RU2504602C1 - Способ изготовления кварцевых контейнеров - Google Patents
Способ изготовления кварцевых контейнеров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504602C1 RU2504602C1 RU2012128751/02A RU2012128751A RU2504602C1 RU 2504602 C1 RU2504602 C1 RU 2504602C1 RU 2012128751/02 A RU2012128751/02 A RU 2012128751/02A RU 2012128751 A RU2012128751 A RU 2012128751A RU 2504602 C1 RU2504602 C1 RU 2504602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quartz
- container
- coating
- annealing
- inert atmosphere
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для синтеза и кристаллизации расплавов полупроводниковых материалов, а также для получения особо чистых металлов и полиметаллических сплавов. Способ изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для высокотемпературных процессов включает нанесение на рабочую поверхность кварцевого контейнера полимерной пленки с последующим отжигом в инертной атмосфере. Нанесение упомянутой пленки на рабочую поверхность кварцевого контейнера проводят путем осаждения полигексаметиленгуанидингидрохлорида или полидиаллилдиметиламмонийхлорида из его 7-10%-ного водного раствора с pH 1-3 и последующего отжига в инертной атмосфере при 900-1000°C в течение 30-60 минут. Улучшается качество защитных покрытий на поверхностях кварцевых контейнеров за счет повышения их плотности и прочности с обеспечением предотвращения взаимодействия расплавленного материала с рабочими стенками контейнера любой формы и уменьшение загрязнения получаемого материала диффундирующими примесями химических элементов из кварца. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к способам изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для синтеза и кристаллизации расплавов полупроводниковых материалов, а также для получения особо чистых металлов и полиметаллических сплавов.
Известен способ изготовления ростового контейнера в виде кварцевой лодочки из заготовок кварцевой трубы с последующим осаждением на рабочей поверхности углеграфита типа «Aquadag» из продуктов разложения парогазовой смеси толуола в токе азота при температуре 1050°C (Beels R, De Sutter W. Pyrolytic coating of quartz and ceramic vessis used for zone melting // Jornal of Scientific Instrument. Vol.37. №10, October 1960, p.397).
Недостатком способа является сложная и дорогостоящая технология изготовления контейнеров с покрытием, которое в топком слое не устраняет взаимодействия расплавленного материала со стенками. Толстые слои (>20 мкм), представляющие собой налет сажи («ламповой копоти»), разрушаются при контакте с раствором-расплавом и загрязняют выращиваемые кристаллы углеродом.
Известен способ изготовления кварцевого контейнера в виде стакана с коническим дном (тубы) и с нанесением на внутреннюю поверхность контейнера углеродсодержащего покрытия осаждением продуктов разложения парогазовой смеси ацетона в токе азота при температуре 900÷1170°C (Qingrun В., Ju G., Jinyi W., Ji'an C. Carbon Film Coating Used in CdZnTe Cristal Growth. Rare Metals. Vol.16, №2, april 1997, p.114-116). Способ принят за аналог.
Данный способ характеризуется сложной и взрывоопасной технологией, поскольку в разогретом реакторе происходит высокотемпературное разложение паров ацетона и осаждение на кварцевой поверхности контейнера тонкого углеродсодержащего слоя. При получении кристаллов в таком контейнере происходит частичное взаимодействие расплавленного материала со стенками и образование кристаллов с повышенной плотностью дефектов структуры. Увеличение толщины защитного углеродсодержащего слоя до 25-30 мкм приводит к возникновению механических напряжений на границе раздела со стенками кварца и разрушению покрытия при контакте с расплавом.
Известен способ получения комбинированных кремний-оксид углеродных покрытий методом пиролиза тонких полимерных пленок силоксанов (Патент RU 2370568 30.04.2008 опубликовано 20.10.2009 (прототип)). Но данного вида покрытия вызывают легирование особо чистого материала кремнием, а так же связано с применение агрессивных веществ при формировании покрытия.
Техническим результатом является улучшение качества защитных покрытий на кварцевых поверхностях контейнеров за счет повышения их плотности и прочности, обеспечивающих предотвращение взаимодействия расплавленного материала с рабочими стенками контейнера любой формы и уменьшение загрязнения получаемого материала диффундирующими примесями химических элементов из кварца.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для высокотемпературных процессов, включающем нанесение на рабочую поверхность кварцевого контейнера полимерной пленки с последующим отжигом в инертной атмосфере, новым является то, нанесение пленки на рабочую поверхность кварцевого контейнера проводят путем осаждения полигексаметиленгуанидингидрохлорида или полидиаллилдиметиламмонийхлорида из его 7-10%-ного водного раствора с pH 1-3, а последующий отжиг в инертной атмосфере проводят при 900-1000°C в течение 30-60 минут.
