晶体制备装置的副炉室及用于制备晶体硅的装置的制作方法

1.本技术涉及晶体硅制备装置技术领域，尤其涉及一种晶体制备装置的副炉室及用于制备晶体硅的装置。


背景技术：

2.在半导体硅片的制造过程中，单晶硅棒的质量决定硅片的质量，因此提高单晶硅棒的质量至关重要。目前制造单晶硅棒的方法包括直拉法、磁场直拉法、区熔法等，其中直拉法是目前较为常用的单晶硅生产方法。在直拉法生产单晶硅工艺中，直拉单晶炉是制备单晶硅棒的主要设备，采用该设备所制备出的单晶硅棒的成本比较低，机械强度比较高，因此被广泛应用在半导体加工领域中。
3.传统的直拉单晶炉在其主炉体上配有一个副炉室，用于在晶体提拉出熔体后上升到副炉室内部缓慢冷却。现有的直拉单晶炉的副炉室主要为不锈钢内壁层，其副炉室的内壁采用不锈钢材料，并对内壁表面进行抛光处理。然而，对副炉室的内表面不锈钢抛光处理，其反射率较高，使得直拉单晶棒进入副炉室后热量散失速率较慢，冷却时间较长。直拉单晶棒进入散热速率较慢的副炉室，会造成较长时间处于650℃以上的高温阶段，降温速率也较慢，从而会导致氧施主效应增强，以及缺陷增值较快，进而严重影响所制得的单晶硅棒的质量。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种晶体制备装置的副炉室及用于制备晶体硅的装置，能够提高降温速度，降低氧施主效应，有效抑制晶体缺陷的扩展，提高生产效率。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：
6.根据本技术的一个方面，提供一种晶体制备装置的副炉室，包括：
7.炉本体；
8.吸热结构，所述吸热结构形成在所述炉本体的至少部分内表面，所述吸热结构包括凸起部；
9.涂层，所述涂层至少部分覆盖在所述吸热结构上。
10.在一种可能的实现方式中，所述凸起部包括平行于所述炉本体内表面的凸起面和与所述凸起面连接且呈倾斜设置的倾斜面。
11.在一种可能的实现方式中，所述凸起部为多个，相邻所述凸起部之间形成凹陷槽。
12.在一种可能的实现方式中，所述凸起部的凸起高度为2mm至30mm。
13.在一种可能的实现方式中，自所述炉本体内表面的底端至所述炉本体内表面的100mm至3000mm的位置设有所述吸热结构。
14.可选的，所述炉本体内表面的任意位置设有所述吸热结构，所述吸热结构的高度为100mm至3000mm。
15.在一种可能的实现方式中，所述炉本体内表面的50％至100％设有所述吸热结构。
16.可选的，所述炉本体内表面的60％至90％设有所述吸热结构。
17.在一种可能的实现方式中，所述涂层包括吸热材料层，所述吸热材料层包括单向导热材料。
18.在一种可能的实现方式中，所述吸热材料层包括黑镍涂层、黑钴涂层、黑铬涂层或不锈钢阳极氧化涂层。
19.可选的，所述吸热结构的表面设有所述吸热材料层，所述吸热材料层的高度为100mm至3000mm。
20.在一种可能的实现方式中，所述凸起部的垂直于所述炉本体的方向上的截面形状包括梯形、三角形、半圆形、半椭圆形及其组合；和/或，
21.所述凸起部的平行于所述炉本体的方向上的截面形状包括方形、菱形、三角形、五边形、六边形、圆形、椭圆形及其组合。
22.在一种可能的实现方式中，所述涂层的厚度为0.01mm至5mm。
23.在一种可能的实现方式中，所述涂层完全覆盖在所述吸热结构的表面，或者部分所述吸热结构外露于所述涂层。
24.在一种可能的实现方式中，所述吸热结构与所述炉本体一体成型。或者，可选的，所述吸热结构与所述炉本体固定连接。
25.根据本技术的另一个方面，提供一种用于制备晶体硅的装置，包括主炉室及与所述主炉室相连通的如前所述的晶体制备装置的副炉室。
26.在一种可能的实现方式中，所述副炉室的上端设有提拉机构，所述提拉机构的至少部分表面设有所述吸热结构，所述涂层至少部分覆盖在所述吸热结构上。
