阅读说明：本技术 一种应用于单晶炉的冷却装置及单晶炉 (cooling device applied to single crystal furnace and single crystal furnace ) 是由 邓先亮 于 2018-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种应用于单晶炉的冷却装置及单晶炉,用于拉制高质量单晶硅棒,其特征在于,所述冷却装置包括：水冷套,所述水冷套包括设置在所述水冷套中的环形冷却水循环管路；导热附件,固定连接在所述水冷套的底端并向下延伸部分长度,用于吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却,其中,所述导热附件的中心设置有空腔,以允许所述单晶硅棒通过,合理控制液面上部温度分布调节单晶硅棒的冷却速率以控制单晶硅棒内部缺陷。(The invention provides cooling devices applied to a single crystal furnace and the single crystal furnace, which are used for drawing high-quality single crystal silicon rods and are characterized in that the cooling devices comprise a water cooling jacket, a heat conduction accessory and a heat conduction accessory, wherein the water cooling jacket comprises an annular cooling water circulation pipeline arranged in the water cooling jacket, the heat conduction accessory is fixedly connected to the bottom end of the water cooling jacket and extends downwards for a part of length, the heat conduction accessory is used for absorbing the heat of the single crystal silicon rods and conducting the heat to the water cooling jacket for cooling, a cavity is arranged in the center of the heat conduction accessory to allow the single crystal silicon rods to pass through, and the temperature distribution on the upper part of a liquid level is reasonably controlled to adjust the cooling rate of.)

一种应用于单晶炉的冷却装置及单晶炉

技术领域

本发明涉及晶体生长设备领域，具体而言涉及一种应用于单晶炉的冷却装置及单晶炉。

背景技术

人工晶体在科学技术和工业生产领域中起到越来越重要的作用，特别是单晶硅作为一种半导体材料，在集成电路和其他电子元件应用越来越广泛。现有的大部分的单晶硅都采用直拉法在单晶炉内生长，直拉法生长单晶硅需要化料、引晶、放肩、等径、收尾和冷却等工艺过程，随着市场对硅片经济性的要求不断提高，导致直拉法制备单晶硅的尺寸不断增大，使得大尺寸单晶硅生长已成为主流。但是随着晶体尺寸的不断增大，拉单晶过程的拉速却不断减小。在拉速较小的情况下，导致晶圆生产效率低，经济效益差。

同时在半导体工业中，随着高端制程不断发展，集成电路(IC)设计规则不断降低，特征线宽逐渐向10nm以下发展。对半导体硅片制造提出了缺陷控制方面更高的要求，需要晶体缺陷控制在更小尺度以符合更高要求。为了达到这种高规格硅片的质量要求，仅仅依靠控制固液界面的V/G(V单晶拉速，G固液界面的轴向温度梯度)比值已经无法满足要求，需要严格控制晶体的热历史。

因此，从经济性和晶体质量控制两方面出发，有必要提出一种新的冷却装置及单晶炉，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在

具体实施方式

部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明一方面提供了一种应用于单晶炉的冷却装置，用于拉制高质量单晶硅棒，所述冷却装置包括：

水冷套，所述水冷套包括设置在所述水冷套中的环形冷却水循环管路；

导热附件，固定连接在所述水冷套的底端并向下延伸部分长度，用于吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，其中，所述导热附件的中心设置有空腔，以允许所述单晶硅棒通过，合理控制液面上部温度分布调节单晶硅棒的冷却速率以控制单晶硅棒内部缺陷。

