專利名稱：多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅鑄錠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅鑄錠用坩堝。
背景技術(shù)：
多晶硅是光伏產(chǎn)業(yè)的原材料。多晶硅太陽(yáng)能電池片的制作一般要通過(guò)多晶硅的鑄錠、開方、切片等道工序。目前，大多數(shù)的多晶硅鑄錠是通過(guò)石英坩堝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在多晶硅鑄錠工藝中，一般是將高純度的多晶硅塊料放入石英坩堝中，在惰性氣體中(一般為氬氣) 升溫至高溫(1500°C以上)熔化，再緩慢冷卻至室溫，將完整的硅錠與破碎的石英坩堝進(jìn)行分離進(jìn)行鑄錠。為了可以順利脫模，在石英坩堝的內(nèi)表面要事先噴涂一層脫模劑材料，該材料通常是高純度(99. 99%以上)的氮化硅粉體。該高純氮化硅涂層主要有幾個(gè)作用一是防止石英坩堝中的金屬或非金屬雜質(zhì)在高溫的時(shí)候與多晶硅熔融體發(fā)生接觸，擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅，使高純度的多晶硅造成污染；二是避免石英坩堝與硅錠在冷卻過(guò)程中發(fā)生粘連，導(dǎo)致脫模失敗；三是防止硅料與石英或石英玻璃在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)一氧化硅氣體，污染整個(gè)電爐體系。多晶硅的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于石英的熱膨脹系數(shù)，如果這兩種不同熱膨脹系數(shù)的材料發(fā)生粘接，會(huì)使多晶硅錠與坩堝之間產(chǎn)生極大的應(yīng)力，使硅錠發(fā)生龜裂、破損，產(chǎn)生大量的次品。這種多晶硅的鑄錠模式所使用的石英坩堝只能使用一次，而無(wú)法反復(fù)使用。這是因?yàn)槭③釄逯械姆蔷B(tài)氧化硅在冷卻過(guò)程中會(huì)部分轉(zhuǎn)化為晶體相二氧化硅，導(dǎo)致坩堝的破裂、破碎。用于石英坩堝上的高純度氮化硅粉體純度要求高，只有少數(shù)廠商可以提供，價(jià)格昂貴，一般也只能使用一次而難以回收。光伏行業(yè)的興起使石英坩堝的使用量大大增加， 也使高純氮化硅粉體的使用量大大增加。這些耗材的大量生產(chǎn)、使用消耗大量的能量與石英材料，是光伏產(chǎn)業(yè)的重要成本之一。開發(fā)能夠反復(fù)使用的多晶硅鑄錠用坩堝不但可以大大降低石英坩堝的使用量，也可以節(jié)約氮化硅粉體的使用，對(duì)節(jié)能減排，降低太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)成本意義重大。氮化硅作為一已知惰性的脫模材料，它與許多金屬材料在高溫下都不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，可以用于硅以及其他多種金屬材料的脫模。氮化硅陶瓷坩堝以及其他各種形狀的氮化硅陶瓷部件都有商業(yè)化產(chǎn)品，但大多是用等靜壓燒結(jié)等陶瓷工藝制備，即使用的原材料為各種純度的氮化硅粉體，該粉體經(jīng)過(guò)成型后，在高溫(1600°C以上)高壓下燒結(jié)而成。這種模式生產(chǎn)的氮化硅陶瓷坩堝有好的機(jī)械強(qiáng)度，也有好的耐高溫性能，但它一般尺寸都很小，一只坩堝一次只能熔融多晶硅數(shù)公斤至數(shù)十公斤，無(wú)法用于一次鑄錠在數(shù)百公斤的多晶硅鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)。另外，為了加速燒結(jié)效率，往往需要在氮化硅粉體中添加鐵，鈣，鋁等金屬雜質(zhì)作為燒結(jié)助劑，而這些雜質(zhì)的導(dǎo)入會(huì)最終影響多晶硅的純度。目前市場(chǎng)上沒(méi)有大尺寸的氮化硅坩堝可以使用于多晶硅的鑄錠。