一种直拉单晶的扩肩结构的制作方法

1.本实用新型属于直拉单晶晶体结构的技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶的扩肩结构。


背景技术：

2.直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅应用最广泛的技术，随着市场竞争加剧，成本压力增加，现通过增加拉制单晶直径，发挥通量价值，提高理论产能来降低成本。现有单晶直径的尺寸可提高至φ240以上mm，而伴随着拉晶直径尺寸的增大，其成晶的风险也逐渐增大。扩肩是拉晶成功的重要步骤之一，其直接影响着晶体成晶质量的好坏。
3.现有扩肩结构主要为如图1所示，其外型是从顶部到等径面是同一等量变化幅度的锥形体结构，这种结构是由于温度和拉速持续同步提高而获得的，使得整体结构每一层的直径是逐步扩大直至等径直径。若在扩肩过程中，温度始终不断持续提高，会容易使扩肩中温度过高，尤其是直径尺寸较大时扩肩中的温度无法及时散去，热应力集中，会增加位错，导致成晶率降低。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种直拉单晶的扩肩结构，尤其是适用于大尺寸直径的扩肩，解决了现有技术中由于位错的增加导致成晶率降低的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种直拉单晶的扩肩结构，至少包括两段连续可变的曲面段，两段所述曲面段均呈向靠近中心轴线一侧凸起的结构，并两段所述曲面段之间的连接段呈向远离中心轴线一侧凸起的结构；所有所述曲面段的直径沿其高度方向从顶点到下端面均逐步扩大。
7.进一步的，靠近顶点一侧的所述曲面段的弧面半径大于远离顶点一侧的所述曲面段的弧面半径。
8.进一步的，靠近顶点一侧的所述曲面段的高度大于远离顶点一侧的所述曲面段的高度。
9.进一步的，靠近顶点一侧的所述曲面段的下端面的直径与远离顶点一侧的所述曲面段的下端面的直径之比等于远离顶点一侧的所述曲面段的高度与靠近顶点一侧的所述曲面段的高度之比。
10.进一步的，靠近顶点一侧的所述曲面段的母线夹角为锐角，角度范围为30-70
°
。
11.优选地，靠近顶点一侧的所述曲面段的母线夹角的角度为40-50
°
。
12.进一步的，两个所述曲面段的总的高度不大于晶体的等径直径。
13.进一步的，所述晶体的等径直径不小于240mm。
14.优选地，所述晶体的等径直径为240-350mm。
15.优选地，所述扩肩结构的总高度为160-280mm。
16.采用本实用新型设计的一种直拉单晶的扩肩结构，尤其适用于直径不小于240mm
的晶体的拉制，该结构的扩肩方式可在边长晶边扩散内部温度，以缓除温度集中，使内部应力得到足够释放，从而降低位错的出现几率，提高晶体的成晶率。
附图说明
17.图1是现有技术中扩肩结构的示意图；
18.图2是本实用新型一实施例的扩肩结构的示意图。
19.图中：
20.100、扩肩结构10、上曲面段20、下曲面段
21.30、连接段
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
23.本实施例提出一种直拉单晶的扩肩结构100，如图2所示，至少包括两段连续可变的曲面段，即靠近顶点的上曲面段10和靠近等径段的下曲面段20；上曲面段10和下曲面段20之间设有弧形曲面结构的连接段30，以使上曲面段10和下曲面段20连接为一体，使整个扩肩结构100为一个整体可变的曲面结构，其中，等径段为虚线结构。上曲面段10和下曲面段20的纵向剖面的母线均呈现朝靠近中心轴线一侧方向凸起的弧面结构，也即是均向内凸起；并上曲面段10和下曲面段20之间的连接段30呈现向远离中心轴线一侧凸起的弧面结构，也即是向外凸起。可知，从顶部到等径段的过程中，扩肩结构100的曲面母线是先向内凸起一定高度h1后，再突变扩大且向外凸起，之后再逐步向内凸起一定高度h2，且扩肩结构100的所有曲面段的直径沿其高度h方向从顶点到下端面均逐步扩大。
24.进一步的，靠近顶点一侧的上曲面段10的弧面半径r1大于远离顶点一侧的下曲面段20的弧面半径r2。且靠近顶点一侧的上曲面段10的高度h1大于远离顶点一侧的下曲面段20的高度h2。
