CN106574392A - 硅单晶生长装置及使用该装置的硅单晶生长方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个示例性的实施方式提供了一种硅单晶生长装置及方法。所述装置包括：室，设置于所述室内和用于接收熔融硅的坩埚，设置于所述坩埚外用于加热所述坩埚的加热器，设置于所述室内的隔热部，以及设置于所述坩埚上方、能上下移动的辅助隔热部，其特征在于，所述辅助隔热部设置成与从所述熔融硅中生长出的单晶的主体部隔开间隔，且对上升速度进行控制，以增大所述单晶主体部内的无缺陷区。所述辅助隔热部可以减小所述主体部内的温度梯度的偏差，从而增大所述主体部内的无缺陷区的分布。

Description

硅单晶生长装置及使用该装置的硅单晶生长方法

技术领域

本发明涉及一种硅单晶生长装置及使用该装置的硅单晶生长方法，所述装置用于调节生长出的单晶锭主体部内的晶体缺陷区。

背景技术

通常，作为制造硅单晶的方法，常采用浮区(FZ)法或丘克拉斯基(CZ)法。采用FZ法的硅单晶锭的生长存在例如难以制造大直径的硅晶片、相当昂贵的工艺成本等多种问题。因此，普遍采用CZ法来进行硅单晶锭的生长。

CZ法中，将多晶硅堆叠在石英坩埚中并通过石墨加热元件的加热使其熔化后，将晶种浸在所得的硅熔体中，在硅熔体的界面上引发结晶，接着一边旋转一边提拉，从而完成单晶硅锭的生长。

通过上述方法生长出的单晶锭包括颈部、肩部、主体部、尾部，所述颈部与晶种连接，呈细长形状，所述肩部通过在缩颈过程后逐渐增大单晶锭的直径而生长出来，所述主体部在维持着增大后的直径的同时沿轴向生长，所述尾部通过使生长出来且与硅熔体分离的单晶锭的直径逐渐减小而形成。

在常规的硅单晶锭生长装置及使用该装置的单晶锭生长方法中，因为坩埚顶部是开放的，所以单晶锭在其生长过程中可能会出现不均匀的热分布，而且单晶锭的横截面的中心部分和外周部分的冷却速度也会产生差异。

由于单晶锭的径向上的该温度梯度，在单晶锭的横截面的中心区和外周区内形成的晶体缺陷在提拉轴向上的相同位置具有不同的分布。因此，难以通过增大无缺陷晶体区来使单晶锭生长。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种硅单晶生长装置及生长方法，其中，在坩埚上方设置有辅助隔热单元，且对该辅助隔热单元的提拉速度进行控制，以增大单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

技术方案

一个实施方式提供了一种硅单晶生长装置，其包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述坩埚外、用于加热所述坩埚的加热器，位于所述室内的隔热单元，以及位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元，其特征在于，所述辅助隔热单元与在所述硅熔体中生长出的单晶锭的主体部向上隔开间隔，且对所述辅助隔热单元的上升速度进行控制，以增大所述单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

另一个实施方式提供了一种硅单晶生长装置，其包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述坩埚外、用于加热所述坩埚的加热器，位于所述室内的隔热单元，位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元，用于控制在所述硅熔体中生长出的单晶锭的提拉速度的主控制器，用于控制所述辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器，以及基于从所述主控制器和所述辅助控制器输入的控制信号来提拉各所述单晶锭和所述辅助隔热单元的提拉设备。

另一个实施方式提供了一种硅单晶生长方法，其是在硅单晶生长装置中实施的方法，该硅单晶生长装置包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述室内的隔热单元，以及位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元；该方法包括下述步骤：控制所述辅助隔热单元的上升速度，以使得所述辅助隔热单元和在所述硅熔体中生长出的单晶锭的主体部之间保持预定的距离，以增大所述单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

又一个实施方式提供了一种硅单晶生长方法，其是在硅单晶生长装置中实施的方法，该硅单晶生长装置包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述室内的隔热单元，位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元，用于控制在所述硅熔体中生长出的单晶锭的提拉速度的主控制器，用于控制所述辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器，以及基于从所述主控制器和所述辅助控制器输入的控制信号来提拉各所述单晶锭和所述辅助隔热单元的提拉设备；该方法包括下述步骤：测定所述生长出的单晶锭的主体部长度，基于所测得的主体部长度来决定是否要通过所述辅助控制器来操作所述辅助隔热单元。

有益效果

在一个实施方式的硅单晶生长装置及生长方法中，在坩埚上方设置有辅助隔热单元，且对该辅助隔热单元的提拉速度进行控制，藉此可以控制单晶锭主体部内的缺陷区，并且可以增大无缺陷区的分布。

