TW202246592A - 溫區控制系統和晶體生長設備 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種溫區控制系統和晶體生長設備，溫區控制系統包括：導流筒和第一氣流通道。導流筒適於圍繞晶棒設置，第一氣流通道設在導流筒的筒壁內，導流筒上形成有與第一氣流通道連通的進氣孔以及出氣孔，出氣孔形成在導流筒的底面且鄰近晶棒的三相點；其中，導流筒的底面位於出氣孔徑向外側的部分形成有第一導流面。根據本發明實施例的晶體生長設備的溫區控制系統，可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面且鄰近晶棒的三相點位置，可以較好地控制晶棒的快速穩定生長；並且，可以使得冷卻氣流從出氣孔進入固液界面之後通過第一導流面的導流作用較為順暢地流出固液界面，並帶走氧化物雜質，減少晶棒的間隙缺陷，做成近完美的晶體。

Description

溫區控制系統和晶體生長設備

本發明關於晶體生長技術領域，尤其是關於一種溫區控制系統和晶體生長設備。

在單晶矽的生長過程中，本征缺陷有空穴（vacancy）和間隙原子缺陷（interstitial）兩種。外延矽片是指通過在矽晶片氣相沉積生長一層結晶完整性高的外延單晶矽層，由於結晶性高，在外延層上製作的器件可以顯著提高其性能，對於空穴型為主導的近完美晶棒，若空穴的尺寸較小，濃度均勻，在外延矽片的生長過程中，外延沉積的矽結晶層會與空穴反應，湮沒空穴，因此可用於外延矽片中。

空穴和間隙缺陷的存在主要與晶棒生長過程中的V/G（生長速度/溫度梯度）的控制有關，V/G的變化會導致空穴和間隙缺陷的擴散變化，現有技術中為了保證液口距，V一般是不變的，主要是通過改變G來控制晶體生長，而現有晶體生長設備採用的溫區控制系統，主要是以導流筒和水冷套為主，現有的導流筒主要為單一的一體式結構，不會對晶體生長溫度梯度G進行控制。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種晶體生長設備的溫區控制系統，該溫區控制系統可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面且鄰近晶棒的三相點位置，由此控制晶棒在固液界面的溫度梯度和製程，從而可以較好地控制晶棒的穩定生長；並且可以使得冷卻氣流從出氣孔進入固液界面之後通過第一導流面的導流作用較為順暢地流出固液界面，並帶走氧化物雜質，減少晶棒的間隙缺陷，生長出是以空穴型缺陷為主的近完美晶棒，能更好地適用於外延片。

本發明還提出了一種具有上述溫區控制系統的晶體生長設備。

根據本發明第一方面實施例的晶體生長設備的溫區控制系統，包括：導流筒，所述導流筒適於圍繞晶棒設置；第一氣流通道，所述第一氣流通道設在所述導流筒的筒壁內，所述導流筒上形成有與所述第一氣流通道連通的進氣孔以及出氣孔，所述出氣孔形成在所述導流筒的底面且鄰近所述晶棒的三相點；其中，所述導流筒的底面位於所述出氣孔徑向外側的部分形成有第一導流面。

根據本發明實施例的晶體生長設備的溫區控制系統，通過在導流筒的筒壁內設置第一氣流通道且使得第一氣流通道的出氣孔鄰近晶棒的三相點，可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面且鄰近晶棒的三相點位置，可以控制晶棒在固液界面的溫度梯度和製程，從而可以較好地控制晶棒的穩定生長；並且通過在導流筒的底面位於出氣孔的徑向外側形成第一導流面，可以使得冷卻氣流從出氣孔進入固液界面之後通過第一導流面的導流作用較為順暢地流出固液界面，並帶走氧化物雜質，減少晶棒的間隙缺陷，生長出的晶棒更好地適用於外延片，做成近完美的晶體。

根據本發明的一些實施例，所述第一導流面包括鄰近所述出氣孔的第一導流部，所述第一導流部與平行於水平面設置。

根據本發明的一些較佳實施例，所述第一導流面包括連接在所述第一導流部的徑向外側的第二導流部，所述第二導流部在沿徑向向外的方向上朝向上傾斜延伸。

根據本發明的一些較佳實施例，所述導流筒的底面位於所述出氣孔徑向內側的部分形成有第二導流面，所述第二導流面與所述第一導流部共面設置，所述第二導流面的徑向寬度小於所述第一導流部的徑向寬度。

