專利名稱：硅錠制造用容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于制造太陽能電池等級的硅錠的硅錠制造用容器。
背景技術：
一直以來，作為用于太陽能電池等的硅錠的制造方法，已知在石墨制或石英制的容器(坩堝或鑄模等)中容納硅熔融液并使該硅熔融液從下方凝固而使多晶硅生長的鑄造法(cast,鑄造法)。依照該鑄造法，由于在硅熔融液凝固時晶體生長的方向對齊為一定，因而能夠制造抑制晶界所導致的比電阻增大的優質晶片。另外，依照鑄造法，能夠進行硅錠的大量生產。作為硅錠制造用的大型容器，已知石墨制或石英制的板材(底板和四塊側板)互相螺絲緊固并以能夠分割的方式組裝的容器(例如，專利文獻1、2)。另外，為了提高硅錠的取出性，在容器的內表面形成有氮化硅(Si3N4)等脫模材料。尤其是，在專利文獻2中，通過使從板材彼此的間隙漏出的熔融液先固化而形成初始凝固層，從而防止硅熔融液漏出至容器外部。專利文獻1:日本特開昭62-108515號公報 專利文獻2:日本特開2006-83024號公報。
發明內容
發明要解決的問題。在使用上述的能夠分割的組裝型容器來制造硅錠的情況下，通過將容器拆開，從而能夠容易地取出所培育的硅錠。另一方面，有可能在硅錠制造時的高溫下容器變形、劣化，由此，容器破損或板材彼此的間隙擴大而硅熔融液漏出至外部。而且，如果硅熔融液漏出至容器外部，則對配置在晶體生長裝置內部的容器周圍的昂貴部件等造成損傷。另外，在適用專利文獻2所記載的技術的情況下，能夠防止硅熔融液的漏出，但形成于板材的間隙的初始凝固層從脫模材料密集的容器角落的間隙結晶生長，成為晶體微細化的原因。所以，不能成品率良好地制造具有良好品質的硅錠。本發明是為解決上述問題而做出的，其目的在于，提供這樣的硅錠制造用容器:其能夠防止硅熔融液漏出至外部，并且能夠成品率良好地制造具有良好品質的硅錠。用于解決問題的技術方案。技術方案I所記載的發明是一種硅錠制造用容器，其具備由底板和多個側板構成的以能夠分割的方式組裝的箱狀容器本體、以及形成于該容器本體的內表面的脫模材料，在使硅熔融液凝固而使多晶硅生長時使用，其特征在于，前述容器本體由氮化硅、碳化硅或氧化鋁中的任一種所構成的多孔體或兩種以上組合的多孔體構成，前述脫模材料由氮化硅構成。技術方案2所記載的發明，其特征在于，在技術方案I所記載的硅錠制造用容器中，前述多孔體的開口氣孔率為10%以上40%以下。在此，開口氣孔率就是與外部連通的空孔的容積的總和相對于多孔體的表觀容積的比例。技術方案3所記載的發明，其特征在于，在技術方案I或2所記載的硅錠制造用容器中，具備保持器具，該保持器具具有固定前述側板的固定用槽，
在由前述固定用槽圍繞的區域載置有前述底板，在前述側板豎立設置于前述固定用槽的狀態下，將楔子嵌入前述固定用槽的殘余空間，由此，前述底板與前述側板接合而被固定。技術方案4所記載的發明，其特征在于，在技術方案3所記載的硅錠制造用容器中，在前述固定用槽的前述殘余空間，鋪滿與漏出的硅熔融液熔合且具有Si體積膨脹應力的緩和功能的熔融液捕獲材料。發明的效果。依照本發明，由于具有良好脫模性的脫模材料牢固地形成于容器本體的內表面，因而能夠有效地防止脫模材料由于伴隨硅凝固時的體積膨脹的應力而損壞。所以，能夠防止硅熔融液漏出至外部，并且能夠成品率良好地制造具有良好品質的硅錠。另外，還能夠在硅錠的制造中重復使用容器。
圖1是適用本發明的硅錠制造用容器的俯視圖。