附图说明

图1是显示硅单晶生长装置的一个实施方式的图。

图2a和2b是显示辅助隔热单元的一个实施方式的图。

图3是显示一个实施方式的硅单晶生长装置的一部分的图。

图4a和4b是显示单晶锭的主体部内的晶体缺陷分布的图。

图5是显示单晶锭的横截面上的温度分布的图。

图6是显示单晶锭的横截面上的冷却速度差的图。

图7是显示硅单晶生长装置的一个实施方式的图。

图8是显示辅助控制器的一个实施方式的框图。

图9是显示主控制器的一个实施方式的框图。

图10是显示硅单晶生长方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

下面，为了具体地描述本发明并增进对本发明的理解，以最佳方式结合附图对实施方式进行详细描述。但是，本发明的实施方式可以进行各种改变，而本发明的技术思想的建立不应限于下述的实施方式。为了向本领域技术人员更充分地解释本发明，提供本发明的实施方式。

应理解，当一个元件被表述为形成在另一个元件“之上”或“之下”时，其可以直接位于该另一个元件“之上”或“之下”，或者也可以隔着插入元件间接地形成。同样应理解，在元件“之上”或“之下”可以是相对于附图的描述。

在附图中，各层的厚度或尺寸可以为了清楚和方便起见而放大、省略或示意地显示。此外，各组成元件的尺寸并不完全反映其实际尺寸。

图1是显示硅单晶生长装置的一个实施方式的图。

图1所示的实施方式的硅单晶生长装置可以包括室10、用于收纳硅熔体的坩埚30、以及设置于坩埚外的加热器20和隔热单元40。

室10可以采取内部形成有空腔的圆柱的形式，在室10上方可以设置提拉室(未图示)并与其连接。

用于收纳硅熔体SM的坩埚30可以设置于室10内。坩埚30可以设置于室10的中心区，且整个坩埚可以具有凹陷的容器形状。此外，坩埚30可以由石英坩埚和石墨坩埚构成，该石英坩埚与硅熔体SM直接接触，该石墨坩埚包围石英坩埚的外表面并支承石英坩埚。

可以在坩埚30的周围设置加热器20，以向坩埚30提供热量。加热器20可以以预定的距离与坩埚30的外周表面隔开间隔，从而设置于坩埚30外，且可以设置成圆柱状，以将坩埚30的侧部包围。此外，可以在室10上方设置水冷却管60，以冷却生长出的单晶锭50。

为了保住被加热器20加热的坩埚30的热量，可以在单晶生长装置的室10内设置隔热单元40。隔热单元40可以包括在加热器20和室10之间。隔热单元40可以包括设置于坩埚30上方的上隔热单元、设置于坩埚30的侧表面周围的侧隔热单元、以及设置于坩埚30下方的下隔热单元，但是隔热单元40的排布不限于此。

隔热单元40可以用如下材料和形状形成：能在加热器20和坩埚30中实现最优化的热分布，且能在无损失的情况实现热能的最大化利用。

图1所示的实施方式的单晶生长装置可以包括辅助隔热单元70。

辅助隔热单元70可以设置于坩埚上方，且能垂直移动。

图2a和2b是显示辅助隔热单元的一个实施方式的图。

参照图2a和2b，辅助隔热单元70A或70B可以具有圆柱形的侧表面，该侧表面具有开放的上表面和下表面，以便包围籽晶夹头，且侧表面内部可以是空的。

辅助隔热单元70A或70B可以具有图2a所示的圆盘形状，或者也可以具有图2b所示的截锥形状。辅助隔热单元70A或70B可以由石墨或碳复合材料(CCM)形成。

辅助隔热单元70A或70B的下表面可以是平坦的，以与单晶锭的主体部保持预定的距离。

线材72可以与辅助隔热单元70A或70B的顶部附连，以调节辅助隔热单元70A或70B的垂直移动。此时，在下文中将要描述的硅单晶生长装置的一个实施方式中，线材72可以是第一线材72。此外，虽然在图中只示出了两根与辅助隔热单元连接的线材72，但实施方式不限于此。可以有三根或更多的线材与辅助隔热单元连接，以调节辅助隔热单元的移动。

