单晶硅生产用石英坩埚原料

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1、单晶硅生产用石英坩埚原料金小宁洪璐东海县金孚石英制品厂一、单晶硅对石英坩埚的要求石英坩埚是拉制单晶硅的消耗性器皿，每生产一炉单晶硅就用掉一只石英坩埚。因为单晶硅是生产大规模集成电路的原材料，所以对石英坩埚的要求十分苛刻。目前单晶硅的发展主要向大直径、高纯度以及杂质分布高均匀性的方向发展。而石英坩埚是直拉单晶硅生长过程中的重要材料，它的纯度和加工质量会直接影响单晶硅的产量和质量，随着直拉单晶硅投料量和晶体生长直径的不断增大，对石英坩埚的纯度和质量要求越来越高，主要有以下几方面要求：1)材质必须是高纯度半导体级，且纯度要高，有害化学元素小于20X10{；2)耐高温

2、性强，在高温过程中保持高电阻率及防止软化；3)坩埚的尺寸大，国外已普遍使用22英寸及36英寸的石英坩埚；4)气泡要少，气泡在生产中不长大；5)规格精度高，耐温性能好，节约能源。因此，随着对大直径单晶硅质量要求的不断提高，对半导体材料用石英制品及相关材料提出了更高的要求。二、石英坩埚对原料的要求石英坩埚的几何尺寸和外观是生产工艺确定的，而纯度是由原料确定的。石英坩埚用原料要求纯度高、一致性好，粒度分布均匀。有害成分高时会影响坩埚的熔制，影响其耐温性，还会出现气泡、色斑、脱皮等现象，严重影响石英坩埚质量。例如：当Al含量过高时会对拉制单晶硅的纯度产生影响，当Na、

3、K、Li等元素含量高时会使石英坩埚软化温度降低，当Cu、^ln、Fe等元素含量高时会产生色斑。有害元素总含量高还会产生一些气泡、白斑等缺陷，造成石英坩埚透明度下降，严重时还影响坩埚成形。我国对石英原料纯度一般是以Al等十三个有害元素来衡量的，要求它们的总和要小于20×10咱。生产高质量石英坩埚，不但工艺技术要先进，而且原料纯度要高，为了生产高质量的产品我国生产高纯石英坩埚的原料全部进口美国UNIMIN公司的高纯石英砂，虽然其原料质量较好，6l但价格却一再上涨。因此提高石英坩埚产品产量和质量，促进硅材料工业发展，达到石英坩埚原料国产化，是我国石英原料生产企业刻不

4、容缓的事情。三、我国石英原料现状我国是石英储量最为丰富的国家之一，已开采利用石英矿较好的有江苏东海、安徽风阳、湖北红安、江西修水、广西全州、四川绵阳、河北张家口、黑龙江通河、内蒙乌海等地。这些石英矿储量大、品位高、易开采，但目前开采的大多数石英矿均用作生产低档的石英制品如：硅微粉、玻璃、耐火材料、碳化硅、硅铁、熔融石英、石英玻璃管等。能用于半导体的矿源很多，但由于加工处理手段落后，产品不能达到半导体材料的要求，从而使高品位矿石用作低品位产品，造成了资源的严重浪费。现有处理工艺如下：原矿分选一酸泡一清洗一烘干一破碎一筛分一磁选一酸洗一浮选一一清洗一烘干一挑选一检

5、验一包装一入库此工艺能去除石英玻璃中的部分非石英颗粒，不能提高产品级别，是目前国内大多数石英原料生产厂使用的工艺，产品只能作为生产低档石英玻璃的原料。和国外比，国外石英原料生产厂比较注重石英原矿的综合加工，对石英原矿按品位要求进行生产。他们均注重工艺、设备和技术的提高，注重环境保护和生产工人的健康保护。高纯石英原料的生产方法很多，美国、德国、日本、前苏联都有很先进的生产工艺和技术，可去除原矿中的气液包裹体和非石英颗粒，使原矿中有害化学元素降至最低，产品一致性好，应用范围广。我国是石英玻璃生产和应用大国，每年生产石英玻璃约3万吨，其中低档石英玻璃25000多吨，

6、原料国内生产。中高档石英原料全部依靠从美国进口，生命线撑握在别人手里。四、石英坩埚原料的生产研究石英中杂质大多数是在石英形成时伴生的，石英中杂质矿物是杂质的富集点，主要有二种来源，一是石英生长时包裹在石英晶体中的杂质矿物，主要是硅酸盐类矿物及金属氧化物类矿物。这类包裹体分固态和气液两种。固态包裹体主要有云母、绿帘石、钾长石、赤电矿等；气液包裹体主要有结晶水和气组成，主62要成分为C02、H20、H202、N2、CI-14、CO等。水晶中气液包裹体较少，石英中较多，最高可达800mg／kg以上。东海石英脉以伟晶岩或高温热液脉型的石英为主，含固、液包裹体较少，有害

7、杂质少，是生产石英坩埚的理想原料。另一种是生产过程中二次污染的杂质，生产过程中的空气、水、设备和操作人员都能对产品产生污染，这是很难控制和处理的杂质。较难去除的是石英内部的固液包裹体，这些杂质以微小的颗粒状存在于石英内部，有些体积小的元素甚至进入二氧化硅的骨架中。目前去除这些包裹体的有效方法有：化学处理、磁选、浮选、电选、重力选、气选、超声波选、超导选、掺杂选等等，运用这些方法可有效地去除石英表面和内部杂质，提高石英原料的纯度。上述方法不能单独使用，应根据原矿品位综合使用。如：先将矿物破碎至0．2川．4mm的颗粒，用1200----2500高斯磁选，除去强磁性

8、杂质，用浮选的方法除去云母、长石等杂质