CN117005020A - 一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，包括：第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，第一扩肩阶段中，将埚位从第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩，并在拉制过程中降低温度；第二扩肩阶段中，埚位保持不变，将第一拉速改变至第二拉速，使用第二拉速继续在第一段肩的底部拉制第二段肩，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成。本发明的有益效果是将现有技术中的只有一段肩分为两段肩进行拉制，增大整个扩肩部分的表面积，从而从物理角度加快了散热速度，增加单晶的散热能力，使单晶生长中的界面翻转过程从等径阶段加快至扩肩阶段中，在扩肩阶段使其完成界面翻转。
Description
技术领域
本发明属于光伏半导体工艺技术领域，尤其是涉及一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺。
背景技术
在直拉法单晶硅生长的过程中，扩肩(又称放肩)是整个拉晶流程的关键步骤之一，扩肩主要目的是通过降低熔体温度，结合晶体提升拉速，将晶体由籽晶直径放大至保持直径。扩肩工艺不合理将直接导致扩肩断苞或等径前期断苞。
在大尺寸单晶生长过程中，由于单晶直径大，整体散热能力较常规M2单晶偏弱，出炉单晶生长界面为凸向液面或马鞍状，导致大尺寸单晶扩肩断苞，等径前期断苞比例高。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，有效的解决大尺寸单晶生长过程中，由于单晶直径大，整体散热能力较常规M2单晶偏弱，出炉单晶生长界面为凸向液面或马鞍状，导致大尺寸单晶扩肩断苞，等径前期断苞比例高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，包括：
稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，其中，
所述第一扩肩阶段中，将所述埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩，并在拉制过程中降低温度；
所述第二扩肩阶段中，所述埚位保持不变，将所述第一拉速改变至第二拉速，使用所述第二拉速继续在所述第一段肩的底部拉制第二段肩，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成。
优选地，所述第一位置为坩埚内的液面距导流筒20-30mm处。
优选地，所述第二位置为坩埚内的液面距导流筒15-25mm处。
优选地，所述第一拉速范围为50-65mm/h。
优选地，所述第二拉速高于所述第一拉速，其范围为70-90mm/h。
优选地，所述第一扩肩阶段中，降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，第一功率的降幅范围为7-17kw。
优选地，所述第二扩肩范围中，继续降低加热器的功率，从而进行降温，其中，第二功率的降幅范围为3-8kw。
优选地，所述第一段肩的高度为H1，所述第二段肩的高度为H2，其中，所述H1：H2的比例范围为1：1-2：1。
采用上述技术方案，将现有技术中的只有一段肩分为两段肩进行拉制，使得两段肩的外表面形成一定角度，增大整个扩肩部分的表面积，从而从物理角度加快了散热速度，增加单晶的散热能力，使单晶生长中的界面翻转过程从等径阶段加快至扩肩阶段中，在扩肩阶段使其完成界面翻转，即单晶的生长界面由凸向液面翻转至凹向液面。
采用上述技术方案，通过改变埚位的位置、分段拉制的速度以及降温的功率来确保二段肩的形成，尽可能的避免马鞍状单晶界面的形成，加快单晶生长界面的翻转速度，从而提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率，同时能够提高产量。
附图说明
图1是本发明实施例一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺中扩肩单晶生长界面模拟图
图2是本发明现有技术中单晶生长界面模拟图
图中：
1、第一段肩2、第二段肩
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，包括：
S1：稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
埚位即坩埚位位置，在本发明中代表坩埚内的熔融的原料液面距导流筒底部一定距离的位置处，第一位置为坩埚内的液面距导流筒底部20-30mm处，优选为坩埚内的液面距导流筒底部22-28mm处，更优选的为坩埚内的液面距导流筒底部为24mm、25mm、26mm处；
相比现有技术中稳温阶段的埚位，降低了5-15mm，能够改变成晶区域，还能够改变肩部形状，同时加快单晶生长界面翻转，使其在扩肩阶段使其完成界面翻转，提高单晶的成晶率；
调整埚位至第一位置处后，在此处位置保持不动，直至结束稳温阶段，进入下一扩肩阶段。
S2：扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，需要说明的是，晶体拉速越低或纵向温度梯度越小，单晶生长界面凸向液面程度越大；晶体拉速越高或纵向温度梯度越大，单晶生长界面凹向液面程度越大，其中，
