RU2303663C2 - Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления - Google Patents

Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2303663C2
RU2303663C2 RU2005117970/15A RU2005117970A RU2303663C2 RU 2303663 C2 RU2303663 C2 RU 2303663C2 RU 2005117970/15 A RU2005117970/15 A RU 2005117970/15A RU 2005117970 A RU2005117970 A RU 2005117970A RU 2303663 C2 RU2303663 C2 RU 2303663C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
coating
melt
nitride
vessel
Prior art date
Application number
RU2005117970/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005117970A (ru
Inventor
Койчи ШИМИЗУ (JP)
Койчи ШИМИЗУ
Фредерик КАЙО (FR)
Фредерик КАЙО
Казуми ТАНИ (JP)
Казуми ТАНИ
Ёшифуми КОБАЯШИ (JP)
Ёшифуми КОБАЯШИ
Original Assignee
Везувиус Франс С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Везувиус Франс С.А. filed Critical Везувиус Франс С.А.
Publication of RU2005117970A publication Critical patent/RU2005117970A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2303663C2 publication Critical patent/RU2303663C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5066—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/131—Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]
    • Y10T428/1314—Contains fabric, fiber particle, or filament made of glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide, or metal carbide or other inorganic compound [e.g., fiber glass, mineral fiber, sand, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к созданию резервуара для хранения расплавленного кремния и способа его изготовления. Способ изготовления резервуара для приема расплавленного кремния или для плавления кремния включает напыление материала в виде кремниевого композитного термета, который содержит металлический кремний, нитрид кремния и оксид кремния, на внутреннюю стенку указанного резервуара. Напыленное покрытие имеет следующее отношение содержания металлического кремния (X) к нитриду кремния (Y) и к оксиду кремния (Z): X:Y:Z=20-50:77-30:3-20. Результат изобретения: создание резервуара для хранения ванны расплавленного кремния, который не загрязняет расплав кремния, а также имеет отличную спекаемость, механическую прочность и обеспечивает высокую производительность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Description

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию резервуара для хранения расплавленного кремния и способа его изготовления.
Резервуар в соответствии с настоящим изобретением представляет собой литейную форму, изготовленную из спеченного плавленого кварца, которую используют для разливки кремниевых слитков, предназначенных в конечном счете для производства полупроводниковых кремниевых пластин или поликристаллических кремниевых пластин, предназначенных для использования в качестве солнечных батарей для выработки электрической энергии, или представляет собой кристаллизатор из спеченного плавленого кварца, предназначенный для плавления, очистки и дальнейшего хранения кремния до момента разливки, или же представляет собой резервуар для хранения ванны расплавленного кремния до момента разливки.
До настоящего времени, в области производства полупроводников, обычно получают кремниевую пластину, которую используют в качестве основы для полупроводникового элемента, за счет застывания (кристаллизации) имеющего высокую чистоту расплава кремния, образования монокристалла кремния и его резки. Например, чистый кремний расплавляют в высокочастотной индукционной печи сопротивления и получают расплав кремния, в который вводят затравку в виде кристаллов. После этого расплав тщательно перемешивают и затем медленно вытягивают и однонаправленно охлаждают до затвердевания, чтобы образовать большой цилиндрический монокристалл кремния, имеющий преимущественную ориентацию затравочного кристалла. При таком способе производства, графит, кварц, нитрид бора и платина являются подходящими материалами для изготовления резервуара для плавления и хранения кремния (то есть для изготовления кристаллизатора).
Более того, в случае производства аморфного кремния или поликристаллического кремния для солнечных батарей, необходимо хранить очень чистый расплав кремния в таком резервуаре, как описанный здесь выше кристаллизатор.
Однако, когда кристаллизатор используют в качестве резервуара для хранения расплавленного металла, расплав кремния часто загрязняется примесями металлических компонентов стенок кристаллизатора, контактирующих с ванной расплава, в результате чего чистота кремния понижается.