27.可选的，所述提拉机构包括控制电路、与所述控制电路连接的提拉电机、与所述提拉电机连接的提拉头以及与所述提拉头连接的提拉杆(或提拉绳)，其中至少部分所述提拉杆(或提拉绳)延伸至所述副炉室的内部，至少部分所述提拉头的表面和至少部分所述提拉杆(或提拉绳)的表面设有所述吸热结构和所述涂层。
28.在一种可能的实现方式中，所述主炉室与所述副炉室之间设有隔离阀。
29.在一种可能的实现方式中，所述主炉室内设有石英坩埚和水冷屏。
30.本技术提供的晶体制备装置的副炉室，通过使吸热结构设置在炉本体的内表面，使涂层设置在吸热结构的内表面，利用吸热结构及涂层可以增加辐射面积，提高吸热效率；其中的吸热结构设有凸起部，使得副炉室的内侧壁具有一定的粗糙度并形成具有特殊的表面结构如织构结构表面，进而可以增加涂层的表面积，利于热量的传导，增加吸热效率；此外，该凸起部还利于提高涂层与吸热结构或炉本体的结合强度，使得连接更可靠。由此，可以有效提高晶棒进入副炉室后的降温速率，降低晶棒的氧施主浓度以及有效抑制晶棒缺陷的扩展，并且节约周转时间，提高生产效率。
31.本技术提供的用于制备晶体硅的装置包括前述的晶体制备装置的副炉室，因而至少具有所述的晶体制备装置的副炉室的所有特点和优点，在此不再赘述。
32.本技术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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
33.图1为本技术示例性的一种实施方式提供的晶体制备装置的副炉室的结构示意图；
34.图2为图1中a处的放大剖面结构示意图；
35.图3为本技术示例性的一种实施方式提供的吸热结构示意图；
36.图4为本技术示例性的另一种实施方式提供的吸热结构示意图；
37.图5为本技术示例性的一种实施方式提供的用于制备晶体硅的装置的结构示意图；
38.图6为本技术示例性的一种实施方式提供的提拉机构的结构示意图。
39.附图标记：
[0040]1‑
副炉室；
[0041]
11
‑
炉本体；
[0042]
12
‑
吸热结构；120
‑
凸起部；121
‑
凸起面；122
‑
倾斜面；123
‑
底面；
[0043]
13
‑
涂层；
[0044]2‑
主炉室；
[0045]
21
‑
炉盖；
[0046]3‑
隔离阀；
[0047]4‑
石英坩埚；
[0048]5‑
水冷屏；
[0049]6‑
提拉机构；
[0050]
61
‑
提拉头；62
‑
提拉杆。
[0051]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
具体实施方式
[0052]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0053]
在本技术的描述中除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0054]
需要理解的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
[0055]
需要说明的是，本文中使用的术语“和/或”或者“/”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
[0056]
在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本实用新型中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。
[0057]
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”的定义与通常的内、外定义一致，如“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
[0058]
本领域技术人员理解，如背景技术所言，现有的单晶炉的副炉室结构或多或少的还存在一定的缺陷，例如副炉室的内侧面材料或结构散热速率较慢、冷却时间较长，降低了拉晶效率，影响了产品品质。因此，有必要对副炉室的材料或结构进行改进，尤其是对副炉室的内侧面进行改进，以达到提升散热速率、减短冷却时间、确保所制备的产品品质的目的。具体技术方案的描述参见下文。