图3是显示一个实施方式的单晶生长装置的一部分的图。

参照图3，辅助隔热单元70可以设置于所收纳的硅熔体SM上方。例如，辅助隔热单元70可以与从硅熔体SM中生长出的硅单晶锭50向上隔开间隔。

此外，可以控制辅助隔热单元70的上升速度，以使得辅助隔热单元70和单晶锭50的主体部B之间保持预定的距离，以增大生长出的单晶锭的主体部B的无缺陷区的分布。

此时，可以控制辅助隔热单元70和单晶锭主体部B之间的预定的距离，以使其基于单晶锭制造中的生长工艺条件相应地改变。

即，可以基于例如单晶锭的提拉速度、坩埚内的硅熔体的温度、或单晶生长过程中的室内温度来调节辅助隔热单元70和单晶锭主体部B之间的间距。

辅助隔热单元70可以设置成与生长出的单晶锭50的肩部S和主体部B的交界隔开预定的距离d。

例如，可以将辅助隔热单元70设置于主体部B上方，并且可以控制辅助隔热单元70的上升速度，以使得辅助隔热单元70与锭的肩部S和主体部B的交界之间的距离d保持在150mm～300mm的范围内，所述交界是主体部B的起始点。

为了保持辅助隔热单元70和主体部B之间的预定的距离，辅助隔热单元70的上升速度可以在0.5mm/min～0.7mm/min的范围内。辅助隔热单元70以高于0.7mm/min的速度向上移动时，生长出的单晶锭50和辅助隔热单元70之间的距离d会增大，因此单晶锭50的中心和外周之间的温度梯度的数量级不会降低所需的值。辅助隔热单元70以低于0.5mm/min的速度移动时，辅助隔热单元70和生长出的单晶锭50之间可能会发生接触。

辅助隔热单元70的上升速度可以与生长出的单晶锭50的提拉速度相同。

即，在单晶生长过程中，当肩部S和主体部B的起始部分生长出来时，辅助隔热单元70的上升速度可以与单晶锭50的提拉速度相同，以保持辅助隔热单元70和单晶锭50的主体部B之间的预定的距离。藉此，可以调节生长出的单晶锭的主体部的冷却速度，这可以增大主体部B的起始部分内形成的晶体中的无缺陷区的分布。

图4a和4b是显示应用或不应用辅助隔热单元70的情况下的主体部B内的晶体缺陷区的分布的图。

图中，X轴表示单晶锭主体部的轴向长度。主体部B的起始点、即肩部B和主体部B的交界点为0mm，生长出的单晶锭的长度在轴向上增大。

图中，Y轴表示单晶锭的提拉速度，实线表示取决于单晶锭主体部长度的提拉速度变化。

此外，Y轴方向可以在主体部生长的纵向方向上的一个位置与径向相对应。例如，图中所示的Y轴区的中心可以与单晶锭的横截面的中心部相对应，且基于该中心，Y轴的数值增大的方向和Y轴的数值减小的方向可以与单晶锭的横截面的外周区相对应。

图中，虚线表示晶体缺陷区的边缘。标有1)的区域表示八面体空穴区域，其是在烘焙过程中产生的缺陷区域，标有2)的区域表示氧化感应叠层缺陷(OiSF)区域，标有3)的区域表示无缺陷区域。

图4a显示不应用辅助隔热单元70时的单晶锭主体部内的晶体缺陷的分布。

参照图4a可知，不提供辅助隔热单元的情况下，单晶锭内所包含的缺陷区分布至主体部长度为350mm的位置，并且还可知，在主体部的径向上出现了排布有同种缺陷的区域以及同时包含八面体空穴缺陷、OiSF缺陷和无缺陷区的区域。

与4a相比，图4b显示应用辅助隔热单元70时的晶体缺陷的分布，可知当主体部长度增长至大于200mm时，只有无缺陷区有分布，而当主体部长度小于或等于200mm时，在主体部的径向上出现了具有相同形状的晶体缺陷。

即，在硅熔体SM上方设置辅助隔热单元70、并与单晶锭之间保持预定的距离、在此条件下实施单晶生长工艺的情况下，辅助隔热单元70可以防止热量从收纳在坩埚内的硅熔体SM的顶部散失，从而防止单晶锭生长过程中的肩部S和主体部B的起始部分的快速冷却，这可以减小由快速冷却导致的晶体缺陷区。

本实施方式的单晶生长装置中，可以控制辅助隔热单元70的上升速度，以减小主体部的与辅助隔热单元70的上升方向垂直的横截面的中心和外周的温度差。

图5是显示应用或不应用辅助隔热单元70的情况下的单晶锭主体部内的温度K的分布的图。图5中，“A”和“B”表示有关单晶锭主体部的横截面的外周区的结果。“A”对应于不提供辅助隔热单元的情况，“B”对应于提供辅助隔热单元的情况。此外，“C”和“D”表示有关主体部的横截面的中心区的结果。“C”对应于不提供辅助隔热单元的情况，“D”对应于提供辅助隔热单元的情况。