Кроме того, для снижения себестоимости кремния и повышения производительности, в последние годы широко используют дешевый материал в виде плавленого оксида кремния (спеченный или уплотненный плавленый кварц) вместо кварца, в качестве материала для изготовления кристаллизатора, и поэтому требуется принимать меры, чтобы избежать загрязнения расплава кремния.
Для соответствия такому требованию, до настоящего времени уже принимали меры, чтобы избежать загрязнения расплава кремния, причем уже был предложен способ нанесения покрытия на участок контакта с расплавом материала кристаллизатора из спеченного оксида кремния для того, чтобы защитить расплав кремния от прямого контакта со стенками кристаллизатора. Таким образом, на внутреннюю стенку кристаллизатора уже предложено наносить покрытие из оксида, нитрида и т.п., имеющее отличную отделяемость (отсутствие сцепления) от расплавленного кремния и отличную смачиваемость расплавленным кремнием (следует иметь в виду, что чем выше смачиваемость покрытия, тем меньше глубина проникновения расплавленного кремния).
Однако, так как указанные материалы покрытия (оксид, нитрид) имеют собственное плохое спекание, возникают дефекты, такие как низкая прочность сцепления со стенкой кристаллизатора и частичное отслаивание. Более того, после отслаивания частицы материала покрытия перемешиваются с расплавленным кремнием и образуют новые загрязнения, что дополнительно снижает чистоту продукта.
С другой стороны, в качестве покрытия может быть использован нитрид кремния (Si3Н4), который хорошо известен как материал, имеющий очень низкую химическую активность при взаимодействии с расплавленным кремнием, так как он не содержит металлических элементов. Однако нитрид кремния имеет плохую спекаемость и повышает стоимость производства, так как требуется производить обработки формования-спекания, такие как горячее прессование, горячее изостатическое прессование (HIP) и т.п., позволяющие повысить механическую прочность до приемлемого уровня. Более того, возникает проблема больших экономических затрат, когда применяют указанные виды обработки к кристаллизатору.
Таким образом, чем выше требования к чистоте, тем выше требования к высокому качеству химического состава самого материала покрытия, к механической прочности самого слоя покрытия и к прочности сцепления покрытия со стенкой кристаллизатора. Более того, известные технологии нанесения указанного слоя покрытия обладают низкой скоростью образования пленки и требуют нанесения множества слоев для получения практически необходимой толщины. Поэтому существует необходимость улучшения производительности и снижения стоимости изготовления.
Как уже было упомянуто здесь ранее, когда кристаллизатор используют в качестве резервуара для получения кремниевых пластин, необходимо защищать расплав кремния от загрязнения примесями из стенки кристаллизатора, для того, чтобы получать кремний высокой чистоты. Поэтому имеющие высокую стойкость покрытия, такие как оксид, нитрид и т.п., часто наносят на внутреннюю поверхность кристаллизатора, чтобы избежать любого возможного загрязнения. Однако, как уже было упомянуто здесь ранее, эти материалы покрытия обычно имеют плохую спекаемость и низкую механическую прочность, поэтому их характеристики должны быть улучшены для повышения производительности и экономичности.
Первой задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков известного уровня техники, а именно, создание резервуара для хранения ванны расплавленного кремния, который не загрязняет расплав кремния, а также имеет отличную спекаемость, механическую прочность (материалов, образующих покрытие резервуара) и обеспечивает высокую производительность.
Другой задачей настоящего изобретения является создание такой технологии нанесения напыленного покрытия, что ванна расплавленного кремния не вступает в реакцию с поверхностью контакта с ванной расплавленного кремния резервуара для хранения расплавленного кремния, а также такой технологии, при которой обеспечивается высокая стойкость к эрозии потоком расплавленного металла, имеется низкий уровень загрязнений и может быть получен с высокой эффективностью слиток высокого качества и с высоким выходом.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается резервуар для хранения кремния, главным образом имеющий напыленное покрытие из кремниевого композитного термета, содержащего металлический кремний, нитрид кремния и оксид кремния, на внутренней части резервуара для хранения кремния. В такой конструкции указанное напыленное покрытие из кремниевого композитного термета играет роль нитрида, имеющего низкую химическую активность при взаимодействии с расплавленным кремнием, и имеет высокую стойкость к эрозии потоком расплава, за счет взаимного компаундирования стекловидной связующей фазы оксида с нитридом и связующей фазы металлического кремния.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, указанное напыленное покрытие из кремниевого композитного термета преимущественно образуют за счет напыления материала кремниевого композитного термета, изготовленного при помощи введения металлического кремния, в качестве связующего, в смесь Si3N4 и SiO2. Более того, резервуар для хранения кремния изготавливают с использованием одного из компонентов, выбранных из группы, в которую входят оксид кремния, нитрид бора и графит, причем оксид кремния (SiO2) преимущественно представляет собой уплотненный плавленый кварц.
