具有用于覆盖硅进料的盖构件的晶体提拉系统及用于在坩埚组合件内生长硅熔体的方法技术方案

公开具有外壳及坩埚组合件的晶体提拉系统。所述系统包含界定锭在锭生长期间通过其的中央通道的热屏蔽件。盖构件可在所述热屏蔽件内沿提拉轴线移动。所述盖构件可包含隔热层。所述盖构件在熔化期间覆盖进料的至少一部分。所述盖构件在熔化期间覆盖进料的至少一部分。所述盖构件在熔化期间覆盖进料的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于覆盖硅进料的盖构件的晶体提拉系统及用于在坩埚组合件内生长硅熔体的方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2020年9月1日申请的第63/073,180号美国临时专利申请案的权利，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。


[0003]本公开的领域涉及用于从硅熔体生长单晶锭的晶体提拉系统，且特定来说，本公开的领域涉及包含用于连续丘克拉斯基(Czochralski)硅锭生长中的盖构件的晶体提拉系统。

技术介绍

[0004]可通过丘克拉斯基法来制备硅晶体硅锭，其中单晶硅晶种与保持于坩埚内的硅熔体接触。从熔体取出单晶硅晶种以从熔体提拉单晶硅锭。可在批量生产系统中制备锭，其中多晶硅的进料最初熔融于坩埚内且从熔体取出硅锭直到坩埚内的熔融硅耗尽。替代地，可在连续丘克拉斯基法中取出锭，其中将多晶硅间歇性或连续性添加到熔体以在锭生长期间补充硅熔体。
[0005]在连续丘克拉斯基法中，可将坩埚分成分开的熔体区。例如，坩埚组合件可包含外熔体区，其中添加多晶硅且使其熔融以随着硅锭生长而补充硅熔体。硅熔体从外熔体区流动到外熔体区内的中间区，熔体在其中热稳定化。接着，硅熔体从中间区流动到生长区以从其提拉硅锭。
[0006]晶体提拉系统可包含安置于坩埚及硅熔体上方的热屏蔽件。热屏蔽件包含通道，当从硅熔体垂直拉引硅锭时，硅锭穿过所述通道。热屏蔽件保护及屏蔽经拉引锭免受来自熔体的辐射热。
[0007]在熔融阶段期间，可在晶体提拉系统内产生温度梯度。温度梯度在坩埚中产生热应力，从而导致坩埚损坏及在一些情况中导致坩埚毁坏。
[0008]需要一种晶体提拉系统以在熔化期间维持更均匀温度梯度以减少熔化期间的坩埚损坏。
[0009]本章节希望向读者介绍可与下文将描述及/或主张的本公开的各种方面相关的技术的各种方面。我们认为此论述有助于向读者提供背景信息以促进更好理解本公开的各种方面。因此，应了解，这些叙述应鉴于此来解读，而不应被解读为对现有技术的任何认可。

