بوتقة الكوارتز لسحب كريستال واحد من السيليكون

تعد بوتقة الكوارتز Semicorex لسحب الكريستال المفرد من السيليكون المكون الأساسي في تصنيع رقائق السيليكون. تحدد مرحلة إعداد البلورة الواحدة المعلمات التقنية، مثل القطر، واتجاه البلورة، ونوع المنشطات، ونطاق المقاومة والتوزيع، وتركيز الأكسجين والكربون، وعمر حامل الأقلية، وعيوب الشبكة للسيليكون. ويتطلب ذلك التحكم في العيوب الدقيقة، وتركيز الأكسجين، والشوائب المعدنية، وتوحيد تركيز الناقل ضمن نطاق معين.

في عملية نمو البلورة المفردة لـ Czochralski، تحتاج بوتقة الكوارتز لسحب البلورة المفردة للسيليكون إلى تحمل درجات حرارة أعلى من نقطة انصهار السيليكون (1420 درجة مئوية). بوتقة الكوارتز شفافة في الغالب وتتكون من طبقات متعددة.

الطبقة الخارجية عبارة عن منطقة ذات كثافة فقاعية عالية، تسمى الطبقة المركبة الفقاعية؛ الطبقة الداخلية عبارة عن طبقة شفافة بسمك 3-5 مم، تسمى طبقة استنفاد الفقاعة. يؤدي وجود طبقة استنفاد الفقاعة إلى تقليل كثافة منطقة تلامس محلول البوتقة، وبالتالي تحسين نمو البلورة المفردة.

نظرًا لأن الطبقة الداخلية من بوتقة الكوارتز تتلامس مباشرة مع سائل السيليكون، فسوف تذوب بشكل مستمر في السيليكون، وسوف تنمو الفقاعة الصغيرة في الطبقة الشفافة للبوتقة لتتشقق وتطلق جزيئات الكوارتز والفقاعات الصغيرة. ثم تتدفق هذه الشوائب عبر مصهور السيليكون بأكمله، مما يؤثر بشكل مباشر على تبلور وجودة بلورة السيليكون المفردة.

بوتقة الكوارتزبالنسبة لسحب كريستال السيليكون المفرد، يتلامس مباشرة مع سائل السيليكون، وبالتالي فإن الشوائب والفقاعات التي لا يتم التحكم فيها بكفاءة في عملية الإنتاج، ستؤثر بشكل واضح على نتائج سحب الكريستال، حتى أنها تؤدي إلى الفشل في سحب الكريستال وتلف/نفايات المواد. نظرًا لأن رقائق السيليكون أحادية البلورة تتطلب درجة نقاء عالية وأن تكلفة عملية سحب بلورة واحدة مرتفعة، فإن هناك متطلبات عالية على بوتقة الكوارتز لسحب كريستالة واحدة من السيليكون من حيث النقاء وأداء الفقاعات واستقرار الجودة.

الشوائب: تؤثر الشوائب بشكل مباشر على أداء وإنتاجية البلورات المفردة. ولذلك، فإن محتوى الشوائب منكوارتزتعتبر البوتقة التي تكون على اتصال مباشر مع ذوبان السيليكون أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما تؤدي الشوائب الزائدة في البوتقة إلى التبلور في بوتقة الكوارتز (التراكم المحلي لأيونات الشوائب مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة). إذا حدث التبلور بالقرب من السطح الداخلي، فإن طبقة التبلور المحلية السميكة بشكل مفرط تكون عرضة للتقشير، مما يمنع المزيد من نمو البلورة المفردة؛ إذا تشكلت طبقة تبلور سميكة على الجدار الخارجي، فمن المحتمل أن يحدث انتفاخ في الأسفل أو انحناء؛ إذا اخترق التبلور جسم البوتقة، فيمكن أن يؤدي بسهولة إلى سلسلة من العواقب الخطيرة مثل تسرب السيليكون.

الفقاعات: يحتوي رمل الكوارتز عالي النقاء بحد ذاته على شوائب غازية سائلة. أثناء عملية سحب البلورة، يذوب السطح الداخلي للبوتقة الملامسة لذوبان السيليكون بشكل مستمر في ذوبان السيليكون.  تنمو الفقاعات الدقيقة الموجودة في الطبقة الشفافة بشكل مستمر، وتتمزق الفقاعات الأقرب إلى السطح الأعمق، مما يؤدي إلى إطلاق جزيئات الكوارتز الدقيقة والفقاعات الدقيقة في ذوبان السيليكون. يتم حمل الشوائب الموجودة داخل هذه الجسيمات الدقيقة والفقاعات الدقيقة في جميع أنحاء ذوبان السيليكون بأكمله، مما يؤثر بشكل مباشر على تبلور السيليكون (معدل الإنتاج، معدل التبلور، وقت التسخين، تكاليف المعالجة المباشرة، وما إلى ذلك) وجودة السيليكون أحادي البلورة (الرقائق المثقبة، والرقائق السوداء، وما إلى ذلك).