[发明专利]一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法

权利要求书

1.一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的方法，其特征在于：包括从内至外依次设置内腔具有准矩形横截面的石英内坩埚（1）和承载石英内坩埚的支撑外坩埚（2），所述支撑外坩埚（2）外侧设有坩埚加热器（3），所述坩埚加热器（3）沿支撑外坩埚周边布置、对称分布，安装在加热器底盘（31）上，所述坩埚加热器（3）外侧设有隔热装置（4），所述石英内坩埚（1）的正上方设有单晶硅提拉装置（5），所述单晶硅提拉装置（5）从所述石英内坩埚（1）提拉出准矩形柱体单晶硅棒（11），所述支撑外坩埚（2）底端设有坩埚升降装置（6），所述石英内坩埚（1）、所述支撑外坩埚（2）、所述坩埚加热器（3）及所述隔热装置（4）均安装于炉室（7）内，所述石英内坩埚（1）的上方处规则布设有至少两个结晶前沿位置光学探测器（8）；

所述加热器底盘（31）的下部或炉室（7）的上方还配套设有x0y平面位移/旋角控制器（9）该装置包括但不限于两种结构，具体为：第一种结构，所述x0y平面位移/旋角控制器（9）位于设备机架与所述加热器底盘（31）之间，既可以在炉室（7）内，也可以部分在炉室（7）内，部分在炉室(7)外；第二种结构，所述x0y平面位移/旋角控制器（9）位于设备机架与所述单晶硅提拉装置（5）之间，既可以位于炉室（7）内，也可以位于炉室（7）外，此为第一种设置；

所述x0y平面位移/旋角控制器（9）包含有位移控制器、旋角控制器中的至少一个；其中，所述x0y平面位移/旋角控制器（9）包含有位移控制器时，借助于位移控制器，在拉晶过程中，根据需要可在水平面x0y内调节所提拉准矩形柱体单晶硅棒（11）重心垂直线与所述坩埚加热器（3）横截面几何中心的相对位置；所述x0y平面位移/旋角控制器（9）包含有旋角控制器时，借助于旋角控制器，在拉晶过程中，根据需要可在水平面x0y内调节所提拉准矩形柱体单晶硅棒（11）横截面对角线与所述坩埚加热器（3）横截面特定直线的相对夹角；

所述坩埚加热器（3）设有若干纵向分区（3-x），若干纵向分区坩埚加热器（3-x）沿所述支撑外坩埚（2）周边布置且对称分布，安装在所述加热器底盘（31）上，此为第二种设置；

选用不同结构的装置（第一种设置结构、第二种设置结构或第一种设置、第二种设置的组合结构）时，可以采用不同的工艺方案，包括如下步骤：

S1、选用第一种设置结构的装置，按常规流程进行提拉生长，根据各结晶前沿位置光学探测器（8）的信号，分别调整准矩形柱体单晶硅棒（11）的重心垂直线与坩埚加热器（3）横截面中心的相对位置、准矩形柱体单晶硅棒（11）横截面对角线与石英内坩埚（1）横截面特定直线间的夹角、整体坩埚加热器系统的功率及拉速，所述石英内坩埚（1）有效容积部位的横截面积与所述准矩形柱体单晶硅棒（11）有效部位横截面积之比为2~13；

S2、选用第二种设置结构的装置，按常规流程进行提拉生长，根据各结晶前沿位置光学探测器（8）的信号，分别调整各分区坩埚加热器（3-x）的功率、整体坩埚加热器系统的功率及拉速，所述石英内坩埚（1）有效容积部位的横截面积与所述准矩形柱体单晶硅棒（11）有效部位横截面积之比为2~13；

其中，所述第一种设置和第二种设置的结构可以单独或组合采用；所述S1、S2两种工艺手段也可以单独或组合使用；

所述S1中，选用第一种设置结构的装置进行提拉生长的具体工艺流程包括如下步骤：

S1.1、熔料，石英内坩埚（1）、支撑外坩埚（2）不旋转；

S1.2、引晶，石英内坩埚（1）、支撑外坩埚（2）和籽晶（10）不旋转；

S1.3、放肩，石英内坩埚（1）、支撑外坩埚（2）和籽晶（10）不旋转，降低拉速和加热功率，根据目测或各结晶前沿位置光学探测器（8）的位置信号输出，借助于x0y平面位移/旋角控制器（9），调整籽晶（10）及晶体的重心垂直线与坩埚加热器（3）横截面中心的相对位置，并调整晶体的旋角，使晶体的棱线处于正确的方位，形成一个准矩形横截面的准矩形柱体单晶硅棒（11）的“肩”；

S1.4、转肩，石英内坩埚（1）、支撑外坩埚（2）和晶体不旋转，晶体形状、位置控制同S1.3；

S1.5、晶体等形生长，根据各结晶前沿位置光学探测器（8）的位置信号输出，借助于x0y平面位移/旋角控制器（9），分别调整在x0y水平面内所提拉准矩形柱体单晶硅棒（11）重心垂直线与坩埚加热器（3）横截面中心的相对位置、准矩形柱体单晶硅棒（11）横截面对角线与石英内坩埚（1）横截面特定直线间的夹角、以及根据各结晶前沿位置光学探测器（8）的位置信号输出的加权均值，调整准矩形柱体单晶硅棒（11）的拉速和整体坩埚加热系统的整体加热功率；

S1.6、收尾，石英内坩埚（1）、支撑外坩埚（2）和籽晶（10）不旋转。