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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
chinesischen Patentanmeldung Nr. 202111632073.9 , die am 29. Dezember 2021 eingereicht wurde und deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das technische Gebiet der Regulierung der heißen Zone während eines Kristallziehprozesses, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der heißen Zone für das Einkristallwachstum.
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HINTERGRUND
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Die Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Silizium-Blöcken (Ingots) umfassen das Float-Zone-(FZ-)Verfahren und das Czochralski-Verfahren, wobei in der Regel das Czochralski-(CZ-)Verfahren verwendet wird. Bei dem CZ-Verfahren sind polykristalline Siliziumausgangsmaterialien in einem Quarztiegel enthalten, der in der Kristallziehvorrichtung unter dem Schutz von Argongas angeordnet ist; die polykristallinen Siliziumausgangsmaterialien werden durch ein Heizelement geschmolzen, um geschmolzenes Silizium zu erhalten, und das geschmolzene Silizium wird kontinuierlich durch das Heizelement erhitzt, um die Temperatur des geschmolzenen Siliziums aufrechtzuerhalten. Ein stäbchenförmiger Keimkristall (auch Keim genannt) mit einem Durchmesser von lediglich 10 mm wird in Kontakt mit einer Flüssigkeitsoberfläche der geschmolzenen Schmelze gebracht. Bei der für den Kristallziehprozess erforderlichen geeigneten Temperatur bilden die Siliziumatome in dem geschmolzenen Silizium an der Fest-Flüssig-Grenzfläche regelmäßige Kristalle entlang der Siliziumatom-Anordnungsstruktur des Keimkristalls, d. h. sie wachsen zu einem Einkristall heran. Beim Drehen und Ziehen des Keimkristalls kristallisieren Siliziumatome in dem geschmolzenen Silizium weiter auf dem zuvor gebildeten Einkristall und setzen seine regelmäßige Atomanordnungsstruktur fort. Mit dem Fortschritt des Beschleunigens des Kristallziehprozesses werden monokristalline Silizium-Ingots mit einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Qualität erzeugt.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlich verwendeten Kristallziehvorrichtung 10. Die Kristallziehvorrichtung 10 umfasst einen Ziehkörper 11, einen Schmelztiegel 12, ein Heizelement 13, einen Isolator 14, einen Reflektor 15 und eine Keimkristall-Hebevorrichtung 16. Das Heizelement 13, der Isolator 14 und der Reflektor 15 sind allesamt feste Strukturen. Die Wachstumsumgebung während des Kristallziehprozesses muss streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass hochwertige monokristalline Silizium-Ingots S mit weniger Defekten wachsen gelassen werden. Dies liegt daran, dass bei dem Prozess zum Wachsenlassen des monokristallinen Silizium-Ingots durch ein CZ-Verfahren das Prozessgas von der Oberseite der Kristallziehvorrichtung 10 eingefüllt wird, und um gewährleisten, dass die flüchtige Substanz rechtzeitig abgeleitet werden kann, muss das Prozessgas durch den Reflektor 15, der oberhalb des Schmelztiegels 12 angeordnet ist, und die Innenwand des Ziehkörpers 11 strömen. Anschließend wird das Prozessgas durch eine Vakuumpumpe aus einer unteren Auslassöffnung der Kristallziehvorrichtung 10 abgeleitet. Während der Bildung des Kristall-Ingots S, insbesondere während des Wachsenlassens des monokristallinen Silizium-Ingots S an der Fest-Flüssig-Grenzfläche, da das geschmolzene Silizium weiterhin von dem flüssigen Zustand in den festen Zustand übergeht und Kristalle auf dem Keim bildet, sinkt die Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze kontinuierlich, da die Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 12 kontinuierlich abnimmt. Um zu gewährleisten, dass die Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze stets mit dem Kristall in Kontakt steht, muss der Schmelztiegel 12 kontinuierlich nach oben angehoben werden. Um einen Kontakt zwischen dem Reflektor 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze zu vermeiden und einen stabilen Gasstrom zu gewährleisten, muss darüber hinaus die relative Höhe des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche konsistent sein. Somit muss der Schmelztiegel 12 gleichzeitig mit dem Ziehen des Kristalls nach oben bewegt werden. Gleichzeitig hält das CZ-Verfahren die Stabilität des thermischen Feldes im Inneren der Kristallziehvorrichtung hauptsächlich durch gleichzeitiges Anheben und Drehen des Schmelztiegels und des Keims aufrecht. Das Anheben des Schmelztiegels ist jedoch mit erheblichen Nachteile für den Energieverbrauch und die Stabilität des thermischen Feldes im Inneren der Kristallziehvorrichtung verbunden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In Anbetracht der obigen Ausführungen stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regulieren der heißen Zone während eines Einkristallwachstums bereit, die beide in der Lage sind, einen gleichmäßigen Abstand zwischen dem Reflektor und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze aufrechtzuerhalten, indem der Isolator während des Kristallziehprozesses eingestellt wird; und gleichzeitig kann das Heizelement unabhängig eingestellt werden, um mit der Bewegung des Isolators zusammenzuwirken, um eine vielfältige Steuerung der heißen Zone zu erzielen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen somit mehr Möglichkeiten zur Regulierung der heißen Zone für den Kristallziehprozess bereit und verbessern die Effizienz des Kristallziehprozesses.
