具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着微电子产业制程的不断提升，对硅晶圆材料的品质有了更高的要求，而好的品质意味着要管控好晶棒中的晶体缺陷。晶棒中的晶体缺陷主要分为两大类，一类是由过饱和的间隙(interstitial)聚集而成的间隙型缺陷，这类缺陷不会影响MOS元器件栅极氧化物完整性(gate oxide integrity，简称GOI)；另一类是由空位(vacancies)聚集而成的空位型缺陷，这类生长缺陷对GOI的良率影响很大，常见的间隙型缺陷有COPs(crystaloriginated particles)、FPD(flow pattern defects)、LSTDs(laser scatteringtomography defects)等。这些缺陷的生成与晶棒的轴向温度差G有关，而轴向温度差G可以根据热场的设计进行调节。

热场中关于导流筒的设计至关重要，其直接影响了晶棒轴向温度差G和晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值ΔG的大小，进而影响晶棒中的缺陷类型和分布。在拉晶过程中，由于现有导流筒的局限性，导致液面大量热量传输到晶棒表面，这导致晶棒边缘区域的轴向温度变小，而晶棒中心区域的轴向温度差基本不变；进而使得ΔG增大，根据V/G理论，此时空位型缺陷会集聚生长，这将减少无缺陷的区域，不利于晶棒的无缺陷生长。

由此，如图1-5所示，本发明实施例提供一种组合套筒，所述组合套筒2设置于导流筒1内，可以包括：内筒21、隔热层22以及外筒23，其中，内筒21的最小内径大于晶棒3的直径，以便晶棒3可以通过内筒21的内部空间；而外筒23则套设于内筒21外，外筒23的一端形成有一圈外凸缘，所述外凸缘用于与导流筒1的底部搭接，也就是说，组合套筒2设置于导流筒1的底部，导流筒1的内径逐渐减少，组合套筒2可以通过外凸缘搭设在导流筒1的内壁实现限位固定；隔热层22则设置在内筒21和外筒23之间，隔热层22具有良好的隔热保温效果。通过设置组合套筒2在导流筒1的内底部，可以使得晶棒的轴向温度差G可调范围变广，继而使得晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值ΔG接近于理想值，从而获得无缺陷区域较大晶棒，由此提高生长得到的晶棒的整体品质。

如图2-3所示，在本发明的一些实施例中，内筒21的内径自一端向另一端逐渐减小，也就是说，在竖向设置的安装状态下，内筒21的内径自上而下逐渐减小，内筒21的轴向截面成锥形设置，也即内筒21的厚度自上而下逐渐增加，通过将内筒21设置成这样的形状，可以利用内筒21厚度较厚的底部很好的阻挡下方高温熔液所传递的一部分热量，以免晶棒边缘处的轴向温度差变小、而晶棒中心处的轴向温度差却基本不变、进而使得ΔG增大的问题。

在一些可选实施例中，内筒21和外筒23的材质可以为石墨、钼中的任意一者，内筒21和外筒23可以选用相同的材质，也可以选用不同的材质，石墨和钼的化学性质稳定、耐腐蚀、耐高温，可以保证在高温的单晶炉内保持稳定。

如图4所示，本发明的一些实施例中，隔热层22设置在内筒21和外筒23之间，隔热层22的侧壁均布有若干导热孔221，由于隔热层22具有较好的隔热保温效果，而一定的热量又可以通过导热孔221传输到晶棒3的表面，从而通过控制导热孔221的数量，可以控制传输到晶棒3的表面的热量值，从而实现对晶棒3的轴向温度差的调节控制，以使晶棒获得更大的无缺陷区域。在可选的实施例中，隔热层22具体可以是碳纤维隔热毡，碳纤维隔热毡具有良好的隔热保温效果，并且耐高温，可以适应单晶炉的炉内高温。