[0059]
请参照附图1至图5所示，在本技术的一些实施例中，提供了一种晶体制备装置的副炉室，该副炉室1包括：
[0060]
炉本体11；
[0061]
吸热结构12，吸热结构12形成在炉本体11的至少部分内表面，吸热结构12包括若干个凸起部120；
[0062]
涂层13，涂层13至少部分覆盖在吸热结构12上。
[0063]
在一些实施例中，该晶体制备装置的副炉室1可以为直拉单晶炉的副炉室，也即，该副炉室1可应用在直拉法制备单晶硅棒的相关领域中。此外，在其他的实施方式中，其他晶体制备装置对散热速率或冷却时间等有改进需求的也可以应用本技术实施方式所提供的副炉室1，本技术实施例对此不作限制。
[0064]
根据本技术实施例提供的晶体制备装置的副炉室1，通过使吸热结构12覆盖在炉本体11的至少部分内表面，使涂层13覆盖在吸热结构12的至少部分表面，其中的吸热结构12具有凸起部120，使得副炉室1的内侧壁具有一定的粗糙度并形成具有特殊的表面结构如织构结构表面，可以增加辐射面积，用于吸热，并在该织构结构的表面涂覆高吸热效率的涂层13，可以进一步强化吸热效果，提高吸热效率，这样，直拉单晶硅棒进入副炉室1后能够较快降温。由此，本技术实施例利用吸热结构12及涂层13的设置可以增加辐射面积，更利于热量的传导，能提高吸热效率；此外，该凸起部120还利于提高涂层13与吸热结构12或炉本体11的结合强度，降低涂层13脱落或分层的风险，使得连接更可靠。
[0065]
从而，将本技术实施例的晶体制备装置的副炉室1应用在直拉单晶硅的制备中时，由于其能有效提高单晶硅棒进入副炉室1后的降温速率，减短冷却时间，从而能够降低晶棒的氧施主浓度以及有效抑制晶棒缺陷的扩展，并且节约单晶周转时间，提高生产效率。还可以减小单晶生长固液界面中心
‑
边缘高度差，从而减小单晶硅径向电阻率等品质差异。进一步，将本技术实施例的晶体制备装置的副炉室1应用在直拉单晶硅的制备中时，由于其能有效提高单晶硅棒进入副炉室1后的降温速率，还可以有效提高直拉单晶等径速率，提高直拉单晶速度，进而提高单晶日产，缓解现有的单晶炉提升等径拉晶速率达到瓶颈期的问题，并能提高单晶固液界面中心散热速率，有效减小大尺寸单晶棒径向电阻率、氧含量等径向品
质差异，确保产品品质。
[0066]
上述吸热结构12形成在炉本体11的至少部分内表面是指，炉本体11的全部内表面可以设置有吸热结构12，或者炉本体11的部分内表面设置有吸热结构12。该吸热结构12可以为能够增加辐射面积的表层织构结构。
[0067]
上述涂层13至少部分覆盖在所述吸热结构12上是指，涂层13形成在吸热结构12之上以进一步提高吸热率，且涂层13可以将吸热结构12完全覆盖，或者部分吸热结构12的凸起部120可以外露于涂层13。具体地，在一些实施例中，涂层13完全覆盖在吸热结构12的表面。在另一些实施例中，部分吸热结构12的凸起部120外露于涂层13。
[0068]
在满足所需的吸热率的基础上，上述副炉室1中的吸热结构12的凸起部120的形状或尺寸可以任意调整，以更便于生产制造。例如，在一些情况下，吸热结构的多个凸起部120凸出的高度并不一定是均匀的高度，因此，在吸热结构上涂覆形成涂层13后，有可能部分凸起部120并未被覆盖到，即是，至少部分吸热结构的凸起部120不被涂层13覆盖。
[0069]
根据本技术实施例，上述副炉室1中，通过吸热结构12以及涂层13设置，增加了辐射面积，提高了吸热率，能使直拉单晶棒进入副炉室1后可以较快速度的降温，进而，炉本体11的材料可以具有多种的选择，丰富了炉本体11的材料的选择多样性。本技术实施例对于炉本体11的材质的具体类型不作限制，可以将吸热结构12及涂层13形成在本领域常用的炉体材料上，例如，炉本体11的材质可以为不锈钢或碳钢或铁基材料或复合材料等，具体可以根据实际情况进行选择。
[0070]
