CN115467012B - 单晶硅晶体生长装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅晶体生长装置及其控制方法，单晶硅晶体生长装置包括内壳、外壳、坩埚组件、感应线圈、隔热组件、第一转动机构、晶体提拉机构和保护气连接管，内壳具有长晶室和隔离室，外壳罩设于内壳外，且与内壳之间形成安装腔，感应线圈设于安装腔内，隔热组件围绕内壳设置，且设于内壳和感应线圈之间，第一转动机构设在内壳的底部以支撑和驱动内壳相对外壳转动，晶体提拉机构固设于隔离室内且适于自通口伸入长晶室以用于提拉晶体，晶体提拉机构适于跟随内壳同步转动，保护气连接管穿设于隔离室且连通至长晶室。根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置，可以延长感应线圈的使用寿命，且便于简化单晶硅生长装置顶部结构的复杂度。

Description

单晶硅晶体生长装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，尤其是涉及一种单晶硅晶体生长装置及其控制方法。

背景技术

相关技术中，单晶硅晶体生长装置的炉体内通常设置加热组件实现对坩埚组件的加热；然而，在长晶过程中，炉体内会生成具有一定腐蚀性的气体(例如SiO、或CO)，这些气体会与加热组件直接接触，对加热组件造成一定腐蚀，需要经常更换加热组件。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单晶硅晶体生长装置，所述单晶硅晶体生长装置可以延长感应线圈的使用寿命，且便于简化单晶硅生长装置顶部结构的复杂度。

本发明还提出了一种单晶硅晶体生长装置的控制方法，所述控制方法用于控制上述单晶硅晶体生长装置。

根据本发明第一方面实施例的单晶硅晶体生长装置，包括：内壳，所述内壳具有长晶室和隔离室，所述长晶室的顶部形成有通口，以连通所述隔离室和所述长晶室；外壳，所述外壳罩设于所述内壳外，且与所述内壳之间形成安装腔；坩埚组件，所述坩埚组件设于所述内壳内；感应线圈，所述感应线圈设于所述安装腔内，所述感应线圈与所述坩埚组件配合以使所述坩埚组件感应生热；隔热组件，所述隔热组件围绕所述内壳设置，且设于所述内壳和所述感应线圈之间；第一转动机构，所述第一转动机构设在所述内壳的底部以支撑和驱动所述内壳相对所述外壳转动；晶体提拉机构，所述晶体提拉机构固设于所述隔离室内且适于自所述通口伸入所述长晶室以用于提拉晶体，所述晶体提拉机构适于跟随所述内壳同步转动；保护气连接管，所述保护气连接管穿设于所述隔离室且连通至所述长晶室。

根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置，通过设置外壳罩设于内壳外、感应线圈设于内壳和外壳之间，而保护气连接管连通至内壳内，使得内壳将长晶所需的环境空间与感应线圈所处空间分隔开，避免长晶室内的挥发气体与感应线圈接触而腐蚀感应线圈，保证感应线圈的正常工作，从而延长感应线圈的使用寿命；同时隔热组件可以保证感应线圈具有合适的工作温度，进一步保证感应线圈的使用寿命。此外，通过设置第一转动机构，以实现内壳和晶体提拉机构的同步转动，从而实现晶体的转动，便于简化单晶硅生长装置顶部结构的复杂度。

在一些实施例中，所述坩埚组件包括石英坩埚和石墨坩埚，所述石英坩埚设于所述石墨坩埚的盛放腔，沿所述坩埚组件的径向，所述石墨坩埚的壁厚由外向内逐渐增大。

在一些实施例中，所述石墨坩埚的纵截面的内边缘和外边缘均为弧形。

在一些实施例中，所述内壳包括：主体部，所述主体部包括上壳和下壳，所述上壳连接于所述下壳的上侧，且所述上壳和所述下壳共同限定出所述长晶室；隔离罩，所述隔离罩与所述上壳为一体件，所述隔离罩位于所述外壳的上侧且罩设于所述上壳的外侧，所述隔离罩的底壁与所述外壳的顶壁转动配合，所述隔离罩与所述上壳限定出与外界空间分割开的所述隔离室。

在一些实施例中，所述隔离室包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室环绕所述长晶室的顶部设置，所述第二腔室设于所述第一腔室和所述长晶室的上侧且与所述第一腔室和所述长晶室分别连通。

在一些实施例中，所述晶体提拉机构包括第一枢转轮、第二枢转轮和提拉绳，所述第一枢转轮可转动地设于所述第一腔室，所述支撑轮可转动地设于所述第二腔室，所述提拉绳卷绕于所述第一枢转轮并绕设于所述第二枢转轮以适于穿设于所述通口。

在一些实施例中，所述外壳的顶部形成有枢转孔，所述长晶室穿设于所述枢转孔且与所述枢转孔枢转配合，所述外壳支撑于所述第一腔室的底壁且与所述第一腔室的底壁枢转配合。

在一些实施例中，所述长晶室包括晶体生长室、连通室和拉晶室，所述拉晶室设于所述晶体生长室的上方，所述连通室连通所述晶体生长室和所述拉晶室，所述坩埚组件设于所述晶体生长室，所述单晶硅晶体生长装置还包括：冷却组件，所述冷却组件一体成型于所述连通室的腔壁且向下伸入所述晶体生长室以用于对晶体进行冷却。

