เบ้าหลอมควอตซ์สำหรับการดึงคริสตัลเดี่ยวของซิลิคอน

เบ้าหลอมควอตซ์ Semicorex สำหรับการดึงคริสตัลเดี่ยวของซิลิคอนเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ขั้นตอนการเตรียมผลึกเดี่ยวจะกำหนดพารามิเตอร์ทางเทคนิค เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง การวางแนวของผลึก ประเภทสารต้องห้าม ช่วงความต้านทานและการกระจายตัว ความเข้มข้นของออกซิเจนและคาร์บอน อายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อย และข้อบกพร่องของโครงตาข่ายของซิลิคอน โดยกำหนดให้มีการควบคุมข้อบกพร่องระดับจุลภาค ความเข้มข้นของออกซิเจน สิ่งเจือปนของโลหะ และความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของตัวพาภายในช่วงที่กำหนด

ในกระบวนการเติบโตของผลึกเดี่ยวของ Czochralski เบ้าหลอมควอตซ์สำหรับการดึงผลึกเดี่ยวของซิลิคอน จะต้องทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่าจุดหลอมเหลวของซิลิคอน (1420°C) เบ้าหลอมควอตซ์ส่วนใหญ่จะโปร่งแสงและประกอบด้วยหลายชั้น

ชั้นนอกเป็นบริเวณที่มีความหนาแน่นของฟองอากาศสูง เรียกว่าชั้นคอมโพสิตฟอง ชั้นในเป็นชั้นโปร่งใส 3-5 มม. เรียกว่าชั้นพร่องฟอง การมีอยู่ของชั้นฟองที่ลดลงจะช่วยลดความหนาแน่นของพื้นที่สัมผัสของถ้วยใส่ตัวอย่าง-สารละลาย ดังนั้นจึงปรับปรุงการเติบโตของผลึกเดี่ยว

เนื่องจากชั้นในของเบ้าหลอมควอตซ์สัมผัสโดยตรงกับของเหลวซิลิคอน มันจะถูกละลายอย่างต่อเนื่องเป็นซิลิคอน และฟองขนาดเล็กในชั้นโปร่งใสของเบ้าหลอมจะเติบโตขึ้นเพื่อแตกและปล่อยอนุภาคของควอตซ์และฟองอากาศขนาดเล็ก สิ่งเจือปนเหล่านี้จะไหลผ่านการหลอมเหลวของซิลิคอนทั้งหมด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการตกผลึกและคุณภาพของผลึกเดี่ยวของซิลิคอน

เบ้าหลอมควอตซ์สำหรับการดึงคริสตัลเดี่ยวของซิลิคอนสัมผัสโดยตรงกับของเหลวของซิลิคอน ดังนั้นสิ่งเจือปนและฟองสบู่ที่ไม่ได้ควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต จะส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์ของการดึงคริสตัลอย่างเห็นได้ชัด แม้จะนำไปสู่ความล้มเหลวในการดึงคริสตัลและการเน่าเสียของวัสดุ/ของเสีย เนื่องจากเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวต้องการความบริสุทธิ์สูงและต้นทุนของกระบวนการดึงคริสตัลเดี่ยวก็สูง จึงมีความต้องการสูงสำหรับเบ้าหลอมควอตซ์สำหรับการดึงซิลิคอนซิงเกิลคริสตัล ในแง่ของความบริสุทธิ์ ประสิทธิภาพของฟองอากาศ และความเสถียรของคุณภาพ

สิ่งเจือปน: สิ่งเจือปนส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของผลึกเดี่ยว ดังนั้นเนื้อหาที่ไม่บริสุทธิ์ของควอตซ์ถ้วยใส่ตัวอย่างที่สัมผัสโดยตรงกับซิลิคอนหลอมเหลวถือเป็นสิ่งสำคัญ สิ่งเจือปนที่มากเกินไปในเบ้าหลอมมักจะนำไปสู่การตกผลึกในเบ้าหลอมควอตซ์ (การสะสมของไอออนสิ่งเจือปนในท้องถิ่นทำให้ความหนืดลดลง) หากการตกผลึกเกิดขึ้นใกล้กับพื้นผิวด้านใน ชั้นการตกผลึกเฉพาะที่ที่มีความหนามากเกินไปมีแนวโน้มที่จะหลุดลอกออก ป้องกันไม่ให้เกิดการเติบโตของผลึกเดี่ยวอีกต่อไป หากชั้นตกผลึกหนาก่อตัวขึ้นที่ผนังด้านนอก อาจเกิดการโป่งที่ด้านล่างหรือเกิดความโค้งได้ หากการตกผลึกทะลุผ่านตัวเบ้าหลอม ก็อาจนำไปสู่ผลกระทบร้ายแรงต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย เช่น การรั่วไหลของซิลิคอน

ฟองสบู่: ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงนั้นมีส่วนผสมของก๊าซและของเหลว ในระหว่างกระบวนการดึงคริสตัล พื้นผิวด้านในของเบ้าหลอมที่สัมผัสกับซิลิกอนหลอมละลายจะละลายเข้าสู่ซิลิกอนหลอมละลายอย่างต่อเนื่อง  ฟองอากาศขนาดเล็กในชั้นโปร่งใสจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง และฟองที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวด้านในสุดจะแตกออกมากที่สุด ปล่อยอนุภาคขนาดเล็กของควอตซ์และฟองอากาศขนาดเล็กเข้าไปในซิลิคอนที่ละลาย สิ่งเจือปนภายในอนุภาคขนาดเล็กและฟองอากาศขนาดเล็กเหล่านี้จะถูกส่งไปทั่วทั้งซิลิคอนหลอมละลาย ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการตกผลึกของซิลิคอน (อัตราผลผลิต อัตราการตกผลึก เวลาในการทำความร้อน ต้นทุนการประมวลผลโดยตรง ฯลฯ) และคุณภาพของซิลิคอนผลึกเดี่ยว (เวเฟอร์ที่มีรูพรุน ชิปสีดำ ฯลฯ)