CN116479522A - 单晶炉及单晶硅的制备方法 - Google Patents
单晶炉及单晶硅的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116479522A CN116479522A CN202310473614.0A CN202310473614A CN116479522A CN 116479522 A CN116479522 A CN 116479522A CN 202310473614 A CN202310473614 A CN 202310473614A CN 116479522 A CN116479522 A CN 116479522A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- single crystal
- cooling
- temperature
- water cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 109
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 169
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 164
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 121
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000009643 growth defect Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种单晶炉及单晶硅的制备方法，属于半导体制造技术领域。所述单晶炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚支撑组件，所述坩埚支撑组件上部设置有坩埚，所述坩埚的正上方设置有导流筒，所述炉体的内壁和所述坩埚的外周之间设置有加热器，所述炉体的顶部设有籽晶提拉机构，所述单晶炉还包括：位于所述导流筒远离所述坩埚支撑组件一侧的水冷结构，所述水冷结构包括多个相互独立的水冷区，所述多个水冷区沿远离所述导流筒的方向依次排布；质量流量控制器，用于分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度。本发明的技术方案能够减少制备的单晶硅的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种单晶炉及单晶硅的制备方法。
背景技术
多晶硅是生产太阳能光伏产品和半导体产品的主要原材料。丘克拉尔斯基(Czochralski，简称：Cz)法是制备单晶硅最常用的方法之一，高纯度固态多晶硅原料在晶体生长炉(即单晶炉)的坩埚中熔化形成熔体，通过籽晶提拉机构下降籽晶使其与旋转坩埚中的熔融状态下的熔体接触，然后，将籽晶按照一定的工艺方法提拉出，熔体围绕籽晶凝固形成单晶硅棒。
单晶硅棒的缺陷性质敏感地依赖于晶体的生长和冷却条件。单晶炉包括水冷套，可实现热场纵向温度梯度的稳定。但现有技术中，在熔料阶段，因坩埚位置较低，水冷套的温度也比较低，导致了热场纵向温度梯度较大，挥发物易在水冷套上聚集；而在单晶等径后期，因坩埚位置较高，晶体离水冷套较近，导致水冷套温度升高，故热场纵向温度梯度较小。也就是说，单晶硅棒的位置变化使得水冷套的温度并不恒定，因此热场纵向温度梯度也并不稳定，无法保证单晶硅棒的稳定生长，导致制备的单晶硅的缺陷较多。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种单晶炉及单晶硅的制备方法，能够减少制备的单晶硅的缺陷。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
一种单晶炉，所述单晶炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚支撑组件，所述坩埚支撑组件上部设置有坩埚，所述坩埚的正上方设置有导流筒，所述炉体的内壁和所述坩埚的外周之间设置有加热器，所述炉体的顶部设有籽晶提拉机构，所述单晶炉还包括：
位于所述导流筒远离所述坩埚支撑组件一侧的水冷结构，所述水冷结构包括多个相互独立的水冷区，所述多个水冷区沿远离所述导流筒的方向依次排布；
质量流量控制器，用于分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度。
一些实施例中，所述质量流量控制器具体用于在单晶硅棒生长前，沿远离所述导流筒的方向，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
一些实施例中，相邻所述水冷区的温度的差为1.5-2.5℃。
一些实施例中，所述质量流量控制器具体用于在单晶硅棒生长时，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒的方向移动，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
一些实施例中，所述质量流量控制器还用于在所述单晶硅棒生长结束后，获取所述单晶硅棒的缺陷评价结果，根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
一些实施例中，所述质量流量控制器具体用于在所述单晶硅棒存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；在所述单晶硅棒存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
一些实施例中，所述水冷结构包括三个水冷区。
本发明实施例还提供了一种单晶硅的制备方法，应用于如上所述的单晶炉，所述方法包括：
在单晶硅棒生长前，沿远离所述导流筒的方向，通过所述质量流量控制器控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
一些实施例中，所述方法还包括：
在单晶硅棒生长时，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒的方向移动，通过所述质量流量控制器控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
