TWI695915B

TWI695915B - 矽單晶長晶裝置

Info

Publication number: TWI695915B
Application number: TW108123572A
Authority: TW
Inventors: 陳俊宏; 廖思涵; 李依晴
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-06-11
Also published as: TW202102732A

Abstract

本發明公開一種矽單晶長晶裝置，其包含雙層式爐筒，雙層式爐筒包含底壁、連接於底壁的內側爐壁、及連接於底壁且設置於內側爐壁外側的外側爐壁。內側爐壁與底壁包圍有一容置空間。內側爐壁的頂部包圍有一第一進氣口。內側爐壁上具有一第一出氣孔。外側爐壁與內側爐壁及底壁包圍有一氣流通道。外側爐壁的頂部與內側爐壁的頂部包圍有一第二進氣口。外側爐壁上具有一第二出氣孔。雙層式爐筒能提供一第一惰性氣體氣流自第一進氣口流入容置空間、而沿經第一出氣孔及氣流通道、並由第二出氣孔流出；且能提供一第二惰性氣體氣流自第二進氣口流入氣流通道。

Description

矽單晶長晶裝置

本發明涉及一種長晶裝置，特別是涉及一種矽單晶長晶裝置及其雙層式爐筒。

近年來，半導體產業蓬勃發展，其中矽晶圓為半導體產業最基本的必需品。矽晶圓成長的方式包括浮熔帶長晶法（Floating Zone Method）、雷射加熱提拉長晶法（Laser Heated Pedestal Growth）、及柴氏長晶法（Czochralski Method）等。其中柴氏長晶法因具有較佳的經濟效益，故其成為目前大尺寸晶圓的主要生長方式。

在柴氏長晶法的單晶生長中，在維持減壓下的惰性氣體（如：氬氣、氮氣、氦氣）環境的腔室內，將晶種浸漬於坩堝內所積存的矽的原料熔湯中，並將所浸漬的晶種緩慢提拉，藉此於晶種的下方生長出單晶矽。

然而，在現有用於柴氏長晶法的矽單晶長晶裝置中，由於在晶體生長時，其爐腔中熱場的熱量，會直接經由爐腔的爐壁散逸至外界環境，因此在整個晶體生長過程需要消耗較多的電力才能完成晶體生長程序，從而提升了晶棒製造的成本。

於是，本發明人有感上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種矽單晶長晶裝置及其雙層式爐筒。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種矽單晶長晶裝置，包括一雙層式爐筒，包含有：一底壁；一內側爐壁，連接於所述底壁、且與所述底壁包圍有一容置空間，所述內側爐壁的頂部包圍有連通所述容置空間的一第一進氣口，並且所述內側爐壁具有貫穿於其上的且連通於所述容置空間的一第一出氣孔；及一外側爐壁，連接於所述底壁、且間隔地設置於所述內側爐壁的外側，所述外側爐壁與所述內側爐壁及所述底壁包圍有一氣流通道，所述外側爐壁的頂部與所述內側爐壁的頂部包圍有連通所述氣流通道的一第二進氣口，並且所述外側爐壁具有貫穿於其上的且連通於所述氣流通道的一第二出氣孔；其中，所述雙層式爐筒能用來提供一第一惰性氣體氣流自所述第一進氣口流入所述容置空間、而沿經所述第一出氣孔流入所述氣流通道、並由所述第二出氣孔流出；其中，所述雙層式爐筒能用來提供一第二惰性氣體氣流自所述第二進氣口流入、且充填於所述氣流通道，以形成一第一氣體隔熱保溫層。

本發明的有益效果在於，本發明所提供的矽單晶長晶裝置及其雙層式爐筒，能通過所述雙層式爐筒的內側爐壁及外側爐壁的結構設計及彼此之間的連接關係，以提升矽單晶長晶裝置的保溫效果，從而降低矽單晶長晶裝置於長晶階段下的能源消耗。因此，在整個晶體生長過程中，晶棒製造的成本能被有效地降低。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

