[发明专利]用于适用于半导体制造的硅的坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及由无机材料、尤其氮化合的氮化硅制成的烧结块

背景技术

对于由纯的氮化硅制成的坩埚(Tiegel)大致存在两个应用可行性。一个应用是代替石墨窑具(Brennhilfsmittel)用于制造由氮化硅制成的窑具，该窑具在生产Si₃N₄构件时使用，此外用于非铁熔炼，例如铝熔炼和硅熔炼。

目前，在制造Si₃N₄构件时，使用由石墨制成的坩埚和盘子。炉内气氛(Ofenatmosphaere)很大程度上对于烧结产品的品质负责。因为Si₃N₄倾向于与石墨的碳起反应，所以由石墨制成的燃烧盘(Brennplatte)和内壁优选地涂覆有昂贵的氮化硼(Bornitrid)，以便抑制该反应。因此，特定的窑具、如用于制造由氮化硅制成的构件的由氮化硅制成的坩埚或盘子是优选的。目前，在光电学中为了拉拔单晶硅(Siliziumeinkristall)也使用由石英制成的坩埚，该坩埚仅可使用一次。利用本发明追求用于多次使用的坩埚，以便与传统的石英坩埚相比实现经济性的提高。

对于该问题的解决方案为由氮化硅制成的坩埚。然而，由单件构成的独立式坩埚具有如下问题，即，该坩埚在使用期间可能断裂(reiβen)，这是因为氮化硅如许多陶瓷材料一样对拉应力敏感。

此外，商业上所期望的基准尺寸为大约70cm x 70cm至大约90cmx 90cm尺寸的独立式坩埚的制造是较困难，这是因为对于这种体积大的生坯燃烧炉必须显著地设计为大尺寸。

文件WO 2007/148986和文件WO 2007/148987示出由氮化硅制成的独立式坩埚和用于制造的方法。通过在燃烧前组装由多个彼此相接合的盘子构成的坩埚并且利用特定的、低粘度的糊状物(其在烧制反应(Reaktionsbrand)之后一起得到由单个盘子构成的独立式坩埚)来密封，该文件解决困难的制造可行性的上述问题。然而，在该结构类型中，由于坩埚角缘(Tiegeleckkant)的高刚度而存在该风险，即，边缘区域处于拉应力下并且可能产生断裂。

发明内容

本发明的目的是提供新型坩埚，其可以以成本有利的方式来制造，其中，尤其在传统的炉子中可在没有大的死容积(Totvolumen)的情况下工作，并且其中，在使用时同时可避免坩埚的断裂。

该目的通过根据权利要求的坩埚来实现。至今设定，坩埚必须始终密封地封闭，以便防止液化的硅的流出并且由此防止损失或污染，这必须或者通过缝隙的特别的密封或者而氮化硅盘的紧密的彼此接合来引起。

现在令人惊讶地发现，这不是必需的。首先，坩埚不必始终、而是仅在存在硅熔炼时紧密地闭合，这是因为接合缝隙(Fügespalt)的缝隙宽度必须仅足够小，以便防止粉末倾注(Pulverschüttung)的侵入(Eindringen)。第二，不必存在完全的密封，这是因为液态的硅由于其湿润特性(Benetzungsverhalten)及其表面应力而表现不同于其它的流体(诸如水)，使得坩埚中的狭长的、未封闭的接合缝隙(其似乎可作为膨胀缝(Dehnungsfuge)起作用并且因此可防止断裂)使得硅不流出成为可能，。

因此，本发明基于如下构思，即，将单个盘子如此地彼此接合成坩埚，使得接合缝隙首先通过材料的热膨胀而闭合并且因此避免所产生的机械应力，其可能导致坩埚的破裂。此外，本发明基于如下构思，即，接合缝隙在产生熔炼的硅时不必完全闭合，而是当该接合缝隙足够窄和长使得液态的硅由于其湿润特性及其表面应力不可流出时，则已足够。由此引起，盘子由于自身的热膨胀相互不受压并且因此不产生所不期望的拉应力，其导致坩埚或坩埚部件的断裂或破裂。由此引起，根据本发明的坩埚可多次再利用。

因此本发明涉及用于制造适用于半导体制造的硅的坩埚，其中，坩埚由多个构件构成并且具有至少一个不封闭的接合缝隙。

对于在从1400℃至1600℃之间的范围中的最大的使用温度，接合缝隙具有通常大约0.05mm至0.5mm、有利地尤其0.1mm至0.2mm的宽度。