石英坩堝是影響直拉單晶硅片質量的主要因素
發布時間: 2022-10-13 00:00
大直徑的單晶硅(200mm 以上)基本都是通過直拉(CZ)法生產的,生長如此大尺寸的硅晶體需要更多的時間和資源,因此,提高每爐次硅晶體生長成功率是非常重要的。
在直拉硅晶體生長過程中,無位錯單晶生長失敗會造成很大的資源和時間損失。
無位錯單品生長失敗有多種原因,在目前直拉硅單晶爐及其熱場設計都很成熟的條件下,與硅熔體直接接觸的石英坩堝的純度及其生長時釋放的微小方石英顆粒被普遍認為是導致大直徑無位錯直拉晶體生長失敗的主要原因之一。
?。?)變形對拉晶的影響:
石英坩堝變形后,在拉晶過程中隨著堝位的上升,石英坩堝變形的凸出部分將碰撞到導流筒,輕則影響正常拉晶,嚴重時將無法拉晶;
溶料中發生掛邊造成的石英坩堝變形,坩堝上口向內凸出過多,當溶完料堝位上升到正常引晶位置時,已碰撞到導流筒,這將直接導致不能拉晶的嚴重后果;
溶料中發生鼓包且鼓包較大時,在拉晶過程中隨著液位的下降,鼓包會漸漸露出液面,這時已經拉出的晶棒會碰擦鼓包,如不及時停爐會發生晶棒跌落的情況。
?。?)析晶對拉晶的影響:
石英坩堝內壁發生析晶時有可能破壞坩堝內壁原有的涂層,導致涂層下面的氣泡層和熔硅發生反應,造成部分顆粒狀氧化硅進入熔硅內,使得正在生長中的晶體結構發生變異而無法長晶;
析晶將減薄石英坩堝原有的厚度,降低了坩堝的強度容易引起石英坩堝的變形。光伏石英坩堝為半透明狀,有內外兩層結構,外層是高氣泡密度的區域,稱為氣泡復合層;內層是一層 3~5mm 的透明層,稱為氣泡空乏層。
氣泡空乏層的存在使坩堝與溶液接觸區的氣泡密度降低,從而改善單晶生長的成功率及晶棒品質。坩堝最內層是指透明層中最靠近內表面 1-2mm 的部分,坩堝對硅液起作用的機理— —由于與硅液接觸的內表面不斷向硅液中熔解,并且伴隨著透明層中的微氣泡不斷長大,靠近最內表面的氣泡破裂,伴隨著硅液釋放石英微顆粒以及微氣泡。而這些雜質會以微顆粒以及微氣泡的形式伴隨著硅液流遍整個硅熔體,直接影響到硅的成晶(整棒率、成晶率、加熱時間、直接加工成本等)以及單晶硅的質量(穿孔片、黑芯片等)。