2024年7月9日，浙江美晶新材料股份有限公司申请一项名为“一种半导体级合成石英坩埚及其制备方法和半导体级单晶硅生长方法”的专利，申请公布号为CN118307182A。

摘要

本发明属于单晶硅制备领域，涉及一种半导体级合成石英坩埚及其制备方法和半导体级单晶硅生长方法。

本发明提供一种半导体级合成石英坩埚及其制备方法和半导体级单晶硅生长方法，该制备方法包括石英砂成型工艺；石英砂成型工艺包括依次加入外层石英砂、中层石英砂和内层石英砂；外层石英砂、中层石英砂和内层石英砂的加入过程中，分别独立地进行抽真空处理；抽真空处理的真空频率，随着外层石英砂、中层石英砂和内层石英砂的加入逐渐增大。

该制备方法可以提高石英砂的堆积密度，防止石英砂在抽真空起弧时出现塌陷现象，导致出现气泡不良，同时抑制了起弧瞬间的热冲击导致的内层石英砂移动以及端口石英砂熔化时团聚移动的现象，提高了石英坩埚以及单晶硅产品的品质。

技术背景

石英玻璃坩埚是拉制大直径单晶硅，是光伏行业制备太阳能电池片、发展大规模集成电路必不可少的基础材料，一般采用电弧熔制法制造。

电弧法是制备石英坩埚的主流制备技术。将高纯的石英砂原料倒入坩埚模具内，通过成型装置将石英砂原料均匀的成型在模具的内表面以成型坩埚坯，然后将坩埚模具整体移入电弧熔制炉内，通过石墨电极释放高温电弧使石英砂熔化，最后快速冷却形成石英坩埚毛坯。

坩埚结构主要由两部分组成，内外两层结构，内侧是气泡较少的透明层，外侧是气泡较多的非透明层。非透明层的主要作用在于让来自加热器的热传输更加均匀，所以需要规定数量和大小的气泡，从而对硅熔体均匀加热；透明层在使用中会直接与硅液接触，在高温状态下，若内壁存在气泡，气泡会导致气体和杂质从坩埚内释放到熔体中从而扰乱到单晶硅的生长。

现有技术坩埚成型是采用如下步骤进行：①将多种石英砂从外到内，分别倒在旋转的模具中，利用离心力使石英砂平铺在钢模内表面，每加完一种石英砂使用成型装置进行表面定型，使厚度均匀分布；②加完石英砂抽真空抽去石英颗粒间的气体，使石英砂更紧密，并延长抽真空时间使坩埚形成所需厚度透明层；③真空值达到预定标准后起弧熔制；④达到预定熔融时间后断弧脱模。