在一些实施例中，所述拉晶室的腔壁内限定出第一进液通道和第一出液通道，所述连通室的腔壁内限定出第二进液通道和第二出液通道，所述冷却组件内限定出第三进液通道和第三出液通道，所述第一进液通道、所述第二进液通道、所述第三进液通道、所述第三出液通道、所述第二出液通道和所述第一出液通道依次连通，且分别用于流动冷却介质，所述隔离室的至少部分环绕所述拉晶室设置，所述第一进液通道的进口处设有进水管，所述第一出液通道的出口处设有出水管，所述进水管和所述出水管均穿设于所述隔离室。

在一些实施例中，所述连通室的横截面积由上向下增大，所述冷却组件的内径大于所述拉晶室的内径。

在一些实施例中，所述单晶硅晶体生长装置还包括：坩埚驱动机构，所述坩埚驱动机构用于驱动所述坩埚组件相对于所述感应线圈运动；称重机构，所述称重机构设在所述坩埚组件和所述坩埚驱动机构之间，且用于称量所述坩埚组件的承载重量，所述称重机构与所述坩埚组件同轴设置。

在一些实施例中，所述单晶硅晶体生长装置还包括：导流组件，所述导流组件设于所述内壳内，且位于所述坩埚组件的上侧，所述导流组件与所述内壳绕所述导流组件的中心轴线转动连接；第二转动机构，所述第二转动机构用于驱动所述导流组件相对于所述内壳转动。

在一些实施例中，所述内壳形成有第一透视窗，所述外壳形成有第二透视窗，所述导流组件形成有透视通道，所述透视通道朝向所述坩埚组件内固液界面的方向直线延伸，所述单晶硅晶体生长装置具有预设状态，在所述预设状态，所述第一透视窗、所述第二透视窗和所述透视通道处于同一直线上。

根据本发明第二方面实施例的单晶硅晶体生长装置的控制方法，所述控制方法包括：在单晶硅棒的等径生长阶段，通过所述第一转动机构控制所述内壳相对所述外壳顺时针转动；通过所述坩埚驱动机构控制所述坩埚组件相对于所述内壳逆时针转动，且控制所述坩埚组件相对所述外壳顺时针转动；通过所述第二转动机构控制所述导流组件相对于所述坩埚组件逆时针转动，且控制所述导流组件相对所述外壳顺时针转动。

根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置的控制方法，通过控制内壳、坩埚组件和导流组件的旋转方向和转速，可以改善炉内氛围以及保护气的流场，更好地满足长晶需求，提高晶体的成晶品质。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的单晶硅晶体生长装置的结构示意图，其中晶体处于等径生长的初期；

图2是图1中所示的单晶硅晶体生长装置的另一结构示意图，其中晶体处于等径生长的后期；

图3是图2中所示的单晶硅晶体生长装置的又一示意图；

图4是图3中所示的单晶硅晶体生长装置的局部放大图；

图5是图4中圈示的D部的放大图；

图6是根据本发明一个实施例的单晶硅晶体生长装置的控制方法流程示意图。

附图标记：

单晶硅晶体生长装置100、

内壳1、长晶室1a、通口1b、排气孔1c、

主体部11、晶体生长室11a、连通室11b、

上壳111、滑槽111a、拉晶室111a、下壳112、第一进液通道111b、第一出液通道111c、第二进液通道111d、第二出液通道111e、

隔离罩12、隔离室12a、第一腔室A、第二腔室B、保护气连接管121、进水管122、出水管123、冷却组件13、第三进液通道13a、第三出液通道13b、第一透视窗14、外壳2、安装腔2a、枢转孔2b、第二上壳21、第二透视窗211、第二下壳22、

坩埚组件3、石英坩埚31、石墨坩埚32、

感应线圈4、隔热组件5、第一转动机构6、

晶体提拉机构7、第一枢转轮71、第二枢转轮72、提拉绳73、

坩埚驱动机构8、第三转动机构81、升降机构82、

称重机构9、

导流组件10、透视通道10a、滑轨10b、

第一配合段10c、第二配合段10d、避让槽10e、第二转动机构C。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面，参考附图，描述根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置100。

如图1所示，单晶硅晶体生长装置100包括内壳1、外壳2、坩埚组件3、感应线圈4和保护气连接管121，内壳1具有长晶室1a和隔离室12a，长晶室1a的顶部形成有通口1b，以连通隔离室12a和长晶室1a；外壳2罩设于内壳1外，且外壳2与内壳1之间形成安装腔2a，坩埚组件3设于内壳1内，以用于盛装硅料，感应线圈4设于安装腔2a内，感应线圈4与坩埚组件3配合以使坩埚组件3感应生热；保护气连接管121穿设于隔离室12a，且保护气连接管121连通至长晶室1a，使得保护气连接管121向长晶室1a通入保护气(例如氩气)，以保证晶体生长的有利气体环境，且稳定单晶硅晶体生长装置100内部的工作压力，同时保护气可以及时地带走长晶室1a内产生的挥发物(例如硅氧化物或其他杂质等)，以保证晶体的成晶率和成晶品质。

可见，内壳1将长晶室1a与安装腔2a隔离开，而感应线圈4设于安装腔2a，在保证感应线圈4能与坩埚组件3配合以使坩埚组件3感应生热的前提下，晶体生长过程中产生的挥发气体(例如SiO气体和CO气体等)不会流至安装腔2a内与感应线圈4接触，避免上述挥发气体腐蚀感应线圈4，保证感应线圈4的正常工作，从而延长感应线圈4的使用寿命；此外，还可以避免感应线圈4在工作过程中产生的杂质进入熔汤内，从而减少对晶体生长品质的影响。