一些实施例中，所述方法还包括：
在所述单晶硅棒生长结束后，获取所述单晶硅棒的缺陷评价结果；
根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
一些实施例中，所述根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度包括：
在所述单晶硅棒存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；
在所述单晶硅棒存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
本发明的有益效果是：
本实施例中，水冷结构包括多个相互独立的水冷区，质量流量控制器可以分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度，这样在单晶硅棒生长过程中，通过对不同水冷区的温度和流量进行分区管理，可以降低晶体生长时的纵向温度梯度变化，实现温区平稳过渡，进而实现热场纵向温度梯度的稳定，从而减少制备的单晶硅的缺陷。
附图说明
图1表示本发明实施例单晶炉的结构示意图；
图2表示本发明实施例单晶硅的制备方法的流程示意图。
附图标记
1 单晶硅棒
2 水冷结构
3 导流筒
4 加热器
5 石墨坩埚
6 石英坩埚
7 硅溶液
8 坩埚支撑组件
9质量流量控制器
10冷却水供给单元
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
单晶的缺陷性质敏感地依赖于晶体的生长和冷却条件，因此可以通过调节生长界面附近的热环境控制在生长过程中形成的缺陷的种类和分布。
生长缺陷被分为几类：空位型(vacancy-type)缺陷和间隙型(interstitial-type)缺陷。它们是由开始于超过平衡浓度的空位点缺陷或间隙点缺陷的聚积造成的。生长缺陷的形成与V/G值密切相关，其中V是生长速度，而G是在晶体生长界面附近晶体的温度梯度。当V/G的值超过临界值时形成空位型缺陷，而当V/G的值低于临界值时形成间隙型缺陷。因而，当晶体在特定的热区中生长时存在于晶体中的缺陷的种类、大小和密度受提拉速度的影响。晶体的冷却速度被控制在固化温度和大约1000℃的温度之间，在此范围内当熔融的硅被固化成单晶硅时，缺陷的核就在受热处理过程中形成并生长。硅间隙或空位以此方式向锭的侧面扩散或者被加速以相互联合，这就能够抑制间隙或空位的过饱和低于发生聚积的临界值。应用切克劳斯基法生长的锭的区域的温度差异被最小化在1000～1100℃的温度范围内。更具体地，在温度为1000～1100℃的锭的区域中单晶硅锭的温度差异不超过20℃/cm。优选，温度控制差异发生在垂直方向上的锭的外周部分。同时，当锭在1000～1100℃的温度时，生长锭的温度被加以控制使得锭的中心部分和外周部分的温度梯度差异不大于1.5℃/cm。
单晶炉内比较关键的部件就是水冷套，可实现热场纵向温度梯度的稳定；但现有技术所设计的水冷套的结构单一，冷却水流量和温度无法调节，无法将冷却作用无法最大程度发挥。在熔料阶段，因坩埚位置较低，坩埚的热量较少影响到水冷套，使得水冷套温度较低，导致了热场纵向温度梯度较大，挥发物易在水冷套上聚集；而在单晶等径后期，因坩埚位置较高，晶体离水冷套较近，坩埚的热量影响到水冷套，水冷套的温度升高，热场纵向温度梯度较小。也就是说，单晶的位置变化使得水冷套的温度并不恒定，因此热场纵向温度梯度也并不稳定，无法保证单晶的稳定生长。另外，水冷套仅是冷却水的流经部件，冷却水在水冷套内并无任何控制措施，因此，水冷套流经的冷却水没有得到充分利用，大部分被白白浪费，对水冷套的温度并不能起到恒温控制作用，对单晶生长所需的热场纵向温度梯度起不到的控制作用。
本发明提供一种单晶炉及单晶硅的制备方法，能够减少制备的单晶硅的缺陷。
本发明提供一种单晶炉，如图1所示，所述单晶炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚支撑组件8，所述坩埚支撑组件8上部设置有坩埚，所述坩埚包括石墨坩埚5和位于石墨坩埚5内的石英坩埚6，石英坩埚6内盛放有硅溶液7，所述坩埚的正上方设置有导流筒3，所述炉体的内壁和所述坩埚的外周之间设置有加热器4，所述炉体的顶部设有籽晶提拉机构，所述单晶炉还包括：
位于所述导流筒3远离所述坩埚支撑组件8一侧的水冷结构2，所述水冷结构2包括多个相互独立的水冷区，所述多个水冷区沿远离所述导流筒3的方向依次排布；
质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)9，用于分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度。
本实施例中，水冷结构2包括多个相互独立的水冷区，质量流量控制器9可以分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度，这样在单晶硅棒1生长过程中，通过对不同水冷区的温度和流量进行分区管理，可以降低晶体生长时的纵向温度梯度变化，实现温区平稳过渡，进而实现热场纵向温度梯度的稳定，从而减少制备的单晶硅的缺陷。
本实施例中，水冷结构2可以包括2个相互独立的水冷区、3个相互独立的水冷区或更多个相互独立的水冷区。
本实施例中，质量流量控制器9与冷却水供给单元10连接，能够控制不同水冷区中冷却水的流量和温度；这样在单晶硅棒1生长前，质量流量控制器9可以对不同水冷区中冷却水的流量和温度进行设定；在单晶硅棒1生长过程中，随着单晶硅棒1位置的变化，质量流量控制器9也可以对不同水冷区中冷却水的流量和温度进行调节，实现热场纵向温度梯度的稳定，从而减少制备的单晶硅的缺陷。
本实施例中，所述质量流量控制器9可以在单晶硅棒1生长前，沿远离所述导流筒3的方向，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大，这样可以实现热场纵向温度梯度。本实施例中，可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。其中，水冷区中冷却水的温度降低，会降低水冷区附近的环境温度，水冷区中冷却水的温度升高，会升高水冷区附近的环境温度；水冷区中冷却水的流量降低，会升高水冷区附近的环境温度，水冷区中冷却水的流量升高，会降低水冷区附近的环境温度。
