CN107287652A - 一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚及其制备方法 - Google Patents

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吴文垚
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚，其壁部和弯曲部的内表面在垂直方向和水平方向分布有微凹槽，微凹槽的宽度为0～500μm，微凹槽的深度为0～500μm；垂直方向微凹槽之间的间隔为5～20mm，水平方向微凹槽之间的间隔为0.1～5mm；凹槽的横截面为半圆形、矩形或半椭圆形中的任意一种；所述的微凹槽形成方法为：在坩埚制备的高温熔制工艺结束后，用二氧化碳气体激光器发射激光束对坩埚内表面特定区域加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用钻石钻头在水冷的条件下对表面的特定区域加工形成凹槽；或者用氢氧焰对表面的特定区域局部加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用加热到高温的等离子气体对表面的特定区域加热形成凹槽。此坩埚能够有效地保证拉晶工序的顺利进行，并提高成晶率。

Description

一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚及其制备方法
技术领域
本发明涉及石英坩埚及其制备方法，更具体地，为一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚及其制备方法。
背景技术
直拉法（CZ）是被广泛用作单晶硅的制造方法，根据CZ法，单晶的籽晶浸入石英坩埚中的熔融硅液表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，形成的单晶硅锭。
通常情况下，在石英坩埚与高温熔融硅液会发生如下反应。
SiO2(固体)+Si→2SiO(气)。
反应生成的SiO气体会不断逸出到熔融硅液表面并会导致液面的振动。
熔融硅液表面发生振动时，会引起拉晶开始时引晶的失败而中止拉晶，或破坏单晶的连续生长而变成多晶而降低成晶率。
现有技术中都是通过抑制或者降低石英坩埚中的气泡含量来降低石英坩埚与硅液的反应来保证拉晶的顺利进行，并没有能够有效地抑制熔体硅液表面的振动。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚及其制备方法，在坩埚的内表面垂直方向上提供SiO气体上升的微凹槽通道，使SiO气体沿坩埚内表面（熔融硅液面四周）逸出而不是从熔融硅液面的中央位置逸出；在坩埚的内表面水平方向上提供抑制熔融硅液面抖动的微凹槽。能够有效地保证拉晶工序的顺利进行，并提高成晶率。
所述的一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚，是以纯度为99.999%及以上的天然石英砂或合成石英砂经高温熔制工艺而成，包含壁部，弯曲部和底部，其特征在于：壁部和弯曲部的内表面在垂直方向和水平方向分布有微凹槽，微凹槽的宽度为0～500μm，微凹槽的深度为0～500μm。
所述的垂直方向微凹槽之间的间隔为5～20mm，所述的平方向微凹槽之间的间隔为0.1～5mm。
所述的微凹槽的横截面为半圆形、矩形或半椭圆形中的任意一种。
所述的微凹槽形成方法为：在坩埚制备的高温熔制工艺结束后，用二氧化碳气体激光器发射激光束对坩埚内表面特定区域加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用钻石钻头在水冷的条件下对表面的特定区域加工形成凹槽；或者用氢氧焰对表面的特定区域局部加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用加热到高温的等离子气体对表面的特定区域加热形成凹槽。
附图说明
图1为本发明中坩埚各部位示意图。
图2为本发明中坩埚内表面凹槽局部放大图。
具体实施例
实施例1。
采用纯度为99.999%的天然石英砂高温熔制工艺形成石英坩埚后，设定坩埚中垂直方向微凹槽之间的间隔为5mm，水平方向微凹槽之间的间隔为0.1mm，以二氧化碳气体激光束为热源对所设定的凹槽区域加热使该区域二氧化硅升华，形成微宽度为500μm、深度为500μm的半圆形的微凹槽，坩埚经后处理清洗后，即得到能够抑制熔融硅液面振动的石英坩埚。
实施例2。
采用纯度为99.999%的天然石英砂高温熔制工艺形成石英坩埚后，设定坩埚中垂直方向微凹槽之间的间隔为20mm，水平方向微凹槽之间的间隔为5mm，以二氧化碳气体激光束为热源对所设定的凹槽区域加热使该区域二氧化硅升华，形成微宽度为200μm、深度为250μm的半椭圆形的微凹槽，坩埚经后处理清洗后，即得到能够抑制熔融硅液面振动的石英坩埚。
实施例3。
采用纯度为99.999%的合成石英砂高温熔制工艺形成石英坩埚后，设定坩埚中垂直方向微凹槽之间的间隔为10mm，水平方向微凹槽之间的间隔为3mm，采用钻石钻头在水冷的条件下对所设定的凹槽区进行研磨，形成微宽度为200μm、深度为200μm的矩形的微凹槽，坩埚经后处理清洗后，即得到能够抑制熔融硅液面振动的石英坩埚。
实施例4。
采用纯度为99.999%的合成石英砂高温熔制工艺形成石英坩埚后，设定坩埚中垂直方向微凹槽之间的间隔为15mm，水平方向微凹槽之间的间隔为4mm，以氢氧焰热源对所设定的凹槽区域加热使该区域二氧化硅升华，形成微宽度为500μm、深度为300μm的半椭圆形微凹槽，坩埚经后处理清洗后，即得到能够抑制熔融硅液面振动的石英坩埚。

Claims (4)

1.一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚，是以纯度为99.999%及以上的天然石英砂或合成石英砂经高温熔制工艺而成，包含壁部，弯曲部和底部，其特征在于：壁部和弯曲部的内表面在垂直方向和水平方向分布有微凹槽，微凹槽的宽度为0～500μm，微凹槽的深度为0～500μm。
2.根据权利要求1所述的一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚，其特征在于：垂直方向微凹槽之间的间隔为5～20mm，水平方向微凹槽之间的间隔为0.1～5mm。
3.根据权利要求1所述的一种抑制熔融硅液面振动的石英坩埚，其特征在于：微凹槽的横截面为半圆形、矩形或半椭圆形中的任意一种。
4.一种抑制熔融硅液面振动石英坩埚的制备方法，其特征在于：在坩埚高温熔制工艺结束后，用二氧化碳气体激光器发射激光束对坩埚内表面特定区域加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用钻石钻头在水冷的条件下对表面的特定区域加工形成凹槽；或者用氢氧焰对表面的特定区域局部加热使部分区域二氧化硅升华来形成凹槽；或者用加热到高温的等离子气体对表面的特定区域加热形成凹槽。
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