Кроме того, настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа изготовления резервуара для хранения кремния, который предусматривает напыление материала кремниевого композитного термета, содержащего металлический кремний, нитрид кремния и оксид кремния, на внутреннюю часть резервуара для хранения кремния, в результате чего получают напыленное покрытие из кремниевого композитного термета.
Более того, в соответствии с настоящим изобретением указанный резервуар для хранения кремния преимущественно изготавливают из материала, который содержит оксид кремния, нитрид бора и/или графит. Указанное напыленное покрытие преимущественно наносят и образуют при помощи любого подходящего способа напыления, такого как плазменное напыление, газопламенное напыление с использованием газа с высокой скоростью, порошковое напыление с использованием газа или взрывное напыление.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, указанное напыленное покрытие из кремниевого композитного термета преимущественно имеет следующее отношение концентраций металлического кремния (X) к нитриду кремния (Y) и к оксиду кремния (Z): X:Y:Z=20-50:77-30:3-20.
Краткое описание чертежей
На чертеже показана микрофотография разреза структуры композитного напыленного покрытия в соответствии с настоящим изобретением.
Авторы настоящего изобретения исследовали напыленное покрытие из плохо спекаемого нитрида кремния в течение многих лет. В результате авторы настоящего изобретения установили, что преимущественно следует использовать материал в виде кремниевого композитного термета (перемешанный исходный материал), полученный за счет перемешивания нитрида кремния с оксидом кремния и с металлическим кремнием, при преимущественном соотношении концентраций указанных компонентов. В соответствии с предпочтительным способом осуществления настоящего изобретения поверхность резервуара сначала очищают, а затем производят напыление указанного материала в виде кремниевого композитного термета, чтобы образовать напыленное покрытие из кремниевого термета, после чего, если желательно улучшить гладкость поверхности, покрытая поверхность может быть отполирована.
В соответствии с известным уровнем техники, для того, чтобы использовать Si3N4 в качестве промышленного материала, необходимо образовать слой при помощи горячего прессования или HIP (горячее изостатическое прессование), за счет введения спекающей добавки. В случае образования напыленного покрытия с использованием неорганического не металлического материала, такого как оксид, карбид, борид или нитрид, добавка металла в качестве связки имеет фундаментальное значение. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, задачей которого является создание резервуара для плавления и хранения кремния высокой чистоты, является неуместным использование другого металла, отличающегося от кремния. Следовательно, так как подлежащим обработке материалом высокой чистоты является кремний, то в соответствии с настоящим изобретением в качестве связующего используют кремний высокой чистоты.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением добавляют оксид кремния, в дополнение к использованию металлического кремния в качестве связующего. Причина, по которой в соответствии с настоящим изобретением используют оксид кремния, заключается в том, что напыленное покрытие из композитного термета, которое содержит нитрид кремния и оксид кремния и в котором используют металлический кремний в качестве матрицы (слоя связки), получают за счет размягчения оксида кремния (SiO2) в факеле плазмы во время плазменного напыления, охватывающего налипания (сцепления) по меньшей мере части Si3N4, дополнительного покрывающего сцепления как Si3N4, так и SiO2 с указанным металлическим кремнием, и улетучивания в виде затравки, и превращения Si3N4 частиц в псевдочастицы. Такое напиленное покрытие имеет очень высокую прочность.