請參閱圖1至圖5，其為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。

如圖1所示，本實施例公開一種矽單晶長晶裝置1000，包括一雙層式爐筒100、一坩堝200、一吊線300、一加熱元件400、及一熱帷幕500。需先說明的是，雖然本實施例是以雙層式爐筒100搭配於上述相對應元件來作說明，但本發明不限制雙層式爐筒100與上述相對應元件之間的連接關係。

請繼續參閱圖1並請一併參閱圖2，所述雙層式爐筒100的外型大致呈圓筒狀，並且所述雙層式爐筒100包含有一底壁11、一內側爐壁12、及一外側爐壁13。

所述底壁11大致呈圓板狀，並且所述底壁11是設置於雙層式爐筒100的底部。

所述內側爐壁12大致呈圓環狀，所述內側爐壁12的底緣連接於底壁11，並且所述內側爐壁12與底壁11包圍界定有一容置空間101，用以提供上述坩堝200、吊線300、加熱元件400、及熱帷幕500設置於其內。所述內側爐壁12的頂部包圍界定有一第一進氣口102，並且所述第一進氣口102連通於容置空間101，用以提供一第一惰性氣體氣流GF1（如：氬氣氣體氣流）自第一進氣口102流入容置空間101。再者，所述內側爐壁12具有貫穿於其上的一第一出氣孔103，並且所述第一出氣孔103連通於容置空間101，用以提供所述第一惰性氣體氣流GF1從容置空間101自第一出氣孔103流出。

更具體地說，所述內側爐壁12的頂部具有一縮口結構121，所述內側爐壁12的縮口結構121包圍界定有所述第一進氣口102，所述內側爐壁12的主體122連接於其縮口結構121的下方，所述內側爐壁12的主體122與底壁11包圍界定有所述容置空間101，並且所述第一出氣孔103是設置且貫穿於內側爐壁12的主體122。其中，所述內側爐壁12的主體122的外徑大於其縮口結構121的外徑，並且所述內側爐壁12的主體122的最大外徑定義為一第一最大外徑D1。

所述外側爐壁13的形狀對應於內側爐壁12的形狀、也大致呈圓環狀，並且所述外側爐壁13的尺寸大於內側爐壁12的尺寸。更具體地說，所述外側爐壁13間隔地設置於內側爐壁12的外側，所述外側爐壁13的底緣也連接於底壁11，並且所述外側爐壁13與內側爐壁12及底壁11包圍界定有一氣流通道104。所述外側爐壁13的頂部與內側爐壁12的頂部包圍界定有一第二進氣口105，並且所述第二進氣口105連通於氣流通道104，用以提供一第二惰性氣體氣流GF2（如：氬氣氣體氣流）自第二進氣口105流入氣流通道104。再者，所述外側爐壁13具有貫穿於其上的一第二出氣孔106，並且所述第二出氣孔106連通於氣流通道104，用以提供所述第一惰性氣體氣流GF1及第二惰性氣體氣流GF2從氣流通道104自第二出氣孔106流出。

更具體地說，所述外側爐壁13的頂部也具有一縮口結構131，所述外側爐壁13的縮口結構131與內側爐壁的縮口結構121包圍界定有所述第二進氣口105，所述外側爐壁13的主體132連接於其縮口結構131的下方，所述外側爐壁13的主體132與內側爐壁12的主體122及底壁11包圍界定有所述氣流通道104，並且所述第二出氣孔106是設置且貫穿於外側爐壁13的主體132。其中，所述外側爐壁13的主體132的外徑大於其縮口結構131的外徑，並且所述外側爐壁13的主體132的最大外徑定義為一第二最大外徑D2。

需說明的是，本實施例的第一惰性氣體氣流GF1及第二惰性氣體氣流GF2皆是以氬氣氣體氣流為例作說明，但本發明不受限於此。舉例來說，所述第一惰性氣體氣流GF1及第二惰性氣體氣流GF2也可以例如是氮氣氣體氣流或氦氣氣體氣流。再者，所述第一惰性氣體氣流GF1及第二惰性氣體氣流GF2可以例如是由相同的氣體輸出裝置提供，或者也可以例如是分別由不同的氣體輸出裝置提供，本發明並不予以限制。