根據本發明的一些實施例，所述導流筒的筒壁內形成有空腔，所述空腔內設有第一保溫件，所述第一保溫件內形成有所述第一氣流通道。

根據本發明的一些較佳實施例，所述第一導流面對應的壁厚大於所述空腔其餘部分的壁厚。

根據本發明的一些實施例，所述導流筒的上端面覆蓋有第二保溫件。

根據本發明的一些實施例，所述溫區控制系統包括水冷套，所述水冷套套設在所述晶棒的外周側，所述水冷套的至少下部分位於所述導流筒和所述晶棒之間，所述導流筒的內周側形成有頂部敞開的容納槽，所述水冷套的至少下部分位於所述容納槽內。

根據本發明的一些較佳實施例，所述水冷套、所述導流筒與所述晶棒之間限定出第二氣流通道，所述容納槽位於所述水冷套下方的部分構成所述第二氣流通道的一部分，所述容納槽的底壁面形成有第三導流面。

在本發明的一些實施例中，所述第三導流面的至少一部分在沿徑向向內的方向上朝向下傾斜延伸。

較佳地，所述第三導流面與豎直方向之間的夾角範圍為15-45°。

根據本發明的一些實施例，所述溫區控制系統包括水冷套，所述水冷套套設在所述晶棒的外周側，所述水冷套的至少下部分位於所述導流筒和所述晶棒之間，所述水冷套與所述導流筒之間的徑向距離大於30mm。

根據本發明第二方面實施例的晶體生長設備，包括：容器，所述容器用於容納用於生長晶體的晶體熔體；溫區控制系統，溫區控制系統為根據本發明上述第一方面實施例的溫區控制系統，所述導流筒的下端伸入至所述容器內並位於所述晶體熔體液面的上方。

根據本發明實施例的晶體生長設備，通過設置上述的溫區控制系統，可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面且鄰近晶棒的三相點位置，可以控制晶棒在固液界面的溫度梯度和製程，從而可以較好地控制晶棒的穩定生長；並且可以使得冷卻氣流從出氣孔進入固液界面之後通過第一導流面的導流作用較為順暢地流出固液界面，並帶走氧化物雜質，減少晶棒的間隙缺陷，生長出的晶棒更好地適用於外延片，做成近完美的晶體。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐瞭解到。

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面參考圖1-圖7描述根據本發明實施例的晶體生長設備100的溫區控制系統。晶體生長設備100可以為單晶生長設備，晶體生長設備100可以用於生長單晶，例如可以用於生長單晶矽。

如圖1-圖3所示，根據本發明第一方面實施例的晶體生長設備100的溫區控制系統，包括：導流筒4和第一氣流通道51。

導流筒4適於圍繞晶棒300設置，導流筒4可以為石墨件，從而使得導流筒4具有耐高溫性能。導流筒4可以大致呈圓筒形，導流筒4套設在晶棒300的外周側且導流筒4的內周壁與晶棒300間隔開設置，導流筒4可以與晶棒300同軸設置。第一氣流通道51設在導流筒4的筒壁內，導流筒4的外壁面上可以形成有與第一氣流通道51均連通的進氣孔46以及出氣孔47，冷卻氣流可以從進氣孔46進入第一氣流通道51內，流經第一氣流通道51後從出氣孔47排出。

相關技術中，晶體生長設備的爐體中的冷卻氣流或者保護氣流由爐體頂部的爐口進入爐體，在爐體中利用溫度梯度等氣流自然流動因素進行自然對流。本發明實施例中，進氣孔46與設置於晶體生長設備的爐體側面的爐壁上的進氣口連通，冷卻氣流由設備外在氣流吹送設備的驅動下經過進氣口以及進氣孔46吹進導流筒，在晶體生長設備的爐體內形成強制對流，由此使得冷卻氣流的流量、流速均可控制，提高冷卻效果。

出氣孔47形成在導流筒4的底面且出氣孔47鄰近晶棒300的三相點，從出氣孔47排出的冷卻氣流流向導流筒4的下方，具體地，流向晶體熔體液面201。

並且，由於出氣孔47靠近晶棒300的三相點（所述「三相點」是指固、液、氣三相交界位置，具體地，是指晶棒300、晶體熔體液面201以及晶體熔體液面201上方的氣體三相交界位置），這樣從出氣孔47流出的冷卻氣流可以鄰近晶棒300的三相點位置，在氣流沿著晶體熔體液面201的上方空間流動的過程中，可以快速地帶走三相點位置的熱量，使得中心區的空穴擴散到邊緣，空穴增加，並且濃度均勻，由此生長出以空穴型缺陷為主導的近完美晶圓。