Указанный материал напыления (исходный порошковый материал) получают путем перемешивания металлического кремния (MSi)x, нитрида кремния (Si3N4)у и оксида кремния (SiO2)z при следующем отношении концентраций:
X:Y:Z=20-50:77-30:3-20.
В приведенном выше отношении концентраций компонентов, причина, по которой содержание (MSi)x ограничивают величиной до 20-50, заключается в том, что содержание менее 20 является недостаточным для работы в качестве связующего для оксида и нитрида, чтобы обеспечить необходимую прочность покрытия, в результате чего покрытие не выдерживает эрозию, вызванную подвижным контактом с расплавом. При содержании свыше 50 создается широкая зона металлического кремния в покрытии, так что образуется диффузный реакционный слой покрытия и (образуется) расплав, до завершения кристаллизации расплава, и поэтому на поверхности затвердевшего материала образуется слой, содержащий загрязнения. Таким образом, предпочтительным содержанием является 30-45.
Причина, по которой содержание (SiO2)z ограничено величиной 3-20, заключается в том, что при величине менее 3 не может быть обеспечена прочная связь между частицами Si3N4, а при величине свыше 20 не обеспечивается необходимая смачиваемость Si3N4 расплавом. Таким образом, предпочтительным содержанием является 7-13.
Содержание (Si3N4)у определяют путем оптимизации указанных выше содержаний (MSi)x и (SiO2)z, принимая во внимание желательную прочность покрытия и смачиваемость расплавом.
Кроме того, желательно использовать диоксид кремния (уплотненный плавленый кварц) в качестве SiO2. В качестве промышленного SiO2 материала имеется плавленый кварц, который представляет собой непрозрачное вещество, для получения которого используют в качестве сырья кварцевый песок, и кварцевое стекло, которое представляет собой прозрачное вещество, для получения которого используют в качестве сырья кварц, причем оба этих вещества могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, если они имеют подходящие свойства. Однако причина, по которой в соответствии с настоящим изобретением преимущественно используют уплотненный плавленый кварц, заключается в том, что продукт в виде уплотненного плавленого кварца требуемого вида может быть получен путем плавления кварцевого песка, что позволяет получить исходный материал, главным образом состоящий из SiO2, который после этого распыляют для получения мелких частиц, а затем формуют для получения литейной формы и дополнительно спекают форму для придания продукту необходимой механической прочности. Продукт, полученный из такого материала в виде уплотненного плавленого кварца, имеет отличную совместимость и соответствие размеров.
Указанный материал напыления напыляют по меньшей мере на поверхность того участка, который входит в контакт с расплавленным металлов внутри резервуара, при толщине около 20-500 мкм, а преимущественно 40-300 мкм. Причина, по которой указанным образом огранивают толщину покрытия, заключается в том, что толщина менее 20 мкм недостаточна для образования связанного (сплошного) слоя между частицами термета, и поэтому существует возможность контакта расплава с основным материалом кристаллизатора через зазоры, в то время как при толщине свыше 500 мкм повышается риск отслаивания покрытия.
Пример
В этом примере используют смесь порошков металлического кремния, SiO2 и Si3N4, которая имеет приведенный в Таблице 1 состав, причем производят напыление материала кремниевого композитного термета в виде слоя покрытия, образованного на поверхности резервуара для хранения кремния.
Таблица 1
Состав
Кислород менее 0.2 вес.%
Углерод менее 0.2 вес.%
Хлор менее 100 ppm
Не менее 100 ppm
Al, Са следы
Si3N4 остаток
В Таблице: ppm - частей на миллион
Используют металлический кремний с чистотой 99.9% и SiO2 с чистотой 99.8%. Соотношение компонентов порошков исходного материала Si:Si3N4:SiO2=40:50:10. Кроме того, перемешанный порошок преобразуют в материал для термического напыления путем его предварительного гранулирования для получения среднего диаметра частиц около 25,3 мкм.
На чертеже показана структура сечения композитного напыленного покрытия в соответствии с настоящим изобретением. Позицией 1 обозначен материал основания из уплотненного плавленого кварца, а позицией 2 обозначено композитное напыленное покрытие.
