CN111394784B - 单晶硅生长装置及单晶硅生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法，单晶硅生长装置包括：容器，容器为二氧化硅件，容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，在沿容器的径向向内的方向上，容器的壁厚增大。根据本发明实施例的单晶硅生长装置，通过将用于容纳硅熔体的容器设置呈在容器的径向向内的方向上，容器的壁厚增大，可以增强容器的保温作用，使得容器内的硅熔体的温度增加，从而可以增加氧的溶解度，从而可以增加硅熔体的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅生长技术领域，尤其是涉及一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法。
背景技术
硅片具有一定的氧含量，能结合器件工艺，形成内吸杂，可以吸除金属杂质，氧杂质还能钉扎位错，提高硅片机械强度。而关于提升单晶硅含氧量的问题却始终在制程中比较不容易解决，尤其是在已经没有外加磁场且制程稳定的产品中。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种单晶硅生长装置，该单晶硅生长装置可以增加利用该单晶硅生长装置生长出的单晶硅中的氧含量。
本发明还提出了一种单晶硅生长方法。
本发明还提出了另一种单晶硅生长方法。
根据本发明第一方面实施例的单晶硅生长装置，包括：容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚增大。
根据本发明实施例的单晶硅生长装置，通过将用于容纳硅熔体的容器设置呈在容器的径向向内的方向上，容器的壁厚增大，可以增强容器的保温作用，使得容器内的硅熔体的温度增加，从而可以增加氧的溶解度，从而可以增加硅熔体的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
根据本发明的一些实施例，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚呈阶梯式增大。
根据本发明的一些可选实施例，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构；和/或，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的外壁呈阶梯状结构。
可选地，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构，所述阶梯状结构的至少一部分位于所述容器的底壁或至少一部分邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
可选地，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构，所述阶梯状结构包括大致沿所述容器的壁厚方向向内延伸的阶梯面，所述阶梯面沿所述容器的周向延伸，在沿所述容器的径向向内的方向上，相邻两个所述阶梯面之间的距离依次减小。
根据本发明的一些实施例，所述容器包括多个沿所述容器的壁厚方向叠置的多层子容器，相邻两层所述子容器之间限定出阶梯状结构。
根据本发明的一些实施例，所述容器的内壁邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流的位置形成有凹凸不平结构，所述凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。
根据本发明的一些实施例，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，所述增氧件设于所述容器本体的内壁后可增加所述容器的内表面积。
根据本发明的一些实施例，所述容器的最大壁厚位置邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
根据本发明第二方面实施例的单晶硅生长方法，用于生长单晶硅的单晶硅生长装置包括容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚增大，在所述容器旋转过程中从所述容纳腔内的所述硅熔体生长出单晶硅，由于在沿所述容器的径向向内的方向上所述容器的壁厚增大，所述容器内邻近所述容器的底部的所述硅熔体的温度增加，从而可以增加氧的溶解度，从而使得硅熔体内的氧含量增加，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
根据本发明实施例的单晶硅生长方法，通过使用在径向向内的方向上壁厚增大的容器作为容纳硅熔体的容器，在生长单晶硅的过程中，由于在沿容器的径向向内的方向上容器的壁厚增大，容器内邻近容器的底部的硅熔体的温度增加，从而使得硅熔体内的氧含量增加。