上述第一惰性氣體氣流GF1及第二惰性氣體氣流GF2於一長晶階段（或稱晶體生長階段）下的氣體流量較佳為35至70SLM（Standard Liter per Minute），但本發明不以此為限。

在本發明的一實施例中，所述內側爐壁12與外側爐壁13之間具有一較佳的間距設置。較佳地，所述內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G是介於30公厘至200公厘之間。更佳地，所述內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G是介於30公厘至100公厘之間，但本發明不受限於此。

在本發明的一實施例中，所述第一出氣孔103的孔徑大小是介於50公厘至100公厘，而所述第二出氣孔106的孔徑大小是介於50公厘至100公厘。

在本發明的一實施例中，所述內側爐壁12的第一出氣孔103在位置上對應於所述外側爐壁13的第二出氣孔106，所述第一出氣孔103是位於內側爐壁12的主體122的下半部的位置上、且與所述底壁11相距有一第一高度H1。所述第二出氣孔106是設置於外側爐壁13的主體132的下半部的位置上、且與所述底壁11相距有一第二高度H2，其中，所述第一高度H1大致等於第二高度H2，但本發明不受限於此。

需說明的是，所述內側爐壁12的主體122的下半部於本實施例中是指內側爐壁12的主體122自底壁11向上起算至50%高度的部位，並且所述外側爐壁13的主體132的下半部於本實施例中是指外側爐壁13的主體132自底壁11向上起算至50%高度的部位。更佳地，所述第一出氣孔103是位於內側爐壁12的靠近底壁11的位置上，並且所述第二出氣孔106是位於外側爐壁13的靠近底壁11的位置上。

在本發明的一實施例中，所述外側爐壁13的第二最大外徑D2大致介於所述內側爐壁12的第一最大外徑D1的1.05倍至1.55倍之間，但本發明不受限於此。

請繼續參閱圖1，所述坩堝200是由石英材質所製成。所述坩堝200設置於雙層式爐筒100的容置空間101內，並且所述坩堝200是用以容置一熔湯M。更詳細地說，所述坩堝200具有可盛裝熔料的一內部空間，並且可將所盛裝之熔料（如：多晶矽的半導體材料、或者是硼、磷的摻雜物）透過高溫而熔融於坩堝200之內部空間中而形成所述熔湯M。再者，由於所述坩堝200（石英坩堝）在高溫下容易軟化變形，進而導致所述熔湯M從坩堝200中流出的情況發生。因此，所述坩堝200的外圍可進一步設置有由石墨材質所製成的一支撐件600。藉此，所述支撐件600可提供坩堝200足夠的支撐力道，以避免所述熔湯M從坩堝200中流出的情況發生。

所述吊線300能穿設過第一進氣口102且位於容置空間101內，並且所述吊線300是於長晶階段（或稱晶體生長階段）中用以向上拉提一晶種S以形成一晶棒（圖未標號）。

所述加熱元件400設置於雙層式爐筒100的容置空間101內、且位於坩堝200及支撐件600的外側，用以加熱所述熔湯M。

所述熱帷幕500設置於雙層式爐筒100的容置空間101內、且位於所述坩堝200及熔湯M的上方。所述熱帷幕500可在將晶種S向上拉提的過程中隔絕輻射熱，進而控制並且提高所述晶棒的溫度梯度。更詳細地說，所述熱帷幕500呈中空圓柱狀，用以提供所述第一惰性氣體氣流GF1穿過、並朝向坩堝200及熔湯M的方向移動。

根據上述各個元件的結構設計及彼此之間的配置關係，所述雙層式爐筒100能用來提供第一惰性氣體氣流GF1（如：氬氣氣體氣流）自所述第一進氣口102流入容置空間101，接著沿經熱帷幕500、坩堝200、及加熱元件400，而後從所述第一出氣孔103流入氣流通道104，並且從所述第二出氣孔106流出。