其中，導流筒4的底面位於出氣孔47徑向外側的部分形成有第一導流面41，從出氣孔47流出的冷卻氣流進入晶體熔體液面201上方後，通過第一導流面41的導流作用，可以使得冷卻氣流較為順暢地流出晶體熔體液面201，並帶走熱量以及氧化物雜質（例如一氧化矽），減少晶棒300內的間隙缺陷，生長出的晶棒300近似完美晶圓，更好地適用於外延片。

較佳地，冷卻氣流可以為惰性氣體，例如冷卻氣流可以為氬氣。

較佳地，出氣孔47可以呈環形且沿導流筒4的周向延伸；出氣孔47也可以為多個且沿導流筒4的周向間隔排佈，出氣孔47可以為圓形、橢圓形、多邊形、長條形等，出氣孔47可以沿導流筒4的周向延伸。通過將出氣孔47沿導流筒4的周向設置，可以使得導流筒4的底部出氣均勻，使得出氣孔47流出的冷卻氣流流向晶棒300的外周側呈環形的三相界面位置，從而使得晶棒300的周向三相界面位置均得到冷卻，從而使得晶棒300較為均勻穩定地生長。

較佳地，在出氣孔47沿導流筒4的周向排佈時，第一導流面41可以呈沿導流筒4的周向延伸的環形，從而可以對不同位置處的出氣孔47或者出氣孔47的不同位置流出的氣流均可以起到有效的導流作用。

根據本發明實施例的晶體生長設備100的溫區控制系統，通過在導流筒4的筒壁內設置第一氣流通道51且使得第一氣流通道51的出氣孔47鄰近晶棒300的三相點，可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面201且鄰近晶棒300的三相點位置，可以控制晶棒300在固液界面的溫度梯度和製程，從而可以較好地控制晶棒300的快速穩定生長；並且通過在導流筒4的底面位於出氣孔47的徑向外側形成第一導流面41，可以使得冷卻氣流從出氣孔47進入晶體熔體液面201之後通過第一導流面41的導流作用較為順暢地流出晶體熔體液面201，並帶走氧化物雜質，減少晶棒300內的間隙缺陷，生長出的晶棒300近似完美晶圓，更適用於外延片。

根據本發明的一些實施例，參照圖1、圖2、圖4-圖6，第一導流面41包括鄰近出氣孔47的第一導流部411，第一導流部411平行於水平面設置。通過將第一導流部411設置為平行於水平面，從出氣孔47向下排出的冷卻氣流流經第一導流部411的過程中，由於第一導流部411的延伸方向與出氣孔47向下排出的冷卻氣流的方向夾角相對較小。在冷卻氣流從出氣孔47排出至流經第一導流部411的過程中，可以使得冷卻氣流的流動方向改變相對較小，從而使得冷卻氣流可以沿著第一導流部411更為順暢的流動，減少冷卻氣流沿著導流筒4的底面與晶體熔體液面201之間的空間流動時產生的渦流，從而可以減少晶體生長過程中氣流造成的擾動以及對溫度造成的波動，減少複雜的對流對晶體成長過程的不利影響，提高晶體生長溫度的穩定性，從而提高成晶率。並且，可以使得冷卻氣流更好地帶走晶體熔體液面201的氧化物雜質，減少氧化物雜質，從而可以減少晶棒300內的間隙缺陷，做成近完美晶體。

根據本發明的一些較佳實施例，參照圖1、圖2、圖4-圖6，第一導流面41包括連接在第一導流部411的徑向外側的第二導流部412，第二導流部412在沿徑向向外的方向上朝向上傾斜延伸。通過將第一導流面41設置為包括水平設置的第一導流部411以及傾斜設置的第二導流部412，由於第一導流部411相對於第二導流部412與向下排出的冷卻氣流的方向之間的夾角較小，這樣從出氣孔47流出的冷卻氣流先流經第一導流部411的導向作用，然後再流經第二導流部412的導向作用，冷卻氣流經過第二導流部412的導向作用，可以使得冷卻氣流朝向斜向上流動以流出晶體熔體液面201的上方空間，從而可以通過冷卻氣流將熱量以及氧化物雜質帶走。