Сущность изобретения заключается в том, что высокомолекулярные олигомеры полимерных аминов эффективно закрепляются на поверхности кварцевого стекла за счет образования многоцентровых водородных и электростатических связей между азотами ПГМГ и поверхностными гидроксильными группами кварцевого стекла. В результате последующего отжига на поверхности кварца образуется тонкий слой углеродного покрытия.
Для осаждения полимерных пленок на поверхности кварцевого стекла методом смачивания, высушивания при обычных условиях и последующего отжига в инертной атмосфере используют полигексаметиленгуанидингидрохлорид или полидиаллилдиметиламмонийхлорид.
Наиболее равномерная пленка полимерного амина на поверхности кварцевого стекла образуются при использовании 7-10%-ного раствора полимерного амина с pH 1-3. Использование более концентрированного раствора ухудшает растекание раствора по стенкам кварцевого контейнера, и после отжига получаются разнотолщинные слои. Применение более разбавленного раствора приводит к образованию тонких пленок, не обладающих достаточной прочностью.
При pH>3 происходит снижение адгезии полимерных цепей к кварцу, а при pH<1 происходит образование полимерных агломератов и ухудшению однородности полимерного слоя.
Пиролизный отжиг углеродсодержащих полимерных пленок в инертной атмосфере проводят в интервале температур 900-1000°C. При температуре ниже 900°C и времени менее 30 минут, происходит образование неплотного неоднородного покрытия, которое разрушается при контакте с расплавом, загрязняя его примесями углерода. Проведение отжига в инертной атмосфере при температуре выше 1000°C и времени более 60 минут не приводит к существенному повышению качества углеродсодержащего покрытия, но приводит к дополнительным и неоправданным расходам.
Реализация предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Из кварцевой трубы (dвн.=58 мм; Lраб=600 мм; dст.=2,5 мм) изготовляют лодочку, протравливают ее 10%-ым водным раствором плавиковой кислоты марки ОСЧ. В изготовленную лодочку заливают 7%-ный водный раствор полидиаллилдиметиламмонийхлорида (ПДАДМА), содержащего 0,1 мл концентрированной плавиковой кислоты. Раствор сливают, лодочку переворачивают и оставляют вверх дном для высушивания. Лодочку с нанесенной полимерной пленкой помещают в реактор печи сопротивления и вакуумируют до 1,5.10-3 мм рт.ст. Затем реактор заполняют аргоном и в потоке аргона (1-100 мл/мин) проводят отжиг лодочки с нанесенной полимерной пленкой при температуре 900°С в течение 30 минут. Затем температуру в реакторе печи снижают до комнатной температуры и извлекают лодочку со сформированным защитным покрытием.
Полученную лодочку со сформированным защитным углеродным покрытием подают на участок зонной очистки германия. В лодочку с защитным покрытием загружают 1 кг германия поликристаллического полупроводниковой чистоты. Проводят три прохода расплавленной зоны для контроля чистоты покрытия. После осуществления процесса производят контроль (визуальный) контейнера, покрытия и анализ очищенного материала.
Состояние контейнера и покрытия:
- нет раскварцованных участков на внутренней и внешней поверхности стенок;
- нет разрушения покрытия на стенках и эрозии поверхности.
Параметры очищенного слитка:
- отсутствие видимых следов взаимодействия слитка со стенками контейнера, зеркально гладкое дно слитка;
- отсутствие трещин и других структурных дефектов на поверхности, образующихся в результате взаимодействия расплава со стенками кварца.
Параметры кристалла:
Слиток подвергли измерению удельного электрического сопротивления при температуре жидкого азота по всей длине известным двухзондовым методом. В качестве оценки чистоты получаемого материала использовали уровень удельного электрического сопротивления более 1000 Ом*см, что соответствует уровню электрически активных примесей не более 1011 см3:
- доля слитка, зонноочищенного до требуемого уровня 33%, что указывают па достаточную степень чистоты покрытия и нормальное ведение процесса зонной очистки;
Пример 2.