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Die technischen Lösungen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind wie folgt.
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In einem ersten Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone für das Einkristallwachstum bereit, die im Inneren einer Kristallziehvorrichtung angeordnet ist und Folgendes umfasst:
- einen Isolator, auf dessen Oberseite ein Reflektor fest angeordnet ist; und
- eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit, wobei die erste Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie eine Höhenposition eines Schmelztiegels in einer Höhenrichtung während eines Kristallziehprozesses unverändert hält, und die zweite Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie den Isolator während des Wachstums des Silizium-Einkristalls entlang einer vertikalen Richtung bewegt, um einen Abstand zwischen einer Unterseite des Reflektors und einer Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze konstant zu halten.
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In einem zweiten Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Regulieren der heißen Zone während des Einkristallwachstums bereit, wobei das Verfahren zum Regulieren der heißen Zone umfasst:
- vor dem Wachstum des Silizium-Einkristalls Bewegen des Isolators mit dem Reflektor zu einer höchsten Position des Isolators, und nachdem das polykristalline Silizium-Ausgangsmaterial vollständig zu einer Siliziumschmelze geschmolzen ist, Einstellen des Reflektors in eine Position in einem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze; und
- Steuern der unveränderten Höhenposition des Schmelztiegels und Drehen des Schmelztiegels während des Kristallziehprozesses und Bewegen des Isolators mit dem Reflektor nach unten in vertikaler Richtung, um den Abstand zwischen einer Unterseite des Reflektors und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze während des Kristallziehprozesses konstant zu halten.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der heißen Zone während des Einkristallwachstums bereit, die beide in der Lage sind, einen konstanten Abstand zwischen dem Reflektor und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze aufrechtzuerhalten, indem es dem Reflektor ermöglicht wird, sich während des Kristallziehprozesses entlang der vertikalen Richtung durch den Isolator nach oben und nach unten zu bewegen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auch in der Lage, das Heizelement unabhängig einzustellen und mit der Bewegung des Isolators zusammenzuarbeiten, um eine vielfältige Steuerung der heißen Zone zu erzielen. Somit stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mehr Verfahren und Unterstützung für die Einstellung von Prozessparametern bereit, erhöhen effektiv die Kristallziehgeschwindigkeit und reduzieren die Sauerstoffkonzentration in den gezogenen Kristall-Ingots, mit anderen Worten, die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung machen es einfach, die Kristallziehgeschwindigkeit zu erhöhen und die Sauerstoffkonzentration in den gezogenen Kristall-Ingots zu reduzieren, und lassen die monokristallinen Silizium-Ingots im Vergleich zur verwandten Technologie schneller abkühlen und schneller wachsen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine schematische Ansicht einer Kristallziehvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 ist eine schematische Ansicht einer Kristallvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone für das Einkristallwachstum, die durch eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird;
- 3a ist eine schematische Ansicht der Positionen des Reflektors und des Heizelements, nachdem die Kristallziehvorrichtung mit den in 2 veranschaulichten Ausgangsmaterialien beschickt worden ist;
- 3b ist eine schematische Ansicht der Positionen des Reflektors und des Heizelements während des Schmelzens der polykristallinen SiliziumAusgangsmaterialien in der in 2 veranschaulichten Kristallziehvorrichtung;
- 4 ist eine schematische Flussansicht eines Verfahrens zur Regulierung der heißen Zone während des Einkristallwachstums, das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird;
- 5 ist eine schematische Flussansicht eines Verfahrens zur Beschleunigung der Kühlung von monokristallinen Silizium-Ingots in dem Verfahren zur Regulierung der heißen Zone während des Einkristallwachstums, das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in klarer und vollständiger Weise beschrieben.
