專利名稱：可重復(fù)使用的坩堝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體級(jí)硅(包括太陽能級(jí)硅)錠料(ingot) 的可重復(fù)使用的坩堝，并涉及制造所述可重復(fù)使用的坩堝的方法。
背景技術(shù)：
在未來幾十年，全球的石油供應(yīng)將逐漸枯竭。這意味著在數(shù)十年 內(nèi)必須要替代上個(gè)世紀(jì)的主要能源，以同時(shí)滿足現(xiàn)在的能源消耗和將 來全球能源需求的增加。
另外，對(duì)以下方面非常關(guān)注化石能源的使用使地球的溫室效應(yīng)
增加到可能變得危險(xiǎn)的程度。因此，應(yīng)該優(yōu)選用對(duì)氣候和環(huán)境是可再 生的和可持續(xù)的能源/載體來替代目前消耗的化石燃料。
一種這樣的能源是太陽光，其通過遠(yuǎn)大于現(xiàn)在日常消耗量(包括人 類能量消耗的任何可預(yù)見的增加量)的能量輻照地球。然而，直到最近， 太陽能電池電力還是由于太昂貴而失去了與核能、熱能等的競爭力。 為了實(shí)現(xiàn)太陽能電池電力的巨大潛力，需要進(jìn)行改變。
源于太陽能板的電力的成本是能量轉(zhuǎn)化效率和太陽能板制造成本 的函數(shù)。因而， 一種降低太陽能電池電力成本的策略是降低太陽能晶 片錠料的制造成本。
目前用于多晶晶片的硅基太陽能電池板的主要工藝路線如下使
用布里奇曼(Bridgman)法或相關(guān)技術(shù)，通過定向凝固來形成錠料，然后 將所述錠料切割成較小的塊，并進(jìn)一步切割成晶片。在這些工藝中的 主要困難是，在錠料定向凝固期間，保持硅原料的純度并實(shí)現(xiàn)充分的溫度梯度控制，以獲得令人滿意的晶體質(zhì)量。
污染問題與坩堝材料密切相關(guān)，因?yàn)檑釄迮c熔融硅直接接觸，并 且溫度控制問題意味著使用慢的除熱速率，由此延長了凝固時(shí)間。因 此，坩堝材料應(yīng)為盡可能對(duì)熔融硅為化學(xué)惰性的材料，并在相對(duì)長的 時(shí)間內(nèi)能承受高達(dá)約150(TC的高溫。
現(xiàn)有技術(shù)
因?yàn)槿菀滓愿呒兌鹊男问将@得二氧化硅(Si02)，所以二氧化硅為目
前用于坩堝和模具領(lǐng)域的優(yōu)選材料。當(dāng)用于定向凝固法時(shí)，二氧化硅 被熔融硅潤濕，導(dǎo)致錠料和坩堝之間的強(qiáng)粘附。在錠料冷卻期間，因 為由硅的熱膨脹系數(shù)高于二氧化硅而引起的機(jī)械拉伸增大，所以所述 強(qiáng)粘附導(dǎo)致錠料的破裂。
錠料破裂的問題可以通過應(yīng)用通過抵抗熔化潤濕的氮化硅剝離涂 層來解決。
在爐內(nèi)加工期間，二氧化硅坩堝從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成結(jié)晶相。在冷卻
期間，結(jié)晶Si02經(jīng)歷引起破裂的相變。基于該原因，所述二氧化硅坩
堝僅可使用一次。這明顯提高了錠料的制造成本。
因此， 一直嘗試尋找可重復(fù)使用的坩堝作為用于半導(dǎo)體級(jí)硅定向
凝固的坩堝或模具。這類坩堝需要由這樣的材料制成該材料足夠純 且對(duì)熔融硅為化學(xué)惰性，使得能夠形成高純度的錠料，且在冷卻期間， 其熱膨脹不會(huì)導(dǎo)致錠料和坩堝之間的強(qiáng)機(jī)械拉伸。
從JP-59-162199得知了一種這樣的嘗試，其公開了由反應(yīng)結(jié)合氮 化硅(RBSN)制成的坩堝?？梢栽O(shè)計(jì)氮化硅坩堝以提供如下坩堝，其熱 膨脹系數(shù)比金屬硅低。據(jù)報(bào)道，JP-59-162199的坩堝的密度為氮化硅理 論最大密度的85%，并且所述坩堝顯示了良好的機(jī)械強(qiáng)度。然而，還
6存在一個(gè)問題，液態(tài)硅潤濕坩堝，因此在錠料和坩堝之間產(chǎn)生強(qiáng)粘附， 導(dǎo)致當(dāng)釋放金屬硅時(shí)坩堝的裂縫和破裂。