日本專利JP-59-162199公開了一種用反應(yīng)粘接氮化硅(RBSN)技術(shù)制備多晶硅鑄錠用坩堝方法，但由于硅在高溫氮化過(guò)程中會(huì)劇烈地產(chǎn)生大量的熱，如果在燒結(jié)過(guò)程中坩堝局部的溫度不加嚴(yán)格控制，容易使最終的氮化硅坩堝產(chǎn)生微裂紋。另外，用該技術(shù)生產(chǎn)的坩堝，熔融的硅料容易與坩堝間產(chǎn)生粘接，導(dǎo)致脫模時(shí)坩堝破裂，無(wú)法多次使用。中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)ZL200780023521. 7公開了一種應(yīng)用NBSN技術(shù)制備氮化硅坩堝的方法，該方法使用氮化硅與硅粉的混合物經(jīng)過(guò)成型后，在高溫純氮的氣氛中氮化，生成氮化硅坩堝用固態(tài)板材料。該技術(shù)的核心是用氮化硅粉體的摻入來(lái)控制純粹硅粉氮化，制備坩堝的溫度不可控，難以使硅粉完全徹底氮化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種多晶硅鑄錠用坩堝，解決了現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅鑄錠用坩堝采用石英坩堝而不能重復(fù)使用、其他坩堝制備方法不穩(wěn)定、無(wú)法重復(fù)使用等問(wèn)題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種多晶硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，其特征在于所述坩堝本體中組分以重量百分比含量計(jì)包括Si3N460% 98%;SiO2 和 / 或 SiNxOy 2% 40%;其中x、y滿足關(guān)系式3Xx+2Xy = 4。優(yōu)選的，所述坩堝本體中組分以重量百分比含量計(jì)包括Si3N470% 98%;SiO2 和 / 或 SiNxOy 2 % 30 % ；其中x、y滿足關(guān)系式3Xx+2Xy = 4。本發(fā)明的另一目的在于提供一種權(quán)利要求1或2所述的多晶硅鑄錠用坩堝的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)以Si3N4粉體、SiO2納米分散液為原料混合形成漿料，將漿料澆注在模具中，脫模形成脫模胚體；(2)脫模后的胚體干燥后在選自氮?dú)?、氨氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣體或氮?dú)馀c氫氣混合氣體的氣氛爐內(nèi)燒結(jié)形成所述多晶硅鑄錠用坩堝，最終燒結(jié)溫度控制在1000°c 1600°C的范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述方法中原料中Si3N4粉體占原料中固體總重量的40% 98%，SiO2納米分散液中二氧化硅固體占原料中固體總重量的2% 60%。優(yōu)選的，所述方法中使用的納米SiA分散液的純度在99. 9%以上，且納米SiA分散液中SW2 —次固體顆粒的平均大小為Inm 200nm。優(yōu)選的，所述方法中使用的納米S^2分散液的二氧化硅固體含量在0. 5% 60% 內(nèi)，所述納米S^2分散液通過(guò)硅酸甲酯或硅酸乙脂水解得到。優(yōu)選的，所述方法中形成的漿料中含有與水互溶的揮發(fā)性溶劑，所述揮發(fā)性溶劑選自水、甲醇、乙醇、異丙醇或乙二醇的一種或兩種以上的任意混合，所述漿料中揮發(fā)性溶劑的重量百分比為3% 40%。優(yōu)選的，所述方法中使用的Si3N4粉體的平均顆粒大小在0. 1微米 1毫米范圍內(nèi)，純度在99. 9%以上。優(yōu)選的，所述方法中使用的脫模模具為石膏模具，脫模后的脫模胚體的干燥溫度為 100 200 0C O
