复合坩埚及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种坩埚及其制造方法，该坩埚可适用于耐热强度高且长时间的提拉，以更低的成本制造。本发明专利技术的复合坩埚，包括具有侧壁部及底部的氧化硅玻璃坩埚主体和设置于上述氧化硅玻璃坩埚主体上端部的外表面侧的加固层，上述加固层由以氧化铝和氧化硅为主要成分的莫来石质的材料构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造硅结晶的。
技术介绍
近年来，由于关注环境问题或能源问题而使太阳能电池的需求格外高涨。根据用于发电机的半导体材料的种类不同，太阳能电池大致分为“硅类太阳能电池”和“化合物半导体类太阳能电池”2种。进一步，硅类太阳能电池被分为“结晶硅类太阳能电池”和“非结晶(非品质)硅类太阳能电池”，结晶硅类太阳能电池被分为“单晶硅类太阳能电池”和“多晶硅类太阳能电池”。关注作为太阳能电池最重要特性的转换效率会发现，近几年，化合物半导体类太阳能电池的转换效率最高达到近25%，其次是单晶硅类太阳能电池，其转换效率达到20% 上下，多晶硅类太阳能电池和非晶硅类太阳能电池等的转换效率为5 15%左右。另一方面，从材料成本方面考虑，硅作为地球上仅次于氧的第2多的元素，相较于化合物半导体格外便宜，因此硅类太阳能电池的普及率最高。在此，所谓“转换效率”是指用百分比(％)表示“用太阳能电池转换为电能而取出的能量与射入到太阳能电池的光的能量之比”的值。其次，简单说明单晶硅类太阳能电池的制造方法。首先，采用切克劳斯基法(CZ 法)和悬浮区熔法(FZ法)来制造圆柱形的单晶硅锭。例如在CZ法中，通过加热来熔化放入到氧化硅玻璃坩埚内的多晶硅，然后将品种浸渍于硅熔液并慢慢提拉来制造单晶硅。进而，切割该硅锭，例如加工成厚度为300 μ m左右的薄晶片，用药液蚀刻晶片表面以去除表面上的加工失真，并制得用于太阳能电池的晶片(基板)。对该晶片实施杂质 (掺杂剂)的扩散处理，并在晶片一侧形成PN粘接面之后，在两面形成电极，再在太阳光射入一侧表面上形成减少由光反射造成的光能损失的反射防止膜，以此完成太阳能电池。在太阳能电池中，为获得更大的电流，重要的是制造更大面积的太阳能电池单元。通过上述CZ 法可轻易制造大直径的单晶硅，并且所制造的单晶强度也很高，因此，适合于制造大直径硅晶片，以此作为大面积太阳能电池单元的基板材料使用。另一方面，制造多晶硅类太阳能电池时，适宜采用使用铸模凝固熔融硅的铸造法 (以下，称为“浇铸法”)或利用电磁感应的连续铸造法(以下，称为“电磁铸造法”)，能够以比切克劳斯基法制造的单晶硅基板更低的成本制造基板材料。浇铸法在坩埚内加热熔解高纯度硅，再均勻掺杂作为掺杂物的微量的硼等之后，直接使其在坩埚内凝固，或者，灌入铸模并进行凝固。作为用于浇铸法的坩埚或铸模，要求耐热性及形状稳定性出色、杂质含量少，因此，坩埚采用氧化硅，并且，铸模采用黑铅。用于制造硅结晶的氧化硅坩埚，需要采用能承受长时间且多次提拉或铸造，且在高温下粘性高的材料。并且，还要求能够以低成本轻易制造。作为耐热强度高的以往的氧化硅坩埚，公开了在坩埚的外表面附近使用高浓度含铝(Al)层，在外表面附近涂钡(Ba)等结晶促进剂，坩埚外表面由氧化铝、莫来石等形成稳定化层的坩埚(专利文献1 3参照)。专利文献1 日本公开专利特开2000-247778号公报专利文献2 日本公开专利特表2008-507467号公报专利文献3 日本公开专利特表2004-531449号公报专利文献4 日本公开专利特开平1-153579号公报
