CN104928756A

CN104928756A - 一种坩埚

Info

Publication number: CN104928756A
Application number: CN201510380024.9A
Authority: CN
Inventors: 武鹏; 崔新正; 倪鹏; 徐岩; 吴义华
Original assignee: GCL JIANGSU SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: GCL JIANGSU SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明涉及一种坩埚，包括底板、热导率小于底板的热导率的侧壁，所述底板与侧壁围成空腔。上述坩埚，底板热导率高，侧壁热导率低，熔化长晶时，由于侧面加热器引起的固液界面不对称性得到明显改善，且“w”型固液界面的凹点向坩埚侧壁方向偏移，改善了固液界面，降低了晶体中的杂质比例，降低了生产成本。

Description

一种坩埚

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭领域，特别是涉及一种用于使用定向凝固法制备晶体硅锭的坩埚。

背景技术

目前，定向凝固法制备晶体硅锭使用的坩埚主要是石英陶瓷坩埚，其具有成本低，纯度较高的优点。但石英陶瓷坩埚的热导率较低，在1400℃时，石英陶瓷坩埚的热导率只有2W/m·K，而硅的热导率约为20W/m·K，因此定向凝固时，坩埚底部的热阻抑制了硅凝固潜热的向外扩散，导致缩短晶体的长晶周期、降低能耗的困难不断增加，同时随着长晶高度的增加，由于散热不畅引起的热积累导致缺陷迅速增加。坩埚侧壁散失的热量也使固液界面呈现“W”型，固液界面的凹点在边缘小方锭中，不利于晶体中杂质的外排。

发明内容

基于此，有必要提供一种能改善底部热导率、改善固液界面的坩埚。

一种坩埚，包括底板、热导率小于底板的热导率的侧壁，所述底板与侧壁围成空腔。

上述坩埚，底板热导率高，侧壁热导率低，熔化长晶时，由于侧面加热器引起的固液界面不对称性得到明显改善，且“w”型固液界面的凹点向坩埚侧壁方向偏移，改善了固液界面，降低了晶体中的杂质比例，缩短了工艺周期，降低了生产成本。

在其中一个实施例中，所述底板的热导率是侧壁的热导率的两倍以上。

在其中一个实施例中，所述底板的材料选自氮化硅、二氧化硅、石墨及碳化硅中的一种或为多种的混合物，所述侧壁的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅或硅基多孔陶瓷。

在其中一个实施例中，所述底板的不同位置的热导率不同。

在其中一个实施例中，所述底板与侧壁拼接在一起。

在其中一个实施例中，底板上开设有凹槽，所述侧壁的底部固定于所述凹槽中，侧壁的底部与所述凹槽之间的接触缝隙上覆盖有氮化硅。

在其中一个实施例中，侧壁的底部朝向空腔内部方向突出并形成有位于所述凹槽内的平台，所述氮化硅覆盖于所述平台与所述凹槽之间的接触缝隙之上。

在其中一个实施例中，所述平台的上沿与凹槽的上沿平齐。

在其中一个实施例中，所述侧壁与凹槽之间的接触缝隙中还具有填充物，所述填充物选择氮化硅、钼粉及高温陶瓷胶中的一种或为其中几种的混合物，所述氮化硅位于所述填充物之上。

在其中一个实施例中，所述侧壁的底部与所述底部通过无机胶粘结固定。

附图说明

图1为本发明实施例一的坩埚的结构示意图；

图2为图1所示坩埚的局部放大图；

图3为本发明实施例二的坩埚的结构示意图；

图4为图3所示坩埚的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明坩埚的构思是，使坩埚底板热导率高，侧壁热导率低，熔化长晶时，由于侧面加热器引起的固液界面不对称性得到明显改善，且“w”型固液界面的凹点向坩埚侧壁方向偏移，改善了固液界面，降低了晶体中的杂质比例，缩短了工艺周期，降低了生产成本，并可以改善晶体质量。

通常使底板的热导率是侧壁的热导率的两倍以上，优选5倍以上。底板的热导率大于5W/m·K，优选地底板的热导率大于晶体硅的热导率即20W/m·K。

底板的材料选自氮化硅、二氧化硅、石墨及碳化硅中的一种或为多种的混合物。侧壁的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅或硅基多孔陶瓷。

下面结合附图，说明坩埚的较佳实施方式。

实施例1

如图1所示，坩埚100包括底板110、侧壁120，底板110与侧壁120围成可盛放硅料的空腔。坩埚100的底板110材质为等静压石墨材料，尺寸为900*900*30mm。底部110的上表面设有深度为15mm、宽度为65mm凹槽(未标号)。侧壁120为石英材质，其为厚度为20mm、高度为490mm、内径为842*842mm的方形。侧壁120的底部放置并固定在凹槽中。侧壁120的底部向内侧(即朝向空腔方向)突出并形成长40mmm、高15mm的平台122。

侧壁120的内表面和底板110的上表面分别喷覆有氮化硅涂层。侧壁120的底部放置在石墨材质的底板110的凹槽中，并使用高温无机胶粘结固定。侧壁120与底板110组合好之后，平台122也位于凹槽中且同凹槽的底部相粘结固定，以增加侧壁120与底板110组合的稳定性。平台122的上沿与凹槽的上沿(也即底板110的上表面)平齐，使组合后的坩埚100的内底面平整。

