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与流程

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。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术特征：

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：

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

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：

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，其包括将多晶硅添加到安置于所述外侧壁与所述中央堰体之间的坩埚熔体区，所述硅熔体流动通过中央堰体开口而到安置于所述中央堰体与所述内堰体之间的中间区，所述硅熔体流动通过内堰体开口而到安置于所述内堰体内的生长区，所述盖构件在将多晶硅添加到所述坩埚熔体区时覆盖所述硅熔体的至少一部分。

17.根据权利要求13至14中任一权利要求所述的方法，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。

18.根据权利要求13至17中任一权利要求所述的方法，其中将所述盖构件降低到距离所述热屏蔽件的底部小于30mm内，或距离所述热屏蔽件的底部小于20mm、小于10mm或小于5mm内。

19.根据权利要求13至17中任一权利要求所述的方法，其中将所述盖构件降低到所述热屏蔽件的底部。

20.根据权利要求13至19中任一权利要求所述的方法，其中所述盖构件包含隔热层。

21.根据权利要求13至20中任一权利要求所述的方法，其中所述盖构件包含碳化硅涂覆的石墨板。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述碳化硅涂覆的石墨板是第一碳化硅涂覆的石墨板，所述盖构件进一步包括：

23.一种用于形成单晶硅锭的方法，其包括：

24.根据权利要求23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，所述方法包括将多晶硅添加到安置于所述外侧壁与所述中央堰体之间的坩埚熔体区，所述硅熔体流动通过中央堰体开口而到安置于所述中央堰体与所述内堰体之间的中间区，所述硅熔体流动通过内堰体开口而到安置于所述内堰体内的生长区，所述盖构件在将多晶硅添加到所述坩埚熔体区时覆盖所述硅熔体的至少一部分。

25.根据权利要求23或权利要求24所述的方法，其中由包括夹头的提拉机构提升及降低所述盖构件及所述种晶，所述方法包括：

26.一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：

技术总结
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。

技术研发人员：R·斯卡拉,P·托西,M·潘诺基亚
受保护的技术使用者：环球晶圆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13