石英坩堝在拉單晶中出現的現象及其分析

    1．石英坩堝使用後壁上出現棕色小圈 現象：在鍋壁上出現棕色小圈。

解釋：石英坩堝本身是非晶質，石英坩堝本身是非晶質的介態能，在適當的條件下他會(hui) 發生相變化而形成穩定的方石英結晶態。方石英結晶態的形成包括成核與(yu) 成長二個(ge) 階段，成核通常發生在石英坩堝壁上的結構缺陷或雜質（特別是一些堿性金屬或重金屬）。初期的方石英結晶為(wei) 球狀，進一步的成長則是沿著坩堝壁成樹枝狀往側(ce) 向發展，這是因為(wei) 石英坩堝與(yu) 溶液的反應時的垂直方向的成長受到抑製之故。在方石英結晶與(yu) 非晶質石英坩堝壁之間通常夾雜著一層矽溶液，而在方石英結晶的邊緣，通常覆蓋著棕色的sio氣泡。Sio氣體(ti) 為(wei) 棕色，棕色的小圈是sio的結晶。根本原因在於(yu) 坩堝壁上的雜質或者矽料清洗不幹淨所帶來的酸堿或重金屬殘留，使坩堝在高溫下不穩定，造成上訴現象。

注：一氧化矽（sio）的物理化學性質 Sio：黑棕色至黃土色無定形粉末。熔點>1702℃。沸點1880℃，由純度99.5％的二氧化矽粉末與(yu) 煤瀝青粉末(或矽粉)以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入電加熱的真空爐，注入非氧化性氣體(ti) (如氬、氫等氣體(ti) )，高溫反應，製得超細(0.1/μm以下)無定形氧化矽。一般它可由二氧化矽在高溫下與(yu) 純矽作用後迅速冷卻製得：SiO2 + Si → 2SiO Sio是si與(yu) sio2在真空條件下加熱生成的產(chan) 物，在引晶的時候矽液表麵有一層棕色的煙環繞，此為(wei) sio。

決(jue) 途徑：

1.矽料的清洗需要保證無酸堿殘留或重金屬

2.坩堝本身的質量過關(guan)

3.改進工藝，使用塗層或噴塗坩堝。

2.石英坩堝的析晶 現象：石英坩堝在高溫下具有趨向變成二氧化矽的晶體(ti) （方石英）。這個(ge) 過程稱為(wei) 再結晶，也稱為(wei) “失透”，通常也稱為(wei) “析晶”。 解釋：析晶通常發生在石英坩堝的表層，按照中國石英玻璃行業(ye) 標準規定，半導體(ti) 工業(ye) 用石英玻璃在1400℃±5℃下保溫6小時，其析晶層的平均厚度應為(wei) ＜100µm ，在100µm之內(nei) 的析晶是屬於(yu) 正常的。嚴(yan) 重的析晶對拉單晶的影響很大，石英坩堝內(nei) 壁發生析晶時有可能破換坩堝內(nei) 壁原有的塗層，這將導致塗層下麵的氣泡層和熔矽發生反應，造成部分顆粒狀氧化矽進入熔矽內(nei) ，使得正在生長中的晶體(ti) 結構發生變異而無法正常長晶。析晶將減薄石英坩堝原有的厚度，降低了坩堝的強度容易引起石英坩堝的變形。

可能的原因：

1 石英坩堝受到沾汙，在所有隊石英坩堝的沾汙中，堿金屬離子鉀（K）鈉（Na）鋰（Li）和堿土金屬離子鈣（Ca）鎂（Mg）這些離子的存在是石英坩堝產(chan) 生