参图2，平台122与凹槽之间的接触缝隙上覆盖有氮化硅130。此外，侧壁120的底部与凹槽之间的接触缝隙(包括图2中侧壁120左侧面与凹槽之间的缝隙，以及右侧的平台122与凹槽122之间的缝隙)中还具有填充物140。前述的氮化硅130位于填充物140上方。填充物140选择氮化硅、钼粉及高温陶瓷胶中的一种或为其中几种的混合物。

在组合好的坩埚100的底板110上装入籽晶，在籽晶上方装入硅料，控制熔化，使硅料从上至下熔化，熔化的硅料流到坩埚100下部后，由于氮化硅130与硅液不浸润，可以阻止硅液从坩埚110的接触缝隙下渗，同时由于坩埚100的底板110温度较低，硅液逐步凝固，覆盖在接触缝隙上，进一步阻止了硅液的下渗。

在长晶时，由于石墨的热导率大约为40W/mK以上，而石英的热导率只有2W/mK，故石墨材质的底板110较石英材质的侧壁120的热阻大幅度降低，硅锭底部散热能力大幅度提升，长晶速率加快，而且在石英坩埚中出现的长晶后期热积累导致的缺陷增殖也得到明显改善。同时，由于坩埚的侧壁120的热阻高，熔化长晶时，由于侧面加热器引起的固液界面不对称性得到明显改善，且“w”型固液界面的凹点向坩埚的侧壁120方向偏移，杂质降低。

通过使用本坩埚铸造的硅锭，较常规的石英坩埚，其铸锭工艺周期缩短8％，其杂质降低了一个百分点，而转换效率提升了0.5％。

实施例2

如示意图2所示，坩埚200包括底板210、侧壁220，底板210与侧壁220围成盛放硅料的空腔。其中，底板210的材质为致密的氮化硅材料，尺寸为900*900*30mm。底板210的上表面设有深度为15mm、宽度为25mm凹槽(未标号)。侧壁220为蜂窝状氮化硅板材，其为厚度为20mm、高度为490mm、内径为842*842mm的方形。

侧壁220的底部放置在氮化硅材质的底板210的凹槽中，并使用高温无机胶粘结固定。侧壁220与底板210的交接缝隙处使用氮化硅230覆盖。侧壁220与底板210的交接缝隙中还具有填充物240。

将硅料装入坩埚中，进行铸锭，得到的硅锭，较常规的石英坩埚，其铸锭工艺周期缩短7％，其杂质降低了0.7％，而转换效率提升了0.7％。

实施例3

实施例3的坩埚结构与实施例1相同，可参示意图1所示。其中坩埚的侧壁为石英材质，其为厚度为20mm、高度为490mm、内径为842*842mm的方形。坩埚的底板材质为具有柱状封闭状气孔的氮化硅材料，尺寸为900*900*30mm。在底板的上表面有深度为15mm、宽度为25mm凹槽。坩埚的侧壁的底部放置在氮化硅材质的底板的凹槽中，并使用高温无机胶粘结固定。坩埚侧壁与底板的交接缝处使用氮化硅粉覆盖。

将硅料装入坩埚中，形核时，保证底部硅锭底部具有30℃以上的过冷度，由于坩埚的底板不同位置的热导率不同，在微观层面，不同区域过冷度不同，过冷度高的地方优先形核，长晶时，控制长晶速率，得到的硅锭，较常规的石英坩埚，其铸锭工艺周期缩短7％，其杂质降低了0.8％，而转换效率提升了0.5％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种坩埚，其特征在于，包括底板、热导率小于底板的热导率的侧壁，所述底板与侧壁围成空腔。

2.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述底板的热导率是侧壁的热导率的两倍以上。

3.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述底板的材料选自氮化硅、二氧化硅、石墨及碳化硅中的一种或为多种的混合物，所述侧壁的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅或硅基多孔陶瓷。

4.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述底板的不同位置的热导率不同。

5.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述底板与侧壁拼接在一起。

6.根据权利要求5所述的坩埚，其特征在于，底板上开设有凹槽，所述侧壁的底部固定于所述凹槽中，侧壁的底部与所述凹槽之间的接触缝隙上覆盖有氮化硅。

7.根据权利要求6所述的坩埚，其特征在于，侧壁的底部朝向空腔内部方向突出并形成有位于所述凹槽内的平台，所述氮化硅覆盖于所述平台与所述凹槽之间的接触缝隙之上。

8.根据权利要求7所述的坩埚，其特征在于，所述平台的上沿与凹槽的上沿平齐。

9.根据权利要求6所述的坩埚，其特征在于，所述侧壁与凹槽之间的接触缝隙中还具有填充物，所述填充物选择氮化硅、钼粉及高温陶瓷胶中的一种或为其中几种的混合物，所述氮化硅位于所述填充物之上。

10.根据权利要求6所述的坩埚，其特征在于，所述侧壁的底部与所述底部通过无机胶粘结固定。