技术实现思路

[0010]本公开的一个方面是针对一种用于从硅熔体生长单晶锭的晶体提拉系统。所述系统包含提拉轴线及界定生长室的外壳。坩埚组合件安置于所述生长室内用于容纳所述硅熔体。热屏蔽件界定锭在锭生长期间通过其中央通道。所述系统包含盖构件，其可在所述热屏蔽件内沿所述提拉轴线移动。所述盖构件包含一或多个隔热层。
[0011]本公开的另一方面是针对一种用于在晶体提拉系统的坩埚中制备硅熔体的方法。所述晶体提拉系统包含界定生长室的外壳、安置于所述生长室内用于容纳所述硅熔体的坩埚组合件及界定锭在锭生长期间通过其中央通道的热屏蔽件。将固体多晶硅的进料添加到所述坩埚组合件。将盖构件降低通过由所述热屏蔽件界定的所述中央通道以覆盖所述进料的至少一部分。当所述盖构件覆盖所述进料的一部分时，加热所述硅进料以在所述坩埚组合件中产生硅熔体。在形成所述熔体之后提升所述盖构件。
[0012]本公开的又一方面是针对一种用于从硅熔体生长单晶锭的晶体提拉系统。所述系统具有提拉轴线且包含界定生长室的外壳。坩埚组合件安置于所述生长室内用于容纳所述硅熔体。所述系统包含热屏蔽件，所述热屏蔽件界定锭在锭生长期间通过其中央通道。盖构件可在所述热屏蔽件内沿所述提拉轴线移动。所述盖构件包含第一板，其具有平行于所述提拉轴线的第一板轴线。所述盖构件包含第二板，其具有平行于所述提拉轴线的第二板轴线。所述第二板安置于所述第一板上方。
[0013]存在相对于本公开的上述方面所提及的特征的各种改进。进一步特征还可并入于本公开的上述方面中。这些改进及额外特征可独立或以任何组合存在。例如，下文将相对于本公开的任何说明实施例来论述的各种特征可独立或以任何组合并入到本公开的任何上述方面中。
附图说明
[0014]图1是用于从硅熔体生长单晶锭的晶体提拉系统的截面图；
[0015]图2是包含安置于热屏蔽件的中央通道内的盖构件的晶体提拉系统的一部分的截面图；
[0016]图3是晶体提拉系统的盖构件的透视图；
[0017]图4是盖构件的截面图；
[0018]图5是盖构件的组装图；
[0019]图6是盖构件的第一板的透视图；
[0020]图7是第一板的仰视图；
[0021]图8是第一板的截面图；
[0022]图9是盖构件的第二板的透视图；
[0023]图10是第二板的俯视图；
[0024]图11是第二板的截面图；
[0025]图12是盖构件的隔热层的透视图；
[0026]图13是盖构件的轴件的截面图；
[0027]图14是轴件的俯视图；
[0028]图15是晶体提拉系统的夹头的透视图；
[0029]图16是与盖构件的轴件接合的夹头的透视图；
[0030]图17是在熔化期间使用包含及不包含隔热部的盖构件时的嵌套坩埚组合件的外坩埚的内部温度的曲线图；
[0031]图18是在熔化期间使用包含及不包含隔热部的盖构件时的嵌套坩埚组合件的中间坩埚的内部温度的曲线图；
[0032]图19是在熔化期间使用包含及不包含隔热部的盖构件时的嵌套坩埚组合件的最内坩埚的内部温度的曲线图；及
[0033]图20是在熔化期间使用包含及不包含隔热部的盖构件时的功率分布的曲线图。
[0034]在所有图式中，对应元件符号指示对应部分。
具体实施方式
[0035]本公开的布建涉及一种用于通过连续丘克拉斯基(CZ)法来从硅熔体产生单晶(即，单晶体)硅锭(例如，半导体或太阳能级材料)的晶体提拉系统。本文中所公开的系统及方法还可用于通过批量生产或再进料CZ法来生长单晶锭。参考图1，示意性展示及以10大体上指示晶体提拉系统。晶体提拉系统10包含提拉轴线Y
10
及界定生长室14的外壳12。坩埚组合件16安置于生长室14内。坩埚组合件16容纳通过提拉机构22来从其提拉单晶锭20的硅熔体18(例如，半导体或太阳能级材料)，如下文将进一步论述。
[0036]晶体提拉系统10包含热屏蔽件24(有时称为“反射体”)，其界定锭20在锭生长期间通过其的中央通道26。根据本公开的实施例，在从熔体18拉引锭20之前，在初始熔融阶段期间，降低盖构件100(图2)以至少部分覆盖多晶硅的固体进料以减少在熔化期间辐射通过中央通道26的热。盖构件100可在热屏蔽件24内沿提拉轴线Y
10
移动。
[0037]图2展示其中在拉引锭20之前的其中熔融进料的初始阶段(即，熔化阶段)期间将盖构件100布置于中央通道26内的晶体提拉系统10的一部分。坩埚组合件16包含底部30及从底部30向上延伸的外侧壁32。坩埚组合件16包含中央堰体34及从底部30向上延伸的内堰体36。中央堰体34安置于外侧壁32与内堰体36之间。坩埚组合件16包含安置于外侧壁32与中央堰体34之间的坩埚熔体区38。坩埚组合件16还含有安置于中央堰体34与内堰体36之间的中间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从硅熔体生长单晶锭的晶体提拉系统，所述系统具有提拉轴线且包括：外壳，其界定生长室；坩埚组合件，其安置于所述生长室内用于容纳所述硅熔体；热屏蔽件，所述热屏蔽件界定锭在锭生长期间通过其的中央通道；以及盖构件，其能够在所述热屏蔽件内沿所述提拉轴线移动，所述盖构件包括一或多个隔热层。2.根据权利要求1所述的晶体提拉系统，其中所述盖构件包括第一板，其具有平行于所述提拉轴线的第一板轴线；及第二板，其具有平行于所述提拉轴线的第二板轴线，所述第二板安置于所述第一板上方，所述隔热层安置于所述第一板与所述第二板之间。3.根据权利要求2所述的晶体提拉系统，其中所述第一板及所述第二板两者都由石墨制成。4.根据权利要求3所述的晶体提拉系统，其中所述第一板及所述第二板被涂覆碳化硅。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的晶体提拉系统，其中所述隔热层由毛毡制成。6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的晶体提拉系统，其中所述热屏蔽件具有底部，所述热屏蔽件的所述中央通道在所述热屏蔽件的所述底部处具有直径，所述盖构件具有直径，其中所述盖构件的所述直径是所述热屏蔽件的所述底部处的所述中央通道的所述直径的至少0.75倍、至少0.8倍、至少0.9倍、至少0.95倍或至少0.99倍。7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的晶体提拉系统，其中所述晶体提拉系统包括提拉机构，所述提拉机构包括夹头，所述提拉机构能够沿所述提拉轴线提升及降低所述夹头，所述盖构件能够可移除地连接到所述夹头。8.根据权利要求7所述的晶体提拉系统，其中所述夹头能够连接到种晶用于起始锭生长。9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的晶体提拉系统，其中所述坩埚组合件包括底部、外侧壁及从所述底部向上延伸的内堰体。10.根据权利要求9所述的晶体提拉系统，其中所述坩埚组合件包括安置于所述外侧壁与所述内堰体之间的中央堰体。11.根据权利要求10所述的晶体提拉系统，其中所述坩埚组合件包括三个嵌套坩埚。12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的晶体提拉系统，其进一步包括流体式冷却的圆柱形护套，所述圆柱形护套具有锭在锭生长期间通过其的护套室。13.一种用于在晶体提拉系统的坩埚中制备硅熔体的方法，所述晶体提拉系统包括界定生长室的外壳、安置于所述生长室内用于容纳所述硅熔体的坩埚组合件及界定锭在锭生长期间通过其的中央通道的热屏蔽件，所述方法包括：将固体多晶硅的进料添加到所述坩埚组合件；将盖构件降低通过由所述热屏蔽件界定的所述中央通道以覆盖所述进料的至少一部分；在所述盖构件覆盖所述进料的一部分时加热所述硅进料以在所述坩埚组合件中产生硅熔体；以及
在形成所述熔体之后提升所述盖构件。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述坩埚组合件包括底部、外侧壁、从所述底部向上延伸的内堰体及安置于所述外侧壁与所述内堰体之间的中央堰体。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述坩埚组合件包括三个嵌套坩埚。16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其包括将多晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：