專利名稱:含涂層的SiC復(fù)合坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型公開了一種用于拉制單晶硅,對單晶硅污染少、使用壽命長、可大批量生產(chǎn)的新坩堝。
背景技術(shù):
拉制單晶硅時,需用坩堝做盛裝硅熔體的容器。用石英玻璃坩堝做容器使用壽命較短,因熔融硅與石英之間有化學(xué)反應(yīng),此坩堝還對單晶硅還有污染。在用電弧法制造石英坩堝時,需用純度高而價格貴的石英粉;在生產(chǎn)的過程中,能耗較大,噪聲較高。三十年來, 不少人都在努力尋找新的坩堝,方案很多,但因存在各種問題,均未能最后成功?,F(xiàn)在拉制單晶硅時,仍全部采用電弧法制造的石英坩堝做盛裝硅熔體的容器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是找到一種用于拉制單晶硅,可大量生產(chǎn)的新坩堝。此坩堝對拉制的單晶硅的不良影響少,使用壽命長,生產(chǎn)坩堝的過程中原料損耗少、能耗低、噪聲小。本實用新型的坩堝,由SiC復(fù)合坩堝坯和內(nèi)表面涂層構(gòu)成;其制備法在選材和成型時,采用類似于現(xiàn)有制造SiC樹脂砂輪片的原料和成型工藝在熱壓機的模腔內(nèi),將熱固性樹脂與SiC顆粒的混合物壓制成型、加熱固化為多孔的坩堝毛坯;之后,在絕氧的條件下用高溫炭化的方式將毛坯的混合物中的樹脂炭化或炭/硅化,轉(zhuǎn)化成C/SiC或SiC/SiC的復(fù)合坩堝坯;最后,在坩堝坯的內(nèi)表面,增設(shè)耐高溫的隔離涂層。坩堝坯的坯壁與坯底可分別壓制;之后再用樹脂粘合成一體。坩堝坯的坯壁含至45%的坡度,最佳坡度為5%至10%。熱固性樹脂為酚醛樹脂或呋喃樹脂,內(nèi)可含Si微粉。耐高溫的隔離涂層,或為化學(xué)氣相沉積碳化硅涂層、或用熱固性樹脂涂在內(nèi)表面, 炭化后生成一層玻璃炭涂層、或直接熱噴涂石英玻璃層。坩堝的CVD-SiC涂層,采用三氯甲基硅烷做化學(xué)氣相沉積(CVD)時的材料源,將倒置的坩堝坯加熱到1150°C左右,再向坩堝坯腔內(nèi)送入氫氣、氬氣和三氯甲基硅烷的混合氣.此混合滬氣在高溫的坩堝內(nèi)壁上分解,產(chǎn)生的SiC沉積在壁上,即是所需的CVD-SiC涂
層坩堝的玻璃炭涂層,采用樹脂涂復(fù)在坩堝的內(nèi)表面,在隔氧的條件下加熱,最終生成一層類似于玻璃結(jié)構(gòu)的玻璃炭涂層。此坩堝即為本實用新型的供單晶硅生長用,含涂層的SiC復(fù)合坩堝。本實用新型的坩堝有如下優(yōu)點1、本實用新型用類似于SiC樹脂砂輪片的原料和熱壓成型工藝,生產(chǎn)多孔SiC復(fù)合坩堝坯,工藝簡單、成熟,其多孔狀態(tài)便于排出樹脂固化和炭化時所產(chǎn)生的氣體,可極大的提高工效,降低成本,據(jù)此可大量生產(chǎn)出比石英玻璃性能更好的SiC坩堝。2、石英玻璃的軟化點遠低于硅的熔點,石英坩堝在使用時易軟化變形;而SiC材料強度高,且無熔點,高溫下材料的強度還要提高,在使用時不會變形,使用壽命很長??梢虼巳∠F(xiàn)有單晶爐內(nèi)石英玻璃坩堝外的石墨坩堝保護套。3、石英玻璃要與熔融的硅起反應(yīng),污染單晶硅;SiC的化學(xué)性能極其穩(wěn)定;硅的熔點為1412°C,遠低于SiC的起始分解溫度2200°C,故SiC對熔融硅也是非常穩(wěn)定的。本坩堝材料對單晶硅的污染小。4、坩堝內(nèi)表面用CVD-SiC作涂層處理時,因涂層的純度極高(可到六個9),雜質(zhì)少 (可小于1PPM),坩堝內(nèi)表面材料中的雜質(zhì)對所盛物污染將更少。5、坩堝基層由石英玻璃改為用C/SiC后,其材料的導(dǎo)熱系數(shù)將提高數(shù)倍至十?dāng)?shù)倍,除有利于使用時的傳熱與勻熱外,也有利于物料在熔爐內(nèi)增大傳熱速度,提高單位時間的熔融量。6、在生產(chǎn)坩堝坯時,對承力層原料的純度要求低;原科的利用率高;噪聲??;粉塵少;能耗低很多。7、本坩堝的CVD-SiC涂層,其原料為三氯甲基硅烷。