圖2是圖1的A-A線處的剖視圖。圖3是顯示使用實施方式的容器的晶體生長裝置的一個示例的圖。圖4A是顯示在比較例中使用的硅錠制造用的容器的本體的立體圖。圖4B是圖4A所示的硅錠制造用容器的本體的正面剖視圖。圖4C是放大顯示圖4B中由點線包圍的部分的硅錠制造用容器的本體的局部放大圖。
具體實施例方式以下，基于附圖，詳細說明本發明的實施方式。圖1是適用本發明的硅錠制造用容器的俯視圖，圖2是圖1的A-A線處的剖視圖。如圖1、圖2所示，實施方式所涉及的硅錠制造用容器(以下，容器)10具備具有耐熱性的容器本體11、為了使所培育硅錠的脫模性提高而形成于容器本體11的內表面的脫模材料12、以及保持容器本體11的保持器具(基座)13等而構成。容器本體11是通過將矩形的底板Ila和四塊側板Ilb相互接合而以能夠分割的方式組裝的箱狀部件。四塊側板Ilb以圍繞底板Ila的外周的方式以直立狀態沿周向設置。例如，如圖1、圖2所示，四塊側板Ilb具有相同形狀，以一個側板Ilb的寬度方向一端側的側面和另一側板Ilb的寬度方向一端側的主面側緣部抵接的方式相互接上，由此，形成成為容器本體11的側部的框體。構成容器本體11的底板Ila和側板Ilb由組合了 Si3N4或SiC或Al2O3中的任一種或兩種以上的多孔體(多孔材料)構成。容器本體11 (底板Ila和側板Ilb)的厚度期望為至少能夠確保不產生翹曲的程度的堅固性的厚度以上，例如5mm以上。底板Ila和側板11b，例如通過將Si3N4粉末燒結成形而制作，開口氣孔率成為10%以上40%以下。在構成容器本體11的多孔體的開口氣孔率不足10%的情況下，氣泡殘留于脫模材料12的內部，由此，脫模材料12變得脆弱化而容易破損。另外，在開口氣孔率超過40%的情況下，發生熔融液泄漏的可能性提高。所以，期望構成容器本體11的多孔體的開口氣孔率為10%以上40%以下，另外，在還考慮錠的脫模性容易的觀點的情況下，更優選為20%以上30%以下。與石英制的容器相比，由上述多孔體構成的容器本體11耐熱性優異，在硅錠制造時的高溫化下不劣化、變形。所以，在硅錠的制造時，能夠有效地防止脫模材料12由于容器本體11的劣化、變形而損壞。脫模材料12由Si3N4的燒結體構成，在組裝容器本體11之前，預先形成于側板Ilb的一主面(成為容器本體11的內 表面的面)、底板Ila的一主面以及與這些主面鄰接的面。脫模材料12例如通過用刷毛或噴霧器等將在Si3N4粉末混合聚乙烯醇等粘合劑而調制的水系漿料涂布于底板Ila和側板Ilb的一主面并在氧氣氛下或氬氣氛下、在700至1550° C下燒成而形成。脫模材料12的厚度為在晶體生長中Si熔融液未到達容器側的程度的厚度，例如200至1000 u m,優選為300至600 u m。由于底板Ila和側板Ilb由多孔體構成，因而涂布于底板Ila和側板Ilb的漿料浸透至底板Ila和側板Ilb的氣孔。另外,利用由多孔體構成的底板Ila和側板Ilb將漿料內的氣泡脫泡。由于以該狀態燒成，因而脫模材料12牢固地形成于底板Ila和側板Ilb的一主面。所以，能夠有效地防止在硅錠的制造時脫模材料12損壞。如果氣泡殘留于脫模材料12中，則根據殘留氣泡的數量或大小而存在著在硅錠的制造時脫模材料12容易破損的傾向，因此，一直以來，當在容器本體形成脫模材料時，施行減壓等所導致的脫泡處理。與此相對，在本實施方式的容器10的情況下，沒有必要在脫模材料12的形成時施行脫泡處理，能夠簡單地形成脫模材料12。