[發明專利]一種石英坩堝

有效

• 申請號: 201510909607.6
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN106868583B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 方峰;鄧德輝;高朝陽;王學鋒;曾澤紅;孫媛
• 申請（專利權）人: 有研半導體材料有限公司
• 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權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

本發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、弧度過渡區及圓柱周壁三個部分，從坩堝內表面側至外表面側具有透明石英層和不透明石英層，其中，透明石英層的氣泡含有率小于0.3％，不透明石英層的氣泡含有率為0.6％以上。本發明的石英坩堝的弧度過渡區的透明層厚度是圓柱周壁處的透明層厚度的1.2?1.6倍。本發明通過石英坩堝的弧度過渡區的熱傳導特性抑制石英坩堝中弧度過渡區的硅熔體的流動能力，硅單晶的氧含量均勻性得到改善。采用本發明的石英坩堝，從坩堝外側進行加熱時，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。

技術領域

本發明涉及一種石英坩堝，屬于硅單晶制備技術領域。

背景技術

現代石英坩堝多采用電弧熔制法制作，以旋轉塑模法為主流方法，該方法是利用離心力使原料石英粉堆積于旋轉著的具有坩堝形狀的模具的內表面，通過電弧放電熱使堆積于旋轉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，為現有的石英坩堝的制作裝置的結構示意圖，該裝置主要由有底圓筒狀的模具3、使模具3繞其軸線旋轉的驅動機構(圖中未示出)、用于加熱模具3內側的電弧放電裝置(圖中未示出)構成。模具3例如由碳形成，在其內部形成有向模具內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構，在模具3旋轉的同時，可通過減壓通路5從其內面進行吸氣。在模具3的內面，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的旋轉產生的離心力而保持在內壁面上。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構、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行加熱的同時通過減壓通路5進行減壓，由此石英砂堆積層熔化形成熔融狀態的石英玻璃層。熔融狀態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R2構成。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進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表面，形成透明玻璃層。

專利文獻CN101570391B披露了將兩種方法結合使用，在石英坩堝的內表面形成透明SiO₂玻璃層的技術方案。圖2是石英坩堝的透明SiO₂層、不透明SiO₂層結構示意圖，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R2是基本相同的，即透明SiO₂層在坩堝內表面是均勻分布。

發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時，硅熔體必然與接觸的坩堝內表面的內表面透明SiO₂反應：SiO₂+Si＝2SiO。反應產物SiO經過硅熔體地流動而分散在熔體內，大部分SiO通過自由表面揮發了；少部分氧通過生長界面進入硅單晶體，氧是直拉硅單晶中的一種固有雜質，來源于石英坩堝。單晶直徑的增大和半導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。

發明內容