在一些实施例中，涂层13包括吸热材料层(也称吸热涂层)，吸热材料层包括单向导热材料。将吸热材料涂覆于吸热结构12之上可形成涂层13即吸热材料层，可用于吸收热量，强化吸热效果。应理解的是，为保证制备过程中的热量被吸收后，不易反向传导，吸热材料应当是具有较高的吸收比，以及较低的法向发射比的材料。
[0071]
在一些实施例中，形成吸热材料层的材料包括单向导热材料，吸热材料层包括黑镍涂层、黑钴涂层、黑铬涂层、不锈钢阳极氧化涂层。例如，吸热材料层可以为黑镍涂层，可以为黑钴涂层，可以为黑铬涂层，可以为不锈钢阳极氧化涂层，也可以为如上几种吸热材料所形成的复合涂层。当然，吸热材料层的材料并不限于此，而是还可以包括氧化铜涂层等其他高吸热系数涂层材料，本技术实施例在此不作限定。
[0072]
可以理解的是，上述列举的几种材料均为涂层材料，且为吸热系数较高的涂层材料，采用涂层的形式可形成于吸热结构上，工艺简单，便于控制。
[0073]
上述涂层13的形成方式为涂覆，涂覆包括但不限于喷涂、刷涂、滚涂等，也即可以采用喷涂、刷涂、滚涂等方式在吸热结构表面均匀制备一层吸热涂层，由此工艺简单，方便制作。
[0074]
在一些实施例中，吸热结构12与炉本体11一体成型。或者，在另一些实施例中，吸热结构12与炉本体11固定连接。也就是，该吸热结构12可以与炉本体11是一体式的结构，吸热结构12是炉本体11位于其内表面处的部位所形成；或者，该吸热结构12可以与炉本体11是分体式的结构，吸热结构12由其他材料所形成，例如可以在炉本体11的内表面喷涂一层材料以形成吸热结构。基于连接可靠性以及方便制作等方面考虑，较佳的，吸热结构12与炉本体11一体成型。例如，可以通过刻蚀或压花或机械加工等方法在炉本体基材上形成花纹或具有凹凸结构的图案，将带有花纹或图案的炉本体基材制作形成炉本体。
[0075]
根据本技术实施例，可以采用刻蚀、冲压或者铸造等方式在炉本体11内表面制作均匀分布的凹凸结构花纹，以形成吸热结构12，花纹形状可以为点或者环。凹凸结构花纹可局部或者整体分布，凹凸结构花纹可以包括多个凸起部120。凸起部120可以呈网状排布，也可以离散分布，其可以规律分布或随机无规律分布。例如，该吸热结构12可以分布于炉本体11的整个内表面，或者也可以分布于炉本体11的部分内表面。
[0076]
如图1或图5所示，在一些实施例中，自炉本体11内表面的底端至炉本体11内表面的100mm至3000mm的位置设有吸热结构12。或者，在一些实施例中，炉本体11内表面的任意位置设有吸热结构12，吸热结构12的高度为100mm至3000mm。
[0077]
可以理解的是，吸热结构12可以仅分布于炉本体11的部分内表面，例如从炉本体11的最低位置即底端到100mm至3000mm的位置可以设置有吸热结构12，从炉本体11的100mm至3000mm的位置到最高位置即顶端可以不设置吸热结构12。或者，也可以从炉本体11的任意位置制备需求高度的吸热结构12，只要使得所制备的吸热结构12的整体高度满足100mm至3000mm的范围即可。
[0078]
将吸热结构12分布于炉本体11底端至100mm
‑
3000mm处，该区域为主要使用区域，对吸热率要求高，因而，将吸热结构12分布于炉本体11底部至100mm
‑
3000mm处更有利于提高吸热效果，能使直拉单晶棒进入副炉室1后更快的降温，节约单晶周转时间，提高产品质量。
[0079]
进一步，在一些实施例中，吸热结构12的表面设有吸热材料层，吸热材料层的高度为100mm至3000mm。可以理解的是，吸热材料层的高度与吸热结构12的高度是相适应的，如吸热结构12分布于炉本体11底端至100mm
‑
3000mm时，吸热材料层也可以分布于炉本体11底部底端至100mm
‑
3000mm；或者也可以从炉本体11的任意位置制备需求高度的吸热材料层。
[0080]