示例性地，所述导热附件包括连接在所述水冷套底端的至少一个导热筒。

示例性地，所述导热附件包括至少两个具有不同导热性的导热筒。

示例性地，具有不同内径的多个所述导热筒由外向内套设连接在一起，或者，多个所述导热筒的筒内空腔相对并自上而下依次堆叠连接在一起。

示例性地，所述导热附件包括套设在一起的第一导热筒和第二导热筒，其中，所述第一导热筒部分底端还延伸覆盖所述第二导热筒的底面。

示例性地，部分所述第一导热筒的内壁固定连接在所述水冷套的外侧壁上，所述第二导热筒的顶端面连接在所述水冷套的底端面上。

示例性地，所述导热附件包括第一导热筒和第二导热筒，其中，所述第一导热筒的顶端面连接所述水冷套的底端面，所述第二导热筒的顶端面连接所述第一导热筒的底端面。

示例性地，所述水冷套包括管体，所述第一导热筒的顶端面连接所述管体的底端面，其中，所述第一导热筒的筒壁的厚度自下而上逐渐减小至小于或等于所述管体的管壁的厚度。

示例性地，所述第二导热筒的筒壁的厚度与所述第一导热筒底端的筒壁的厚度相等。

示例性地，所述第一导热筒的导热性大于所述第二导热筒的导热性，或者，所述第二导热筒的导热性大于所述第一导热筒的导热性。

示例性地，所述导热附件顶端内径与所述水冷套底端外径相同。

示例性地，所述导热筒的形状为圆筒形、圆锥形、圆台形或它们的组合。

示例性地，所述导热附件的材料包括保温材料、石墨、石英、钨和钼中的至少一种。

示例性地，所述导热附件的内径范围在360mm至600mm之间。

示例性地，所述导热筒的筒壁厚度范围在10mm至250mm之间。

示例性地，所述水冷套还包括：

管体，所述环形冷却水循环管路设置在所述管体的管壁内，其中，冷却水在所述环形冷却水循环管路内循环；

法兰，设置在所述管体的顶端，用于将所述水冷套安装于单晶炉内；

吸热层，覆盖在所述管体的外侧壁表面。

示例性地，所述管体的材料包括不锈钢，所述环形冷却水循环管路包括铜管。

本发明另一方面提供一种单晶炉，用于拉制无缺陷单晶硅棒，所述单晶炉包括：

内部设置有炉腔的炉体；

坩埚，设置在所述炉腔内；

前述的冷却装置，设置在所述坩埚上方的炉腔内，其中，所述导热附件的底端面位于所述单晶炉内的坩埚内的熔融液体的最高液面之上。

示例性地，所述单晶炉还包括：

炉盖，位于所述炉体的上部；

副室，位于所述炉盖的上方，其中，所述水冷套的顶端固定设置在所述炉盖和所述副室之间。

示例性地，所述水冷套的顶端设置有法兰，所述法兰固定设置在所述炉盖和所述副室之间。

示例性地，所述单晶炉还包括：

保温层，设置在所述炉体的内壁上，

导流筒，所述导流筒的顶端固定连接在所述保温层的顶端面上，所述导流筒的底端位于所述坩埚的上方，其中，所述导热附件和所述导流筒之间存在间隔。

本发明的冷却装置包括水冷套和连接在水冷套底端的导热附件，利用导热附件的导热性，吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，其中，所述导热附件的中心设置有空腔，以允许所述单晶硅棒通过，合理控制液面上部温度分布调节单晶硅棒的冷却速率以控制单晶硅棒内部缺陷，并且，导热附件吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，使生长出的单晶硅棒及时冷却，为单晶生长提供动力，从而提高拉速，增加生产效率，节约了成本。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了本发明一个实施方式的单晶炉的局部剖面示意图；

图2A示出了本发明一个实施方式的冷却装置的剖面示意图；

图2B示出了本发明另一个实施方式的冷却装置的剖面示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

随着市场对硅片经济性的要求不断提高，导致直拉法法制备单晶硅的尺寸不断增大。但是随着晶体尺寸的不断增大，拉单晶过程的拉速却不断减小。在拉速较小的情况下，导致晶圆生产效率低，经济效益差。目前，为了提高直拉法制备单晶硅的拉速，引入水冷套，大大缩短了制备一根晶棒的时间，节约了成本。同时在半导体工业中，随着高端制程不断发展，IC设计规则不断降低，特征线宽逐渐向10nm以下发展。对半导体硅片制造提出了缺陷控制方面更高的要求，当衬底材料的缺陷尺寸为ULSI特征线宽的1/3以上时，就成为致命的缺陷，会导致器件失效，因此需要晶体缺陷控制在更小尺度以符合更高要求。

