[發明專利]石墨坩堝及其制造方法

有效

• 申請號: 201710406654.8
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN108997019B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王燕
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/532;C04B35/622;D01F6/76;D01F9/10;D04H1/4209;D04H1/46;C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明提供一種石墨坩堝及其制造方法，包括：1）提供一坩堝模具；2）提供全氫聚硅氮烷纖維，開松處理后進行交叉鋪網及針刺固結制作出全氫聚硅氮烷纖維氈，氨氣熱解及燒結后獲得氮化硅纖維氈；3）于所述坩堝模具內涂覆含石墨原料的粘結劑，將所述氮化硅纖維氈鋪蓋于所述粘結劑上；4）重復進行步驟3）；5）固化后進行模具分離獲得坩堝模板；6）進行碳化及石墨化處理，獲得石墨坩堝。本發明通過干法紡絲及針刺固結制備出連續的氮化硅纖維氈，具有膨脹系數低、導熱性好、機械性能優越等優點；通過在石墨坩堝壁中設置連續的氮化硅纖維氈，可以大大降低石墨坩堝由于熱膨脹及冷卻過程中的變形程度，避免石墨坩堝裂紋的產生。

技術領域

本發明涉及一種半導體制造設備及制造方法，特別是涉及一種石墨坩堝及其制造方法。

背景技術

提拉法，是1917年由丘克拉斯基(Czochralski)發明的一種合成晶體的方法，所以也稱“丘克拉斯基法”，是一種從熔融狀態的原料生長晶體的方法。提拉法的原理是利用溫場控制來使得熔融的原料生長成晶體。用于晶體生長的原料放在坩堝中加熱成為熔體，控制生長爐內的溫度分布(溫場)，使得熔體和籽晶/晶體的溫度有一定的溫度梯度，這時，籽晶桿上的籽晶與熔體接觸后表面發生熔融，提拉并轉動籽晶桿，處于過冷狀態的熔體就會結晶于籽晶上，并隨著提拉和旋轉過程，籽晶和熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，逐漸凝固而生長出單晶體。

石英坩堝是一種通用的用于承載熔融反應材料的設備。然而，石英坩堝在高溫下會產生軟化變形。因此，選擇一種可以支持石英坩堝保持其原來的形狀的材料是非常重要的。

由于石墨具有良好的耐熱性和抗熱震性，特別是具有良好的化學穩定性，石墨被普遍應用于坩堝領域中。石英坩堝201及石墨坩堝202用于單晶硅提拉的設備結構如圖1所示，用于單晶硅生長的原料放在石英坩堝中通過加熱器205加熱成為熔體204，控制生長爐內的溫度分布(溫場)，使得熔體204和籽晶/晶體205的溫度有一定的溫度梯度，這時，籽晶桿上的籽晶203與熔體204接觸后表面發生熔融，提拉并轉動籽晶桿，處于過冷狀態的熔體就會結晶于籽晶上，并隨著提拉和旋轉過程，籽晶和熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，逐漸凝固而生長出單晶硅錠。

但是，由于所需拉伸的硅片的直徑越大，石英坩堝與石墨坩堝的熱膨脹不匹配效應就越嚴重，這種不匹配效應使其得石墨坩堝的支撐作用并不能完全滿足應用要求。

基于以上所述，提供一種能夠有效改善石墨坩堝由于膨脹系數較大而造成較大變形的方法和結構實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨坩堝及其制造方法，用于解決現有技術中由于石墨坩堝膨脹系數高，導致其與石英坩堝不匹配度過高而容易出現裂縫等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種石墨坩堝的制造方法，所述制造方法包括：1)提供一坩堝模具；2)提供全氫聚硅氮烷纖維，對所述全氫聚硅氮烷纖維開松處理后進行交叉鋪網，并通過針刺固結工藝制作出全氫聚硅氮烷纖維氈，所述全氫聚硅氮烷纖維氈經過氨氣熱解及燒結后獲得氮化硅纖維氈；3)于所述坩堝模具內涂覆含石墨原料的粘結劑，將所述氮化硅纖維氈鋪蓋于所述粘結劑上；4)重復進行步驟3)，重復次數為N，其中，N0；5)對所述粘結劑進行固化處理后，進行模具分離獲得坩堝模板；6)對所述坩堝模板進行碳化及石墨化處理，獲得石墨坩堝。

優選地，步驟2)提供全氫聚硅氮烷纖維包括：a)將SiH₂Cl₂及吡啶按比例混合后進行聚合反應及氨解反應，獲得全氫聚硅氮烷樹脂(PHS)；b)將所述全氫聚硅氮烷樹脂(PHS)溶解于有機溶劑二甲苯中，獲得紡絲原液；c)對所述紡絲原液進行過濾，干法紡絲后獲得全氫聚硅氮烷纖維。

優選地，步驟a)中，所述SiH₂Cl₂及吡啶的物質的量比為1:1～1:3之間。