CN114369865A - 直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉 - Google Patents

直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉 Download PDF

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丁亚国
李玲玲
梁万亮
马国忠
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Abstract

本发明提供一种直拉单晶炉水冷屏装置，属于提高晶棒收率工艺的技术领域，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2‑20°，当水冷屏与单晶炉的中轴线夹角为15°/2‑20°时，使得整个热场的温度得到改变，使得晶棒固液界面的中心温度与边缘温度接近，使得晶棒拉出后，晶棒的尾部的截面尽量接近水平，进而晶棒的收率提高。

Description

直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉
技术领域
本发明涉及提高晶棒收率工艺技术领域，具体涉及一种直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉。
背景技术
直拉单晶炉中设置有水冷屏装置，用于单晶炉内制造均匀的热场，而水冷屏与单晶炉的中轴线夹角不同时，容易导致拉晶过程中，晶棒的尾部容易凹陷或者凸出，导致晶棒的收率不高。
发明内容
有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种提高晶棒收率的直拉单晶炉水冷屏装置。
还有必要提出一种单晶炉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种直拉单晶炉水冷屏装置，包括水冷屏，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-20°。
优选地，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-10°。
优选地，所述水冷屏与单晶炉的中轴线夹角为25°/2-35°/2。
优选地，所述水冷屏与单晶炉的中轴线夹角为20°。
优选地，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2。
优选地，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以形成漫反射，提高拉晶速率。
优选地，所述水冷屏为上下开口的筒状，所述水冷屏的开口上大下小。
优选地，所述凹坑为圆形。
优选地，所述水冷屏的外侧壁两端相对设置固定杆。
一种单晶炉，包括如上所述的直拉单晶炉水冷屏装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
当水冷屏与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-20°时，使得整个热场的温度得到改变，使得晶棒固液界面的中心温度与边缘温度接近，使得晶棒拉出后，晶棒的尾部的截面尽量接近水平，进而晶棒的收率提高。
附图说明
图1为单晶炉的剖视图。
图2为水冷屏的结构示意图。
图中：导流筒100、水冷屏200、凹坑210、圆环形护套220、固定杆230。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1至图2，一种直拉单晶炉水冷屏装置，包括水冷屏200，所述水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为15°/2-20°。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
当水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为15°/2-20°时，使得整个热场的温度得到改变，使得晶棒固液界面的中心温度与边缘温度接近，使得晶棒拉出后，晶棒的尾部的截面尽量接近水平，进而晶棒的收率提高。
进一步的，所述水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为15°/2-10°。
进一步的，所述水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为25°/2-35°/2。
进一步的，所述水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为20°。
进一步的，所述水冷屏200与单晶炉的中轴线夹角a为15°/2。
进一步的，所述水冷屏200的内侧壁设置有凹坑210，以形成漫反射，提高拉晶速率。
单晶炉加热器位于炉体底部，布设于坩埚底部或侧壁上，单晶硅拉制过程中，加热器的温度自加热炉底部向上折射，本发明在所述水冷屏200的内侧壁设置凹坑210，在凹坑210处形成漫反射，使得散热效率提高，并且通过凹坑210能够增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温，且所述凹坑210增大水冷屏200散热面积，且增加了水冷屏200的吸热效率，提高加热炉腔内散热效率，进而使得单晶棒拉制的过程中拉速提高，进而拉制单晶棒的产率提高。
并且在凹坑210中，热辐射能够形成涡旋气流，增加水冷屏200的散热；相对于现有技术，如果在水冷屏200上设置凸起，会改变热折射的方向，使得热折射向下，使得热折射折射在晶棒上或硅溶液上，不利于散热，而本发明是凹坑210，增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温。
进一步的，所述凹坑210均匀分布在所述水冷屏200的内侧壁上。
进一步的，所述水冷屏200为上下开口的筒状，所述水冷屏200的开口上大下小。
进一步的，所述凹坑210为圆形，使得热折射的方向向上，增大水冷屏200的散热面。
进一步的，所述水冷屏200的外侧壁两端相对设置固定杆230，用于将水冷屏200焊接在单晶炉内腔壁上，进行固定。