参照图5，用不包括辅助隔热单元70的单晶生长装置生长出的单晶锭的情况下，随着主体部长度的增大，主体部的中心C和外周A的温度差增大。

另一方面，用包括辅助隔热单元70、且控制辅助隔热单元的移动速度、以保持辅助隔热单元和主体部之间的预定的距离的本实施方式的单晶生长装置生长出的单晶锭的情况下，可知即使主体部生长至其长度达到400mm，主体部的中心D和外周B的温度也几乎没有显著差异。

因此，本实施方式的单晶生长装置中，提供辅助隔热单元70，且控制其上升速度，藉此可以在单晶生长过程中减小主体部的横截面的温度差，这可以带来晶体缺陷的均匀分布。

本实施方式的单晶生长装置中，可以控制辅助隔热单元70的上升速度，以减小主体部的与辅助隔热单元的上升方向垂直的横截面的中心和外周的冷却速度差。

图6是显示应用或不应用辅助隔热单元70的情况下的单晶锭主体部内的温度梯度(K/cm)的图。

图6中，温度梯度可以是冷却速度差。此外，与图5同样地，“A”和“C”分别表示不提供辅助隔热单元时的单晶锭的横截面的外周区和中心，“B”和“D”分别表示使用提供辅助隔热单元以控制其移动速度的本实施方式的单晶生长装置的情况下的、单晶锭的横截面的外周区和中心。

参照图6，可知在不应用辅助隔热单元70的情况下，单晶锭主体部的中心C和外周区A的冷却速度有差异，而冷却速度差、即主体部长度在100mm～200mm范围内的区域内的温度梯度大于或等于5K/cm。

与之相比，使用包括辅助隔热单元70的本实施方式的单晶生长装置的情况下，可知主体部的中心D和外周区B的冷却速度几乎没有差异。

因此，本实施方式的单晶生长装置可以控制辅助隔热单元的上升速度，以使得辅助隔热单元与单晶锭主体部隔开预定的距离，藉此减小主体部的与辅助隔热单元的上升方向垂直的横截面的中心和外周的冷却速度差。如此，本实施方式的单晶生长装置可以调节晶体缺陷区域，并且可以增大主体部内的无缺陷区域的分布。

例如，在本实施方式中，主体部的横截面的中心D和外周B的冷却速度差可以小于1K/cm。

图7是显示硅单晶生长装置的一个实施方式的图。

关于参照附图在下文中描述的单晶生长装置的实施方式，将与上文中描述的单晶生长装置的实施方式重复的描述省略，在下文中仅描述不同点。

图7所示的实施方式的硅单晶生长装置可以包括室10、用于收纳硅熔体的坩埚30、设置于坩埚外的加热器20和隔热单元40、用于控制单晶锭的提拉速度的主控制器140、以及用于控制辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器130。

此外，本实施方式的硅单晶生长装置可以包括从坩埚30的上侧开始在单晶锭的提拉方向上延伸的水冷却管60、以及通过线材72和52与单晶锭和辅助隔热单元连接的提拉设备110。

提拉设备110可以包括通过第一线材72与辅助隔热单元70的上表面连接的第一提拉单元114、以及通过第二线材52与生长出的硅单晶锭连接的第二提拉单元112。

第一提拉单元114可以与辅助隔热单元70连接，以使辅助隔热单元从坩埚向上移动。可以提供至少一个第一提拉单元114，或者也可以提供多个第一提拉单元114以保持辅助隔热单元70的上升的平衡。此外，可以提供多个第一线材72，以将辅助隔热单元70和第一提拉单元114互连。

第二提拉单元112可以起到使从坩埚生长出的单晶锭向上移动的作用。第二提拉单元可以通过第二线材52与单晶种部、即单晶锭开始生长的部位连接。此外，第二提拉单元112可以通过线材52与籽晶夹头连接，该籽晶夹头与单晶锭的上端连接。

辅助控制器130可以接收从提拉设备110输出的关于辅助隔热单元和生长出的单晶锭主体部的位置的位置信息，并且也可以将在辅助控制器130中计算出的矫正值反馈给提拉设备110。此时，可以将反馈值发送至提拉设备110的第二提拉设备114、即辅助隔热单元的提拉设备。