在一些实施例中，炉本体11内表面的50％至100％设有吸热结构12。进一步，在一些实施例中，炉本体11内表面的55％至90％设有吸热结构12。进一步，在一些实施例中，炉本体11内表面的60％至85％设有吸热结构12。例如，炉本体11内表面的50％、55％、60％、65％、70％、80％、85％、90％、95％或100％设有吸热结构12。通过对吸热结构12所占的表面积的比例的优化及调整，更利于提高直拉单晶棒进入副炉室1后的速度降温，降低单晶硅棒的氧施主浓度以及有效抑制单晶棒缺陷的扩展，并且节约单晶周转时间。
[0081]
如图3或图4所示，在一些实施例中，凸起部120包括平行于炉本体11内表面的凸起面121和与凸起面121连接且呈倾斜设置的倾斜面122；该凸起部120还可以包括与炉本体11内表面直接接触的底面123，该底面123也属于炉本体11内表面的一部分，该倾斜面122连接在凸起面121与底面123之间。这样可以形成增加辐射面积的织构结构，利于增强吸热。另外，上述凸起面121也可称为织构斜顶部面，上述倾斜面122也可称为斜坡面，上述底面123也可称为底部。
[0082]
需要指出的是，该倾斜面122与底面123之间的夹角可以在0
°
至180
°
之间变化(不包括0
°
和180
°
)。在一些特殊的情况下，倾斜面也可以不呈倾斜设置，即当倾斜面与底面之间的夹角呈90
°
时，倾斜面与底面垂直，凸起部的垂直于炉本体11的方向上的截面形状也可以为正方形或长方形。
[0083]
根据本技术实施例，吸热结构12的具体样式是可以多种多样的，例如吸热结构可以为网状连接结构，或者矩阵排列的图案单元，或者由多个花纹单元排列而成等。在一些情
况下，吸热结构可以仅包括凸起部，或者在另一些情况下，吸热结构可以包括多个凸起部和多个凹陷槽，凹陷槽位于相邻两个凸起部之间。具体地，在一些实施例中，吸热结构包括多个凸起部，相邻两个凸起部之间形成凹陷槽。
[0084]
在一些实施例中，凸起部120的垂直于炉本体11的方向上的截面形状包括梯形、三角形、半圆形、半椭圆形及其组合；和/或，凸起部120的平行于炉本体11的方向上的截面形状包括方形、菱形、三角形、五边形、六边形、圆形、椭圆形及其组合。此外，凸起部120垂直于炉本体11方向或平行于炉本体11方向上的形状并不限于此，而是还可以包括其他规则或不规则的形状。由此，丰富了凸起部120的形状结构，使其的形状结构可以设计为多样化，灵活性好，通用性强。
[0085]
需要指出的是，图2至图4中的吸热结构或凸起部仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制；本技术的凸起部可以为以上所列举的几种规则的形状，也可以为其他类型的规则形状或不规则的形状。
[0086]
在一些实施例中，凸起部120的凸起高度为2mm至30mm。进一步，在一些实施例中，凸起部120的凸起高度为3mm至25mm。进一步，在一些实施例中，凸起部120的凸起高度为5mm至20mm。通过对凸起部120的凸起高度的调整及优化，能够进一步增加辐射面积，强化吸热效果，还可以减少或避免对凸起部的损坏。需要说明的是，凸起部的凸起高度为吸热结构的峰顶到峰底之间的距离。
[0087]
在一些实施例中，涂层13的厚度为0.01mm至5mm。进一步，在一些实施例中，涂层13的厚度为0.1mm至4.5mm。进一步，在一些实施例中，涂层13的厚度为0.5mm至4mm。通过控制涂层的厚度在适宜的范围内，有助于在保证获得所需的吸热效果的前提下，降低成本。
[0088]
如图5和图6所示，在一些实施例中，还提供一种用于制备晶体硅的装置，其包括主炉室2及与主炉室2相连通的前述任一实施例的晶体制备装置的副炉室1。
[0089]
根据本技术实施例，该用于制备晶体硅的装置可以为单晶炉，单晶炉一般分为主炉室2和副炉室1，晶硅原料在主炉室2内加热融化，通过直拉法形成高温硅棒，并在副炉室1内冷却形成成型硅棒。
[0090]
在一些实施例中，主炉室2与副炉室1之间设有炉隔离阀3。在制备单晶硅时，在副炉室1内成型结束后，需要将副炉室1与从单晶炉上分离，副炉室1会被转移到其他设备上进行后续加工。一般，为保持分离时主炉室2内的气压稳定，一般会在副炉室1和主炉室2之间增设炉隔离阀3。