根据本发明的一些实施例，所述容器的最大壁厚位置邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
根据本发明的一些实施例，增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
可选地，所述容器的内壁位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流的部分形成有凹凸不平结构。
可选地，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，通过所述增氧件可增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
根据本发明的一些实施例，所述容器的旋转速度不小于5RPM，所述容器内晶棒的旋转速度不小于1RPM，所述容器的旋转方向与所述晶棒的旋转方向相反。
根据本发明第三方面实施例的单晶硅生长方法，单晶硅生长装置包括容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积，从而使得所述硅熔体内的氧含量增加。
根据本发明实施例的单晶硅生长方法，通过增加容器的位于硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积，从而可以增大容器内的硅熔体与容器的内壁的接触面积，从而可以使得容器的内壁上分解出的氧更多地通过涡流进入熔体内，从而使得硅熔体内的氧含量增加，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
根据本发明的一些实施例，所述容器的内壁位于所述泰勒-普鲁德曼涡流的部分形成有凹凸不平结构，所述凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。
根据本发明的一些实施例，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，通过所述增氧件可增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一些实施例的单晶硅生长装置的容器的示意图；
图2是根据本发明另一些实施例的单晶硅生长装置的容器的示意图；
图3是根据本发明又一些实施例的单晶硅生长装置的容器的示意图；
图4是利用根据本发明一些实施例的单晶硅生长装置内的硅熔体内中的涡流分布示意图；
图5是利用相关技术中的单晶硅生长装置内硅熔体的氧分布示意图；
图6是利用根据本发明的单晶硅生长方法的容器1内硅熔体的氧分布示意图一；
图7是利用根据本发明的单晶硅生长方法的容器1内硅熔体的氧分布示意图二；
图8是图5、图6和图7中的晶棒沿径向方向在同一时刻的氧分布曲线对比图；
图9是在晶棒的转动速度相同且容器的转动速度不同情况下，容器内硅熔体涡流示意图的对比；
图10是在晶棒的转动速度不同且容器的转动速度相同情况下，容器内硅熔体涡流示意图的对比。
附图标记：
容器1；容纳腔11；阶梯面12；子容器13；容器本体14；增氧件15；
硅熔体2；浮力涡流21；泰勒-普鲁德曼涡流22；过渡涡流23。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的单晶硅生长装置。
参照图1，根据本发明第一方面实施例的单晶硅生长装置，包括：容器1，容器1为二氧化硅件，容器1内限定出用于容纳硅熔体2的容纳腔11，在沿容器1的径向向内(所述内是指邻近容器1的中心的方向)的方向上，容器1的壁厚增大。
在利用该单晶硅生长装置生长单晶硅时，可以将多晶硅放置在容器1的容纳腔11内，通过加热容器1使得容纳在容器1内的多晶硅熔化形成可流动的硅熔体2。并且，在硅熔体2内放入籽晶(图未示出)，籽晶旋转，并可以使得容器1旋转，容器1旋转方向可以与籽晶的旋转方向相同或相反。在该过程中，籽晶浸入容器1内的硅熔体2中进行引晶、缩颈、转肩、等径生长单晶硅，容器1内的硅熔体2逐渐减少，最后生长出单晶硅晶棒。
在晶棒的生长过程中，由于容器1为二氧化硅件，容器1的内壁中的二氧化硅在高温环境下分解成氧原子和硅原子并进入硅熔体2中，容器1中的氧含量对晶棒的氧含量有着一定的影响。
此外，参考图4，在不外加磁场的常规单晶生长过程中，在容器1和籽晶反向旋转的过程中，容器1内的硅熔体2出现三种涡流，该三种涡流分别为浮力涡流21、泰勒-普鲁德曼涡流22及过渡涡流23，其中浮力涡流21位于最外(所述外是指远离容器1的中心的方向)面，泰勒-普鲁德曼涡流22位于晶棒(籽晶开始生长之后的产物称之为晶棒)下方，泰勒-普鲁德曼涡流22是由于容器1旋转或容器1与晶棒均旋转造成，过渡涡流23位于浮力涡流21和泰勒-普鲁德曼涡流22之间。
由于本申请的单晶硅生长装置在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚增大，由此使得容器1的底壁以及邻近容器1的底壁的部分壁厚较大，可以增强容器1的保温作用，从而使得容器1内的硅熔体2邻近容器1底部的部分的温度较高，从而使得该部分的硅熔体2的氧溶解度增大，从而使得容器1的内壁析出的氧更多地溶解至该部分的硅熔体2内。
