石英坩堝基礎(chǔ)知識(shí)累積

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1、石英塩竭的歷史和現(xiàn)狀1.早期石英堆竭早期的石英塩堀是全部透明的，最早期的石英塩垠是全部的透明的結(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，增加晶棒生長的困難度。所以這種塩堀棊木被淘汰使用。2.現(xiàn)代的石英堆竭現(xiàn)代拉單晶的石英塩圳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。現(xiàn)代的石英塩埸則存在二種結(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Z為氣泡空乏層。氣泡復(fù)合層的冃的是在與均勻的輻射有加熱器所捉供的輻射熱源。氣泡空乏層的目的在于降低與溶液接觸區(qū)域的氣泡密度，而

2、改善單晶住長的成功率及晶棒品質(zhì)。-：國內(nèi)石英堆埸的情況分析國內(nèi)石英堆坍廠家有：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)、杭州人和等。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，外兒家采用的是涂層法，即在堆坍內(nèi)壁用粕細(xì)石英砂噴涂到堆堀表而大約1-2mm左右。涂的不均勻，這就會(huì)造成在單晶住長過程屮內(nèi)壁脫落導(dǎo)致單晶生長失敗。寧波寶斯達(dá)冇一種涂鎖鍋，可應(yīng)用到太陽能單晶用坷圳上。涂鎖工藝也可用人工進(jìn)行,但是人工涂鎖的缺點(diǎn)在于在涂鎖的同吋引進(jìn)多余的朵質(zhì)且人工噴涂不均勻，使得在開始拉品的時(shí)候由于雜質(zhì)過多或者單晶牛長過程小內(nèi)壁脫落，造成放肩時(shí)斷

3、線，需提雜后才能進(jìn)行繼續(xù)拉晶。注：涂頓工藝的原理這是因?yàn)閮A在硅屮的平衡偏析系數(shù)非常小，使得他在硅晶棒屮的濃度小于2.5x1OW,因而不會(huì)影響到晶棒的品質(zhì)。通常的做法是將石英±H圳壁涂上一層含冇結(jié)晶水的氫氧化鎖(Ba(OH)2.8H2O)(飽和的氫氧化鎖水溶液)。這層氫氧化飲會(huì)與空氣中的二氧化碳反應(yīng)形成碳酸傾。而當(dāng)這種石英ttf埸在單晶爐上被加熱時(shí)，碳酸傾會(huì)分解形成氧化傾，隨著氧化傾與石英堆埸反應(yīng)形成硅酸頓(BaSiO3)o由于硅酸鉞的存在，使得石英琨堀壁上形成一層致密微小的方石英結(jié)品。這種微小的方石英結(jié)品很難被溶液滲入而剝落，即使剝落也很快被溶液溶解掉，，因

4、此可以大幅度的改善石英垃竭的使用壽命及長晶良率。另外在石英ift埸處壁形成一層方石英結(jié)晶的好處，是它可以增加石英州圳的強(qiáng)度，減少高溫軟化現(xiàn)象。三：石英塩竭在拉單晶中出現(xiàn)的現(xiàn)象及其分析1.石英堪竭使用后壁上出現(xiàn)棕色小圈現(xiàn)象：在垠壁上出現(xiàn)棕色小圈。解釋：石英用圳木身是非晶質(zhì)，石英itt城木身是非晶質(zhì)的介態(tài)能，在適當(dāng)?shù)臈l件下他會(huì)發(fā)工相變化而形成穩(wěn)定的方石英結(jié)品態(tài)。方石英結(jié)品態(tài)的形成包括成核與成長二個(gè)階段，成核通常發(fā)住在石英ttt埸壁上的結(jié)構(gòu)缺陷或雜質(zhì)（特別是一?些堿性金屬或重金屬）。初期的方石英結(jié)晶為球狀，進(jìn)一步的成長則是沿著埔堀壁成樹枝狀往側(cè)向發(fā)展，這是因?yàn)槭?/p>

5、珀堀與溶液的反應(yīng)時(shí)的垂總方向的成長受到抑制之故。在方石英結(jié)晶與非品質(zhì)石英劃堀壁之間通常夾雜著一層硅溶液,而在方石英結(jié)晶的邊緣,通常覆蓋著棕色的SiO氣泡。SiO氣體為棕色,棕色的小圈是SiO的結(jié)晶。根木原因在于塩城壁上的雜質(zhì)或者硅料清洗不干凈所帶來的酸堿或重金屬殘留，使圮期在高溫下不穩(wěn)定，造成上述現(xiàn)象。注：一氧化硅（SiO）的物理化學(xué)性質(zhì)SiO：黑棕色至黃土色無定形粉末。熔點(diǎn)＞1702°C。沸點(diǎn)1880°C,由純度99.5%的二氧化硅粉末與煤瀝青粉末（或硅粉）以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入電加熱的真空爐，注入非氧化性氣體（如氟、

6、氫等氣體），高溫反應(yīng)，制得超細(xì)（0.1/um以下）無定形氧化硅。--般它可由二氧化硅在高溫下與純硅作用后迅速冷卻制得：SiO2+Si-*2SiOSiO是Si與SiC）2在真空條件下加熱綸成的產(chǎn)物，在引品的時(shí)候硅液表而有一層棕色的煙環(huán)繞,此為SiOo解決途徑：I.硅料的清洗需要保證無酸堿殘留或重金屬2.劃坍本身的質(zhì)量過關(guān)3.改進(jìn)工藝，使用涂層或噴涂Wo2.石英堆垠的析晶現(xiàn)象：石英堆堀在髙溫下具有趨向變成二氧化硅的品體（方石英）。這個(gè)過程稱為再結(jié)晶，也稱為“失透”，通常也稱為“析晶”。解釋：析晶通常發(fā)生在石英珀堀的表層，按照中國石英玻璃行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，半導(dǎo)體工業(yè)用

7、石英玻璃在1400°C±5°CK保溫6小吋，其析品層的平均厚度應(yīng)為VlOOpm,在100pmZ內(nèi)的析晶是屬于正常的。嚴(yán)重的析晶對(duì)拉單晶的彫響很人，石英±tt璃內(nèi)壁發(fā)生析晶時(shí)有可能破換塩垠內(nèi)壁原冇的涂層，這將導(dǎo)致涂層下Ifli的氣泡層和熔硅發(fā)生反應(yīng)，造成部分顆粒狀氧化硅進(jìn)入熔硅內(nèi)，使得正在牛長中的品體結(jié)構(gòu)發(fā)牛變界而無法正常長品。析品將減薄石英垃埸原有的厚度，降低了垃竭的強(qiáng)度容易引起石英垃埸的變形?？赡艿脑颍?1).石英堆竭受到沾污,在所有對(duì)石英堆媚的沾污中，堿金屬離子鉀(K)鈉(Na)鋰(Li)和堿土金屬離子鈣(Ca)鎂(Mg)這些離子的存在是石英堆堀產(chǎn)生析

8、晶的主要因素。(2).在操作過程屮，因操作方法不當(dāng)也