Als häufig verwendeter Behälter in der Halbleiterindustrie ist die Qualität und Stabilität von Quarztiegel sind für das Wachstum von einkristallinem Silizium von entscheidender Bedeutung. Bei Hochtemperaturanwendungen kommt es jedoch bei Quarztiegeln häufig zu Kristallisationsphänomenen, die nicht nur die Festigkeit und Lebensdauer des Tiegels beeinträchtigen, sondern auch zu einer Reihe von Problemen beim Wachstumsprozess von einkristallinem Silizium führen können.

1. Phasenübergangseigenschaften von Quarztiegeln

Der Quarztiegel selbst ist amorph, erfährt jedoch unter geeigneten Bedingungen einen Phasenwechsel von einem amorphen Zustand in einen stabilen Quarzkristallzustand. Dieser Phasenübergang umfasst zwei Phasen: Keimbildung und Wachstum. Keimbildung tritt normalerweise an strukturellen Defekten oder Verunreinigungen an den Wänden von Quarztiegeln auf, insbesondere an Stellen, die einige Alkali- oder Schwermetalle enthalten. Die anfänglichen Quarzkristalle sind kugelförmig und das weitere Wachstum entwickelt sich aufgrund der Unterdrückung des vertikalen Wachstums in einem dendritischen Muster entlang der Tiegelwand. Die Kristallisation erfolgt üblicherweise an der Oberfläche von Quarztiegeln. Gemäß dem chinesischen Industriestandard für Quarzglas sollte Quarzglas, das in der Halbleiterindustrie verwendet wird, 6 Stunden lang bei 1400 ℃ ± 5 ℃ gehalten werden und die durchschnittliche Dicke seiner Kristallisationsschicht sollte <100 µm betragen.

2. Verschmutzung durch Metallionen

Die Verfärbung von Quarztiegeln ist einer der Hauptfaktoren, die zur Kristallisation führen, insbesondere von Alkalimetallionen wie Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Erdalkalimetallionen wie Calcium (Ca) und Magnesium (Mg). Diese Ionen können aus Verunreinigungen in den Rohstoffen stammen oder während des Produktionsprozesses eingebracht werden. Das Vorhandensein dieser Metallionen kann den Kristallisationsprozess von Quarztiegeln beschleunigen, wodurch die Kristallisationsschicht dicker wird und in schweren Fällen sogar den gesamten Tiegelkörper durchdringt, was schwerwiegende Folgen wie Siliziumaustritt zur Folge hat.

3. Verschmutzung während des Ladevorgangs

Beim Abfüllen von Siliziummaterialien können auch Schadstoffe wie Schweiß, Speichel, Ölflecken und Staub zur Kristallisation des Quarztiegels führen. Diese Schadstoffe reagieren bei hohen Temperaturen mit Quarztiegeln und begünstigen so die Kristallisation. Daher muss der Ladevorgang streng kontrolliert werden, um eine saubere und hygienische Betriebsumgebung zu gewährleisten.

4. Flüchtige Verschmutzung von Graphitmaterialien

Die Verwendung neuer Graphitmaterialien ohne gründliche Kalzinierung oder Kontamination ist einer der Hauptgründe für die Kristallisation der Außenschicht von Quarztiegeln. Graphitmaterialien verdampfen bei hohen Temperaturen einige Verunreinigungen, die mit Quarztiegeln reagieren und eine Kristallisation der äußeren Schicht verursachen. Daher müssen neue Graphitgeräte vor der Verwendung einer gründlichen Hochtemperaturkalzinierung unterzogen werden, um Verunreinigungen und flüchtige Stoffe zu entfernen.

5. Geringe Reinheit des Siliziummaterials

Die zum Kristallziehen verwendeten Rohstoffe weisen eine geringe Reinheit auf, enthalten zu viele Verunreinigungen oder weisen Probleme beim Reinigungsprozess auf, was ebenfalls zur Kristallisation des Quarztiegels führen kann. Siliziummaterialien mit geringer Reinheit enthalten eine große Menge an Verunreinigungen, die bei hohen Temperaturen mit Quarztiegeln reagieren und die Kristallisation fördern. Daher muss die Reinheit der zum Kristallziehen verwendeten Rohstoffe den Produktionsanforderungen entsprechen und die Reinigungsqualität der Rohstoffe muss auch den Prozessanforderungen entsprechen, um Säure- und Alkalireste auf der Oberfläche des Siliziummaterials zu vermeiden.

6. Die Temperatur der Schmelze ist zu hoch

Auch eine zu hohe Temperatur beim Schmelzen kann den Kristallisationsgrad erhöhen. Eine längere Isolierung von Quarztiegeln bei hohen Temperaturen kann das Auftreten von Kristallisation beschleunigen. Daher ist es notwendig, während des Schmelzprozesses eine geeignete Schmelztemperatur zu wählen, um den Kristallisationsgrad zu verringern oder zu verringern.

7. Qualitätsprobleme mit dem Quarztiegel selbst

Die geometrischen Abmessungen und das Aussehen von Quarztiegeln werden durch den Produktionsprozess bestimmt, während die Reinheit durch die Rohstoffe bestimmt wird. Wenn die schädlichen Bestandteile im Quarztiegel hoch sind, beeinträchtigt dies die Schmelz- und Temperaturbeständigkeit des Tiegels und verursacht sogar Phänomene wie Blasen, Farbflecken und Abblättern, was die Qualität des Quarztiegels ernsthaft beeinträchtigt. Daher müssen Hersteller von Quarztiegeln sicherstellen, dass ihre Tiegel in jeder Produktionsphase, vom Rohstoff bis zur Produktion, den Qualitätsanforderungen entsprechen.

8. Auswirkungen der Tiegelverformung

Nach der Verformung des Quarztiegels kollidiert der hervorstehende Teil der Verformung mit dem Führungsrohr, wenn die Tiegelposition während des Kristallziehvorgangs ansteigt, was das normale Kristallziehen beeinträchtigt oder verhindert. Durch die Kristallisation verringert sich die ursprüngliche Dicke des Quarztiegels, seine Festigkeit verringert sich und es kommt leicht zu einer Verformung des Quarztiegels. Der verformte Tiegel beeinträchtigt nicht nur den Kristallziehprozess, sondern kann auch zum Bruch des Tiegels führen, was zu schweren Produktionsunfällen führen kann.

Die Gründe für die Kristallisation in Quarztiegeln sind vielfältig, darunter die Phasenübergangseigenschaften von Quarztiegeln, Kontamination durch Metallionen, Kontamination während des Beladungsprozesses, Verflüchtigungskontamination von Graphitmaterialien, geringe Reinheit von Siliziummaterialien, hohe Schmelztemperatur, Qualitätsprobleme der Quarztiegel selbst und der Einfluss der Tiegelverformung. Um das Auftreten von Kristallisation zu reduzieren, ist in allen Aspekten eine strenge Kontrolle erforderlich, um die Qualität und Stabilität des Quarztiegels sicherzustellen.

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