S21：第一扩肩阶段中，将埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩1，并在拉制过程中降低温度；
埚位与S1中的含义一致，埚位的第二位置为坩埚内的液面距导流筒底部15-25mm处，优选为坩埚内的液面距导流筒底部17-23mm处，更优选的为坩埚内的液面距导流筒底部的18mm、19mm、20mm、21mm、22mm处；
当坩埚位置从第一位置移动至第二位置处时，开始拉制单晶，使用第一拉速拉制第一段肩1，其中，第一拉速范围为50-65mm/h，优选范围为55-60mm/h，更优选的，第一拉速为56mm/h、57mm/h、58mm/h、59mm/h；
相较现有技术中，第一扩肩阶段中的拉速变化较小，基本不变，正常拉制第一段肩1；
在第一扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
第一功率的降幅范围为7-17kw，优选为10-15kw，更优选为11kw、12kw、13kw、14kw；相较于现有技术，功率的降幅提高了2-5kw，即降低了更多的加热器功率，使得单晶炉内温度更低；
拉制第一段肩1的肩长至H1时，第一扩肩阶段结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，一般的，H1为总体肩长的二分之一到三分之一之间，优选为总体肩长的35-45％，更优选的，为总体肩长的40％；
S22：第二扩肩阶段中，埚位保持不变，将第一拉速改变至第二拉速，使用第二拉速继续在第一段肩的底部拉制第二段肩2，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成；
埚位与S1中的含义一致，在第二扩肩阶段中保持埚位的第二位置不变，与步骤S21一致，坩埚内的液面距导流筒底部15-25mm处，优选为坩埚内的液面距导流筒底部17-23mm处，更优选的为坩埚内的液面距导流筒底部的18mm、19mm、20mm、21mm、22mm处；
在第一段肩1的底部继续拉制第二段肩2，使用第二拉速拉制第二段肩2，其中，第二拉速高于第一拉速，其范围为70-90mm/h，优选范围为75-85mm/h，更优选的为78mm/h、79mm/h、80mm/h、81mm/h、82mm/h、83mm/h；
相较现有技术，第二拉速提高了0-40mm/h，在第二扩肩过程中加快拉速能够改变肩部形状，如图1和图2所示，使第一段肩1与第二段肩2之间形成一个夹角，该夹角的角度一般为150-180°(不包括180°)，并且在第二段肩2内能够加快界面翻转，将单晶的生长界面翻转过来，由凸向液面转变为凹向液面，从而提高单晶的成晶率；
在第二扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
继续降低第一扩肩阶段中降低功率后的加热器的功率，从而进行再次降温，其中，第二功率的降幅范围为3-8kw，优选为4-7kw，更优选的为5kw、6kw、7kw；
相较现有技术的功率降幅，本工艺中的功率降幅降低了2-5kw，即相对适当升高一定的单晶炉内温度，目的也是为了配合升高的第二拉速对单晶进行拉制，加速单晶生长界面的翻转；
拉制第二段肩2的肩长为H2时，扩肩步骤结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，一般的，H1：H2的比例范围为1：1-2：1，H2为总体肩长的二分之一到三分之二之间，优选为总体肩长的55-65％，更优选的，为总体肩长的60％。
由于将扩肩阶段中的整体肩型改变为二段肩，即加大了整体肩部的外表面积，从物理角度直接增加了单晶的散热能力，并且使单晶的生长界面翻转过程提前至扩肩过程中，减少扩断或断苞次数，减少产量损失，即提高了大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率，提高产量。
下面列举几个实施例：
实施例1
S1：稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
埚位即坩埚位位置，在本发明中代表坩埚内的熔融的原料液面距导流筒底部一定距离的位置处，第一位置为坩埚内的液面距导流筒底部20mm处；
相比现有技术中稳温阶段的埚位，降低了一定距离，能够改变成晶区域，还能够改变肩部形状，同时加快单晶生长界面翻转，使其在扩肩阶段使其完成界面翻转，提高单晶的成晶率；
调整埚位至第一位置处后，在此处位置保持不动，直至结束稳温阶段，进入下一扩肩阶段。
S2：扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，需要说明的是，晶体拉速越低或纵向温度梯度越小，单晶生长界面凸向液面程度越大；晶体拉速越高或纵向温度梯度越大，单晶生长界面凹向液面程度越大，其中，
S21：第一扩肩阶段中，将埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩1，并在拉制过程中降低温度；
埚位与S1中的含义一致，埚位的第二位置为坩埚内的液面距导流筒底部15mm处；
当坩埚位置从第一位置移动至第二位置处时，开始拉制单晶，使用第一拉速拉制第一段肩1，其中，第一拉速为50mm/h；
在第一扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
第一功率的降幅为7kw；
