[發(fā)明專利]石英坩堝內(nèi)表面處理工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010166776.2
• 申請(qǐng)日: 2010-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN101811832A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文慶;王定永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波寶斯達(dá)坩堝保溫制品有限公司
• 主分類號(hào): C03C17/00
• 分類號(hào): C03C17/00;C01B33/021
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是石英坩堝內(nèi)表面處理工藝，涉及石英玻璃制品領(lǐng)域。

背景技術(shù)

單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部 分，處于新材料發(fā)展的前沿。其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太 陽能光伏發(fā)電、供熱等。由于太陽能具有清潔、環(huán)保、方便等諸多優(yōu) 勢(shì)，近三十年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開 拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。 單晶硅建設(shè)項(xiàng)目具有巨大的市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展空間。在地殼中含量達(dá) 25.8％的硅元素，為單晶硅的生產(chǎn)提供了取之不盡的源泉。近年來， 各種晶體材料，特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關(guān) 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱，并使信息產(chǎn)業(yè)成 為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中增長最快的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。單晶硅作為一種極具潛能， 亟待開發(fā)利用的高科技資源，正引起越來越多的關(guān)注和重視。

作為大多數(shù)半導(dǎo)體電子元件制造的原料的單晶硅，通常由所謂的切克 拉斯基法(Cz)制備。當(dāng)使用Cz方法時(shí)，晶體的生長通常在晶體提拉爐中 進(jìn)行，其中將多品質(zhì)硅(“多晶硅”)裝填到坩堝中，然后通過環(huán)繞在坩 堝壁外表面的加熱器熔化。使晶種與熔融的硅接觸，通過抽拉來生長單 晶錠。在這種提拉過程中，石英玻璃坩堝要經(jīng)受長達(dá)數(shù)小時(shí)的其必須承 受的高機(jī)械、化學(xué)以及熱應(yīng)力，而不出現(xiàn)明顯的塑性變形。坩堝越大， 容納的熔體容量也越大，通常熔化的時(shí)間也就越長。

美國專利No.5976247公開了一種增強(qiáng)石英玻璃坩堝熱穩(wěn)定性的方 法，其中所述坩堝配置方英石表面層。方英石約1720℃的熔點(diǎn)要比常 規(guī)半導(dǎo)體材料的熔化溫度(例如對(duì)于硅熔體為1420℃)高很多。為了產(chǎn)生 方英石表面層，用一種化學(xué)溶液處理石英坩堝的玻璃質(zhì)外壁，所述溶液 含有有助于石英玻璃晶析成為方英石的物質(zhì)(“結(jié)晶促進(jìn)劑”)，例如堿 金屬、堿土金屬、重過渡金屬以及氫氧化鋇或碳酸鋇。當(dāng)將石英玻璃坩 堝加熱到超過1420℃的溫度時(shí)，預(yù)處理過的坩堝壁表面在轉(zhuǎn)化為方英石 時(shí)結(jié)晶，從而導(dǎo)致石英玻璃坩堝具有更高的機(jī)械和熱強(qiáng)度。這種晶析作 用是持久的，且能改善對(duì)坩堝表面溶解控制的程度。

美國專利公開NO.2005/0178319公開了一種提供有結(jié)晶促進(jìn)劑的 石英玻璃坩堝，所述促進(jìn)劑含有在石英玻璃中用作網(wǎng)絡(luò)形成劑和/或網(wǎng) 絡(luò)改性劑的第一成分，以及在石英玻璃中用作斷點(diǎn)形成劑、不含堿金屬 的第二成分，例如為三元氧化物如鈦酸鋇、鋯酸鋇，或其混合物。美國 專利公開No.2003/0211335公開了一種熔凝石英制品如坩堝，其通過 受控的晶析作用，特別是通過用膠態(tài)二氧化硅漿料涂覆所述坩堝來增強(qiáng) 其抗蠕變力，所述漿料摻雜有金屬陽離子如鋇、鍶和鈣以促進(jìn)方英石晶 體的成核和生長，從而延長所述石英制品的壽命。

就硅熔體溶解坩堝而言，其首先必須將二氧化硅(siO2)的表面還原 為一氧化硅(siO)，然后阻斷相連接siO的網(wǎng)絡(luò)，最后使單個(gè)SiO顆粒溶 劑化。通常來講在持續(xù)使用后石英坩堝在與硅熔體接觸的表面上形成環(huán) 狀晶斑，在結(jié)晶部分被侵蝕時(shí)，因?yàn)樗鼉H僅通過與不同相的結(jié)合受到牽 制(holddownl，所以可能解散為碎片。由于該結(jié)合比其內(nèi)部結(jié)合松散， 有助于顆粒碎片變?yōu)槿廴诠琛．?dāng)玻璃表面被侵蝕或溶解時(shí)，其溶解得不 均勻并可能使松散的顆粒進(jìn)入到熔體中，這容易在硅晶體生長中引起位 錯(cuò)而減少產(chǎn)量。在盡最大努力獲得盡可能完美晶體結(jié)構(gòu)的條件下生長當(dāng) 前的完美硅晶體。其目的在于最小化間隙數(shù)量和硅空位的數(shù)量。但是， 即使盡最大努力來獲取熱動(dòng)力/緩慢生長的條件，仍然會(huì)引入空位。由 于不可能完全消除空位，這就需要通過改進(jìn)的石英玻璃坩堝來降低品格 上的應(yīng)變。

石英坩堝在使用時(shí)起作用的為其內(nèi)表面，外表面和底部的性能對(duì)坩堝 的使用壽命和單晶硅的制造不起什么作用。

石英坩堝內(nèi)壁在工作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，現(xiàn)有技術(shù)中的表面處 理工藝由于無法減小這種應(yīng)力，使得坩堝在使用一段時(shí)間后，表面晶體 結(jié)構(gòu)變化造成應(yīng)力加大，容易使得松散的顆粒進(jìn)入到熔體中或坩堝碎裂。

另外，現(xiàn)有技術(shù)的石英坩堝內(nèi)表面處理工藝大多無法解決在生產(chǎn)過程 中坩堝內(nèi)表面與硅熔液接觸面浮起的氣泡會(huì)附著在單晶硅和硅熔液的表 面，在拉制過程中形成氣孔，從而影響產(chǎn)品品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的為解決現(xiàn)有技術(shù)中石英坩堝抗蠕變力差、坩堝容易碎裂、 表面容易脫離影響產(chǎn)品品質(zhì)、容易出現(xiàn)氣泡影響產(chǎn)品品質(zhì)等問題，提供 一種用于生產(chǎn)單晶硅的石英坩堝內(nèi)表面處理工藝。