另外，由于脫模材料12牢固地形成于容器本體11的內表面，因而沒有必要為多層構造。所以，容器10的制作所花費的人工和成本不增大，也容易使脫模材料12的膜厚增大。而且，由于在形成脫模材料12時沒有必要使用二氧化硅、金屬氧化物等燒結輔助劑，因而能夠防止硅錠中的雜質濃度增大而結晶性下降。保持器具13是例如石墨制的板狀部件，固定四塊側板Ilb的固定用槽13a形成為矩形環狀。在保持器具13中，在由固定用槽13a圍繞的區域(凸部)13b，載置有帶有脫模材料12的底板11a。另外，在固定用槽13a，豎立設置有帶有脫模材料12的側板11b，而且，在側板Ilb的外側，配置有石墨制的保持板14。而且，在固定用槽13a的四角，分別在兩處(共計八處)嵌入楔子15而將側板Ilb按壓至內側，由此，容器本體11被固定至保持器具13。此時，四塊側板Ilb和底板Ila以硅熔融液不漏出的程度無間隙地接合。另外，在固定用槽13a的殘余空間，鋪滿與硅熔融液熔合的熔融液捕獲材料16。由此，側板Ilb以更穩定的狀態固定于固定用槽13a，限制向橫向的位置偏移。熔融液捕獲材料16為與硅熔融液反應而熔合的材料即可，優選地例如碳氈、石英玻璃棉、硅砂或石英玻璃片。為了緩和Si凝固時的體積膨脹應力，熔融液捕獲材料16期望由碳纖維系或陶瓷纖維系的材料形成。
此外，形成于保持器具13的固定用槽13a的深度和寬度為這樣的程度:以配置有側板Ilb和保持板14的狀態形成殘余空間，在將楔子15嵌入該殘余空間時，容器本體11穩定地固定于保持器具13。這樣，實施方式的容器10具備由底板Ila和多個(例如四塊)側板1lb構成的以能夠分割的方式組裝的箱狀容器本體11、以及形成于該容器本體11的內表面的脫模材料12。而且，容器本體11(底板Ila和側板Ilb)由氮化硅、碳化硅或氧化鋁中的任一種所構成的多孔體或兩種以上組合的多孔體構成，脫模材料12由氮化硅構成。另外，多孔體的開口氣孔率成為10%以上40%以下。在該容器10中，由于具有良好脫模性的脫模材料12牢固地形成于容器本體11的內表面，因而能夠有效地防止脫模材料12由于伴隨硅凝固時的體積膨脹的應力而損壞。所以，能夠防止硅熔融液漏出至容器的外部。另外，伴隨凝固時的體積膨脹，帶有脫模材料12的側板Ilb升起至上方，由此，能夠防止從熔融液面晶體生長所導致的熔融液的壓縮，因而不產生熔融液泄漏。因此，能夠成品率良好地制造具有良好品質的硅錠。另外，還能夠在硅錠的制造中重復使用容器10。另外，容器10具備保持器具13，其具有固定側板Ilb的固定用槽13a。而且，在由固定用槽13a圍繞的區域(凸部)13b載置有底板Ila,在側板Ilb豎立設置于固定用槽13a的狀態下，將楔子嵌入固定用槽13a的殘余空間，由此,底板Ila與側板Ilb接合而固定。S卩，在容器10中，由于通過相對于底板Ila按壓側板Ilb來將兩者接合，而不是緊固，因而側板Ilb能夠沿橫向或縱向微動。當然，不能夠以硅熔融液漏出的程度大大移動。由此有效地緩和了伴隨硅凝固時的體積膨脹的應力。所以，能夠有效地防止脫模材料12損壞。另外，由于側板1lb比底板1a更突出至下方而設置，因而即使在晶體生長時側板
