Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen, insbesondere von Silizium. Die Erfindung betrifft ferner einen nach dem erfindungsge¬ mäßen Verfahren hergestellten Behälter. Die Erfindung betrifft des Weite¬ ren die Verwendung eines erfindungsgemäßen Behälters zur Aufnähme von Siliziumschmelzen.

Es ist seit langem bekannt, Silizium in Quarzkokillen einzuschmelzen und kristallisieren zu lassen, um multikristalline Siliziumblöcke herzustellen. Trifft dabei während des Schmelz- und Kristallisationsvorganges flüssiges Silizium auf die Quarz-Kokilleninnenwand, so bildet sich infolge einer chemischen Reaktion ein fester Verbund zwischen Silizium und Quarz. Aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens beider Werkstoffe entstehen Spannungen, so dass es zu Rissen in dem Silizium¬ block kommen kann. Um dies zu vermeiden, wird eine Schicht aus Silizi¬ umnitrid als hochtemperaturstabile Antihaftschicht eingesetzt, die das schmelzflüssige Silizium von der Kokillenoberfläche trennt. Bisher wurde dazu die Quarz-Kokillenoberfläche vor dem Einbringen des flüssigen Sili¬ ziums mit einer dünnen Siliziumnitridschicht versehen, um den direkten Kontakt des geschmolzenen Siliziums mit der Quarzkokille zu vermeiden. Die Verwendung von Siliziumnitrid als Antihaftbeschichtung ist aus der EP 0 963 464 A bekannt. Jedoch hängt die Wirksamkeit der Beschichtung als zuverlässige Trenn- und Antihaftschicht von verschiedenen Faktoren ab. Zur Verbesserung des Anhaftens des Siliziumnitrids werden diesem organische Bindehilfsmittel zugesetzt. Aufgrund der hohen Temperatur des flüssigen Siliziums werden die zugegebenen organischen Haftvermittler jedoch zersetzt, so dass es immer wieder zu einem Anbacken des Siliziums an der Kokillenwand kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichtei¬ senmetallen sowie ein entsprechendes Behältnis zu schaffen, bei dem es zu keinem Anhaften des Nichteisenmetalls an der Behälterinnenwand kommt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 11 und 12 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, auf die Innenwand des Behälter-Rohlings eine Siliziumnitridpulver enthaltende Schicht aufzu¬ tragen. Die Siliziumnitridpulver enthaltende Schicht wird anschließend durch einen Einbrennvorgang in die Innenwand des Behälter-Rohlings ein¬ gebrannt. Die eingebrannte Schicht wirkt als Antihaftbeschichtung für eine Siliziumschmelze, die auch bei den hohen Temperaturen der Silizium¬ schmelze nicht zersetzt wird. Die auf diese Weise hergestellte Beschich- tung bietet einen wesentlich höheren Widerstand gegenüber Anbackungen und Verklebungen zwischen dem erstarrten Silizium und der Behälterin¬ nenwand und weist eine wesentlich niedrigere Kontamination der kristalli- sierten Blockoberfläche des Siliziums mit der Beschichtimg auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü¬ chen.

Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels. Zum Schmelzen und Kristalli¬ sieren von Nichteisenmetallen, insbesondere Silizium, werden als Behälter ausgebildete Kokillen verwendet, die im Wesentlichen die Form eines nach oben offenen Quaders besitzen und einen quaderförmigen Innenraum nach fünf Seiten, das heißt nicht nach oben, begrenzen. Ebenso werden runde Kokillen verwendet. Für die vorliegende Erfindung werden derartige Be¬ hälter als Kokillen und Behälter-Rohlinge als Kokillen-Rohlinge bezeich¬ net.

Zur Herstellung der für die Aufnahme des flüssigen Siliziums fertigen Ko¬ kille muss zunächst ein Kokillen-Rohling bereitgestellt werden. Bei dem Kokillen-Rohling handelt es sich um einen Grünling, der entweder durch Verpressen von Siliziumdioxidpulver oder durch Formung und anschlie- ßendes Trocknen von Siliziumdioxidpulver enthaltendem Schlicker herge¬ stellt wird. Auf die Innenwand des Grünlings wird anschließend eine Sili¬ ziumnitridpulver enthaltende Schicht aufgetragen. Das Siliziumnitridpulver ist zu diesem Zweck vorzugsweise in einem Lösungsmittel mit oder ohne organischem oder anorganischem Dispergator und/oder einem Haftvermitt- ler dispergiert.