Пример 1
В этом примере проводили исследование взаимодействия между базовым материалом (материалом основания) из уплотненного плавленого кварца, покрытым напыленным покрытием из кремниевого композитного термета, и расплавом кремния в соответствии с настоящим изобретением. Использовали образец базового материала из уплотненного плавленого кварца размерами 100×50×6 мм. На поверхность образца производили напыление материала, компоненты которого были перемешаны в отношении Si:Si3N4:SiO2=40:50:10, при толщине 300 мкм, при помощи процесса атмосферного плазменного напыления, чтобы образовать напыленное покрытие из кремниевого композитного термета. Были исследованы свойства эрозионной стойкости покрытия при воздействии падающего расплава и при контакте с расплавом, для чего указанный образец с напиленным покрытием помещали на дно кристаллизатора, изготовленного из уплотненного плавленого кварца, с размерами 350×350×400 (h, высота) мм, причем расплав кремния вводили через верхнюю часть кристаллизатора. Кристаллизатор нагревали снаружи при помощи электрического нагревателя и расплав кремния выдерживали в расплавленном состоянии в течение 3 часов.
По истечении 3 часов отбирали образец материала кристаллизатора и исследовали его поверхность. При визуальном наблюдении не было заметно следов отслаивания покрытия от базового материала, причем наблюдали хорошее сцепление покрытия и отсутствие следов химической активности. Кроме того, не наблюдали следов влияния расплава на покрытие.
Пример 2
В этом примере проводили нанесение кремниевого композитного напыленного покрытия в соответствии с настоящим изобретением на внутреннюю поверхность формы для получения отливки из поликристаллического кремния для того, чтобы в конечном счете получить пластину солнечной батареи из поликристаллического кремния, которую используют для генерации электрической энергии при воздействии солнечного излучения. Была использована литейная форма, изготовленная из уплотненного или спеченного плавленого кварца, содержащего Al2О3: 2000 ppm и Fe2О3: 200 ppm, причем форма имела размеры 350×350×400 (h) мм. На дно формы был налылен порошковый материал с отношением компонентов Si:Si3N4:SiO-=40:50:10, при толщине 50-70 мкм, при помощи процесса атмосферного плазменного напыления, для того, чтобы образовать напыленное покрытие из кремниевого композитного термета.
В качестве сравнительного примера использовали покрытие, образованное из суспензии порошка Si3N4 в растворителе, в качестве которого использовали поливиниловый спирт, причем полученную суспензию наносили кистью на основание формы или наносили при помощи процесса напыления и обжигали при 900°С.
В Таблице 2 приведены результаты, полученные после исследования загрязнений, вызванных различными материалами на участке поверхностного слоя кремниевого слитка, полученного после разливки.
Таблица 2.
  Материал покрытия Различные обнаруженные материалы
  кристаллизатора Компонент Глубина от поверхностного слоя слитка
Пример по изобретению Si3N4/SiO2/Si пленка плазменного напыления (50-70 мкм) SiO2 несколько мкм
Сравнительный пример Покрытие из суспензии Si3N4 после обжига (500-1500 мкм) Si3N4, Al2O3, SiO2, Fe2О3 несколько сот мкм
Из приведенных в Таблице 2 результатов ясно следует, что при нанесении покрытия в соответствии с настоящим изобретением в поверхностном слое кремниевого слитка содержится только SiO2. Этот SiO2 вызван атмосферным окислением Si. Кроме того, глубина проникновения в поверхностный слой в этом случае составляет несколько мкм. Следовательно, этот SiO2 может быть полностью удален сниманием слоя толщиной не более 2 мм. В результате, выход годных слитков составит не менее 98%.
Напротив, в сравнительном примере, кроме SiO2, в поверхностном слое были обнаружены Si3N4, Al2O3 и Fe2O3. В частности, наблюдали Al и Fe в виде металлических элементов, причем глубина проникновения в поверхностный слой в этом случае составляет несколько сот мкм. Для удаления этих различных материалов, обнаруженных в поверхностном слое, необходимо удалять с обеих сторон слой толщиной 10 мм, при этом выход годных слитков составит всего около 94%.