图8是简要显示辅助控制器130的构造的框图。

参照图8，辅助控制器130可以包括位置值感测单元132、间距计算器134、矫正值生成器136、以及第一驱动单元138。

位置值感测单元132可以获取生长出的单晶锭的主体部的位置值和辅助隔热单元的位置值，它们在提拉设备中测定。

例如，单晶锭主体部的位置值可以是生长出的单晶锭的主体部开始的位置的值，辅助隔热单元的位置值可以是辅助隔热单元的下表面的位置的值。

间距计算器134可以从由位置值感测单元132获取的主体部和辅助隔热单元的位置值来提取主体部和辅助隔热单元之间的间距。

例如，再次参照图3，主体部和辅助隔热单元的间距可以是辅助隔热单元的下表面和主体部的起始部分之间的距离d。

此时，主体部的起始部分可以与肩部S和主体部B的交界相对应。

矫正值生成器136可以基于在间距计算器134中计算出的主体部和辅助隔热单元之间的距离来提取辅助隔热单元的上升速度的矫正值。

此时，可以设定主体部和辅助隔热单元之间的目标间距值，并且可以通过计算的间距值和设定的目标间距值之间的比较来提取上升速度的矫正值。

例如，主体部和辅助隔热单元之间的间距值落在目标数值范围内时，辅助隔热单元的上升速度值可以等于当前上升速度值，矫正值已经反映在该上升速度值上。此外，计算的间距值大于目标值时，经矫正的上升速度可以小于当前上升速度。计算的间距值小于目标值时，经矫正的上升速度可以大于当前上升速度。

即，可以调节辅助隔热单元的上升速度值，以使得主体部和辅助隔热单元之间的间距值落在目标数值范围内。

此时，目标数值可以在150mm～300mm的范围内。

辅助控制器130可以包括第一驱动单元138。

第一驱动单元138可以输出让提拉设备110提拉辅助隔热单元的信号。第一驱动单元138可以将矫正值生成器136中生成的有关矫正后的上升速度值的数据发送至提拉设备110。

第一驱动单元138可以是在控制辅助隔热单元的上升速度时用于操作该辅助隔热单元的伺服电动机。

即，可以对在辅助控制器130的控制下向上移动的辅助隔热单元70进行控制，以保持与生长出的单晶锭50的肩部S和主体部B的交界之间的预定的距离d。

此时，可以控制辅助隔热单元70和单晶锭主体部B之间的预定的距离，以使其基于单晶锭制造中的生长工艺条件而改变。

即，可以基于例如单晶锭的提拉速度、坩埚内的硅熔体的温度、或单晶生长过程中的室内温度来调节辅助隔热单元70和单晶锭主体部B之间的距离。

例如，可以将辅助隔热单元70设置于主体部B上方，并且可以控制辅助隔热单元70的上升速度，以使得辅助隔热单元70与单晶锭的肩部S和主体部B的交界之间的距离d保持在150mm～300mm的范围内，所述交界是主体部B的起始点。

参照图7，主控制器140可以从位于室的一侧上方的传感器141获取信号，将该信号发送至提拉设备110，以调节单晶锭的提拉速度。

图7中，传感器141可以通过形成于室顶部的一侧的观察口感测单晶锭的生长程度。

传感器141可以是用于测定生长出的单晶锭的直径的各种传感器中的任一种，例如红外传感器、CCD相机或高温计。例如，传感器141可以是自动直径控制(ADC)传感器。

由传感器141感测的信息可以是光学信息或图像信息，由该信息可以评估硅单晶锭的直径变化。

由传感器感测的有关生长出的单晶锭的直径变化的信息可以发送至主控制器140。

图9是简要显示主控制器140的构造的框图。

参照图9，主控制器140可以包括直径感测单元142、提拉速度决定单元144、以及第二驱动单元146。

直径感测单元142可以从由上述传感器141感测并发送的信号来提取硅单晶锭的直径值。

直径感测单元142可以成功地获取取决于工艺流程的硅单晶锭的直径变化。

从直径感测单元142获取的硅单晶锭的直径值可以发送至提拉速度决定单元144。

提拉速度决定单元144可以基于从直径感测单元142输入的单晶锭的直径值来决定单晶锭的提拉速度。

例如，提拉速度决定单元144可以根据从直径感测单元142输入的有关生长出的硅单晶锭的直径的数据，来判断是否要调节单晶锭的提拉速度，并且可以用PID控制来改变提拉速度。

即，将测得的直径值和目标直径值进行比较，若比较结果是由直径感测单元142测得的直径值和目标直径值之间存在差异，则可以调节单晶锭的提拉速度值。

例如，若测得的直径值大于目标直径值，则可以将提拉速度调节至大于当前提拉速度。此外，若测得的直径值小于目标直径值，则可以将提拉速度调节至小于当前提拉速度。

主控制器140可以包括第二驱动单元146。

第二驱动单元146可以输出让提拉设备110提拉硅单晶锭的信号。第二驱动单元146可以将提拉速度决定单元144中生成的有关矫正后的提拉速度值的数据发送至提拉设备110。

