[发明专利]横截面呈十字形的硅单晶棒及其生长装置和生长方法

权利要求书

1.一种横截面呈十字形的硅单晶棒生长方法，其特征在于，采用横截面呈十字形的硅单晶棒生长装置实施，所述横截面呈十字形的硅单晶棒生长装置包括：

炉体，

由外至内设置在所述炉体内的隔热组件、分区加热机构、支撑坩埚和石英坩埚，

以及从所述炉体的顶部伸入所述炉体内且与所述石英坩埚的轴线对应的提拉机构，所述提拉机构伸入所述炉体内的端部用于连接籽晶；

所述石英坩埚、支撑坩埚的横截面呈十字形，所述分区加热机构围护在所述支撑坩埚的周边，三者同轴设置；

所述炉体上设置有可从所述炉体的外部监测到其内部晶体生长状况的监测窗；

实施步骤包括：熔料、引晶、放肩、转肩、晶体等形生长以及收尾；

引晶、放肩、转肩、晶体等形生长以及收尾步骤中石英坩埚与籽晶之间无相对旋转，所述籽晶轴向晶向为〈100〉，生长过程提拉方向为〈100〉；

引晶步骤中，使石英坩埚竖直轴线与分区加热机构的竖直中心线相重合；调整石英坩埚横截面对称轴与分区加热机构横截面的相应对称轴相平行或垂直；调整籽晶的棱线方位到预设位置；调控所述分区加热机构的各个区域加热功率和时间并达到稳定；

放肩步骤中，根据结晶前沿位置信息，调控籽晶的重心垂线与所述坩埚轴线的相对水平位置使所述重心垂线与所述坩埚竖直轴线相重合；调控晶体的方位使晶体的棱线所处方位与上一步骤保持一致；调控所述分区加热机构各个区域的加热功率和时间，从而使所述提拉机构的端部逐渐形成一个横截面呈十字形的硅单晶棒的“肩”；

晶体等形生长步骤中，根据结晶前沿位置信息，通过调控籽晶的重心垂线与所述石英坩埚轴线的相对水平位置使所述重心垂线与所述坩埚轴线相重合；调控晶体的方位使晶体的棱线所处方位与上一步骤保持一致；调控所述分区加热机构各个区域加热功率和时间，从而保证晶体按照预设的十字形生长。

2.根据权利要求1所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，所述硅单晶棒生长装置还包括控制系统以及一个或多个光学探测器，所述一个或多个光学探测器设置在所述炉体之外，用于透过所述监测窗观察所述炉体内部晶体生长状况，每个所述光学探测器与所述控制系统通信连接，用于将探测到的晶体生长信息发送至所述控制系统，所述控制系统与所述分区加热机构通信连接，所述控制系统根据晶体生长信息判断并执行是否向所述分区加热机构下发指令对不同区域的加热功率和时间进行调整。

3.根据权利要求2所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，所述光学探测器的设置数量为至少4个。

4.根据权利要求2所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，所述硅单晶棒生长装置还包括坩埚升降机构，所述坩埚升降机构的一端位于所述炉体内，用于承托所述支撑坩埚和石英坩埚的底部。

5.根据权利要求4所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，所述硅单晶棒生长装置还包括水平位置控制机构，所述水平位置控制机构与所述提拉机构和/或所述坩埚升降机构连接，所述控制系统与所述水平位置控制机构通信连接；

所述水平位置控制机构用于通过控制所述提拉机构调控籽晶的方位角度和水平位置，和/或用于通过控制所述坩埚升降机构调控石英坩埚的方位角度和水平位置。

6.根据权利要求2所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，所述炉体的外部设置有固定支架和/或探测器运行轨道，每个所述光学探测器安装在所述固定支架或所述探测器运行轨道上。

7.根据权利要求1所述的硅单晶棒生长方法，其特征在于，引晶步骤中调整籽晶的棱线方位到预设位置为：

调控籽晶横截面对角两棱线之间的连线与所述石英坩埚的横截面的对称中心线A平行或垂直；

或者调控籽晶横截面对角两棱线之间的连线与所述石英坩埚的横截面的对称中心线B平行或垂直。

8.一种硅单晶棒，其特征在于，采用如权利要求1~7任一项所述的硅单晶棒生长方法制得。

9.根据权利要求8所述的硅单晶棒，其特征在于，所述硅单晶棒的横截面通过其准对称中心的最大横径与最小横径之比为1.6~5。

10.根据权利要求9所述的硅单晶棒，其特征在于，所述硅单晶棒的横截面与该横截面外接的正“十”字形的面积之比≥0.8。