[发明专利]一种石英玻璃坩埚及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种石英玻璃坩埚，特别是在提拉法生产单晶硅中使用的石英玻璃坩埚，以及所述石英玻璃坩埚的制备方法。

(二)背景技术

石英坩埚作为直拉单晶硅过程中盛放多晶硅料的容器被广泛采用，因此石英坩埚作为与单晶硅料直接接触的物体，决定了单晶硅能否顺利生产的关键因素。其中在直拉法生产单晶硅过程中，造成拉晶失败的一个主要原因，就是在石英玻璃坩埚内表面上形成的方石英脱落后进入熔融的硅熔体当中造成的。

目前，解决此问题的方法中，多采用含有碱土金属的结晶促进剂涂覆到坩埚内表面上，以在单晶拉制的早期阶段，坩埚内表面形成致密的方石英结晶层来抑制脱落，例如中国专利03108420在坩埚的整个或部分侧面上涂覆金属氧化物涂层；中国专利02154513.8中采用在坩埚表面上涂布结晶促进剂后，进行高温烧成的方法，将涂层烧成在坩埚上。

但这些涂层方法中，存在着如下问题：

(1)由于坩埚内表面上的涂层与坩埚内表面的结合力较弱，涂层容易在运输和使用过程中发生脱落，使得涂层不能起到本应有的效果，甚至引起反作用；

(2)由于这些涂层的粘附力较弱，因此在洗涤过程中非常容易被冲洗掉，尤其不能满足坩埚进行酸洗净的要求；

(3)该工艺是在坩埚制作完成后，进行的涂层加工，工艺流程长，操作复杂，以及存在着坩埚易被二次污染等严重影响坩埚质量的风险。

而美国专利US6,641,663B2公开了使用掺杂有含Ba元素的石英砂制作坩埚内层的方法，虽解决了上述问题，但该方法制作的坩埚内层Ba元素含量较低(5～150ppm)，制作的坩埚内层较厚(0.2～1.0mm)。发明人在实验中发现，按照专利US6,641,663B2公开的方法制备石英玻璃坩埚，由于其内层Ba元素含量低，制得的坩埚在拉制单晶的过程中，易造成方石英结晶层在坩埚内表面分布不均匀。而为了保证拉晶效果，就需要增加坩埚内层的厚度，而内层的厚度增大会造成方石英层过厚等不利的影响，而且显然内层厚度增大就要增加内层石英砂的用量，加大成本。

(三)发明内容

本发明的目的是为了提供一种石英玻璃坩埚及其制备方法，以解决坩埚在使用过程中内表面上方石英结晶层脱落、以及方石英结晶层分布不均匀或方石英结晶层较厚等对拉晶产生不良影响的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚包括坩埚基体，其特征在于所述石英玻璃坩埚的坩埚基体的内表面上涂敷有理论厚度为50～500μm的透明涂层，所述透明涂层是通过熔融掺杂有碱土金属元素的石英砂制备得到，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，优选合成石英砂，所述碱土金属元素是指镁元素、钡元素、锶元素或钙元素，优选钡元素，所述碱土金属元素来自于氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物，所述掺杂有碱土金属元素的石英砂中碱土金属元素的质量含量为400～2000ppm，所述内表面是指坩埚基体的底部内表面、坩埚基体的壁部内表面或坩埚基体的全部内表面。

所述碱土金属的碱为下列之一或两种以上的混合：氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化钙，优选氢氧化钡。