CN116377579A - 一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚 - Google Patents

一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚 Download PDF

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CN116377579A CN202310394700.2A CN202310394700A CN116377579A CN 116377579 A CN116377579 A CN 116377579A CN 202310394700 A CN202310394700 A CN 202310394700A CN 116377579 A CN116377579 A CN 116377579A
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Abstract

本发明涉及一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,具有以下任一种特征:a、在石英坩埚透明层底壁内侧设置钡/锶涂层;b、用钡/锶掺杂石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;c、用金属杂质含量20‑50ppm的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;d、用合成石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁。本发明通过在石英坩埚透明层底壁设置钡/锶涂层或使用掺杂质的原料制备石英坩埚透明层底壁,使该位置受热后首先形成起保护作用的析晶层,析晶层形成时间早于多晶硅熔化流向坩埚底壁的时间,避免高温熔体对底壁的侵蚀,提高CZ法首根棒成晶率;本发明仅在底壁内侧中心区域设置钡涂层或用掺杂质的原料制备底壁,减少析晶产生速度,增加拉晶产出。

Description

一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚
技术领域
本发明属于坩埚制造技术领域,具体涉及一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚。
背景技术
石英坩埚是CZ法拉至单晶硅棒的重要设备。如图1所示,石英坩埚为内外双层结构,外层1是高气泡密度的区域,称为气泡复合层。气泡复合层受热较均匀,保温效果较好;内层2是一层3-5mm的透明层,称为气泡空乏层。气泡空乏层的存在使坩埚与溶液接触区的气泡密度降低,从而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。石英坩埚整体包括直壁A、弧形连接段B和底壁C三部分组成。如图2所示,在制备单晶硅的过程中,需要一次性将制作多根单晶硅棒的多晶硅原料熔化在石英坩埚中,在多晶硅熔化并且温度达到平衡之后,将籽晶浸入熔体中,熔体中的硅不断以籽晶形核不断长大得到单晶硅棒3,该过程中石英坩埚安装在石墨坩埚4内部且和石墨坩埚4一起被驱动旋转,硅熔体呈离心流动。由于提拉期间坩埚内熔体温度极高(1420℃以上),石英坩埚内壁的二氧化硅会慢慢溶解被侵蚀,坩埚内表面的污染物能够在多晶硅熔化和单晶硅棒生长期间形核并促使在内层玻璃态二氧化硅表面析出方石英岛状物(以污染物形核)。方石英和和石英坩埚膨胀系数不一致,并且石英岛状物在熔化期间被多晶硅熔体冲刷掉而作为污染粒子进入硅熔体中,从而导致位错在单晶硅棒中形成。
为了避免CZ法拉晶过程中高温多晶硅熔体对石英坩埚内壁的二氧化硅的溶解侵蚀,现有技术如美国专利US5976247提出在多晶硅熔化成硅熔体后,用钡或锶对熔体进行掺杂,借此在与熔体接触的坩埚内表面上以钡或锶形核形成失透二氧化硅层,利用该失透二氧化硅层保护石英坩埚内壁免收高温熔体侵蚀。然而随着石英坩埚的旋转离心作用和多晶硅熔体的流动,最终起到保护作用的失透二氧化硅层主要集中在石英坩埚的直壁内表面。该方案的坩埚长时间拉时虽然内壁可以形成一层均匀且较薄的析晶层(失透二氧化硅层),但坩埚底壁的析晶层形成时间比较晚且比较薄,在拉制第一根单晶硅棒时底壁的析晶层尚未形成或刚刚开始形成,导致拉制第一根单晶硅棒时易受污染而成晶率偏低,据业内统计一般单晶硅首棒的成晶率只有10%-40%左右。此外,CN110670121A还提出在石英坩埚本体底部外侧涂覆有诱发析晶相物质,在高温拉晶过程中这些诱发析晶相物质引发石英坩埚本体底部的石英由玻璃态转变成更加致密且活性更低的晶体态,提高坩埚本体底部的强度,抵抗高温导致底部变形或开裂,提高拉晶产出。此外,CN208218691U公开在石英坩埚外侧直壁设置涂层防止石英坩埚在搞完下软化和套置在外部的石墨坩埚紧贴不能排出气体,增强石英坩埚的强度,避免坩埚鼓包变形。前述方案在石英坩埚外壁局部设置涂层均为了提高石英坩埚的强度,防止开裂、变形、鼓包等问题,都无法解决单晶硅首棒成晶率偏低的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