優(yōu)選的，所述方法中S^2納米分散液為硅溶膠或氣相白炭黑分散液，所述原料中混入固體總重量0 55%的Si粉體；Si粉體的平均顆粒大小在0. 1微米 0. 5毫米范圍內(nèi)，純度在以上99. 9%以上。本發(fā)明得到的多晶硅鑄錠用坩堝本體中可能含有0 的Si。優(yōu)選的，最終的燒結(jié)反應(yīng)溫度在1000 1600°C范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間在20 48小時(shí)內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)用于制備光伏行業(yè)所需的大尺寸、可反復(fù)使用的坩堝，本發(fā)明通過(guò)以高純度的氮化硅粉體、納米二氧化硅為原材料，經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)石英坩堝類似的澆注工藝，再經(jīng)過(guò)高溫氮化處理生產(chǎn)大尺寸多晶硅鑄錠用坩堝(也可歸類為氮化硅坩堝，氮化處理是指金屬硅或硅氧化物經(jīng)過(guò)含氮?dú)怏w處理后生成了硅氮鍵的過(guò)程)。本發(fā)明的技術(shù)不需要經(jīng)過(guò)普通氮化硅陶瓷的高溫高壓燒結(jié)，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明的氮化硅坩堝可以反復(fù)使用于多晶硅的鑄錠，次數(shù)超過(guò)20次，并且可以完全省略了使用石英坩堝的氮化硅脫模層制備過(guò)程。制作漿料時(shí)，可以使用硅粉體來(lái)替換一部分氮化硅粉體原料，用于節(jié)約成本。本發(fā)明可重復(fù)使用的多晶硅鑄錠用坩堝采用的坩堝燒結(jié)前胚體的原材料的成分為=Si3N4粉體，Si粉體，SiO2納米分散液或同等純度的氣相白炭黑分散液，原料中要求控制氮化硅固體含量為40% 98%，硅粉固體含量為0 55%，二氧化硅固體含量為0. 5 60%。這些含量均以重量百分比計(jì)。最終形成的多晶硅鑄錠用坩堝鍋體(或坩堝本體)中的Si3N4含量為60% 98%， SiO2以及SiNx0y(固體)(其中3Xx+2Xy = 4)的含量為2% 40%，Si含量小于1%。 這些含量均以重量百分比計(jì)。進(jìn)行制備時(shí)，需要將原材料與水或者與水互溶的揮發(fā)性溶劑混合成為漿料，水及揮發(fā)性溶劑的含量為3% 40%。漿料澆注在模具中，靜置后脫模，形成脫模胚體。脫模胚體在100 200°C溫度下干燥。脫模胚體在氮?dú)?、或者氨氣、氮?dú)馀c氨氣或氮?dú)馀c氫氣的混合氣體氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，最終燒結(jié)溫度在1000 1600°C的范圍內(nèi)。納米SW2分散液為純度高于99. 9%的硅溶膠，或者同等純度的氣相白炭黑分散液，一次顆粒的平均大小為Inm 200nm范圍內(nèi)。納米S^2的分散液可以是硅酸甲酯或硅酸乙脂的水解物。納米SW2分散液中的二氧化硅為平均顆粒大小在200nm以下的納米顆粒，顆粒表面以及內(nèi)部含有豐富的羥基，具有很高的反應(yīng)活性，在氮?dú)饣虬睔獾臍夥罩幸约案邷叵?，這些羥基會(huì)被排除，取而代之的是硅氧鍵或者硅氮鍵。Si3N4粉體的平均顆粒大小在0. 1微米 1毫米范圍內(nèi)，純度99. 9%以上；Si粉體的平均顆粒大小在0. 1微米 0. 5 毫米范圍內(nèi)，純度99. 9%以上。使用的揮發(fā)性溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇的一種或任意兩種以上的組合，該溶劑為納米SiO2分散液帶入的成分或者加入相應(yīng)的揮發(fā)性溶劑調(diào)配到漿料中。使用的模具可以為石膏模具。本發(fā)明提供一種新型坩堝，它的主要成分為氮化硅。它的制備工藝為將高純度 (>99.9%)的氮化硅粉體和/或高純度(> 99. 9% )的硅粉、高純度(> 99. 9% )的硅溶膠(或高純度(>99.9%)的氣相白炭黑的水性分散液)進(jìn)行混合，做成漿料。在將這些粉體制備成漿料的過(guò)程，可以通過(guò)高速機(jī)械攪拌，也可以通過(guò)球磨或砂磨的方式進(jìn)行。制備好的漿料澆筑在成膜模具中成型，模具可以是石膏材料也可以是其他具有吸水功能的材料。將成型后的胚體干燥，脫模，然后將脫模后的坩堝胚體放入氣氛爐內(nèi)，干燥。再在高溫下，將坩堝胚體在氮?dú)?、氨氣或氮?dú)獍睔饣旌蠚怏w或氮?dú)鈿錃饣旌蠚怏w中進(jìn)行氮化反應(yīng)。在高溫(攝氏1300°C 1600°C )的氮?dú)鈿夥罩?，高純的硅粉將逐漸地轉(zhuǎn)化為氮化硅，從而將氮化硅粉粘接成為一個(gè)整體。