[发明专利]一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶硅铸锭领域，尤其涉及一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法。

背景技术

目前产业化的铸造单晶硅锭主要采用的方法是在坩埚底座铺垫籽晶，利用未熔化完的单晶块作为籽晶生长出单晶硅锭。

在坩埚底座铺垫籽晶后，由于坩埚本体以及在喷涂在坩埚本体表面的氮化硅纯度一般为99～99.9％，含有较多杂质，在高温条件下，这些杂质通过固态扩散进入籽晶中，伴随晶体生长，沿着未熔化的籽晶方向进行生长。这样籽晶中的杂质又通过固态扩散进入刚生长出来的晶体中，导致硅锭尾部少子寿命降低，低少子寿命区域偏长。另外，这部分籽晶与坩埚直接接触，也会导致籽晶中杂质含量增多。当回收利用这部分籽晶时，坩埚本体底座以及氮化硅层中的杂质通过固态扩散进入籽晶中，导致籽晶的少子寿命下降，晶体质量下降。当再次使用时未熔化的籽晶又一次引入新的杂质，导致二次回收籽晶铸造出来的硅锭低少子寿命区域更加长，影响硅锭利用率。并且多次使用的籽晶由于受到多次杂质污染，晶体质量下降，从而导致由籽晶生长出来的新的晶体质量更差。从而，未熔化的籽晶的重复使用次数也受到影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法。本发明坩埚可阻挡在高温阶段下，坩埚本体底座和氮化硅层中的杂质通过固态扩散进入籽晶中，从而降低硅锭尾部低少子寿命区域长度。同时，未熔化的籽晶也可以进行重复利用。

一方面，本发明提供一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚，包括本体、氮化硅层和隔离层，本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层附着在朝向收容空间的本体底座和侧壁，隔离层附着于所述氮化硅层之上，朝向收容空间内的本体底座。

优选地，所述隔离层选自纯度为99.90％～99.99％的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一种或几种。更优选地，石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜的纯度为99.99％。

金属在致密的氧化硅膜和氮化硅膜中具有低的扩散系数，因此，通过在坩埚底座氮化硅层与籽晶之间设置一高纯材料的隔离层，可阻碍坩埚本体底座和氮化硅层中的杂质扩散进入籽晶中。高纯材料隔离层的设置，避免了坩埚底座与籽晶的直接接触，减少了杂质对籽晶的污染，进而减少了沿籽晶方向生长的晶体中的杂质。从而，所铸成的硅锭的底部由于杂质量的减少，低少子寿命区域降低，硅锭质量及利用率得到提高。

同时，籽晶中的杂质含量少，可以进行多次回收利用，提高籽晶利用率，降低生产成本。

更优选地，所述石英玻璃为石英玻璃片或石英玻璃板，其厚度为0.01～10mm。更优选地，石英玻璃片或石英玻璃板的厚度为1mm。

优选地，所述氧化硅和氮化硅为致密的薄膜，其膜厚度为10nm～10um，致密度为99.0％～99.9％，更优选地，氧化硅膜和氮化硅膜的厚度为100nm，致密度为99.9％。

另一方面，本发明提供了一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚的制备方法，包括以下操作步骤：取一喷涂好氮化硅层的石英或陶瓷坩埚，在坩埚本体底座的氮化硅层之上设置一隔离层。

优选地，所述隔离层选自纯度为99.90％～99.99％的石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜中的一种或几种。更优选地，石英玻璃、氧化硅膜和氮化硅膜的纯度为99.99％。

优选地，所述石英玻璃为石英玻璃片或石英玻璃板，其厚度为0.01～10mm。更优选地，石英玻璃片或石英玻璃板的厚度为1mm。

优选地，所述氧化硅和氮化硅为一层致密的薄膜，其膜厚度为10nm～10um，致密度为99.0％～99.9％，更优选地，氧化硅膜和氮化硅膜的厚度为100nm，致密度为99.9％。

优选地，所述氮化硅薄膜采用化学气相沉积方法沉积。更优选地，氮化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积。

化学沉积法沉积形成的氮化硅膜，成膜速度快，产量高，沉积出来的膜致密度高。

优选地，所述氧化硅薄膜采用在硅片上高温氧化生长法获得。

优选地，所述隔离层为单层或多层。为得到良好的隔离效果，保护籽晶免受坩埚本体底座及氮化硅层中杂质的污染，高纯材料的隔离层可为单层石英片或石英板或氮化硅膜或氧化硅膜；也可为石英片或石英板与氮化硅膜和氧化硅膜的多层组合的复合隔离层。

本发明提供的一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法，具有以下有益效果：