第三段圆柱形立柱面与抛物线弧形连接，直径为214mm，高度为200mm。
[0024] 石英坩埚壁外层基体石英陶瓷壁厚为12_，其内壁形状为上述设计形状，抛光度 达到Ra小于0. 5Mm。内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，杂质浓度小于10 2ppm， 在肉眼和光学显微镜下无可检测气泡。内层石英玻璃厚度为3_。内层石英玻璃的形状为 上述形状，外表面抛光，抛光度达到Ra小于0. 3Mm。在内层石英玻璃的外壁采用真空气相 沉积方法，沉积一层氮化娃层，其厚度为5〇Pm，氮化娃中含有75-150ppm的碱金属或碱土金 属。将外层基体和带有镀层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到 1500°C以上，将外层基体与内层石英熔合，形成石英坩埚。
[0025] 计算分析表明：采用本发明的坩埚在生长直径为102mm的单晶硅时，单晶硅生长 界面的温度变化量为6. 2%。对比传统形状底部的坩埚的温度为15%。均匀性明显改善。
[0026] 实施例3 生长直径为152mm单晶硅。采用三段式结构和石英坩埚壁三三层结构形式。英坩埚底 部平面段的特征在于平面为一个圆形，位于坩埚底部中心，其直径d0为152_。抛物线弧形 连接面的上部直径为456mm，抛物线弧形连接面形状的特征在于符合
石英坩埚第三段圆柱形立柱面与抛物线弧形连接，直径为456mm，高度为300mm。
[0027] 石英坩埚壁外层基体石英陶瓷壁厚为16_，其内壁形状为上述设计形状，抛光度 达到Ra小于0. 5Mm。内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，杂质浓度小于10 2ppm， 在肉眼和光学显微镜下无可检测气泡。内层石英玻璃厚度为2. 0_。内层石英玻璃的形状 为上述形状，外表面抛光，抛光度达到Ra小于0. 3Mm。在内层石英玻璃的外壁采用真空气 相沉积方法，沉积一层氮化娃层，其厚度为5〇Pm，氮化娃中含有75-150ppm的碱金属或碱土 金属。将外层基体和带有镀层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到 1500°C以上，将外层基体与内层石英熔合，形成石英坩埚。
[0028] 计算分析表明：采用本发明的坩埚在生长直径为152mm的单晶硅时，单晶硅生长 界面的温度变化量为5. 8%。对比传统形状底部的坩埚的温度为12. 6%。，温度均匀性提高了 一倍以上。
[0029] 实施例4 生长直径为203mm单晶硅。采用三段式结构和石英坩埚壁三三层结构形式。英坩埚底 部平面段的特征在于平面为一个圆形，位于坩埚底部中心，其直径d0为203mm。抛物线弧形 连接面的上部直径为406mm，抛物线弧形连接面形状的特征在于符合
石英坩埚第三段圆柱形立柱面与抛物线弧形连接，直径为406mm，高度为200mm。
[0030] 石英坩埚壁外层基体石英陶瓷壁厚为18_，其内壁形状为上述设计形状，抛光度 达到Ra小于0. 5Mm。内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，杂质浓度小于10 2ppm， 在肉眼和光学显微镜下无可检测气泡。内层石英玻璃厚度为2. 0_。内层石英玻璃的形状 为上述形状，外表面抛光，抛光度达到Ra小于0. 3Mm。在内层石英玻璃的外壁采用真空气 相沉积方法，沉积一层氮化娃层，其厚度为5〇Pm，氮化娃中含有75-150ppm的碱金属或碱土 金属。将外层基体和带有镀层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到 1500°C以上，将外层基体与内层石英熔合，形成石英坩埚。
[0031] 计算分析表明：采用本发明的坩埚在生长直径为203mm的单晶硅时，单晶硅生长 界面的温度变化量为6. 8%。对比传统形状底部的坩埚的温度为16%，均匀性明显提高。
[0032] 实施例5,生长直径为203mm单晶硅。采用三段式结构和石英坩埚壁三三层结构 形式。英坩埚底部平面段的特征在于平面为一个圆形，位于坩埚底部中心，其直径d0为 203mm。抛物线弧形连接面的上部直径为609mm，抛物线弧形连接面形状的特征在于符合
石英坩埚第三段圆柱形立柱面与抛物线弧形连接，直径为609mm，高度为350mm。石英 坩埚壁外层基体石英陶瓷壁厚为18mm，其内壁形状为上述设计形状，抛光度达到Ra小于 0. 5Mm。内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，杂质浓度小于10 2ppm，在肉眼和光学 显微镜下无可检测气泡。内层石英玻璃厚度为2. 0mm。内层石英玻璃的形状为上述形状，外 表面抛光，抛光度达到Ra小于0. 3Mm。在内层石英玻璃的外壁采用真空气相沉积方法，沉积 一层氮化娃层，其厚度为5〇Pm，氮化娃中含有75-150ppm的碱金属或碱土金属。将外层基体 和带有镀层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到1500°C以上，将外 层基体与内层石英熔合，形成石英坩埚。
