石英坩埚基础知识累积

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1、石英塩竭的历史和现状1.早期石英堆竭早期的石英塩堀是全部透明的，最早期的石英塩垠是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。所以这种塩堀棊木被淘汰使用。2.现代的石英堆竭现代拉单晶的石英塩圳一般是采用电弧法生产，半透明状，是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料。现代的石英塩埸则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密度的区域，称为气泡复合层,内侧则是一层3~5mm的透明层，称Z为气泡空乏层。气泡复合层的冃的是在与均匀的辐射有加热器所捉供的辐射热源。气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而

2、改善单晶住长的成功率及晶棒品质。-：国内石英堆埸的情况分析国内石英堆坍厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州人和等。锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔，他们的工艺采用真空熔融法，外儿家采用的是涂层法，即在堆坍内壁用粕细石英砂喷涂到堆堀表而大约1-2mm左右。涂的不均匀，这就会造成在单晶住长过程屮内壁脱落导致单晶生长失败。宁波宝斯达冇一种涂锁锅，可应用到太阳能单晶用坷圳上。涂锁工艺也可用人工进行,但是人工涂锁的缺点在于在涂锁的同吋引进多余的朵质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉品的时候由于杂质过多或者单晶牛长过程小内壁脱落，造成放肩时断

3、线，需提杂后才能进行继续拉晶。注：涂顿工艺的原理这是因为倾在硅屮的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒屮的浓度小于2.5x1OW,因而不会影响到晶棒的品质。通常的做法是将石英±H圳壁涂上一层含冇结晶水的氢氧化锁(Ba(OH)2.8H2O)(饱和的氢氧化锁水溶液)。这层氢氧化饮会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸倾。而当这种石英ttf埸在单晶炉上被加热时，碳酸倾会分解形成氧化倾，随着氧化倾与石英堆埸反应形成硅酸顿(BaSiO3)o由于硅酸钺的存在，使得石英琨堀壁上形成一层致密微小的方石英结品。这种微小的方石英结品很难被溶液渗入而剥落，即使剥落也很快被溶液溶解掉，，因

4、此可以大幅度的改善石英垃竭的使用寿命及长晶良率。另外在石英ift埸处壁形成一层方石英结晶的好处，是它可以增加石英州圳的强度，减少高温软化现象。三：石英塩竭在拉单晶中出现的现象及其分析1.石英堪竭使用后壁上出现棕色小圈现象：在垠壁上出现棕色小圈。解释：石英用圳木身是非晶质，石英itt城木身是非晶质的介态能，在适当的条件下他会发工相变化而形成稳定的方石英结品态。方石英结品态的形成包括成核与成长二个阶段，成核通常发住在石英ttt埸壁上的结构缺陷或杂质（特别是一•些碱性金属或重金属）。初期的方石英结晶为球状，进一步的成长则是沿着埔堀壁成树枝状往侧向发展，这是因为石英

5、珀堀与溶液的反应时的垂总方向的成长受到抑制之故。在方石英结晶与非品质石英划堀壁之间通常夹杂着一层硅溶液,而在方石英结晶的边缘,通常覆盖着棕色的SiO气泡。SiO气体为棕色,棕色的小圈是SiO的结晶。根木原因在于塩城壁上的杂质或者硅料清洗不干净所带来的酸碱或重金属残留，使圮期在高温下不稳定，造成上述现象。注：一氧化硅（SiO）的物理化学性质SiO：黑棕色至黄土色无定形粉末。熔点＞1702°C。沸点1880°C,由纯度99.5%的二氧化硅粉末与煤沥青粉末（或硅粉）以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入电加热的真空炉，注入非氧化性气体（如氟、

6、氢等气体），高温反应，制得超细（0.1/um以下）无定形氧化硅。--般它可由二氧化硅在高温下与纯硅作用后迅速冷却制得：SiO2+Si-*2SiOSiO是Si与SiC）2在真空条件下加热纶成的产物，在引品的时候硅液表而有一层棕色的烟环绕,此为SiOo解决途径：I.硅料的清洗需要保证无酸碱残留或重金属2.划坍本身的质量过关3.改进工艺，使用涂层或喷涂Wo2.石英堆垠的析晶现象：石英堆堀在髙温下具有趋向变成二氧化硅的品体（方石英）。这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常也称为“析晶”。解释：析晶通常发生在石英珀堀的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用

7、石英玻璃在1400°C±5°CK保温6小吋，其析品层的平均厚度应为VlOOpm,在100pmZ内的析晶是属于正常的。严重的析晶对拉单晶的彫响很人，石英±tt璃内壁发生析晶时有可能破换塩垠内壁原冇的涂层，这将导致涂层下Ifli的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在牛长中的品体结构发牛变界而无法正常长品。析品将减薄石英垃埸原有的厚度，降低了垃竭的强度容易引起石英垃埸的变形。可能的原因：(1).石英堆竭受到沾污,在所有对石英堆媚的沾污中，碱金属离子钾(K)钠(Na)锂(Li)和碱土金属离子钙(Ca)镁(Mg)这些离子的存在是石英堆堀产生析

8、晶的主要因素。(2).在操作过程屮，因操作方法不当也