如图5-6所示，本发明实施例中，外筒23的外周面形成有若干环形凸纹，若干环形凸纹沿外筒23的轴向间隔设置，这些环形凸纹可以增加热量的轴向传输，从而使得晶棒3的轴向温度差维持在一个较为理想的范围内，以形成利于无缺陷晶棒的生长环境。在一些可选的实施例中，若干环形凸纹可以成波浪状环绕在外筒23的外周，也可以成螺旋状环绕在外筒23的外周。

如图5-7所示，在本发明的一些实施例中，内筒21、隔热层22以及外筒23的同一侧部位开设有一监控缺口，该监控缺口用于为晶棒直径监控装置提供监测通道；也就是说，由于组合套筒2设置于导流筒1的底部，包围住了晶棒3，因此，为了方便对晶棒3的直径进行实时的监控，需要在组合套筒2上开设监控缺口，也即在内筒21、隔热层22以及外筒23的同一侧部位开设监控缺口以提供检测通道，从而晶棒直径监控装置可以通过该监控缺口对晶棒3的直径进行监控。

而在本发明的另一些实施例中，监控缺口的边缘设置有密封挡块，也就是说，为了保护内筒21和外筒23之间的隔热层22，需要设置若干与监控缺口形状相吻合的密封挡块对监控缺口进行密封处理。在具体实施例中，可以采用第一密封挡块231、第二密封挡块232和第三密封挡块233进行密封，三者的形状根据监控缺口的形状进行制作，因而可以较好的对监控缺口进行密封。

如图8所示，图8为晶体缺陷在晶棒纵向剖切面的分布情形，从图中可以看出，在没有本发明实施例中的组合套筒的情况下，空位型缺陷部分的曲线(即曲线①)变化很大，两端下凸很明显，这是由于该区域晶棒的表面接收过多的热量，晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差差异增大，这很大程度上减少了无缺陷区域；而在增加了本发明实施例中的组合套筒之后，空位型缺陷部分的曲线(即曲线②)变化很小，曲线趋于平缓，这是由于在组合套筒的作用下，晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值被调节到较理想的值，从而获得了较大的无缺陷区域。

根据本发明实施例的组合套筒，内筒21呈锥形截面设置可以很好的阻挡下方高温熔液所传递的一部分热量，而隔热层22具有较好的隔热保温效果，而一定的热量又可以通过导热孔221传输到晶棒3的表面，至于外筒23则可以通过外周面上的若干环形凸纹增加热量传输，通过多方面的措施，使得晶棒3的轴向温度差的可调范围变广，继而可以调节晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值ΔG接近于理想值，从而获得无缺陷区域较大晶棒，由此提高生长得到的晶棒的整体品质。

如图1所示，本发明另一方面实施例还提供了一种单晶炉，所述单晶炉包括上述任一项实施例中所述的组合套筒1，还包括坩埚和导流筒1，其中，坩埚包括石墨坩埚4和石墨坩埚4内部的石英坩埚5，石英坩埚5用于盛放硅熔液6，导流筒1设置在坩埚上方，组合套筒2则搭设于导流筒1的内底部，组合套筒2的外筒23的外凸缘应能够被导流筒1的底部内壁所限位，以确保能够将组合套筒2限位固定在导流筒1的内底部。

在本发明的一些实施例中，内筒21、隔热层22以及外筒23的同一侧部位开设有一监控缺口，所述单晶炉还包括晶棒直径监控装置7，晶棒直径监控装置7用于通过组合套筒2上的监控缺口监控晶棒的直径，以实时获取晶棒3的生长直径，以便及时调整相应的生长条件。

根据本发明实施例的单晶炉，具有更好的调节晶棒轴向温度差的能力，调节范围更广，调节能力更强，可以很好地将晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值调节到理想值，从而创造有利于晶棒的无缺陷生长的环境。

本发明又一方面实施例还提供了一种单晶硅棒，所述单晶硅棒采用上述实施例中的单晶炉制得。由于上述实施例中的单晶炉可以很好地提供晶棒的无缺陷生长的环境，因此采用上述单晶炉制得的单晶硅棒几乎没有缺陷，品质高，从而提高了后续通过单晶硅棒制得的硅片的质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。