经过长期研究发现,坩埚底壁内表面与高温多晶硅熔体反应速度过快、侵蚀快速、导致大量杂质、颗粒等混入多晶硅熔体中是导致CZ法首根棒成晶率偏低的主要原因。鉴于此发现,本发明提供一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,通过在石英坩埚透明层底壁设置钡/锶涂层或使用钡/锶掺杂的原料/金属杂质较高(20-50ppm)的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁,使该位置在受热后首先形成起保护作用的析晶保护层,析晶保护层的形成早于多晶硅熔化后流向坩埚底壁的时间,避免高温熔体对底壁的侵蚀,提高CZ法首根棒的成晶率。
(二)技术方案
第一方面,本发明提供一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其具有以下任一种特征:
a、在石英坩埚透明层底壁内侧设置钡涂层或锶涂层;
b、使用钡或锶掺杂的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;
c、使用金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;
d、使用合成石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁。
优选地,特征a中,所述钡涂层为钡的氧化物、钡的硅酸盐、钡的乙酸盐、钡的硅化物、钡的氢化物、钡的氯化物、钡的草酸盐、钡的氢氧化物、钡的碳酸盐及钡的硅氧化物中的任一种或几种;所述锶涂层为锶的硝酸盐、锶的氯化物、锶的草酸盐、锶的乙酸盐、锶的氢氧化物、锶的碳酸盐、锶的氧化物中的一种或几种。钡与多晶硅熔体的分离系数高于锶,因此使用钡涂层优于锶涂层,更有利于减少杂质金属元素进入单晶硅棒的生长中心周围,进而提高单晶硅棒的成晶率。
优选地,特征a中,钡涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度以钡摩尔量计,满足0.01mM/1000cm2-10.0mM/1000cm2;锶涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度以锶摩尔量计,满足0.01mM/1000cm2-10.0mM/1000cm2
其中,当钡涂层或锶涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度低于0.01mM/1000cm2时,在CZ法拉制首根单晶硅棒时难以形成有效的析晶保护层;而钡涂层或锶涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度高于10.0mM/1000cm2时,会导致初始析晶保护层过厚,析晶保护层为以杂质为形核的方石英,容易被高温的硅熔体冲刷而释放析晶颗粒,影响单晶硅棒的拉制。
优选地,特征a中,所述钡涂层或锶涂层的覆盖面为以石英坩埚透明层底壁中心为圆心、以所拉制单晶硅棒的1倍直径及以上为半径的圆形区域且覆盖区域不到直壁,更优选是不到弧形连接段。
其中,单晶硅棒在拉制过程中,单晶硅棒的中心轴线与石英坩埚中心线为同轴关系,由于籽晶固定在石英坩埚中心线上,随着石英坩埚的旋转,其中的多晶硅熔体不断在籽晶表面结晶成单晶硅,使单晶硅棒不断长大,而影响单晶硅棒成晶率的决定性因素主要是单晶硅棒周围1倍直径范围内的多晶硅的纯净度,一旦在该范围内出现杂质/无污染,即导致拉制的单晶硅棒出现位错缺陷。设定所拉制的单晶硅棒直径为d,石英坩埚透明层底壁的钡涂层/锶涂层的覆盖区域是以石英坩埚底壁中心为圆心且直径≥2d的圆形区域,圆形区域的边界不到直壁,优选是不到弧形连接段。
优选地,特征b中,所述使用钡或锶掺杂的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁是指:在制备石英坩埚的透明层时,制作底壁的石英砂原料是钡或锶掺杂的石英砂原料,以钡或锶摩尔量计,掺杂浓度为1-100ppm。