拉制第一段肩1的肩长至H1时，第一扩肩阶段结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，本实施例中，H1为总体肩长的三分之一；
S22：第二扩肩阶段中，埚位保持不变，将第一拉速改变至第二拉速，使用第二拉速继续在第一段肩的底部拉制第二段肩2，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成；
埚位与S1中的含义一致，在第二扩肩阶段中保持埚位的第二位置不变，与步骤S21一致，坩埚内的液面距导流筒底部15mm处；
在第一段肩1的底部继续拉制第二段肩2，使用第二拉速拉制第二段肩2，其中，第二拉速高于第一拉速，为70mm/h；
相较现有技术，在第二扩肩过程中加快拉速能够改变肩部形状，使第一段肩1与第二段肩2之间形成一个夹角，该夹角的角度一般为150-180°(不包括180°)，并且在第二段肩2内能够加快界面翻转，将单晶的生长界面翻转过来，由凸向液面转变为凹向液面，从而提高单晶的成晶率；
在第二扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
继续降低第一扩肩阶段中降低功率后的加热器的功率，从而进行再次降温，其中，第二功率的降幅为8kw；
相较现有技术的功率降幅，相对适当升高一定的单晶炉内温度，目的也是为了配合升高的第二拉速对单晶进行拉制，加速单晶生长界面的翻转；
拉制第二段肩2的肩长为H2时，扩肩步骤结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，H2为总体肩长的三分之二。
实施例2
S1：稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
埚位即坩埚位位置，在本发明中代表坩埚内的熔融的原料液面距导流筒底部一定距离的位置处，第一位置为坩埚内的液面距导流筒底部30mm处，
相比现有技术中稳温阶段的埚位，降低了一定距离，能够改变成晶区域，还能够改变肩部形状，同时加快单晶生长界面翻转，使其在扩肩阶段使其完成界面翻转，提高单晶的成晶率；
调整埚位至第一位置处后，在此处位置保持不动，直至结束稳温阶段，进入下一扩肩阶段。
S2：扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，需要说明的是，晶体拉速越低或纵向温度梯度越小，单晶生长界面凸向液面程度越大；晶体拉速越高或纵向温度梯度越大，单晶生长界面凹向液面程度越大，其中，
S21：第一扩肩阶段中，将埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩1，并在拉制过程中降低温度；
埚位与S1中的含义一致，埚位的第二位置为坩埚内的液面距导流筒底部25mm处；
当坩埚位置从第一位置移动至第二位置处时，开始拉制单晶，使用第一拉速拉制第一段肩1，其中，第一拉速为65mm/h；
在第一扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
第一功率的降幅为17kw；相较于现有技术，降低了更多的加热器功率，使得单晶炉内温度更低；
拉制第一段肩1的肩长至H1时，第一扩肩阶段结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，H1为总体肩长的二分之一；
S22：第二扩肩阶段中，埚位保持不变，将第一拉速改变至第二拉速，使用第二拉速继续在第一段肩的底部拉制第二段肩2，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成；
埚位与S1中的含义一致，在第二扩肩阶段中保持埚位的第二位置不变，与步骤S21一致，坩埚内的液面距导流筒底部25mm处；
在第一段肩1的底部继续拉制第二段肩2，使用第二拉速拉制第二段肩2，其中，第二拉速高于第一拉速，为90mm/h；
相较现有技术，在第二扩肩过程中加快拉速能够改变肩部形状，使第一段肩1与第二段肩2之间形成一个夹角，该夹角的角度一般为150-180°(不包括180°)，并且在第二段肩2内能够加快界面翻转，将单晶的生长界面翻转过来，由凸向液面转变为凹向液面，从而提高单晶的成晶率；
在第二扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
继续降低第一扩肩阶段中降低功率后的加热器的功率，从而进行再次降温，其中，第二功率的降幅为3kw；
相较现有技术的功率降幅，相对适当升高一定的单晶炉内温度，目的也是为了配合升高的第二拉速对单晶进行拉制，加速单晶生长界面的翻转；
拉制第二段肩2的肩长为H2时，扩肩步骤结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，H2为总体肩长的二分之一。
实施例3
S1：稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
埚位即坩埚位位置，在本发明中代表坩埚内的熔融的原料液面距导流筒底部一定距离的位置处，第一位置为坩埚内的液面距导流筒底部20-30mm处，优选为坩埚内的液面距导流筒底部24mm处；
相比现有技术中稳温阶段的埚位，能够改变成晶区域，还能够改变肩部形状，同时加快单晶生长界面翻转，使其在扩肩阶段使其完成界面翻转，提高单晶的成晶率；
调整埚位至第一位置处后，在此处位置保持不动，直至结束稳温阶段，进入下一扩肩阶段。