在NO 317 080中解決了液態(tài)硅的潤濕問題，該文獻(xiàn)公開了一種由 RBSN制成的坩堝，其中調(diào)節(jié)氮化期間的壓力和硅粒子粒度分布，以提 供密度在理論最大密度的40%與60%之間的氮化硅，所述坩堝表面至 少50。/。的孔具有比Si3N4粒子平均粒度大的直徑。據(jù)報(bào)道，該材料顯示 了不被液態(tài)金屬潤濕的趨勢(shì)，使得能相對(duì)容易地從坩堝中釋放錠料。 NO 317 080的坩堝是通過整體成形的，具有錐形內(nèi)表面的典型圓柱形 燒杯設(shè)計(jì)，內(nèi)徑為25-30 mm，外徑為40mm。坩堝高度為40mm。
在Khattak等人的美國申請(qǐng)2004-0211496中公開了另一種可重復(fù) 使用的坩堝的例子。該申請(qǐng)教導(dǎo)使用方形截面坩堝，其由涂覆有剝離 涂層的反應(yīng)結(jié)合氮化硅或等壓(isopressed)氮化硅制成。制成的RBSN 坩堝具有高達(dá)40X40 cm2的內(nèi)截面面積。壁厚為約20mm。等壓坩堝 的內(nèi)部尺寸為17X17X17 cm3，壁厚為2 cm。據(jù)證明，所述坩堝能經(jīng) 受16次錠料制造。
通常，反應(yīng)粘結(jié)氮化硅是一種通過如下操作獲得的材料 一例如在水性粉漿(slip)中混合具有合適晶粒尺寸分布和純度的硅 粒子給料；
—例如通過在石膏模具中澆鑄，將硅粒子混合物制成期望的形狀， 通常稱之為生坯；以及
一在箱式爐、連續(xù)爐等中，在氮?dú)鈿夥障录訜崴錾鳎纱烁?據(jù)反應(yīng)(I)將生坯中的硅轉(zhuǎn)化成氮化硅。
(I)3 Si (s) + 2 N2 (g) = Si3N4 (s)
RBSN法的一個(gè)特征在于，生坯在氮化期間僅經(jīng)歷輕微的尺寸變 化。另一個(gè)特征在于，根據(jù)反應(yīng)(I)進(jìn)行的硅粒子的氮化反應(yīng)劇烈發(fā)熱。劇烈放熱反應(yīng)引起這樣的問題進(jìn)料中的熱區(qū)域?qū)A向于比周圍 材料更快地反應(yīng)，導(dǎo)致局部熱失控的危險(xiǎn)。如果發(fā)生熱失控，非常有 可能引起材料的裂縫和瑕疵。熱失控問題對(duì)將要形成的物體的物理尺 寸設(shè)定了實(shí)際限制，因?yàn)樗鑫矬w應(yīng)具有相對(duì)薄的體相(高的深寬比和 薄壁)使得在氮化期間從反應(yīng)區(qū)域移走足夠的熱量。
因此，所述RBSN法不適于制造用于工業(yè)規(guī)模制造半導(dǎo)體硅的坩
堝，比如目前的定向凝固爐(DS爐)，其形成的錠料尺寸高達(dá)100x100x40 ci^以上。這要求坩堝尺寸大于目前適用RBSN材料的坩堝尺寸。
發(fā)明目的
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于制造半導(dǎo)體級(jí)硅的高純錠料的 可重復(fù)使用的坩堝。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造所述坩堝的方法。
本發(fā)明的目的可通過以下說明書和/或附隨的權(quán)利要求書中所述 的特征來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于以下實(shí)現(xiàn)可以這樣解決關(guān)于氮化硅坩堝(所述氮化硅
坩堝具有足夠的純度和機(jī)械強(qiáng)度以用于熔化和定向凝固高純金屬硅的
重復(fù)循環(huán)，以用于形成具有100x100x40 cm3以上尺寸的錠料)的放大問 題制造氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)坩堝，以及形成用NBSN材料形成 的底部元件和壁部元件的板狀元件，隨后安裝所述板狀元件以形成坩 堝。
因此，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種制造坩堝的方法，所述 坩堝用于通過定向凝固來制造半導(dǎo)體級(jí)硅的錠料，所述方法包括
8—將氮化硅粉末與硅粉末混合；
—使所述粉末混合物形成具有期望形狀的生坯；