析晶的主要因素。

2 在操作過程中，因操作方法不當也會(hui) 產(chan) 生析晶如在防止石英坩堝和裝填矽料的過程中，帶入的汗水，口水，油汙，塵埃等。

3 新的石墨坩堝未經徹底煆燒或受到沾汙就投入使用是造成石英坩堝外層析晶的主要原因。

4 用於(yu) 拉晶的原料純度低，所含雜質太多或清洗工藝存在問題。

5 熔料時溫度過高，也將加重析晶的程度。

6 石英坩堝的生產(chan) ，清洗，包裝過程中受到沾汙。

解決(jue) 途徑：

1 石英坩堝的生產(chan) 廠商要保證其生產(chan) 的坩堝從(cong) 用料到生產(chan) 的各個(ge) 環節都符合質量要求。

2 在單晶生產(chan) 的整個(ge) 過程中應嚴(yan) 格按照工藝規程認真操作。

3 拉晶所用的原料純度一定要符合生產(chan) 要求，如果原料本身所含雜質較多，在溶料過程中也會(hui) 造成析晶。尤其是堿金屬離子的存在，將會(hui) 降低析晶溫度200 ～300℃.

4 原料的清洗一定要符合工藝要求，進過酸或堿處理的原料如果未將酸堿殘液衝(chong) 洗徹底，易造成析晶。

5 新的石墨器件，如石墨坩堝因含有一定的灰粉和其它雜質，在投入使用前須經過徹底的高溫煆燒才能使用。

6 熔料時應選用合適的熔料溫度以減少析晶或降低析晶的程度。

3.石英坩堝的變形

現象：石英坩堝使用後變形

影響：

1.石英坩堝變形後，在拉晶過程中隨著堝位的上升，石英坩堝變形的凸出部分將碰撞到導流筒，影響或無法繼續正常的拉晶。

2.溶料中發生掛邊造成的石英坩堝變形，坩堝上口向內(nei) 凸出過多，當溶完料堝位上升到正常引晶位置時，已碰撞到導流筒，這將直接導致不能拉晶的嚴(yan) 重後果。

3 溶料中發生鼓包且鼓包較大時，在拉晶過程中隨著液位的下降，鼓包會(hui) 漸漸露出液麵，這時已經拉出的晶棒會(hui) 碰擦鼓包，如不及時停爐會(hui) 發生晶棒跌落的嚴(yan) 重事故。

可能的原因：

1.裝料方法不當。在液位線上的料與(yu) 石英坩堝的接觸呈麵接觸狀態，這在熔料過程中容易發生掛邊導致坩堝變形。坩堝上部全部裝了碎小細料，這在熔料時易發生下部已溶完，上部呈結晶狀態而造成坩堝變形。

2.熔料方法不當。

3.溫度過高。由於(yu) 矽熔點為(wei) 1420℃，一般的熔料溫度在1550~1600℃左右，如果熔料溫度過高，在熔料過程中極易發生變形。

4.溫度過低。當熔料料溫度偏低時，坩堝上部的料與(yu) 堝壁接觸處易發生似熔非熔的狀態，當下部料熔完上部已掛邊的塊料將石英坩堝下拉二發生變形。

5.原料質量參差不齊，齊所含雜質遠高於(yu) 原始多晶，酸洗工藝不盡完善，這對坩堝的正常使用影響也非常大，主要表現在容易發生嚴(yan) 重析晶。

6.石英本身存在質量問題。石英坩堝在生產(chan) ，清洗，包裝中受到沾汙發生析晶（包括液位線以上的部分）這樣石英坩堝原有的厚度會(hui) 減薄，強度也隨之下降，容易發生變形。

注： 德通單晶車間石英坩堝的質量檢測標準 外徑 高度 弧度 壁厚 底部 透明層 18" 456-458 321+2/-2 ≥9 7.5-9 9.0-10.5 3 20" 504-508 356 ≥10 9-10 10-12 4 外觀指標

弧度以下小於(yu) 0.8mm黑點在夾層允許1個(ge) ，直壁上小於(yu) 1.0mm黑點在夾層允許1個(ge)

弧度以下小於(yu) 0.3mm氣泡在夾層允許1個(ge) ，直壁上小於(yu) 0.5mm氣泡在夾層允許1個(ge) 雜質含量

Al、Fe、Ca、Mg、Cu、Co、Ni、Mn、Ti、Na、K、Li、B13個(ge) 雜質元素的總含量不大於(yu) 30*10-6。