优选地,特征b中,所述钡或锶掺杂的石英砂原料是通过将不可溶的钡盐颗粒或锶盐颗粒与石英砂原料混合来实现掺杂,或者将石英砂原料浸泡到钡盐溶液或锶盐溶液中来实现掺杂。其中采用钡盐溶液或锶盐溶液浸泡的方法掺杂效果更均匀,钡或锶杂质分散更均匀,避免出现快速出现过大的方石英岛状物,影响拉晶成晶率。
优选地,步骤c中,金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料中金属杂质包括铝、钙、镁、铬、铜、铁、镍、锰、锂、钠、钾、锆及钛中的一种或几种,这些金属元素的总含量为20-50ppm。
特征d中,合成石英砂原料一般是采用四氯化硅水解法,或TMOS的溶胶凝胶法,还有水玻璃的溶胶凝胶法等所制得的石英砂。合成石英砂是非晶态的。由于合成石英砂是利用化学方法人工合成的石英砂,与天然不同的是,合成石英砂的纯度通常要比天然石英砂高1个数量级。合成石英砂中金属杂质含量极低,但非金属杂质(特别是羟基)含量相对偏高。非金属杂质亦可形核促进坩埚底壁内侧快速形成析晶保护层,但同时由于合成石英砂金属杂质含量极低,因此本发明能够在引入金属杂质污染极少的情况下,快速在底壁内侧形成析晶保护层,又避免因较多金属杂质的引入而易出现首棒拉晶的位错问题。
优选地,特征b、c、d中,使用钡/锶掺杂的石英砂原料或金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料或者合成石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁时,将钡/锶掺杂的石英砂原料或金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料或合成石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,所述中心区域以模具底部中心为圆心,以所拉制单晶硅棒的1倍直径及以上长度为半径的圆形区域;圆形区域的边界不到直壁,优选不到弧形连接段。将石英砂原料铺到该圆形区域内。
优选地,所述石英坩埚还包括外涂层,所述外涂层为设置在石英坩埚底壁外侧的诱发析晶层或设置在石英坩埚直壁局部的诱发析晶层;所述诱发析晶层诱导石英坩埚设有所述外涂层的相应部位表面在高温下由玻璃相转化成高强度的方石英晶体,达到提高石英坩埚强度,防止高温下变形、开裂、鼓包等问题。
其中,在石英坩埚透明层底壁设置涂层或在石英坩埚外部设置涂层的方式为喷涂、浸涂、刷涂等方式,先对石英坩埚本体进行升温,升温后采用喷涂、浸涂、刷涂等方式形成涂层。例如,将钡盐水溶液喷涂到预热至1000℃石英坩埚的透明层底壁内侧表面。
(三)有益效果
经过研究发现,在拉制单晶硅棒工艺中,石英坩埚中的多晶硅熔融后首先流向底部,若此时底部没有析晶保护层,将会导致硅熔体和石英坩埚底壁内表面反应过快,快速产生侵蚀,并由此导致单晶硅首棒难拉制成功,成品率低的主要原因。基于此,本发明的专利主要是解决单晶硅首棒成晶率低的问题,本发明通过在石英坩埚底壁内表面围绕单晶硅棒的中心区域设置钡/锶涂层或该区域采用掺钡/锶的、或金属杂质含量较高的石英砂原料制作,使该中心区域在高温下快速形成析晶保护层,避免多晶硅熔体流到该位置后快速侵蚀导致大量杂质、颗粒等混入多晶硅熔体中,从而影响单晶硅首棒的成晶率。
此外,本发明的技术效果还包括:
(1)与在硅熔体中掺钡/锶的方案相比,本发明可快速准确地在使析晶保护层形成于石英坩埚底壁内侧表面(坩埚在高温下即形成该析晶保护层),避免硅熔化后与英坩埚底壁内侧快速反应导致的大量杂质、颗粒等混入硅熔体的问题,进而保证单晶硅首棒的成晶率。
传统的硅熔体中掺钡/锶的方案中由于熔体流动和石英坩埚的旋转作用,析晶保护层主要出现在石英坩埚的直壁内表面,石英坩埚底壁析晶保护层形成时间较晚且较薄,不能保证单晶硅首棒的成晶率,通常该技术的成晶率只有10-40%。
(2)与将石英坩埚透明层内壁全部喷涂钡(或锶)涂层的方案相比,本发明只在英坩埚底壁内侧表面形成局部涂层或使用钡掺杂原料制作英坩埚透明层底壁,可有效延长石英坩埚的使用寿命、拉晶时长和单埚拉晶产出量,避免初始析晶保护层过多过厚,覆盖面积太大,缩短了坩埚的拉晶寿命,减少了拉晶产出。
石英坩埚内壁全部设置钡涂层/或采用掺钡等石英砂原料制成,虽然可以大幅度提升拉晶的成品率,但由于石英坩埚整个内壁面都含有杂质,使石英坩埚在高温下快速形成初始析晶保护层且析晶保护层覆盖面积大,随着拉晶时间的增加(譬如大于250h),内壁的析晶保护层厚度积累较快,在短时间内会越来越厚,析晶保护层是方石英,和石英玻璃坩埚膨胀系数不一致,方石英易与石英玻璃坩埚本体分离,释放方石英颗粒,引起拉晶断棱(位错),由此导致内壁全涂层的石英坩埚不适合长寿命拉晶,一旦方石英的析晶保护层变厚,石英坩埚只能报废,导致坩埚的服役寿命大大缩短。目前太阳能单晶硅拉晶时间都在300-500h左右,甚至将来会更长时间,内壁全涂层的石英坩埚不能满足太阳能单晶硅拉晶时长需求,而本发明即可解决该技术问题。
