られなかったのに対して、架橋助剤を含まないスラリーは鋳型1とシリコンインゴットの融着が起こることが分かった。   As shown in Table 2, the slurry containing the crosslinking aid did not show any fusion between the mold 1 and the silicon ingot, whereas the slurry containing no crosslinking aid fused the mold 1 and the silicon ingot. I found out that wearing would happen.

シリコン鋳造用鋳型の一例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)におけるA−A面で切断した状態を示す断面図である。It is a figure which shows an example of the casting mold for silicon casting, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing which shows the state cut | disconnected by the AA surface in (a).

符号の説明Explanation of symbols

1・・・鋳型
2・・・離型層
1 ... mold 2 ... release layer

Claims (5)

シリコンインゴット形成用鋳型の内表面にスラリーを塗布・乾燥して成る離型層の形成方法であって、
前記スラリーは、セラミック粒子及び架橋助剤を含有してなることを特徴とする離型層の形成方法。
A method for forming a release layer comprising applying and drying a slurry on the inner surface of a mold for forming a silicon ingot,
The slurry comprises ceramic particles and a crosslinking aid, and is a method for forming a release layer.
前記セラミック粒子は、二酸化珪素又は窒化珪素からなることを特徴とする請求項1記載の離型層の形成方法。 The method for forming a release layer according to claim 1, wherein the ceramic particles are made of silicon dioxide or silicon nitride. 前記架橋助剤は、前記セラミック粒子に対して、0.05重量%以上3質量%以下の割合で含有されることを特徴とする請求項1又は2に記載の離型層の形成方法。 The method for forming a release layer according to claim 1 or 2, wherein the crosslinking aid is contained in a proportion of 0.05% by weight or more and 3% by weight or less with respect to the ceramic particles. 前記スラリーは、スプレーにより塗布されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の離型層の形成方法。 4. The method for forming a release layer according to claim 1, wherein the slurry is applied by spraying. 請求項1乃至4のいずれかに記載の離型層の形成方法を用いて、内表面に離型層が形成されたシリコンインゴット形成用鋳型内で、シリコン融液を凝固させてシリコンインゴットを製造することを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。 A silicon ingot is manufactured by solidifying a silicon melt in a mold for forming a silicon ingot having a release layer formed on the inner surface thereof, using the method for forming a release layer according to any one of claims 1 to 4. A method for producing a silicon ingot, comprising:
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