Из кварцевой трубы (dвн.=58 мм; Lраб=600 мм; dст.=2,5 мм) изготовляют лодочку, протравливают ее 10%-ным водным раствором плавиковой кислоты марки ОСЧ. В изготовленную лодочку заливают 7%-ный водный раствор полигексаметиленгуанидингидрохлорида, (ПГМГ) содержащего 0,1 мл концентрированной плавиковой кислоты. Раствор сливают, лодочку переворачивают и оставляют вверх дном для высушивания. Лодочку с нанесенной полимерной пленкой помещают в реактор печи сопротивления и вакуумируют до 1,5.10-3 мм рт.ст. Затем реактор заполняют аргоном и в потоке аргона (1-100 мл/мин) проводят отжиг лодочки с нанесенной полимерной пленкой при температуре 900°С в течение 30 минут. Затем температуру в реакторе печи снижают до комнатной температуры и извлекают лодочку со сформированным защитным покрытием.
Полученную лодочку со сформированным защитным углеродным покрытием подают на участок зонной очистки германия. В лодочку с защитным покрытием загружают 1 кг германия поликристаллического полупроводниковой чистоты. Проводят три прохода расплавленной зоны для контроля чистоты покрытия. После осуществления процесса производят контроль (визуальный) контейнера, покрытия и анализ очищенного материала.
Параметры кристалла:
Слиток подвергли измерению удельного электрического сопротивления при температуре жидкого азота по всей длине известным двухзондовым методом. В качестве оценки чистоты получаемого материала использовали уровень удельного электрического сопротивления более 1000 Ом*см, что соответствует уровню электрически активных примесей не более 1011 см3:
- доля слитка, зонноочищенного до требуемого уровня 32%, что указывает на достаточную степень чистоты покрытия и нормальное ведение процесса зонной очистки.
Качество материала, полученного по примеру 2 аналогично качеству материала, полученному по примеру 1. Данные приведены в таблицы 1.
Получено защитное покрытие на поверхности кварцевого контейнера, обеспечивает проведение процесса зонной очистки особо чистого германия с выходом в высокочистую часть (содержание электрически активных примесей не более 1011 см3) на уровне 33% от массы загружаемого материала.
Таким образом, заявленный способ позволяет значительно упростить процесс получения углеродного покрытия внутренних стенок контейнеров из кварцевого стекла любой конфигурации, повысить плотность и прочность покрытия, тем самым повысить надежность контейнеров при неоднократном их использовании в процессах зонной очистки и выращивания германия.
Использование кварцевого контейнера с защитным покрытием, полученным заявленным способом получить материалы с высокими электрофизическими параметрами за счет:
- предотвращения взаимодействия расплавленного материала с рабочей поверхностью кварца за счет не смачиваемого германием покрытия;
- уменьшения загрязнения выращиваемых кристаллов диффундирующими примесями из кварца за счет высокой чистоты, инертности и плотности покрытия.
Таблица 1 | ||||||||
Результаты испытаний | ||||||||
№ п/п | Вид контейнера | Концентрация полимера, % масс. | pH | Время выдержки, мин | Время отжига, мин | Температура отжига, °C | Срок службы, кол-во плавок | Выход в особо чистый продукт в процессе зонной очистки германия, % масс. |
1 | Графит марки 3ОПГ-ОСЧ | - | - | - | - | 400 | 6,3 | |
2 | Пироуглерод (аналог) | - | - | - | - | 5 | 28,4 | |
3 | Кварц с покрытием из ПДАДМА | 7 | 2 | 20 | 60 | 900 | 10 | 33,5 |
4 | Кварце покрытием из ПДАДМА | 3 | 3 | 10 | 30 | 900 | 4 | 26,0 |
5 | Кварц с покрытием из ПДАДМА | 10 | 3 | 10 | 30 | 900 | 4 | 30,2 |
6 | Кварц с покрытием из ПДАДМА | 20 | 1 | 30 | 60 | 1000 | 1 | 15,5 |
7 | Кварц с покрытием из ПГМГ | 7 | 2 | 20 | 60 | 1000 | 10 | 32,1 |
8 | Кварц с покрытием из ПГМГ | 3 | 3 | 10 | 30 | 900 | 3 | 25,9 |
9 | Кварц с покрытием из ПГМГ | 10 | 3 | 20 | 60 | 1000 | 7 | 27,8 |
10 | Кварц с покрытием из ПГМГ | 20 | 1 | 30 | 60 | 1000 | 1 | 15,7 |
11 | Покрытие из винилтрихлорсилана (прототип) | 5 | 17,7 |
Claims (1)
