具有保护层的石英玻璃坩埚及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有保护层的石英玻璃坩埚的制造方法，其包括提供一石英玻璃坩埚本体；于该石英玻璃坩埚本体的内侧形成至少一第一氮氧化硅层；再于该第一氮氧化硅层上形成至少一第二氮氧化硅层；再于该第二氮氧化硅层上形成一氮化硅层，该第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层皆由二氧化硅（ＳｉＯ２）和氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）或氮氧化硅材料所组成，且该第二氮氧化硅层的氮化硅占第二氮氧化硅层的比例较第一氮氧化硅层的氮化硅占第一氮氧化硅层的比例多，该氮化硅层由氮化硅所组成。本发明专利技术能避免氧原子渗入硅熔汤，且藉由调整氮化硅和／或二氧化硅的量而控制各层状结构的厚度，且能增加石英玻璃坩埚的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有保护层的石英玻璃坩埚的制造方法，尤其是一种在石英玻璃坩埚内侧逐渐增加氮化硅浓度以形成能稳定附着于石英玻璃坩埚的氮氧化硅保护层的方 法。
技术介绍
请参看图2所示，一般用于半导体硅晶长晶用的坩埚30通常是将具有高纯度 的硅熔融于石英玻璃坩埚内而形成硅熔汤40，再将晶种插入硅熔汤中，并以适当的速度 旋转晶种且逐渐将其往上拉引而形成符合尺寸的硅晶棒50，此种方法称为“单晶直拉法 (Czochralski，CZ法)”，之后再将硅晶棒50进行切片、研磨、抛光等制程即可获得所需规格 的硅晶圆。而用于半导体硅晶长晶用的坩埚30通常为石英玻璃(即二氧化硅)的材质 ’然 而，由于石英玻璃材质中含有氧原子，所以当石英玻璃坩埚30内盛装有高温的硅熔汤40 时，氧原子会从石英玻璃坩埚30的内表面扩散后被熔入硅熔汤40中，而污染硅熔汤40，并 使其纯度下降。其中，氧浓度在直拉法单晶制作过程中与其它参数的关系如下 Si = VkeCm = AcD (Cc-Cm) / δ c-AmD (Ca-Cm) / δ m其中Si代表硅熔汤的氧含量，Ak为晶棒截面积，A。为石英玻璃坩埚与硅熔汤界 面的面积，Affl为硅熔汤与外围气氛界面的面积，ν为拉速，ke为氧的平衡偏析系数，Cffl为氧 在熔汤中浓度，Cc为氧在石英坩埚表面的浓度，Ca为氧在外围气氛的浓度，δ。为石英坩埚 与硅熔汤的扩散边界层厚度，S m为硅熔汤与外围气氛的扩散边界层厚度。因此，若要降低硅熔汤中氧的浓度，则可采取以下几种方法1.在坩埚内侧形成保护层；2.增加石英玻璃坩埚的尺寸以减少AcZAm的比例；3.降低坩埚转速或加入磁场，以降低C。且增加δ c ；4.提高氩气的流速或降低处理压力以增加氧硅化物(SiO species)的挥发速率。而目前最常使用的方法是在长晶制程降低坩埚转速或加入磁场效应来降低氧在 石英玻璃坩埚内表面的浓度，避免氧原子从石英玻璃坩埚中经高温熔入至硅熔汤中。既有的方法，如美国公开第20020086119号专利或欧洲第0753605号专利，其是在 石英玻璃坩埚的内侧形成金属氧化物(如氧化钡)、氢氧化物、碳化物或硅化物等，然而，若 所形成的保护层为氧化物，则这种保护层的目的在增加石英玻璃坩埚的寿命，对于氧含量 的影响较少；另外，无论使用氧化物、氢氧化物等材料，都会产生保护层与石英玻璃坩埚之 间无法紧密地结合的问题。又如美国第4，741，925号专利案揭露一种方法，其是将氨(NH3)与四氯化硅 (SiCl4)气体反应而在石英玻璃坩埚内侧形成涂料，而后旋转该石英玻璃坩埚以使得该涂 料均勻，最后将其加热而形成保护层，而保护层的厚度约在2 5密尔(mil)。然而利用既 有的方法无法控制所要的厚度，且因材质的问题，而同样容易造成氮化硅与石英玻璃坩埚之间无法紧密地结合的问题。
技术实现思路
本专利技术人有鉴于既有方法无法获得与石英玻璃坩埚附着良好且能控制厚度的保 护层，因此经过长时间的研究以及不断的试验之后，终于专利技术出此具有保护层的石英玻璃 坩埚的制造方法。本专利技术的目的在于提供一种在石英玻璃坩埚内侧逐渐增加氮化硅浓度以形成能 稳定附着于石英玻璃坩埚的氮氧化硅保护层的方法。为达上述目的，本专利技术具有保护层的石英玻璃坩埚的制造方法，其包括提供一石英玻璃坩埚本体； 于该石英玻璃坩埚本体的内侧形成至少一第一氮氧化硅混合层；再于该第一氮氧化硅混合层上形成至少一第二氮氧化硅混合层；再于该第二氮氧化硅混合层形成一氮化硅层，该第一氮氧化硅混合层和第二氮氧 化硅混合层皆由二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)所组成，其中该第二氮氧化硅混合层的 氮化硅占第二氮氧化硅混合层的比例较第一氮氧化硅混合层的氮化硅占第一氮氧化硅混 合层的比例多，该氮化硅层由氮化硅所组成。