IIb稍微升起至上方，也確保與底板11a的接合狀態。萬一由于某些理由而硅熔融液的一部分從側板Ilb與底板Ila的間隙漏出，硅熔融液也存積于保持器具13的固定用槽13a而凝固并被封閉。所以，能夠有效地防止硅熔融液漏出至容器10的外部。另外，在固定用槽13a的殘余空間，鋪滿與漏出的硅熔融液熔合的熔融液捕獲材料(硅砂、石英玻璃片、碳氈、石英玻璃棉等)。熔融液捕獲材料能夠利用其變形性來有效地緩和橫向的體積膨脹應力。由此，能夠抑制在側板與底板之間產生的間隙的增大。另外，假設硅熔融液的一部分從側板11b與底板11a的間隙漏出，漏出的硅熔融液也與熔融液捕獲材料16反應而熔合，因而硅熔融液不至于漏出至容器10的外部。圖3是顯示使用實施方式的容器10的晶體生長裝置的一個示例的圖。圖3所示的晶體生長裝置I在通過凱洛波拉斯(Kyropoulos)法制造硅錠時使用。在晶體生長裝置I中，在容器10的外周配置有加熱器17。另外，在容器10的中央配置有晶體提拉軸18，在其前端安裝有由硅單晶(或多晶硅)構成的籽晶19。在使用晶體生長裝置I來通過凱洛波拉斯法制造硅錠的情況下，將硅原料(例如硅熔融液)投入容器10，使籽晶19與硅熔融液20的表面接觸，使硅熔融液20從表面凝固而使多晶娃20a生長。此時，通過以極低速度提拉籽晶19同時使多晶硅生長，從而能夠緩和伴隨硅凝固時的體積膨脹的縱向應力。具體而言，根據硅熔融液20凝固時的縱向體積膨脹設定籽晶19的提拉速度即可。在通過凱洛波拉斯法制造硅錠的情況下，硅熔融液20的表面附近凝固而培育的頂部有時候由于硅凝固時的體積膨脹而陷入容器10 (脫模材料12)。如果在該狀態下提拉籽晶19，則側板Ilb升起至上方。可是，如上所述，依照本實施方式的容器10，即使在產生這樣的事態的情況下，硅熔融液20也不漏出至容器10的外部，也緩和伴隨硅凝固時的體積膨脹的應力。另外，在通過凱洛波拉斯法制造硅錠的情況下，也可以使在側板Ilb的上部中硅熔融液20的表面所處的部分以3°以上不足90°向著外側傾斜。由此，能夠減少在晶體提拉時生長中的晶體卡在容器側面的風險，防止伴隨硅凝固時的體積膨脹的晶體下部熔融液的壓縮而安全地結晶生長。[實施例]
在實施例中，使用晶體生長裝置I來通過凱洛波拉斯法制造硅錠。首先，使添加了硼(濃度:1.0X IO16原子/cm3)的硅熔融液20流入由Si3N4制的容器本體11構成的容器10，以深度方向的溫度梯度為10° C/cm的方式保持硅熔融液20。然后，使由結晶方位為〈100>、3.5mm方形的Si單晶構成的籽晶19與硅熔融液20的表面接觸，以l_/h提拉該籽晶19同時使多晶硅生長。此時，使容器10和籽晶19以5rpm旋轉，以籽晶19為中心而使多晶硅20a以同心圓狀生長。通過3小時的生長而使硅熔融液20完全固化，得到實施例所涉及的硅錠。此外，將容器10(容器本體11)的底部的溫度成為作為硅凝固點的1410° C的時刻看作晶體生長的終點。在實施例所涉及的硅錠的制造中，在以體積膨脹的程度提拉籽晶時，側板11在基座內部垂直地升起，側板依然被保持，因而不產生熔融液泄漏。另外，通過將容器10拆開，能夠容易地取出所制造 的硅錠。而且，在所得到的硅錠中，晶體晶界沿縱向對齊，具有良好的結晶品質。另外，由于脫模材料12不損壞，因而能夠在硅錠的制造中重復使用容器10。[比較例]