[0091]
进一步，该主炉室2顶部设有炉盖21，该炉盖21与副炉室1底部之间连通设置有炉隔离阀3。
[0092]
在一些实施例中，主炉室2内设有石英坩埚4和水冷屏5，该水冷屏5位于石英坩埚4的上方。
[0093]
在一些实施例中，用于制备晶体硅的装置还包括用于提拉晶棒的提拉机构6、加热机构、保温机构等。
[0094]
应理解，上述用于制备晶体硅的装置的核心在于包括本技术实施例所提供的副炉室1，其所包含的主炉室2或石英坩埚4、水冷屏5、加热机构、保温机构等结构及其连接关系可以为本领域熟知的各种结构类型及连接方式，本技术实施例对此不作限制，在此不再赘述。
[0095]
如图5和图6所示，在一些实施例中，上述副炉室1的上端设有提拉机构6，提拉机构6的至少部分表面设有如上所述的吸热结构12，如上所述的涂层13至少部分覆盖在吸热结构12上。根据本技术实施例，提拉机构6中的吸热结构12和涂层13，与前述副炉室1中的吸热结构12和涂层13的相关特征如形状、结构等可相同或类似，因而可参照前述副炉室部分对于吸热结构和涂层的描述，在此不再赘述。
[0096]
在一些实施例中，提拉机构6包括控制电路、与控制电路连接的提拉电机、与提拉电机连接的提拉头61以及与提拉头61连接的提拉杆62(或提拉绳)，其中至少部分提拉杆62(或提拉绳)延伸至副炉室1的内部，至少部分提拉头61的表面和至少部分提拉杆62(或提拉绳)的表面设有吸热结构12和涂层13。
[0097]
该提拉机构6中，提拉头61或提拉头61及提拉杆62可以设有吸热结构12和涂层13。例如提拉头61的部分表面或全部表面可以设有吸热结构12和涂层13，提拉杆62的部分表面或全面表面可以设有吸热结构12和涂层13。由此，通过在提拉头、提拉杆上设置吸热结构和涂层，可以进一步加强吸热效果，提高降温速度，进而降低单晶硅棒的氧施主浓度以及有效抑制单晶棒缺陷的扩展，并且节约单晶周转时间，提高生产效率。
[0098]
为了充分说明本技术的副炉室能提高等径速率、确保产品品质的优势，便于理解本技术，下面结合单晶硅的制备工艺对本技术作进一步说明。本领域的技术人员将理解，所描述的工艺实例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本技术，其他任何合适的具体实例均在本技术的范围内。
[0099]
在一些实施例中，采用上述用于制备晶体硅的装置进行单晶硅的制备，包括：将内壁表面设有吸热结构和涂层的直拉单晶炉副炉室安装到单晶炉，利用该单晶炉制备单晶硅，具体包括以下步骤：
[0100]
(1)将多晶硅原料以及镓掺杂剂放入石英坩埚中。
[0101]
在一些具体的实施方式中，多晶硅原料可以是原生多晶硅料、n型或者p型单晶循环料等，掺杂剂可以为n型或者p型；多晶硅原料以及掺杂剂的具体类型可以根据实际需求进行选择添加。此外，掺杂剂的掺杂量可以根据电阻率需求计算，并以此为根据称取适量的掺杂剂，加入至石英坩埚中。
[0102]
(2)将石英坩埚置于单晶炉内，抽真空，并在惰性气体保护下熔化多晶硅原料，得到硅熔体。
[0103]
在一些具体的实施方式中，惰性气体例如可以为氩气、氮气、氦气中的至少一种。
[0104]
在熔料过程中，控制单晶炉内的温度为1420℃
‑
1570℃，例如可以为1420℃、1450℃、1480℃、1500℃、1520℃、1540℃、1560℃、1570℃等。优选地，单晶炉内的温度为1520℃，以得到熔融的液态硅。
[0105]
(3)当所述硅熔体温度稳定后，将晶种浸入所述硅熔体中开始引晶。
[0106]
在一些具体的实施方式中，所述硅熔体温度稳定的成晶液面温度在1420℃
‑
1480℃，此时，石英坩埚内硅液温度稳定。
[0107]
在一些具体的实施方式中，从进入引晶阶段，在引晶过程中，控制水冷热屏的水流量为40slpm
‑
160slpm，石英坩埚的转速为4r/min
‑
10r/min，单晶炉内温度为1420℃
‑
