硅单晶生长工艺对石英坩埚的主要技术要求

1、1第1页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六内容1、杂质元素的含量对石英坩埚使用性能的影响2、石英坩埚的结构对使用性能的影响3、总结2第2页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六1.1 金属杂质诱生硅晶体中的微缺陷Photographs of preferentially etched wafers and optical micrographs of surface defects induced by Ni, Cu and Fe at a surface concentration of about 11013 atoms/cm2. Left side f

2、or each element showing shallow pits formation: annealed at 1150oC for 1 hour in N2 after contamination and right side showing OSF formation: additionally oxidized at 1000oC for 16 hours in dry O2 after the shallow pits formation（Masataka Hourai et al, J. Appl. Phys. 28(1989)2413)第3页，共15页，2022年，5月20

3、日，1点24分，星期六 Deansity of OSF induced by Ni, Cu and Fe after the 2 step anneal(annealed at 1150oC for 1 hour in N2 after surface contamination, additionally oxidized at 1000oC for 16 hours in dry O2 ) for OSF formation as a function of the surface metal concentration(Masataka Hourai et al, J. Appl. Ph

4、ys. 28(1989)2413)第4页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六1.2主要坩埚原料和常用石英坩埚成分比较第5页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六 （1）、国产石英坩埚相当于QC530（standard sand)（2）、采用高纯度的天然石英砂或合成石英砂生产满足电子级要求的石英坩埚（减少单晶中的微缺陷密度）（3）、使用合成石英砂制造的坩埚能得到最低的Al、B、碱金属和重金属杂质含量6第6页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六1.3国产与进口石英坩埚杂质成份比较第7页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六 使用低

5、铝、低硼的原料制造的高纯国产石英坩埚表现出杂质成份批次间变化很不稳定、碱金属杂质含量大的特点，主要原因有：（1）、坩埚生产车间环境控制：普通的环境难以满足稳定高纯坩埚质量的要求（2）、清洗能力不足 （3）、与低纯度坩埚混线生产，低品质原料沾污问题难以解决8第8页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六QC530HS 100X国产高纯石英坩埚（IOTA-5)进口高纯石英坩埚（低铝、低硼、低碱金属)进口合成料石英坩埚1.4使用不同品种的石英坩埚、相同拉晶工艺制造的硅片OSF比较第9页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六2、国产与进口石英坩埚结构比较（坩埚口）QC53

6、0 (高温使用98小时）国产（CGU）（高温使用51小时）10第10页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六2、国产与进口石英坩埚结构比较（三相点以下坩埚壁）QC530(高温使用98小时）国产（CGU）（高温使用51小时）11第11页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六2、国产与进口石英坩埚结构比较（坩埚底部拐弯处）QC530(高温使用98小时）国产（CGU）（高温使用51小时）12第12页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六2、国产与进口石英坩埚结构比较（内表面方石英层厚度）国产（CGU）QC53013第13页，共15页，2022年，5月2

7、0日，1点24分，星期六 国产石英坩埚剖面结构：方石英+无泡石英玻璃层+多气泡基体层国产坩埚高温下无泡石英玻璃层会析出大量气泡，导致表面方石英层产生大量开孔气泡，使单晶无位错生长终止，坩埚高温使用寿命大大缩短（很难超过70小时，进口坩埚的寿命大于150小时）因开孔气孔多，采用热涂方法增厚内表面方石英层且全内表面涂布延长坩埚高温使用寿命，寿命延长的同时增加单晶发生气孔的机会, 寿命增长有限14第14页，共15页，2022年，5月20日，1点24分，星期六3、总结采用高纯度的天然石英砂或合成石英砂才能制造出满足电子级低微缺陷单晶生产要求的石英坩埚高纯电子级石英坩埚生产应采用洁净房，提高清洗能力也是必要的 无泡