专利名称：含涂层的SiC复合坩埚及制备法的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种用于拉制单晶硅，对单晶硅污染少、使用寿命长、可大批量生产的新坩埚及相应的制备方法。
背景技术：
拉制单晶硅时，需用坩埚做盛装硅熔体的容器。用石英玻璃坩埚做容器使用寿命较短，因熔融硅与石英之间有化学反应，此坩埚还对单晶硅还有污染。在用电弧法制造石英坩埚时，需用纯度高而价格贵的石英粉；在生产的过程中，能耗较大，噪声较高。三十年来， 不少人都在努力寻找新的坩埚，方案很多，但因存在各种问题，均未能最后成功。现在拉制单晶硅时，仍全部采用电弧法制造的石英坩埚做盛装硅熔体的容器。
发明内容
本发明的目的是找到一种用于拉制单晶硅，可大量生产的新坩埚及相应的制备方法。此坩埚对拉制的单晶硅的不良影响少，使用寿命长，生产坩埚的过程中原料损耗少、能耗低、噪声小。本发明的坩埚，由SiC复合坩埚坯和内表面涂层构成；其制备法在选材和成型时， 采用类似于现有制造SiC树脂砂轮片的原料和成型工艺在热压机的模腔内，将热固性树脂与SiC颗粒的混合物压制成型、固化为多孔的坩埚毛坯；之后，在绝氧的条件下用高温炭化的方式将毛坯的混合物中的树脂炭化或炭/硅化，转化成C/SiC或SiC/SiC的复合坩埚坯；最后，在坩埚坯的内表面，增设耐高温的隔离涂层。坩埚坯的坯壁与坯底可分别压制；之后再用树脂粘合成一体。坩埚坯的坯壁含至45%的坡度，最佳坡度为5%至10%。热固性树脂为酚醛树脂或呋喃树脂，内可含Si微粉。耐高温的隔离涂层，或为化学气相沉积碳化硅涂层、或用热固性树脂涂在内表面， 炭化后生成一层玻璃炭涂层、或直接热喷涂石英玻璃层。坩埚的CVD-SiC涂层，采用三氯甲基硅烷做化学气相沉积(CVD)时的材料源，将倒置的坩埚坯加热到1150°C左右，再向坩埚坯腔内送入氢气、氩气和三氯甲基硅烷的混合气.此混合气在高温的坩埚内壁上分解，产生的SiC沉积在壁上，即是所需的CVD-SiC涂层坩埚的玻璃炭涂层，采用树脂涂复在坩埚的内表面，在隔氧的条件下加热，最终生成一层类似于玻璃结构的玻璃炭涂层。此坩埚即为本发明的单晶硅生长用，含涂层的SiC复合坩埚，其相应的制造过程即为本发明的制备法。本发明的坩埚及制备法有如下优点1、本制备法用类似于SiC树脂砂轮片的原料和热压成型工艺，生产多孔SiC复合坩埚坯，工艺简单、成熟，其多孔状态便于排出树脂固化和炭化时所产生的气体，可极大的提高工效，降低成本，据此可大量生产出比石英玻璃性能更好的SiC坩埚。
2、石英玻璃的软化点远低于硅的熔点，石英坩埚在使用时易软化变形；而SiC材料强度高，且无熔点，高温下材料的强度还要提高，在使用时不会变形，使用寿命很长。可因此取消现有单晶炉内石英玻璃坩埚外的石墨坩埚保护套。3、石英玻璃要与熔融的硅起反应，污染单晶硅；SiC的化学性能极其稳定；硅的熔点为1412°C，远低于SiC的起始分解温度2200°C，故S iC对熔融硅也是非常稳定的。本坩埚材料对单晶硅的污染小。4、坩埚内表面用CVD-SiC作涂层处理时，因涂层的纯度极高(可到六个9)，杂质少 (可小于1PPM)，坩埚内表面材料中的杂质对所盛物污染将更少。5、坩埚基层由石英玻璃改为用C/SiC后，其材料的导热系数将提高数倍至十数倍，除有利于使用时的传热与勻热外，也有利于物料在熔炉内增大传热速度，提高单位时间的熔融量。6、在生产坩埚坯时，对承力层原料的纯度要求低；原科的利用率高；噪声小；粉尘少；能耗低很多。7、本坩埚的CVD-SiC涂层，其原料为三氯甲基硅烷。它是半导体工业生产多晶硅时的废弃物，极难处置。利用此物做本坩埚的涂层系一举数得。8、采用热固性树脂时，树脂炭化后将可能自动生成密实的玻璃炭。9、本发明采用的原料和工艺均为已有成熟的原料和工艺。本发明所述的含涂层的SiC坩埚质量好，寿命长；本发明的制备法可批量生产本发明所述的含涂层的SiC坩埚、生产过程节能，环保。本坩埚能完全替代现有的石英坩埚。