如图1所示，单晶硅晶体生长装置100还包括隔热组件5，隔热组件5围绕内壳1设置，且隔热组件5设于内壳1和感应线圈4之间，以对坩埚组件3保温，减少坩埚组件3的热量散失，节约生产成本；而且，隔热组件5还可以减少坩埚组件3向感应线圈4传递的热量，避免感应线圈4温度过高，便于保证感应线圈4具有合适的工作温度。

在一些示例中，隔热组件5的底部设置安装座，以实现隔热组件5的安装，安装座可以固设于单晶硅晶体生长装置100的放置面上、也可以固设于外壳2等。

如图1-图3所示，单晶硅晶体生长装置100还包括第一转动机构6和晶体提拉机构7，第一转动机构6驱动内壳1相对外壳2转动，晶体提拉机构7固设于隔离室12a内，可以避免晶体提拉机构7暴露在外侧发生干涉，影响晶体的提拉过程，晶体提拉机构7的部分适于自通口1b伸入长晶室1a以用于提拉晶体。晶体提拉机构7适于跟随内壳1同步转动，则第一转动机构6还能控制晶体提拉机构7转动，进而带动晶体转动，使得晶体跟随内壳1同步转动，以满足晶体生长过程中晶体的旋转需求，则晶体提拉机构7无需配置控制自身旋转的机构，由此简化了单晶硅晶体生长装置100顶部结构的复杂度。

可见，本申请中第一转动机构6和晶体提拉机构7的设置，在保证感应线圈4与晶体生长过程中产生的挥发气体有效隔开的前提下，满足拉晶旋转需求。

其中，第一转动机构6设在内壳1的底部以支撑内壳1，降低了单晶硅晶体生长装置100的重心，增大单晶硅晶体生长装置100的平稳性，同时由于第一转动机构6的高度较低，方便维修人员维修第一转动机构6，而且便于使得第一转动机构6不会占用安装腔2a的空间，以便感应线圈4的灵活布置、安装。

根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置100，通过设置外壳2罩设于内壳1外、感应线圈4设于内壳1和外壳2之间，而保护气连接管121连通至内壳1内，使得内壳1将长晶所需的环境空间(即内壳1内部空间)与感应线圈4所处空间(即安装腔2a)分隔开，避免长晶室1a内的挥发气体(例如SiO气体和CO气体等)与感应线圈4接触而腐蚀感应线圈4，保证感应线圈4的正常工作，从而延长感应线圈4的使用寿命；同时隔热组件5可以保证感应线圈4具有合适的工作温度，进一步保证感应线圈4的使用寿命。此外，通过设置第一转动机构6，以实现内壳1和晶体提拉机构7的同步转动，从而实现晶体的转动，便于简化单晶硅晶体生长装置100结构的复杂度。

可见，本申请中，安装腔2a和隔热组件5的布置对感应线圈4起到了双重保护作用。

如图1所示，第一转动机构6设在内壳1的底部以支撑内壳1，且第一转动机构6上形成有排气孔1c，长晶室1a内的保护气以及挥发物或其它气体可以通过排气孔1c排出，保证单晶硅晶体生长装置100内部工作压力的稳定。

当然，本申请不限于此，在本申请的另一个示例中，第一转动机构6设置在内壳1内，内壳1的底壁上形成有排气孔1c。

在一些实施例中，如图1所示，坩埚组件3包括石英坩埚31和石墨坩埚32，石英坩埚31设于石墨坩埚32的盛放腔，石英坩埚31用于盛放硅料，沿坩埚组件3的径向，石墨坩埚32的壁厚由外向内逐渐增大，而坩埚组件3与感应线圈4配合感应产生的热量与石墨坩埚32的壁厚相关，石墨坩埚32壁厚较大的位置，坩埚组件3与感应线圈4感应产生的热量较多，由于石英坩埚31内熔汤中部与石墨坩埚31之间距离较大，熔汤侧面由外向内传递的热量越来越少，则设置石墨坩埚32的壁厚右外向内逐渐增大，以适当增加石墨坩埚31中部向熔汤中部传递的热量，以便提升坩埚组件3对熔汤各位置的加热均匀性，提升熔汤受热均匀性。

可选地，在图1的示例中，石墨坩埚32的底部设有卡托，卡托形成有卡槽，卡槽与石墨坩埚32限位配合，以使卡托限定、支撑石墨坩埚32。

在一些实施例中，如图1所示，石墨坩埚32的纵截面的内边缘和外边缘均为弧形，以优化石墨坩埚32的结构，便于使得石墨坩埚32的壁厚由外向内逐渐增大，同时在长晶过程中，硅料趋于集中于石墨坩埚32的中部，有利于进一步提升硅料受热均匀性，且相同硅料量的情况下，本申请中的坩埚组件3可以提升硅料的深度，以便于降低拉晶完成后的硅料的剩余量、减少硅料在坩埚组件3中的残留，提升硅料利用率。