再者，所述雙層式爐筒100能用來提供第二惰性氣體氣流GF2（如：氬氣氣體氣流）自所述第二進氣口105流入、且充填於所述氣流通道104，以與第一惰性氣體氣流GF1互相混和、並形成一第一氣體隔熱保溫層（圖未標號）。

進一步地說，所述矽單晶長晶裝置1000於長晶階段中，所述容置空間101會存在著許多氧化物雜質I，而所述雙層式爐筒100能用來提供所述第一惰性氣體氣流GF1夾帶分散於容置空間101中的氧化物雜質I。

如圖2至圖4所示，所述雙層式爐筒100能用來提供夾帶有氧化物雜質I的第一惰性氣體氣流GF1自第一出氣孔103流入氣流通道104。所述雙層式爐筒100能通過其內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G介於30公厘至100公厘之間的結構設計，以使得所述氧化物雜質I在流入氣流通道104後、大致分布於氣流通道104的底部、且能部分地由所述第二出氣孔106流出。

更具體地說，本實施例的具有雙層式爐筒100的矽單晶長晶裝置1000以及在一比較例中僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置（圖未繪式）前後兩者分別於長晶階段下所需消耗的功率（千瓦）及氧化物雜質在流場中分佈的情形能通過模擬軟體被模擬分析出來。

從模擬分析的結果可以得知，本實施例的具有雙層式爐筒100的矽單晶長晶裝置1000、相較於僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置、於長晶階段下、能有效節省約20%至22%的能耗。

如圖2至圖5，其分別為具有雙層式爐筒100的矽單晶長晶裝置1000在不同的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距下，矽單晶長晶裝置1000內的流場及氧化物雜質I分布情形的示意圖。其中，所述矽單晶長晶裝置1000在不同的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距設計下，其所需消耗的功率（千瓦）也能通過模擬軟體被模擬分析出來。

如圖2，其為矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G1為30公厘的設計下，其氣體流場及氧化物雜質I分布情形的示意圖。從圖中可以得知，氧化物雜質I在流入氣流通道104後、大致會分布於氣流通道104的底部，並且該矽單晶長晶裝置1000、相較於僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置、能節省約21.7%的能耗。

如圖3，其為矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G2為50公厘的設計下，其氣體流場及氧化物雜質I分布情形的示意圖。從圖中可以得知，氧化物雜質I在流入氣流通道104後、也大致會分布於氣流通道104的底部，並且該矽單晶長晶裝置1000、相較於僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置、能節省約21.8%的能耗。

如圖4，其為矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G3為100公厘的設計下，其氣體流場及氧化物雜質I分布情形的示意圖。從圖中可以得知，氧化物雜質I在流入氣流通道104後、也大致會分布於氣流通道104的底部，但是開始有氧化物雜質I往氣流通道104的上方擴散的情形，並且該矽單晶長晶裝置1000、相較於僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置、能節省約21.3%的能耗。

如圖5，其為矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G4為200公厘的設計下，其氣體流場及氧化物雜質I分布情形的示意圖。從圖中可以得知，氧化物雜質I在流入氣流通道104後、會從氣流通道104的底部往氣流通道104的上方擴散，使得氧化物雜質I充滿於氣流通道104中，並且該矽單晶長晶裝置1000、相較於僅具有單層式爐筒的矽單晶長晶裝置、能節省約20%的能耗。

綜上分析，從消耗功率的方面來看，所述矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距在30公厘至200公厘的設計下，其所能節省的能耗皆大至介於20%至22%之間，皆可以有效達到節省能耗的效果。

然而，從氧化物雜質的分布來看，所述矽單晶長晶裝置1000的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距在30公厘至200公厘的設計下，氧化物雜質I在流入氣流通道104後的分布情形會隨著間距的增加，而從原本的氧化物雜質I主要分布於氣流通道104的底部、逐漸地變成開始有氧化物雜質I往氣流通道104的上方擴散的情形出現（尤其在間距大於100公厘的情況下）。

再者，當所述內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距越大，所述矽單晶長晶裝置1000所需花費的成本也就越高。因此，綜合以上考量，所述雙層式爐筒100的內側爐壁12與外側爐壁13之間的間距G較佳地是設定在30公厘至100公厘之間，藉以使得所述矽單晶長晶裝置1000能同時兼具節省裝置能耗及節省製造成本的效果。

請繼續參閱圖1，在本實施例中，所述雙層式爐筒100的內側爐壁12的內部進一步設置有一第一水流通道107，所述雙層式爐筒100的外側爐壁13的內部進一步設置有一第二水流通道108，並且所述第一水流通道107及第二水流通道108皆能被選擇性地開啟以通入冷卻液體（如：冷卻水），或被選擇性地關閉而未通入冷卻液體。

更具體地說，所述雙層式爐筒100能於一長晶階段（或稱晶體生長階段）中，關閉所述第一水流通道107及開啟第二水流通道108，以使得所述第一水流通道107內未通入冷卻液體而形成有一第二氣體隔熱保溫層（如：空氣氣體隔熱保溫層）、且使得所述第二水流通道108內注入有冷卻液體而能輔助散去矽單晶長晶裝置1000中的熱量。根據上述水路的搭配，本實施例的矽單晶長晶裝置1000能在長晶階段中，有效地將更多的熱量保留於其內層熱場中，以達到節省能耗之效果。

再者，所述雙層式爐筒100能於一降溫階段（或稱冷卻階段）中，同時開啟所述第一水流通道107及第二水流通道108，以使得所述第一水流通道107及第二水流通道108內皆注入有冷卻液體，藉此有效地將矽單晶長晶裝置1000的內層熱場中的熱量快速的散逸。

需說明的是，對於本技術領域人員而言，應當能理解的是，上述長晶階段指得是將晶種S浸漬於坩堝200內所積存的矽熔湯M中、並將所浸漬的晶種S緩慢提拉、藉此於晶種S的下方生長出單晶矽的過程，而上述降溫階段指得是在長晶階段結束後、需要將矽單晶長晶裝置1000的內層熱場中的熱量散逸的過程。

[實施例的有益效果]

本發明的有益效果在於，本發明所提供的矽單晶長晶裝置1000及其雙層式爐筒100，能通過所述雙層式爐筒100的內側爐壁12及外側爐壁13的結構設計及彼此之間的連接關係，以提升矽單晶長晶裝置1000的保溫效果，從而降低矽單晶長晶裝置1000於長晶階段下的能源消耗。因此，在整個晶體生長過程中，晶棒製造的成本能被有效地降低。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1000:矽單晶長晶裝置 100:雙層式爐筒 11:底壁 12:內側爐壁 121:縮口結構 122:主體 13:外側爐壁 131:縮口結構 132:主體 101:容置空間 102:第一進氣口 103:第一出氣孔 104:氣流通道 105:第二進氣口 106:第二出氣孔 107:第一水流通道 108:第二水流通道 200:坩堝 300:吊線 400:加熱元件 500:熱帷幕 600:支撐件 GF1:第一惰性氣體氣流 GF2:第二惰性氣體氣流 M:熔湯 S:晶種 I:氧化物雜質 D1:第一最大外徑 D2:第二最大外徑 G、G1、G2、G3、G4:間距 H1:第一高度 H2:第二高度

圖1為本發明實施例的矽單晶長晶裝置的剖面示意圖。

圖2為本發明實施例的內側爐壁與外側爐壁之間的間距為30公厘下，矽單晶長晶裝置內的流場及氧化物雜質分布情形的示意圖。

圖3為本發明實施例的內側爐壁與外側爐壁之間的間距為50公厘下，矽單晶長晶裝置內的流場及氧化物雜質分布情形的示意圖。

圖4為本發明實施例的內側爐壁與外側爐壁之間的間距為100公厘下，矽單晶長晶裝置內的流場及氧化物雜質分布情形的示意圖。

圖5為本發明實施例的內側爐壁與外側爐壁之間的間距為200公厘下，矽單晶長晶裝置內的流場及氧化物雜質分布情形的示意圖。

1000:矽單晶長晶裝置

100:雙層式爐筒

11:底壁

12:內側爐壁

121:縮口結構

122:主體

13:外側爐壁

131:縮口結構

132:主體

101:容置空間

102:第一進氣口

103:第一出氣孔

104:氣流通道

105:第二進氣口

106:第二出氣孔

107:第一水流通道

108:第二水流通道

200:坩堝

300:吊線

400:加熱元件

500:熱帷幕

600:支撐件

M:熔湯

S:晶種

D1:第一最大外徑

D2:第二最大外徑

G:間距

H1:第一高度

H2:第二高度

Claims

一種矽單晶長晶裝置，包括：一雙層式爐筒，包含有：一底壁；一內側爐壁，連接於所述底壁、且與所述底壁包圍有一容置空間，所述內側爐壁的頂部包圍有連通所述容置空間的一第一進氣口，並且所述內側爐壁具有貫穿於其上的且連通於所述容置空間的一第一出氣孔；及一外側爐壁，連接於所述底壁、且間隔地設置於所述內側爐壁的外側，所述外側爐壁與所述內側爐壁及所述底壁包圍有一氣流通道，所述外側爐壁的頂部與所述內側爐壁的頂部包圍有連通所述氣流通道的一第二進氣口，並且所述外側爐壁具有貫穿於其上的且連通於所述氣流通道的一第二出氣孔；其中，所述雙層式爐筒能用來提供一第一惰性氣體氣流自所述第一進氣口流入所述容置空間、而沿經所述第一出氣孔流入所述氣流通道、並由所述第二出氣孔流出；其中，所述雙層式爐筒能用來提供一第二惰性氣體氣流自所述第二進氣口流入、且充填於所述氣流通道，以形成一第一氣體隔熱保溫層。
如申請專利範圍第1項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述雙層式爐筒能用來提供所述第一惰性氣體氣流夾帶分散於所述容置空間中的氧化物雜質，並且所述雙層式爐筒能用來提供夾帶有所述氧化物雜質的所述第一惰性氣體氣流自所述第一出氣孔流入所述氣流通道。
如申請專利範圍第2項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述內側爐壁與所述外側爐壁之間的間距是介於30公厘至200公厘之間。
如申請專利範圍第3項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述內側爐壁與所述外側爐壁之間的間距是介於30公厘至100公厘之間，以使得所述氧化物雜質在流入所述氣流通道後、大致分布於所述氣流通道的底部、且能部分地由所述第二出氣孔流出。
如申請專利範圍第1項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述內側爐壁的內部設置有一第一水流通道，並且所述外側爐壁的內部設置有一第二水流通道；其中，所述雙層式爐筒能於一長晶階段中，關閉所述第一水流通道及開啟所述第二水流通道，以使得所述第一水流通道內形成有一第二氣體隔熱保溫層、且使得所述第二水流通道內注入有冷卻液體。
如申請專利範圍第5項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述雙層式爐筒能於一降溫階段中，同時開啟所述第一水流通道及所述第二水流通道，以使得所述第一水流通道及所述第二水流通道內皆注入有冷卻液體。
如申請專利範圍第1項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述內側爐壁的所述第一出氣孔在位置上對應於所述外側爐壁的所述第二出氣孔，所述第一出氣孔是位於所述內側爐壁的下半部的位置上、且與所述底壁相距有一第一高度，所述第二出氣孔是設置於所述外側爐壁的下半部的位置上、且與所述底壁相距有一第二高度；其中，所述第一高度大致等於所述第二高度。
如申請專利範圍第1項所述的矽單晶長晶裝置，其中，所述內側爐壁具有一第一最大外徑，所述外側爐壁具有一第二最大外徑，並且所述第二最大外徑介於所述第一最大外徑的1.05倍至1.55倍之間。