在更低的溫度下(理論上500°C 1000°C范圍內(nèi))，硅溶膠中的納米二氧化硅在氮?dú)狻睔饣虻獨(dú)獍睔饣旌蠚怏w或氮?dú)鈿錃饣旌蠚怏w中進(jìn)行氮化為氧氮化硅。最后冷卻至室溫。本發(fā)明的核心是不使用傳統(tǒng)的氮化硅陶瓷燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度達(dá)1800°C，具有高壓情況下進(jìn)行)，本發(fā)明中的原料中氮化硅粉體為純度大于99. 9%的α或β相的Si3N4粉體，而以α相為優(yōu)先；硅粉為純度大于99. 9 %的Si粉體；以及硅溶膠或者氣相白炭黑分散液的成分為純度大于99.9%的非晶體的Si02。硅粉或 Si3N4粉體的平均顆粒大小在0. 1微米至1毫米之間，納米二氧化硅的一次顆粒平均大小在 Inm 200nm。原料按一定的比例混合形成漿料，然后澆筑到模具中成型。干燥后放入氣氛爐中，通入高純度氮?dú)?，或者氨氣進(jìn)行常壓燒結(jié)。最終的燒結(jié)溫度為攝氏1000°C 1600°C。 在燒結(jié)過(guò)程中，將發(fā)生以下的反應(yīng)(理論上)Si (固)+ (氣)一Si3N4(固)Si (固)+NH3(氣)一Si3N4(固)+H2Si (固)+Si02(固)一SiO(氣)SiO(氣)+NH3(氣)—SiNxOy(固)+H2(其中:3Xx+2Xy = 4)SiO2(固)+NH3(氣)—SiNxOy(固)+H2(其中:3Xx+2Xy = 4)；SiO2(固)+N2(氣)一SiNxOy(固)+02(其中3Xx+2Xy = 4)；SiO2(固)+Si3N4(固)—SiNxOy(固)(其中:3Xx+2Xy = 4).本發(fā)明的坩堝的原料雖然不完全是氮化硅，含有金屬硅與納米氧化硅，但金屬硅會(huì)與氮?dú)夥磻?yīng)變成氮化硅，納米二氧化硅會(huì)被氮化成為氧氮化硅，最終坩堝的成分為氮化硅、氧氮化硅，而金屬硅含量小于1 %。最終的反應(yīng)溫度在1000°c以上，反應(yīng)時(shí)間在20小時(shí)以上。本發(fā)明的氮化硅胚體中必須含有納米二氧化硅作為粘結(jié)劑，以提供坩堝的機(jī)械強(qiáng)度，但可以含有也可以不含有高純度硅粉。高純度硅粉的使用可以使高純度氮化硅粉體的使用量大大降低，節(jié)約成本。但另一方面，硅粉的使用使胚體的燒結(jié)時(shí)間大大增長(zhǎng)，另外，在氮化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，溫度不容易控制。本發(fā)明中的原材料中如果不含有硅粉， 即以高純度氮化硅粉體及納米二氧化硅為原材料，通過(guò)含氮?dú)夥罩械母邷責(zé)Y(jié)，納米二氧化硅氮化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氧氮化硅，最終成型的為含氧的氮化硅坩堝，則可以使反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)溫度都可以大大降低。納米二氧化硅可以是高純度的硅溶膠，高純度的氣相白炭黑在水中的分散液，或者高純度的四甲氧基硅烷水解物，或者高純度的四乙氧基硅烷的水解物。雖然以氮化硅與納米氧化硅生產(chǎn)出的坩堝中會(huì)含有氧，但這些納米二氧化硅的表面通過(guò)氮化過(guò)程后富有硅-氮鍵，對(duì)后續(xù)的鑄錠使用不會(huì)產(chǎn)生重大的負(fù)面影響，也不會(huì)使最終硅錠中的氧含量大大增加。以氮化硅粉與納米氧化硅作為原料所燒結(jié)成的坩堝可以反復(fù)使用于多晶硅鑄錠20次以上。本發(fā)明的漿料制備中，可以在漿料中加入與水具有互溶性的溶劑，如甲醇，乙醇，異丙醇，乙二醇等。漿料中的溶劑可以是水或水與揮發(fā)性溶劑的混合溶劑。需要解釋的術(shù)語(yǔ)如下—次顆粒是指含有低氣孔率的一種獨(dú)立的粒子，顆粒內(nèi)部可以有界面，例如相界、 晶界等。團(tuán)聚體是由一次顆粒通過(guò)表面力或固體橋鍵作用形成的更大的顆粒.團(tuán)聚體內(nèi)含有相互連接的氣孔網(wǎng)絡(luò).團(tuán)聚體可分為硬團(tuán)聚體和軟團(tuán)聚體兩種.團(tuán)聚體的形成過(guò)程使體系能量下降。