为了达到这种高规格硅片的质量要求，仅仅依靠控制固液界面的V/G(V单晶拉速，G固液界面的轴向温度梯度)比值已经无法满足要求，需要严格控制晶体的热历史。从经济性和晶体质量控制两方面出发，对于传统的水冷套设计提出了挑战。目前常用的水冷套主要是通过过渡法兰固定在副室和炉盖之间，成圆筒型位置在热场上部，晶棒一般从水冷套内部通过。内部一般通过冷却水流经铜管进行冷却，表面镀上吸热性能极强的镀层材料。本申请的申请人发现，通过这样方法设计的水冷套在提高拉速方面具有明显效果，而对于晶体热历史的控制则表现欠佳，从而很可能会导致生长的单晶硅棒中产生缺陷，影响单晶硅棒的质量。

为了克服常规使用的水冷套在晶体冷却热历史精确控制方面的不足，控制单晶硅棒的内部缺陷，本申请提出了一种应用于单晶炉的冷却装置，用于拉制高质量单晶硅棒，冷却装置主要包括：

水冷套，所述水冷套包括设置在所述水冷套中的环形冷却水循环管路；

导热附件，固定连接在所述水冷套的底端并向下延伸部分长度，用于吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，其中，所述导热附件的中心设置有空腔，以允许所述单晶硅棒通过，合理控制液面上部温度分布调节单晶硅棒的冷却速率以控制单晶硅棒内部缺陷。

本发明的冷却装置包括水冷套和连接在水冷套底端的导热附件，利用导热附件的导热性，吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，其中，所述导热附件的中心设置有空腔，以允许所述单晶硅棒通过，合理控制液面上部温度分布调节单晶硅棒的冷却速率以控制单晶硅棒内部缺陷，并且，导热附件吸收单晶硅棒的热量并传导至所述水冷套进行冷却，使生长出的单晶硅棒及时冷却，为单晶生长提供动力，从而提高拉速，增加生产效率。

下面，参考图1、图2A和图2B对本发明的用于单晶炉的冷却装置以及包括该冷却装置的单晶炉进行详细说明，其中，图1示出了本发明一个实施方式的单晶炉的局部剖面示意图；图2A示出了本发明一个实施方式的冷却装置的剖面示意图；图2B示出了本发明另一个实施方式的冷却装置的剖面示意图。

作为示例，如图1所示，所述单晶炉1包括内部设置有炉腔11的炉体、炉盖17以及副室(未示出)，其中，所述炉盖17位于所述炉体的上部，所述副室位于所述炉盖17的上方，生长的单晶硅棒在副室进行冷却至室温。

在一个示例中，在炉腔11内设置有坩埚，用于放置熔融硅料。其中，所述坩埚包括自下而上依次设置的石墨坩埚13和石英坩埚12，也即所述石英坩埚12设置在所述石墨坩埚13内，使用时，石英坩埚12内为熔融硅料。

示例性地，在所述炉体的内壁上设置有保温层18，用于隔绝与外部的热交换，稳定炉腔内的热场。其中，所述保温层18的材料可以是任意适合用于单晶炉的保温材料，该保温材料既能起到隔离作用又能够承受单晶炉内的高温，例如所述保温层18的材料可以为碳化或石墨化的碳纤维毡。

进一步地，所述坩埚还包括坩埚托盘14和坩埚支撑轴15，其中，所述坩埚托盘14设置于坩埚下方，例如设置石墨坩埚13的下方，并与所述坩埚支撑轴15连接，其中，坩埚支撑轴15还贯穿炉体底部的保温层18而设置在炉体的底部内壁上，所述坩埚支撑轴15用于支撑坩埚托盘14并带动所述坩埚升降及旋转。

在一个示例中，所述单晶炉还包括设置于坩埚外侧的侧部加热器16，该侧部加热器16呈筒状环绕在坩埚的外侧，用于对坩埚内的硅原料进行加热形成硅溶液，并形成热场，例如，在石墨坩埚13的外侧，可选地，所述侧部加热器16可以是本领域技术人员熟知的任何适合的侧部加热器16，例如为石墨加热器，侧部加热器由石墨或碳纤维为材料加工而成，具有导电性。可选地，为了电绝缘的要求，在侧部加热器16周围还套有石英材料加工的电极石英护套(未示出)。

