一种石英坩埚及其制作方法与流程

1.本发明属于单晶硅生产技术领域，特别是涉及一种石英坩埚及其制作方法。


背景技术：

2.单晶炉拉制单晶硅棒的过程中，断棱现象对单晶硅的品质和合格率影响很大，断棱意味着晶硅从单晶体转变成了多晶体，当产生断棱现象之后，拉制过程就必须停止，并且要重新引晶拉制，因此对拉晶硅的产出率影响很大。其中，石英坩埚透明层内的微气泡数量是影响断棱的一个重要原因，因为透明层内的微气泡越多，石英坩埚就更容易被硅液腐蚀，腐蚀产生的石英碎屑会进入硅液中，从而导致断棱的发生概率增大。现有的石英坩埚的所有部位包括位于最里面的与硅液直接接触的部位的石英砂粒度都是100μm至300μm，可见透明层内的微气泡的数量较多，单晶硅的拉制过程中，腐蚀气泡破裂产生的石英碎屑会进入硅液中，导致拉晶断棱的发生率比较高。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种石英坩埚及其制作方法，能够降低拉晶端的断棱发生率，提高拉晶硅的收益率，降低生产成本。
4.本发明提供的一种石英坩埚，包括从外向内的第一外侧部、第二外侧部、第一内侧部和第二内侧部，所述第二内侧部用于接触熔体，且所述第二内侧部的高纯石英砂具有预设粒度，所述预设粒度小于所述石英坩埚的其他部位的石英砂粒度。
5.优选的，在上述石英坩埚中，所述预设粒度为10微米至80微米。
6.优选的，在上述石英坩埚中，所述石英坩埚的其他部位的石英砂粒度为100微米至300微米。
7.本发明提供的一种石英坩埚的制作方法包括：
8.将预设模具调整到向上倾斜预设角度的位置；
9.将石英砂料附着在所述预设模具的内表面进行成型，形成第一外侧部；
10.在所述第一外侧部的内表面继续附着石英砂进行成型，形成第二外侧部；
11.在所述第二外侧部的内表面继续附着石英砂进行成型，形成第一内侧部；
12.在所述第一内侧部的内表面继续附着具有预设粒度的高纯石英砂进行成型，形成第二内侧部，所述预设粒度小于所述石英坩埚的其他部位的石英砂粒度。
13.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述预设粒度为10微米至80微米。
14.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述第一外侧部、所述第二外侧部和所述第一内侧部的石英砂粒度为100微米至300微米。
15.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述预设角度为45
°
至60
°
。
16.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述第一外侧部的石英砂占总砂量的5％至30％，所述第二外侧部的石英砂占总砂量的20％至40％。
17.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述第一内侧部的石英砂占总砂量的
20％至40％。
18.优选的，在上述石英坩埚的制作方法中，所述第二内侧部的石英砂占总砂量的5％至30％。
19.通过上述描述可知，本发明提供的上述石英坩埚，由于包括从外向内的第一外侧部、第二外侧部、第一内侧部和第二内侧部，所述第二内侧部用于接触熔体，且所述第二内侧部的高纯石英砂具有预设粒度，所述预设粒度小于所述石英坩埚的其他部位的石英砂粒度，因此粒径更细，熔化速度更快，坩埚表面石英砂更快速整体熔化封皮，微气泡从而下降，从而能够降低拉晶端的断棱发生率，提高拉晶硅的收益率，降低生产成本。本发明提供的上述石英坩埚的制作方法，具有与上述石英坩埚相同的优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为本发明提供的一种石英坩埚的实施例的一部分分解出的截面的示意图；
22.图2为本发明提供的一种石英坩埚的制作方法的实施例的示意图。
具体实施方式
23.本发明的核心是提供一种石英坩埚及其制作方法，能够降低拉晶端的断棱发生率，提高拉晶硅的收益率，降低生产成本。
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明提供的一种石英坩埚的实施例的一部分分解出的截面如图1所示，图1为本发明提供的一种石英坩埚的实施例的一部分分解出的截面的示意图，该石英坩埚1位于模具2旁边，该石英坩埚1包括从外向内的第一外侧部103、第二外侧部104、第一内侧部101和第二内侧部102，第二内侧部102用于接触熔体，且第二内侧部102的高纯石英砂具有预设粒度，预设粒度小于石英坩埚1的其他部位的石英砂粒度。
26.具体的，上述预设粒度可以优选为10微米至80微米，而且，石英坩埚的其他部位的石英砂粒度可以优选为100微米至300微米。需要说明的是，采用的石英砂的粒径越细，熔化速度就越快，坩埚表面的石英砂就能够更快速的整体熔化晶硅的封皮，从而减少微气泡的产生，实际验证效果如下：针对32英寸的坩埚，利用现有技术中的使用粒度为100微米至300微米的石英砂制作第二内侧部的坩埚，在拉晶过程中，每10平方毫米产生的微气泡数量为80个，而采用本技术方案的话，微气泡数量减少至45个，而针对37英寸的坩埚来说，利用现有技术中的使用粒度为100微米至300微米的石英砂制作第二内侧部的坩埚，在拉晶过程中，每10平方毫米产生的微气泡数量为98个，而采用本技术方案的话，微气泡数量减少至52个，可见本技术的实施例能够将单位面积微气泡数量下降30％至50％。