此外，将较大壁厚处设置在泰勒-普鲁德曼涡流22处，可在增加容器1的氧含量的基础上，在进一步利用泰勒-普鲁德曼涡流22冲刷撞击容器1的内壁，使得容器1内壁上的氧原子在泰勒-普鲁德曼涡流22的作用下上升并被带入至硅熔体2内，并且通过泰勒-普鲁德曼涡流22继续上升作用，可以将氧原子带至晶棒与硅熔体2的固液界面处，进一步增加晶棒的氧含量。
进一步地，将容器1的内壁设置成阶梯状结构，可以增加容器1与硅熔体2的接触表面积，使得容器1中的氧能更多的进入到硅溶液2中，进一步增加晶棒的氧含量。
另外，在晶棒生长的过程中，容器1内的硅熔体2的量逐渐减少，硅熔体2与容器1的内壁的接触面积也逐渐减少，从而容器1的内壁上的氧原子可以进入硅熔体2的量也在减少。由于本发明的容器1的邻近或位于泰勒-普鲁德曼涡流22处的温度较高，使得邻近或位于泰勒-普鲁德曼涡流22处的硅熔体2内的氧含量较高，从而可以提升晶棒尾处的氧含量，改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布较为均匀。
根据本发明实施例的单晶硅生长装置，通过将用于容纳硅熔体2的容器1设置呈在容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚增大，可以增强容器1的保温作用，使得容器1内的硅熔体2的温度增加，从而可以增加氧的溶解度，从而可以增加硅熔体2的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
根据本发明的一些实施例，参照图1-图3，将容器1的最大壁厚位置邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处。处在容器1的最大壁厚处的硅熔体2的保温效果较好，因此温度较高，由此可以使得容器1的内壁的最大壁厚处可以析出更多的氧，并且由于容器1的最大壁厚位置邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处，通过泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的最大壁厚处析出的更多的氧向上带入至晶棒和硅熔体2的固液界面，从而可以更好地提高生产出的单晶硅的含氧量。
根据本发明的一些实施例，参照图1，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚呈阶梯式增大。由此，可以增加容器1和硅熔体2的接触表面积，使得更多的氧进入硅熔体中，从而进一步的进入晶棒中。
例如，参照图1-图3，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的内壁呈阶梯状结构。由此，可以增加容器1的内表面积，并且由于容器1的呈阶梯状结构部分的内壁邻近容器1的底部或位于容器1的底部，从而可以增加容器1的邻近或位于泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，从而可以增加容器1的内壁与泰勒-普鲁德曼涡流22接触的面积，使得泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的内壁上更多的氧原子带入硅熔体2中，并继续上升带入至硅熔体2与晶棒的固液界面处，从而增加晶棒的氧含量，也就可以增加生长出的单晶硅的氧含量。尤其是在后期的晶棒生长过程中，硅熔体2变少，使得容器1与硅熔体2的接触面积变少，进入硅熔体2的氧变少，使得进入硅棒的氧变少，通过在容器1的底壁上设置呈阶梯状结构，可以有效提升晶棒尾处的氧含量，进一步地改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布更为均匀。
再例如，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的外壁呈阶梯状结构。由此，可以实现容器1在壁厚在径向向内的方向上呈阶梯式地增加。并且，由于阶梯式结构位于容器1的外壁，方便了阶梯式结构的加工，降低了加工难度。
又例如，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的外壁呈阶梯状结构且容器1的内壁呈阶梯状结构，由此既可以使得容器1的底部或容器1的邻近底部的部分的壁厚更大，容器1的保温效果更好，并且同时使得容器1的底壁或邻近底壁的内表面积增大，可以更好地增加容器1底部附近的硅熔体2的氧含量，从而可以更好地增加单晶硅的氧含量。