Das Siliziumnitridpulver kann in dispergiertem oder pulverförmigem Zu¬ stand beispielsweise durch Streichen, Sprühen, Spritzen, Tauchen oder durch elektrostatischen Auftrag als Suspension, Schlicker oder Pulver auf die Innenwand des Grünlings aufgetragen werden. Bei Bedarf können auch mehrere Schichten nacheinander aufgetragen werden.

Die Schichten aus Siliziumnitridpulver weisen einen Siliziumdioxidgehalt von <70 Gew.-%, insbesondere <60 Gew.-%, insbesondere <45 Gew.-%, einen Alkali- und Erdalkali-Metallgehalt von <3000 ppm, insbesondere < 1000 ppm, einen Fluoridgehalt von ≤3000 ppm, insbesondere <2000 ppm, einen Chloridgehalt von <3000 ppm, insbesondere

BESTATIGUNGSKOPIE <2000 ppm, einen Gesamtkohlenstoffgehalt von <3000 ppm, insbesonde¬ re <2000 ppm, und einen Eisen-, Chrom-, Kobalt-, Nickel-, Wolfram- und/oder Titan-Gehalt von jeweils <1000 ppm, insbesondere <500 ppm, auf. Des Weiteren weisen die Schichten aus Siliziumnitridpul- ver einen Sauerstoffgehalt von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,3 Gew.-% bis 5 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% auf. Das Verhältnis Länge zu Durchmesser der Teilchen des Siliziumnitridpulvers ist kleiner als 10. Die mittlere Partikelgröße des Siliziumnitridpulvers ist <100 μm, insbesondere <50 μm, insbesondere <30 μm. Das Siliziumnit- ridpulver enthält neben anderen Phasen des Siliziumnitrids 1 % bis 100 %, insbesondere 1 % bis 5 % in der Beta-Phase. Das Siliziumnitridpulver kann amorph sein.

Nach dem Aufbringen der Siliziumnitridpulver enthaltenden Schichten auf die Innenwand des Grünlings wird der Grünling wärmebehandelt, insbe¬ sondere gesintert, wobei sich die Schichten in die Innenwand des Grünlings einbrennen. Das Einbrennen der Schichten in die Innenwand und das Bren¬ nen des Grünlings erfolgt vorzugsweise gleichzeitig. Alternativ können auch separate Verfahrensschritte vorgesehen sein. Das Einbrennen erfolgt vorzugsweise mittels einer Erwärmung des Grünlings durch eine inkohä¬ rente Strahlung und/oder durch Konvektion. Das Einbrennen erfolgt in ei¬ nem dafür vorgesehenen Ofen, insbesondere in einem in der Keramikin- dustrie üblichen Tunnelofen. Ein derartiges Einbrennen ist im Vergleich zu einem Einbrennen mit einer Laserstrahlung kostengünstig. Insbesondere sind hohe Investitionskosten und hohe Betriebskosten in Folge von zu tref¬ fenden Sicherheitsmaßnahmen, wie dies bei einem Einbrennen mit Laser¬ strahlung der Fall ist, nicht erforderlich. Nach dem Brennvorgang liegt eine stabile Siliziumnitrid-Schicht als Antihaftbeschichtung auf der Innenwand der fertiggestellten Kokille vor. Der Sintervorgang erfolgt vorzugsweise bei 1100 0C und fuhrt zu einer Verdichtung und Aushärtung des Grünlings. Während des Sintervorgangs bilden die Teilchen des Siliziumdioxidpulvers des Grünlings und des darauf aufgetragenen Siliziumnitridpulvers An¬ schmelzungen, so dass die dadurch entstehende Antihaftbeschichtung fest mit der Innenwand der Kokille verbunden wird. Die Teilchen des Silizium¬ dioxidpulvers bilden untereinander ebenfalls Anschmelzungen, wodurch der gesinterte Grünlings seine Festigkeit erhält.

Die durch den Brennvorgang entstandene antihaftbeschichtete Kokille eig- net sich besonders zur Aufnahme von flüssigem Silizium und zur Kristalli¬ sation von flüssigem Silizium zu Siliziumblöcken, -Stäben, -knüppeln oder -granulaten. Die erfindungsgemäße Antihaftbeschichtung bietet einen bes¬ seren Widerstand gegenüber Anbackungen und Verklebungen als bekannte Verfahren. Das erzeugte Silizium kann zur Herstellung von Siliziumwafern verwendet werden.