根據本發明的一些較佳實施例，參照圖1、圖2、圖4-圖6，導流筒4的底面位於出氣孔47徑向內側的部分形成有第二導流面42，第二導流面42與第一導流部411共面設置，第二導流面42的徑向寬度小於第一導流部411的徑向寬度。第二導流面42可以對從導流筒4的內周側與晶棒300之間的空間進入的冷卻氣流進行導流，從導流筒4的內周側與晶棒300之間的空間進入固液界面的冷卻氣流也可以快速帶走固液界面的熱量，使得中心區的空穴的擴散到邊緣，空穴增加，並且濃度均勻，由此生長出以空穴型為主導的近完美晶圓。在從導流筒4的內周側與晶棒300之間的空間進入的冷卻氣流經第二導流面42朝向遠離晶棒300的方向流動的過程中，該冷卻氣流在將熱量帶走的同時，也可以將固液界面的氧化物雜質帶走。並且，在從導流筒4的內周側與晶棒300之間的空間進入的冷卻氣流經第二導流面42朝向遠離晶棒300的方向流動的過程中，可以帶動從導流筒4的出氣孔47流出的氣流朝向遠離晶棒300的方向流動。

並且，通過使得第二導流面42與第一導流部411共面設置，可以使得氣流從第二導流面42流向第一導流部411的過程中流動更為順暢，減少渦流產生；同時，通過使得第二導流面42的徑向寬度小於第一導流部411的徑向寬度，可以使得出氣孔47更加靠近三相點位置，從而可以進一步地控制固液界面的溫度梯度，進一步地提高晶棒300的V/G值，進而生長出以空穴缺陷主導的近完美晶圓。

其中，需要解釋的是，第二導流面42的徑向寬度以及第一導流部411的徑向寬度均是指沿導流筒4的徑向的寬度。

根據本發明的一些實施例，參照圖1-圖3，導流筒4的筒壁內形成有空腔45，空腔45內設有第一保溫件5，第一保溫件5可以為軟氈，第一保溫件5可以填充在該空腔45內，第一保溫件5內形成有第一氣流通道51。通過在導流筒4的筒壁內設置第一保溫件5且在第一保溫件5內形成第一氣流通道51，第一保溫件5可以起到良好的保溫隔熱作用，減少外部溫度以及環境對於第一氣流通道51內的冷卻氣流的溫度影響，使得第一氣流通道51內的冷卻氣流的溫度控制更為精確且更易控制形成穩定溫度場，從而有利於晶體的穩定成長。

根據本發明的一些較佳實施例，參照圖1、圖2、圖4-圖6，第一導流面41對應的壁厚大於空腔45的其餘部分的壁厚。通過將第一導流面41對應的筒壁厚度設置較大，可以增強導流筒4在該位置處的保溫隔熱作用，在冷卻氣流帶走熱量並流經第一導流面41的過程中，可以減少流經第一導流面41的冷卻氣流以及晶體熔體液面201產生的熱量對流經導流筒4內的第一氣流通道51內的冷卻氣流的影響，使得第一氣流通道51內的冷卻氣流的溫度控制更為精確且更易控制形成穩定溫度場，從而有利於晶體的穩定成長。

根據本發明的一些實施例，參照圖1-圖3，導流筒4的上端面覆蓋有第二保溫件6，第二保溫件6可以為硬氈。通過在導流筒4的上端面覆蓋第二保溫件6，通過第二保溫件6的保溫隔熱作用，可以減少或避免冷卻氣流影響垂直隔熱效果而使得用於加熱晶體熔體200的加熱器3的上方散熱過快，保證加熱效率。

根據本發明的一些實施例，參照圖1-圖7，溫區控制系統包括水冷套7，水冷套7套設在晶棒300的外周側，水冷套7與晶棒300間隔開設置，水冷套7的壁內形成有水冷通道，冷卻水可以流入水冷套7內，流入水冷通道內的冷卻水與水冷套7換熱後可以流出水冷套7，從而形成冷卻循環。通過設置的水冷套7可以進一步地對晶棒300進行冷卻，保證晶體的穩定快速生長，且減少結晶缺陷。水冷套7的至少下部分位於導流筒4和晶棒300之間，例如水冷套7的下半部分可以位於導流筒4和晶棒300之間，水冷套7與導流筒4可以間隔開設置，減少水冷套7對導流筒4內的第一氣流通道51的溫度影響，從而可以減少水冷套7對第一氣流通道51內的冷卻氣流對晶體生產溫度場的分佈影響。

其中，導流筒4的內周側形成有頂部敞開的容納槽44，水冷套7的至少下部分位於容納槽44內，例如水冷套7的下半部分位於容納槽44內。溫區控制系統由此可以形成更加穩定的溫度梯度，從而生長出近完美晶圓。