可选地，参照图1-图3，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的内壁呈阶梯状结构，阶梯状结构的至少一部分位于容器1的底壁或至少一部分邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处。由此，在沿容器1的径向向内的方向上容器1的内壁呈阶梯状结构时，通过使得阶梯状结构的至少一部分位于容器1的底壁或至少一部分邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处，阶梯状结构的至少一部分位于容器1的底壁时，由于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22邻近容器1的底部，由此可以增加容器1的邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，从而可以增加容器1的内壁与泰勒-普鲁德曼涡流22接触的面积，使得泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的内壁上更多的氧原子带入硅熔体2中，并继续上升带入至硅熔体2与晶棒的固液界面处，从而增加晶棒的氧含量，也就可以增加生长出的单晶硅的氧含量。并且，可以进一步地提升晶棒尾处的氧含量，进一步地改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布更为均匀。
可选地，参照图1-图3，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的内壁呈阶梯状结构，由此可以增大容器1的内表面积，从而可以增大硅熔体2与容器1的接触面积，增加进入硅溶液的氧含量。阶梯状结构包括大致沿容器1的壁厚方向向内延伸的阶梯面12，阶梯面12沿容器1的周向延伸，通过将阶梯面12设置为沿容器1的周向延伸，例如阶梯面12可以形成为沿容器1的周向延伸的环形，由此可以显著地增加容器1的内表面积，从而可以进一步地增加硅熔体2内的含氧量。进一步地，在沿容器1的径向向内的方向上，相邻两个阶梯面12之间的距离依次减小。由此，可以使得容器1的内壁邻近容器1的中心的部分阶梯面12的分布密度更大，从而使得容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22的部分内表面积增加地更为显著，从而可以通过泰勒-普鲁德曼涡流22将含氧量较高的硅熔体2向上带入至晶棒与硅熔体2的固液界面处，从而可以更好地提高生成的单晶硅的含量。
根据本发明的一些实施例，参照图2，容器1包括多个沿容器1的壁厚方向叠置的多层子容器13，相邻两层子容器13之间限定出阶梯状结构，相邻两层子容器13之间可以粘接。由此，可以使得容器1具有更好的保温效果，从而可以使得容器1的内壁析出更多的氧，可以提高硅熔体2内的含氧量，从而可以提高生长出的单晶硅的含氧量。另外，可以根据需要选择不同数量、不同厚度的子容器13进行叠置，可以得到更多规格的容器1。
其中，多个是指两个或两个以上。
可选地，沿容器1的壁厚方向且由外向内的方向上，子容器13的壁厚可以依次增大，子容器13的壁厚也可以依次减小，或者所有子容器13的壁厚均相同。
根据本发明的一些实施例，参照图1，容器1可以为一体成型件，由此使得容器1的加工工艺简单，方便容器1的加工成型。
根据本发明的一些实施例，参照图1，容器1的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成有凹凸不平结构，该凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。由此，通过在器的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成凹凸不平结构，可以增加容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，从而使得容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处可以析出更多的氧，析出的氧在泰勒-普鲁德曼涡流22的作用下，可上升至晶棒与硅熔体2的固液界面处，从而可以增加晶棒中的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。并且，使得该凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构，可以显著地增加容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，并且方便凹凸不平结构的加工形成。
根据本发明的一些实施例，参照图3，容器1包括容器本体14和可拆卸地设于容器本体14的内壁的增氧件15，增氧件15为二氧化硅件，增氧件15设于容器本体14的内壁后可增加容器1的内表面积，增氧件15可以设置在容器本体14的底壁，例如增氧件15可以邻近泰勒-普鲁德曼涡流22。在增氧件15设置在容器本体14的内壁之后，使得容器1的内壁具有凹凸不平结构。其中，增氧件15本身可以呈阶梯状结构或增氧件15的表面呈颗粒状结构，由此可以进一步地提高容器1的内表面积。由此，通过将容器1设置成包括可拆卸相连的容器本体14和增氧件15，一方面可以根据需要选择不同形状和结构的增氧件15安装至容器本体14内，以达到不同程度的氧含量的要求；另一方面可使得容器1的制作更加简单通用，提高工作效率，节省成本。
