，喷涂技术会使涂层厚薄不统一、分布不均匀，涂层性能受影响;化学气相沉积法制备的Si3N4涂层与坩祸之间的粘结性不好;溶解-凝胶法制备Si3N4涂层，沉积工艺复杂，且往往会有一定的富积硅现象。
[0036]因此，本发明提出一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，可以提供性能稳定、强度高、粘结性强、结构均匀、纯度高的Si3N4薄膜。
[0037]下面，将对本发明的具体技术方案做详细介绍。
[0038]请参见图1，是本发明中的在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的工艺流程图，主要包括五个工艺步骤，即制备Si3N4粉体、Si3N4粉体冷等静压成型以获得Si3N4陶瓷靶材毛坯、Si3N4陶瓷靶材毛坯进行高温烧结以获得Si3N4陶瓷素坯、Si3N4陶瓷素坯进行机械加工以获得Si3N4陶瓷靶材、真空磁控溅射Si3N4涂层，具体地，各个工艺步骤如下:
[0039]S1、制备Si3N4粉体;Si3N4粉体采用液相法制备而成，具体包括以下步骤:
[0040]S11、将硅溶胶、尿素、六次甲基四胺混合均匀，制备成S12-聚亚甲基复合体；
[0041]S12、对S12-聚亚甲基复合体进行干燥球磨，得到溶胶-凝胶法合成的前驱体；
[0042]S13、将得到的前驱体通过碳热还原二氧化硅合成Si3N4粉体，Si3N4粉体为超微粉体，其纯度高，纯度2 99%，粒径范围在200?500nm之间，且Si3N4粉体呈球形，粒径分布窄，组织结构均匀；
[0043]S2、Si3N4粉体冷等静压成型以获得Si3N4陶瓷靶材毛坯；向上述得到的纯度大于99%的Si3N4超微粉体中添加质量分数为6?8%的粘结剂进行造粒，然后过60-80目筛，得到Si3N4混合粉料，将此Si3N4混合粉料置于模具中，在冷等静压机上进行冷等静压成型，成型压力为50?150MPa，保压时间为5?15min，获得Si3N4陶瓷靶材毛坯，其密度为1.8?2.7g/cm3 ；
[0044]S3、将Si3N4陶瓷靶材毛坯进行高温烧结，获得Si3N4陶瓷素坯;将上述得到的Si3N4陶瓷靶材毛坯放置于等离子活化烧结炉的腔体内，在氩气气氛条件下，以15?35°C/min的升温速率升温至1400?1600°C，保温时间2?6h，获得体积密度是理论密度的99.5%的Si3N4陶瓷素坯，其密度约为3.12?3.22g/cm3，由此得到了纯度高、组织结构均匀的氮化硅靶材素坯，工艺步骤简单；
[0045]S4、将上述的Si3N4陶瓷素坯进行机械加工，获得不同规格，即不同大小、形状等的Si3N4陶瓷靶材;
[0046]S5、真空磁控溅射Si3N4涂层;将上述的Si3N4陶瓷靶材安装在磁控溅射设备的射频阴极上，抽真空并通入保护气体，在多晶硅铸锭坩祸表面溅射Si3N4涂层，抽真空时间为15?25min，保护气体优选为氩气，或是其他一些惰性气体，Si3N4涂层分两次沉积，首先在坩祸表面预溅射150nm的Si 3N4涂层，然后设置靶材溅射功率为100?150W，再在多晶硅铸锭坩祸表面制备厚度为I?5wii的Si3N4涂层，经过该些步骤，制备出的Si3N4涂层性能稳定、粘度大、强度高、均匀性好、使用寿命长，且Si3N4涂层纯度高，几乎没有杂质，更有利于硅熔体的生长，进而提尚太阳能的转化效率。
[0047]其中，多晶硅铸锭坩祸的基底需要进行清洗，可采用无水乙醇或蒸馏水对其进行超声波震荡5?15min，优选lOmin，以清除多晶硅铸锭坩祸基底表面的油污及灰尘，然后用干燥的热空气快速吹干，置于真空室中可旋转的基片架上。
[0048]本发明中的在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，主要包括制备Si3N4粉体、Si3N4粉体冷等静压成型以获得Si3N4陶瓷靶材毛坯、Si3N4陶瓷靶材毛坯进行高温烧结以获得Si3N4陶瓷素坯、Si3N4陶瓷素坯进行机械加工以获得Si3N4陶瓷靶材、真空磁控溅射Si3N4涂层等步骤，各步骤依次进行，通过该种方式，不仅能够获得性能稳定、强度高、粘结性强、结构均匀的Si3N4涂层，而且可以减少坩祸中杂质浸入硅锭中，进而提供高纯度的多晶硅，避免涂层富集现象，提升电池性能，解决了常规制备Si3N4涂层中涂层性能不稳定引起多晶硅质量差等问题，从而改善了多晶硅铸造质量，提升了太阳能转化效率。