- Способ изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для высокотемпературных процессов, включающий нанесение на рабочую поверхность кварцевого контейнера полимерной пленки с последующим отжигом в инертной атмосфере, отличающийся тем, что нанесение пленки на рабочую поверхность кварцевого контейнера проводят путем осаждения полигексаметиленгуанидингидрохлорида или полидиаллилдиметиламмонийхлорида из его 7-10%-ного водного раствора с pH 1-3 и последующего отжига в инертной атмосфере при 900-1000°C в течение 30-60 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128751/02A RU2504602C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Способ изготовления кварцевых контейнеров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128751/02A RU2504602C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Способ изготовления кварцевых контейнеров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2504602C1 true RU2504602C1 (ru) | 2014-01-20 |
Family
ID=49947996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128751/02A RU2504602C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Способ изготовления кварцевых контейнеров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504602C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1523560A1 (ru) * | 1987-12-28 | 1989-11-23 | Московский научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "МосводоканалНИИпроект" | Полимерна композици |
RU2050384C1 (ru) * | 1990-10-12 | 1995-12-20 | Центральный научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственной кожи | Полимерная композиция |
RU2370568C1 (ru) * | 2008-04-30 | 2009-10-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ изготовления кварцевых контейнеров |
US20100189925A1 (en) * | 2004-10-15 | 2010-07-29 | Jun Li | Insulator coating and method for forming same |
-
2012
- 2012-07-09 RU RU2012128751/02A patent/RU2504602C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1523560A1 (ru) * | 1987-12-28 | 1989-11-23 | Московский научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "МосводоканалНИИпроект" | Полимерна композици |
RU2050384C1 (ru) * | 1990-10-12 | 1995-12-20 | Центральный научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственной кожи | Полимерная композиция |
US20100189925A1 (en) * | 2004-10-15 | 2010-07-29 | Jun Li | Insulator coating and method for forming same |
RU2370568C1 (ru) * | 2008-04-30 | 2009-10-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ изготовления кварцевых контейнеров |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101457504B1 (ko) | 복합 도가니, 그 제조 방법, 및 실리콘 결정의 제조 방법 | |
US6623801B2 (en) | Method of producing high-purity polycrystalline silicon | |
JP6165984B2 (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
JP2548949B2 (ja) | 半導体製造用構成部材 | |
JPH09312245A (ja) | 薄膜堆積基板および薄膜堆積基板の作製方法 | |
KR100715703B1 (ko) | 탄화규소 피복 흑연 부재 | |
TWI576472B (zh) | Graphite crucible for single crystal pulling device and method for manufacturing the same | |
US6893749B2 (en) | SiC-formed material | |
KR100427118B1 (ko) | 열처리용지그및그제조방법 | |
RU2504602C1 (ru) | Способ изготовления кварцевых контейнеров | |
JP3638345B2 (ja) | 熱分解窒化硼素容器 | |
JP2000302576A (ja) | 炭化珪素被覆黒鉛材 | |
WO2017002457A1 (ja) | シリコン単結晶引上げ装置内の部材の再生方法 | |
RU2370568C1 (ru) | Способ изготовления кварцевых контейнеров | |
JP7395793B1 (ja) | 多結晶シリコンロッド製造用反応炉、ガス供給ノズル、多結晶シリコンロッドの製造方法および多結晶シリコンロッド | |
KR20160057435A (ko) | 실리콘 잉곳 고화용 기재 | |
JP2527666B2 (ja) | ガラス状炭素被覆物品 | |
JP7135718B2 (ja) | 基板保持機構、成膜装置および多結晶膜の成膜方法 | |
JP3162974B2 (ja) | ガラス状カーボン膜を有するcvd成膜用シリカガラス治具及びその製造方法 | |
JP2004143583A (ja) | 石英ガラス部品及びその製造方法並びにそれを用いた装置 | |
JPS6163591A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造装置 | |
JPH06127922A (ja) | 多結晶シリコン製造用流動層反応器 | |
JPH05310487A (ja) | SiC被覆黒鉛材料の製造方法 | |
KR20230163459A (ko) | 석영 유리 도가니 및 그 제조 방법 및 실리콘 단결정의 제조 방법 | |
RU2631779C2 (ru) | Способ получения покрытия на основе диоксида кремния внутренней поверхности кварцевого изделия |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180710 |