可选地，在容器1包括容器本体14和可拆卸地设于容器本体14的内壁的增氧件15时，容器本体14的内壁例如容器本体14的底壁上可以形成有安装槽，增氧件15可以嵌入至该安装槽内，由此方便增氧件15的拆装。
另外，在容器1包括容器本体14和可拆卸地设于容器本体14的内壁的增氧件15时，还可以方便地将增氧件15设置在该容器1内的泰勒-普鲁德曼涡流22处，从而可以更好地增加生成的单晶硅的含氧量。
参照图1-图4，根据本发明第二方面实施例的单晶硅生长方法，用于生长单晶硅的单晶硅生长装置包括容器1，容器1为二氧化硅件，容器1内限定出用于容纳硅熔体2的容纳腔11，在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚增大，在容器1旋转过程中从容纳腔11内的硅熔体2生长出单晶硅，由于在沿容器1的径向向内的方向上容器1的壁厚增大，容器1内邻近容器1的底部的硅熔体2的温度增加，从而可以增加氧的溶解度，从而使得硅熔体2内的氧含量增加，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
在利用该生长装置生长单晶硅的过程中，由于容器1为二氧化硅件，容器1的内壁中的二氧化硅在高温环境下分解成氧原子和硅原子，位于容器1内壁上的氧原子在容器1内的涡流的作用下被带入硅熔体2中，从而可以增加硅熔体2中的氧含量。另外，在泰勒-普鲁德曼涡流22处，泰勒-普鲁德曼涡流22冲刷撞击容器1的内壁，从而使得容器1内壁上的氧原子在泰勒-普鲁德曼涡流22的作用下上升并被带入至硅熔体2内，并且通过泰勒-普鲁德曼涡流22继续上升作用，可以将氧原子带至晶棒与硅熔体2的固液界面处，从而可以增加晶棒中的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
由于本申请的单晶硅生长装置在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚增大，由此使得容器1的底壁以及邻近容器1的底壁的部分壁厚较大，可以增强容器1的保温作用，从而使得容器1内的硅熔体2邻近容器1底部的部分的温度较高，从而使得该部分的硅熔体2的氧溶解度增大，从而使得容器1的内壁上氧更多地溶解至该部分的硅熔体2内。由于该部分的含氧量高的硅熔体2邻近容器1的底部，而泰勒-普鲁德曼涡流22也邻近容器1的底部，从而使得该部分的含氧量高的硅熔体2在泰勒-普鲁德曼涡流22作用下，可上升至晶棒与硅熔体2的固液界面处，从而可以增加晶棒中的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
另外，在晶棒生长的过程中，容器1内的硅熔体2的量逐渐减少，硅熔体2与容器1的内壁的接触面积也逐渐减少，从而容器1的内壁上的氧原子可以进入硅熔体2的量也在减少。由于本发明的容器1的邻近或位于泰勒-普鲁德曼涡流22处的温度较高，使得邻近或位于泰勒-普鲁德曼涡流22处的硅熔体2内的氧含量较高，从而可以提升晶棒尾处的氧含量，改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布较为均匀。
根据本发明实施例的单晶硅生长方法，通过使用在径向向内的方向上壁厚增大的容器1作为容纳硅熔体2的容器1，在生长单晶硅的过程中，由于在沿容器1的径向向内的方向上容器1的壁厚增大，容器1内邻近容器1的底部的硅熔体2的温度增加，从而使得硅熔体2内的氧含量增加。
根据本发明的一些实施例，容器1的最大壁厚位置邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处。处在容器1的最大壁厚处的硅熔体2的保温效果较好，因此温度较高，由此可以使得容器1的内壁的最大壁厚处可以析出更多的氧，并且由于容器1的最大壁厚位置邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处，通过泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的最大壁厚处析出的更多的氧向上带入至晶棒和硅熔体2的固液界面，从而可以更好地提高生产出的单晶硅的含氧量。
根据本发明的一些实施例，增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积。由此，可以增加容器1与泰勒-普鲁德曼涡流22接触的面积，使得泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的内壁上更多的氧原子带入硅熔体2中，并继续上升带入至硅熔体2与晶棒的固液界面处，从而增加晶棒的氧含量，也就可以增加生长出的单晶硅的氧含量。并且，可以进一步地提升晶棒尾处的氧含量，进一步地改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布更为均匀。