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Bei dem Prozess zum Ziehen von monokristallinem Silizium mithilfe des CZ-Verfahrens in einer Kristallziehvorrichtung wird die Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze vibrieren, und der monokristalline Silizium-Ingot wird aufgrund der Instabilität des Schutzgasstroms und der Vibration, die durch die mechanische Übertragung während des Anhebens des Schmelztiegels verursacht wird, erschüttert. Der zitternde monokristalline Silizium-Ingot und die instabile Fest-Flüssig-Grenzfläche der Siliziumschmelze zerstören die Stabilität des thermischen Feldes in der Kristallziehvorrichtung, was zur Bildung von Kristalldefekten führt. Die oben genannten Probleme erschweren das verlagerungsfreie Wachsenlassen des Kristalls und haben sogar einen sehr negativen Einfluss auf die Qualität des Kristalls.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf 1 hebt sich der Schmelztiegel 12 im Verlauf des Kristallziehprozesses langsam entlang der vertikalen Richtung an, um zu gewährleisten, dass der Abstand zwischen dem Schmelztiegel 12 und dem monokristallinen Silizium-Ingot S innerhalb des gewünschten Bereichs bleibt. Und der Schmelztiegel 12 wird durch mechanische Teile langsam nach oben getrieben, und da das Heizelement 13 stillsteht, befinden sich die mechanischen Teile zum Antreiben des Schmelztiegels 12 lange Zeit in dem von dem Heizelement 13 erzeugten thermischen Feld und nehmen passiv die Wärmestrahlung von dem Heizelement 13 auf, was dazu führt, dass sich die Lebensdauer des Schmelztiegels 12 reduziert. Darüber hinaus wird die Bewegungsgenauigkeit dieses mechanischen Teils auch bis zu einem gewissen Grad durch das Prinzip der thermischen Ausdehnung beeinflusst, was wiederum die Stabilität der Fest-Flüssig-Grenzfläche der Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 12 während des Kristallziehprozesses beeinflusst.
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In Anbetracht der obigen technischen Probleme schlägt die vorliegende Offenbarung daher eine Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone für das Einkristallwachstum vor, bei der der Reflektor durch einen Isolator nach unten bewegt wird, anstatt den Schmelztiegel anzuheben, so dass die Höhenposition des Schmelztiegels unverändert bleibt und die Effizienz des Kristallziehens verbessert wird. 2 zeigt eine schematische Struktur einer Kristallziehvorrichtung 100 mit der Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone, die zumindest einen Isolator 14, auf dessen Oberseite ein Reflektor 15 fest angeordnet ist, eine erste Steuereinheit T1 und eine zweite Steuereinheit T2 umfassen kann.
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Der Isolator 14 ist zwischen dem Ziehkörper 11 und dem Heizelement 13 der Kristallziehvorrichtung angeordnet und kann verhindern, dass die Wärmeenergie des thermischen Feldes im Inneren der Kristallvorrichtung 100 nach außen abstrahlt. Der Isolator 14 kann aus starren Kohlenstofffilzen bestehen. Um die Effekte der thermischen Isolierung und der Temperaturaufrechterhaltung zu verbessern, kann auch eine fortschrittliche Wabenstruktur verwendet werden. Bezug nehmend auf 2 umfasst der Wärmeisolator 14 zumindest eine seitliche Wärmeisolierabdeckung 141 und eine obere Wärmeisolierabdeckung 142. Der Wärmeisolator 14 kann in einem Gussverfahren integriert oder in Segmenten geformt und dann zusammengesetzt werden. Die Herstellungskosten des in Segmenten zusammengesetzten Isolators sind gering, und beschädigte Segmente können leicht ersetzt werden. Die seitliche Wärmeisolierabdeckung 141 ist parallel zu dem Heizelement 13 angeordnet und dient dazu, das Heizelement 13 zu umschließen, um zu verhindern, dass die Wärmeenergie des Heizelements 13 nach außen abstrahlt, wodurch die Heizwirkung des Heizelements 13 verbessert und der Wärmeenergieverlust reduziert wird. Die obere Wärmeisolierabdeckung 142 erstreckt sich in horizontaler Richtung von der Oberseite der seitlichen Wärmeisolierabdeckung 141 in Richtung des wachsenden monokristallinen Silizium-Ingots S bis zu einer Position über dem Schmelztiegel 12. Die obere Wärmeisolierabdeckung 142 dient dazu, den Verlust der Wärmeenergie aus dem thermischen Feld durch die Oberseite der Kristallziehvorrichtung zu reduzieren, wodurch sich die Effizienz der heißen Zone während des Kristallziehprozesses erhöht.