一些实施例中，如图1所示，水冷结构2包括3个相互独立的水冷区：A区、B区和C区。在单晶硅棒1生长开始前，质量流量控制器9控制A区、B区、C区导入的冷却水温度都是不同的，A区的冷却水的温度高于B区的冷却水的温度，B区的冷却水的温度高于C区的冷却水的温度，这样能够实现热场纵向温度梯度。
相邻所述水冷区的温度的差可以为1.5-2.5℃，比如可以为1.5℃、1.6℃、1.7℃、1.8℃、1.9℃、2.0℃、2.1℃、2.2℃、2.3℃、2.4℃或2.5℃，优选地，相邻所述水冷区的温度的差可以为2.0℃，这样有利于减少单晶硅棒1缺陷的形成。
当然，还可以控制A区的冷却水的流量低于B区的冷却水的流量，B区的冷却水的流量低于C区的冷却水的流量，这样也有助于实现热场纵向温度梯度。
在单晶硅棒1生长过程中，随着籽晶提拉机构提拉单晶硅棒1，坩埚的位置也逐渐上移，靠近水冷结构2，坩埚的热量会影响水冷结构2的热量，为了保证热场纵向温度梯度的稳定，需要调节多个水冷区中冷却水的温度和流量，具体地，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒3的方向移动，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大，这样能够抵消坩埚的热量的影响，有利于热场纵向温度梯度的稳定。
质量流量控制器9可以提前设定在单晶硅棒1生长过程中，单晶硅棒1位于不同位置时对应的A区、B区、C区的流量和温度。比如位置1对应：A区的流量为L1、温度为T1；B区的流量为L2、温度为T2；C区的流量为L3、温度为T3。位置2对应：A区的流量为L4、温度为T4；B区的流量为L5、温度为T5；C区的流量为L6、温度为T6。则可以在单晶硅棒1移动至位置1时，控制A区的流量为L1、温度为T1；B区的流量为L2、温度为T2；C区的流量为L3、温度为T3。可以在单晶硅棒1移动至位置2时，控制A区的流量为L4、温度为T4；B区的流量为L5、温度为T5；C区的流量为L6、温度为T6。
本实施例中，可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。
一些实施例中，所述质量流量控制器9还用于在所述单晶硅棒1生长结束后，获取所述单晶硅棒1的缺陷评价结果，根据所述单晶硅棒1的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
单晶的缺陷性质与晶体的冷却条件相关，通过调节生长界面附近的热环境可以控制在生长过程中形成的缺陷的种类和分布，因此，在单晶硅棒1生长结束后，可以根据单晶硅棒1的缺陷调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度，实现对热场纵向温度梯度的控制和优化。可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。
一些实施例中，所述质量流量控制器9具体用于在所述单晶硅棒1存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；在所述单晶硅棒1存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
在单晶硅棒1存在V-rich缺陷时，表明单晶硅棒1生长界面的环境温度较高，因此可以通过降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量来降低单晶硅棒1生长界面的环境温度，从而改善V-rich缺陷；在单晶硅棒1存在N-rich缺陷时，表明单晶硅棒1生长界面的环境温度较低，因此可以通过提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量来提高单晶硅棒1生长界面的环境温度，从而改善N-rich缺陷。
本发明实施例还提供了一种单晶硅的制备方法，应用于如上所述的单晶炉，所述方法包括：
在单晶硅棒1生长前，沿远离所述导流筒3的方向，通过所述质量流量控制器9控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
本实施例中，水冷结构2包括多个相互独立的水冷区，质量流量控制器9可以分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度，这样在单晶硅棒1生长过程中，通过对不同水冷区的温度和流量进行分区管理，可以降低晶体生长时的纵向温度梯度变化，实现温区平稳过渡，进而实现热场纵向温度梯度的稳定，从而减少制备的单晶硅的缺陷。
本实施例中，质量流量控制器9与冷却水供给单元10连接，能够控制不同水冷区中冷却水的流量和温度；这样在单晶硅棒1生长前，质量流量控制器9可以对不同水冷区中冷却水的流量和温度进行设定；在单晶硅棒1生长过程中，随着单晶硅棒1位置的变化，质量流量控制器9也可以对不同水冷区中冷却水的流量和温度进行调节，实现热场纵向温度梯度的稳定，从而减少制备的单晶硅的缺陷。
本实施例中，所述质量流量控制器9可以在单晶硅棒1生长前，沿远离所述导流筒3的方向，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大，这样可以实现热场纵向温度梯度。本实施例中，可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。
一些实施例中，所述方法还包括：
在单晶硅棒生长时，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒的方向移动，通过所述质量流量控制器控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
在单晶硅棒1生长过程中，随着籽晶提拉机构提拉单晶硅棒1，坩埚的位置也逐渐上移，靠近水冷结构2，坩埚的热量会影响水冷结构2的热量，为了保证热场纵向温度梯度的稳定，需要调节多个水冷区中冷却水的温度和流量，具体地，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒3的方向移动，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大，这样能够抵消坩埚的热量的影响，有利于热场纵向温度梯度的稳定。