可选地，容器1的内壁位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的部分形成有凹凸不平结构。由此，可以增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积。
可选地，容器1包括容器本体14和可拆卸地设于容器本体14的内壁的增氧件15，增氧件15为二氧化硅件，通过增氧件15可增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积。在增氧件15设置在容器本体14的内壁之后，使得容器1的内壁具有凹凸不平结构。其中，增氧件15本身可以呈阶梯状结构或增氧件15的表面呈颗粒状结构，由此可以进一步地提高容器1的内表面积。由此，通过将容器1设置成包括可拆卸相连的容器本体14和增氧件15，可以根据需要选择不同形状和结构的增氧件15安装至容器本体14内，以达到不同程度的增加容器1的内表面积的作用，减少物料成本。
根据本发明的一些实施例，容器1的旋转速度(埚转)不小于5RPM，容器1内晶棒的旋转速度(晶转)不小于1RPM，容器1的旋转方向与晶棒的旋转方向相反。一定的晶埚转(晶埚转是晶棒旋转以及容器1旋转)会形成泰勒-普鲁德曼涡流22，一般情况下泰勒-普鲁德曼涡流22往下的区域会抑制从容器1的内壁析出的氧溶解后往上进到固液界面的路径，反之泰勒-普鲁德曼涡流22往上的区域则会把析出的氧带进固液界面中，所以泰勒-普鲁德曼涡流22往上的区域为主要增氧区域(见图4)。本发明通过仿真计算后得到泰勒-普鲁德曼涡流22的中心至上升的区域分布，在此位置处设置使得容器1的内壁的厚度增加或该位置处形成阶梯状结构或凹凸结构，使得增加的氧含量能够更多的进入到晶棒中，从而可以有效增加晶棒的氧含量。
参照图9，图9是在晶棒的转动速度相同且容器1的转动速度不同情况下，容器1内硅熔体2涡流示意图的对比，其中S10代表晶棒的转动速度为10RPM、C-1代表容器1的转动速度为1RPM且容器1的旋转方向与晶棒的旋转方向相反、C-5代表容器1的转动速度为5RPM且容器1的旋转方向与晶棒的旋转方向相反、C-10代表容器1的转动速度为10RPM且容器1的旋转方向与晶棒的旋转方向相反。
由此可见，在容器1的旋转速度为1RPM时(参照图9中的第一幅图)，容器1内还没有形成完整的泰勒-普鲁德曼涡流22，泰勒-普鲁德曼涡流22往下的区域明显抑制从容器1的内壁析出的氧溶解后往上进到固液界面的路径，因此不利于析出的氧进入固液界面，不利于晶棒氧含量的增加。在容器1的旋转速度为5RPM时(参照图9中的第二幅图)，容器1内形成完整的泰勒-普鲁德曼涡流22，泰勒-普鲁德曼涡流22往下的区域明显显著缩减，从而有利于析出的氧进入固液界面，有利于晶棒氧含量的增加。在容器1的旋转速度为10RPM时(参照图9中的第三幅图)，容器1内形成完整的泰勒-普鲁德曼涡流22，泰勒-普鲁德曼涡流22往下的区域明显显著缩减，且相对容器1的旋转速度为5RPM时，泰勒-普鲁德曼涡流22的中心更靠近固液界面，可以将更多的氧通过泰勒-普鲁德曼涡流22带至固液界面，从而更有利于提高晶棒内含氧量。
参照图10，图10是在晶棒的转动速度相同且容器1的转动速度不同情况下，容器1内硅熔体2涡流示意图的对比，其中S2代表晶棒的转动速度为2RPM、S5代表晶棒的转动速度为5RPM、S10代表晶棒的转动速度为10RPM、C-5代表容器1的转动速度为5RPM且容器1的旋转方向与晶棒的旋转方向相反。在晶棒的转动速度为2RPM时(参照图10中的第一幅图)，容器1内形成完整的泰勒-普鲁德曼涡流22。当然在晶棒的转动速度为5RPM时(参照图10中的第二幅图)及晶棒的转动速度为10RPM时(参照图10中的第三幅图)，容器1内形成完整的泰勒-普鲁德曼涡流22。
并且，由上述可知，容器1的转动速度对于泰勒-普鲁德曼涡流22的影响明显大于晶棒的转动速度对于泰勒-普鲁德曼涡流22的影响。
根据本发明第三方面实施例的单晶硅生长方法，单晶硅生长装置包括容器1，容器1为二氧化硅件，容器1内限定出用于容纳硅熔体2的容纳腔11，增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，由此可以增加容器1与泰勒-普鲁德曼涡流22接触的面积，使得泰勒-普鲁德曼涡流22可以将容器1的内壁上更多的氧原子带入硅熔体2中，从而使得硅熔体2内的氧含量增加，通过泰勒-普鲁德曼涡流22的作用氧原子上升至硅熔体2与晶棒的界面处，从而增加晶棒的氧含量，也就可以增加生长出的单晶硅的氧含量。并且，可以进一步地提升晶棒尾处的氧含量，进一步地改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布更为均匀。
