石英坩堝小結(jié)

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1、石英坩堝小結(jié)一石英坩堝的歷史和現(xiàn)狀1.早期石英坩堝早期的石英坩堝是全部透明的，最早期的石英坩堝是全部的透明的結(jié)構(gòu)，這種透明的結(jié)構(gòu)卻容易引起導(dǎo)致不均勻的熱傳輸條件，增加晶棒生長(zhǎng)的困難度。所以這種坩堝基本被淘汰使用。2.現(xiàn)代的石英坩堝??現(xiàn)代拉單晶的石英坩堝一般是采用電弧法生產(chǎn)，半透明狀，是拉制大直徑單晶硅，發(fā)展大規(guī)模集成電路必不可少的基礎(chǔ)材料?，F(xiàn)代的石英坩堝則存在二種結(jié)構(gòu)，外側(cè)是一層具有高氣泡密度的區(qū)域，稱為氣泡復(fù)合層，內(nèi)側(cè)則是一層3~5mm的透明層，稱之為氣泡空乏層。氣泡復(fù)合層的目的是在與均勻的輻射有加熱器所提供的輻射熱源。氣泡空乏層的目的在于降低與溶液接

2、觸區(qū)域的氣泡密度，而改善單晶生長(zhǎng)的成功率及晶棒品質(zhì)。二國(guó)內(nèi)石英坩堝的情況分析??國(guó)內(nèi)石英坩堝廠家有：錦州圣戈班、荊州菲利華、揚(yáng)州華爾、寧波寶斯達(dá)、余姚通達(dá)、杭州大和等。錦州圣戈班、荊州菲利華、揚(yáng)州華爾,他們的工藝采用真空熔融法，外幾家采用的是涂層法，即在坩堝內(nèi)壁用精細(xì)石英砂噴涂到坩堝表面大約1~2mm左右。涂的不均勻，這就會(huì)造成在單晶生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)壁脫落導(dǎo)致單晶生長(zhǎng)失敗。??寧波寶斯達(dá)有一種涂鋇鍋，可應(yīng)用到太陽(yáng)能單晶用坩堝上。涂鋇工藝也可用人工進(jìn)行，但是人工涂鋇的缺點(diǎn)在于在涂鋇的同時(shí)引進(jìn)多余的雜質(zhì)且人工噴涂不均勻，使得在開始拉晶的時(shí)候由于雜質(zhì)過(guò)多或者單晶生長(zhǎng)

3、過(guò)程中內(nèi)壁脫落，造成放肩時(shí)斷線，需提雜后才能進(jìn)行繼續(xù)拉晶。三國(guó)產(chǎn)石英坩堝與進(jìn)口石英坩堝對(duì)比爾匯科技有限公司~余姚市通達(dá)電器電信有限公司等。從這些公司公布的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，跟國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(美國(guó)GE公司)相當(dāng)。石英坩堝的主要指標(biāo)包括三個(gè)方面：幾何尺寸；純度、雜質(zhì)含量；外觀。幾何尺寸體現(xiàn)了精加工水平，由于單晶生產(chǎn)廠家的熱場(chǎng)系統(tǒng)(主要是石墨坩堝)相對(duì)固定，因此石英坩堝的幾何尺寸有統(tǒng)一要求。由于GE坩堝進(jìn)入市場(chǎng)較早，所以我國(guó)產(chǎn)品幾何尺寸一般沿用了GE的標(biāo)準(zhǔn)。純度、雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)，采用了石英砂原料生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)，由于國(guó)產(chǎn)坩堝都采用了進(jìn)口原料，國(guó)內(nèi)坩堝廠家的標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致。

4、但是，國(guó)內(nèi)坩堝廠家主要列出了A1、Fe、Ca、Cu、K、Na、Li、B等8種雜質(zhì)含量的指標(biāo)，而GE標(biāo)準(zhǔn)除這8種元素外還列出了As、Cd、Cr、Mg、Mn、Ni、P、Sb、T、Zr等指標(biāo)，而且GE的指標(biāo)相對(duì)要求也高一些。外觀包括觸痕、裂紋、劃傷、凹坑、表面附著物和沾污、斑點(diǎn)和失透點(diǎn)、氣泡、波紋等，每一種缺陷都給出了定義和控制限度。由于引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的工藝技術(shù)，在缺陷控制方面有很大的提高，國(guó)產(chǎn)免洗坩堝也能做到免檢的水平。?原材料石英坩堝的原材料是二氧化硅，就其純度而言，大體分為兩種，一種是以天然水晶為原料的石英砂，它的雜質(zhì)總含量(指Al、Fe等13種雜質(zhì)元素的