一在氮?dú)鈿夥罩屑訜崴錾?，由此根?jù)反應(yīng)(I)對(duì)生坯中的硅粒子進(jìn)行氮化，將生坯轉(zhuǎn)變成氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)體。
(I)3 Si (s) + 2 N2 (g) = Si3N4 (s)
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造坩堝的方法，所述坩堝用于通過定向凝固來制造半導(dǎo)體級(jí)硅的錠料，所述方法包括一將氮化硅粉末與硅粉末混合；
一形成一組板形式的生坯，所述板將被用作方形截面坩堝的底部和壁部；
—在含氮?dú)夥罩屑訜崴錾?，由此根?jù)反應(yīng)(I)對(duì)生坯和密封糊料中的硅粒子進(jìn)行氮化，從而將生坯轉(zhuǎn)變成氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)板狀元件；以及
—裝配所述板狀元件以形成具有方形截面區(qū)域的坩堝。
作為選擇，可以組裝所述生坯板狀元件以形成生坯坩堝，然后在含氮?dú)夥罩屑訜崴錾髹釄?，直至所述生坯坩堝被氮化成氮化物結(jié)合氮化硅坩堝。
通過施用含硅粉末和任選的氮化硅粒子的糊料，然后在含氮的氣氛中熱處理所述糊料，直至將所述糊料的硅粒子氮化并將所述糊料轉(zhuǎn)化成固體粘結(jié)和密封的NBSN相，可以增強(qiáng)坩堝以及將結(jié)合處密封?？梢栽谏鞯盎蛟谏鏖_始氮化之后施用所述糊料。如果是后一種情況，所述糊料將在第二次熱處理中被氮化。
在本發(fā)明的第三方面，提供了用于通過定向凝固制造半導(dǎo)體級(jí)硅錠料的坩堝，其中所述柑堝由根據(jù)本發(fā)明第一方面所述方法的氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)制成。在本發(fā)明的第四方面，提供了用于通過定向凝固制造半導(dǎo)體級(jí)硅錠料的坩堝，其中所述坩堝由氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)板狀元件制成，安裝所述板狀元件以形成根據(jù)本發(fā)明第二方面所述方法的方形截面坩堝。
這里使用的術(shù)語"氮化"是指如下的任意過程其中將含金屬硅粒子的成形粉末或糊料在氮?dú)鈿夥罩袩崽幚?，直至獲得硅粒子與氮?dú)忾g的反應(yīng)，使得硅粒子轉(zhuǎn)化成氮化硅粒子，并由此使粉末混合物成分結(jié)合在一起以形成固態(tài)基體。形成的固態(tài)物體所顯示的孔隙度取決于氮化前存在于粉末中的硅粒子和/或其它粒子的粒度和粒度分布。在氮化物結(jié)合氮化硅中，該粉末混合物包含硅粒子和氮化硅粒子，且氮化導(dǎo)致硅粒子轉(zhuǎn)化成氮化硅粒子，所述氮化硅粒子將自身與最初存在的氮化物粒子一起結(jié)合成純氮化硅的固態(tài)多孔體。
這里使用的術(shù)語"生坯"是指含硅粒子和氮化硅粒子粉末混合物的任意成形物體，包括從干壓的僅含硅和氮化硅粉末的粉末混合物到通過粉漿澆鑄、凝膠澆鑄或任意其它陶瓷成形方法由水性或非水性懸浮體或粉漿固結(jié)得到的成形物體，且在氮?dú)鈿夥罩屑訜釙r(shí)，所述的任意成形物體將經(jīng)歷氮化反應(yīng)以形成具有足夠純度和機(jī)械強(qiáng)度的多孔氮化硅固態(tài)物體，以用作半導(dǎo)體級(jí)硅定向凝固用的坩堝材料。所述生坯可任選地包含添加劑，如粘合劑、分散劑和增塑劑，只要這些添加劑在隨后的過程中能基本上被完全揮發(fā)即可。
在此使用的術(shù)語"氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)"是指或多或少有孔
的固態(tài)氮化硅材料，所述氮化硅材料由聚集相和粘結(jié)相組成，所述聚集相反映氮化硅聚集體的粒度分布和純度，所述粘結(jié)相反映硅粉末的粒度分布和純度，其中硅粘結(jié)相在氮化過程中大體上完全被轉(zhuǎn)化成氮化硅。NBSN材料與其它氮化硅材料類型的主要區(qū)別在于制備方法。與RBSN(反應(yīng)結(jié)合氮化硅)的區(qū)別在于，在RBSN制備中，生坯完全由硅粉末制成。
