[实用新型]用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及石英坩埚的成型棒结构，特别是一种用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，即用于制造在熔融硅“液位线”(刻蚀线)部位具有高纯石英原料的石英坩埚。

技术背景

采用切克劳斯基(Czochralski)法拉制单晶硅时，石英玻璃坩埚被用于容纳硅熔体。在此方法中，一粒具有预定取向的种晶被浸入熔体，然后缓缓拉出，种晶和熔体以不同方向旋转，种晶和熔体之间的表面张力使得熔体随种晶被拉出，所述熔体逐渐凝固，最终固化成一个不断生长的硅单晶。在拉制单晶硅的过程中，原料硅处于熔融状态，会与组成坩埚的二氧化硅发生如下反应：SiO₂+Si→2SiO。生成的一氧化硅处于气态，并且此反应是可逆反应。在硅熔体液面下，由于一氧化硅难以释放，反应处于平衡状态，三种物质保持相对稳定，硅熔体对坩埚侵蚀造成影响很缓慢。而在硅熔体液面处，一氧化硅较容易被氩气保护气带走，促使反应向生成一氧化硅的方向进行。液面处的硅熔体与坩埚体相接处的地方，由于二氧化硅不断被反应消耗，而产生一条刻蚀线。由于刻蚀的不均匀性，刻蚀线附近会产生二氧化硅崩塌脱落而进入硅熔体的现象，在单晶硅生长过程中有几率进入硅晶体中，造成位错等缺陷，影响拉晶质量。在相同条件下，石英砂中的杂质对硅与二氧化硅反应是有促进作用的，充分提高组成坩埚的二氧化硅纯度就可以提高坩埚表面抗硅液侵蚀的能力，降低由反应造成的坩埚液面蚀刻的进程，减少刻蚀深度，减少微颗粒和微气泡的释放，从而减少由此带来的晶体中的杂质和缺陷的数量，提升整棒率、成晶率和单晶品质。而提高坩埚纯度的直接方法就是使用更高纯度的石英砂原料。

成型棒是一种具有一定外边沿轮廓形状的棒或板，在石英坩埚成型过程中，利用其外沿刮石英砂，从而使石英砂形成与成型棒外边沿一致的形状。刮石英砂的过程，就是成型棒不断向模具靠近的过程，成型棒与模具的距离就是石英砂料层的厚度，也决定了最终坩埚的厚度和形状。如何通过改进成型棒结构来改善石英坩埚在熔融硅“液位线”(刻蚀线)部位的石英原料组成是本申请着力解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种解决上述的用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，结构简单、操作方便，在石英坩埚成型过程中，减少了石英坩埚因熔融硅液面部位的蚀刻作用造成的负面影响，减少单晶生长过程中由于蚀刻碎片造成的杂质含量和缺陷，提升整棒率、成晶率和单晶品质。

本实用新型的技术方案是：

一种用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，其特征在于：所述成型棒的外轮廓由从上到下依次相接的直壁段、等腰梯形凸起段、支撑段组成，所述直壁段与成型坩埚的刻蚀线上部的料层的内轮廓重合，所述等腰梯形凸起段的对称轴相对于成型坩埚的底部的高度h为成型坩埚的刻蚀线中心的平均统计高度，所述等腰梯形凸起段的腰边与底边的夹角为45°，所述支撑段与成型坩埚的刻蚀线下部的料层的内轮廓相平行，且支撑段上端设有与等腰梯形凸起段的腰边相接并与该腰边延伸方向重合的过渡段，所述支撑段一直延伸至坩埚对称轴。

上述的用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，所述等腰梯形凸起段的梯形底边宽度w＝0.08*D+w_k，其中D为成型坩埚外径，w_k为刻蚀线的平均统计宽度。

上述的用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，所述等腰梯形凸起段的梯形高度d1为0.3-0.5倍的成型坩埚的料层厚度。

上述的用于制造侧壁局部高纯料石英坩埚的成型棒结构，所述支撑段与成型坩埚的刻蚀线下部的料层的内轮廓的距离d2为10mm-20mm。

本实用新型的有益效果是：

1、使用时，利用本申请的成型棒的等腰梯形凸起段在预形成料层的刻蚀线位置处形成两种材料组成，即外层的普通石英砂部分和内层的高纯石英砂部分，即在刻蚀线部位的内层一定宽度范围内，使用少量高纯石英砂原料替代普通石英砂，则高纯石英砂部分就会覆盖坩埚在拉晶过程中产生刻蚀线的附近区域，能有效减少刻蚀线的扩张，显著减少坩埚拉晶过程中液面处硅熔体对坩埚的蚀刻程度；

2、成型棒的支撑段在成型过程中，由于不与石英料层接触，减少了成型过程中的抖动，从而提高成型精度；同时减少了弧度料的堆积，减少了由于弧度过多的堆积料以及反复刮料带来的杂质颗粒增加的现象；

3、外轮廓由直壁段、等腰梯形凸起段、支撑段组成的成型棒实现了以较小的成本增加，来减少在拉制单晶硅的过程中，由刻蚀线造成的晶体缺陷和杂质含量，提升了整棒率、成晶率和单晶品质。

附图说明