[0049]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0050]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、制备Si3N4粉体; 52、将所述Si3N4粉体置于模具中，在冷等静压机上进行冷等静压成型，获得Si3N4陶瓷靶材毛坯； 53、将所述Si3N4陶瓷靶材毛坯进行高温烧结，获得Si3N4陶瓷素坯； 54、将所述Si3N4陶瓷素坯进行机械加工，获得Si3N4陶瓷靶材； 55、将所述Si3N4陶瓷靶材安装在磁控溅射设备的射频阴极上，抽真空并通入保护气体，在多晶硅铸锭坩祸表面溅射Si3N4涂层。2.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤SI中的Si3N4粉体采用液相法制备而成，包括以下步骤: 511、将硅溶胶、尿素、六次甲基四胺混合均匀，制备成S12-聚亚甲基复合体； 512、进行干燥球磨，得到溶胶-凝胶法合成的前驱体； 513、将所述前驱体通过碳热还原二氧化硅合成所述Si3N4粉体。3.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述Si3N4粉体呈球形。4.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述Si3N4粉体的纯度I 99%，所述Si3N4粉体的粒径范围在200?500nm之间。5.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤SI与步骤S2之间还包括步骤:在所述Si3N4粉体中添加质量分数为6?8%的粘结剂进行造粒，之后过60?80目筛，得到Si3N4混合粉料。6.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述冷等静压机的成型压力为50?150Mpa，保压时间为5?15min，获得密度为I.8?2.7g/cm3的Si3N4陶瓷靶材毛坯。7.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括:将所述Si3N4陶瓷靶材毛坯置于等离子活化烧结炉的腔体内，在氩气气氛条件下，以15?35°C/min的升温速率升温至1400?1600°C，保温2?6h，获得密度为3.12?3.22g/cm3的Si3N4陶瓷素坯。8.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，对所述多晶硅铸锭坩祸的基底进行清洗，采用无水乙醇或蒸馏水进行超声波震荡5?15min。9.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S5中，抽真空时间为15?25min，所述保护气体为氩气。10.如权利要求1所述的一种在多晶硅铸锭坩祸上制备Si3N4薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S5中，Si3N4涂层分两次沉积，首先在坩祸表面预溅射150nm的Si3N4涂层，然后设置靶材溅射功率为100?150W，再在多晶硅铸锭坩祸表面制备厚度为I?5μπι的S i 3N4涂层。
【专利摘要】本发明提出一种在多晶硅铸锭坩埚上制备Si3N4薄膜的方法，主要包括制备Si3N4粉体、Si3N4粉体冷等静压成型以获得Si3N4陶瓷靶材毛坯、Si3N4陶瓷靶材毛坯进行高温烧结以获得Si3N4陶瓷素坯、Si3N4陶瓷素坯进行机械加工以获得Si3N4陶瓷靶材、真空磁控溅射Si3N4涂层等步骤，通过该种方式，不仅能够获得性能稳定、强度高、粘结性强、结构均匀的Si3N4涂层，而且可以减少坩埚中杂质浸入硅锭中，进而提供高纯度的多晶硅，避免涂层富集现象，提升电池性能，解决了常规制备Si3N4涂层中涂层性能不稳定引起多晶硅质量差等问题，从而改善了多晶硅铸造质量，提升了太阳能转化效率。
【IPC分类】C23C14/35, C23C14/06
【公开号】CN105603374
【申请号】CN201610094333
【发明人】杜勇
【申请人】中科院微电子研究所昆山分所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月19日