[发明专利]单晶硅生长用坩埚及其制造方法以及单晶硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过提拉法生长单晶硅的单晶硅生长用坩埚、单晶硅生长用坩埚的制造方法以及单晶硅的制造方法。

背景技术

用于太阳能电池板等的太阳能电池的单晶硅将太阳光的光能转化为电能的转化效率比多晶的多晶硅高，因此作为太阳能电池板的情况下的电池面积可以比使用多晶硅的情况下小，从而可用在设置面积受限处所设置的太阳能电池板等。

现有技术中，作为这样的单晶硅的制造方法，已知仅将作为原料的硅的一部分熔融，移动该熔融部分的同时使单晶生长的区熔法及作为其应用方法的浮区法，以及在坩埚内熔融的硅中浸入晶种，使单晶生长并提拉的所谓提拉法(提拉法：以下称为CZ法)。

区熔法、浮区法能够制造高纯度的单晶硅，但是不适用于制造大型结晶。与此相对，CZ法能制造较大型的单晶硅(硅锭)，但在提拉单晶硅时，存在从坩埚主体混入杂质的担忧。

一般地，CZ法中作为使硅熔融的坩埚，为了防止杂质混入熔融的硅(以下称为熔融硅)中，使用纯度99.99％的石英坩埚。然而，从石英坩埚向熔融硅熔入的二氧化硅(SiO₂)大部分以SiO气体挥发，但实际上不可能100％挥发，所得到的单晶硅中残留有10～20ppm左右的氧。该残留的氧打乱单晶硅的Si键排列，所以现状为转化效率停留在18～19％左右。

以防止这种来自石英坩埚的SiO₂混入为目的，例如专利文献1中，记载了在与熔融硅接触的内表面形成氮化硅膜的技术。

专利文献1：日本特开2002-226291号公报

然而，在上述专利文献1记载的现有技术中存在的问题是，在单晶硅提拉时，由于氮化硅膜容易从石英坩埚的内表面剥离，结果构成石英坩埚的SiO₂与熔融硅接触而使得无法充分降低单晶硅内的氧浓度。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而做出，本发明的课题在于，提供能够在CZ法中防止单晶硅提拉时混入杂质，且与现有的单晶硅相比表现出更高转化效率的制造单晶硅的单晶硅生长用坩埚、单晶硅生长用坩埚的制造方法以及单晶硅的制造方法。

为了解决上述课题，本发明中的单晶硅生长用坩埚为用于通过提拉法使单晶硅生长的单晶生长用坩埚，包括低温熔融层和涂层，所述低温熔融层形成在与熔融硅接触一侧的坩埚主体表面，且在低于由无定形耐火物材质制成的坩埚主体的烧结温度的温度下熔融，所述涂层通过在所述低温熔融层上涂布含有氮化硅的浆料并烧结，表现出孔隙率为50％以下且层厚度为0.1mm以上。

所述单晶硅生长用坩埚具有的低温熔融层由于随着坩埚主体的烧结，高效吸收构成坩埚主体的无定形耐火物材质成分和涂层中所含的氮化硅成分，因此能够使该涂层牢固地固定在坩埚主体表面。固定的涂层的层厚度为0.1mm以上，表现出50％以下的孔隙率，能够在防止熔融硅向涂层侵入的同时，防止无定形耐火物材质成分向熔融硅泄露，所以实质地抑制在熔融硅和坩埚主体表面之间的物质移动。并且，本发明中的孔隙率是指相对于涂层所含的微小空洞的比例，通过使该孔隙率为50％以下，能够在防止熔融硅向涂层侵入的同时，防止无定形耐火物材质成分向熔融硅泄漏。

这种构成低温熔融层的材质可以使用二氧化硅或氧化铝，通过将由该材质形成的低温熔融层形成在与熔融硅接触一侧的坩埚主体表面，可使涂层牢固地固定在坩埚主体上。并且，随着低温熔融层的熔融，形成的涂层的层厚度优选为0.5mm以上。通过使涂层的层厚度为0.5mm以上，能够更完全地防止构成坩埚主体的无定形耐火物材质成分向熔融硅泄漏。

然而，作为构成坩埚主体的无定形耐火物材质，可以含有在高于单晶硅的提拉温度即1500℃～1550℃的温度下具有耐热特性的氧化铝、莫来石或二氧化硅中的任一种。并且，本发明中的无定形耐火物材质与砖石那样预先成型并烧结而提供的定形耐火物不同，是指在作业现场根据作业环境和作业用途而成型为所需形状并烧结得到的无定形耐火物所使用的材质，是指在硅熔融时的高温环境下热膨胀也较小的无机物质。

另外，本发明中的单晶硅生长用坩埚的制造方法为用于通过提拉法制造单晶硅的单晶生长用坩埚的制造方法，其特征在于，包括：形成由无定形耐火物材质制成的坩埚主体的工序；形成低温熔融层的工序，所述低温熔融层形成在与熔融硅接触一侧的坩埚主体表面，且在低于坩埚主体的烧结温度的温度下熔融；形成涂层的工序，所述涂层通过在所述低温熔融层上涂布含有氮化硅的浆料并烧结，表现出孔隙率为50％以下，层厚度为0.1mm以上。