本發(fā)明涉及一種二氧化硅粉的制備方法以及包含該二氧化硅粉的石英玻璃及石英坩堝的制作方法，涉及半導(dǎo)體制造裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、二氧化硅粉所構(gòu)成的石英玻璃在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中，具有多項(xiàng)使用需求。

2、其中，第一為了制造半導(dǎo)體元件，需要反復(fù)使用清洗、熱處理、光刻、干蝕刻、離子注入、cvd、濺射等制造裝置來(lái)制造。石英玻璃純度高，易于加工，多用于這些裝置。但是，由于干蝕刻裝置使用氟系等離子體，所以石英玻璃部件容易消耗。目前，作為線寬大于10nm的干蝕刻部件，使用天然石英玻璃，但由于天然石英玻璃是將天然石英砂熔融而制造的，所以局部存在難熔融性的雜質(zhì)。例如鋁或鋯。這些雜質(zhì)不易被氟類等離子體侵蝕，天然石英玻璃被不均勻地蝕刻，產(chǎn)生大的粒子。由于半導(dǎo)體元件的成品率因粒子而降低，因此需要頻繁地停止裝置并進(jìn)行清潔。裝置在穩(wěn)定之前需要長(zhǎng)時(shí)間提出條件。半導(dǎo)體元件的生產(chǎn)率下降，成本上升。在線寬小于10nm的情況下，在干蝕刻中使用合成石英玻璃。由于合成石英玻璃由四氯化硅制造，所以雜質(zhì)極少，所以像天然石英玻璃那樣大的發(fā)塵很少。由于小的粒子能夠通過(guò)真空系統(tǒng)從裝置中除去，所以能夠大幅減少粒子產(chǎn)生時(shí)的清潔。

3、半導(dǎo)體元件制造的干蝕刻工序?yàn)榱烁纳粕a(chǎn)率及品質(zhì)而轉(zhuǎn)移到高密度等離子體，需要具有更高純度、耐氟類等離子體性的部件。合成石英玻璃部件由四氯化硅制造，因此純度高。但是，對(duì)氟等離子體的耐受性弱，容易消耗。另外，合成石英玻璃也存在價(jià)格高的問(wèn)題。

4、第二，用于太陽(yáng)能電池用硅單晶提拉的石英坩堝在內(nèi)層、中間層、外層使用不同的天然石英粉。內(nèi)層使用美國(guó)白崗巖提純的天然石英粉。中間層和外層精制使用印度產(chǎn)的偉星花崗巖。這是因?yàn)槌杀?，以及純化白崗巖的天然石英顆粒中內(nèi)含物較少。半導(dǎo)體用和太陽(yáng)能電池用的石英坩堝的原料的不同是由于在太陽(yáng)能電池用單晶硅提拉中使用鋇。鋇使石英坩堝表面轉(zhuǎn)變?yōu)棣路绞ⅲ鸬椒乐箯氖③釄灞砻鎰冸x的作用。這里，如果在內(nèi)層使用合成二氧化硅粉，則合成石英玻璃與鋇發(fā)生過(guò)激反應(yīng)，形成β方石英的厚層而剝離。

5、太陽(yáng)能電池用硅單晶中使用的石英坩堝中使用的原料粉是找到礦區(qū)、開(kāi)采、精制而成的，但自然礦山的儲(chǔ)量有限，而且質(zhì)量參差不齊成為大問(wèn)題。如果將其制成合成二氧化硅粉，則可以解決這樣的問(wèn)題，但因需要具有抗鋇性帶來(lái)的制造成本成為課題，無(wú)法實(shí)用化。現(xiàn)狀的嘗試是。在由有機(jī)硅烷制造合成二氧化硅粉時(shí)，嘗試摻雜鋁，但摻雜的鋁與天然石英不同，不能進(jìn)入二氧化硅網(wǎng)絡(luò)而生成莫來(lái)石。鋁和莫來(lái)石促進(jìn)了石英玻璃的石英化。另外，鋁在石英坩堝內(nèi)層中使用時(shí)，與石英玻璃一起溶解在硅熔體中。鋁的偏析系數(shù)為2.00e-03，因此容易混入硅單晶中。鋁起到n型摻雜材料的作用，因此不優(yōu)選。

6、而在現(xiàn)有技術(shù)【專利文獻(xiàn)1】和【專利文獻(xiàn)2】中公開(kāi)了一種高純度合成石英粉的制造方法，該高純度合成石英粉以價(jià)格低的水玻璃為原料，可以得到高純度且鈦含量極少的合成石英粉。專利上寫(xiě)著通過(guò)下一道工序制造。對(duì)水玻璃進(jìn)行脫堿處理而得到二氧化硅水溶液的第1工序、在第1工序中得到的二氧化硅水溶液中加入氧化劑和酸后，通過(guò)氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的第2工序、使第2工序中得到的二氧化硅水溶液凝膠化而得到二氧化硅粒子的第3工序、清洗凝膠化的二氧化硅的第4工序、燒成清洗后的二氧化硅的第5工序。但是，完全沒(méi)有關(guān)于制造的合成二氧化硅粉的氧化鋯含量的記述。