[0033] 计算分析表明：采用本发明的坩埚在生长直径为203mm的单晶硅时，单晶硅生长 界面的温度变化量为7%。对比传统形状底部的坩埚的温度为17. 3%。，有利于提高晶体中氧 含量的分布特性，提高质量。
【主权项】
1. 一种直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法；石英相蜗形状设计为Ξ段 式结构，第一段为底部为平面，第二段为抛物线弧形连接面，第Ξ段为圆柱形立柱面；石英 相蜗壁各部分的厚度相同，石英相蜗壁为双层结构；外层为基体，由石英陶瓷构成；内层为 杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，内层石英玻璃厚度大于1mm;在内层石英玻璃的外 壁上制备一层氮化娃层；其厚度为50化，氮化娃中含有75~150ppm的碱金属或碱±金属；将 外层基体和带有锻层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到1500°C W上，将外层基体与内层石英烙合，形成石英相蜗。2. 根据权利要求1所述的直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法其特征在 于底部平面段的特征在于平面为一个圆形，位于相蜗底部中屯、，其直径do的尺寸特征为： 么《1.05X么 （1) 式中，do为石英相蜗平面段的直径，dsi为直拉法生长的单晶娃的直径。3. 根据权利要求1至2所述的直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法，其特 征在于抛物线弧形连接面的特征在于，抛物线弧形连接面的上部直径dl与下部直径do符 合W下关系式： 2d〇^3d〇似 式中，dl为抛物线弧形连接面的上部直径；下部直径do与底部平面段直径相等；抛物 线弧形连接面形状的特征在于符合本发明石英相蜗第Ξ段圆柱形立柱面的特征为其直径与抛物线弧形连接面的上部直 径相等，都为dl。4. 根据权利要求1至3所述的直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法，其特 征还在于石英相蜗壁各部分的厚度相同；石英相蜗壁为双层结构；外层为基体，由石英陶 瓷构成；其内壁形状为上述设计形状；内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，杂质 浓度小于10 2ppm，在肉眼和光学显微镜下无可检测气泡；内层石英玻璃厚度大于1mm。5. 根据权利要求1至4所述的直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法，其特 征在于内层石英玻璃的外表面抛光，在内层石英玻璃的外壁表面上制备一层氮化娃层；采 用真空气相沉积方法，沉积一层氮化娃层，其厚度为50化，氮化娃中含有75~150ppm的碱金 属或碱±金属。6. 根据权利要求1至5所述的直拉法生长单晶娃用石英相蜗的设计及制备方法，其特 征在于石英相蜗的制备方法；外层基体石英陶瓷内表面抛光，将外层基体和带有锻层的内 层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到150(TCW上，将外层基体与内层石 英烙合，形成石英相蜗。
【专利摘要】本发明技术是一种直拉法生长单晶硅用石英坩埚的设计及制备方法。石英坩埚形状设计为三段式结构，第一段为底部为平面，第二段为抛物线弧形连接面，第三段为圆柱形立柱面。石英坩埚壁各部分的厚度相同。石英坩埚壁为双层结构，外层为基体，由石英陶瓷构成。内层为杂质浓度和气泡极低的石英玻璃构成，内层石英玻璃厚度大于1mm。在内层石英玻璃的外壁上制备一层氮化硅层。其厚度为50μm，氮化硅中含有75-150ppm的碱金属或碱土金属。将外层基体和带有镀层的内层装在一起形成复合体，在真空条件下，将复合体加热到1500℃以上，将外层基体与内层石英熔合，形成石英坩埚。此石英坩埚在生长单晶硅时，硅晶体心部与边部的温度差小，晶体质量高。
【IPC分类】C30B15/10, C30B29/06
【公开号】CN105239159
【申请号】CN201510573079
【发明人】张俊宝, 山田宪治, 刘浦锋, 宋洪伟, 陈猛
【申请人】上海超硅半导体有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月10日