В соответствии с описанным здесь изобретением в кристаллизаторе, предназначенном для литья металлического кремния высокой чистоты, на поверхность контакта кристаллизатора с ванной расплава наносят материал напыления из кремниевого композитного термета, содержащий Si/Si3N4/SiO2, в результате чего образуется покрытие для предотвращения прямого контакта с расплавом материала кристаллизатора из уплотненного плавленого кварца, позволяющее снизить загрязнение расплава за счет материала кристаллизатора и образовать более прочный изоляционный функциональный слой по сравнению с используемым ранее слоем покрытия только из Si3N4. В результате, появляется возможность повышения выхода продукции при производстве слитков из кремния высокой чистоты.

Claims (7)

1. Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния, который имеет напыленное покрытие из кремниевого композитного термета, содержащего металлический кремний, нитрид кремния и оксид кремния, по меньшей мере, на части внутренней стенки резервуара для хранения кремния при следующем отношении содержания металлического кремния (X) к нитриду кремния (Y) и к оксиду кремния (Z):X:Y:Z=20-50:77-30:3-20.
2. Резервуар по п.1, у которого напыленное покрытие образовано путем напыления материала в виде кремниевого композитного термета, полученного за счет добавки металлического кремния в качестве связующего материала в смесь Si3N4 и SiO2.
3. Резервуар по п.1 или 2, который изготовлен из материала, содержащего оксид кремния, нитрид бора и/или графит.
4. Резервуар по п.3, в котором оксид кремния представляет собой уплотненный или спеченный плавленый кварц.
5. Резервуар по п.1, у которого покрытие имеет толщину 20-500 мкм, преимущественно 40-300 мкм.
6. Способ изготовления резервуара для приема расплавленного кремния или для плавления кремния, который предусматривает напыление материала в виде кремниевого композитного термета, который содержит металлический кремний, нитрид кремния и оксид кремния, на внутреннюю стенку указанного резервуара, причем напыленное покрытие имеет следующее отношение содержания металлического кремния (X) к нитриду кремния (Y) и к оксиду кремния (Z):
X:Y:Z=20-50:77-30:3-20.
7. Способ по п.6, в котором резервуар изготавливают из материала, содержащего оксид кремния, преимущественно уплотненный или спеченный плавленый кварц, нитрид бора и/или графит.
RU2005117970/15A 2002-12-06 2002-12-06 Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления RU2303663C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2002/013850 WO2004053207A1 (en) 2002-12-06 2002-12-06 Vessel for holding silicon and method of producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005117970A RU2005117970A (ru) 2005-11-20
RU2303663C2 true RU2303663C2 (ru) 2007-07-27

Family

ID=32479689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005117970/15A RU2303663C2 (ru) 2002-12-06 2002-12-06 Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20060057317A1 (ru)
EP (1) EP1570117B1 (ru)
CN (1) CN1309879C (ru)
AT (1) ATE335094T1 (ru)
AU (1) AU2002358101A1 (ru)
BR (1) BR0215961A (ru)
CA (1) CA2507389A1 (ru)
DE (1) DE60213687T2 (ru)
ES (1) ES2269794T3 (ru)
MX (1) MXPA05006031A (ru)
RU (1) RU2303663C2 (ru)
UA (1) UA81278C2 (ru)
WO (1) WO2004053207A1 (ru)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006002779A1 (de) * 2004-06-30 2006-01-12 Deutsche Solar Ag Herstellungsverfahren für kokille mit antihaftbeschichtung