7、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

8、【專利文獻(xiàn)1】cn1413169

9、【專利文獻(xiàn)2】cn1541194

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，提供一種二氧化硅粉的制備方法以及包含該二氧化硅粉的石英玻璃及石英坩堝的制作方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種二氧化硅粉的制造方法；包括如下步驟：

4、s1，使用含鋯化合物作為硅酸鈉的制造用溶解爐的絕熱材料，通過(guò)絕熱材料與硅堿硅酸鈉熔融體接觸，制造含有10～50ppm氧化鋯的硅酸鈉；

5、s2，將含有10～50ppm氧化鋯的硅酸鈉在高壓封閉環(huán)境下加熱并溶解于水中，過(guò)濾后，用氫型陽(yáng)離子換樹(shù)脂制造膠體二氧化硅，凝膠化燒成，制造含有10～50ppm氧化鋯的合成二氧化硅粉。

6、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含鋯化合物為氧化鋯或硅酸鋯。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高壓封閉環(huán)境通過(guò)高壓釜實(shí)現(xiàn)。

8、一種石英玻璃的制作方法，通過(guò)燒結(jié)前述二氧化硅粉而使其透明，制造含氧化鋯的合成石英玻璃。

9、一種石英坩堝的制作方法，將前述二氧化硅粉通過(guò)電弧放電熔化，制成含氧化鋯的合成石英坩堝。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、1、研究了【專利文獻(xiàn)1】和【專利文獻(xiàn)2】的制造方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在該工序中僅氧化鋯不能除去，因此只要控制硅酸鹽堿中的氧化鋯含量，就可以制造希望的氧化鋯含量的合成二氧化硅粉。另外，將該合成二氧化硅粉燒結(jié)、透明化后的合成石英玻璃的氧化鋯含量也成為相同的濃度，即使氧化鋯含量為10～50ppm的低濃度，耐氟等離子體性也變得非常好。

12、2、研究了【專利文獻(xiàn)1】和【專利文獻(xiàn)2】的制造方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在該工序中僅氧化鋯不能除去，因此只要控制硅酸鹽堿中的氧化鋯含量，就可以制造希望的氧化鋯含量的合成二氧化硅粉。通過(guò)電弧放電將該合成二氧化硅粉制成合成石英坩堝。通過(guò)使合成石英坩堝的氧化鋯含量為10～50ppm，與鋇的反應(yīng)性與天然石英玻璃相同。由于氧化鋯的偏析系數(shù)為1.00e-07，因此混入硅單晶中的氧化鋯較少。另外，半導(dǎo)體用石英坩堝和太陽(yáng)能電池坩堝都使用不同的原料進(jìn)行多層成形，但本發(fā)明的合成二氧化硅粉可以整體使用。而且在成本上與天然石英粉相當(dāng)。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化硅粉的制造方法；其特征是，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅粉的制造方法，其特征是：所述含鋯化合物為氧化鋯或硅酸鋯。

3.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅粉的制造方法，其特征是：所述高壓封閉環(huán)境通過(guò)高壓釜實(shí)現(xiàn)。

4.一種包括如權(quán)利要求1所述的二氧化硅粉的石英玻璃的制作方法，其特征是：通過(guò)燒結(jié)前述二氧化硅粉而使其透明，制造含氧化鋯的合成石英玻璃。

5.一種包括如權(quán)利要求1所述的二氧化硅粉的石英坩堝的制作方法，其特征是：將前述二氧化硅粉通過(guò)電弧放電熔化，制成含氧化鋯的合成石英坩堝。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種二氧化硅粉的制備方法以及包含該二氧化硅粉的石英玻璃及石英坩堝的制作方法；在制備硅酸鈉片時(shí)，含有鋯，通過(guò)離子交換法制備合成二氧化硅粉，通過(guò)電弧放電將其制成合成石英坩堝。該含氧化鋯的合成石英坩堝在半導(dǎo)體硅單晶提拉中使用時(shí)，可得到與合成石英坩堝相同的提拉成品率，鑄錠的純度也與合成石英坩堝相同。另外，即使在太陽(yáng)傳硅單晶提拉中使用，鋇耐性也飛躍性地變好，單晶成品率與天然石英坩堝相同。另外，錠子純度也會(huì)變好；當(dāng)制備硅酸鈉片時(shí)，摻雜10?20ppm的鋯。通過(guò)離子交換法制備合成二氧化硅粉，將其燒結(jié)制成含氧化鋯的合成石英玻璃。通過(guò)該方法，在合成石英玻璃中均勻地分布氧化鋯，可以減小利用氟等離子體的蝕刻速率。

技術(shù)研發(fā)人員：渡部弘行,程利群
受保護(hù)的技術(shù)使用者：衢州納貝肖石英科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9