二次顆粒是指人為制造的粉料團(tuán)聚粒子；例如制備陶瓷的工藝過(guò)程中所指的“造?！本褪侵圃於晤w粒。一般的，在高倍數(shù)電子顯微鏡下，可觀察到一次顆粒的大小，但在激光粒度儀下所測(cè)的為二次顆粒大小。本發(fā)明中納米S^2分散液中一般為一次顆粒，其中需要控制納米SW2分散液中一次顆粒的平均大小為Inm 200nm范圍內(nèi)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的技術(shù)可以比較低的成本制備大尺寸的多晶硅鑄錠用坩堝，所制備的坩堝有一定的機(jī)械強(qiáng)度，其主要成分為高純度的氮化硅及氮氧化硅，可以用于多晶硅的多次鑄錠，反復(fù)使用次數(shù)在20次以上。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為氮化硅坩堝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為氧化硅或氮氧化硅顆粒，2為氮化硅顆粒，3為空隙。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例1多晶硅鑄錠用坩堝的制備制備方法如下1)將市售的氮化硅粉(α相，純度> 99.99% )，硅粉(純度99. 999 ，硅溶膠 (固含量30wt%，純度99. 9999%，蘇州納迪微電子有限公司產(chǎn))按照5 2 3的固體重量比例通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混合，水與醇占整個(gè)漿料的重量比例為21 %。2)將制備好的漿料澆注到石膏模具的腔體內(nèi)，靜置8小時(shí)后脫模。3)將脫模后的胚體放入烘干爐，150°C下干燥10小時(shí)。4)將干燥后的脫模胚體放入氮?dú)鈿夥諣t中，緩慢升溫至1250°C預(yù)燒結(jié)，再升溫至 1450°C氮化燒結(jié)48小時(shí)。然后將燒結(jié)爐緩慢冷卻至室溫，得到氮化硅坩堝。得到的氮化硅坩堝經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其氧含量(重量)在3. lwt%，金屬硅含量 < 0. lwt%，各種金屬雜質(zhì)總含量在IOOOppm以下，孔隙率為18%。使用該坩堝在氬氣中 1550°C的電爐中熔融太陽(yáng)能級(jí)多晶硅，并冷卻至室溫，坩堝不開裂，硅錠沒(méi)有與坩堝發(fā)生粘接，硅錠可以在不損傷坩堝的前提下脫模。用同樣工藝將該坩堝在氬氣氣氛中進(jìn)行升溫降溫熔融多晶硅鑄錠試驗(yàn)20次，硅錠都可以脫模，坩堝無(wú)明顯變形開裂。實(shí)施例2多晶硅鑄錠用坩堝的制備制備方法如下將市售的氮化硅粉(α相，純度> 99.99 % )，硅溶膠(固含量40wt%，純度 99. 9999%，蘇州納迪微電子有限公司產(chǎn))按照8 2的固體重量比例通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混合，水與醇的液體占整個(gè)漿料的含量為12%。將制備好的漿料澆注到石膏模具的腔體內(nèi)，靜置8小時(shí)后脫模。
將脫模后的胚體放入烘干爐，150°C下干燥10小時(shí)。將干燥后的脫模胚體放入氨氣氣氛爐中升溫至1100°C預(yù)燒結(jié)，再將燒結(jié)溫度提示至1300°C，總燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。然后將燒結(jié)爐緩慢冷卻至室溫，得到氮化硅坩堝。得到的氮化硅坩堝經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其氧的重量含量在4. 1%，各種金屬氧化物雜質(zhì)總含量在IOOOppm以下，孔隙率為12%。使用該坩堝在氬氣中1550°C的電爐中熔融多晶硅， 并冷卻至室溫，坩堝不開裂，硅錠沒(méi)有與坩堝發(fā)生粘接。硅錠可以在不損傷坩堝的前提下脫模。用同樣工藝將該坩堝在氬氣氣氛中進(jìn)行升溫降溫熔融多晶硅鑄錠試驗(yàn)20次，硅錠都可以脫模，坩堝無(wú)明顯變形開裂。實(shí)施例3多晶硅鑄錠用坩堝的制備制備方法如下將市售的氮化硅粉(α相，純度> 99.99 % )，硅溶膠(固含量40wt%，純度 99. 