本發(fā)明的坩堝可有利地具有錐度(tapering)使得易于釋放錠料。所述坩堝能夠任選用某些材料涂覆使得澆鑄后容易釋放錠料。
密封糊料可以與形成生坯的糊料相同，即硅粒子和氮化硅粒子的含水糊料。作為選擇，所述密封糊料可以僅是硅粒子的糊料。
使用高純?cè)鲜侵匾?。這對(duì)于氧尤其重要，因?yàn)橐阎诘柚械难醭煞謱?dǎo)致被液態(tài)硅潤濕。根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)準(zhǔn)商購級(jí)別的氮化硅粒子在用作生坯用原料之前可能需要純化。這可通過酸浸實(shí)現(xiàn)，例如通過酸浸和隨后的高純水洗滌，如同在WO 2007/045571中所公開的。然而，本發(fā)明并不限制為這種清洗方法；可以應(yīng)用任何已知的用于提供高純氮化硅粒子和/或硅粒子的方法。
與RSBN法相比，氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)坩堝的制造方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
一更好的工藝穩(wěn)定性。氮化反應(yīng)(I)劇烈放熱。這意味著進(jìn)料中熱的區(qū)域?qū)A向于比周圍材料更快地反應(yīng)，導(dǎo)致局部熱失控的危險(xiǎn)。如果發(fā)生局部熱失控，材料中極有可能存在裂縫和瑕疵。在NBSN中，將被氮化的材料的量比RBSN中少。這意味著反應(yīng)放出的熱量較少，且更多的材料能夠吸收和分散熱量。結(jié)果是工藝穩(wěn)定性明顯提高。
—在微結(jié)構(gòu)工程上更加靈活。氮化反應(yīng)在硅粒子表面上形成產(chǎn)物層。為了使反應(yīng)完全，氮?dú)獗仨毚┻^該層擴(kuò)散。這實(shí)際上對(duì)硅粒度設(shè)置了上限。如果需要，能夠通過氮化硅原料在NBSN中引入粗的氮化硅粒子。
11—更高的可靠性。由NBSN制成的坩堝具有如下優(yōu)點(diǎn)因?yàn)榈磻?yīng)釋放的熱量減少，因此在制成需要的尺寸以用于硅定向凝固時(shí)，它能夠更加可靠且具有更高的產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明第二或第四方面所述的基于板的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)—如果將板堆疊用于氮化，可更加有效地使用爐內(nèi)的可用空間。
一處理生坯部件比處理生坯坩堝容易，這能夠降低壁部和底部的厚度。這提高了坩堝的熱性能，并節(jié)約了原料。
一制造由板制成的坩堝更加容易且更加經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵跐茶T步驟中失敗率更低，且爐內(nèi)材料的密度更高，并且在氮化期間有可能有更高的反應(yīng)速率。
—密封處的最后氮化能夠非?？焖俚剡M(jìn)行，且能夠與溫度沖擊處理結(jié)合進(jìn)行使得控制質(zhì)量。


圖1中的a) c)部分為板狀元件的示意圖，所述板狀元件可以被組裝以形成根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于硅DS凝固的坩堝。圖ld)
顯示了組裝的坩堝。
圖2中的a)和b)部分為板狀元件的示意圖，所述板狀元件可以被組裝以形成根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的用于硅DS凝固的坩堝。圖2c)顯示了組裝的坩堝。
具體實(shí)施例方式
通過本發(fā)明第二或第四方面的本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，制造板狀元件組裝以形成方形截面的可重復(fù)使用的坩堝。這些實(shí)施例決不應(yīng)被理解為限制形成可重復(fù)使用的氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)坩堝的總發(fā)明概念，可以使用任何可能想到的形狀和尺寸的NBSN元件，以整體形式或通過幾塊組裝的形式，用作凝固硅用坩堝。
