[发明专利]一种石英坩埚涂钡工艺及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及石英坩埚制造工艺领域，这种坩埚特别用于单晶硅的生产。

背景技术

目前，生产单晶硅棒通常在石英坩埚中进行，而由于冶炼单晶硅棒时温度可达1400摄氏度左右，在此温度下，如果石英坩埚表面未经过任何处理，则在生产过程中，熔融的硅熔体会与石英坩埚内壁产生化学反应，对石英坩埚内壁产生侵蚀，影响石英坩埚在高温下强度，因此这种坩埚只能使用48-50小时，只能加工一次料就变形报废了，炼出来的单晶硅棒长度一般只有1米左右，在单晶硅切割过程中，无法完全满足日益发展的工业需求。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有内表面涂钡的生产单晶硅棒的石英坩埚，这种坩埚工作寿命明显延长。

本发明的技术方案为：

在18英寸到28英寸坩埚石墨模具中加入石英砂，在转数为70-150转/分钟的模具旋转过程中，加热升温达到2400-2900℃；石英砂在模具旋转离心力作用下熔化成型，然后用振动器振动；用石英管向模具内导入70-3500克化合钡，在高温下和坩埚内壁石英砂反应，生成厚度为0.04-1mm的硅酸钡；待坩埚冷却后在氢氟酸液体中浸泡除杂，再用纯水冲洗，在无尘室内净化风干包装。

在以上技术方案中，化合钡采用尤他六掺钡(IOTA-6Ba)。

在以上技术方案中，其中在制造18英寸坩埚中，模具转数为80转/分钟；在制造20英寸坩埚中，模具转数为83转/分钟；在制造22英寸坩埚中，模具转数为85转/分钟；在制造24寸坩埚中，模具转数为90转/分钟；在制造28英寸坩埚中，模具转数为105转/分钟。

在以上技术方案中，在制造18英寸坩埚中，导入的尤他六掺钡量为70到980克，在制造20英寸坩埚中，导入的尤他六掺钡量为120克，在制造22英寸坩埚中，导入的尤他六掺钡量为210到2200克，在制造24英寸坩埚中，导入的尤他六掺钡量为300克，在制造28英寸坩埚中，导入的尤他六掺钡量为960到3500克。

硅酸钡化学性质稳定，因此经涂钡的坩埚产品在1420℃的高温状态下长期使用，不会变形，能有效使用50小时以上，一般能达到180小时，甚至更高，可多次加料，使炼出来的单晶硅棒长度增加25％左右，在单晶硅切割加工过程中，可完全满足日益发展的各类工业需求。冶炼出来的单晶硅棒的直径大小处决于冶炼时所使用的坩埚大小，而冶炼出来的单晶硅棒的长度则必须处决于冶炼时间的长短。由于使用涂钡坩埚，可使单晶硅生产厂家在使用同一个坩埚，冶炼单晶硅棒时，可多次加料，冶炼出较长的单晶硅棒产品，这就降低了能源消耗，提高了生产效率。

一种采用本发明工艺所生产的石英坩埚，此种经涂钡的石英坩埚产品包括石英坩埚层和硅酸钡层，硅酸钡层在石英坩埚层内侧。

具体实施方式

在18英寸到28英寸坩埚石墨模具中加入石英砂，在转数为80-105转/分钟的模具旋转过程中，加热升温达到2400-2900℃；石英砂在模具旋转离心力作用下熔化成型，然后用振动器振动；用石英管向模具内导入70-3500克化合钡，在高温下和坩埚内壁石英砂反应，生成厚度为0.04-1mm的硅酸钡；待坩埚冷却后在氢氟酸液体中浸泡除杂，再用纯水冲洗，在无尘室内净化风干包装。化合钡采用尤他六掺钡(IOTA-6Ba)。

模具转速越大，加热温度越高，则可使尤他六掺钡原料越快雾化，使钡分子运动速度更快，更猛烈地与坩埚壁碰撞，与坩埚表面的二氧化硅产生更激烈的反应，更快地在坩埚表面形成硅酸钡涂层，使涂钡坩埚的涂层厚度增加。显而易见的是导入的尤他六掺钡越多，坩埚表面形成硅酸钡速度越快，涂层也越厚。

工艺过程大致如下：

加料-升温熔融-加钡-冷却-切削-浸泡-净化

实施例1

20英寸坩埚

在石墨模具中加入石英砂，在转数为83转/分钟的模具旋转过程中，加热升温达到2500℃，石英砂在模具旋转离心力作用下熔化成型，然后用振动器振动，并用石英管向模具内导入尤他六掺钡(IOTA-6Ba)120克，在2500℃高温下和坩埚内壁石英砂反应，生成厚度为0.05mm的硅酸钡，最后待坩埚冷却后在氢氟酸液体中浸泡除杂，再用纯水冲洗，在无尘室内净化风干包装。

实施例2

24英寸坩埚