在一个示例中，还包括导流筒19，导流筒19设置在坩埚的上方，底端位于坩埚内，如图1所示，底端位于石英坩埚12内，且导流筒19的顶端与保温层18的顶端相连，导流筒19环绕单晶硅棒生长区域，所述导流筒用于隔绝从加热器产生的热量以及引导气流流通，阻断加热器和炉体中的高温熔融硅料直接对单晶硅棒的热辐射，降低单晶硅棒的温度，同时导流筒使得副室向下吹的氩气可以集中直接喷到生长界面附近，加大单晶硅棒的散热。

进一步地，如图1所示，所述单晶炉还包括冷却装置，设置在所述坩埚上方的炉腔内，例如设置在石英坩埚12上方的炉腔内，用于拉制高质量单晶硅棒。

其中，如图1所示，所述冷却装置包括水冷套20以及固定连接在所述水冷套20的底端并向下延伸部分长度的导热附件21，在此为了简便仅以空白方框的形式示出水冷套20和导热附件21，其具体结构在下面的内容中详细描述。

在一个示例中，如图1所示，水冷套20的顶端设置于炉盖和副室之间，所述水冷套20贯穿通过所述炉盖伸入坩埚上方的炉腔内。

进一步地，所述导热附件21的底端面位于所述单晶炉内的坩埚内的熔融液体(例如熔融硅料)的最高液面之上，在不影响晶体生长的前提下，导热附件的底端面可以与最高液面尽可能的接近，以使刚生长出的单晶硅棒的高温部分得到及时冷却。

在一个示例中，所述导热附件21位于所述导流筒内并与导流筒19之间存在间隔。进一步地，如图1所示，导热附件21的中心设置有空腔，以允许单晶硅棒通过，该空腔的尺寸大于单晶硅棒的直径。

为了冷却装置的详细结构进行解释和说明，下面，参考图2A和图2B对两个具体实施中的冷却装置进行描述。

在一个示例中，如图2A和图2B所示，冷却装置包括水冷套20，所述水冷套20包括法兰201、管体202以及设置在所述水冷套20中的环形冷却水循环管路203。示例性地，所述环形冷却水循环管路203设置在所述管体202的管壁内，其中，冷却水在所述环形冷却水循环管路内循环。所述环形冷却水循环管路203上下间隔设置在水冷套内的多个管路构成，所述环形冷却水循环管路203可以是铜管，或者其他的适合的材料。

示例性地，如图2A和图2B所示，法兰201设置在管体202的顶端，用于将所述水冷套20安装于单晶炉内，例如，所述法兰201固定设置在所述炉盖17和所述副室之间，固定在炉盖17和副室之间的炉体上，以使整个水冷套安装于单晶炉的炉腔内。

在一个示例中，为了使水冷套能够更好的吸收热量，在所述管体202的内外侧壁表面均覆盖有吸热层(未示出)，所述吸热层的材料可以是任意适合的材料，特别是具有良好吸热性的黑色的材料。

在环形冷却水循环管路203中通入的可以为室温条件下的冷却水或者经降温后比室温温度更低的冷却水，以和高温的单晶硅棒进行热交换而快速冷却。

在一个示例中，所述水冷套20中包括的法兰201和管体202的材料可以是任意具有良好导热性并耐高温的材料，例如金属材料，其中，较佳地，所述法兰201和管体202为不锈钢。

示例性地，所述冷却装置还包括用于向环形冷却水循环管路203提供冷却水的各种设备，例如冷水机、水箱以及进水管和出水管等，以使环形冷却水循环管路中始终有冷却水循环使用，该些设备可以使用本领域技术人员熟知的任何适合的设备，在此不做具体限定。

进一步地，所述冷却装置包括固定连接在所述水冷套的底端并向下延伸部分长度的导热附件21，其中，所述导热附件包括连接在所述水冷套底端的至少一个导热筒，该导热筒的数量以及形状可以根据实际的温度分布进行合理的选择和变换。其中，所述导热筒的形状为圆筒形(也即圆柱形)、圆锥形、圆台形或它们的组合，通过形状的变换达到精确控制晶体温度梯度分布的目的。

