En tant que conteneur couramment utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, la qualité et la stabilité du les creusets en quartz sont cruciaux pour la croissance du silicium monocristallin. Cependant, lors d'une utilisation à haute température, les creusets en quartz présentent souvent des phénomènes de cristallisation, qui affectent non seulement la résistance et la durée de vie du creuset, mais peuvent également entraîner une série de problèmes lors du processus de croissance du silicium monocristallin.

1. Caractéristiques de transition de phase du creuset en quartz

Le creuset en quartz lui-même est amorphe, mais dans des conditions appropriées, il subit un changement de phase d'un état amorphe à un état cristallin de quartz stable. Cette transition de phase comprend deux étapes : la nucléation et la croissance. La nucléation se produit généralement au niveau de défauts structurels ou d'impuretés sur les parois des creusets en quartz, en particulier aux endroits contenant des métaux alcalins ou lourds. Les cristaux de quartz initiaux sont de forme sphérique et une croissance ultérieure se développe selon un motif dendritique le long de la paroi du creuset, en raison de la suppression de la croissance verticale. La cristallisation se produit généralement à la surface des creusets en quartz. Selon la norme chinoise de l'industrie du verre de quartz, le verre de quartz utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs doit être maintenu à 1 400 ℃ ± 5 ℃ pendant 6 heures et l'épaisseur moyenne de sa couche de cristallisation doit être <100 µm.

2. Pollution causée par les ions métalliques

La coloration des creusets en quartz est l'un des principaux facteurs conduisant à la cristallisation, en particulier les ions de métaux alcalins tels que le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li) et les ions de métaux alcalino-terreux tels que le calcium (Ca) et le magnésium (Mg). Ces ions peuvent provenir d’impuretés présentes dans les matières premières ou être introduits lors du processus de production. La présence de ces ions métalliques peut accélérer le processus de cristallisation des creusets en quartz, rendant la couche de cristallisation plus épaisse et, dans les cas graves, pénétrant même dans tout le corps du creuset, entraînant des conséquences graves telles qu'une fuite de silicium.

3. Pollution pendant le processus de chargement

Pendant le processus de remplissage des matériaux en silicium, des polluants tels que la sueur, la salive, les taches d'huile et la poussière peuvent également provoquer la cristallisation du creuset en quartz. Ces polluants réagissent avec les creusets en quartz à haute température, favorisant l'apparition d'une cristallisation. Par conséquent, le processus de chargement doit être strictement contrôlé pour garantir un environnement d’exploitation propre et hygiénique.

4. Pollution volatile des matériaux graphite

L’utilisation de nouveaux matériaux graphite sans calcination ni contamination approfondies est l’une des principales raisons de la cristallisation de la couche externe des creusets en quartz. Les matériaux en graphite évaporent certaines impuretés à haute température, qui réagissent avec les creusets en quartz et provoquent la cristallisation de la couche externe. Par conséquent, les nouveaux dispositifs en graphite doivent subir une calcination approfondie à haute température avant utilisation pour éliminer les impuretés et les substances volatiles.

5. Faible pureté du matériau en silicium

Les matières premières utilisées pour l'extraction des cristaux ont une faible pureté, contiennent trop d'impuretés ou présentent des problèmes de processus de nettoyage, ce qui peut également provoquer une cristallisation dans un creuset de quartz. Les matériaux en silicium de faible pureté contiennent une grande quantité d'impuretés qui réagissent avec les creusets en quartz à haute température, favorisant la cristallisation. Par conséquent, la pureté des matières premières utilisées pour l'extraction des cristaux doit répondre aux exigences de production, et la qualité de nettoyage des matières premières doit également répondre aux exigences du processus pour éviter les résidus d'acide et d'alcali sur la surface du matériau de silicium.

6. La température de la matière fondue est trop élevée

Une température excessive lors de la fusion peut également augmenter le degré de cristallisation. Une isolation prolongée des creusets en quartz à des températures élevées peut accélérer l'apparition de la cristallisation. Par conséquent, il est nécessaire de choisir une température de fusion appropriée pendant le processus de fusion pour réduire ou diminuer le degré de cristallisation.

7. Problèmes de qualité avec le creuset en quartz lui-même

Les dimensions géométriques et l'apparence des creusets en quartz sont déterminées par le processus de production, tandis que la pureté est déterminée par les matières premières. Lorsque les composants nocifs à l'intérieur du creuset en quartz sont élevés, cela affectera la résistance à la fusion et à la température du creuset, et provoquera même des phénomènes tels que des bulles, des taches de couleur et un pelage, affectant sérieusement la qualité du creuset en quartz. Par conséquent, les fabricants de creusets en quartz doivent s’assurer que leurs creusets répondent aux exigences de qualité à chaque étape de la production, depuis les matières premières jusqu’à la production.

8. Effets de la déformation du creuset

Après la déformation du creuset en quartz, à mesure que la position du creuset augmente pendant le processus d'extraction des cristaux, la partie saillante de la déformation entrera en collision avec le tube de guidage, affectant ou empêchant l'extraction normale des cristaux. La cristallisation amincira l'épaisseur d'origine du creuset en quartz, réduira sa résistance et provoquera facilement une déformation du creuset en quartz. Le creuset déformé affecte non seulement le processus d'extraction des cristaux, mais peut également provoquer sa rupture, entraînant de graves accidents de production.

Les raisons de la cristallisation dans les creusets en quartz sont multiples, notamment les caractéristiques de transition de phase des creusets en quartz, la contamination par des ions métalliques, la contamination pendant le processus de chargement, la contamination par volatilisation des matériaux en graphite, la faible pureté des matériaux en silicium, la température de fusion élevée, les problèmes de qualité des creusets en quartz eux-mêmes et l'influence de la déformation du creuset. Afin de réduire l’apparition de cristallisation, un contrôle strict est nécessaire sous tous les aspects pour garantir la qualité et la stabilité du creuset en quartz.

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