(3)本发明只在石英坩埚透明层的底壁表面设置钡/锶涂层(或使用掺钡杂质的石英砂或含金属杂质较高的石英砂为原料制作透明层的底壁),更优选只在以坩埚底壁中心为圆心、1倍单晶硅棒直径为半径的圆形区域内设置钡/锶涂层(或使用掺钡杂质的石英砂或含金属杂质较高的石英砂为原料制作透明层底壁的该区域),最大限度地保证单晶硅首棒的成晶率和减少石英坩埚透明层内壁的杂质量和制备工作量,同时延长单埚的服役时长和增加出晶数量。
(4)与传统追求高纯度石英砂制备石英玻璃坩埚透明层的工艺不同,本发明采用了与传统工艺相反的构思,在石英坩埚的特定区域即坩埚透明层底壁,采用掺钡杂质的石英砂/含较高含量(20-50ppm)金属杂质的石英砂为原料制作,从而在该部位定位诱发析晶保护层,达到提高单晶硅首棒的成晶率和增加拉晶产出量的技术效果。综上所述,本发明为一种兼顾提高单晶硅首棒成晶率和长寿命的石英坩埚。
附图说明
图1为CZ法拉制单晶硅使用的石英坩埚的结构示意图。
图2为CZ法拉制单晶硅的生产过程示意图。
图3为实施例1中底部具有内涂层的石英坩埚示意图。
图4为实施例2中使用钡或锶掺杂的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
实施例1
如图3所示为实施例1中底部具有内涂层的石英坩埚示意图。本实施例是在石英坩埚透明层2底壁内侧C表面设置钡涂层5。钡涂层5为钡的氧化物、钡的硅酸盐、钡的乙酸盐、钡的硅化物、钡的氢化物、钡的氯化物、钡的草酸盐、钡的氢氧化物、钡的碳酸盐及钡的硅氧化物中的任一种或几种,涂层在透明层2底壁内侧C表面的设置量以钡摩尔量计应满足0.01mM/1000cm2-10.0mM/1000cm2。钡涂层5的覆盖区域是以石英坩埚透明层底壁C的中心为圆心的圆形区域。如图所示,假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则设置所述钡涂层5的区域为直径为D的圆形区域,D≥2d。其中圆形区域的边界不到直壁A,更优选不到弧形连接段B。设置涂层的方式为:先对石英坩埚升温,升至1000℃左右,将配制好的乙酸钡喷涂到石英坩埚透明层2底壁内侧C表面即可。
实施例2
如图4所示为实施例1中底部具有内涂层的石英坩埚示意图。本实施例是将石英坩埚透明层2底壁内侧采用掺钡的石英砂原料制成。掺钡的石英砂原料具体可通过将满足玻璃石英坩埚制作要求的石英砂原料浸泡到一定浓度的氢氧化钡溶液中,通过浸泡烘干实现钡掺杂,控制钡在石英砂原料中掺杂浓度为1-100ppm。在制备本实施例的石英坩埚时,将掺钡石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,中心区域以模具底部中心为为圆心的圆形区域。如图所示,假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则铺设所述掺钡石英砂原料的区域为直径为D的圆形区域,D≥2d。其中圆形区域的边界不到直壁A,更优选不到弧形连接段B。
实施例3
与实施例2不同的是,本实施例选择使用金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料制作石英坩埚透明层2底壁内侧。石英砂原料中金属杂质包括铝、钙、镁、铬、铜、铁、镍、锰、锂、钠、钾、锆及钛中的一种或几种,这些金属元素的总含量为20-50ppm。这些通常是石英砂原料中自带的金属杂质。在现有技术方案中,通常需要严格控制制作高纯石英玻璃坩埚的石英砂原料的杂质量。而本发明则特意采用含有较高杂质含量的石英砂原料制作适应玻璃坩埚透明层2的中心区域。
在制备本实施例的石英坩埚时,将含较高金属杂质的石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,中心区域以模具底部中心为为圆心的圆形区域。假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则铺设所述含金属杂质的石英砂原料的区域为直径为D的圆形区域,D≥2d。其中圆形区域的边界不到直壁A,更优选不到弧形连接段B。
实施例4