在根據(jù)實(shí)施例1和實(shí)施例2的坩堝中，板狀元件都通過將氮化硅粒子超過60wt。/。且Si粒子少于40wty。的漿料澆鑄到模具中制成，所述模具優(yōu)選由如下石膏制成，所述石膏具有將待成的板狀元件的最終形狀，所述模具包括凹槽和孔，使得獲得適用于組裝成坩堝的板。然后，在高達(dá)超過140(TC的溫度下于基本上純氮的氣氛中加熱所述板，在這期間，鑄造材料中的硅將反應(yīng)并在氮化硅晶粒間形成氮化硅結(jié)合，并揮發(fā)掉添加劑。在氮?dú)鈿夥罩欣^續(xù)熱處理，直至漿料中所有的Si粒子都己經(jīng)被氮化，使得獲得氮化硅的固態(tài)板。如果必要，所述氮化板可以在冷卻后被拋光以及進(jìn)行形狀調(diào)整，以獲得精確的尺寸，由此通過組裝形成密封且防漏的坩堝。
當(dāng)組裝坩堝時(shí)，將由硅分散在液體中制成的密封糊料沉積到板狀元件的區(qū)域上，所述區(qū)域在組裝時(shí)將與相鄰的板狀元件相接觸。然后組裝所述板狀元件，并將形成的坩堝在基本上純氮的氣氛中進(jìn)行第二次熱處理，使得密封糊料中的Si粒子被氮化，由此密封坩堝的結(jié)合處并將元件結(jié)合在一起。第二次熱處理與第一次類似，溫度為大約140(TC，且持續(xù)的時(shí)間使得密封糊料中的所有Si粒子都氮化。
實(shí)施例1
圖1為形成根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的方形截面坩堝的底部和側(cè)壁的板狀元件示意圖。所有元件都由NBSN制成。該圖還顯示了組裝的坩堝。
圖la顯示了底板l，其為正方形板，在其向上的表面上沿各側(cè)具有凹槽2。所述凹槽與形成坩堝壁部的側(cè)部元件的厚度相一致，使得側(cè)壁的下邊緣能夠進(jìn)入凹槽中并形成緊密配合。作為選擇，所述側(cè)部元件和底部凹槽具有互補(bǔ)的形狀，比如榫部(plough)和舌部。
13圖lb顯示了一個(gè)長方形壁部元件3。在相對(duì)側(cè)上將使用這些元件的兩個(gè)，參見圖ld。側(cè)部元件3在朝向坩堝內(nèi)的表面上沿兩個(gè)邊具有
凹槽4。將凹槽4加工成特定尺寸以與壁部元件5的側(cè)邊緊密配合，所述壁部元件5相對(duì)于壁部元件3垂直放置。凹槽4與壁部元件3的側(cè)邊可具有全等角取向(congruent angled orientation),使得壁部元件形狀為等腰梯形，其中底部和頂部側(cè)邊平行且側(cè)邊形成全等角。這種等腰梯形使得組裝的坩堝為錐形，使得坩堝開口的橫截面積大于坩堝底部的橫截面積。向上的方向如圖lb中的箭頭所示。此外，在側(cè)邊的頂部，壁部元件3可具有凸出7，與壁部元件5上的相應(yīng)凸出6形成鎖定夾持件，參見圖ld。
圖lc顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例坩堝的相應(yīng)壁部元件5。在相對(duì)側(cè)使用這些壁部元件的兩個(gè)，并垂直于壁部元件3之間，參見圖ld。壁部元件5在頂部側(cè)邊具有凸出6，凸出6具有與壁部3的凸出7互補(bǔ)的形狀。當(dāng)將凸出6裝入凸出7時(shí)，凸出6、 7將形成鎖定夾持件。
圖ld顯示了當(dāng)將其組裝成坩堝時(shí)的板狀元件。在組裝前，將密封糊料施用于凹槽2、 4的每個(gè)中。如果凹槽2、 4和板狀元件3、 5的邊具有足夠的尺寸精確度，則可組裝成具有足夠緊密配合的坩堝以獲得防漏坩堝。在此情況下，可省去使用密封糊料和第二次加熱，所述壁部元件將通過凸出6、 7保持在適當(dāng)位置。
實(shí)施例2
圖2為形成符合本發(fā)明第二實(shí)施例的方形截面坩堝的底部和側(cè)壁的片狀元件示意圖。所有元件由NBSN制成。該圖還顯示了組裝的坩堝。