DE102005028435B4 (de) * 2004-06-30 2011-05-12 Deutsche Solar Ag Kokille mit Antihaftbeschichtung ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung
WO2006005416A1 (de) * 2004-07-08 2006-01-19 Deutsche Solar Ag Herstellungsverfahren für kokille mit antihaftbeschichtung
DE102005029039B4 (de) * 2004-07-08 2012-07-12 Deutsche Solar Gmbh Herstellungsverfahren für Kokille mit Antihaftbeschichtung
EP1739209A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-03 Vesuvius Crucible Company Crucible for the crystallization of silicon
TWI400369B (zh) * 2005-10-06 2013-07-01 Vesuvius Crucible Co 用於矽結晶的坩堝及其製造方法
DE102005050593A1 (de) * 2005-10-21 2007-04-26 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Dauerhafte siliciumnitridhaltige Hartbeschichtung
EP1811064A1 (fr) 2006-01-12 2007-07-25 Vesuvius Crucible Company Creuset pour le traitement de silicium à l'état fondu
NO327122B1 (no) * 2007-03-26 2009-04-27 Elkem Solar As Beleggingssystem
US8062704B2 (en) 2007-08-02 2011-11-22 Motech Americas, Llc Silicon release coating, method of making same, and method of using same
DE102007053284A1 (de) * 2007-11-08 2009-05-20 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Fest haftende siliciumnitridhaltige Trennschicht
CN101433890B (zh) * 2008-12-05 2010-12-29 江阴海润太阳能电力有限公司 低压下在石英坩埚内壁上喷涂氮化硅涂层的方法及装置
CN101775639B (zh) * 2009-01-08 2012-05-30 常熟华融太阳能新型材料有限公司 用于多晶硅结晶炉炉壁保护的内衬及其制造方法
JP2013512188A (ja) * 2009-12-01 2013-04-11 ダウ コーニング コーポレーション 回転成型プロセス
WO2011150058A2 (en) * 2010-05-25 2011-12-01 Mossey Creek Solar, LLC Method of producing a semiconductor
US9620664B2 (en) * 2010-05-25 2017-04-11 Mossey Creek Technologies, Inc. Coating of graphite tooling for manufacture of semiconductors
CN101892517B (zh) * 2010-06-30 2013-07-17 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料以及配置方法
TWI403461B (zh) * 2010-07-21 2013-08-01 Masahiro Hoshino Method and apparatus for improving yield and yield of metallurgical silicon
CN102909163A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 镇江仁德新能源科技有限公司 在多晶硅铸锭用坩埚的内表面上形成涂层的方法
CN102358953B (zh) * 2011-09-28 2015-12-09 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种减少粘埚的坩埚及其制备方法
US20130192516A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) Method of preparing cast silicon by directional solidification
CN102586856B (zh) * 2012-02-01 2015-03-11 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法
FR2989680B1 (fr) 2012-04-24 2014-04-18 Saint Gobain Ct Recherches Procede de fabrication d'un creuset en nitrure de silicium
FR2997419A1 (fr) 2012-10-31 2014-05-02 Saint Gobain Ct Recherches Creuset incorporant un revetement sialon.
CN103011836B (zh) * 2012-12-03 2015-09-16 北京中材人工晶体研究院有限公司 一种碳材料表面涂层组合物及涂层的制备方法
DE102013206993B4 (de) 2013-04-18 2014-12-04 Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbH Verfahren zur Beschichtung von Formkörpern aus Quarzgut
CN104048505B (zh) * 2014-05-24 2016-09-21 青岛百顿坩埚有限公司 大型承压楔形密封组合式石墨坩埚及其制作方法
CN106283183A (zh) * 2016-08-19 2017-01-04 西安华晶电子技术股份有限公司 一种基于氮化硼涂层的多晶硅铸锭工艺
CN106087048A (zh) * 2016-08-19 2016-11-09 西安华晶电子技术股份有限公司 一种降低多晶硅铸锭底部氧含量的方法
WO2023235285A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Globalwafers Co., Ltd. Methods for forming single crystal silicon ingots with reduced carbon contamination and susceptors for use in such methods