根據本發明的一些較佳實施例，參照圖1-圖7，水冷套7、導流筒4與晶棒300之間限定出第二氣流通道71，容納槽44位於水冷套7下方的部分構成第二氣流通道71的一部分，容納槽44的底壁面形成有第三導流面43。從第二氣流通道71進入固液界面的冷卻氣流也可以快速帶走固液界面的熱量，使得中心區的空穴的擴散到邊緣，空穴增加，並且濃度均勻，由此生長出以空穴型為主導的近完美晶圓。在從第二氣流通道71進入的冷卻氣流，可以經第三導流面43的導向作用使得該冷卻氣流較為順暢地朝向固液界面方向流動，而後流經第二導流面42並朝向遠離晶棒300的方向流動，該冷卻氣流在將熱量帶走的同時，也可以將固液界面的氧化物雜質帶走。並且，從第二氣流通道71流出的冷卻氣流經第二導流面42朝向遠離晶棒300的方向流動的過程中，可以帶動從導流筒4的出氣孔47流出的氣流朝向遠離晶棒300的方向流動。

通過在容納槽44的底面設置第三導流面43，可以使得流經第二氣流通道71的冷卻氣流快速順暢地流動至固液界面處，減少固液界面或三相點附近的渦流產生，從而可以減少晶體生長過程中氣流造成的擾動以及對溫度造成的波動，減少複雜的對流對晶體成長過程的不利影響，提高晶體生長溫度的穩定性，從而提高成晶率。並且，可以使得冷卻氣流更好地帶走固液界面或三相點的氧化物雜質，減少晶體內氧化物雜質含量，從而可以減少晶棒300的間隙缺陷，做成近完美晶體。

在本發明的一些實施例中，參照圖1-圖7，第三導流面43的至少一部分在沿徑向向內的方向上朝向下傾斜延伸。通過將第三導流面43傾斜設置，可以更為順暢且快速地將第二氣流通道71內的冷卻氣流導流向固液界面處，進一步地減少固液界面或三相點附近的渦流產生，從而可以進一步地減少晶棒300的間隙缺陷，更好地做成近完美晶體。

較佳地，第三導流面43與豎直方向之間的夾角範圍可以為15-45°。通過將第三導流面43與豎直方向之間的夾角設置在上述範圍內，既可以保證第三導流面43具有良好的導流作用，並且可以避免水冷套7與容納槽44的底面發生干涉，保證水冷套7套設在晶棒300外周側的軸向長度，保證冷卻效果。

根據本發明的一些實施例，參照圖1-圖7，溫區控制系統包括水冷套7，水冷套7套設在晶棒300的外周側，水冷套7與晶棒300間隔開設置，水冷套7的壁內形成有水冷通道，冷卻水可以流入水冷套7內，流入水冷通道內的冷卻水與水冷套7換熱後可以流出水冷套7，從而形成冷卻循環。通過設置的水冷套7可以進一步地對晶棒300進行冷卻，保證晶體的穩定快速生長，且減少結晶缺陷。水冷套7的至少下部分位於導流筒4和晶棒300之間，例如水冷套7的下半部分位於導流筒4和晶棒300之間，水冷套7與導流筒4可以間隔開設置，減少水冷套7對導流筒4內的第一氣流通道51的溫度影響，從而可以減少水冷套7對第一氣流通道51內的冷卻氣流對晶體生產溫度場的分佈影響。

較佳地，水冷套7與導流筒4之間的徑向距離大於30mm。從而可以更有效地減少水冷套7對導流筒4內的第一氣流通道51的溫度影響，從而可以更有效地減少水冷套7對第一氣流通道51內的冷卻氣流對晶體生產溫度場的分佈影響。

如圖1-圖3所示，根據本發明第二方面實施例的晶體生長設備100，包括：容器2和溫區控制系統，容器2用於容納用於生長晶體的晶體熔體200，容器2可以為耐高溫的坩堝，例如容器2可以為石英件。溫區控制系統為根據本發明上述第一方面實施例的溫區控制系統，導流筒4的下端伸入至容器2內並位於晶體熔體液面201的上方。

進一步地，晶體生長設備100還可以包括供氣系統，供氣系統用於對第一氣流通道51供氣，在溫區控制系統包括上述的第二氣流通道71時，供氣系統也可以對第二氣流通道71供氣。