在一些实施例中，如图1所示，内壳1包括主体部11和隔离罩12，主体部11包括上壳111和下壳112，上壳111连接于下壳112的上侧，且上壳111和下壳112共同限定出长晶室1a；隔离罩12与上壳111为一体件。由此，一体件的结构不仅可以保证隔离罩12与上壳111的结构、性能稳定性，并且方便成型、制造简单，而且省去了多余的装配件以及连接工序，保证了隔离罩12与上壳111的连接可靠性。再者，一体件的结构的整体强度和稳定性较高，寿命更长。

隔离罩12位于外壳2的上侧，且隔离罩12罩设于上壳111的外侧，隔离罩12的底壁与外壳2的顶壁转动配合，保证内壳1相对外壳2的顺畅、稳定转动，从而保证晶体转动的稳定性。在本申请的一个示例中，隔离罩12的外径略小于上壳111的外径。由此，隔离罩12和主体部11在外形尺寸上更加协调，避免出现“头大身小”，或者“头小身大”的转动不匹配的问题，有利于提升内壳1相对外壳2转动的平稳性。

隔离罩12与上壳111限定出与外界空间分割开的隔离室12a，保证隔离室12a与外界空间的隔离，而晶体提拉机构7的部分(例如拉晶绳)适于伸入长晶室1a以用于提拉晶体，由于隔离室12a具有良好的密封性，对于通口1b处长晶室1a与晶体提拉机构7的密封性要求可以适当降低，以在保证长晶室1a密封性的前提下，降低晶体提拉机构7的布置要求。

可见，隔离室12a位于安装腔2a外，以便保证隔离室12a为晶体提拉机构7提供足够的安装空间，且不会导致安装腔2a的空间过大；上壳111的至少部分伸出安装腔2a外，便于使得长晶室1a的至少部分位于安装腔2a外，以便进一步减小安装腔2a所占空间，节省单晶硅晶体生长装置100的占用空间。

例如，在图1的示例中，隔离罩12的底壁与外壳2的顶壁之间设有转动组件，以使隔离罩12通过转动组件与外壳2转动连接，转动组件构造成：外壳2通过转动组件支撑隔离罩12，使得转动组件用于承载竖向力，有利于提升内壳1的稳定性；此时转动组件可以位于安装腔2a外，则外壳2上无需开设安装口以安装转动组件，简化了外壳2的加工。可选地，转动组件为轴承(比如推力球轴承、或圆锥滚子轴承等)或滑轮组件等。

当然，转动组件的设置不限于此；转动组件还可以构造成：转动组件仅承载水平径向力。

可选地，上壳111与下壳112可拆卸相连，方便上壳111与下壳112之间的拆装维修或更换，则在上壳111和下壳112中的其中一个时，只需更换主体部11的一部分即可，节约设备维护成本。例如，上壳111与下壳112螺纹连接，则在实现上壳111与下壳112可拆卸的同时，便于保证主体部11的密封性。

此外，需要说明的是，上壳111与下壳112可拆卸相连，在后续取棒时(即晶体生长完成需要从单晶硅晶体生长装置100中取出时)，可以将上壳111从下壳112上拆卸下来，例如在上壳111与导下壳112通过螺纹配合时，通过旋转上壳111便可以将上壳111以及晶体从单晶硅晶体生长装置100中分离出来；然后通过晶体提拉机构7的反向旋转，使得晶体从拉晶室111a中推出，从而完成取棒过程。

可选地，当第一转动机构6设在内壳1的底部以支撑内壳1时，第一转动机构6可以与下壳112相连，以带动整个内壳1转动。

在一些实施例中，如图1所示，隔离室12a包括第一腔室A和第二腔室B，第一腔室A环绕长晶室1a的顶部设置，第二腔室B设于第一腔室A和长晶室1a的上侧，且第二腔室B与第一腔室A和长晶室1a分别连通，以便于隔离室12a为晶体提拉机构7提供足够的布置空间，同时设置第一腔室A环绕长晶室1a的顶部设置，在实现晶体提拉机构7的前提下，有利于减小第二腔室B的占据空间，便于避免隔离室12与长晶室1a出现“头重脚轻”。

在一些实施例中，如图1所示，晶体提拉机构7包括第一枢转轮71、第二枢转轮72和提拉绳73，第一枢转轮71可转动地设于第一腔室A，第二枢转轮72可转动地设于第二腔室B，提拉绳73卷绕于第一枢转轮71并绕设于第二枢转轮72以适于穿设于通口1b，保证晶体提拉机构7跟随内壳1同步转动，同时便于在保证拉晶绳73顺利升降的前提下，实现第一枢转轮71和第二枢转轮72的分散设置，无需将整个晶体提拉机构7都集中布置在长晶室1a的上侧，有利于改善长晶室1a腔壁的受力。

可见，第一枢转轮71可以为主动轮，以便控制晶体上下移动的速度，第二枢转轮72可以改变自第一枢转轮71上延伸的拉晶绳73的布置方向，实现拉晶绳73上下带动晶体的移动。

如图1-图3所示，通口1b的中心轴线可以与内壳1的转动轴线重合，以便于保证拉晶绳73的转动轴线与内壳1的转动轴线重合，减小拉晶绳73的晃动，保证晶体移动平稳性和晶体转动的稳定性，避免晶体产生扭曲等情形，提高晶体的品质。

在一些实施例中，如图1所示，外壳2的顶部形成有枢转孔2b，长晶室1a穿设于枢转孔2b，且长晶室1a与枢转孔2b枢转配合，外壳2支撑于第一腔室A的底壁，且外壳2与第一腔室A的底壁枢转配合，则外壳2与长晶室1a和第一腔室A分别配合，在实现内壳1相对于外壳2的顺畅转动的同时，可以提升内壳1的转动稳定性。

