石英坩埚使用中常见问题和解决方法.doc

PAGE 1 - 石英坩埚使用中常见问题和解决方法 讲义 一 引言 在Cz法单晶的制备中，石英坩埚作为熔硅的载体有着其不可替代的作用。了解石英坩埚的特性和掌握正确的方法对所有从事单晶制备的每一位从业人员来说都是非常重要的。 二 石英坩埚的特性（主要介绍热学性能和结晶性能） 1. 热学性能： 热学性能主要体现在以下几个方面 它的形变点为107 它的软化点为1730 其最高连续使用温度为1100℃，短时间内为1450 2. 结晶性能 （1） 石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体（方石英）。这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常也称为“析晶”。 （2） 析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时，其析晶层的平均厚度应为﹤100μm 三 石英坩埚使用中的常见问题 1 析晶 1.1 产生析晶的原因 1.1.1 石英坩埚受到沾污，在所有队石英坩埚的沾污中，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坩埚产生析晶的主要因素。 1.1.2 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污，尘埃等。 1.1.3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。 1.1.4 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题。 1.1.5 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。 1.1.6 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。 1.2 析晶对拉晶的影响 1.2.1 石英坩埚内壁发生析晶时有可能破换坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面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，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。 1.2.2 析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。 1.3 防止减少析晶的方法 1.3.1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。 1.3.2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。 1.3.3 拉晶所用的原料纯度一定要符合生产要求，如果原料本身所含杂质较多，在溶料过程中也会造成析晶。尤其是碱金属离子的存在，将会降低析晶温度200 ～300℃ 1.3.4 原料的清洗一定要符合工艺要求，进过酸或碱处理的原料如果未将酸碱残液冲洗彻底，易造成析晶。 1.3.5 新的石墨器件，如石墨坩埚因含有一定的灰粉和其它杂质，在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。 1.3.6 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。 2 石英坩埚的变形 2.1 产生变形的原因 2.1.1 装料方法不当 2.1.1.1 在液位线上的料与石英坩埚的接触呈面接触状态，这在熔料过程中容易发生挂边导致坩埚变形。 2.1.1.2 坩埚最上部全部装了碎小细料，这在熔料时易发生下部已溶完，上部呈结晶状态而造成坩埚变形。 2.1.2 熔 目前在太阳能单晶生产中，普遍都采用热屏工艺，而热屏使用一般又分为上挂式和下放式两种，见图： 由于熔料方法不当造成变形的原因有以下二种 2.1.2.1 在上挂式热屏中如采用上部先熔法，即将埚位先降至最低位，让上部料先熔，这种方式极易在熔料过程中产生石英坩埚变形。 2.1.2.2 再下挂式热屏中一般上部不容易变形，但如果上部硅料融化下沉后如不及时将埚位上升，石英埚底部极易鼓包变形。 2.1.3 溶料功率不当 温度对石英埚变形的影响主要有以下二点。 2.1.3.1 温度过高 由于硅熔点为1420℃，一般的熔料温度在1550~1600℃ 2.1.3.2 温度过低 当熔料料温度偏低时，坩埚上部的料与埚壁接触处易发生似熔非熔的状态，当下部料熔完上部已挂边的块料将石英坩埚下拉二发生变形。 2.1.4 原材料问题 原料质量参差不齐，齐所含杂质远高于原始多晶，酸洗工艺不尽完善，这对坩埚的正常使用影响也非常大，主要表现在容易发生严重析晶。 2.1.5 石英本身存在质量问题 石英坩埚在生产，清洗，包装中受到沾污发生析晶（包括液位线以上的部分）这样石英坩埚原有的厚度会减薄，强度也随之下降，容易发生变形。 2.1.6 在放置石英坩埚和装填硅料的过程中由于操作不当坩埚受到沾污也会造成变形。 2.1.7 石英坩埚原有厚度太薄，强度不够，也易发生坩埚变形。 2.2 石英坩埚变形对拉晶的影响 石英坩埚变形后，轻则影响正常拉晶，严重时将无法拉晶。 2.2.1 石英坩埚变形后，在拉晶过程中随着埚位的上升，石英坩埚变形的凸出部分将碰撞到导流筒，影响或无法继续正常的拉