較佳地，晶體生長設備100還可以包括供水系統，在晶體生長設備100包括上述的水冷套7時，供水系統可以為水冷套7供水。

例如，在圖1-圖3的具體示例中，晶體生長設備100包括殼體1、容器2、加熱器3以及上述的溫區控制系統，其中溫區控制系統包括上述的導流筒4、水冷套7、第一保溫件5和第二保溫件6。溫區控制系統、容器2以及加熱器3均設在殼體1內，殼體1側壁內可以夾設有保溫層，加熱器3設置在容器2的外周側和/或容器2的下方，加熱器3對放置在容器2內的晶體熔體200進行加熱，導流筒4與水冷套7均與殼體1相連。導流筒4圍繞晶棒300設置且導流筒4的下端伸入至容器2內且位於晶體熔體液面201的上方，水冷套7套設在晶棒300的外周側且水冷套7的下半部分位於導流筒4和晶棒300之間。

根據本發明實施例的晶體生長設備100，通過設置上述的溫區控制系統，可以將冷卻氣流引入至晶體熔體液面201且鄰近晶棒300的三相點位置，可以控制晶棒300在固液界面的溫度梯度和製程，從而可以較好地控制晶棒300的穩定生長；並且可以使得冷卻氣流從出氣孔47進入固液界面之後通過第一導流面41的導流作用較為順暢地流出固液界面，並帶走氧化物雜質，減少晶棒300的間隙缺陷，生長出的晶棒300近似完美晶圓，更好地適用於外延片。

下面參照圖1-圖7並結合圖8描述根據本發明三個實施例的晶體生長設備100、晶體生長設備100內的冷卻氣流以及氣流中的氧化物分佈、利用該晶體生長設備100生長出的晶棒300內的缺陷對比分佈。

圖1示出的是晶體生長設備100的其中一個實施例，圖2示出的是晶體生長設備100的另一個實施例，圖3示出的是晶體生長設備100的又一個實施例，這三個實施例的不同之處僅在於導流筒4的結構。

具體地，圖1示例中的晶體生長設備100的導流筒4，該導流筒4的底面形成有第一導流面41和第二導流面42，第一導流面41包括上述的第一導流部411和第二導流部412，第二導流面42與第一導流部411共面設置，第二導流面42的徑向寬度小於第一導流部411的徑向寬度；位於水冷套7下方的第三導流面43在沿徑向向內的方向上朝向下傾斜延伸。

圖2示例中的晶體生長設備100的導流筒4，該導流筒4的底面形成有第一導流面41和第二導流面42，第一導流面41包括上述的第一導流部411和第二導流部412，第二導流面42與第一導流部411共面設置，第二導流面42的徑向寬度小於第一導流部411的徑向寬度；位於水冷套7下方的第三導流面43在沿徑向向內的方向上朝向下傾斜延伸。

圖3示例中的晶體生長設備100的導流筒4，該導流筒4的底面形成有第一導流面41和第二導流面42，第一導流面41整體在沿徑向向外的方向上朝向上傾斜延伸，第二導流面42平行於水平面；位於水冷套7下方的第三導流面43平行於水平面。

其中，圖3示例中的導流筒4的結構與圖1示例中的導流筒4以及圖2示例中的導流筒4的結構不同之處在於：第一導流面41以及第三導流面43的形狀，圖3示例中的第二導流面42的徑向寬度最大，圖1示例中的第一導流面41對應的壁厚以及圖2示例中的第一導流面41對應的壁厚均大於圖3示例中的第一導流面41對應的壁厚。

圖1示例中的導流筒4結構與圖2示例中的導流筒4結構區別在於：圖1示例中的第一導流部411徑向寬度大於圖2示例中的第一導流部411的徑向寬度；圖1示例中的第二導流面42徑向寬度小於圖2示例中的第二導流面42的徑向寬度；圖1示例中的第三導流面43與豎直方向之間的夾角小於圖2示例中的第三導流面43與豎直方向之間的夾角。

參照圖4-圖8，其中圖4中的4-1對應圖1中的晶體生長設備100中的冷卻氣流流動示意圖，圖4中的4-2對應圖2中的晶體生長設備100中的冷卻氣流流動示意圖，圖4中的4-3對應圖3中的晶體生長設備100中的冷卻氣流流動示意圖。

通過試驗以及仿真可以看出，參照圖4，圖1示例中的晶體生長設備100以及圖2示例中的晶體生長設備100的固液界面或三相點位置附近的渦流較少，圖3示例中的晶體生長設備100的固液界面或三相點位置附近的渦流較多。由此可見，通過將第一導流面41設置為包括水平延伸的第一導流部411以及將第三導流面43設置為傾斜面，可以起到對氣流的順暢導流作用，可以顯著減少渦流產生，特別是可以顯著減少固液界面或三相點附近的渦流產生。