本实施例中，可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。
一些实施例中，如图2所示，所述方法还包括：
步骤101：在所述单晶硅棒生长结束后，获取所述单晶硅棒的缺陷评价结果；
步骤102：根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
单晶的缺陷性质与晶体的冷却条件相关，通过调节生长界面附近的热环境可以控制在生长过程中形成的缺陷的种类和分布，因此，在单晶硅棒1生长结束后，可以根据单晶硅棒1的缺陷调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度，实现对热场纵向温度梯度的控制和优化。可以仅对多个水冷区中冷却水的温度进行调节，也可以仅对多个水冷区中冷却水的流量进行调节，还可以对多个水冷区中冷却水的温度和流量均进行调节。
一些实施例中，所述根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度包括：
在所述单晶硅棒存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；
在所述单晶硅棒存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
在单晶硅棒1存在V-rich缺陷时，表明单晶硅棒1生长界面的环境温度较高，因此可以通过降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量来降低单晶硅棒1生长界面的环境温度，从而改善V-rich缺陷；在单晶硅棒1存在N-rich缺陷时，表明单晶硅棒1生长界面的环境温度较低，因此可以通过提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量来提高单晶硅棒1生长界面的环境温度，从而改善N-rich缺陷。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，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。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种单晶炉，所述单晶炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚支撑组件，所述坩埚支撑组件上部设置有坩埚，所述坩埚的正上方设置有导流筒，所述炉体的内壁和所述坩埚的外周之间设置有加热器，所述炉体的顶部设有籽晶提拉机构，其特征在于，所述单晶炉还包括：
位于所述导流筒远离所述坩埚支撑组件一侧的水冷结构，所述水冷结构包括多个相互独立的水冷区，所述多个水冷区沿远离所述导流筒的方向依次排布；
质量流量控制器，用于分别控制不同水冷区中冷却水的流量和温度。
2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，
所述质量流量控制器具体用于在单晶硅棒生长前，沿远离所述导流筒的方向，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，相邻所述水冷区的温度的差为1.5-2.5℃。
4.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，
所述质量流量控制器具体用于在单晶硅棒生长时，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒的方向移动，控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，
所述质量流量控制器还用于在单晶硅棒生长结束后，获取所述单晶硅棒的缺陷评价结果，根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
6.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，
所述质量流量控制器具体用于在所述单晶硅棒存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；在所述单晶硅棒存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
7.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述水冷结构包括三个水冷区。
8.一种单晶硅的制备方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任一项所述的单晶炉，所述方法包括：
在单晶硅棒生长前，沿远离所述导流筒的方向，通过所述质量流量控制器控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
9.根据权利要求8所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在单晶硅棒生长时，随着所述坩埚沿靠近所述导流筒的方向移动，通过所述质量流量控制器控制所述多个水冷区中冷却水的温度逐渐降低，和/或，所述多个水冷区中冷却水的流量逐渐增大。
10.根据权利要求8所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述单晶硅棒生长结束后，获取所述单晶硅棒的缺陷评价结果；
根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度。
11.根据权利要求10所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，所述根据所述单晶硅棒的缺陷评价结果调整所述水冷区中冷却水的流量和/或温度包括：
在所述单晶硅棒存在V-rich缺陷时，降低所述水冷区中冷却水的温度和/或提高所述水冷区中冷却水的流量；