根据本发明实施例的单晶硅生长方法，通过增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，从而可以增大容器1内的硅熔体2与容器1的内壁的接触面积，从而可以使得容器1的内壁上分解出的氧更多地通过涡流进入熔体内，从而使得硅熔体2内的氧含量增加，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。
根据本发明的一些实施例，容器1的内壁位于泰勒-普鲁德曼涡流22的部分形成有凹凸不平结构，凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。由此，通过在器的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成凹凸不平结构，可以增加容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，从而使得容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处可以析出更多的氧，析出的氧在泰勒-普鲁德曼涡流22的作用下，可上升至晶棒与硅熔体2的界面处，从而可以增加晶棒中的氧含量，进而可以增加生长出的单晶硅的氧含量。并且，使得该凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构，可以显著地增加容器1的内壁邻近泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积，并且方便凹凸不平结构的加工形成。
根据本发明的一些实施例，容器1包括容器本体14和可拆卸地设于容器本体14的内壁的增氧件15，增氧件15为二氧化硅件，通过增氧件15可增加容器1的位于硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22处的内表面积。在增氧件15设置在容器本体14的内壁之后，使得容器1的内壁具有凹凸不平结构。其中，增氧件15本身可以呈阶梯状结构或增氧件15的表面呈颗粒状结构，由此可以进一步地提高容器1的内表面积。由此，通过将容器1设置成包括可拆卸相连的容器本体14和增氧件15，可以根据需要选择不同形状和结构的增氧件15安装至容器本体14内，以达到不同程度的增加容器1的内表面积的作用，减少物料成本。
参照图5-图8，其中图5是利用相关技术中的单晶硅生长装置内硅熔体的氧分布示意图；图6是利用根据本发明第三方面实施例的单晶硅生长方法的容器1内硅熔体的氧分布示意图，其中容器1的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成有凹凸不平结构，该凹凸不平结构为颗粒状结构；图7是利用根据本发明第二方面实施例的单晶硅生长方法的容器1内硅熔体的氧分布示意图，其中容器1的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成有凹凸不平结构，该凹凸不平结构为阶梯状结构；图8是图5、图6和图7中的晶棒从中心到边缘沿径向方向在同一时刻的氧分布对比图，其中图8中的01表示图5中的晶棒从中心到边缘沿沿径向方向的氧分布曲线、图8中的02表示图6中的晶棒从中心到边缘沿径向方向的氧分布曲线、图8中的03表示图7中的晶棒从中心到边缘沿径向方向的氧分布曲线。其中，图5、图6及图7中的晶埚转参数为S12C-5，即晶棒的转动速度为12RPM、容器1的转动速度为5RPM，且晶棒的转动方向与容器1的转动方向相反。
由图5-图8可知，通过将晶埚转参数设置为S12C-5，并且通过在容器1的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成颗粒状的凹凸结构，可以提高生长出的单晶硅的含氧量，尤其可大幅提升晶棒尾处的氧含量，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布较为均匀。通过将晶埚转参数设置为S12C-5，并且通过使得容器1在沿容器1的径向向内的方向上，容器1的壁厚增大，容器1的内壁邻近硅熔体2的泰勒-普鲁德曼涡流22的位置形成阶梯状的凹凸结构，可以提高生长出的单晶硅的含氧量，并且可以提升晶棒尾处的氧含量，改善晶棒尾处的氧含量偏低的问题，使得生长出的单晶硅的整体氧含量分布较为均匀。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (18)
1.一种单晶硅生长装置，其特征在于，包括：容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚增大，以使得所述硅熔体内的氧含量增加。
2.根据权利要求1所述的单晶硅生长装置，其特征在于，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚呈阶梯式增大。