其中，该第一氮氧化硅混合层的二氧化硅含量小于整体第一氮氧化硅混合层 的100wt%，且大于或等于50wt%，而氮化硅的含量为大于整体第一氮氧化硅混合层的 0wt%，且小于或等于50wt% ；该第二氮氧化硅混合层的二氧化硅含量小于整体第一氮氧 化硅混合层的50wt%，且大于0wt%，而氮化硅的含量为大于整体第一氮氧化硅混合层的 50wt%，且小于 IOOwt %。较佳的是，于该石英玻璃坩埚本体的内侧以烧结的方式形成该至少一第一氮氧化 硅混合层、该至少一第二氮氧化硅混合层以及该氮化硅层。较佳的是，石英玻璃坩埚内层的氮氧化硅混合层及氮化硅层的烧结的压力为 20 100帕(Pa)，且烧结的温度为1800 2000°C。较佳的是，该二氧化硅和氮化硅的材料皆为5 500 μ m的颗粒。本专利技术尚关于一种具有保护层的石英玻璃坩埚，其是以上述制造方法所制成。本专利技术又关于一种具有保护层的石英玻璃坩埚，其包括一石英玻璃坩埚本体；以及一氮氧化硅(silicon oxynitride)保护层，其形成在该石英玻璃坩埚本体内侧， 该氮氧化硅保护层自接触该石英玻璃坩埚本体的一侧朝另侧具有渐增的氮化硅与二氧化 硅(Si3VSio2)的比值；一氮化硅层，其设置于该氮氧化硅保护层非接触于该石英玻璃坩埚本体的另侧。较佳的是，该氮氧化硅保护层包括形成在该石英玻璃坩埚本体的内侧的至少一第 一氮氧化硅混合层、形成在该第一氮氧化硅混合层的表面的至少一第二氮氧化硅混合层以 及形成于该第二氮氧化硅混合层的表面的一氮化硅层；其中该第一氮氧化硅混合层的二氧 化硅含量小于整体第一氮氧化硅混合层的IOOwt %，且大于或等于50wt %，而氮化硅的含 量为大于整体第一氮氧化硅混合层的0wt%，且小于或等于50衬％;该第二氮氧化硅混合层 的二氧化硅含量小于整体第二氮氧化硅混合层的50wt%，且大于Owt %，而氮化硅的含量为大于整体第二氮氧化硅混合层的50wt%，且小于IOOwt %。最佳的是，该氮氧化硅保护层由该形成在该石英玻璃坩埚本体的内侧的至少一第 一氮氧化硅混合层以及该形成在该第一氮氧化硅混合层的表面的至少一第二氮氧化硅混 合层所组成。较佳的是，该二氧化硅和氮化硅的材料皆为粒径尺寸5 500 μ m的颗粒。由于本专利技术在石英玻璃坩埚本体的内侧逐渐减少二氧化硅成分，并且相对地增加 氮化硅成分，所以在石英玻璃坩埚本体的内侧不会直接结合与二氧化硅完全无关的氮化硅 材质，因此本专利技术的氮化硅层能够借着氮氧化硅保护层而与该石英玻璃坩埚本体之间有良 好的附着性，故能增加此石英玻璃坩埚的寿命。再者，本专利技术能依照所要的厚度调整第一氮 氧化硅混合层、第二氮氧化硅混合层和氮化层的厚度，因此本专利技术容易控制氮氧化硅保护 层的厚度。 附图说明图IA至图ID为本专利技术制作方法的流程示意图。图2为既有石英玻璃坩埚的使用状态侧面剖视图。主要组件符号说明10石英玻璃坩埚本体 20氮氧化硅保护层21第一氮氧化硅混合层22第二氮氧化硅混合层23氮化硅层 30坩埚40硅熔汤 50硅晶棒具体实施例方式请参看图1所示，本专利技术具有保护层的石英玻璃坩埚的制造方法，其包括提供一 石英玻璃坩埚本体10 (图1A)；于该石英玻璃坩埚本体10的内侧以20 100帕的压力烧 结形成至少一第一氮氧化硅混合层21 (图1B)，再于该第一氮氧化硅混合层21上以20 100帕的压力烧结形成至少一第二氮氧化硅混合层22 (图1C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有保护层的石英玻璃坩埚的制造方法，其包括：　　提供一石英玻璃坩埚本体；　　于该石英玻璃坩埚本体的内侧形成至少一第一氮氧化硅混合层；　　再于该第一氮氧化硅混合层上形成至少一第二氮氧化硅混合层；　　再于该第二氮氧化硅混合层形成一氮化硅层，该第一氮氧化硅混合层和第二氮氧化硅混合层皆由二氧化硅和氮化硅所组成，其中该第二氮氧化硅混合层的氮化硅占第二氮氧化硅混合层的比例较第一氮氧化硅混合层的氮化硅占第一氮氧化硅混合层的比例多，该氮化硅层由氮化硅所组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逸涵，潘敏学，邱恒德，
申请(专利权)人：合晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]