进一步的，所述水冷屏200的下端设置圆环形护套220，所述圆环形护套220由石墨做成，所述圆环形护套220与所述水冷屏200的下端通过石墨螺栓固定连接；由于水冷屏200上部分为不锈钢结构，而单晶炉内的加热器的加热温度为1450℃，炉腔内的环境温度在1000℃以上，不锈钢的耐高温温度为1000℃，在单晶炉内炉内温度过高容易造成不锈钢水冷屏200高温熔断或爆裂，因此采用石墨做成的圆环形护套220将水冷屏200和圆环形护套220固定在石英坩埚上方，石墨做成的圆环形护套220的耐高温温度达4000℃，在水冷热屏下端连接石墨做成的圆环形护套220，避免水冷热屏高温熔断或爆裂，同时通过石墨做成的圆环形护套220能够延伸水冷屏200的长度，延伸水冷热屏的热折射，有效保证单晶炉内良好的温度梯度，并且现有技术中水冷屏200的另一端需要距离硅溶液页面60mm以上，否则水冷屏200容易因膨胀而爆裂，所述圆环形护套220使得水冷屏200距硅溶液的液面更加接近，且水冷屏200不易炸裂。
进一步的，所述水冷屏200为不锈钢材质。
进一步的，所述水冷屏200表面涂覆有涂层。
一种单晶炉，包括导流筒100，包括如上所述的直拉单晶炉水冷屏装置，所述导流筒100与单晶炉的内壁连接，所述水冷屏200位于所述导流筒100的上方，且所述水冷屏200的上端与单晶炉的内壁连接，所述导流筒100套在所述水冷屏200的外壁。
一种提高拉晶速率的方法，包括导流筒100，利用如上所述直拉单晶炉水冷屏装置实现，具体步骤如下：
步骤一：将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方，且所述水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接；
步骤二：将晶棒以1.8mm/min-2.0mm/min的拉速从单晶炉内拉出。
具体的通过以下实施例、对比例进行说明；
实施例一：将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100 的上方，水冷屏200内壁设置均匀的圆形凹坑210，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接； 对比例一：将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方， 水冷屏200内壁光滑，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接；通过实施例一与对比例一的 装置拉制晶棒，晶棒的拉速如下表所示：
实施例一 对比例一
拉速 1.8mm/min-2.0mm/min 0.9mm/min-1.5mm/min
综上所述，通过上表能够得出，在其他参数相同的情况下，在水冷屏200上设置均匀的椭圆凹坑210，使得拉晶速度提高，且拉晶速度提高至原来的2倍，在水冷屏上设置凹坑210，在凹坑210处形成漫反射，使得散热效率提高，并且通过凹坑210能够增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温，且所述凹坑210增大水冷屏200散热面积，且增加了水冷屏200的吸热效率，提高加热炉腔内散热效率，进而使得单晶棒拉制的过程中拉速提高，进而拉制单晶棒的产率提高。
实施例二，将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方，水冷屏200内壁设置均匀的圆形凹坑210，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接，当所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角a为15°/2-10°，在拉制晶棒时，晶棒的收率为65% 。
实施例三，将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方，水冷屏200内壁设置均匀的圆形凹坑210，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接，当所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角a为25°/2-35°/2，在拉制晶棒时，晶棒的收率为80%-90% 。
实施例四，将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方，水冷屏200内壁设置均匀的圆形凹坑210，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接，当所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角a为20°，在拉制晶棒时，晶棒的收率为70% 。
综上所述，通过实施例一、二、三、四可以看出，在水冷屏200上设置凹坑210后，拉晶速率提高至原来的2倍，并且当所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-20°时，晶棒的收率得到提高，且当所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为25°/2-35°/2时，晶棒的收率最高。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，包括水冷屏，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-20°。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2-10°。
3.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为25°/2-35°/2。
4.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为20°。
5.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的侧壁与单晶炉的中轴线夹角为15°/2。
6.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以形成漫反射，提高拉晶速率。
7.根据权利要求6所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏为上下开口的筒状，所述水冷屏的开口上大下小。
8.根据权利要求7所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述凹坑为圆形。
9.根据权利要求8所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的外侧壁两端相对设置固定杆。
10.一种直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置。
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