[发明专利]用于制造硅块的装置和方法

说明书

技术领域

本申请要求2011年9月13日提交的系列号为102011082628.9的德国专利申请的优先权，该申请的内容通过引用整体并入本文，便如在文中完整陈述一样。

本发明涉及一种用于制造硅块的装置。此外，本发明涉及一种用于制造硅块的方法和硅块。

背景技术

大体积半导体体部、尤其是硅块的制造对于硅太阳能电池的制造而言至关重要。通常使用硅熔体在其中固化的熔化坩埚来制造硅块。例如，从DE 102005013410A1获知一种用于制造硅块的装置和方法。

发明内容

持续存在对进一步开发用于制造硅块的装置和方法的需求。通过一种用于制造用于光伏应用的硅块的装置来实现该目的，所述装置包括带有基壁和至少一个侧壁的用于接收硅熔体的容器，并且包括用于减少杂质从容器的壁中的至少一个扩散到硅熔体和硅块中的装置，其中用于减少杂质扩散的装置包括至少一个覆盖元件，以至少部分地覆盖容器的壁中的至少一个。还通过一种用于制造硅块的方法来实现该目的，所述方法包括以下步骤：提供包括基壁和至少一个侧壁的用于接收硅熔体的容器、提供并布置用于使容器中的硅熔体与容器的基壁分离的装置、在容器中提供硅熔体、以及使硅熔体固化。

本发明的核心是将扩散阻挡层布置在用于接收硅熔体的坩埚中。该扩散阻挡层用于减少杂质从坩埚扩散到熔体和晶体中。由此增加可实现的产量。

作为插板或插箔配置并插入坩埚中的插入或覆盖元件优选被设置为扩散阻挡层。这允许扩散阻挡层在坩埚中的特别简单的布置。将刚性插板和柔性插箔统称为覆盖元件。

插板可具有一件式构型。插板也可包括多个部分板。下面术语“插板”还用来表示多部件（multi-part）构型。插箔同样如此。

覆盖元件、尤其是插板与容器的尺寸匹配。覆盖元件优选以这样的方式配置，即坩埚的基壁和/或至少一个侧壁、尤其是全部侧壁能够由覆盖元件尽可能完整地覆盖。坩埚的基壁和/或（多个）相应的侧壁能够由插板覆盖至少50%，尤其至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%、尤其至少99.9%，优选完全由插板覆盖。借助于插板对坩埚的壁的覆盖越完整，就越有效地防止了杂质从坩埚扩散到熔体和/或晶体中。插板引起硅熔体或硅晶体与坩埚的基壁和/或侧壁的空间分离。

覆盖元件优选由具有比硅的熔点高的熔点的材料制成。结果，由此防止了扩散阻挡层在硅熔体中的熔化。

覆盖元件优选由相对于硅具有较小的杂质（诸如过渡金属）扩散常数的材料制成。覆盖元件的材料在从20°C至1500°C的范围内、尤其在从800°C至1412°C的范围内的温度下相对于硅的扩散常数（diffusion content）小于从上述杂质的群组中选择的元素之一、尤其是铁相对于硅的扩散常数。所述扩散常数尤其是过渡金属钛、钒、铬、锰、铁、钴或镍之一在相应温度下相对于硅的扩散常数的最多0.5倍、尤其最多0.3倍、尤其最多0.2倍。这确保了不会发生金属杂质从扩散阻挡层明显扩散到硅熔体或硅晶体中。扩散阻挡层的金属成分扩散到硅熔体或硅晶体中尤其局限于厚度为最多1μm、尤其最多500nm、尤其最多300nm的边界层。

扩散阻挡层相对于上述过渡金属的扩散常数优选小于SiO₂熔化坩埚的相应扩散常数，尤其是扩散阻挡层的扩散常数小于10^-11m²/s。

除作为扩散阻挡层的功能外，覆盖元件能够优选同时形成用于硅熔体的结晶的核模板（nucleus template）。

覆盖元件优选由这样一种材料制成，该材料对于过渡金属、尤其是对于铁的扩散常数低于其在硅中的扩散常数。覆盖元件的材料相对于过渡金属、尤其相对于铁的扩散常数尤其足够低以确保当硅熔体固化时这种物质不会经扩散阻挡层扩散。结果，确保了覆盖元件的阻挡作用。

覆盖元件例如可由尤其从钼（Mo）、钨（W）和钛（Ti）的群组选择的耐火金属或者这些物质中的一种或多种配置的化合物制成。覆盖元件可由石英、二氧化硅、碳化硅或氮化硅制成。一般而言，覆盖元件具有从耐火金属、其化合物、石英、二氧化硅、碳化硅和氮化硅以及来自四元系Si-C-O-N的其它化合物的群组中选择的至少一部分。此外，覆盖元件可具有氧化铝、多晶Al₂O₃或单晶刚玉的成分。覆盖元件也可完全由这些材料中的一种或多种组成。

原则上，也可以由扁平承载元件配置插板，所述扁平承载元件在至少一侧、尤其在两侧、尤其完全具有一层至少一种上述材料。

例如，也可使用晶片、尤其是碳化硅晶片或二氧化硅晶片作为插板。