[发明专利]单晶生长设备及生长方法

说明书

本发明提供一种单晶生长设备及单晶生长方法。设备包括炉体、坩埚、加热器及导流组件，导流组件包括导流筒及导流筒提拉装置，坩埚、加热器及导流筒均位于炉体内；坩埚用于承载熔融硅；加热器位于坩埚的外围，用于对坩埚进行加热；导流筒与导流筒提拉装置相连接，并自坩埚的外侧延伸到熔融硅的上方；导流筒提拉装置包括控制器，导流筒在控制器的控制下上下移动，以改变所述导流筒与所述熔融硅液面的间距。本发明无需改变晶体提拉速度和坩埚上升速度，因而不会改变液面和热场的相对位置，有利于稳定单晶生长调节，有利于生长出高品质的单晶，且调整操作简单，调整精度高。

技术领域

本发明属于硅片制备领域，特别是涉及一种单晶生长设备及生长方法。

背景技术

直拉法是现有的一种常用的单晶生长方法，又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的炉体中，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾等过程，最终长成所需直径和长度的晶棒。

液口距对单晶生长界面轴向温度梯度影响较大，液口距变化导致拉晶的稳态发生变化，轴向温度梯度也会发生变化，边缘的温度梯度和中心的温度梯度差异随着等径长度的增加而发生变化。该现象对生长无缺陷单晶有着严重的不利影响。通常在一定的范围内，液口距越大，轴向温度梯度越平缓。因此在拉晶过程中，在不同的等径长度通过改变坩埚的提升速度以控制液口距来改变轴向温度梯度。因为在单晶硅生长过程中，硅原料被不断熔融消耗，导致坩埚内的熔融液面不断下降，故为了将液面保持在一个固定的位置(即确保液口距，即熔融硅液面至导流筒的距离这个参数不变)，现有技术中通常是在单晶生长过程中按一定的速度将坩埚进行提升，即通过改变坩埚提拉速度改变坩埚位置以确保液口距不变。坩埚的提升速度通常通过对单晶硅生长速度、单晶硅直径、石英坩埚直径、熔体密度等参数综合计算得到，比如在等径过程中如果需要液口距小一点，那坩埚就升的快一点。但现有技术中在采用调整坩埚位置来调整液口距时并没有在等径前期考虑坩埚位置对拉晶品质的影响，不能保证液面和热场的相对位置，在等径过程中调整坩埚位置会破坏拉晶的稳态，且调整缓慢。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单晶生长设备及生长方法，用于解决现有技术中在采用调整坩埚位置来调整液口距时并没有在等径前期考虑坩埚位置对拉晶品质的影响，不能保证液面和热场的相对位置，在等径过程中调整坩埚位置会破坏拉晶的稳态，且调整缓慢等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单晶生长设备，所述单晶生长设备包括炉体、坩埚、加热器及导流组件，所述导流组件包括导流筒及导流筒提拉装置，所述坩埚位于所述炉体内，用于承载熔融硅，所述加热器设置于所述炉体内，且位于所述坩埚的外围，用于对所述坩埚进行加热；所述导流筒设置于所述炉体内，与所述导流筒提拉装置连接，所述导流筒自所述坩埚的外侧延伸到所述熔融硅的上方，所述导流筒提拉装置包含控制器，所述导流筒在所述控制器的控制下上下移动，以改变所述导流筒与所述熔融硅液面的间距。

可选地，所述导流筒提拉装置还包括连杆及电机，所述连杆一端与所述导流筒相连接，另一端向上延伸到所述炉体外，所述电机与所述连杆及所述控制器相连接，所述电机在所述控制器的控制下驱动所述连杆带动所述导流筒上下移动。

可选地，所述连杆为多个，所述多个连杆对称设置于所述导流筒上。

可选地，所述导流筒包括耳部及锥形筒部，所述耳部一端与所述炉体的内壁相邻，另一端向所述炉体的中线方向延伸，所述锥形筒部一端与所述耳部远离所述炉体内壁的一端相连接，另一端延伸到所述坩埚的上方，所述连杆与所述耳部相连接。

可选地，所述控制器为PLC控制器，所述PLC控制器还与单晶提拉装置相连接。