例如，在图1-图3的示例中，外壳2包括上下固定连接的第二上壳21和第二下壳22，且第二上壳21和第二下壳22可拆卸相连，方便外壳2的拆装，且在第二上壳21和第二下壳22损坏时，只需更换外壳2的一部分即可，节约设备维护成本。例如，第二上壳21和第二下壳22螺纹连接。

需要说明的是，上壳111与下壳112可拆卸相连，第二上壳21和第二下壳22可拆卸相连，在后续取棒时(即晶体生长完成需要从单晶硅晶体生长装置100中取出时)，可以将第二上壳21从第二下壳22上拆卸下来，同时将上壳111从下壳112上拆卸下来，例如第二上壳21与第二下壳22通过螺纹配合，上壳111与下壳112通过螺纹配合，通过旋转第二上壳21和上壳111，便可以将第二上壳21、上壳111以及晶体从单晶硅晶体生长装置100中分离出来；然后通过晶体提拉机构7的反向旋转，使得晶体从拉晶室111a中推出，从而完成取棒过程。在一些实施例中，如图1所示，长晶室1a包括晶体生长室11a、连通室11b和拉晶室111a，拉晶室111a设于晶体生长室11a的上方，连通室11b连通晶体生长室11a和拉晶室111a，坩埚组件3设于晶体生长室11a；单晶硅晶体生长装置100还包括冷却组件13，冷却组件13位于坩埚组件3的上方，冷却组件13一体成型于连通室11b的腔壁，且冷却组件13向下伸入晶体生长室11a以用于对晶体进行冷却，从而便于冷却组件13的成型，节省了冷却组件13的安装工序，同时便于保证冷却组件13为晶体的提拉提供足够的避让空间，例如冷却组件13为筒状结构时，便于保证晶体能够穿设于冷却组件13径向内侧。

在本申请的一个示例中，晶体生长室11a的内径为R1，拉晶室111a的内径为R2，且满足：0.2≤R2/R1≤0.3。通过将拉晶室111a的内径与晶体生长室11a的内径的比值设定在0.2-0.3之间，可以提升保护气流经拉晶室111a的流速，使得晶棒可以快速冷却。而且，还可以避免晶棒温度的骤降，有利于保证晶棒的品质。需要说明的是，冷却组件13和连通室11b的腔壁可以一次加工成型，例如冷却组件13与连通室11b的腔壁可以一体铸造成型。当然，本申请不限于此，还可以在连通室11b的腔壁加工成型的基础上再加工出冷却组件13，此时冷却组件13和连通室11b的腔壁可以经过两次加工工序后成型。可以理解的是，无论冷却组件13和连通室11b的腔壁的具体加工顺序如何，只要满足内壳1在整体加工完毕后冷却组件13和连通室11b的腔壁为一体化结构即可。

在图1的示例中，内壳1包括上壳111和下壳112，上壳111的一部分限定出拉晶室111a，上壳111的另一部分和下壳112共同限定出晶体生长室11a，坩埚组件3设于晶体生长室11a。

在一些实施例中，如图1所示，拉晶室111a的腔壁内限定出第一进液通道111b和第一出液通道111c，连通室11b的腔壁内限定出第二进液通道111d和第二出液通道111e，冷却组件13内限定出第三进液通道13a和第三出液通道13b，第一进液通道111b、第二进液通道111d、第三进液通道13a、第三出液通道13b、第二出液通道111e和第一出液通道111c依次连通，且第一进液通道111b、第二进液通道111d、第三进液通道13a、第三出液通道13b、第二出液通道111e和第一出液通道111c分别用于流动冷却介质，则第一进液通道111b、第二进液通道111d、第三进液通道13a、第三出液通道13b、第二出液通道111e和第一出液通道111c串联设置，且拉晶室111a的腔壁和连通室11b的腔壁也可均用于对晶体进行冷却，有效扩大了冷却介质的冷却范围、延长了冷却介质的流动路径，从而提升了晶体的冷却效率；而且，由于冷却组件13与连通腔111a的腔壁一体成型，便于保证冷却组件13内的通道与连通腔111a的腔壁内的通道的可靠连通。

在本申请的一个示例中，晶体生长室11a的内径为R1，拉晶室111a的内径为R2冷却组件13的内径为R3，且满足：0.35≤R3/R1≤0.45、1.2≤R3/R2≤1.7。

可以理解的是，上述用于流动冷却介质的各个通道的结构可以根据实际需求具体设置，例如通道可以沿上下方向螺旋延伸。以第一进液通道111b和第一出液通道111c为例，第一进液通道111b和第一出液通道111c均沿拉晶室111a的周向螺旋延伸。其中，如图3所示，隔离室12a的至少部分环绕拉晶室111a设置，第一进液通道111b的进口处设有进水管122，第一出液通道111c的出口处设有出水管123，进水管122和出水管123均穿设于隔离室12a，换热介质从进水口流入第一进液通道111b，并依次流经第二进液通道111d、第三进液通道13a、第三出液通道13b和第二出液通道111e，而后从第一出液通道111c流至出水管123，实现换热介质依次流经拉晶室111a、连通室11b、冷却组件13、连通室11b，最后从拉晶室111a排出。可见，隔离罩12对进水管122和出水管123均具有一定的支撑、保护作用，使得进水管122与第一进液通道111b的连接位置、出水管123与第一出液通道111c的连接位置均位于隔离室12a内，避免进水管122在与第一进液通道111b的连接位置处、和出水管123在与第一出液通道111c的连接位置处因外力碰撞等导致进水管122、出水管123弯折损坏，便于保证进水管122与第一进液通道111b的可靠连接、保证出水管123和第一出液通道111c的可靠连接。

