[發明專利]單晶硅的制備方法

在審

• 申請號: 201710327143.7
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107099842A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 王思鋒;潘永娥
• 申請（專利權）人: 寧夏協鑫晶體科技發展有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 王樂

技術領域

本發明涉及單晶硅技術領域，特別是涉及一種單晶硅的制備方法。

背景技術

直拉法是單晶硅的主要生產方法，而石英坩堝是直拉法所必不可少的輔助器具。石英坩堝在拉晶的高溫下，具有變成二氧化硅晶體的趨向，此過程稱為析晶。析晶通常發生在石英坩堝的表層。

嚴重的析晶會對拉晶造成影響。例如，析晶將減薄石英坩堝原有的厚度，降低了石英坩堝的強度，從而容易引起石英坩堝變形。特別是，近年來隨著投料量的增大，拉晶時間也相應延長；隨著拉晶時間的延長，還有可能導致漏料的發生。另外，石英坩堝內壁發生析晶時有可能破壞坩堝內壁原有的涂層，這將導致涂層下面的氣泡層和熔硅發生反應，造成部分顆粒狀氧化硅進入熔硅內，使得正在生長中的晶體結構發生變異而無法正常長晶。并且石英坩堝表面如果附帶極其微小的雜質，析晶也將導致單晶在生長過程中斷棱，影響成品率。

發明內容

基于此，有必要提供一種有效抑制石英坩堝析晶的單晶硅的制備方法。

一種單晶硅的制備方法，包括如下步驟：

在石英坩堝的內壁底部覆蓋碳酸鋇層；然后裝入硅料進行直拉單晶操作。

上述單晶硅的制備方法，由于在裝硅料直拉單晶之前，在石英坩堝的內壁底部事先覆蓋碳酸鋇層；當融硅時，碳酸鋇會分解形成氧化鋇，而氧化鋇會與石英坩堝反應形成硅酸鋇BaSiO₃，由于硅酸鋇BaSiO₃的存在，從而在石英坩堝的內壁上形成一層致密微小的釉層。隨著硅液面的上升，最終在石英坩堝內壁與硅液接觸的地方均形成這種釉層。由于形成致密微小的釉層的保護層，有效抑制了析晶，因此可以大幅度的改善石英坩堝的使用壽命及長晶良率。這種致密微小的釉層的保護層很難使硅液滲入而剝落。另外，形成的致密微小的釉層保護層可以增加石英坩堝的強度，從而減少高溫軟化現象。碳酸鋇的碳酸根會變成二氧化碳而逸出，不會與硅料中殘留的堿金屬離子、堿土金屬離子結合成強堿，腐蝕石英坩堝。還有，鋇在硅中的平衡偏析系數非常小，從而使得鋇在硅晶棒中的濃度小于2.5×10^-9/cm³；故而不會影響到硅晶棒的品質。

另外，采用本發明的方法，不用在石英坩堝的側壁形成涂層，隨著硅液面的上升，最終在石英坩堝內壁與硅液接觸的地方均形成這種釉層；簡化了操作，更有利于工業化實施。

在其中一個實施例中，所述碳酸鋇層通過將碳酸鋇粉撒在石英坩堝的內壁底部形成。

在其中一個實施例中，所述碳酸鋇粉的質量為4.2g～7g。

在其中一個實施例中，在裝入硅料之前，還包括在所述石英坩堝的上沿形成氫氧化鋇層。

在其中一個實施例中，所述氫氧化鋇層通過噴涂形成。

在其中一個實施例中，所述噴涂的噴涂液中水與氫氧化鋇的質量比為48～54：1。

在其中一個實施例中，所述噴涂的厚度為0.2mm～0.6mm。

在其中一個實施例中，所述噴涂的寬度為100mm～150mm。

在其中一個實施例中，所述方法還包括在拉晶過程中，在提蓋子中加入碳酸鋇粉。

在其中一個實施例中，在提蓋子中加入的碳酸鋇粉的質量為3.4g～4g。

附圖說明

圖1為本發明一實施方式的石英坩堝組件沿軸向的截面結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

一種單晶硅的制備方法，包括如下步驟：

在石英坩堝的內壁底部覆蓋碳酸鋇層；然后裝入硅料進行直拉單晶操作。

優選地，碳酸鋇層通過將碳酸鋇粉撒在石英坩堝的內壁底部形成。在本實施方式中，石英坩堝的連接圓角處以及整個石英坩堝的底壁均撒上碳酸鋇粉。

在本實施方式中，碳酸鋇粉的純度大于99.85％。這樣可以提高拉晶效果。

更優選地，碳酸鋇粉可以商購，也可以通過自己制備獲得。具體碳酸鋇粉的制備方法如下：在氮氣保護氣氛下，在氫氧化鋇溶液中通入純的二氧化碳氣體生成碳酸鋇。