[发明专利]一种具有热障涂层的多节式炭炭复合材料坩埚及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有热障涂层的多节式炭炭复合材料坩埚及其制备方法和应用，所述制备方法，包括如下步骤：制备埚底、埚身，所述埚底具有连接上部，所述埚身具有连接下部，先将埚底连接上部与埚身连接下部的部位，均采用磷酸二氢铝溶液涂刷获得底涂层，然后再于底涂层的表面涂刷热障涂层浆料，再将涂刷了热障涂层浆料的埚底与埚身进行热处理，最后将热处理后的埚底与埚身连接即得具有热障涂层的多节式炭炭复合材料坩埚；所述埚底与埚身连接后，埚底的连接上部与埚身的连接下部共同形成炭炭复合材料坩埚的连接处，所述连接处的高度为30～110mm。该坩埚用于单晶硅拉制，有效地提高了硅棒拉制的提拉速度，降低了硅棒拉制生产时坩埚的使用成本。

技术领域

本发明属于单晶硅炉用热场工装/部件技术领域，具体涉及一种具有热障涂层的多节式炭炭复合材料坩埚及其制备方法和应用。

背景技术

单晶硅是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，广泛应用于集成电路和硅片制造领域，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料。

单晶硅制备方法包括直拉法、区域融化法、Bridgman法、溶液法和气相法等等。其中直拉法(又称提拉法或Czochralski法)是目前应用最为广泛的一种从熔体中生长晶体的方法。

直拉单晶硅炉主要包括炉体、电器部分、热系统和水冷系统。其中最为重要的是热系统。热场材料是热系统重要的组成部分，对单晶硅的制备尤为重要：优秀的热场设计对于晶体制备过程工艺参数的宽容度高，使得单晶硅的制备容易；相反，不恰当的热场设计则会大大缩小工艺窗口甚至无法制备出单晶硅。

在热场设计中最为关键的两个参数：轴向温度梯度和径向温度梯度，最终能够影响晶体生长的是固液界面处的温度梯度。总之，合理的热场应该具备如下两个原则：其一是固液界面(轴向)温度梯度尽可能大，使得单晶生长具备足够的热力学条件，其二固液界面处(径向)温度梯度尽量小，这样可以保证生长界面的平坦，减少由于界面形变导致的晶体内部局部应力增加。

如何优化热场材料的设计以满足单晶硅拉制过程的温度要求，是制备高性能低成本单晶硅的途径之一。

炭炭复合材料坩埚因其具备耐高温、抗热震、力学强度高以及尺寸稳定性好等特性，已作为单晶硅炉热场材料广泛应用。但是，目前的炭炭坩埚的设计使用仅仅是基于其优异的热学及力学性能，结合单晶硅拉制的温度要求而专门设计的炭炭复合材料坩埚的相关文献及专利还未见报道。

采用多节式组合而成的炭炭复合材料坩埚，并在组合交接的表面上制备热障涂层，可以抑制坩埚底部高温向上热传导，从而提高炉内轴向的温度梯度，有利于单晶的生长；此外，多节式组合坩埚的每一节作为坩埚的部件，任意一节坩埚部件损坏时，进行相应的替换即可，无须更换整个坩埚，由此降低了生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有热障涂层的多节式炭炭复合材料坩埚制及其制备和应用。

本发明通过将炭炭复合材料坩埚设计为多节式组合结构，并在组合交接处的制备热障涂层最终得到含热障涂层的组合式炭炭复合材料坩埚。该坩埚用于拉制单晶硅棒，可有效避免坩埚底部高温向上轴向传导以及坩埚外围发热体热量向内径向传导，提高炉内的轴向温度梯度，从而有效地提高了硅棒拉制的速度；此外，出炉后炭炭复合材料坩埚损坏后可进行部件替换而不是整体替换，从而降低了坩埚的使用成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：