進一步地，參照圖5-圖7，圖5-圖7除了示出冷卻氣流中渦流的產生，並且示出了氣流中氧化物的濃度分佈。具體地，圖5中B1圈出的區域所對應的氧化物濃度為右側的C1處所代表的氧化物濃度值；圖6中B2圈出的區域所對應的氧化物濃度為右側的C2處所代表的氧化物濃度值；圖7中B3圈出的區域所對應的氧化物濃度為右側的C3處所代表的氧化物濃度值。由圖可知，圖1示例中的晶體生長設備100中的固液界面附近冷卻氣流內的氧化物濃度分佈最低，其濃度值約為5.515×1014 atom/cm3，圖2示例中的晶體生長設備100中的固液界面附近冷卻氣流內的氧化物濃度分佈較低，其濃度值約為6.68×1014 atom/cm3，圖3示例中的晶體生長設備100中的固液界面附近冷卻氣流內的氧化物濃度分佈最高，其濃度值約為7.08×1014 atom/cm3。由此可見，通過將第一導流面41設置為包括水平延伸的第一導流部411以及將第三導流面43設置為傾斜面，可以起到對氣流的順暢導流作用，可以顯著減少渦流產生，特別是可以顯著減少固液界面或三相點附近的渦流產生，並且順暢流動的氣流可以有效地帶走氧化物雜質，避免氧化物雜質滯留。

再進一步地，參照圖8並結合圖4-圖7，圖8中的a1-a3均是示出晶棒300的徑向一半內缺陷分佈圖。圖8中的橫坐標代表晶棒300的軸向長度，其中橫坐標的左邊代表晶棒300的頭部位置，橫坐標的右邊代表晶棒300的固液界面處。圖8中a1代表圖1示例中的晶體生長設備100生長出的晶棒300內的缺陷分佈圖，圖8中a2代表圖2示例中的晶體生長設備100生長出的晶棒300內的缺陷分佈圖，圖8中a3代表圖3示例中的晶體生長設備100生長出的晶棒300內的缺陷分佈圖。圖8中大於零的數值代表空穴缺陷，且數值越大代表空穴缺陷密度越大；圖8中小於零的數值代表間隙缺陷，且數值越小代表間隙密度越大。

具體地，圖8中a1示例中的D1區域、a2示例中的E1區域、a3示例中的F1區域所對應的缺陷密度值為右側G1處所代表的空穴缺陷密度值；圖8中a1示例中的D2區域、a2示例中的E2區域、a3示例中的F2區域所對應的缺陷密度值為右側G2處所代表的空穴缺陷密度值；圖8中a1示例中的D3區域、a2示例中的E3區域、a3示例中的F3區域所對應的缺陷密度值為右側G3處所代表的空穴缺陷密度值；圖8中a1示例中的D4區域、a2示例中的E4區域、a3示例中的F4區域所對應的缺陷密度值為右側G4處所代表的空穴缺陷密度值。圖8中a1示例中除去D1-D4區域的其他區域均為間隙缺陷密度分佈；圖8中a2示例中除去E1-E4區域的其他區域均為間隙缺陷密度分佈；圖8中a3示例中除去F1-F4區域的其他區域均為間隙缺陷密度分佈。

由此可見，a1所代表的晶棒300內間隙缺陷分佈範圍最小且分佈密度相對最小，a1所代表的晶棒300內空穴缺陷分佈範圍最大且分佈密度相對最大；a2所代表的晶棒300內間隙缺陷分佈範圍較小且分佈密度相對較小，a2所代表的晶棒300內空穴缺陷分佈範圍較大且分佈密度相對較大；a3所代表的晶棒300內間隙缺陷分佈範圍最大且分佈密度相對最大，a3所代表的晶棒300內空穴缺陷分佈範圍最小且分佈密度相對最小。

結合上述的分析可知，圖1示例中的晶體生長設備100生長出的晶棒300內間隙缺陷最少，最接近完美晶體。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，所屬領域具通常知識者可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由發明申請專利範圍及其等同物限定。

