способ формирования защитного покрытия на внутренней поверхности кварцевого тигля

Формула изобретения

1. Способ формирования защитного покрытия на внутренней поверхности кварцевого тигля, предусматривающий обработку внутренней поверхности тигля рабочим раствором, содержащим соль бария с последующей термообработкой, отличающийся тем, что рабочий раствор содержит: в качестве соли бария ацетат бария, концентрированную уксусную кислоту и диэтиловый эфир при следующем массовом соотношении компонентов, соответственно, 1:11:18.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочий раствор получают, предварительно приготовив промежуточный раствор ацетата бария в уксусной кислоте, который затем смешивают с диэтиловым эфиром.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термообработку осуществляют в два этапа, на первом из которых тигель нагревают до температуры 430-470°С и выдерживают в течение 1 ч при данной температуре, а на втором этапе нагревают до температуры 630-670°С и выдерживают при данной температуре в течение 1 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку поверхности рабочим раствором проводят его распылением на внутреннюю поверхность тигля.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку поверхности рабочим раствором проводят при вращении тигля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии полупроводниковых материалов и может быть использовано, например, при выращивании монокристаллов кремния методом Чохральского.

До настоящего времени кварц является преимущественным материалом, применяемым при выращивании монокристаллов кремния методом Чохральского.

При выращивании кристаллов кремния в кварцевом тигле из расплавов происходит размягчение кварцевого тигля (потеря его структурной целостности), его деформация и разрушение.

Для устранения данного негативного явления используют различные приспособления для обеспечения жесткой фиксации тигля.

Кроме того, для предотвращения разрушения кварцевого тигля на его внутренние стенки наносят защитное покрытие, которое позволяет повысить термическую стабильность тигля и снижает количество выделяемых в расплав примесей.

Известен способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля, предусматривающий нанесение слоя, включающего зерна синтетического кристаллического кварца, с верхней свободной поверхностью, образованной аморфным слоем (FR 2461028, 30.01.1981).

В данном способе создание слоя аморфного кварца на внутренней поверхности тигля происходит поверх слоя синтетического кварца, который в свою очередь находится на внешнем слое из природного кварца.

Недостатком данного способа является необходимость использования синтетического кварца, а также необходимость использования специального оборудования для создания слоя аморфного кварца на внутренней поверхности тигля, что делает данный способ сложным и дорогим.

Известен также способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля, предусматривающий нанесения раствора, содержащего ацетат бария (US 2004103841).

Однако данный известный способ не позволяет создать на поверхности тигля надежное защитное покрытие, что снижает срок службы тигля, а также негативно отражается на качестве готовой продукции и ее выходе. Кроме того, для создания защитного покрытия используют дорогие реактивы, включающие сложные органические соединения.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение срока службы тигля за счет создания надежной защиты его внутренней поверхности, повышение выхода готовой продукции, снижение брака, простота способа, снижение расхода кварцевых тиглей на килограмм готовой продукции, доступность используемых реактивов.

Это достигается тем, что в способе формирования защитного покрытия на внутренней поверхности кварцевого тигля, предусматривающем обработку внутренней поверхности рабочим раствором, содержащим соль бария с последующей термообработкой, рабочий раствор содержит: в качестве соли бария ацетат бария, концентрированную уксусную кислоту и диэтиловый эфир при следующем соотношении компонентов соответственно 1:11:18.

Кроме того, раствор получают предварительно приготовив промежуточный раствор ацетата бария в уксусной кислоте, который затем смешивают с диэтиловым эфиром.

Кроме того, термообработку осуществляют в два этапа, на первом из которых тигель нагревают до температуры 430-470°С и выдерживают при данной температуре в течение 1 часа, а на втором этапе нагревают до температуры 630-670°С и выдерживают при данной температуре в течение 1 часа.

Кроме того, обработку тигля рабочим раствором проводят его распылением на внутреннюю поверхность тигля.

Кроме того, обработку внутренней поверхности рабочим раствором проводят при вращении тигля.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример.

Для тигля диаметром 356 мм с рабочей поверхностью 4000 см² заранее готовят промежуточный раствор ацетата бария в концентрированной (ледяной) уксусной кислоте, для чего берут навеску ацетата бария 0,4 г и растворяют в 4,4 г концентрированной (ледяной) уксусной кислоты.

Непосредственно перед покрытием внутренней поверхности тигля раствор ацетата бария в уксусной кислоте разбавляют диэтиловым эфиром, добавив к промежуточному раствору 7,2 диэтилового эфира. Готовый раствор заливают в резервуар аэрографа.

Для повышения адгезии рабочую (внутреннюю) поверхность тигля перед началом распыления обрабатывают тампоном, смоченным в плавиковой кислоте.

Раствор посредством аэрографа при давлении 1,7-1,9 атм транспортирующего, лучше инертного газа (например, азота), напыляют на внутреннюю поверхность тигля, вращающегося со скоростью от 30 до 60 об/мин в вытяжном шкафу. При этом мелкие капли раствора осаждаются в виде тонкой пленки на внутренней поверхности тигля.

Процесс напыления длится около 1 минуты, что составляет скорость распыления 0,2-0,3 мл/с.

Для качественного покрытия необходимо, чтобы капельки раствора осаждались на поверхность и быстро высыхали, не сливаясь в крупные капли или сплошную пленку.

После процесса напыления тигель подсушивается и направляется на пункт термообработки. Процесс термообработки ведут в муфельной печи или сушильном шкафу.

Тигель перед загрузкой в печь помещают на поддон донной частью вверх. Поддон представляет собой решетку, что облегчает поступление кислорода воздуха к обработанной поверхности тигля и позволяет удалять продукты разложения нанесенных реагентов. Загрузка тигля в печь осуществляется при температуре не более 200°С. Далее осуществляется нагрев печи до температуры 450°С со скоростью 5-10°С в минуту. При температуре 450°С тигель выдерживается в течение 1 часа. Данная выдержка необходима для полного прохождения реакции превращения ацетата бария в карбонат бария по реакции:

Ва(СН₃СОО)₂+3O ₂=ВаСО₃+3Н₂ O+3CO₂

Далее печь с тиглями нагревается до температуры 650°С и делается выдержка при данной температуре в течение 1 часа. Данная выдержка необходима для доокисления сажи, которая может образовываться как побочный продукт при разложении ацетата бария и остатков уксусной кислоты.

С+O ₂=CO₂

2С+O₂ =2СО

Затем тигель вынимают из печи и охлаждают принудительно (в шкафу с обдувом воздухом) либо просто при комнатной температуре. Внутреннюю поверхность остывшего тигля протирают тканью для удаления тех частиц бария, которые слабо закреплены на поверхности тигля.

Ниже в таблице приведены сравнительные показатели для тиглей диаметром 356 мм, обработанных в соответствии с заявленным способом и способом, выбранным в качестве наиболее близкого аналога.

Таким образом, изобретение позволит повысить срок службы тигля за счет создания надежной защиты его внутренней поверхности, повысит выход готовой продукции, снизить брак, упростить способ, снизить расход кварцевых тиглей на килограмм готовой продукции при доступности используемых реактивов.

Таблица
Параметры	Тигли по заявленному способу	Тигли по способу-аналогу
Всего загружено, кг	2410	3751
Вес готовой продукции, кг	1572	2219
Количество процессов, шт.	31	47
Количество слитков, шт.	60	122
Выход в готовую продукцию, %	65,2	59,2
Максимальный выход в готовую продукцию, %	78,7	72,80
Средняя продолжительность процесса, ч-мин	59-10	60-50
Расход тиглей на 1 кг готовой продукции, шт./кг	0,0197	0,0212