Crogiolo di quarzo per l'estrazione di cristalli singoli di silicio

Il crogiolo al quarzo Semicorex per l'estrazione di singoli cristalli di silicio è il componente principale nella fabbricazione di wafer di silicio. La fase di preparazione del monocristallo determina parametri tecnici, come il diametro, l'orientamento dei cristalli, il tipo di drogaggio, l'intervallo e la distribuzione della resistività, la concentrazione di ossigeno e carbonio, la durata dei portatori minoritari e i difetti reticolari del silicio. Richiede che i microdifetti, la concentrazione di ossigeno, le impurità metalliche e l'uniformità della concentrazione dei portatori siano tutti controllati entro un certo intervallo.

Nel processo di crescita del monocristallo Czochralski, il crogiolo di quarzo per l'estrazione del monocristallo di silicio deve resistere a temperature superiori al punto di fusione del silicio (1420 ℃). Il crogiolo di quarzo è per lo più traslucido e composto da più strati.

Lo strato esterno è una regione con elevata densità di bolle, chiamata strato composito di bolle; lo strato interno è uno strato trasparente di 3-5 mm, chiamato strato di svuotamento delle bolle. La presenza dello strato di svuotamento delle bolle riduce la densità dell'area di contatto crogiolo-soluzione, migliorando così la crescita del singolo cristallo.

Poiché lo strato interno del crogiolo di quarzo entra direttamente in contatto con il liquido di silicio, si dissolverà continuamente nel silicio e le microbolle nello strato trasparente del crogiolo cresceranno fino a rompersi e rilasciare le particelle di quarzo e le microbolle. Queste impurità fluiscono quindi attraverso l'intero silicio fuso, influenzando direttamente la cristallizzazione e la qualità del singolo cristallo di silicio.

Crogiolo di quarzoper l'estrazione del cristallo singolo di silicio entra direttamente in contatto con il liquido di silicio, quindi le impurità e le bolle che non vengono controllate in modo efficiente nel processo di produzione, influenzeranno ovviamente i risultati dell'estrazione del cristallo, portando anche alla mancata estrazione del cristallo e al deterioramento/spreco del materiale. Poiché i wafer di silicio monocristallino richiedono elevata purezza e il costo di un processo di estrazione di un singolo cristallo è elevato, ci sono elevate esigenze sul crogiolo di quarzo per l'estrazione di singoli cristalli di silicio in termini di purezza, prestazioni delle bolle e stabilità della qualità.

Impurità: le impurità influiscono direttamente sulle prestazioni e sulla resa dei singoli cristalli. Pertanto, il contenuto di impurità delquarzocruciale è il crogiolo a diretto contatto con il silicio fuso. Un eccesso di impurità nel crogiolo porta spesso alla cristallizzazione nel crogiolo di quarzo (accumulo locale di ioni impurità che porta ad una riduzione della viscosità). Se la cristallizzazione avviene vicino alla superficie interna, uno strato di cristallizzazione locale eccessivamente spesso tende a staccarsi, impedendo un'ulteriore crescita del singolo cristallo; se si forma uno spesso strato di cristallizzazione sulla parete esterna, è probabile che si verifichino rigonfiamenti sul fondo o curvature; se la cristallizzazione penetra nel corpo del crogiolo, può facilmente portare ad una serie di gravi conseguenze come la fuoriuscita di silicio.

Bolle: la sabbia di quarzo ad elevata purezza contiene inclusioni gassose-liquide. Durante il processo di estrazione dei cristalli, la superficie interna del crogiolo a contatto con il silicio fuso si dissolve continuamente nel silicio fuso.  Le microbolle nello strato trasparente crescono continuamente e le bolle più vicine alla superficie più interna si rompono, rilasciando microparticelle di quarzo e microbolle nel silicio fuso. Le impurità all'interno di queste microparticelle e microbolle vengono trasportate attraverso l'intera fusione di silicio, influenzando direttamente la cristallizzazione del silicio (velocità di resa, velocità di cristallizzazione, tempo di riscaldamento, costi diretti di lavorazione, ecc.) e la qualità del silicio monocristallino (wafer perforati, chip neri, ecc.).