在一个示例中，所述导热附件21顶端内径与所述水冷套20底端外径相同。

在一个示例中，所述导热附件包括至少两个具有不同导热性的导热筒，该不同导热性的导热筒可以通过使用具有不同导热性的材料而制备获得，通过合理的选择具有合适的导热性的材料，来调节整个导热附件的导热性，合理控制液面上部温度分布以精确的控制晶体的温度，其中，该液面是指坩埚内熔融硅料的液面。

在另一个示例中，所述导热附件具有不同内径的多个所述导热筒由外向内套设连接在一起，每个所述导热筒的顶端均连接在水冷套的底端，或者，还可以进一步地，使最外侧的导热筒的底端向内延伸覆盖位于所述内侧的所有导热筒的底面，而最外侧的导热筒的部分内侧壁连接在所述水冷套的外侧壁上，这样的设置方式可以增加导热附件和水冷套连接的稳定性，其中，导热附件21内的允许单晶硅棒穿过的空腔由导热筒的筒内空腔构成，位于最内侧的导热筒的尺寸要大于单晶硅棒的直径，以保证单晶硅棒能够从导热附件内穿过。

在一个具体实施例中，如图2A所示，所述导热附件21包括套设在一起的第一导热筒211和第二导热筒212，其中，所述第一导热筒211部分底端还延伸覆盖所述第二导热筒212的底面。其中，部分所述第一导热筒211的内壁固定连接在所述水冷套20的外侧壁上，也即连接在管体202的外侧壁上，所述第二导热筒212的顶端面连接在所述水冷套20的底端面上，也即连接在管体202的底端面上，或者，也可以是，所述第一导热筒211的部分外侧壁连接在所述水冷套的内侧壁上，所述第二导热筒212的顶端面连接在所述水冷套20的底端面上，所述第一导热筒211部分底端还延伸覆盖所述第二导热筒212的底面。

在一个示例中，第一导热筒和第二导热筒相邻的侧壁相连，或者如图2A所示，第一导热筒211和第二导热筒212相邻的侧壁之间存在间隔。

其中，所述第一导热筒211的导热性大于所述第二导热筒212的导热性，或者，所述第二导热筒212的导热性大于所述第一导热筒211的导热性，在本实施例中，如图2A所示，所述第一导热筒211的材料为石墨，第二导热筒212的材料为石英。

在另一个示例中，多个所述导热筒的筒内空腔相对并自上而下依次堆叠连接在一起，例如，如图2B所示，所述导热附件包括第一导热筒211和第二导热筒212，其中，所述第一导热筒211的顶端面连接所述水冷套20的底端面，所述第二导热筒212的顶端面连接所述第一导热筒211的底端面。

可以使用任意适合的方式使多个导热筒两两连接，例如焊接或者螺接的方式。在该多个导热筒具有不同的导热性时，单晶硅棒在每个导热筒内的冷却速度也就会不同，可以通过选择合适的导热筒的组合利用导热性能的不同达到对液面上部温度分布的控制。

在一个示例中，所述水冷套20包括管体202，所述第一导热筒211的顶端面连接所述管体202的底端面，其中，所述第一导热筒211的筒壁的厚度自下而上逐渐减小至小于或等于所述管体202的管壁的厚度，使所述第一导热筒211得筒壁的剖面形状呈梯形，所述第二导热筒212的筒壁的厚度与所述第一导热筒211底端的筒壁的厚度相等。

在如图2B所示的导热附件21的结构中，第一导热筒其呈圆台形，而第二导热筒的形状呈圆柱形，将两种不同形状的导热筒连接在一起，或者，还可以是第一导热筒的形状呈圆台形，而第二导热筒的形状呈圆柱形，或者也可以是第一导热筒和第二导热筒均为圆台形。

另外，如图2B所示的结构中，所述第一导热筒211的导热性大于所述第二导热筒212的导热性，或者，所述第二导热筒212的导热性大于所述第一导热筒211的导热性，在本实施例中，第一导热筒211的材料为石墨，第二导热筒212的材料为石英，石墨和石英的导热性不同，其中，石墨的导热性大于石英的导热性。在生长的单晶硅晶体自下向上提拉时，其在石英的第二导热筒212中的散热会比在第一导热筒211中的散热慢。