3.根据权利要求2所述的单晶硅生长装置，其特征在于，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构；和/或，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的外壁呈阶梯状结构。
4.根据权利要求3所述的单晶硅生长装置，其特征在于，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构，所述阶梯状结构的至少一部分位于所述容器的底壁或至少一部分邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
5.根据权利要求3所述的单晶硅生长装置，其特征在于，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的内壁呈阶梯状结构，所述阶梯状结构包括大致沿所述容器的壁厚方向向内延伸的阶梯面，所述阶梯面沿所述容器的周向延伸，在沿所述容器的径向向内的方向上，相邻两个所述阶梯面之间的距离依次减小。
6.根据权利要求1所述的单晶硅生长装置，其特征在于，所述容器包括多个沿所述容器的壁厚方向叠置的多层子容器，相邻两层所述子容器之间限定出阶梯状结构。
7.根据权利要求1所述的单晶硅生长装置，其特征在于，所述容器的内壁邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流的位置形成有凹凸不平结构，所述凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。
8.根据权利要求1所述的单晶硅生长装置，其特征在于，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，所述增氧件设于所述容器本体的内壁后可增加所述容器的内表面积。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的单晶硅生长装置，其特征在于，所述容器的最大壁厚位置邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
10.一种单晶硅生长方法，其特征在于，用于生长单晶硅的单晶硅生长装置包括容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，在沿所述容器的径向向内的方向上，所述容器的壁厚增大，在所述容器旋转过程中从所述容纳腔内的所述硅熔体生长出单晶硅，由于在沿所述容器的径向向内的方向上所述容器的壁厚增大，所述容器内邻近所述容器的底部的所述硅熔体的温度增加，从而使得所述硅熔体内的氧含量增加。
11.根据权利要求10所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器的最大壁厚位置邻近所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处。
12.根据权利要求10所述的单晶硅生长方法，其特征在于，增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
13.根据权利要求12所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器的内壁位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流的部分形成有凹凸不平结构。
14.根据权利要求12所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，通过所述增氧件可增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
15.根据权利要求10所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器的旋转速度不小于5RPM，所述容器内晶棒的旋转速度不小于1RPM，所述容器的旋转方向与所述晶棒的旋转方向相反。
16.一种单晶硅生长方法，其特征在于，单晶硅生长装置包括容器，所述容器为二氧化硅件，所述容器内限定出用于容纳硅熔体的容纳腔，增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积，从而使得所述硅熔体内的氧含量增加。
17.根据权利要求16所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器的内壁位于所述泰勒-普鲁德曼涡流的部分形成有凹凸不平结构，所述凹凸不平结构为阶梯状结构或颗粒状结构。
18.根据权利要求16所述的单晶硅生长方法，其特征在于，所述容器包括容器本体和可拆卸地设于所述容器本体的内壁的增氧件，所述增氧件为二氧化硅件，通过所述增氧件可增加所述容器的位于所述硅熔体的泰勒-普鲁德曼涡流处的内表面积。
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