在一些实施例中，如图1所示，连通室11b的横截面积由上向下增大，拉晶室111a连通在连通室11b的上侧，晶体生长室11a连通在连通室11b的下侧，拉晶室111a的内径小于晶体生长室11a的内径，便于实现拉晶室111a与晶体生长室11a的稳定过渡，避免内壳1内部空间出现截面突变位置，从而有利于保证气流在自拉晶室111a流向晶体生长室11a的过程中的流动稳定性，以有效保证炉内氛围；冷却组件13的内径大于拉晶室111a的内径，晶体提拉机构7提拉晶体时，保证晶体与冷却组件13之间具有合适的径向距离，避免晶体转动时与冷却组件13接触，同时保证对晶体的冷却效果。

可选地，在图1的示例中，连通室11b的腔壁形成为锥形筒状结构，方便加工。

在一些实施例中，如图1所示，单晶硅晶体生长装置100还包括坩埚驱动机构8和称重机构9，坩埚驱动机构8用于驱动坩埚组件3相对于感应线圈4运动；称重机构9设在坩埚组件3和坩埚驱动机构8之间，且称重机构9用于称量坩埚组件3的承载重量，则称重机构9可以获取坩埚组件3内硅料的消耗量，以准确判断拉晶是否完成。

可见，坩埚组件机构8通过称重机构9带动坩埚组件3运动，称重机构9可以在拉晶过程中实时检测坩埚组件3内剩余的硅料，并根据检测数据得出晶体拉制是否完成，从而能够使得单晶硅晶体生长装置100及时停止拉晶工作，以减少硅料的浪费，节约生产成本。

其中，称重机构9与坩埚组件3同轴设置，以提升称重机构9的检测精确性，减小测量和计算偏差，提升拉晶是否完成的判断准确性。

在一些实施例中，如图1-图3所示，坩埚驱动机构8设于晶体生长室11a，且坩埚驱动机构8包括第三转动机构81和升降机构82，第三转动机构81用于驱动坩埚组件3相对于感应线圈4转动，升降机构82用于驱动坩埚组件3上下移动，以实现坩埚组件3的上下移动和转动，以满足拉晶需求。在本申请的一个示例中，通过升降机构82驱动坩埚组件3上下运动，使得熔汤的液面与导流组件10的底壁的间距保持不变，使得三相点位置的生长环境保持不变，从而保证晶棒的生长品质。

其中，第三转动机构81通过升降机构82间接驱动坩埚组件3转动，使得升降机构82、称重机构9和坩埚组件3同步转动；或者，升降机构82通过第三转动机构81间接驱动坩埚组件3移动。

可选地，升降机构82为驱动缸，例如气缸等。

在一些实施例中，如图1-图3所示，第一转动机构6设在内壳1的底部以支撑内壳1，第三转动机构81设于升降机构82的下侧，第三转动机构81与第一转动机构6处于同一高度位置，且第三转动机构81与第一转动机构6间隔设置，以避免第三转动机构81和第一转动机构6之间发生干涉。

在一些实施例中，如图1所示，单晶硅晶体生长装置100还包括导流组件10和第二转动机构C，导流组件10设于内壳1内，且导流组件10位于坩埚组件3的上侧，导流组件10与内壳1绕导流组件10的中心轴线转动连接，使得导流组件10能绕其中心轴线相对于内壳1转动；第二转动机构C用于驱动导流组件10相对于内壳1转动，使得保护气连接管121吹出的保护气在导流组件10转动的作用下分布的更加均匀，以便于使得导流组件10的转动可以削弱保护气因内壳1的转动而产生的旋转，从而提高吹扫的保护气的均匀性，保证炉内氛围。

例如，在图1和图4的示例中，内壳1的内周壁形成有环形的滑槽111a，导流组件10的外周壁设有滑轨10b，滑轨10b滑移配合于滑槽111a，以实现导流组件10与内壳1的枢转连接，滑轨10b具有轮齿，第二转动机构C包括驱动电机，驱动电机设在内壳1上，驱动电机通过齿轮与滑轨10b的轮齿啮合，以实现动力传递。

可选地，在图5的示例中，滑轨10b与滑槽111a的周壁之间设有轴承，以便减小滑轨10b的滑移阻力；滑轨10b包括第一配合段10c和第二配合段10d，第一配合段10c环绕第二配合段10d设置，且在第一壳体1的轴向上，第一配合段10c的长度大于第二配合段10d的长度，以使第一配合段10c、第二配合段10d和滑槽111a的壁面之间形成避让槽10e，则第二配合段10d在第一壳体1轴向上的两侧中的至少一侧形成有避让槽10e，避让槽10e用于安装轴承，例如第二配合段10d在第一壳体1轴向上的两侧分别设有轴承。