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Der Reflektor 15, der fest auf der oberen Wärmeisolierabdeckung 142 angeordnet ist, weist eine Kegelform mit einer großen Oberseite und einer kleinen Unterseite auf. Der Reflektor 15 hat hauptsächlich die Aufgabe, den Strom des Hochtemperaturgases zu leiten, und besitzt daher eine gute Hitzebeständigkeit und bestimmte mechanische Eigenschaften. Der Reflektor 15 weist auch Eigenschaften der Temperaturaufrechterhaltung und der thermischen Isolierung auf und dient dazu, sicherzustellen, dass die Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 12 einen geeigneten Temperaturgradienten sowohl in der radialen als auch in der axialen Richtung des gezogenen monokristallinen Silizium-Ingots S aufweist. Zudem ist der Reflektor 15 so konfiguriert, dass er die Abscheidung von Siliziummonoxid (SiO) auf dem oberen Teil der Kristallziehvorrichtung 100 reduziert, um zu gewährleisten, dass der gezogene monokristalline Silizium-Ingot S von guter Qualität ist, und um die Lebensdauer jeder Komponente in der Kristallziehvorrichtung 100 zu verlängern. Gegenwärtig sind die meisten Reflektoren zusammengesetzte Reflektoren, die aus einem dünnwandigen konischen Außenrohr aus Graphit, einem sandwichartigen Kern aus Filz und einem dünnwandigen konischen Innenrohr aus Graphit bestehen. Optional können der Reflektor 15 und die obere Wärmeisolierabdeckung 142 durch einen Haken L lösbar verbunden sein.
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Die erste Steuereinheit T1 ist mit der Unterseite des Schmelztiegels 12 verbunden und steuert mechanische Teile, um die Höhenposition des Schmelztiegels 12 unverändert zu halten und um den Schmelztiegel 12 um die Mittelachse selbst zu drehen, während der Kristall-Ingot S gezogen wird. Die zweite Steuereinheit T2 ist mit dem Isolator 14 verbunden und optional an der Unterseite des Isolators 14 montiert, um das Problem zu vermeiden, dass die Übertragungsgenauigkeit der mechanischen Teile beeinträchtigt wird, da die zweite Steuereinheit T2 einer längeren thermischen Strahlung im Inneren der Kristallziehvorrichtung ausgesetzt ist. Die zweite Steuereinheit T2 ist so konfiguriert, dass sie den Isolator 14 entlang der vertikalen Richtung durch einen Übertragungsmechanismus, wie etwa einen Elektromotor oder eine Kugelumlaufspindel, bewegt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept, bei dem der Reflektor 15 durch den Isolator 14 nach unten bewegt wird, anstatt den Schmelztiegel 12 nach oben zu bewegen, bleibt die Höhenposition des Schmelztiegels 12 während des Kristallziehprozesses unverändert, und die zweite Steuereinheit T2 ist so konfiguriert, dass sie den Isolator 14 nach unten bewegt, was dazu führt, dass sich der Reflektor 15, auf dessen Oberseite der Isolator 14 fest angeordnet ist, entsprechend nach unten bewegt und die Unterseite des Reflektors 15 in den Schmelztiegel 12 eintritt. Der Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze wird stets in einem angemessenen Bereich gehalten, der die Qualität der gezogenen monokristallinen Silizium-Ingots gewährleisten kann. Optional wird der Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze stets konstant gehalten.