它是半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)多晶硅時的廢棄物,極難處置。利用此物做本坩堝的涂層系一舉數(shù)得。8、采用熱固性樹脂時,樹脂炭化后將可能自動生成密實的玻璃炭。9、本刁發(fā)明采用的原料和工藝均為已有成熟的原料和工藝。本實用新型所述的含涂層的SiC坩堝,質(zhì)量好,壽命長;其工藝可批量生產(chǎn)本新型所述的含涂層的SiC坩堝、生產(chǎn)過程節(jié)能,環(huán)保。本坩堝能完全替代現(xiàn)有的石英坩堝。發(fā)明附圖
圖1為坩堝剖面示意圖。發(fā)明具體實施以下是本實用新型的一個具體實施例坩堝剖面示意圖見圖1。圖中1、坩堝壁;2、坩堝底;3、CVD-SiC涂層。本實施例選材和成型時采用類似于現(xiàn)有SiC樹脂砂輪片的原料和成型工藝在熱壓機的模腔內(nèi),將熱固性樹脂與SiC顆粒的混合物壓制成型、加熱固化為坩堝毛坯;之后, 在無氧的條件下用高溫炭化的方式將毛坯的混合物中的樹脂炭化或炭/硅化,轉(zhuǎn)化為C/ SiC或SiC/SiC坩堝坯;最后在坩堝坯的內(nèi)表面,增設(shè)耐高溫的隔離涂層。本實施例中,坩堝坯的坯壁與坯底分別壓制;之后再在炭化前用樹脂粘合成一體。本實施例中,坩堝坯的坯壁的坡度為5%。本實施例中,樹脂為熱固性酚醛樹脂。本實施例中,在坩堝的外表面可增設(shè)一層纏繞成型的炭纖維/樹脂增強復(fù)合材料。 本實施例中,坩堝的CVD-SiC涂層,采用三氯甲基硅烷做化學(xué)氣相沉積(CVD)時的材料源,將倒置的坩堝坯加熱到1150°C左右,再向坩堝坯腔內(nèi)送入氫氣、氬氣和三氯甲基硅烷的混合氣.此混合氣在高溫的坩堝內(nèi)壁上分解,產(chǎn)生的SiC沉積在壁上,即是所需的 CVD-SiC 涂層本實施例中,坩堝的玻璃炭涂層,采用樹脂涂復(fù)在坩堝的內(nèi)表面,在隔氧的條件下加熱,最終生成一層類似于玻璃結(jié)構(gòu)的玻璃炭。 此坩堝 為本實用新型的單晶硅生長用,含涂層的SiC復(fù)合坩堝。
權(quán)利要求1.含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于本坩堝由SiC復(fù)合坩堝坯和內(nèi)表面涂層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于坩堝毛坯的坯壁與坯底可分別壓制;之后,用樹脂粘合成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于坩堝的壁含至45% 的坡度,最佳坡度為5%至10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于熱固性樹脂為酚醛樹脂或呋喃樹脂,內(nèi)可含Si微粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于耐高溫的隔離涂層,為化學(xué)氣相沉積碳化硅(CVD-SiC)涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述含涂層的SiC復(fù)合坩堝,其特征在于耐高溫的隔離涂層,為用熱固性樹脂涂在 內(nèi)表面,炭化后生成一層玻璃炭涂層
專利摘要本實用新型公開了一種含涂層的SiC復(fù)合坩堝。本坩堝由SiC復(fù)合坩堝坯和耐高溫隔離涂層組成;在熱壓機內(nèi)壓制并固化樹脂與SiC顆粒的混合物成坩堝毛坯,用高溫?zé)o氧炭化的方法使之轉(zhuǎn)化成SiC復(fù)合坩堝坯;再加高溫隔離層后,即為本實用新型的含涂層的SiC復(fù)合坩堝。本坩堝壽命長,對堝內(nèi)的熔融硅污染極??;可大量生產(chǎn)此坩堝,且節(jié)能,環(huán)保。
文檔編號C30B15/10GK202164379SQ201120224898
公開日2012年3月14日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者張洪齊 申請人:羅萬前