9999%，蘇州納迪微電子有限公司產(chǎn))按照6 4的固體重量比例通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混合，水與醇的液體占整個(gè)漿料的含量為對(duì)％。將制備好的漿料澆注到石膏模具的腔體內(nèi)，靜置8小時(shí)后脫模。將脫模后的胚體放入烘干爐，150°C下干燥10小時(shí)。將干燥后的脫模胚體放入氨氣氣氛爐中，升溫至1000預(yù)燒結(jié)，再將燒結(jié)溫度提高為1300°C，總燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。然后將燒結(jié)爐緩慢冷卻至室溫，得到氮化硅坩堝。得到的氮化硅坩堝經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其氧含量占整個(gè)坩堝的重量比例為7. 2%，各種金屬氧化物雜質(zhì)總含量在IOOOppm以下，孔隙率為22%。使用該坩堝在氬氣中1550°C的電爐中熔融多晶硅，并冷卻至室溫，坩堝不開裂，硅錠沒(méi)有與坩堝發(fā)生粘接。硅錠可以在不損傷坩堝的前提下脫模。用同樣工藝將該坩堝在氬氣氣氛中進(jìn)行升溫至1550°C，并保溫10小時(shí)以上，然后降溫鑄錠，重復(fù)試驗(yàn)20次，每次硅錠都可以脫模，坩堝無(wú)明顯變形開裂。實(shí)施例4多晶硅鑄錠用坩堝的制備制備方法如下將市售的氮化硅粉(α相，純度> 99.99 % )，硅溶膠(固含量10wt%，純度 99. 9999%，蘇州納迪微電子有限公司產(chǎn))按照7 3的固體重量比例通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混合，水與醇的液體占整個(gè)漿料的含量為27%。將制備好的漿料澆注到石膏模具的腔體內(nèi)，靜置8小時(shí)后脫模。將脫模后的胚體放入烘干爐，150°C下干燥10小時(shí)。將干燥后的脫模胚體放入氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛爐中，升溫至1000預(yù)燒結(jié)，再將燒結(jié)溫度提高1200°C，總燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。然后將燒結(jié)爐緩慢冷卻至室溫，得到氮化硅坩堝。得到的氮化硅坩堝經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其氧含量占整個(gè)坩堝的重量比例為1. 9%，各種金屬氧化物雜質(zhì)總含量在IOOOppm以下，孔隙率為16%。使用該坩堝在氬氣中1550°C的電爐中熔融多晶硅，并冷卻至室溫，坩堝不開裂，硅錠沒(méi)有與坩堝發(fā)生粘接。硅錠可以在不損傷坩堝的前提下脫模。用同樣工藝將該坩堝在氬氣氣氛中進(jìn)行升溫1550°C，并保溫10小時(shí)以上，然后降溫鑄錠，重復(fù)試驗(yàn)20次，每次硅錠都可以脫模，坩堝無(wú)明顯變形開裂。實(shí)施例5多晶硅鑄錠用坩堝的制備制備方法如下
將市售的氮化硅粉(α相，純度> 99. 99 %)，氣相白炭黑分散液(固含量 40wt%,純度99. 9999%，美國(guó)卡博特CABOT公司)按照8 2的固體重量比例通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混合，水與醇的液體占整個(gè)漿料的含量為15%。將制備好的漿料澆注到石膏模具的腔體內(nèi)，靜置8小時(shí)后脫模。將脫模后的胚體放入烘干爐，150°C下干燥10小時(shí)。將干燥后的脫模胚體放入氨氣氣氛爐中，升溫至1000預(yù)燒結(jié)，再將燒結(jié)溫度提高至1500°C，總燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。然后將燒結(jié)爐緩慢冷卻至室溫，得到氮化硅坩堝。得到的氮化硅坩堝經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其氧含量占整個(gè)坩堝的重量比例為1. 8%，各種金屬氧化物雜質(zhì)總含量在IOOOppm以下，孔隙率為觀％。