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Die Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone umfasst auch einen Pegelsensor und einen Prozessor, die beide elektrisch mit ihr verbunden sind (nicht gezeigt). Der Pegelsensor kann eine CCD-Kamera (CCD = Charge Coupled Device; ladungsgekoppeltes Bauelement), eine Digitalkamera oder eine hochauflösende Kamera und andere Bildgebungsvorrichtungen sein. Die Echtzeitinformation über den Änderungsstatus der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel können durch den Pegelsensor erhalten werden. Der Prozessor verarbeitet die von dem Pegelsensor empfangenen Informationen über den Änderungsstatus der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze, erhält dann das Absinken des Pegels der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze während des Kristallziehprozesses und sendet ein Steuersignal an die zweite Steuereinheit T2. Die zweite Steuereinheit T2 stellt die Absenkhöhe des Isolators 14 gemäß diesem Steuersignal genau ein, um den Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze genau zu regulieren, um zu gewährleisten, dass die Unterseite des Reflektors 15 nicht mit der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze in Kontakt kommt. Optional ist der Prozessor mit der zweiten Steuereinheit T2 über ein Kabel verbunden, um die Stabilität der Signalübertragung vom Prozessor zu gewährleisten.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist das Heizelement 13 um den Umfang des Schmelztiegels 12 herum so angeordnet, dass es Wärme auf den Schmelztiegel 12 abstrahlt, um die Siliziumausgangsmaterialien zu schmelzen, um eine Siliziumschmelze zu erhalten, und um die Siliziumschmelze auf einer Temperatur zu halten, die dem Ziehen des monokristallinen Silizium-Ingots S förderlich ist. Bei der verwandten Technologie ist das Heizelement fixiert und kann sich beim Ziehen des monokristallinen Silizium-Ingots nicht bewegen. Wenn also der monokristalline Silizium-Ingot aus der Siliziumschmelze gezogen wird, befindet sich der monokristalline Silizium-Ingot, der sich an der Oberseite der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze gebildet hat, immer noch innerhalb des Bereichs der thermischen Strahlung des Heizelements. Dies führt nicht nur zu einer langsamen Wärmeableitung aus dem monokristallinen Silizium-Ingot, was zu einer verringerten Abkühlrate führt und die Ziehgeschwindigkeit nicht effektiv verbessern kann, sondern verringert auch die Sauerstoffkonzentration der monokristallinen Silizium-Ingots. Wenn der Isolator 14 durch die zweite Steuereinheit T2 nach unten bewegt wird, ist der Isolator 14 niedriger als das Heizelement 13, so dass sich der Temperaturaufrechterhaltungseffekt des Isolators 14 verschlechtert und die Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze nicht ausreichend erwärmt werden kann und anschließend die Sauerstoffkonzentration der monokristallinen Silizium-Ingots S nicht ausreichend reduziert werden kann. Um dieses Problem zu lösen, umfasst die Vorrichtung zur Regulierung der heißen Zone gemäß der vorliegenden Offenbarung auch eine dritte Steuereinheit T3, die das Heizelement 13 von unten stützen und das Heizelement 13 entlang der vertikalen Richtung nach unten bewegen kann, um mit dem Absenken des Isolators 14 zusammenzuwirken. Mit der oben erwähnten Struktur befindet sich der gezogene monokristalline Silizium-Ingot S in einem leichten Abkühlungszustand, was die Kühleffizienz verbessert und die Kristallziehgeschwindigkeit erhöht Die zweite Steuereinheit T2 und die dritte Steuereinheit T3 sind so konfiguriert, dass sie den Isolator 14 bzw. das Heizelement 13 bewegen, um die Höhenpositionsbeziehung zwischen dem Heizelement 13 und dem Isolator 14 zu gewährleisten. Daher gibt es keine Verschlechterung der Kristallisationsqualität oder eine geringe Effizienz des Ziehens des monokristallinen Silizium-Ingots.
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Der Prozess des Ziehens von monokristallinen Silizium-Ingots S durch die Kristallziehvorrichtung 100, die in der 3 gezeigt ist, kann die folgenden Schritte umfassen: Anheben der Position des Reflektors 15 und Füllen des Schmelztiegels 12 mit polykristallinen Siliziumausgangsmaterialien; anschließendes Erhitzen der polykristallinen Siliziumausgangsmaterialien in dem Schmelztiegel 12 durch das Heizelement 13, um die polykristallinen Siliziumausgangsmaterialien zu schmelzen, um eine Siliziumschmelze zu bilden; Absenken des Reflektors 15 nach dem vollständigen Schmelzen der polykristallinen Siliziumausgangsmaterialien, so dass der Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze die Qualität des gezogenen monokristallinen Silizium-Ingots gewährleisten kann; Stabilisieren der Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze durch das Heizelement 13 und den Isolator 14; und Ziehen der monokristallinen Silizium-Ingots S, indem der Keim und die Siliziumschmelze miteinander in Kontakt gebracht werden. Um bei dem oben erwähnten Prozess stets einen konstanten Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze aufrechtzuerhalten und den Nachteil zu vermeiden, dass der Schmelztiegel 12 aufgrund des Absinkens der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze ansteigt, wird der Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors 15 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze konstant gehalten, indem der Reflektor 15 nach unten bewegt wird. Mit Bezug auf 4 wird ein Verfahren zur Regulierung der heißen Zone während des Einkristallwachstums veranschaulicht, das durch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird, das Verfahren zur Regulierung der heißen Zone kann durch die in 2 dargestellte Kristallziehvorrichtung durchgeführt werden, und das Verfahren zur Regulierung der heißen Zone umfasst die folgenden Schritte:
- vor dem Wachstum des Silizium-Einkristalls Bewegen des Isolators mit dem Reflektor in eine höchste Position, und nachdem das polykristalline Siliziumausgangsmaterial vollständig zu Siliziumschmelze geschmolzen ist, Einstellen des Reflektors in eine Position in einem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze; und
- Steuern der unveränderten Höhenposition des Schmelztiegels und Drehen des Schmelztiegels während eines Kristallziehprozesses und Bewegen des Isolators mit dem Reflektor nach unten entlang der vertikalen Richtung, um den Abstand zwischen einer Unterseite des Reflektors und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze während des Kristallziehprozesses konstant zu halten.