1:殼體 2:容器 3:加熱器 4:導流筒 5:第一保溫件 6:第二保溫件 7:水冷套 41:第一導流面 42:第二導流面 43:第三導流面 44:容納槽 45:空腔 46:進氣孔 47:出氣孔 51:第一氣流通道 71:第二氣流通道 100:晶體生長設備 200:晶體熔體 201:晶體熔體液面 300:晶棒 411:第一導流部 412:第二導流部 B1、B2、B3、D1、D2、D3、D4、E1、E2、E3、E4、F1、F2、F3、F4:區域 C1、C2、C3、G1、G2、G3、G4:處

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中： 圖1是根據本發明一些實施例的晶體生長設備的示意圖； 圖2是根據本發明另一些實施例的晶體生長設備的示意圖； 圖3是根據本發明又一些實施例的晶體生長設備的示意圖； 圖4是圖1-圖3中的晶體生長設備中的冷卻氣流流動示意圖； 圖5是圖1中的晶體生長設備中的冷卻氣流流動以及氣流中的氧化物分佈示意圖； 圖6是圖2中的晶體生長設備中的冷卻氣流流動以及氣流中的氧化物分佈示意圖； 圖7是圖3中的晶體生長設備中的冷卻氣流流動以及氣流中的氧化物分佈示意圖； 圖8是圖1-圖3中的晶體生長設備生長出的晶棒內的缺陷分佈對比圖。

1:殼體

2:容器

3:加熱器

4:導流筒

5:第一保溫件

6:第二保溫件

7:水冷套

41:第一導流面

42:第二導流面

43:第三導流面

44:容納槽

45:空腔

46:進氣孔

47:出氣孔

51:第一氣流通道

71:第二氣流通道

100:晶體生長設備

200:晶體熔體

201:晶體熔體液面

300:晶棒

411:第一導流部

412:第二導流部

Claims (12)

1. 一種晶體生長設備的溫區控制系統，包括： 導流筒，所述導流筒適於圍繞晶棒設置；以及 第一氣流通道，所述第一氣流通道設在所述導流筒的筒壁內，所述導流筒上形成有與所述第一氣流通道連通的進氣孔以及出氣孔，所述出氣孔形成在所述導流筒的底面且鄰近所述晶棒的三相點； 其中，所述導流筒的底面位於所述出氣孔徑向外側的部分形成有第一導流面。
2. 根據請求項1所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述第一導流面包括鄰近所述出氣孔的第一導流部，所述第一導流部平行於水平面設置。
3. 根據請求項2所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述第一導流面更包括連接在所述第一導流部的徑向外側的第二導流部，所述第二導流部在沿徑向向外的方向上朝向上傾斜延伸。
4. 根據請求項2所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述導流筒的底面位於所述出氣孔徑向內側的部分形成有第二導流面，所述第二導流面與所述第一導流部共面設置，所述第二導流面的徑向寬度小於所述第一導流部的徑向寬度。
5. 根據請求項1所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述導流筒的筒壁內形成有空腔，所述空腔內設有第一保溫件，所述第一保溫件內形成有所述第一氣流通道。
6. 根據請求項5所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述第一導流面對應的壁厚大於所述空腔其餘部分的壁厚。
7. 根據請求項1所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述導流筒的上端面覆蓋有第二保溫件。
8. 根據請求項1-7中任一項所述的晶體生長設備的溫區控制系統，更包括水冷套，其中所述水冷套套設在所述晶棒的外周側，所述水冷套的至少下部分位於所述導流筒和所述晶棒之間，所述導流筒的內周側形成有頂部敞開的容納槽，所述水冷套的至少下部分位於所述容納槽內，所述水冷套、所述導流筒與所述晶棒之間限定出第二氣流通道，所述容納槽位於所述水冷套下方的部分構成所述第二氣流通道的一部分，所述容納槽的底壁面形成有第三導流面。
9. 根據請求項8所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述第三導流面的至少一部分在沿徑向向內的方向上朝向下傾斜延伸。
10. 根據請求項9所述的晶體生長設備的溫區控制系統，其中所述第三導流面與豎直方向之間的夾角範圍為15-45°。
11. 根據請求項1-7中任一項所述的晶體生長設備的溫區控制系統，更包括水冷套，其中所述水冷套套設在所述晶棒的外周側，所述水冷套的至少下部分位於所述導流筒和所述晶棒之間，所述水冷套與所述導流筒之間的徑向距離大於30mm。
12. 一種晶體生長設備，包括： 容器，所述容器用於容納用於生長晶體的晶體熔體；以及 溫區控制系統，溫區控制系統為根據請求項1-11中任一項所述的溫區控制系統，所述導流筒的下端伸入至所述容器內並位於所述晶體熔體液面的上方。

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