[發明專利]單晶爐的水冷熱屏結構、單晶爐及單晶硅的生長方法

有效

• 申請號: 202210287527.1
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114635181B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 楊政;王新強;秦現東;景華玉;張正
• 申請（專利權）人: 雙良硅材料(包頭)有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張柳

本發明涉及單晶硅制造技術領域，尤其涉及一種單晶爐的水冷熱屏結構、單晶爐及單晶硅的生長方法。所述單晶爐的水冷熱屏結構包括：單晶爐爐蓋；在所述單晶爐爐蓋上方的喉口處設置有充氣法蘭；所述充氣法蘭設置有氣體進口；與所述爐蓋滑動配合的環狀水冷熱屏；設置在所述環狀水冷熱屏內部的盤旋狀氣管；氣體進入所述充氣法蘭，經過所述盤旋狀氣管吹向所述單晶爐內的熔體液面。本發明在爐蓋上方喉口法蘭處增加一條氣路，氣路沿盤旋狀氣管環繞在環狀水冷熱屏內部，氣體流出后以環流形式吹向液面。此設計增大了換熱面積的同時引入氣體換熱，提升結晶潛熱的帶走速率，從而提升單晶生長速率。

技術領域

本發明涉及單晶硅制造技術領域，尤其涉及一種單晶爐的水冷熱屏結構、單晶爐及單晶硅的生長方法。

背景技術

單晶爐在國內裝機量爆發式增長，硅片產能提升迅速，降本增效作為目前的主旋律，等徑拉速的提升是主要的降本方案之一。在單晶硅棒生長過程中，隨著晶體不斷生長，結晶潛熱散失速率明顯降低，導致晶體生長時晶格排列出現滑移、攀移運動并導致位錯的增殖，位錯的增殖使原子間距產生變化，部分晶格中原子間作用力變大導致原子間的鍵發生斷裂，從而在宏觀上體現為斷苞，晶線消失。

目前，主要采用水冷熱屏用來帶走晶體生長過程中的結晶潛熱，通過改變水冷熱屏表面結構，增加散熱面積，加速晶體生長過程中的熱交換，從而提升等徑拉速，但這種方式對拉速的提升幅度很小。而在水冷熱屏已經推廣使用的情況下，改變熱屏結構、水流量、水溫對晶體的生長速度已無明顯提升，在現有條件下晶體生長速度已經達到瓶頸。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種單晶爐的水冷熱屏結構、單晶爐及單晶硅的生長方法，采用本發明的單晶爐的水冷熱屏結構可以有效提升晶體的生長速率。

本發明提供了一種單晶爐的水冷熱屏結構，包括：

單晶爐爐蓋；在所述單晶爐爐蓋上方的喉口處設置有充氣法蘭；所述充氣法蘭設置有氣體進口；

與所述爐蓋滑動配合的環狀水冷熱屏；

設置在所述環狀水冷熱屏內部的盤旋狀氣管；

氣體進入所述充氣法蘭，經過所述盤旋狀氣管吹向所述單晶爐內的熔體液面。

優選的，所述盤旋狀氣管的氣體出口位于所述環狀水冷熱屏內部的屏體直壁段。

優選的，所述盤旋狀氣管與所述環狀水冷熱屏的內壁存在間隙。

優選的，所述盤旋狀氣管為管式換熱器。

本發明還提供了一種單晶爐，包括上文所述的水冷熱屏結構。

本發明還提供了一種利用單晶爐進行單晶硅生長的方法，包括以下步驟：

A)將晶硅原料置于單晶爐的石英坩堝內，在真空的條件下進行熔化；

所述單晶爐包括上文所述的水冷熱屏結構；

B)進行單晶硅的生長，在所述生長的過程中，通過啟動環狀水冷熱屏的進水進行水冷卻，通過向所述充氣法蘭通入氣體，氣體進入所述充氣法蘭，經過盤旋狀氣管吹向所述單晶爐內的熔體液面，進行氣體冷卻。

優選的，步驟B)中，在單晶硅的生長過程中，晶體進入環狀水冷熱屏的屏體直壁段時，向所述充氣法蘭通入氣體。

優選的，步驟B)中，向所述充氣法蘭通入的氣體為氬氣。

優選的，步驟B)中，向所述充氣法蘭通入氣體的氣體流量控制在5～20slpm。