[发明专利]直拉法单晶硅生长中硅熔液的温度场控制技术

权利要求书

1.一种直拉法单晶硅生长中硅熔液的温度场控制技术；首先制备两层结构的石英坩埚，内层由高纯石英玻璃构成，在石英玻璃的外壁抛光，并镀上一层氮氧化硅薄膜；石英坩埚的形状分成上下两个部分，上半部分是一个圆柱体，下半部分是一个半椭球体；长轴水平放置，短轴垂直放置；长轴和短轴的尺寸与拉制单晶的尺寸和提拉工艺相关，通过控制晶体转速和坩埚转速，控制熔体温度场和温度分布，从而控制单晶硅中的氧分布和掺杂元素分布的均匀性。

2.根据权利要求1所述的直拉法单晶硅生长中硅熔液的温度场控制技术，其特征在于本发明硅熔液的温度场控制技术的特征在于，石英坩埚壁各部分的厚度相同；石英坩埚由双层构成，外层为石英陶瓷，内层为杂质浓度和气泡极低的高纯石英玻璃构成；高纯石英玻璃的特征在于杂质浓度小于10^-2ppm，在肉眼和光学显微镜下无可检测气泡；石英玻璃内层的外表面抛光，Ra小于0.1μm；在内层石英玻璃的外壁采用真空气相沉积方法，沉积一层氮化硅层，其厚度为300nm，氮化硅中含有105ppm的碱金属或碱土金属，形成一个反射面。

3.根据权利要求1至2所述的直拉法单晶硅生长中硅熔液的温度场控制技术，其石英坩埚的特征还在于，椭球的长轴水平放置，椭球的短轴竖直放置；本发明硅熔液的温度场控制技术，其椭球长轴和短轴的特征还在于：

(1)

式中a为椭球的长轴，b为椭球的长轴，r为单晶硅的半径；a的取值范围特征为

2r≤a≤3r(2)

坩埚椭球形的底部，热量通过坩埚的中间膜反射，其焦点在硅单晶与坩埚壁的1/2处。

4.根据权利要求1至3所述的硅熔液的温度场控制技术，其晶体转速的特征在于，

(3)

式中，g为重力加速度，l为晶体长度，l的取值范围为100-1500mm，ω_s为晶体转速。

5.根据权利要求1至4所述的本发明本发明硅熔液的温度场控制技术，其坩埚旋转的方向与晶转方向相反，坩埚转速的特征在于，

(4)

式中，r为硅单晶的半径，b为坩埚短轴长度。

6.根据权利要求1至5所述的硅熔液的温度场控制技术，其坩埚内的温度特征在于，坩埚内熔体的最最大温度差ΔT为

(5)

式中，α为热膨胀系数，v_k为熔体粘度。