圖2a顯示了底板10，其為正方形板，沿其每一側(cè)具有細(xì)長的孔11。調(diào)整所述孔的尺寸，使得它們能夠容納側(cè)壁朝下的凸出并形成緊密配合。還可以想象，包括與孔11的中軸對(duì)齊的凹槽(未示出)，類似 于第一實(shí)施例底板1的凹槽2。
圖2b顯示了一個(gè)壁部元件12。存在四個(gè)這樣的元件，參見圖2c。 壁部元件12在每一側(cè)邊上具有兩個(gè)凸出14、 15和兩個(gè)向下的凸出13。 將側(cè)部凸出的尺寸加工成特定尺寸，使得當(dāng)組裝兩個(gè)壁部元件12以形 成坩堝的相鄰壁部時(shí)，凸出14進(jìn)入凸出15間的空間并形成緊密配合。 將朝下的凸出13加工成特定尺寸，以適合孔11并形成緊密配合，參 見圖2c。壁部元件12的側(cè)邊可具有全等角取向，使得壁部元件形狀為 等腰梯形，其中底部和頂部的側(cè)邊平行且側(cè)邊形成全等角。這種等腰 梯形使得組裝的坩堝成為錐形，使得坩堝開口的橫截面積大于坩堝底 部的橫截面積。向上的方向如圖2b中的箭頭所示。
圖2c顯示了當(dāng)將其組裝成坩堝時(shí)的板狀元件10、 12。在組裝前， 將密封糊料施用于每個(gè)壁部元件12的每個(gè)側(cè)邊和下邊。
不應(yīng)認(rèn)為該實(shí)施例限于在壁部元件12的每個(gè)側(cè)邊和底部使用兩 個(gè)凸出13、 14、 15?？梢允褂脧?往上的任何能想到數(shù)目的凸出13、 14、 15。
權(quán)利要求
1.用于制造坩堝的方法，所述坩堝用于通過定向凝固來生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)硅錠料，其特征在于，所述方法包括-將氮化硅粉末與硅粉末混合；-用具有期望形狀的粉末混合物形成生坯；以及-在基本上純氮的氣氛中加熱所述生坯，由此根據(jù)反應(yīng)3Si(s)+2N2(g)＝Si3N4(s)，將生坯中的硅粒子進(jìn)行氮化，從而將生坯轉(zhuǎn)變成氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)體。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法包括 —將氮化硅粉末與硅粉末混合；一形成一組板形式的生坯，所述生坯將是方形截面坩堝的底部元 件和壁部元件；—在含氮?dú)獾臍夥罩屑訜崴錾?，由此根?jù)反應(yīng)3Si(s) + 2 N2 (g) = Si3N4 (s)，將生坯中的硅粒子進(jìn)行氮化，從而將生坯轉(zhuǎn)變成氮 化物結(jié)合氮化硅(NBSN)板狀元件；以及—裝配底部元件和壁部元件以形成具有方形截面區(qū)域的坩堝。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)組裝坩堝時(shí)，施用 密封糊料以密封或任選地粘結(jié)板狀元件的結(jié)合處。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述密封糊料是包含 硅粉末和任選的氮化硅粒子的糊料，當(dāng)在含氮?dú)獾臍夥罩屑訜釙r(shí)，所 述糊料將形成固態(tài)氮化物結(jié)合氮化硅的固態(tài)的密封和任選粘結(jié)的相。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，_所述粉末混合物包含超過60wt。/。的氮化硅粒子和少于40wt% 的硅粒子；一通過添加高純水使所述粉末混合物形成水性糊料；以及一將由水性漿料形成的生坯在基本上純氮的氣氛中于高達(dá)超過140(TC的溫度下進(jìn)行加熱。
6. 如權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征在于，所述生坯為通過使用如下之一形成的氮化硅粉末和硅粉末混合物的成形體僅含硅和氮化硅粉末的干壓粉末混合物，或者通過粉漿澆鑄、凝膠澆鑄或任意其它陶瓷成形方法由水性或非水性懸浮體或粉漿固結(jié)得到的成形物體。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述生坯可任選地包含添加劑，如粘合劑、分散劑和增塑劑。
8. 用于通過定向凝固來生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)硅錠料的坩堝，其特征在于，它是通過權(quán)利要求l所述的方法制成的。
9. 用于通過定向凝固來生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)硅錠料的坩堝，其特征在于，它是通過權(quán)利要求2所述的方法制成的。
10. 用于硅定向凝固的坩堝，其特征在于，一通過組裝一個(gè)底板元件(l， 10)和四個(gè)壁部元件(3， 5， 12)形成具有方形截面的坩堝，所述元件均由氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)制成，以及一在相鄰壁部元件(3， 5， 12)之間和在壁部元件(3， 5， 12)與底部元件(l， IO)之間的結(jié)合處通過在組裝前施用含硅的密封糊料來密封和固定，然后在基本上純氮的氣氛中加熱以形成糊料的氮化硅的固態(tài)密封/粘結(jié)相。
11. 如權(quán)利要求IO所述的坩堝，其特征在于，一使用一個(gè)底板(l)、兩個(gè)側(cè)壁(3)和兩個(gè)側(cè)壁(5)以間隔順序組裝所述坩堝；—底板(l)為正方形板，在其向上的表面上沿每個(gè)側(cè)邊具有凹槽(2)，其中調(diào)整凹槽(2)，使得側(cè)壁(3， 5)的下邊進(jìn)入凹槽(2)中并形成緊密配合；以及—壁部元件(3)在朝向坩堝內(nèi)的表面上沿兩個(gè)邊具有凹槽(4)，將凹槽(4)加工成特定尺寸以與壁部元件5的側(cè)邊實(shí)現(xiàn)緊密配合。
12. 如權(quán)利要求ll所述的坩堝，其特征在于，—凹槽(4)和壁部元件(3)的側(cè)邊具有全等角取向，使得所述壁部元件的形狀為等腰梯形，其中底部側(cè)邊和上部側(cè)邊平行，且側(cè)邊形成全等角；一壁部元件(3)具有凸出(7);_壁部元件(5)具有凸出(6);以及一將凸出(6、 7)成型為特定形狀，使得當(dāng)組裝坩堝時(shí)，形成使兩個(gè)側(cè)部元件(3、 5)緊密保持在一起的鎖定夾持件。
13. 如權(quán)利要求12所述的坩堝，其特征在于，在不使用密封糊料的情況下組裝壁部元件(3， 5)和底部元件(1)。
14. 如權(quán)利要求IO所述的坩堝，其特征在于，—使用一個(gè)底板(10)和四個(gè)側(cè)壁(12)組裝所述坩堝；_底板(10)為正方形板，在朝上的表面上沿每個(gè)側(cè)邊具有兩個(gè)孔(11);一壁部元件(12)具有兩個(gè)朝下的適于進(jìn)入孔(11)的凸出(13)，并與底部元件(IO)、 一個(gè)側(cè)邊上的兩個(gè)側(cè)凸出(14)以及另一個(gè)側(cè)邊上的兩個(gè)凸出(15)形成緊密配合；以及—其中將凸出(14、 15)加工成特定尺寸，使得當(dāng)組裝兩個(gè)壁部元件(12)來形成所述柑堝的相鄰壁部時(shí)，凸出(14)進(jìn)入凸出(15)之間的空間內(nèi)并形成緊密配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體級(jí)硅錠料的可重復(fù)使用的坩堝，該坩堝由氮化物結(jié)合氮化硅(NBSN)制成。該坩堝可通過如下制得混合氮化硅粉末與硅粉末，形成坩堝生坯，然后在含氮?dú)夥罩屑訜嵘?，使得硅粉末氮化而形成NBSN坩堝。該坩堝可通過組裝待成為方形截面坩堝的底部(1)和壁部(3，5)的NBSN材料板狀元件而得到，任選地通過施用含有硅粉末和任選的氮化硅粒子的糊料來密封結(jié)合處，隨后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二次熱處理。
文檔編號(hào)C30B11/00GK101495680SQ200780023521
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者施泰因·朱爾斯魯?shù)? 耶爾特魯?shù)隆だ锇? 魯內(nèi)·羅利吉特恩 申請(qǐng)人:Rec斯坎沃佛股份有限公司