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题然而，虽然提高铝浓度的现有氧化硅玻璃坩埚的粘性比较高，但是多次提拉时的耐热强度并不充分。并且，在现有氧化硅玻璃坩埚中，虽然在表面上涂敷作为结晶促进剂的钡，由此在坩埚表面上实现高效结晶化并以强化，但是对表面进行涂敷需要花费工夫，且处理毒性强的钡也成为问题。并且，在外表面形成稳定化层的现有氧化硅玻璃坩埚中，稳定化层通过喷射法形成Imm左右的薄层，提高坩埚全体的耐热强度，然而仅起到该薄层相当的加固作用，业界还需要强度的进一步提高。因此，本专利技术的目的是提供一种坩埚及其制造方法，该种坩埚能够在高温下以高粘性长时间使用，并能以更低成本制得。解决课题的手段本专利技术的专利技术人为了解决上述问题反复进行锐意研究的结果，发现通过在氧化硅玻璃坩埚的上端部设置莫来石质的加固层，由此能够提高坩埚的耐久性。氧化硅玻璃坩埚经长时间使用，其侧壁部可能会向内侧倾倒，不过如果加固层设置于上端部，就能够防止这种内倾现象。并且，也考虑过采用莫来石质的材料形成坩埚全体或大部分，不过如果在其内表面形成氧化硅玻璃层的话，由于莫来石和氧化硅玻璃的热膨胀率不同，因此有可能会在坩埚的加热过程中产生裂纹。但是，如果只把缘部的上端部作为加固层的话，就不会产生裂纹，而能长时间使用。本专利技术基于此种技术性发现而做出，本专利技术的复合坩埚包括具有侧壁部及底部的氧化硅玻璃坩埚主体和设置于上述氧化硅玻璃坩埚主体的上端部的外表面侧的加固层， 上述加固层的特征在于，其由以氧化铝和氧化硅为主要成分的莫来石质的材料形成。根据本专利技术，由于在由氧化硅玻璃构成的坩埚主体的上端部设置了莫来石质的加固层，因此能够提高坩埚上端部的耐热强度。因此能够维持坩埚强度，可长时间使用。并且，由于坩埚的大部分由氧化硅玻璃构成，因此能够以相同于现有氧化硅玻璃坩埚的方式使用，且容易使用处理。在本专利技术中，上述加固层的高度优选为上述侧壁部高度的1/10以上且1/2以下。 加固层的高度小于上述侧壁部的高度的1/10时，不能发挥作为加固层的功能，易发生侧壁部的内倾，在加固层高度超过上述侧壁部的高度的1/2时，因坩埚加热升温时的两者的热膨胀率不同，而很可能会引起坩埚侧壁部出现裂纹。在本专利技术中，优选为进一步具备缓冲层，该缓冲层设置于上述加固层和上述氧化硅玻璃坩埚主体之间，并具有从坩埚的上方到下方呈现铝浓度降低的浓度梯度。根据该种构成，能充分提高莫来石质的加固层与氧化硅玻璃的上下方向的边界的接合性。在本专利技术中，上述氧化硅玻璃坩埚主体优选为具备不透明氧化硅玻璃层和透明氧化硅玻璃层，其中，上述不透明氧化硅玻璃层设置于坩埚外表面侧，且含有大量微小气泡， 上述透明氧化硅玻璃层设置于坩埚内表面侧。不透明氧化硅玻璃层能够提高保温性，因此可以对硅熔液进行均勻加热，透明氧化硅玻璃层可以提高单晶硅的制造成品率。在本专利技术中，在坩埚壁厚方向上，上述加固层与上述不透明氧化硅玻璃层可以设置于同一层上，也可以设置于上述不透明氧化硅玻璃层的外侧，且接触于上述不透明氧化硅玻璃层的外表面上。不论是哪种情况，均可加固氧化硅玻璃坩埚主体，能够提供在长时间使用中也不易变形的坩埚。在本专利技术中，上述加固层所含的铝浓度，以由坩埚的外表面侧向内表面侧的浓度降低的浓度梯度为宜。采用该种构成，由于能够在充分提高坩埚外表面侧的粘性的同时，使内表面附近的热膨胀率接近于氧化硅玻璃的热膨胀率，因此能够提高两者的接合力。并且， 还能够防止坩埚内部硅熔液受杂质的污染。并且，为解决上述问题，本专利技术所涉及的复合坩埚制造方法的特征在于包括边旋转具备与上述复合坩埚形状匹配的腔体的模具，边向上述模具上部区域供给混合氧化铝粉和氧化硅粉所得的莫来石原料粉，同时向上述上端部的下方区域供给第2氧化硅粉的工序；向由上述莫来石原料粉及上述第2氧化硅粉所形成的层的内侧供给第3氧化硅粉的工序；通过加热熔化上述莫来石原料粉、上述第2氧化硅粉以及上述第3氧化硅粉，以形成设置于坩埚外表面侧的不透明氧化硅玻璃层、设置于坩埚内表面侧的透明氧化硅玻璃层以及设置于坩埚上端部的外表面侧的莫来石质的加固层的工序。并且，本专利技术所涉及的复合坩埚制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：须藤俊明，北原贤，吉冈拓麿，
申请(专利权)人：日本超精石英株式会社，
类型：发明
国别省市：