一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法技术

本发明专利技术提供一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴，所述器壁上加工有至少一个通孔，所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内，所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下，所述通孔的横截面积0.1mm

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法
本专利技术涉及连续直拉单晶
，具体而言是一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法。
技术介绍
连续直拉单晶(CCz)工艺技术的明显特点是一边长晶一边化料，从而可以节约普通直拉单晶所需要的化料时间。但同时，在化料过程中，可能会有一些未能充分融化的杂质点，进入熔体中，并随熔体流动带到晶体的长晶界面，并造成单晶体的晶体结构破坏。CCz技术中，晶体生长时熔体一般分为3个区域：化料区、缓冲区以及晶体生长区域。为了实现单晶的无位错生长，需要保障杂质颗粒从化料区进入长晶区的时间内能够融化。已有技术阐明了熔体中杂质点从融化到碰触晶体所需的时间必须要足够长，已使得该颗粒点能够在熔体中融化，如增加一些堰、环形、缓冲区等。如：专利US2018/012320和专利US2011002835A1等。但现有技术中采用增加一些堰、环形、缓冲区等结构对现有容器的修改较大，生产成本较高。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴；所述器壁上加工有至少一个通孔；所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内；本专利技术中的器壁将总熔体空间进行分隔，器壁所围成的空间内成为了晶体生长区，器壁外的空间形成了化料区和缓冲区，通过器壁设置使得其外部未熔化的杂质点不能进入坩埚内，而已经熔化的熔体通过通孔进入晶体生长区内，补充单晶体生长所需的原料。颗粒在熔体中的运动主要有：熔体流动带来的定向移动以及颗粒受热分子碰撞影响的布朗运动。由于熔体必须穿过孔洞才能进入长晶区域，在晶体生长速度一定的前提下，从质量守恒定律可知：V＝K/(S*ρ)，熔体流动带来的定向移动速度反比于通孔的截面积。假定生长速度K＝9kg/h，通孔横截面积S＝1cm2，硅熔体密度ρ＝2.5g/cm3，速度V＝1cm/s；如孔的横截面积为0.2cm2，V＝5cm/s熔体流动速度指向晶体生长区域，因此，孔洞越小，杂质颗粒向晶体移动速度越快，达到晶体的时间越短，造成晶体结构破坏的可能性越高。而依据布朗运动的爱因斯坦公式，时间t内位移：其中，λx是X方向的平均位移，R是气体常数，N是熔体分子密度(原子数/克)，T是绝对温度，t是时间，P是微粒半径，k是微粒在液体中移动的摩擦系数；布朗运动速度的大小不受孔洞大小的影响。由于布朗运动方向是随机的，因此孔洞面积增加会增加杂质颗粒游离进入长晶区域的概率。因此，孔洞的大小对晶体生长的影响需要综合考虑，并非简单的越大或越小越好。从我们的实验研究表明，当晶体生长速度较高，此时熔体对流对颗粒点的移动影响较明显，此时可以考虑增加开孔面积；而熔体中杂质颗粒浓度较高(硅料或器壁品质较差的情况下)，布朗运动带来的影响更明显，缩小开孔面积带来的好处更明显。当只具有一个所述通孔时，所述通孔的横截面积0.1mm2≤S≤5024mm2；当具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和0.1mm2≤S总≤5024mm2。进步一地，所述通孔与所述晶体生长区内的熔体液面之间的距离h≧10mm。我们更进一步的实验发现，当形成熔体的硅料纯度≧99.99999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≧5kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≧1mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≧1mm2；当形成熔体的硅料纯度≤99.999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≤2kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≤2mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≤2mm2。所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下；我们发现，孔洞相对液面的位置对晶体生长同样有明显影响，孔洞在液面以下更深的位置，会增加杂质颗粒到达晶体区域的时间，从而有益于晶体生长。具体在液面以下的位置依据熔体量不同而不同，一般要求通孔的上沿至少在液面以下1cm外的范围。本专利技术还公开了一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器的孔的设计方法，包括如下步骤：S1：获取形成熔体的硅料纯度数据；S2：获取晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度数据；S3：根据硅料纯度数据和生长速度数据在器壁上开设至少一个用于总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区的通孔，所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下，且当只具有一个所述通孔时，所述通孔的横截面积0.1mm2≤S≤5024mm2，当具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和0.1mm2≤S总≤5024mm2。进一步地，所述通孔的上沿与所述晶体生长区内的熔体液面之间的距离h≧10mm。进一步地，当形成熔体的硅料纯度≧99.99999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≧5kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≧1mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≧1mm2；当形成熔体的硅料纯度≤99.999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≤2kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≤2mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≤2mm2。本专利技术中提到的器壁可以是石英坩埚等装置，坩埚内为晶体生长区。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术通过在器壁上开设通孔实现了晶体生长区的分隔，得其外部未熔化的杂质点不能进入坩埚内。2、本专利技术通过在器壁上设置通孔实现熔体的补充。3、本专利技术通过设置通孔的尺寸实现更好的提高单晶体的生长良率。基于上述理由本专利技术可在连续直拉单晶
广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术具体实施方式中一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器结构示意图。图2为本专利技术具体实施方式中器壁上通孔设置图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴，其特征在于：/n所述器壁上加工有至少一个通孔；/n所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内；/n所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下；/n当只具有一个所述通孔时，所述通孔的横截面积0.1mm

【技术特征摘要】
1.一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴，其特征在于：
所述器壁上加工有至少一个通孔；
所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内；
所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下；
当只具有一个所述通孔时，所述通孔的横截面积0.1mm2≤S≤5024mm2；
当具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和0.1mm2≤S总≤5024mm2。


2.根据权利要求1所述的一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，其特征在于：
所述通孔的上沿与所述晶体生长区内的熔体液面之间的距离h≧10mm。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，其特征在于：
当形成熔体的硅料纯度≧99.99999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≧5kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≧1mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≧1mm2；
当形成熔体的硅料纯度≤99.999％，且晶体生长区内熔体形成的单晶硅的生长速度K≤2kg/h时，若只有一个所述通孔，则所述通孔的横截面积S≤2mm2，若具有多个所述通孔时，所有所述通孔的横截面积之和S总≤2mm2。


4.一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎志欣，逯占文，李军，孔德东，曹玉宝，
申请(专利权)人：连城凯克斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32