在所述单晶硅棒存在N-rich缺陷时，提高所述水冷区中冷却水的温度和/或降低所述水冷区中冷却水的流量。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310473614.0A CN116479522A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 单晶炉及单晶硅的制备方法 |
| TW112148985A TW202421861A (zh) | 2023-04-27 | 2023-12-15 | 單晶爐及單晶矽的製備方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310473614.0A CN116479522A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 单晶炉及单晶硅的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116479522A true CN116479522A (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=87224857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310473614.0A Pending CN116479522A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 单晶炉及单晶硅的制备方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116479522A (zh) |
| TW (1) | TW202421861A (zh) |
-
2023
- 2023-04-27 CN CN202310473614.0A patent/CN116479522A/zh active Pending
- 2023-12-15 TW TW112148985A patent/TW202421861A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202421861A (zh) | 2024-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8123855B2 (en) | Device and process for growing Ga-doped single silicon crystals suitable for making solar cells | |
| US6197111B1 (en) | Heat shield assembly for crystal puller | |
| US9783912B2 (en) | Silicon single crystal growing apparatus and method for growing silicon single crystal | |
| US5849080A (en) | Apparatus for producing polycrystalline semiconductors | |
| JP2001518874A (ja) | 低欠陥密度シリコン | |
| KR20120070080A (ko) | 단결정 사파이어 잉곳 성장장치 | |
| US7427325B2 (en) | Method for producing high quality silicon single crystal ingot and silicon single crystal wafer made thereby | |
| KR101048831B1 (ko) | 단결정 제조용 흑연 히터 및 단결정 제조장치와 단결정 제조방법 | |
| US20240035197A1 (en) | Crystal Puller, Method for Manufacturing Monocrystalline Silicon Ingots and Monocrystalline Silicon Ingots | |
| SG172436A1 (en) | Methods and pulling assemblies for pulling a multicrystalline silicon ingot from a silicon melt | |
| KR100800253B1 (ko) | 실리콘 단결정 제조방법 | |
| JP3531333B2 (ja) | チョクラルスキー法による結晶製造装置、結晶製造方法、およびこの方法から製造される結晶 | |
| JP3867476B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置 | |
| US7582159B2 (en) | Method for producing a single crystal | |
| KR100421125B1 (ko) | 쵸코랄스키법에의한결정제조장치,결정제조방법및그로부터제조된결정 | |
| CN205295534U (zh) | 一种高速单晶生长装置 | |
| CN116479522A (zh) | 单晶炉及单晶硅的制备方法 | |
| CN116065229A (zh) | 一种提纯棒的拉制方法 | |
| JP4422813B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| CN113825862A (zh) | 后段主体长度具有减小变形的锭的制备工艺 | |
| CN113174626B (zh) | 一种碲锌镉单晶体的生长方法及装置 | |
| CN116815294A (zh) | 一种单晶炉及晶棒生长方法 | |
| KR100827033B1 (ko) | 무결함 단결정 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 단결정 | |
| JPH0940492A (ja) | 単結晶の製造方法及び製造装置 | |
| JPH08259371A (ja) | Ｓｒの均一化に優れる単結晶成長方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |