[发明专利]单晶炉的水冷热屏结构、单晶炉及单晶硅的生长方法

说明书

本发明涉及单晶硅制造技术领域，尤其涉及一种单晶炉的水冷热屏结构、单晶炉及单晶硅的生长方法。所述单晶炉的水冷热屏结构包括：单晶炉炉盖；在所述单晶炉炉盖上方的喉口处设置有充气法兰；所述充气法兰设置有气体进口；与所述炉盖滑动配合的环状水冷热屏；设置在所述环状水冷热屏内部的盘旋状气管；气体进入所述充气法兰，经过所述盘旋状气管吹向所述单晶炉内的熔体液面。本发明在炉盖上方喉口法兰处增加一条气路，气路沿盘旋状气管环绕在环状水冷热屏内部，气体流出后以环流形式吹向液面。此设计增大了换热面积的同时引入气体换热，提升结晶潜热的带走速率，从而提升单晶生长速率。

技术领域

本发明涉及单晶硅制造技术领域，尤其涉及一种单晶炉的水冷热屏结构、单晶炉及单晶硅的生长方法。

背景技术

单晶炉在国内装机量爆发式增长，硅片产能提升迅速，降本增效作为目前的主旋律，等径拉速的提升是主要的降本方案之一。在单晶硅棒生长过程中，随着晶体不断生长，结晶潜热散失速率明显降低，导致晶体生长时晶格排列出现滑移、攀移运动并导致位错的增殖，位错的增殖使原子间距产生变化，部分晶格中原子间作用力变大导致原子间的键发生断裂，从而在宏观上体现为断苞，晶线消失。

目前，主要采用水冷热屏用来带走晶体生长过程中的结晶潜热，通过改变水冷热屏表面结构，增加散热面积，加速晶体生长过程中的热交换，从而提升等径拉速，但这种方式对拉速的提升幅度很小。而在水冷热屏已经推广使用的情况下，改变热屏结构、水流量、水温对晶体的生长速度已无明显提升，在现有条件下晶体生长速度已经达到瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单晶炉的水冷热屏结构、单晶炉及单晶硅的生长方法，采用本发明的单晶炉的水冷热屏结构可以有效提升晶体的生长速率。

本发明提供了一种单晶炉的水冷热屏结构，包括：

单晶炉炉盖；在所述单晶炉炉盖上方的喉口处设置有充气法兰；所述充气法兰设置有气体进口；

与所述炉盖滑动配合的环状水冷热屏；

设置在所述环状水冷热屏内部的盘旋状气管；

气体进入所述充气法兰，经过所述盘旋状气管吹向所述单晶炉内的熔体液面。

优选的，所述盘旋状气管的气体出口位于所述环状水冷热屏内部的屏体直壁段。

优选的，所述盘旋状气管与所述环状水冷热屏的内壁存在间隙。

优选的，所述盘旋状气管为管式换热器。

本发明还提供了一种单晶炉，包括上文所述的水冷热屏结构。

本发明还提供了一种利用单晶炉进行单晶硅生长的方法，包括以下步骤：

A)将晶硅原料置于单晶炉的石英坩埚内，在真空的条件下进行熔化；

所述单晶炉包括上文所述的水冷热屏结构；

B)进行单晶硅的生长，在所述生长的过程中，通过启动环状水冷热屏的进水进行水冷却，通过向所述充气法兰通入气体，气体进入所述充气法兰，经过盘旋状气管吹向所述单晶炉内的熔体液面，进行气体冷却。

优选的，步骤B)中，在单晶硅的生长过程中，晶体进入环状水冷热屏的屏体直壁段时，向所述充气法兰通入气体。

优选的，步骤B)中，向所述充气法兰通入的气体为氩气。

优选的，步骤B)中，向所述充气法兰通入气体的气体流量控制在5～20slpm。