半导体工业用石英玻璃炉管

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1、半导体工业用石英玻璃炉管吕湘辉(长沙电子材料厂4l0200}摘要：半导体一韭用：茸荚炉臂的墨求主要集中在高温环境下的商纯度、机械穗定性和鞍长的使用寿奇。增加簋厚、外袁进行A

2、10a离温潦屠乖降低oH一舌量，能有效的改普石英售的耐高沮性能。另外，正确的清洗方法、适当的支搏和靛寺々操作也是获得良好的使用性能的途径。关键恫：半导体，石英玻硎炉管，AI-0，潦屠，oH一各量，耐高强性舞、1．引言匆，jz!!⋯0：’iHjF：。6‘7砰使在H前也南末少半导诲Ir抽石英Ir的技术人受对石英炉管的设计，诸如在备钟工艺温

3、度和硅片尺寸大小不同的情况下，应使用多大直径和璧厚的石英炉管、是否应要求对石英炉管采取高温滁层措施等等，缺乏共识。有的半导体工厂甚至既要求石英炉管在很高温度下使用【)1180℃1，又要求石英管壁较薄‘威本低)，这样势必造成石英炉智在使用很短时间后就严重变形；也有的半导体工厂对石英工厂为了提商石英炉管的耐商温性能，而在炉管外表进行的^l，o。涂层感到忧心冲冲，担心会影响硅片的杂质扩散。而石英工厂呢?对半导体工厂提出的工艺温度和硅片大小，也一时难以正确的设计出石英炉管的大小和壁厚，或决定是否采取高温涂层措施。

4、还有不少技术人员对石英炉管的大小、整厚、高温外滁层、o}I一含量与耐温度之间的关系，彀有一个较清晰的概念。作者在十多年的技术工作中，就经常遇到半导体工厂和本厂的技术人员、业务人员提出诸如上述的一些问题，以及由于不正确的设计，而造成的石英炉管使用很短时间后就严重变形。本文就是针对上述问题而进行的探讨、研究和综合性的说明。2．石英管管径、壁厚与耐温度之间的关系半导体工业用的透明石英玻璃炉管其纯度极高，具有极好的热稳定性和耐高温性能，但和其他任何材料～样，其耐温度也是有限的，这是由其材料本身所决定的。经过世界范

5、隧内石英教璃制造厂及科研单纯多年的研究、生产及半导体工厂多年的宴际使用表明，石英破璃管的耐温度与其管径、壁厚是有一定的关系的。2．I石英妒瞥管径与■疆度之问的美jj‘半导体工业用石英炉管管径大小，是随着半导体工业发展所用硅片不断增大，而向大口径发展的。硅片大小由最初的2寸发展到3寸、4寸，到堋在的5寸、6寸，且根怏发展到B寸，先进目家计划在几年内开发12寸硅片。这样要求的石英炉管口径也就越来越大。多年的研究试验及实际使用情况表明，壁厚一定时，石英炉管的耐温度是随管径增大而降低的。如果将相同鼙厚不同管径的石

6、英管，同在1200℃下经过同样时间做下垂试验，以下垂值来衡量石英管的耐温性能，我们会发现，随着管径的增大，下垂值也会显著增大。多年的研究试验及实际使用情况表明，壁厚一定时，石英炉管的耐温度是随着管径增大而隔；低的，这种情形如图i所示。2．2石英管壁厚与喇溺度之间的关系半导体工业的发展，要求石i《炉臂能够耐更商一些的滴度。为了达到这一Ii的，研究和实验表明，±I!协Ⅱ壁厚确实能够弹Ij】ll石英管的耐温度。有的石英工厂更是指出，1当管内径不变时，增加50％的壁厚，相当于提岛耐温能力30℃。这种壬漠管壁厚与耐

7、温度之间的关系，如图2所示。同样，如果将相同内径不同壁厚的石英管，管径tmm)同在1200℃下经过同样时问做石英管的下垂试验，圈1石英管管径与耐温度之问的关系以一F垂值来衡量石英管的耐温性能．我们会发现，随着壁厚的增加，下垂值会显著减小。2．j：石英管直径、壁庳与石英管下垂度之间的}300j关系石英管的耐温性能，可以用石英管在高温下工作一段时问后，向内下垂的程度来衡量，t200j下垂程度越小，说明其耐温性蘸鼬好。而这种石英管的下垂度与管径、壁厚及温度都是有极密切关系的，正如上述1．和2．所描述的一样，随着

8、管径的增大，下垂值建}大；随着壁的““。增加，下垂值减小。这个关系可以用下面的一个数学式来寰示：温度r一)击～。⋯．。D‘24(横截面)下垂度一一。‘．t2V68壁厚(mm)式中：1)=管直径t=管壁厚V=粘度图2石英管壁厚与耐温度之间的关系很显然．这种下垂值也是舳着高温时间的延长而不断增加的o3．OH一含量、高温外涂层与耐温度之间的关系石英管拘耐温性能除与其管径．壁厚有一定的关系外，与其oH。含量也是有一定的关系能。为了提高石英管的耐温度，石英玻璃制造厂及其有关科研单位，叉成功的在石英管外表采取了高温涂

9、层的方法，进一步提高了石英管的耐温度。3．1oH一舍It与耐温度之问的关系研究表明．影响{i英管下垂抗度最重要的化学因素是oH一的含量。由于石英玻璃中oH一的存在，它使玻璃结构松驰并导致键能下降。S卜O-Si+It40⋯Si-OH+O}l—Sj由此导致玻璃的活化脂随之降低，这如英国联合热力公司的资料所显示的一样。石英玻璃中oH一台量(wt％)活化能E(KealImoI)11701001802001505001341200122