在一些实施例中，如图1所示，内壳1形成有第一透视窗14，外壳2形成有第二透视窗211，导流组件10形成有透视通道10a，透视通道10a朝向坩埚组件3内固液界面的方向直线延伸；单晶硅晶体生长装置100具有预设状态，在预设状态，第一透视窗14、第二透视窗211和透视通道10a处于同一直线上，使得操作人员可以通过第一透视窗14、第二透视窗211和透视通道10a观察熔汤和晶体的交汇区(即晶体的光环区)，方便操作人员判断长晶情况等。

例如，第一透视窗14沿内壳1的周向延伸，第一透视窗14随内壳1转动，第二透视窗211沿外壳2的周向延伸，透视通道10a随导流组件10转动，第一透视窗14所对应的视野区域、第二透视窗211所对应的视野区域和透视通道10a对应的视野区域存在交集时，单晶硅晶体生长装置100处于预设状态，操作人员可以通过第一透视窗14、第二透视窗211和透视通道10a观察液态硅和晶体的交汇区。

可选地，在图1-图3的示例中，内壳1和外壳2同轴设置，在内壳1的横截面上，以内壳1的中心轴线为圆心，第一透视窗14对应的圆心角不超过60°，例如第一透视窗14对应的圆心角为10°、或20°、或30°、或45°、或60°等；在外壳2的横截面上，以外壳2的中心轴线为圆心，第二透视窗211对应的圆心角也不超过60°，例如第二透视窗211对应的圆心角为10°、或15°、或30°、或50°、或60°等。在本申请的一个示例中，第二透视窗211的圆心角等于第一透视窗14的圆心角。

可选地，在内壳1的纵截面上，第一透视窗14的宽度沿径向由内向外逐渐增大，在外壳2的纵截面上，第二透视窗211的宽度沿径向由内向外逐渐增大，在导流组件10的纵截面上，透视通道10a的宽度沿径向由内向外逐渐增大，以便使得第一透视窗14、第二透视窗211和透视通道10a构成的观察通道在外壳2外具有较大的观察操作空间。

根据本发明第二方面实施例的单晶硅晶体生长装置100的控制方法，单晶硅晶体生长装置100包括内壳1、外壳2、坩埚组件3、感应线圈4、隔热组件5、第一转动机构6、晶体提拉机构7、保护气连接管121和导流组件10。

如图5所示，单晶硅晶体生长装置100的控制方法包括：在单晶硅棒的等径生长阶段，通过第一转动机构6控制内壳1相对外壳2顺时针转动；通过坩埚驱动机构8控制坩埚组件3相对于内壳1逆时针转动，且通过坩埚驱动机构8控制坩埚组件3相对外壳2顺时针转动；通过第二转动机构C控制导流组件10相对于坩埚组件3逆时针转动，且控制导流组件10相对外壳2顺时针转动。

需要说明的是，本申请中，“顺时针转动”和“逆时针转动”是相对概念，两者对应的转动方向相反。

可见，在本申请的控制方法中，相对于外壳2，内壳1的转动方向、坩埚组件3的转动方向和导流组件10的转动方向均相同(均为顺时针)，导流组件10的转动速度小于坩埚组件3的转动速度，且导流组件10的转动速度小于内壳1的转动速度；其中，外壳2可以在长晶过程中始终保持静止。由此，通过导流组件10相对于内壳1的逆时针转动，以便于抵消保护气在内壳1的带动下发生一定程度的旋转，保护气气流吹扫到坩埚组件3内的熔汤的转速相对较小或者不发生旋转以更好地引导保护气流向固液界面处以保护晶体生长。

根据本发明实施例的单晶硅晶体生长装置100的控制方法，通过控制内壳1、坩埚组件3和导流组件10的旋转方向和转速，可以改善炉内氛围以及保护气的流场，更好地满足长晶需求，提高晶体的成晶品质。

在一些实施例中，坩埚驱动机构8构造成：坩埚驱动机构8直接设置在第一转动机构6上，第一转动机构6通过坩埚驱动机构8带动坩埚组件3同步转动，而坩埚驱动机构8用于驱动坩埚组件3相对于内壳1转动；也就是说，坩埚驱动机构8运转时，坩埚组件3在坩埚驱动机构8的带动下相对内壳1转动，使得坩埚组件3和内壳1非同步转动，而坩埚驱动机构8不运转时，坩埚组件3在第一转动机构6的带动下，驱动力通过内壳1和坩埚驱动机构8传递至坩埚组件3，以使坩埚组件3和内壳1同步转动。

当然，本申请不限于此。还有一些实施例中，坩埚驱动机构8构造成：坩埚驱动机构8设置在第一转动机构6的径向内侧，且坩埚驱动机构8和第一转动机构6之间设置有轴承，第一转动机构6用于驱动内壳1转动，且第一转动机构6无法通过坩埚驱动机构8带动坩埚组件3转动，而坩埚驱动机构8用于驱动坩埚组件3相对于内壳1转动；也就是说，坩埚驱动机构8无论是否运转，第一转动机构6的驱动力均无法通过坩埚驱动机构8传递至坩埚组件3。例如，坩埚驱动机构8与第一转动机构6间隔设置，且坩埚驱动机构6与内壳1或第一转动机构6之间枢转配合，以使第一转动机构6的驱动力无法传递至坩埚驱动机构8。

可见，本申请坩埚组件机构8可以根据实际需求灵活设置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种单晶硅晶体生长装置，其特征在于，包括：