图1为坩埚剖面示意图。
具体实施例方式以下是本发明的一个具体实施例坩埚剖面示意图见图1。图中1、坩埚壁；2、坩埚底；3、CVD-SiC涂层。本实施例选材和成型时采用类似于现有SiC树脂砂轮片的原料和成型工艺在热压机的模腔内，将热固性树脂与SiC颗粒的混合物压制成型、固化为坩埚毛坯；之后，在无氧的条件下用高温炭化的方式将毛坯的混合物中的树脂炭化或炭/硅化，转化为C/SiC或 SiC/SiC坩埚坯；最后在坩埚坯的内表面，增设耐高温的隔离涂层。本实施例中，坩埚坯的坯壁与坯底分别压制；之后再在炭化前用树脂粘合成一体。本实施例中，坩埚坯的坯壁的坡度为5%。本实施例中，树脂为热固性酚醛树脂。本实施例中，在坩埚的外表面可增设一层缠绕成型的炭纤维/树脂增强复合材料。本实施例中，坩埚的CVD-SiC涂层，采用三氯甲基硅烷做化学气相沉积(CVD)时的材料源，将倒置的坩埚坯加热到1150°C左右，再向坩埚坯腔内送入氢气、氩气和三氯甲基硅烷的混合气.此混合气在高温的坩埚内壁上分解，产生的SiC沉积在壁上，即是所需的 CVD-SiC 涂层。
本实施例中，坩埚的玻璃炭涂层，采用树脂涂复在坩埚的内表面，在隔氧的条件下加热，最终生成一层类似于玻璃结构的玻璃炭。此坩埚为本发明的单晶硅生长用含涂层的SiC复合坩埚，本坩埚的制造过程为本发明的制备法。
权利要求
1.含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于本坩埚由SiC复合坩埚坯和内表面涂层构成；其制备法为在热压机的模腔内，将热固性树脂与SiC颗粒的混合物压制成型、 固化为多孔的坩埚毛坯；之后，在无氧的条件下用高温炭化的方式将毛坯的混合物中的树脂炭化或炭/硅化，转化为C/SiC或SiC/SiC的复合坩埚坯；最后，在坩埚坯的内表面，增设耐高温的隔离涂层。
2.根据权利要求1所述含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于坩埚毛坯的坯壁与坯底可分别压制；之后，用树脂粘合成一体。
3.根据权利要求1所述含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于坩埚的壁含至45%的坡度，最佳坡度为5%至10%。
4.根据权利要求1所述含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于热固性树脂为酚醛树脂或呋喃树脂，树脂内可含Si微粉。
5.根据权利要求1所述含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于耐高温的隔离涂层，为化学气相沉积碳化硅(CVD-SiC)涂层。
6.根据权利要求1所述含涂层的SiC复合坩埚及制备法，其特征在于耐高温的隔离涂层，为用热固性树脂涂在内表面，炭化后生成一层玻璃炭涂层或SiC涂层。
全文摘要
本发明公开了一种含涂层的SiC复合坩埚及制备法。本坩埚由SiC复合坩埚坯和耐高温隔离涂层组成；在热压机内压制并固化树脂与SiC颗粒的混合物成坩埚毛坯，用高温无氧炭化的方法使之转化成SiC复合坩埚坯；再加高温隔离层后，即为本发明的含涂层的SiC复合坩埚。本坩埚寿命长，对埚内的熔融硅污染极小；本制备法，可大量生产此坩埚，且节能，环保。
文档编号B29C43/02GK102260901SQ20111017900
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者张洪齐 申请人:罗万前