剛剛在除了使用圖4A所示構造的硅錠制造用容器以外均與實施例相同的條件下使硅熔融液固化，如放大了圖4B的由點線包圍的部分的圖4C所示，熔融液就從底板Ila與側板Ilb的間隙漏出。原因是，在進行將從熔融液面上生長的晶體以體積膨脹的程度提拉的操作時，晶體卡在容器側板而升起，間隙增大。剛剛將容器拆開，就僅得到與籽晶相連的錠的上部，與下部的凝固體分開，難以成品率良好地制造錠。另外，由于漏出的熔融液牢固地附著于未形成脫模材料的側板和底板的面，因而不能再次利用。以上，基于實施方式具體地說明了由本發明者做出的發明，但本發明不限于上述實施方式，而是能夠在不脫離其要旨的范圍內變更。實施方式的容器10不僅能夠在凱洛波拉斯法中使用，而且能夠在一切硅錠的制造法中使用。例如，也能夠在使硅熔融液從容器10的底部凝固而使多晶硅生長的鑄造法中使用。
另外，也可以由雜質比Si3N4少的氧化鋁或SiC的多孔體構成容器本體11(底板1la和側板1lb)。如果最重視與脫模材料12的親和性，則選擇與脫模材料相同的材質的Si3N4即可。另外，關于保持器具13，也可將其側壁部分螺絲緊固。具體而言，在如圖2中一點劃線B-B所示的部位分割保持器具13，從如箭頭C所示的方向將螺絲(螺栓)插入貫通并緊固，由此使保持器具13 —體化。在容器10大型化的情況下，這樣的分割式保持器具(基座)13容易操作，在成本上有利。應該認為，此次公開的實施方式在所有方面舉例示出，而不是限制的。本發明的范圍不是由上述的說明表示，而是由權利要求書表示，意圖包括與權利要求書等同的含義和范圍內的所有變更。
_3] 符號的說明
1晶體生長裝置
10硅錠制造用容器
11容器本體 1la 底板 1lb 側板
12脫模材料
13保持器具(基座)
13a 固定用槽
13b 凸部
14保持板
15楔子
16熔融液捕獲材料
17加熱器
18晶體提拉軸
19籽晶
20硅熔融液 20a 多晶娃。
權利要求
1.一種硅錠制造用容器，具備由底板和多個側板構成的以能夠分割的方式組裝的箱狀容器本體、以及形成于該容器本體的內表面的脫模材料，在使硅熔融液凝固而使多晶硅生長時使用，其特征在于， 所述容器本體由氮化硅或碳化硅或氧化鋁中的任一種所構成的多孔體或兩種以上組合的多孔體構成，所述脫模材料由氮化硅構成。
2.根據權利要求1所述的硅錠制造用容器，其特征在于，所述多孔體的開口氣孔率為10%以上40%以下。
3.根據權利要求1或2所述的硅錠制造用容器，其特征在于， 具備保持器具，所述保持器具具有固定所述側板的固定用槽， 在由所述固定用槽圍繞的區域載置有所述底板，在所述側板豎立設置于所述固定用槽的狀態下，將楔子嵌入所述固定用槽的殘余空間，由此，所述底板與所述側板接合而被固定。
4.根據權利要求3所述的硅錠制造用容器，其特征在于，在所述固定用槽的所述殘余空間，鋪滿與漏 出的硅熔融液熔合且具有Si體積膨脹應力的緩和功能的熔融液捕獲材料。
全文摘要
提供了能夠防止硅熔融液漏出至外部并且能夠成品率良好地制造具有良好品質的硅錠的硅錠制造用容器。硅錠制造用容器具備由底板和多個側板構成的以能夠分割的方式組裝的箱狀容器本體、以及形成于該容器本體的內表面的脫模材料，在使硅熔融液凝固而使多晶硅生長時使用，其中，由氮化硅、碳化硅或氧化鋁中的任一種所構成的多孔體或兩種以上組合的多孔體構成容器本體，由氮化硅構成脫模材料。另外，構成容器本體的多孔體的開口氣孔率為10%以上40%以下。由于脫模材料牢固地形成于容器本體的內表面，因而能夠有效地防止脫模材料由于伴隨硅凝固時的體積膨脹的應力而損壞。
文檔編號C01B33/02GK103140443SQ20118004872
公開日2013年6月5日 申請日期2011年10月3日 優先權日2010年10月8日
發明者吉澤彰, 清水孝幸, 朝日聰明 申請人:吉坤日礦日石金屬株式會社