第二驱动单元146可以是通过控制生长出的单晶锭的提拉速度来操作第二提拉单元112的伺服电动机。

因此，图7～9所示的实施方式的单晶生长装置可以包括用于控制辅助隔热单元的辅助控制器和用于控制硅单晶锭的提拉的主控制器，藉此可以控制辅助隔热单元的上升速度，以使得辅助隔热单元位于与生长出的单晶锭主体部隔开预定的距离的位置。

此外，控制辅助隔热单元以保持与硅单晶锭主体部之间的预定的距离时，通过减小主体部的与辅助隔热单元的上升方向垂直的横截面的中心和外周的冷却速度差，可以调节晶体缺陷区，并且可以增大主体部内的无缺陷区的分布。

下面将描述使用上述实施方式的硅单晶生长装置的硅单晶生长方法的实施方式。

在以下的实施方式的描述中，将与上文中描述的硅单晶生长装置的实施方式重复的描述省略，在下文中仅描述不同点。

一个实施方式的硅单晶生长方法可以在硅单晶生长装置中实施，该硅单晶生长装置包括：室，设置于室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于室内的隔热单元，以及位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元。该硅单晶生长方法可以包括下述步骤：控制辅助隔热单元的上升速度，以使得辅助隔热单元和在硅熔体中生长出的单晶锭的主体部之间保持预定的距离，以增大单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

本实施方式的单晶生长过程中，可以控制辅助隔热单元的上升速度，以减小主体部的与辅助隔热单元的上升方向垂直的横截面的中心和外周的温度差。

此外，可以控制辅助隔热单元的上升速度，以减小主体部的横截面的中心和外周的冷却速度差，且可以将冷却速度差控制在例如小于1K/cm。

即，在本实施方式中，可以控制设置于坩埚上方的辅助隔热单元的上升速度，以防止热量在单晶锭主体部的生长过程中从硅熔体散失，并防止单晶锭的快速冷却，从而减小单晶锭的横截面的中心和外周的温度差以及轴向上的温度梯度的数量级的差异。

因此，通过温度梯度的数量级的减小，单晶锭的径向上的缺陷区的分布可以变得均匀。此外，通过温度梯度的调节，可以从主体部的起始部分开始形成无缺陷区，这可以增大主体部内的无缺陷区的分布。

可以控制辅助隔热单元的上升速度，以使得辅助隔热单元与单晶锭的肩部和主体部的交界之间向上隔开150mm～300mm的距离。

此外，在主体部长度小于或等于400mm的情况下，可以控制辅助隔热单元的上升速度。

当主体部生长至大于400mm时，与辅助隔热单元的绝热效果的影响相比，主体部内的晶体的生长更多地受到设置于室的上部区域内的水冷却管的影响。因此，当辅助隔热单元位于硅熔体的表面和水冷却管之间时，可以更有效地使用辅助隔热单元来进行单晶锭的晶体缺陷区的控制。

即，一旦辅助隔热单元穿过了水冷却管，则通过控制辅助隔热单元的上升速度来调节单晶锭内的晶体缺陷区的效果就会减弱。

另一个实施方式的硅单晶生长方法可以在硅单晶生长装置中实施，该硅单晶生长装置包括：室，设置于室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于室内的隔热单元，位于坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元，用于控制在硅熔体中生长出的单晶锭的提拉速度的主控制器，以及用于控制辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器。硅单晶生长方法可以包括下述步骤：测定生长出的单晶锭的主体部长度，基于所测得的主体部长度来决定是否要通过辅助控制器来操作辅助隔热单元。

图10是显示硅单晶生长方法的一个实施方式的流程图。

例如，图10所示的硅单晶生长方法的流程图可以表示下述步骤：通过主控制器和辅助控制器来控制辅助隔热单元的上升速度和单晶锭的提拉速度。

参照图10，本实施方式的硅单晶生长方法可以包括：测定生长出的单晶锭的主体部长度，判断所测得的主体部长度是否小于或等于400mm的步骤S1000。

当主体部长度小于或等于400mm时，在硅单晶生长方法中，可以通过主控制器来控制单晶锭的提拉，并且可以通过辅助控制器来控制辅助隔热单元的操作。

此时，通过辅助控制器来控制辅助隔热单元的操作的步骤可以包括：测定主体部的位置和辅助隔热单元的位置的步骤；基于所测得的位置来计算主体部和辅助隔热单元之间的间距值的步骤S1310；判断计算出的间距值是否落在目标间距的数值范围内的步骤S1330；当间距值与目标间距的数值范围有所偏差时，生成辅助隔热单元的上升速度的矫正值的步骤S1350；以及基于所生成的上升速度矫正值来提拉辅助隔热单元的步骤S1370。