25.在上曲面段10的拉制过程中，由于是开始长晶，温度和速度都是在引晶的基础上开始增加，但因在起始阶段长晶时拉晶速度变化不易过大，否则会引起断晶，则需要先提高加热温度才能保持晶体的增长。在这一曲面段中，其拉速速度较小而温度逐步增加，则其整体曲面的半径变化幅度较缓慢，进而其曲面半径r1较大，且上曲面段10的下端面的直径d1是下曲面段20的下端面直径的1/2-3/4。同时为了进一步降低在扩肩的起步阶段中位错的产生，优选地使上曲面段10的高度h1加大，从而可扩大温度的扩散幅度，扩大应力的释放，使在扩肩的开始阶段就减少位错，提高扩肩成晶质量。
26.待上曲面段10拉制完成后即需要继续提高拉速，从而可进一步扩大曲面段的直径，在连接段30的制程中，温度缓慢降低而拉速逐步提高，从而可降低由于温度的变化而影响内部应力变化的幅度，也进一步降低位错增加的几率。由于在这一过程中晶体的拉速加大且拉速的提高幅度较上曲面段10中的幅度大，进而在相对高的变化幅度的拉速和低温度下，导致连接段30的曲面突然向外凸起且其直径均逐步变大且都大于上曲面段10中的下端面的直径。
27.在下曲面段20中，继续扩大拉晶速度并提高至等径段的拉速要求，同时继续降低热场功率，也即是继续降低温度，但在这一过程中，温度下降的变化幅度较上曲面段10的变
化幅度大，从而可使得下曲面段20的母线的弧面半径r2变化较上曲面段10的弧面半径r1陡，也即是，相对于上曲面段10的母线弧面半径r1而言，下曲面段20的母线弧面曲线的半径r2较小。因在上曲面段10阶段中，已经长晶完成的直径是等径直径的1/2-2/3。在这一过程中，由于所有晶线都是在上曲面段10中的基础上延续增长，进而在本阶段中晶体的位错较少。同时，由于下曲面段20的长度较上曲面段10的长度较短且下端面的直径变化范围较上曲面段10的直径变化范围小，从而可知温度可对下曲面段20的影响有限，且随着等径直径的扩大和温度的降低，在本段内温度逐步向外扩散的速度也有所增加，从而使得应力释放也相对提高，进一步降低了位错的发生，提高晶体在扩肩过程中的成晶效果，使整体质量得以改善。
28.进一步的，靠近顶点一侧的上曲面段10的下端面的直径d1与远离顶点一侧的下曲面段20的下端面的直径d2之比等于远离顶点一侧的下曲面段20的高度h2与靠近顶点一侧的上曲面段10的高度h1之比。
29.对于上曲面段10的变化幅度与下曲面段20的变化幅度而言，在上曲面段10的变化过程中其下端面直径d1较小但其长晶的高度h1较大，下曲面段20的变化过程中其下端面直径d2也即是等径直径d，直径d2较大但其长晶的高度h2较小。在实际控制过程中，要求d1/d2＝h2/h1，这样才能保证扩肩拉制的过程中其肩型的一致性，整体变化可控，进一步可提高扩肩时成晶的成晶率。
30.进一步的，靠近顶点一侧的上曲面段10的母线夹角θ为锐角，角度θ的范围为30-70
°
，这是由于，若大于70
°
，则需要更多的多晶硅原料，而且还会加大扩肩面积，使得在扩肩起步阶段其内部的温度无法及时向外扩散，从而使得其内部应力无法得到很好的释放，进而会增加位错的发生；若小于30
°
时，则需要更大的拉速变化幅度和温度的变化幅度，才能获得如此窄面的结构，而温度变化幅度过大会增加应力的集中，进而间接导致位错的扩大，不利于晶体扩肩成晶。优选地，靠近顶点一侧的上曲面段10的母线夹角θ的范围为40-50
°
，此时不仅可进一步降低位错的产生，提高拉晶质量；而且还可降低多晶硅原料的使用，节约生产成本。
31.在本实施例中，扩肩结构100的总高度h不大于晶体的等径直径d。且晶体的等径直径不小于240mm；优选地，晶体的等径直径为240-350mm，且扩肩结构100的总高度h为160-280mm；进一步的，靠近顶点一侧的上曲面段10的下端面的直径是下曲面段20的下端面直径的1/2-3/4。
32.其中，在本实施例中，取晶体的等径直径为：240mm、280mm、300mm、320mm和350mm，相应地，获得扩肩结构100的高度h依次为：160-180mm、180-200mm、200-220mm、230-250mm和260-280mm。
33.采用本实用新型设计的一种直拉单晶的扩肩结构，尤其适用于直径不小于240mm的晶体的拉制，该结构的扩肩方式可在边长晶边扩散内部温度，以缓除温度集中，使内部应力得到足够释放，从而降低位错的出现几率，提高晶体的成晶率。
34.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。