[实用新型]用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及石英坩埚的成型棒结构，特别是一种用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构。

技术背景

采用切克劳斯基(Czochralski)法拉制单晶硅时，石英玻璃坩埚被用于容纳硅熔体。在此方法中，一粒具有预定取向的种晶被浸入熔体，然后缓缓拉出。种晶和熔体以不同方向旋转，种晶和熔体之间的表面张力使得熔体随种晶被拉出，所述熔体逐渐凝固，最终固化成一个不断生长的硅单晶。在拉制单晶硅的过程中石英坩埚处于软化状态，因此在石英坩埚的外侧需放置三瓣石墨坩埚对石英坩埚起到支撑作用。为减少坩埚与石墨之间的摩擦以及在拉晶时坩埚与石墨之间的反应，在石墨坩埚和石英坩埚之间通常会放置一层一次性使用的石墨纸，这样可以显著提升石墨坩埚的使用寿命。由于石墨纸的杂质含量(尤指Li，Na，K，Fe等金属类杂质)时而会出现大幅波动现象，在高温状态下，这些杂质会促进石英坩埚与其接触的部分由玻璃态二氧化硅向结晶态转变，即通常称为的“析晶”。在单晶硅拉制结束冷却的过程中，坩埚底部的剩硅会从液面开始逐渐向更深处发生由液态硅转变成固态硅的过程，由于液面最开始形成一个“硬壳”，该“硬壳”最边上与石英坩埚紧紧粘连，这样随着剩硅总体积的增加，应力逐渐产生，此时由于玻璃态的坩埚仍然处于软化状态，所以该应力就会使坩埚底部向下膨胀，但此时如果坩埚底部外层析晶严重，晶态二氧化硅无法发生相应的膨胀，所以坩埚底部会产生龟裂进而撕扯底部，还处于玻璃态的石英产生通透于坩埚底部的微裂痕，发生“渗硅”现象，对石墨埚、底座甚至设备造成破坏。在相同条件下，充分提高组成坩埚的二氧化硅纯度是可以相对降低坩埚的析晶进程的，而提高坩埚纯度的直接方法就是使用更高纯度的石英砂原料。

成型棒是一种具有一定外边沿轮廓形状的棒或板，在石英坩埚成型过程中，利用其外沿刮石英砂，从而使石英砂形成与成型棒一致的形状。刮石英砂的过程，就是成型棒不断向模具靠近的过程，成型棒与模具的距离就是石英砂料层的厚度，也决定了最终坩埚的厚度和形状。如何通过改进成型棒结构来改善石英坩埚底部的“析晶”现象是本申请着力解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种解决上述问题的用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，其结构简单，使用可靠，操作方便，减少乃至消除石英坩埚因底部析晶造成的渗硅现象。

本实用新型的技术方案是：

一种用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，其特征在于：所述成型棒的外轮廓由从上至下依次相接的直壁段、接近于成型坩埚底部的外轮廓并与其平行的外凸段、接近于成型坩埚底部的内轮廓并与其平行的内凹段组成，所述直壁段与成型坩埚直壁段的内轮廓之间留有间距，所述内凹段一直延伸至坩埚对称轴，所述外凸段和直壁段之间利用圆弧过渡。

上述的用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，所述成型棒的直壁段到坩埚对称轴之间的距离为R2，R2＝D/2-2*d-0.1*D，其中D为成型坩埚外径，d为成型坩埚厚度，所述内凹段的起始端到坩埚对称轴之间的距离为R1，R1为R2的50％-60％。

上述的用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，所述内凹段与成型坩埚底部的内轮廓的距离为d1，d1＝2mm-4mm。

上述的用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，所述外凸段与成型坩埚底部的外轮廓的距离为d2，d2＝3mm-5mm。

上述的用于制造高纯料底部石英坩埚的成型棒结构，所述外凸段和直壁段之间的圆弧半径r＝10mm-30mm。

本实用新型的有益效果是：

1、本申请成型棒的外凸段和内凹段形成了填充高纯石英砂的区域，该区域覆盖了坩埚底部析晶最严重的区域，能有效减少析晶的产生和扩张，在石英坩埚成型过程中，在该区域使用高纯石英砂原料替代普通石英砂，在只增加少量成本的情况下，显著减少坩埚拉晶过程中底部外壁的析晶程度，从而减少乃至消除拉晶收尾后单晶炉冷却阶段由于埚底剩硅膨胀而造成的坩埚龟裂和渗硅现象；

2、直壁段与成型坩埚的内轮廓之间的距离可以防止刮高纯石英砂时刮到普通料，而造成混料。

附图说明

图1是本实用新型的成型棒外轮廓结构示意图；

图2是利用本实用新型的成型棒结构的工艺流程示意图一；

图3是利用本实用新型的成型棒结构的工艺流程示意图二；

图4是利用本实用新型的成型棒结构的工艺流程示意图三。

图中：1.坩埚对称轴、2.外轮廓、3.内轮廓、4.直壁段、5.内凹段、6.外凸段、601.圆弧。

具体实施方式