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Bei der in der 4 gezeigten technischen Lösung kann der Reflektor in der vorliegenden Offenbarung durch den Isolator nach unten bewegt werden, anstatt den Schmelztiegel anzuheben, um den Abstand zwischen der Unterseite des Reflektors und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze konstant zu halten. Ferner umfasst der Schritt des Bewegens des Isolators mit dem Reflektor entlang der vertikalen Richtung, um den Abstand zwischen einer Unterseite des Reflektors und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze während des Kristallziehprozesses konstant zu halten, insbesondere:
- Überwachen der Höhenänderung des Pegels der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze während des Wachstums des Silizium-Einkristalls; und Konstanthalten des Abstands zwischen dem Reflektor und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze durch die zweite Steuereinheit entsprechend der Höhenänderung der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze.
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Da sich der monokristalline Silizium-Ingot, der sich an der Oberseite der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze gebildet hat, immer noch im Inneren des thermischen Strahlungsbereichs des Heizers befindet, wenn der monokristalline Silizium-Ingot aus der Siliziumschmelze herausgezogen wird, wird die Wärme langsam aus dem monokristallinen Silizium-Ingot abgeleitet, die Abkühlrate des monokristallinen Silizium-Ingots reduziert sich und die Ziehgeschwindigkeit kann nicht effektiv verbessert werden. Außerdem nimmt auch die Sauerstoffkonzentration des monokristallinen Silizium-Ingots ab. Mit Bezug auf 5 schlägt die vorliegende Offenbarung auch eine Möglichkeit vor, die gezogenen monokristallinen Silizium-Ingots in einen leicht abkühlenden Zustand zu versetzen, indem sowohl das Heizelement als auch der Isolator gleichzeitig nach unten bewegt werden, wobei das Verfahren zur Regulierung der heißen Zone umfasst:
- Bewegen des Heizelements entlang der vertikalen Richtung nach unten, wenn der Isolator nach unten bewegt wird, so dass die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze konstant gehalten wird und Wärmeenergie von dem Heizelement nicht mehr auf den monokristallinen Silizium-Ingot übertragen wird; und
- gleichzeitiges Bewegen des Isolators und des Heizelements entlang der vertikalen Richtung nach unten, um das thermische Feld während des Ziehens des monokristallinen Silizium-Ingots zu verbessern, so dass der monokristalline Silizium-Ingot im Vergleich zu der verwandten Technologie mit einer schnelleren Abkühlrate gezogen wird.
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Daher stellt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der heißen Zone bereit. Indem der Reflektor dazu veranlasst wird, sich durch den Isolator nach unten zu bewegen, anstatt den Schmelztiegel anzuheben, löst die vorliegende Offenbarung Probleme des Vibrierens der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze und des Zitterns des monokristallinen Silizium-Ingots aufgrund des Anhebens des Schmelztiegels und löst die Probleme der langsamen Wärmeableitung und der reduzierten Abkühlrate der monokristallinen Silizium-Ingots durch Bewegen des Heizelements und Zusammenwirken mit dem Abwärtsbewegen des Isolators.
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Es ist zu beachten, dass die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschriebenen technischen Lösungen problemlos beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Die obige Beschreibung ist lediglich die spezifische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus kann sich jeder Fachmann ohne Weiteres Modifikationen oder Substitutionen innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Offenbarung vorstellen, und diese Modifikationen oder Substitutionen sollen ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Daher sollte der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung durch den Schutzumfang der Ansprüche bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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