專利名稱：一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及單晶硅鑄錠領域，尤其涉及一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前產(chǎn)業(yè)化的鑄造單晶硅錠主要采用的方法是在坩堝底座鋪墊籽晶，利用未熔化完的單晶塊作為籽晶生長出單晶硅錠。在坩堝底座鋪墊籽晶后，由于坩堝本體以及在噴涂在坩堝本體表面的氮化硅純度一般為99 99. 9%，含有較多雜質(zhì)，在高溫條件下，這些雜質(zhì)通過固態(tài)擴散進入籽晶中，伴隨晶體生長，沿著未熔化的籽晶方向進行生長。這樣籽晶中的雜質(zhì)又通過固態(tài)擴散進入剛生長出來的晶體中，導致硅錠尾部少子壽命降低，低少子壽命區(qū)域偏長。另外，這部分籽晶與坩堝直接接觸，也會導致籽晶中雜質(zhì)含量增多。當回收利用這部分籽晶時，坩堝本體底座以及氮化硅層中的雜質(zhì)通過固態(tài)擴散進入籽晶中，導致籽晶的少子壽命下降，晶體質(zhì)量下降。當再次使用時未熔化的籽晶又一次引入新的雜質(zhì)，導致二次回收籽晶鑄造出來的硅錠低少子壽命區(qū)域更加長，影響硅錠利用率。并且多次使用的籽晶由于受到多次雜質(zhì)污染，晶體質(zhì)量下降，從而導致由籽晶生長出來的新的晶體質(zhì)量更差。從而，未熔化的籽晶的重復使用次數(shù)也受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝及其制備方法。本發(fā)明坩堝可阻擋在高溫階段下，坩堝本體底座和氮化硅層中的雜質(zhì)通過固態(tài)擴散進入籽晶中，從而降低硅錠尾部低少子壽命區(qū)域長度。同時，未熔化的籽晶也可以進行重復利用。一方面，本發(fā)明提供一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝，包括本體、氮化硅層和隔離層，本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，底座和側(cè)壁共同圍成一收容空間， 氮化硅層附著在朝向收容空間的本體底座和側(cè)壁，隔離層附著于所述氮化硅層之上，朝向收容空間內(nèi)的本體底座。優(yōu)選地，所述隔離層選自純度為99. 90% 99. 99%的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一種或幾種。更優(yōu)選地，石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜的純度為99. 99%。金屬在致密的氧化硅膜和氮化硅膜中具有低的擴散系數(shù)，因此，通過在坩堝底座氮化硅層與籽晶之間設置一高純材料的隔離層，可阻礙坩堝本體底座和氮化硅層中的雜質(zhì)擴散進入籽晶中。高純材料隔離層的設置，避免了坩堝底座與籽晶的直接接觸，減少了雜質(zhì)對籽晶的污染，進而減少了沿籽晶方向生長的晶體中的雜質(zhì)。從而，所鑄成的硅錠的底部由于雜質(zhì)量的減少，低少子壽命區(qū)域降低，硅錠質(zhì)量及利用率得到提高。同時，籽晶中的雜質(zhì)含量少，可以進行多次回收利用，提高籽晶利用率，降低生產(chǎn)成本。
更優(yōu)選地，所述石英玻璃為石英玻璃片或石英玻璃板，其厚度為O. 01 10mm。更優(yōu)選地，石英玻璃片或石英玻璃板的厚度為1_。優(yōu)選地，所述氧化硅和氮化硅為致密的薄膜，其膜厚度為IOnm lOum，致密度為 99. 0% 99. 9%，更優(yōu)選地，氧化硅膜和氮化硅膜的厚度為lOOnm，致密度為99. 9%。另一方面，本發(fā)明提供了一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝的制備方法，包括以下操作步驟取一噴涂好氮化硅層的石英或陶瓷坩堝，在坩堝本體底座的氮化硅層之上設置一隔離層。優(yōu)選地，所述隔離層選自純度為99. 90% 99. 99%的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一種或幾種。更優(yōu)選地，石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜的純度為99. 99%。優(yōu)選地，所述石英玻璃為石英玻璃片或石英玻璃板，其厚度為O. 01 10mm。更優(yōu)選地，石英玻璃片或石英玻璃板的厚度為1_。優(yōu)選地，所述氧化硅和氮化硅為一層致密的薄膜，其膜厚度為IOnm lOum，致密度為99. 0% 99. 9%，更優(yōu)選地，氧化硅膜和氮化硅膜的厚度為lOOnm，致密度為99. 9%。優(yōu)選地，所述氮化硅薄膜采用化學氣相沉積方法沉積。更優(yōu)選地，氮化硅薄膜采用等離子體增強化學氣相沉積方法(PECVD)沉積?；瘜W沉積法沉積形成的氮化硅膜，成膜速度快，產(chǎn)量高，沉積出來的膜致密度高。優(yōu)選地，所述氧化硅薄膜采用在硅片上高溫氧化生長法獲得。優(yōu)選地，所述隔離層為單層或多層。為得到良好的隔離效果，保護籽晶免受坩堝本體底座及氮化硅層中雜質(zhì)的污染，高純材料的隔離層可為單層石英片或石英板或氮化硅膜或氧化硅膜；也可為石英片或石英板與氮化硅膜和氧化硅膜的多層組合的復合隔離層。本發(fā)明提供的一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝及其制備方法，具有以下有益效果(I)本發(fā)明產(chǎn)品通過在坩堝底座氮化硅層與籽晶之間設置一高純材料的隔離層， 可阻擋在高溫階段下，坩堝本體底座和氮化硅層中的雜質(zhì)擴散進入籽晶中，進而減少了沿籽晶方向生長的晶體中的雜質(zhì)。從而，所鑄成的硅錠的底部低少子壽命區(qū)域降低，硅錠質(zhì)量及利用率得到提高。(2)本發(fā)明產(chǎn)品可減少籽晶中的雜質(zhì)含量，使籽晶得到多次回收利用，重復使用次數(shù)從原來的2 3次提高到了 6 8次，降低了生產(chǎn)成本。(3)本發(fā)明提供的制備方法操作簡便，易于實現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明的坩堝示意圖。圖2為本發(fā)明實施例一坩堝(左)與未設隔離層的坩堝(右)所鑄得的硅錠少子對比圖。
具體實施例方式以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
實施例一如圖I所示，一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝100，包括本體10、氮化硅層20和高純隔離層30。本體10包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，底座和側(cè)壁共同圍成一收容空間，氮化硅層20附著在朝向收容空間的本體底座和側(cè)壁，隔離層30附著于所述氮化硅層20之上，朝向收容空間內(nèi)的本體底座。取一噴涂好氮化硅層的石英坩堝，在坩堝本體底座的氮化硅層上設置一厚度為 Imm的石英玻璃片作為隔離層，石英玻璃片的石英純度為99. 99%。然后在隔離層上鋪設籽晶40，再在籽晶40上裝好配好的原料50進行鑄錠。圖2為本實施例坩堝(左)與未設隔離層的坩堝(右)所鑄得的硅錠少子對比圖，從圖中可以看出，設置了高純石英隔離層后所鑄成的硅錠少子區(qū)域明顯減少，即圖中黑色區(qū)域變短。實施例二一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝，結(jié)構(gòu)同實施例一，其不同之處在于， 所設置的隔離層為厚度為IOOnm的氮化硅薄膜，薄膜致密度為99. 9%，氮化硅的純度為 99. 99%，氮化硅薄膜采用等離子體增強化學氣相沉積方法(PECVD)沉積得到。其中，沉積條件為沉積溫度350°C，工藝壓力為2. 6托，硅烷的氣體流量為 480sccm,氨氣的氣體流量為3800sccm。實施例三一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝，結(jié)構(gòu)同實施例一，其不同之處在于， 所設置的隔離層為石英玻璃片和氮化硅薄膜。取一噴涂好氮化硅層的石英坩堝，在坩堝本體底座的氮化硅層上鋪一層厚度為 1mm，純度為99. 90%的石英玻璃片，再采用等離子體增強化學氣相沉積方法(PECVD)在石英玻璃片上沉積一層氮化硅薄膜，氮化硅薄膜的厚度為lOOnm，致密度為99. 9%，氮化硅的純度為99. 99%。實施例四—種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝，結(jié)構(gòu)同實施例一，其不同之處在于， 所設置的隔離層為石英玻璃片和氧化硅薄膜。取一噴涂好氮化硅層的石英坩堝，在坩堝本體底座的氮化硅層上鋪一層厚度為 Imm,純度為99. 90 %的石英玻璃片，再采用高溫生長法在石英玻璃片上生長一層氧化硅薄膜。氧化硅薄膜的厚度為lOOnm，致密度為99. 9%，氧化硅的純度為99. 99%。其中，氧化硅的生長條件為生長溫度1200°C，采用濕氧氧化，氧氣流量為 IOOsccm0
權(quán)利要求
1.一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝，其特征在于，所述坩堝包括本體、氮化硅層和隔離層，所述本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間，所述氮化硅層附著在朝向所述收容空間的所述本體底座和側(cè)壁，所述隔離層附著于所述氮化硅層之上，朝向所述收容空間內(nèi)的本體底座。
2.如權(quán)利要求I所述的坩堝，其特征在于，所述坩堝為石英或陶瓷坩堝。
3.如權(quán)利要求I所述的坩堝，其特征在于，所述隔離層選自純度為99.90% 99. 99% 的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求3所述的坩堝，其特征在于，所述石英玻璃為石英玻璃片或石英玻璃板， 其厚度為O. 01 10mm。
5.如權(quán)利要求3所述的坩堝，其特征在于，所述氧化硅和氮化硅為致密的薄膜，所述薄膜厚度為IOnm 10um，致密度為99. O % 99. 9 %。
6.一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝的制備方法，包括以下步驟取一噴涂好氮化硅層的石英或陶瓷坩堝，在坩堝本體底座的氮化硅層之上設置一隔離層。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述隔離層選自純度為99.90 % 99. 99%的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述石英玻璃為石英玻璃片或石英玻璃板，其厚度為O. 01 10mm。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氧化硅和氮化硅為致密的薄膜，所述薄膜厚度為IOnm 10um，致密度為99. O % 99. 9 %。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜采用化學氣相沉積方法沉積，所述氧化硅薄膜采用高溫氧化生長法獲得。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高硅錠利用率和籽晶使用次數(shù)的坩堝及其制備方法。本發(fā)明坩堝包括本體、氮化硅層和高純隔離層，本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，底座和側(cè)壁共同圍成一收容空間，氮化硅層附著在朝向收容空間的本體底座和側(cè)壁，隔離層附著于所述氮化硅層之上，朝向收容空間內(nèi)的本體底座。本發(fā)明坩堝可防止坩堝本體底座和氮化硅層中的雜質(zhì)擴散進入籽晶中，從而降低硅錠尾部低少子壽命區(qū)域長度，提高硅錠利用率。同時，未熔化的籽晶，由于未受到來自雜質(zhì)的污染，也可以進行重復利用，提高籽晶利用次數(shù)。
文檔編號C30B29/06GK102586856SQ201210022550
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者胡動力 申請人:江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司