与实施例2不同的是,本实施例选择使用合成石英砂原料制作石英坩埚透明层2底壁内侧。用纯水稀释原水玻璃材料,制成浓水玻璃溶液,脱碱处理后得到硅酸水溶液,除去铁离子和碱土金属离子,得到高纯度的硅酸水溶液;加热使其全部凝胶化,得到含水硅胶;将含水硅胶在冷冻后随炉冷却,制得二氧化硅颗粒;将二氧化硅颗粒通过酸洗和清洗得到高纯二氧化硅粉末;通过熔化得到高纯度气孔闭合的石英砂。
在制备本实施例的石英坩埚时,将含上述石英砂铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,中心区域以模具底部中心为为圆心的圆形区域。假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则铺设所述合成石英砂原料的区域为直径为D的圆形区域,D≥2d。其中圆形区域的边界不到直壁A,更优选不到弧形连接段B。
以上四种实施例中,技术效果最优是实施例2、其次是实施例1、实施例3和实施例4。实施例2通过在石英砂原料中掺钡,既可以在石英坩埚底壁内测快速形成析晶保护层,又避免引入过多杂质,避免析晶保护层的初始厚度过大,避免随着拉晶时间的增加内壁的析晶保护层在短时间内太厚,析晶保护层脱落释放方石英颗粒,引起拉晶断棱(位错)。实施例1相较于实施例3,可以较少地在石英坩埚透明层引入杂质物。实施例4合成石英砂金属杂质极低,极少引入金属杂质而避免引起拉晶断棱,但同样因含有羟基等非金属杂质而快速在底壁形核形成析晶保护层。但合成石英砂由于纯度太高,硬度不够,耐高温性下降,坩埚寿命或有所缩减,不过因合成石英砂原料仅用于制备坩埚透明层底壁中心区域局部使用,因而对整个坩埚寿命影响不大;同时合成石英砂原料具有低金属杂质含量的特点,可减少方石英岛状物的形成速度,亦可延长单个坩埚的拉晶时长和拉晶产出。
实施例5
本实施例是对实施例1的具体应用。钡涂层(草酸钡)在透明层2底壁内侧C表面的设置量为0.01mM/1000cm2、0.1mM/1000cm2、1mM/1000cm2和10.0mM/1000cm2。钡涂层的覆盖区域是以石英坩埚透明层底壁C的中心为圆心的圆形区域,圆形区域直径D=2d(单晶硅晶棒直径),圆形区域的边界不到弧形连接段B。
测试该坩埚的单晶硅首棒成晶率和拉晶时长如下:
Figure BDA0004177251430000101
当连续两次拉晶断棱时,则停止拉晶,石英坩埚内熔体需做净化处理,坩埚将被报废。
上述结果表明,当钡涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度低于0.01mM/1000cm2时,在CZ法拉制首根单晶硅棒时难以形成有效的析晶保护层;而钡涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度高于10.0mM/1000cm2时,导致初始析晶保护层过厚,影响单晶硅棒产出量。
实施例6
本实施例是对实施例1的具体应用。钡涂层(草酸钡)在透明层2底壁内侧C表面的设置量为1mM/1000cm2。钡涂层的覆盖区域是以石英坩埚透明层底壁C的中心为圆心的圆形区域,圆形区域直径D=2d(单晶硅晶棒直径)、2.6d、4d,圆形区域的边界不到直壁A。
测试该坩埚的单晶硅首棒成晶率和拉晶时长如下:
Figure BDA0004177251430000111
上述结果表明,当钡涂层在石英坩埚透明层2底壁内表面覆盖区域越大时,单晶硅首棒成晶率更高,反之则越小,但钡涂层的覆盖区域越大,单个坩埚的拉制时间变短、单晶硅棒产出量下降。
实施例7
本实施例是对实施例2的具体应用。将制备石英坩埚的石英砂原料放到氢氧化钡溶液中浸泡得到掺钡石英砂原料,掺钡量约为50ppm。浸泡前石英砂原料规格如下:
单位为微克每克
Figure BDA0004177251430000112
在制备本实施例的石英坩埚透明层时,将掺钡石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则铺设所述掺钡石英砂原料的区域为直径为D的圆形区域,D=2d。测试该坩埚的单晶硅首棒成晶率和拉晶时长如下:
Figure BDA0004177251430000113
实施例8
本实施例是对实施例3的具体应用。使用金属杂质含量达到41.7ppm的石英砂原料制备石英坩埚透明层2底壁。石英砂原料规格如下:
单位为微克每克
Figure BDA0004177251430000121
在制备本实施例的石英坩埚透明层时,将含金属杂质的石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,假设所拉制的单晶硅棒直径为d,则铺设所述含金属杂质的石英砂原料的区域为直径为D的圆形区域,D=2d。测试该坩埚的单晶硅首棒成晶率和拉晶时长如下:
Figure BDA0004177251430000122
实施例9
本实施例是对实施例4的具体应用。制备的坩埚透明层底壁由合成石英砂原料制备得到。测试该坩埚的单晶硅首棒成晶率和拉晶时长如下:
Figure BDA0004177251430000123
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,所述石英坩埚具有以下任一种特征:
a、在石英坩埚透明层底壁内侧设置钡涂层或锶涂层;
b、使用钡或锶掺杂的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;
c、使用金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁;
d、使用合成石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁。
2.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征a中,所述钡涂层为钡的氧化物、钡的硅酸盐、钡的乙酸盐、钡的硅化物、钡的氢化物、钡的氯化物、钡的草酸盐、钡的氢氧化物、钡的碳酸盐及钡的硅氧化物中的任一种或几种;所述锶涂层为锶的硝酸盐、锶的氯化物、锶的草酸盐、锶的乙酸盐、锶的氢氧化物、锶的碳酸盐、锶的氧化物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征a中,钡涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度以钡摩尔量计,满足0.01mM/1000cm2-10.0mM/1000cm2;锶涂层在石英坩埚透明层底壁的设置浓度以锶摩尔量计,满足0.01mM/1000cm2-10.0mM/1000cm2
4.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征a中,所述钡涂层或锶涂层的覆盖面为以石英坩埚透明层底壁中心为圆心、以所拉制单晶硅棒的1倍直径及以上长度为半径的圆形区域且圆形区域的边界不到直壁。
5.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征a中,所述钡涂层或锶涂层的覆盖面为以石英坩埚透明层底壁中心为圆心、以所拉制单晶硅棒的1倍直径及以上长度为半径的圆形区域且圆形区域的边界不到弧形连接段。
6.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征b中,所述使用钡或锶掺杂的石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁是指:在制备石英坩埚的透明层时,制作底壁的石英砂原料是钡或锶掺杂的石英砂原料,以钡或锶摩尔量计,掺杂浓度为1-100ppm。
7.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征b中,所述钡或锶掺杂的石英砂原料是通过将不可溶的钡盐颗粒或锶盐颗粒与石英砂原料混合来实现掺杂,或者将石英砂原料浸泡到钡盐溶液或锶盐溶液中来实现掺杂。
8.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,步骤c中,金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料中金属杂质包括铝、钙、镁、铬、铜、铁、镍、锰、锂、钠、钾、锆及钛中的一种或几种,这些金属元素的总含量为20-50ppm。
9.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,特征b、c、d中,使用钡/锶掺杂的石英砂原料或者金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料或者合成石英砂原料制备石英坩埚透明层底壁时,将钡/锶掺杂的石英砂原料或金属杂质含量为20-50ppm的石英砂原料或合成石英砂原料铺在石英坩埚制备模具底部的中心区域,所述中心区域以模具底部中心为圆心,以所拉制单晶硅棒的1倍直径及以上长度为半径的圆形区域;圆形区域的边界不到直壁。
10.根据权利要求1所述的一种提高单晶硅首棒成晶率的长寿命石英坩埚,其特征在于,所述石英坩埚还包括外涂层,所述外涂层为设置在石英坩埚底壁外侧的诱发析晶层或设置在石英坩埚直壁局部的诱发析晶层。
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