内壳，所述内壳具有长晶室和隔离室，所述长晶室的顶部形成有通口，以连通所述隔离室和所述长晶室；

外壳，所述外壳罩设于所述内壳外，且与所述内壳之间形成安装腔；

坩埚组件，所述坩埚组件设于所述内壳内；

感应线圈，所述感应线圈设于所述安装腔内，所述感应线圈与所述坩埚组件配合以使所述坩埚组件感应生热；

隔热组件，所述隔热组件围绕所述内壳设置，且设于所述内壳和所述感应线圈之间，所述隔热组件的底部设置安装座，所述安装座固设于所述单晶硅生长装置的放置面上、或固设于所述外壳；

第一转动机构，所述第一转动机构设在所述内壳的底部以支撑和驱动所述内壳相对所述外壳转动；

晶体提拉机构，所述晶体提拉机构固设于所述隔离室内且适于自所述通口伸入所述长晶室以用于提拉晶体，所述晶体提拉机构适于跟随所述内壳同步转动；

保护气连接管，所述保护气连接管穿设于所述隔离室且连通至所述长晶室。

2.根据权利要求1所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述坩埚组件包括石英坩埚和石墨坩埚，所述石英坩埚设于所述石墨坩埚的盛放腔，沿所述坩埚组件的径向，所述石墨坩埚的壁厚由外向内逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述石墨坩埚的纵截面的内边缘和外边缘均为弧形。

4.根据权利要求1所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述内壳包括：

主体部，所述主体部包括上壳和下壳，所述上壳连接于所述下壳的上侧，且所述上壳和所述下壳共同限定出所述长晶室；

隔离罩，所述隔离罩与所述上壳为一体件，所述隔离罩位于所述外壳的上侧且罩设于所述上壳的外侧，所述隔离罩的底壁与所述外壳的顶壁转动配合，所述隔离罩与所述上壳限定出与外界空间分割开的所述隔离室。

5.根据权利要求1所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述隔离室包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室环绕所述长晶室的顶部设置，所述第二腔室设于所述第一腔室和所述长晶室的上侧且与所述第一腔室和所述长晶室分别连通。

6.根据权利要求5所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述晶体提拉机构包括第一枢转轮、第二枢转轮和提拉绳，所述第一枢转轮可转动地设于所述第一腔室，所述支撑轮可转动地设于所述第二腔室，所述提拉绳卷绕于所述第一枢转轮并绕设于所述第二枢转轮以适于穿设于所述通口。

7.根据权利要求5所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述外壳的顶部形成有枢转孔，所述长晶室穿设于所述枢转孔且与所述枢转孔枢转配合，所述外壳支撑于所述第一腔室的底壁且与所述第一腔室的底壁枢转配合。

8.根据权利要求1所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述长晶室包括晶体生长室、连通室和拉晶室，所述拉晶室设于所述晶体生长室的上方，所述连通室连通所述晶体生长室和所述拉晶室，所述坩埚组件设于所述晶体生长室，

所述单晶硅晶体生长装置还包括：

冷却组件，所述冷却组件一体成型于所述连通室的腔壁且向下伸入所述晶体生长室以用于对晶体进行冷却。

9.根据权利要求8所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述拉晶室的腔壁内限定出第一进液通道和第一出液通道，所述连通室的腔壁内限定出第二进液通道和第二出液通道，所述冷却组件内限定出第三进液通道和第三出液通道，所述第一进液通道、所述第二进液通道、所述第三进液通道、所述第三出液通道、所述第二出液通道和所述第一出液通道依次连通，且分别用于流动冷却介质，

所述隔离室的至少部分环绕所述拉晶室设置，所述第一进液通道的进口处设有进水管，所述第一出液通道的出口处设有出水管，所述进水管和所述出水管均穿设于所述隔离室。

10.根据权利要求8所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述连通室的横截面积由上向下增大，所述冷却组件的内径大于所述拉晶室的内径。

11.根据权利要求1所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，还包括：

坩埚驱动机构，所述坩埚驱动机构用于驱动所述坩埚组件相对于所述感应线圈运动；

称重机构，所述称重机构设在所述坩埚组件和所述坩埚驱动机构之间，且用于称量所述坩埚组件的承载重量，所述称重机构与所述坩埚组件同轴设置。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，还包括：

导流组件，所述导流组件设于所述内壳内，且位于所述坩埚组件的上侧，所述导流组件与所述内壳绕所述导流组件的中心轴线转动连接；

第二转动机构，所述第二转动机构用于驱动所述导流组件相对于所述内壳转动。

13.根据权利要求12所述的单晶硅晶体生长装置，其特征在于，所述内壳形成有第一透视窗，所述外壳形成有第二透视窗，所述导流组件形成有透视通道，所述透视通道朝向所述坩埚组件内固液界面的方向直线延伸，

所述单晶硅晶体生长装置具有预设状态，在所述预设状态，所述第一透视窗、所述第二透视窗和所述透视通道处于同一直线上。

14.一种根据权利要求12或13所述的单晶硅晶体生长装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：在单晶硅棒的等径生长阶段，

通过所述第一转动机构控制所述内壳相对所述外壳顺时针转动；

通过所述坩埚驱动机构控制所述坩埚组件相对于所述内壳逆时针转动，且控制所述坩埚组件相对所述外壳顺时针转动；

通过所述第二转动机构控制所述导流组件相对于所述坩埚组件逆时针转动，且控制所述导流组件相对所述内壳顺时针转动。