此时，主体部和辅助隔热单元之间的目标间距值可以在150mm～300mm的范围内。即，生长出的单晶锭的肩部和主体部的交界与辅助隔热单元的下表面之间的间距可以始终保持在150mm～300mm的目标间距的数值范围内。

此外，通过辅助控制器来控制辅助隔热单元的操作的步骤可以包括：当主体部和辅助隔热单元之间的间距落在目标间距的数值范围内时，在不改变当前上升速度的情况下使辅助隔热单元向上移动的步骤S1360。

也就是说，在测定生长出的单晶锭的主体部长度、并判断所测得的主体部长度是否小于或等于400mm的步骤S10000中，当测得的主体部长度大于400mm时，可以将辅助隔热单元的上升速度保持在大于或等于单晶锭的提拉速度。

即，辅助隔热单元的操作可以包括：将辅助隔热单元的上升速度保持在大于或等于硅单晶锭的提拉速度的步骤S1210。

例如，在硅单晶锭生长至主体部长度大于或等于400mm后的过程中，无论辅助隔热单元和主体部之间的间距有多大，都可以将辅助隔热单元的上升速度保持在大于或等于硅单晶锭的提拉速度。

图10所示的硅单晶生长方法的实施方式中，可以通过主控制器来控制单晶锭的提拉速度。

通过主控制器来控制单晶锭的提拉速度的步骤可以包括：用直径感测单元来感测单晶锭的直径的步骤S1100；用提拉速度决定单元来计算感测直径值和目标直径值之间的误差的步骤S1120；基于所计算的误差来生成提拉速度的矫正值的步骤S1140；以及以根据矫正值进行修改后的提拉速度来提拉单晶锭的步骤S1160。

因此，图10所示的实施方式的硅单晶生长方法中，可以提取单晶锭的主体部和辅助隔热单元之间的间距值，并且可以基于提取的间距值来控制辅助隔热单元的上升速度和硅单晶锭的提拉速度。

此外，当辅助控制器控制辅助隔热单元以保持与单晶锭之间的预定的距离时，通过减小主体部的与辅助隔热单元的上升方向垂直的横截面的中心和外周的冷却速度差，可以调节晶体缺陷区，并且可以增大主体部内的无缺陷区的分布。

上述实施方式的单晶生长装置和生长方法中，辅助隔热单元的提供可以在单晶锭的主体部的最初的生长过程中实现绝热效果。此外，可以将主体部的最初的生长过程中从坩埚顶部散失的热量减至最小，并且可以减小主体部的中心和外周之间的轴向和径向上的温度梯度的数量级，藉此可以均匀地调节晶体缺陷区，并且可以增大无缺陷区的分布。

虽然上文中已经示出并描述了示例性的实施方式，但本领域技术人员应当了解，实施方式是为了帮助理解而提供的，实施方式不限于上文中描述的内容，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对实施方式进行各种改变和变形，只要它们包括了权利要求书所述的构成要素，该改变和变形就不应被理解为超出了本发明的思想或范围。

工业适用性

本实施方式的硅单晶生长装置和生长方法中，在坩埚上方设置有辅助隔热单元，并控制辅助隔热单元的上升速度，因而可以控制单晶锭的主体部内的缺陷区，并且可以增大无缺陷区的分布，所以具有工业适用性。

Claims (26)

1.一种硅单晶生长装置，其包括：

室；

位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚；

位于所述坩埚外、用于加热所述坩埚的加热器；

位于所述室内的隔热单元；以及

位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元；

其特征在于，所述辅助隔热单元与在所述硅熔体中生长出的单晶锭的主体部向上隔开间隔，且对所述辅助隔热单元的上升速度进行控制，以增大所述单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助隔热单元以预定的距离与所述主体部向上隔开间隔，且考虑到所述单晶锭主体部的生长条件来控制所述预定的距离。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助隔热单元的上升速度与所述单晶锭的提拉速度相同。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，控制所述辅助隔热单元的上升速度，以减小所述主体部的横截面的中心和外周的温度差，所述横截面垂直于所述辅助隔热单元的上升方向。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，控制所述辅助隔热单元的上升速度，以减小所述主体部的横截面的中心和外周的冷却速度差，所述横截面垂直于所述辅助隔热单元的上升方向。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，冷却速度差小于1K/cm。

7.一种硅单晶生长装置，其包括：

室；

位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚；

位于所述坩埚外、用于加热所述坩埚的加热器；

位于所述室内的隔热单元；

位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元；

用于控制在所述硅熔体中生长出的单晶锭的提拉速度的主控制器；

用于控制所述辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器；以及

基于从所述主控制器和所述辅助控制器输入的控制信号来提拉各所述单晶锭和所述辅助隔热单元的提拉设备。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述辅助控制器包括：