1480℃，单晶炉内压强为1000pa
‑
3000pa，惰性气体的流量为50slpm
‑
200slpm。
[0108]
引晶速度为40mm/h
‑
500mm/h，例如可以是40mm/h、50mm/h、100mm/h、200mm/h、
300mm/h、500mm/h等，在此不做限定。
[0109]
在引晶过程中，可以增大水冷热屏底部与硅熔体表面之间的距离，设定为60mm
‑
80mm，以提高引晶成功率。
[0110]
由此，在上述炉内温度、压力、水冷热屏的水流量、惰性气体的流量、石英坩埚的转速、引晶速度范围内，有助于提高引晶成功率。
[0111]
(4)引晶结束后，开始放肩，使得晶体的直径逐步增大至预设宽度，再进行等径生长。
[0112]
在一些具体的实施方式中，在放肩过程中，控制水冷热屏的水流量为40slpm
‑
160slpm，石英坩埚的转速为4r/min
‑
10r/min，单晶炉内温度为1420℃
‑
1460℃，单晶炉内压强为1000pa
‑
3000pa，惰性气体的流量为50slpm
‑
200slpm。
[0113]
晶体的第一提拉速度可以为40mm/h
‑
80mm/h，使得晶体的直径逐步增大至10mm
‑
350mm。具体的，晶体的第一提拉速度例如可以为40mm/h、55mm/h、65mm/h、80mm/h等，晶体的直径逐步增大至40mm、100mm、150mm、225mm、245mm、285mm、315mm或350mm等。晶体的直径范围可根据电池片对硅片的尺寸要求进行设计控制，在此不做限定。
[0114]
可以理解，放肩过程中，晶体内部温度梯度小，为保证拉晶稳定性，晶体的生长速度较慢，晶体提拉速度也较慢。并且，在整个放肩过程中，单晶炉内的温度可以逐渐下降，不可升温。
[0115]
在放肩过程中，可以适当减小水冷热屏底部与硅熔体表面之间的距离，提升水冷热屏对晶体棒吸热的能力。
[0116]
在一些具体的实施方式中，等径生长过程中，控制水冷热屏的水流量为40slpm
‑
160slpm，石英坩埚的转速为4r/min
‑
10r/min，单晶炉内温度为1420℃
‑
1460℃，单晶炉内压强为1000pa
‑
3000pa，惰性气体的流量为50slpm
‑
200slpm。
[0117]
晶体的第二提拉速度可以为70mm/h
‑
140mm/h，例如可以为70mm/h、80mm/h、130mm/h、140mm/h等，在此不做限定。可以理解，在等径生长阶段，晶体已开始进入水冷热屏区域或完全进入水冷热屏区域，水冷热屏可快速将晶体热量吸收，使得晶棒温度梯度变大，此阶段为保证生长效率，晶体生长速度加大，可提高晶体的提拉速度。
[0118]
等径的第三提拉速度可以为90mm/h
‑
150mm/h，例如可以为90mm/h、100mm/h、150mm/h等，在此不做限定。
[0119]
本技术实施例中，当晶棒进入增强吸热的副炉室后大幅提高晶棒中上部散热，拉动了等径阶段单晶生长界面的散热，提高了单晶硅棒生长效率，可提高晶体的等径速率5
‑
10mm每小时。
[0120]
(5)等径生长完成后，进入收尾阶段，使得晶体的直径逐步缩小直至与硅熔体分离。
[0121]
在该过程中，控制水冷热屏的水流量为40slpm
‑
160slpm，石英坩埚的转速为4r/min
‑
10r/min，单晶炉内温度为1420℃
‑
1460℃，单晶炉内压强为1000pa
‑
3000pa，惰性气体的流量为50slpm
‑
200slpm。
[0122]
(6)生长完成的晶体冷却至室温后取出，得到n型/p型单晶硅棒。
[0123]
由以上可以看出，采用本技术实施例的副炉室，等径过程的提拉速度最高可达到150mm/h，能够提高晶体的等径速率5
‑
10mm每小时，从而可以提高直拉单晶炉每日单产，提
高单晶固液界面中心散热速率，减小大尺寸单晶棒径向电阻率、氧含量等径向品质差异。
[0124]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。