[發(fā)明專利]一種石英坩堝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510909607.6
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN106868583B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方峰;鄧德輝;高朝陽;王學(xué)鋒;曾澤紅;孫媛
• 申請（專利權(quán)）人: 有研半導(dǎo)體材料有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

本發(fā)明公開了一種石英坩堝。該石英坩堝的坩堝壁包括坩堝底壁、弧度過渡區(qū)及圓柱周壁三個部分，從坩堝內(nèi)表面?zhèn)戎镣獗砻鎮(zhèn)染哂型该魇雍筒煌该魇樱渲校该魇拥臍馀莺新市∮?.3％，不透明石英層的氣泡含有率為0.6％以上。本發(fā)明的石英坩堝的弧度過渡區(qū)的透明層厚度是圓柱周壁處的透明層厚度的1.2?1.6倍。本發(fā)明通過石英坩堝的弧度過渡區(qū)的熱傳導(dǎo)特性抑制石英坩堝中弧度過渡區(qū)的硅熔體的流動能力，硅單晶的氧含量均勻性得到改善。采用本發(fā)明的石英坩堝，從坩堝外側(cè)進(jìn)行加熱時，可抑制石英坩堝底部熔融硅的溫度偏差，減少石英坩堝底部硅熔體浮力，抑制硅熔體的向單晶生長界面的熱對流，獲得氧含量均勻的硅單晶。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石英坩堝，屬于硅單晶制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代石英坩堝多采用電弧熔制法制作，以旋轉(zhuǎn)塑模法為主流方法，該方法是利用離心力使原料石英粉堆積于旋轉(zhuǎn)著的具有坩堝形狀的模具的內(nèi)表面，通過電弧放電熱使堆積于旋轉(zhuǎn)著的模具中的石英粉熔融、玻璃化，成形為坩堝形狀。

如圖1所示，為現(xiàn)有的石英坩堝的制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置主要由有底圓筒狀的模具3、使模具3繞其軸線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(圖中未示出)、用于加熱模具3內(nèi)側(cè)的電弧放電裝置(圖中未示出)構(gòu)成。模具3例如由碳形成，在其內(nèi)部形成有向模具內(nèi)面開口的多個減壓通路5。減壓通路5上連接未圖示的減壓機(jī)構(gòu)，在模具3旋轉(zhuǎn)的同時，可通過減壓通路5從其內(nèi)面進(jìn)行吸氣。在模具3的內(nèi)面，通過堆積石英粉末可形成石英堆積層。該石英堆積層通過模具3的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而保持在內(nèi)壁面上。電弧放電裝置具備由高純度的碳形成的呈棒狀的多個碳電極、保持這些碳電極的同時使其移動的電極移動機(jī)構(gòu)、用于對各碳電極通電流的電源裝置(圖示略)。

利用電弧放電裝置對保持的石英堆積層進(jìn)行加熱的同時通過減壓通路5進(jìn)行減壓，由此石英砂堆積層熔化形成熔融狀態(tài)的石英玻璃層。熔融狀態(tài)的石英玻璃層冷卻后形成石英坩堝毛坯，將石英坩堝毛坯從模具3取出進(jìn)行整形加工后，即使成品石英(SiO₂)坩堝(圖2所示)。

圖2所示成品石英坩堝由圓柱周壁H、具有弧度的底壁R和弧度過渡區(qū)R2構(gòu)成。直徑10”-24”口徑的石英坩堝壁厚度在8-18mm，這個坩堝壁厚度包括了透明層6f和包含氣泡的不透明層6b。透明層的厚度在2-5mm，剩余的為不透明層。

作為在坩堝內(nèi)表面形成氣泡少、高純度的透明SiO₂層的方法，已知有如下兩種方法。

第一種方法是在石英粉的電弧熔融中從塑模側(cè)進(jìn)行石英層的減壓抽取的方法，石英粉熔融、玻璃化時將石英層減壓，通過真空的作用將內(nèi)部的氣泡吸引至外部而除去，可以形成基本上不含有氣泡的透明SiO₂玻璃層。

第二種方法為：使石英粉在電弧中通過時熔融，使該熔融的石英粉層積于已成形的石英坩堝內(nèi)表面，形成透明玻璃層。

專利文獻(xiàn)CN101570391B披露了將兩種方法結(jié)合使用，在石英坩堝的內(nèi)表面形成透明SiO₂玻璃層的技術(shù)方案。圖2是石英坩堝的透明SiO₂層、不透明SiO₂層結(jié)構(gòu)示意圖，透明SiO₂層的厚度在圓柱周壁H、具有弧度的底壁R和弧度過渡區(qū)R2是基本相同的，即透明SiO₂層在坩堝內(nèi)表面是均勻分布。

發(fā)明人在使用石英坩堝提拉硅單晶的過程中，熟知多晶硅熔化的形成硅熔體貯存在石英坩堝內(nèi)時，硅熔體必然與接觸的坩堝內(nèi)表面的內(nèi)表面透明SiO₂反應(yīng)：SiO₂+Si＝2SiO。反應(yīng)產(chǎn)物SiO經(jīng)過硅熔體地流動而分散在熔體內(nèi)，大部分SiO通過自由表面揮發(fā)了；少部分氧通過生長界面進(jìn)入硅單晶體，氧是直拉硅單晶中的一種固有雜質(zhì)，來源于石英坩堝。單晶直徑的增大和半導(dǎo)體集成電路線寬的縮小，要求硅單晶更高的純度，即要求低氧含量的硅單晶，同時要求硅單晶的氧含量要均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容