[发明专利]一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料以及配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体或光伏领域的多晶硅坩埚涂层制备用浆料，还涉及了该浆料的配置方法。

背景技术

在多晶硅铸锭中，通常采用陶瓷坩埚来盛装熔融硅液。陶瓷坩埚的主要化学成分是二氧化硅，熔融硅和二氧化硅发生反应会生成挥发性的一氧化硅和氧，氧会直接进入硅熔体，对硅造成污染。一氧化硅会与熔炉内的石墨反应生成碳化硅和一氧化碳，一氧化碳与熔化的硅反应又生成更多的一氧化硅和碳，从而将碳杂质引入硅中。另外，硅也会与二氧化硅坩埚中的一些杂质反应，例如铁、硼、铝等。

由于硅经受较大的膨胀系数和脆性，使得小量的粘埚都会产生机械应力从而导致晶体结构的破坏，形成不合格的硅材料，所以应该尽量避免材料粘结在凝固中或已凝固的硅锭上。

为了解决这些问题，现有技术大多是在坩埚内侧与硅锭接触的区域上涂覆一层防粘涂层，来防止坩埚对硅液的污染以及硅与二氧化硅之间的反应。为了有效防粘，涂层的厚度必须足以防止硅与石英坩埚的反应，同时又要保证涂层本身不会对硅液产生污染。由于氮化硅是一种重要的高温结构陶瓷材料，具有耐高温、化学稳定性好、强度高、硬度大、耐磨损、抗冲击、抗氧化等优点。所以，目前在多晶硅铸锭过程中，多是采用在坩埚表面涂覆一层氮化硅涂层。氮化硅涂层是由氮化硅粉体以及溶剂混合而成的浆料通过一定的方式施涂在坩埚上经过烘烤后而制得的。

为了有效防止氮化硅涂层会剥落，现有技术中有报道在是涂层浆料加入无机粘结剂。无机粘结剂容易产生团聚现象，需要很好的分散，所需的浆料配置时间长，同时该方法容易引入涂层的污染，使得涂层的氧或其他杂质含量增高，最终影响硅锭的质量。

专利号为CN1955228A的中国专利中公开了一种在基材上制备耐久性硬质涂层的润滑剂，该润滑剂包括氮化硅粒子和基料，该基料中包含由溶胶凝胶工艺制备的纳米尺寸固体粒子和/或纳米尺寸固体粒子的前体，这种纳米尺寸固体粒子是金属氧化物粒子，如SiO₂，、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、CeO₂、SnO₂等或可通过溶胶-凝胶工艺转化为这些固体粒子的这些纳米尺寸固体粒子前体。

专利号US7378128B2的美国专利中公开了一种用于硅结晶的坩埚，在坩埚内壁朝向内部空间的侧壁表面包含50-100重量％氧化硅的中间层，与硅液接触层包含50-100重量％氮化硅、至多50重量％二氧化硅和至多20重量％硅的表面层。其中，中间层包含无机粘结剂和/或有机粘结剂，无机粘结剂优选胶态氧化硅，含量是5-20重量％；有机粘结剂优选聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、环氧化物、羧甲基纤维素，含量至多5重量％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，使用该浆料制备得到的涂层具有很好的抗剥落性能，同时其氧含量低，不会对硅锭质量产生影响。

本发明的技术方案为：

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，包括氮化硅粉体，溶剂，其中：氮化硅粉体经过氧化剂处理后得到表面覆有包裹型的氧化硅的氮化硅粉体。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的氧化剂的标准电极电位大于或等于0.6V。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的氧化剂的标准电极电位大于或等于1.2V。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的氧化剂可以是双氧水、臭氧、浓硫酸、硝酸、铬酸钾、高锰酸钾的任意一种或一种的混合物。为了不引入新的杂质，氧化剂采用双氧水、臭氧是本发明的优选方案。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的氮化硅、氧化剂以及溶剂的重量百分比为10-30％∶0-30％∶40-90％。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的氮化硅粉体颗粒的粒径可以为10nm～50μm，也可以是粒径＜10nm的颗粒与粒径为10nm～50μm的颗粒的混合，其中粒径＜10nm的颗粒的重量比为0-50％。

一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料，其中：所述的溶剂可以是水，也可以是水与乙醇、丙醇的混合物。

本发明提供的多晶硅坩埚涂层制备用浆料中氮化硅粉体经过氧化剂处理主要是为了实现以下目的：