S2：扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，需要说明的是，晶体拉速越低或纵向温度梯度越小，单晶生长界面凸向液面程度越大；晶体拉速越高或纵向温度梯度越大，单晶生长界面凹向液面程度越大，其中，
S21：第一扩肩阶段中，将埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩1，并在拉制过程中降低温度；
埚位与S1中的含义一致，埚位的第二位置为坩埚内的液面距导流筒底部15-25mm处，优选为坩埚内的液面距导流筒底部20mm处；
当坩埚位置从第一位置移动至第二位置处时，开始拉制单晶，使用第一拉速拉制第一段肩1，其中，第一拉速为60mm/h；
相较现有技术中，第一扩肩阶段中的拉速变化较小，基本不变，正常拉制第一段肩1；
在第一扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
第一功率的降幅为12kw；相较于现有技术，降低了更多的加热器功率，使得单晶炉内温度更低；
拉制第一段肩1的肩长至H1时，第一扩肩阶段结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，一般的，H1为为总体肩长的40％；
S22：第二扩肩阶段中，埚位保持不变，将第一拉速改变至第二拉速，使用第二拉速继续在第一段肩的底部拉制第二段肩2，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成；
埚位与S1中的含义一致，在第二扩肩阶段中保持埚位的第二位置不变，与步骤S21一致，坩埚内的液面距导流筒底部20mm处；
在第一段肩1的底部继续拉制第二段肩2，使用第二拉速拉制第二段肩2，其中，第二拉速高于第一拉速，其为80mm/h；
相较现有技术，在第二扩肩过程中加快拉速能够改变肩部形状，使第一段肩1与第二段肩2之间形成一个夹角，该夹角的角度一般为150-180°(不包括180°)，并且在第二段肩2内能够加快界面翻转，将单晶的生长界面翻转过来，由凸向液面转变为凹向液面，从而提高单晶的成晶率；
在第二扩肩阶段中需要降低拉晶温度，本发明中采用的降温方法为降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，
继续降低第一扩肩阶段中降低功率后的加热器的功率，从而进行再次降温，其中，第二功率的降幅为5kw；
相较现有技术的功率降幅，相对适当升高一定的单晶炉内温度，目的也是为了配合升高的第二拉速对单晶进行拉制，加速单晶生长界面的翻转；
拉制第二段肩2的肩长为H2时，扩肩步骤结束；
肩长即为肩部的高度，在本发明中代表肩的顶部至底部的最短距离，即垂直距离，H2为总体肩长的60％。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，包括：
稳温阶段，在稳温过程中将埚位调整至第一位置处；
扩肩阶段，其包括第一扩肩阶段和第二扩肩阶段，其中，
所述第一扩肩阶段中，将所述埚位从所述第一位置调整至第二位置处，随后使用第一拉速拉制第一段肩，并在拉制过程中降低温度；
所述第二扩肩阶段中，所述埚位保持不变，将所述第一拉速改变至第二拉速，使用所述第二拉速继续在所述第一段肩的底部拉制第二段肩，并在拉制过程中继续降低温度，扩肩完成。
2.根据权利要求1所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第一位置为坩埚内的液面距导流筒20-30mm处。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第二位置为坩埚内的液面距导流筒15-25mm处。
4.根据权利要求1所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第一拉速范围为50-65mm/h。
5.根据权利要求1或4所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第二拉速高于所述第一拉速，其范围为70-90mm/h。
6.根据权利要求1所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第一扩肩阶段中，降低加热器的功率，从而在拉制过程中进行降温，其中，第一功率的降幅范围为7-17kw。
7.根据权利要求1或6所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第二扩肩范围中，继续降低加热器的功率，从而进行降温，其中，第二功率的降幅范围为3-8kw。
8.根据权利要求1所述的一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺，其特征在于：所述第一段肩的高度为H1，所述第二段肩的高度为H2，其中，所述H1：H2的比例范围为1：1-2：1。
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| CN202210467171.XA CN117005020A (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种提高大尺寸单晶扩肩及等径前期成晶率的工艺 |
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