并且，通过变换导热筒的形状，如图2A所示的导热附件的导热性相比如图2B所示的导热附件的导热性更好，其冷却会更快，可根据不同的热场选择适合的形状变换来形成传热性能不同的导热附件，从而达到对液面上部温度分布的控制。

在本实施例中，前述的导热筒可以通过任意适合的方式与水冷套进行连接，包括但不限于焊接的方式，或者，通过螺接的方式与水冷套连接。

可选地，所述导热附件(例如导热筒)的材料包括保温材料、石墨、石英、钨和钼中的至少一种，或者也可以是其他的具有导热性并耐高温的材料，其中保温材料可以包括碳化或石墨化的碳纤维毡。

其中导热附件21的内径与水冷套的内径保持一致或略有差别，例如，所述导热附件的内径范围在360mm至600mm之间，也即位于最内侧的导热筒的内径范围在360mm至600mm之间。

可选地，所述导热筒的筒壁厚度范围在10mm至250mm之间，例如，如图2A所示的结构中，第一导热筒211和第二导热筒212的筒壁的厚度之和在10mm至250mm之间，而在如图2B所示的结构中，可以使第一导热筒211和第二导热筒212的各自的筒壁厚度在10mm至250mm之间，上述厚度仅作为示例，对于其他适合的厚度也可以适用于本发明。

至此完了对本发明的冷却装置以及包括该冷却装置的单晶炉的关键结构的描述，对于完整的冷却装置和单晶炉还可能包括其他的元件，在此不做一一赘述。

由于硅单晶棒是通过对熔融硅料凝固而形成的，而在固化过程中，其固液界面的温度梯度对所形成的晶棒的品质有着重大的作用，如固液界面的在固体内的温度梯度过大，极易使所形成的晶棒中产生间隙硅原子甚至位错群，固液界面的在固体内的温度梯度过小容易形成空位甚至COP缺陷。而合适的V/G影响晶棒的品质，单晶点缺陷的浓度与V/G有关，当V/G等于某一临界值以上时，间隙原子浓度减少，当V/G在某一临界值以下，空位的浓度很少，该两个该临界值约为1.3×10^-3cm^-2min^-1K^-1(或2.2×10^-5cm^-2sec^-1K^-1)左右。因此，在大直径的晶棒的内外的温度差异引起合适的V/G更困难。所以精确控制V/G对于生长无缺陷的硅单晶棒至关重要，而在本发明的技术方案中，由于在水冷套的下方设置导热附件，通过进行不同的形状设计和导热材料的选择来形成传热性能不同的导热附件，从而达到对液面上部温度的精确控制，调整固液界面温度梯度，进而精确控制晶体温度梯度的晶棒内外差异和氧析出程度，减少量产时COP缺陷以及位错群的密度从而生产无缺陷(例如无COP缺陷及位错群)硅单晶棒，最终提高了生产的硅单晶棒的品质和生产效率。

硅单晶制备过程中有时不可避免会生长缺陷，而要做高质量晶体的制备就需要对缺陷产生之后的复合、形核和长大过程进行精确控制。而这些缺陷的产生与其之后相关物理化学变化均与温度具有直接关系，所以精确的控制晶体的温度分布对于控制缺陷的产生和长大具有重要意义。而由于本发明的方案中能对温度进行精确控制，所以可以避免缺陷产生之后的复合、形核和长大过程，控制单晶硅棒内部缺陷的尺寸和数量，最终拉直高质量的单晶硅棒，达到更低特征线宽硅片的要求，以COP缺陷为例，由于水冷套和导热附件对冷却效果的加成，单晶硅棒能够快速通过COP缺陷生长速度最快的温度区域(例如900℃～1100℃)，从而有效防止COP缺陷的长大，控制单晶硅棒内部缺陷。

另外，由于水冷套内部的冷却水可与单晶硅棒进行热交换，对单晶硅进行冷却，使得单晶硅棒散热很快，能够提高单晶硅棒的生长速率，从而提高生产率，节约生产成本。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。