27.通过上述描述可知，本发明提供的上述石英坩埚的实施例中，由于包括从外向内的第一外侧部、第二外侧部、第一内侧部和第二内侧部，第二内侧部用于接触熔体，且第二内侧部的高纯石英砂具有预设粒度，预设粒度小于石英坩埚的其他部位的石英砂粒度，因此粒径更细，熔化速度更快，坩埚表面石英砂更快速整体熔化封皮，微气泡从而下降，从而能够降低拉晶端的断棱发生率，提高拉晶硅的收益率，降低生产成本。
28.本发明提供的一种石英坩埚的制作方法的实施例如图2所示，图2为本发明提供的一种石英坩埚的制作方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：
29.s1：将预设模具调整到向上倾斜预设角度的位置；
30.s2：将石英砂料附着在预设模具的内表面进行成型，形成第一外侧部；
31.s3：在第一外侧部的内表面继续附着石英砂进行成型，形成第二外侧部；
32.s4：在第二外侧部的内表面继续附着石英砂进行成型，形成第一内侧部；
33.s5：在第一内侧部的内表面继续附着具有预设粒度的高纯石英砂进行成型，形成第二内侧部，预设粒度小于石英坩埚的其他部位的石英砂粒度。
34.具体的，该预设粒度可以优选为10微米至80微米，采用的石英砂的粒径越细，熔化速度就越快，坩埚表面的石英砂就能够更快速的整体熔化晶硅的封皮，从而减少微气泡的产生，实际验证效果如下：针对32英寸的坩埚来说，利用现有技术中的使用粒度为100微米至300微米的石英砂制作第二内侧部的坩埚，在拉晶过程红，每10平方毫米产生的微气泡数量为80个，而采用本技术方案的话，微气泡数量减少至45个，而针对37英寸的坩埚来说，利用现有技术中的使用粒度为100微米至300微米的石英砂制作第二内侧部的坩埚，在拉晶过程中，每10平方毫米产生的微气泡数量为98个，而采用本技术方案的话，微气泡数量减少至52个，可见本技术的实施例能够将单位面积微气泡数量下降30％至50％，而且，第一外侧部、第二外侧部和第一内侧部的石英砂粒度可以为100微米至300微米。当然还可以根据实际需要选择其他粒度，此处并不限制。
35.利用上述石英坩埚的制作方法的实施例，能够降低拉晶端的断棱发生率，提高拉晶硅的收益率，降低生产成本。
36.在上述石英坩埚的制作方法的一个具体实施例中，预设角度可以优选为45
°
至60
°
，当然也可以根据实际需要对该角度进行微调，此处并不限制。
37.进一步的，在上述石英坩埚的制作方法的实施例中，第一外侧部的石英砂可以占总砂量的5％至30％，第二外侧部的石英砂可以占总砂量的20％至40％，而且，第一内侧部的石英砂可以占总砂量的20％至40％，第二内侧部的石英砂可以占总砂量的5％至30％。
38.下面以一个具体操作的例子对上述方法进行详细说明：
39.第一步：确认成型棒及r角的规格是否与模具相符合，每班开始作业前确认成型棒顶针有效长度是否在规定标准内、有效确保产品底部厚度在产品制造标准范围之内。
40.第二步：查看分料间拉取过来的相应规格的石英砂，戴上成型专用手套进行成型，再次确认使用材料，并将各类材料种类、重量填写在熔融监控记录表上。
41.第三步：将模具角度调整到向上倾斜约45
°
～60
°
的位置。
42.第四步：第一外侧部石英砂成型：用干净的加料铲按模具转速相反的方向进行倒料，使料均匀地附在模具的内表面，第一外侧部的石英砂粒度为100～300微米，第一外侧部的石英砂占总砂量的5％～30％。
43.第五步：第二外侧部石英砂成型：需使用中成型棒第一次成型，应尽量防止石英砂洒落到地面。用成型棒对内壁进行成型时，使一部分多余的砂子落至r角处(料层厚度是依据弧翻料多少控制)，成型棒随时与内壁保持平行。成型时动作要缓慢，双手紧握确保成型稳定，无剧烈抖动，保证成型棒与内壁砂子均匀吻合。成型棒取走时不能碰到内壁的石英砂。第二外侧部的石英砂粒度为100～300微米，第二外侧部的石英砂占总砂量的20％～40％。
44.第六步：第一内侧部石英砂成型：需使用内成型棒第二次成型。第一内侧部石英砂粒度为100～300微米，第一内侧部石英砂占总砂量的20～40％。
45.第七步：第二内侧部石英砂成型：需使用内成型棒第二次成型，第二内侧部石英砂粒度10微米～100微米，第二内侧部石英砂占总砂总量的5～30％，加料最后料斗内留0.5-1kg石英砂。
46.第八步：0度成型；将模具直立(水平仪校准)，用成型棒对整个内壁进行成型确认，保证成型棒与内壁砂子均匀吻合，底部砂子缓慢向中间移动，并保证底部砂子尽量均匀，成型棒随时与内壁保持平行。成型棒取走时不能碰到内壁的石英砂，整个成型过程确保每层原料不能混料。
47.第九步：将留下的0.5～1kg石英砂进行补中心孔，其余均匀扬入埚底或r角处。
48.第十步：将未用完的高纯料封盖好，避免污染，移至干净处放置，必须保证砂子干净。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。