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4090851A (en) * 1976-10-15 1978-05-23 Rca Corporation Si3 N4 Coated crucible and die means for growing single crystalline silicon sheets
US4356152A (en) * 1981-03-13 1982-10-26 Rca Corporation Silicon melting crucible
JPS6148491A (ja) * 1984-08-17 1986-03-10 株式会社　ほくさん カ−ボン型材のコ−テイング膜表面に形成する離型剤層の形成方法
DE3639335A1 (de) * 1986-11-18 1988-05-26 Bayer Ag Gegenueber metall- und salzschmelzen resistente werkstoffe, ihre herstellung und deren verwendung
CN87206316U (zh) * 1987-04-16 1987-12-30 清华大学 氮化硅涂层坩埚
US6165425A (en) * 1997-02-06 2000-12-26 Bayer Aktiengesellschaft Melting pot with silicon protective layers, method for applying said layer and the use thereof
JP3981538B2 (ja) * 2001-07-27 2007-09-26 トーカロ株式会社 シリコン保持容器およびその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PRAKASH, PREM, SINGH P.K. et al. Use of silicon oxynitride as a graphite mold releasing coating for the growth of shaped multicrystalline silicon crystals, Journal of Crystal Growth, 1994, 144 (1/2), 41-7, реферат. HIDE, I., YOKOYAMA, Т. et al. Mold shaping silicon crystal growth with a mold material by the spinning method, Journal of Crystal Growth, 1986, 79 (1-3, [Pt. 2]), 583-9, реферат. *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002358101A1 (en) 2004-06-30
CN1742120A (zh) 2006-03-01
EP1570117B1 (en) 2006-08-02
CA2507389A1 (en) 2004-06-24
MXPA05006031A (es) 2005-08-18
DE60213687D1 (de) 2006-09-14
DE60213687T2 (de) 2007-10-18
ES2269794T3 (es) 2007-04-01
BR0215961A (pt) 2005-09-13
WO2004053207A1 (en) 2004-06-24
EP1570117A1 (en) 2005-09-07
UA81278C2 (en) 2007-12-25
ATE335094T1 (de) 2006-08-15
RU2005117970A (ru) 2005-11-20
US20060057317A1 (en) 2006-03-16
CN1309879C (zh) 2007-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2303663C2 (ru) Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления
EP1745164B1 (en) Crucible for the crystallization of silicon
CN1032224C (zh) 用自生真空工艺制造金属基复合体的方法及其产品
TWI554561B (zh) 矽熔化液接觸構件及其製造方法與結晶矽之製造方法
RU2423558C2 (ru) Кристаллизатор для обработки расплавленного кремния и способ его изготовления
US4828593A (en) Process for the production of glass
PL156558B1 (en) A method of self-supporting ceramic composite production
JPS61190891A (ja) 保護被膜をもつ炭素又は黒鉛体及びその製法
EP0065122B1 (en) Device made of silicon nitride for pulling single crystal of silicon and method of manufacturing the same
US6581669B2 (en) Sputtering target for depositing silicon layers in their nitride or oxide form and a process for its preparation
CN1092602C (zh) 多晶硅的制造方法和装置
JPS62212234A (ja) ガラスの製造法
JP3981538B2 (ja) シリコン保持容器およびその製造方法
JPS62212236A (ja) ガラスの製造法
US10023972B2 (en) Substrate for solidifying a silicon ingot
KR20050090988A (ko) 실리콘 유지 용기 및 그 제조 방법
Liao et al. Wettability of Sn-Ti alloys on poly-crystalline CVD diamond plates
CN87100980A (zh) 接近最终形状的熔铸耐火材料及其通过快速熔化和控制快速冷却的制造方法
ZA200503920B (en) Vessel for holding silicon and method of producing the same
RU2429196C2 (ru) Способ сплавления порошка кремния
JPH02159371A (ja) Ｔｅ合金ターゲット材の製造方法
Yang et al. Formation of pits on ceramic surfaces coated with gold
JPS6379761A (ja) 溶融金属用黒鉛材料
CN118109895A (zh) 一种氮化硅/熔融石英复合坩埚及其制备方法与应用
KR20130086505A (ko) 폴리실리콘 잉곳 주조용 주형, 폴리실리콘 잉곳 주조용 주형의 제조방법 및 폴리실리콘 잉곳의 주조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081207