[发明专利]钨掺加层坩埚及其制造方法

说明书

本发明涉及一种钨掺加层坩埚和一种制造钨掺加层坩埚的方法。更主要是涉及用钨掺入石英坩埚的内表面，外表面，或内、外两表面，产生一个起到与用于晶体生长过程的无泡层相同作用的薄层的一种方法。

在用切克劳斯基(晶体生长)法生产单晶硅时，多晶硅首先要在石英坩埚内熔融。多晶硅熔融且温度均衡后，将一籽晶浸入熔融物，接着晶体析出形成单晶硅结晶块，同时将石英坩埚旋转。由于在结晶块生长期间温度达到特别高，结晶块生长时石英坩埚会在坩埚-熔融物界面缓慢地溶化。

由于结晶块生长时所面临的苛刻条件，高质量的石英玻璃以其纯度、温度稳定性和化学安定性而成为半导体技术中一种不可或缺的坩埚材料。目前，切克劳斯基(晶体生长)法中所采用的坩埚多数用一种石英矿砂制造。可以采用碱纯度水平和颗粒尺寸有区别的几种不同级别的矿物石英。然而与级别无关，这些原材料以两种形式含有气体形成物或生成物。第一种，气体可吸附在石英砂的表面上。因为吸附的气体高温下可能离开颗粒表面并聚集形成大尺寸气泡，故这类形成物一般称作“气泡形成物”。第二类气体形成物是砂粒本身内部溶解的气体。同样，在高温下，溶解的气体也会聚集并形成气泡。石英砂中吸附和溶解的气体样品包含有氮、氩、氧或别的有机类气体。这些气体形成物，与熔融石英坩埚内本来就存在的气泡一道，可能会在晶体生长过程中产生许多问题，并导致结晶块缺陷。

在晶体生长过程中使用石英坩埚，硅石母体内的气体形成物在坩埚内表面和坩埚内表面下面可聚集，产生核晶作用和/或气泡在坩埚表面生长而导致坩埚有效加热期的缩减。这一气泡核晶作用和/或在坩埚内表面生长可致使在石英表面上形成凹点，此凹点又会可导致形成微粒，微粒又可能会进入熔融物而使生长的结晶块失去其完美结构。一般用于结晶块生长过程的坩埚在表面上可能含有约20个凹点/cm²，每个凹点直径大约100至400微米。另外，气泡形成物本身会被带到硅熔融物-晶体交界面，成为生长的晶体的一部分，使晶体中产生空泡缺陷。

为了提高用于结晶生长过程的石英坩埚的功能性，单晶体结晶块的切克劳斯基(晶体生长)法中所采用的坩埚一般有两个相异薄层。与支撑坩埚的石墨基座接触的外层，含有高密度气泡来控制到熔融物和生长的结晶块的辐射热量传导。与硅熔融物接触的坩埚内层，含有减少了气泡的薄层，在本领域中一般称作“无泡层”或“净层”。此无泡层并非完全无泡，一般在晶体生长过程中暴露于高温下，故可能会由于核晶作用和/或气泡生长而剥蚀，这就限制了坩埚的寿命，并可能使生长的结晶块质量下降。

近来，在本领域中人们做了许多尝试，以制出一种在坩埚内表面上基本没有气泡的无泡层。尽管针对气泡的产生在内层的热稳定性方面作了一些改进，但由于至今所使用的方法不能将石英颗粒组成的坩埚上吸附的或其内部溶解的气体完全排出，气泡在结晶块生长时还是会成核和/或生长。因此，在本领域中还是需要一种内表面具有基本无泡层的石英坩埚，使得不出现结晶块裂构。另外，生产中还需要一种外表面具有基本无泡层的石英坩埚，在结晶块生长、与石墨基座接触时能够使坩埚的化学稳定性提高。

因此，本发明的目的在于，提供一种用来生产在内表面具有钨掺加层的石英坩埚的方法；提供一种用来生产在外表面具有钨掺加层的石英坩埚的方法；提供一种用来生产在内、外两表面具有钨掺加层的石英坩埚的方法；提供一种用来生产涉及核晶作用和/或气泡生长的热稳定性提高了的石英坩埚的方法；和提供一种与石墨组份反应能力降低了的坩埚。

因此，简而言之，本发明是针对一种制造具有钨掺加层的石英坩埚的方法。此方法包括在坩埚表面上涂镀钨和在一基本上无氧的场区将钨扩散到坩埚表面里。

本发明还针对一种制造具有二个钨掺加层的石英坩埚的方法。此方法包括在坩埚的内、外两表面上涂镀钨和在一基本上无氧的场区将钨退火渗入到表面里。

本发明还针对一种制造在一个内表面上具有钨掺加层的石英坩埚的方法。此方法包括在一基本上无氧的场区将钨源通电来加热钨源、产生钨蒸汽。加热钨源的场区由坩埚的内面确定。内表面暴露于钨蒸汽中让钨扩散到内表面里、生成一个钨掺加层。

本发明还针对一种制造具有钨掺加层的石英坩埚的方法。此方法包括将一层含钨化合物涂镀到坩埚的一个表面并让其干燥。然后用一层硅石涂盖此涂层，并将坩埚在约550℃至900℃的温度下退火处理，使化合物和硅石层相互扩散，在坩埚内生成一个含钨至少约100ppba的薄层。