[发明专利]一种石英坩埚表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏产业和半导体工业使用的用于生长单晶硅的石英坩埚表面处理的方法。

背景技术

[0002] 能源危机的日益临近和环境问题的日益突出，使发展新能源迫在眉睫。太阳能储量几乎无限，并且普遍存在，能够清洁利用，是较为理想的可再生替代能源。根据欧洲 JRC的预测，到 2030 年太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到 10%以上；2040 年这一比例将达到 20%以上；至 21 世纪末，太阳能发电占 60%以上。因此，太阳能光伏发电显示出重要的战略地位。

单晶硅作为制造太阳能光伏电池的起始材料，通常由 Czochralski（Cz）法制备。即将多晶硅装入侧壁外表面有加热器的石英坩埚中将其熔化，将晶种与熔化的硅接触，经拉晶机抽出而生长形成单晶硅锭。

目前用于拉制单晶硅的石英坩埚普遍采用电弧法制得，在制备过程中会由于石英砂的熔化而产生部分气体，以及一些杂质在高温下气化，这些气体会以肉眼无法辨认的微米级的气泡存在于坩埚内表面。还有在制备过程中石英坩埚表面不可避免的受到诸如金属、碱金属等有害元素和一些微颗粒的污染。

在拉晶过程中，石英坩埚要在氩气为保护气的环境中经受长达数小时或数十小时的连续高温，同时其内壁还暴露于高温硅熔料中，上述在坩埚内表面肉眼无法辨认的微小气泡会以 5-10 倍的体积长大并合并，逐渐变为可见和量化。气泡的组合经常导致石英坩埚内表面破裂而释放的气泡内部金属氧化物，这些逸出的气体会导致晶体结构的改变从而形成晶格缺陷；气泡的破裂可能会导致坩埚的崩坍，还会将石英颗粒推进硅熔料中，损坏单晶结构。另一方面石英坩埚的表面存在着上述污染物，在拉晶过程中将会向硅晶体中扩散，严重影响成晶率导致无法拉晶。

中国专利 02154513.8（申请号）提供了一种坩埚表面具有含结晶化促进剂的透明涂层的表面改质石英玻璃坩埚和坩埚表面的改质方法。在石英玻璃坩埚表面上，涂布含有金属盐和烷氧硅烷低聚物的部分水解物的混合液，进行烧成，得到表面具有由金属氧化物或金属碳酸盐形成的结晶化促进剂分散在二氧化硅质基体中的透明涂层的、拉制单晶用的石英玻璃坩埚。

中国专利 03108420.6（申请号）公开了一种表面改性的石英玻璃坩埚和用于使坩埚改性的方法，包括在坩埚的整个或部分内侧和/或外侧表面上的金属氧化物层，以及对其进行烘焙。至少坩埚的内表面涂覆有所述镁、钙、锶或钡的金属氧化物。坩埚的涂层不易磨损并可提供用坩埚拉制成的单晶硅的高无位错比例。

中国专利 201010271031.2（申请号）提供一种氮化硅涂层石英坩埚的制备方法，包括陶瓷浆料制备、涂覆涂层、干燥和烧成工艺。涂层需在 80-100℃的温度下干燥，然后在1140℃-1300℃的温度氮气气氛烧制6-8小时制得氮化硅涂层石英坩埚。

综上所述，目前石英坩埚表面的处理方法主要以内表面涂层改性为主，仍需要一种坩埚的清洗方法，以保证坩埚的内外表面的洁净度，满足坩埚直接使用或涂层前的准备。

发明内容

本发明的目的是：提供一种降低石英坩埚表面金属杂质含量，降低坩埚内表面气泡浓度，同时还可清除石英坩埚表面的微颗粒的处理方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种石英坩埚表面处理方法，包括如下步骤，

（1）、冲洗石英坩埚

      将经喷砂切割后的石英坩埚用自来水冲洗，冲洗后倒扣在架子上淋去表面的水滴；

（2）、混合液浸泡石英坩埚

      将冲洗后的石英坩埚置于专用的石英坩埚篮中，然后一起放入混合液中浸泡，所述混合液由带氟盐、盐酸和过氧化合物混合而成，带氟盐、盐酸和过氧化合物的质量浓度分别为0.1—99.99%，三种试剂的体积比为（1—99）：（1—99）：（1—99），混合液置于专用的水槽中，水槽中配备有循环水泵，让混合液在水槽中循环，保证在浸泡过程中混合溶液与石英坩埚表面充分反应，浸泡时间为50—100min，混合液的温度：50～80℃；

（3）、将混合液浸泡后的石英坩埚取出，用电阻为15～21MΩ*cm的去离子水将石英坩埚表面和坩埚篮冲洗后，放入电阻为15～21MΩ*cm的去离子水池继续浸泡，浸泡时间为10—30min；

（4）、将经去离子水浸泡后的石英坩埚取出，在专用的石英坩埚清洗机上用电阻为15～21MΩ*cm的去离子水淋洗； 

（5）、将淋洗后的坩埚放入具有加热装置的洁净棚中，3-6 分钟后将石英坩埚烤干，至此，石英坩埚的表面处理工艺结束，进入下道包装工序。