使用該坩堝在氬氣中1550°C的電爐中熔融多晶硅，并冷卻至室溫，坩堝不開裂，硅錠沒(méi)有與坩堝發(fā)生粘接。硅錠可以在不損傷坩堝的前提下脫模。用同樣工藝將該坩堝在氬氣氣氛中進(jìn)行升溫至1550°C，并保溫10小時(shí)以上，然后降溫鑄錠，重復(fù)試驗(yàn)20次，每次硅錠都可以脫模，坩堝無(wú)明顯變形開裂。上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，其特征在于所述坩堝本體中組分以重量百分比含量計(jì)包括Si3N4 60% 98% ； SiO2 和 / 或 SiNxOy 2% 40% ；其中x、y滿足關(guān)系式3Xx +2Xy = 4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩堝，其特征在于所述坩堝本體中組分以重量百分比含量計(jì)包括Si3N4 70% 98% ； SiO2 和 / 或 SiNxOy 2% 30% ；其中x、y滿足關(guān)系式3Xx +2Xy = 4。
3.—種權(quán)利要求1或2所述的多晶硅鑄錠用坩堝的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)以Si3N4粉體、S^2納米分散液為原料混合形成漿料，將漿料澆注在模具中，脫模形成脫模胚體；(2)脫模后的胚體干燥后在選自氮?dú)?、氨氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣體或氮?dú)馀c氫氣混合氣體的氣氛爐內(nèi)燒結(jié)形成所述多晶硅鑄錠用坩堝，最終燒結(jié)溫度控制在1000°C 1600°C的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中原料中Si3N4粉體占原料中固體總重量的40°/Γ98%，SiO2納米分散液中二氧化硅固體占原料中固體總重量的2%飛0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中使用的納米S^2分散液的純度在99. 9%以上，且納米SW2分散液中SW2 —次顆粒的平均大小為lnnT200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中使用的納米S^2分散液的二氧化硅固體含量在0. 59Γ60%內(nèi)，所述納米S^2分散液通過(guò)硅酸甲酯或硅酸乙脂水解得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中形成的漿料中含有與水互溶的揮發(fā)性溶劑，所述揮發(fā)性溶劑選自水、甲醇、乙醇、異丙醇或乙二醇的一種或兩種以上的任意混合，所述漿料中揮發(fā)性溶劑的重量百分比為39Γ40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中使用的Si3N4粉體的平均顆粒大小在0. 1微米毫米范圍內(nèi)，純度在99. 9%以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中使用的脫模模具為石膏模具， 脫模后的脫模胚體的干燥溫度為10(T20(TC。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中S^2納米分散液為硅溶膠或氣相白炭黑分散液，所述原料中混入固體總重量(Γ55%的Si粉體；Si粉體的平均顆粒大小在0. 1微米5毫米范圍內(nèi)，純度在以上99. 9%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法，包括坩堝本體，其特征在于所述坩堝本體中組分以重量百分比含量計(jì)包括Si3N4 60%~98%；SiO2和/或SiNxOy 2%~40%；其中x、y滿足關(guān)系式3×x+2×y=4。該多晶硅鑄錠用坩堝可以用于多晶硅的多次鑄錠，反復(fù)使用次數(shù)在20次以上。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102409394SQ20111039770
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者王宇湖 申請(qǐng)人:蘇州納迪微電子有限公司