5、總和)一般均在50ppm以下，另一種是用高純合成原料(如四氯化硅)經(jīng)高溫水解溶制而成的產(chǎn)品，它的純度很高，13種雜質(zhì)元素的總含量一般均不超過(guò)2ppm，但是它的價(jià)格昂貴，軟化點(diǎn)低，不少坩堝廠家用這種高純合成原料在坩堝內(nèi)層燒結(jié)一層lmm左右的透明層，從而既保證了坩堝內(nèi)表面的純度，又不致于使坩堝軟化點(diǎn)過(guò)低。國(guó)產(chǎn)石英坩堝一般采用進(jìn)口原料，石英坩堝亦能追溯到所用原料，并在坩堝質(zhì)量文件中附有原料的分析測(cè)試報(bào)告，在質(zhì)量管理上有很大的改進(jìn)。?工藝技術(shù)國(guó)內(nèi)石英坩堝生產(chǎn)廠家采用合資、獨(dú)資、技術(shù)引進(jìn)等多種方式大力提高工藝技術(shù)水平，提升產(chǎn)品質(zhì)量。錦州圣戈班引進(jìn)法國(guó)圣戈班技術(shù)，采用

6、先進(jìn)的真空除氣泡技術(shù)。余姚市通達(dá)電器電信有限公司引進(jìn)日本坩堝生產(chǎn)技術(shù)，在坩堝內(nèi)層用高純合成原料燒結(jié)1.2mm的透明層，既解決了內(nèi)層的純度問題，又解決了國(guó)產(chǎn)坩堝高溫軟化塌陷問題。然而國(guó)產(chǎn)坩堝在生產(chǎn)高品質(zhì)大直徑坩堝方面與GE還有一定的距離。另有一些特殊規(guī)格的坩堝還未批量生產(chǎn)，如生產(chǎn)重?fù)絾尉У耐繉盂釄?，低硼、低鋁、低堿坩堝等。?產(chǎn)品性能國(guó)產(chǎn)坩堝與GE坩堝相比在使用性能上還有一定的差距。國(guó)產(chǎn)坩堝軟化點(diǎn)低、壽命短、易下陷，單晶一旦斷苞，幾次回熔后很難再長(zhǎng)出單晶。此外，石英坩堝下陷后，石墨坩堝裸露，引起碳含量超標(biāo)。國(guó)產(chǎn)坩堝內(nèi)表面氣泡多，雜質(zhì)點(diǎn)、斑點(diǎn)多，拉晶過(guò)程中脫落下

7、的石英砂容易使單晶斷苞。國(guó)產(chǎn)坩堝雖說(shuō)使用了進(jìn)口原料，然而由于制作過(guò)程中的沾污、清洗或純化不過(guò)關(guān)，包裝材料不潔凈或由于質(zhì)量管理的漏洞，可能引起雜質(zhì)的污染。四石英坩堝的特性（主要介紹熱學(xué)性能和結(jié)晶性能）1.熱學(xué)性能：熱學(xué)性能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（1）它的形變點(diǎn)為1075℃（2）它的軟化點(diǎn)為1730℃（3）其最高連續(xù)使用溫度為1100℃，短時(shí)間內(nèi)為1450℃。2.結(jié)晶性能（1）石英坩堝在高溫下具有趨向變成二氧化硅的晶體（方石英）。這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié)晶，也稱為“失透”，通常也稱為“析晶”。（2）析晶通常發(fā)生在石英坩堝的表層，按照中國(guó)石英玻璃行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，半導(dǎo)體工業(yè)

8、用石英玻璃在1400℃±5℃下保溫6小時(shí)，其析晶層的平均厚度應(yīng)為﹤