用于检测所述单晶锭的主体部的位置和所述辅助隔热单元的位置的位置值感测单元；

基于由所述位置值感测单元测得的所述主体部和所述辅助隔热单元的位置来计算所述主体部和所述辅助隔热单元之间的距离的间距计算器；

基于从所述间距计算器输出的值来生成所述辅助隔热单元的上升速度的矫正值的矫正值生成器；以及

基于所生成的矫正值来输出修改后的上升速度值、将该输出值发送至所述提拉设备的第一驱动单元。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述矫正值生成器生成矫正值，以使得所述辅助隔热单元和所述单晶锭的主体部之间保持预定的距离。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，考虑到所述单晶锭的主体部的生长条件来控制所述预定的距离。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述主控制器包括：

用于检测所述单晶锭的直径的直径感测单元；

基于由所述直径感测单元测得的直径值来决定所述单晶锭的提拉速度的提拉速度决定单元；以及

输出决定好的提拉速度值、将该输出值发送至所述提拉设备的第二驱动单元。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述提拉设备包括：

通过第一线材与所述辅助隔热单元的上表面连接的第一提拉单元；以及

通过第二线材与所述单晶锭连接的第二提拉单元。

13.如权利要求2或10所述的装置，其特征在于，所述辅助隔热单元与所述单晶锭的肩部和主体部的交界之间向上隔开的所述预定的距离为150mm～300mm。

14.一种硅单晶生长方法，其是在硅单晶生长装置中实施的方法，该硅单晶生长装置包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述室内的隔热单元，以及位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元；该方法包括下述步骤：控制所述辅助隔热单元的上升速度，以使得所述辅助隔热单元和在所述硅熔体中生长出的单晶锭的主体部之间保持预定的距离，以增大所述单晶锭主体部内的无缺陷区的分布。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，控制所述辅助隔热单元的上升速度，以减小所述主体部的横截面的中心和外周的温度差，所述横截面垂直于所述辅助隔热单元的上升方向。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，控制所述辅助隔热单元的上升速度，以减小所述主体部的横截面的中心和外周的冷却速度差，所述横截面垂直于所述辅助隔热单元的上升方向。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，冷却速度差小于1K/cm。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，控制所述辅助隔热单元的上升速度，以使得所述辅助隔热单元与所述单晶锭的肩部和主体部的交界之间向上隔开的间隔为150mm～300mm。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述主体部的长度小于或等于400mm时，控制所述辅助隔热单元的上升速度。

20.一种硅单晶生长方法，其是在硅单晶生长装置中实施的方法，该硅单晶生长装置包括：室，位于所述室内、用于收纳硅熔体的坩埚，位于所述室内的隔热单元，位于所述坩埚上方、能垂直移动的辅助隔热单元，用于控制在所述硅熔体中生长出的单晶锭的提拉速度的主控制器，用于控制所述辅助隔热单元的上升速度的辅助控制器，以及基于从所述主控制器和所述辅助控制器输入的控制信号来提拉各所述单晶锭和所述辅助隔热单元的提拉设备；该方法包括下述步骤：

测定所述生长出的单晶锭的主体部长度；

基于所测得的主体部长度来决定是否要通过所述辅助控制器来操作所述辅助隔热单元。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤：当所述主体部的长度小于或等于400mm时，通过所述辅助控制器来控制所述辅助隔热单元的操作。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制包括：

测定所述主体部的位置和所述辅助隔热单元的位置；

基于所测得的位置来计算所述主体部和所述辅助隔热单元之间的距离。

判断所计算的距离是否落在目标距离的数值范围内；

当所述距离与目标距离的数值范围有所偏差时，生成所述辅助隔热单元的上升速度的矫正值；以及

基于所生成的上升速度矫正值来提拉所述辅助隔热单元。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制包括：

测定所述主体部的位置和所述辅助隔热单元的位置；

基于所测得的位置来计算所述主体部和所述辅助隔热单元之间的距离。

判断所计算的距离是否落在目标距离的数值范围内；以及

当所述距离落在目标距离的数值范围内时，以不变的上升速度来提拉所述辅助隔热单元。

24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，当所述主体部的长度大于400nm时，所述辅助隔热单元的上升速度保持为大于或等于上升单晶锭的提拉速度。

25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括通过所述主控制器来控制所述单晶锭的提拉速度的步骤。

26.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述提拉速度的控制包括：

通过直径感测单元来感测所述单晶锭的直径；

通过提拉速度决定单元来计算感测直径值和目标直径值之间的误差；

基于所计算的误差来生成所述提拉速度的矫正值；以及

以根据所述矫正值进行修改后的提拉速度来提拉所述单晶锭。