用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，包括夹持器，在所述夹持器的上方设置有籽晶轴联接装置；其特征是：所述夹持器内设置有上下贯通的空腔，所述空腔下方设置有硅籽晶夹持口；所述夹持器的侧壁上设置有至少一个的定位销孔，所述定位销孔依次贯穿夹持器的左侧壁、空腔以及夹持器的右侧壁；相对应于定位销孔的形状，在定位销孔内设置有定位销，所述定位销依次贯穿夹持器左侧的定位销孔、空腔和夹持器右侧的定位销孔；所述夹持器的外侧壁上设置有定位销固定器，所述定位销固定器将定位销与夹持器固定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种
技术介绍
硅单晶作为一种半导体材料，主要用于光伏和半导体领域。大部分的半导体硅单晶采用CZ (Czochralski)直拉法制造。在直拉法制造硅单晶过程中，硅晶体在生长室内生长，生长室包括不锈钢筒、保温内筒、保温外筒、石墨加热器、石英坩埚、石墨坩埚等，生长室内以惰性气体氩气作为保护气体，一般采用如下制造方法将高纯度的多晶硅装入石英坩埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，将一支特定晶向的硅单晶体(称做硅籽晶)装入夹持器中，夹持器的上端通过联接件与籽晶轴连接，硅籽晶固定于夹持器下端，使夹持器在籽晶轴的带动下旋转，并使石英坩埚在石墨中轴的带动下反向旋转，将硅籽晶慢慢下降，并与硅熔体接触，然后以一定的速度向上提升硅籽晶，此过程的目的主要是消除硅籽晶中因热冲击形成的位错缺陷。待硅籽晶提升到一定长度时，通过调整熔体的温度和硅籽晶向上的提升速度，使硅籽晶长大，当晶体的直径接近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近乎等直径生长。在生长过程的尾期，石英坩埚内的硅熔体剩余不多时，提高晶体的提升速度，同时适当增加加热的功率，使晶体渐渐缩小，从而形成一个尾形椎体，当椎体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。在直拉硅单晶制造过程中，需要一种有特定晶向的硅单晶体，通常称为籽晶。它是由一定晶向的硅单晶切割或钻取而成。常用的晶向为〈111>、〈100>、〈110>等。籽晶一般为圆柱体或长方体，固定在一称做籽晶夹持器的工件中，被夹持器带动一起旋转提升。在直拉硅单晶制造过程中，籽晶夹持器是必需部件，硅籽晶需要很好地固定到籽晶夹持器中，确保在旋转提升籽晶过程中籽晶不会松动甚至脱落，最终使硅单晶生长过程顺利完成，所以籽晶夹持器下端的结构要与所夹持的硅籽晶的形状相配合。一般来说，籽晶夹持器由金属钥材料或石墨制成，其上有与籽晶轴联接的联接件，籽晶夹持器下端可用于固定硅籽晶，其形状根据与所夹持的硅籽晶的形状不同而不同。硅单晶生长方向偏离指定单晶晶向，称为晶向偏离，偏离的程度称为晶向偏度。首先，晶向偏度大会影响直拉无位错硅单晶的外形，使得晶体不圆度增大，从而增加晶体滚磨的额外损耗；其次，硅晶锭在线切割时需要调整晶向偏度以达到硅片的晶向要求，晶向偏度大会影响硅片的外形和成品率；最后，晶向偏离对硅单晶径向电阻率均匀性有着非常重要的影响。因此，籽晶的定位对于生长高质量的硅单晶来说是非常重要的。目前我们常见的籽晶夹持器有三种，分别如下I、有一种长方体的娃籽晶，上端一侧开有多个缺口，其籽晶夹持器下端有一垂向缺口的圆柱，形状与长方体籽晶相配合，硅籽晶半嵌于夹持器的下端，用金属钥丝将二者固定在一起，钥丝正好进入硅籽晶的缺口中，起到固定籽晶的作用。此种夹持器用于制造大直径高重量晶体时，容易在籽晶的缺口部位发生断裂，降低籽晶的使用次数，增加成本。同时由于金属钥与硅的膨胀系数不同，在多次使用后容易造成钥丝松动，影响籽晶的定位，严重时甚至发生籽晶脱落，从而影响晶体的生长和质量。2、目前使用最广的是一种圆柱体籽晶，圆柱体的一侧开有凹槽，籽晶夹持器下端的形状为中空的圆柱体，其中也有与金属钥销子相同大小的孔，圆柱体硅籽晶由下往上装入夹持器的下端，硅籽晶的凹槽与夹持器侧边孔相对，钥销子插入孔中，起到固定硅籽晶的作用。此种夹持器与硅籽晶之间仅仅由定位销固定，容易造成定位精度低，晶向偏度大，从而影响晶体的生长的质量。在多次长晶后，籽晶也容易在有孔处断裂，导致制备过程失败。3、国内发 明专利02131185. 4 (公告日2005. 05. 04)报导了一种用于直拉法生长单晶硅所用的硅籽晶夹持器，夹持器内含有一上大下小且上下贯通的空腔，空腔形状满足硅籽晶形状的要求，硅籽晶可以卡嵌在夹持器内，以承受不断长大的硅单晶的重量。该籽晶夹持器能保证硅籽晶的安全使用，避免硅籽晶断裂，大大延长籽晶的使用寿命，可以用于生长大体积、高重量的硅单晶。但是，在直拉法晶体生长过程中，籽晶与坩埚反方向旋转，通常籽晶的旋转速度是坩埚旋转速度的2 4倍，籽晶在高速旋转下会产生一个惯性离心力，籽晶只依靠倒棱台或倒圆台面卡嵌在籽晶夹持器内固定，夹持器上没有一个向下及横向的力固定，在离心力的作用下容易造成籽晶松动，尤其是在籽晶与籽晶夹持器的尺寸适应存在误差时，松动会更容易，更厉害，会严重影响晶体生长的稳定性以及单晶的质量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以制备大直径和高重量的硅晶体的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种，包括夹持器，在所述夹持器的上方设置有籽晶轴联接装置；所述夹持器内设置有上下贯通的空腔，所述空腔下方设置有硅籽晶夹持口 ；所述夹持器的侧壁上设置有至少一个的定位销孔，所述定位销孔依次贯穿夹持器的左侧壁、空腔以及夹持器的右侧壁；相对应于定位销孔的形状，在定位销孔内设置有定位销，所述定位销依次贯穿夹持器左侧的定位销孔、空腔和夹持器右侧的定位销孔；所述夹持器的外侧壁上设置有定位销固定器，所述定位销固定器将定位销与夹持器固定。作为对本专利技术的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的改进所述定位销孔的剖面为直角梯形，所述直角梯形的斜腰与直角腰的角度e为O。、0°。作为对本专利技术的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的进一步改进所述定位销孔的剖面为矩形。作为对本专利技术的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的进一步改进所述硅籽晶夹持口的侧边与轴的夹角a为10° 30°。作为对本专利技术的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的进一步改进所述硅籽晶夹持口的侧边与轴的夹角a为15°。作为对本专利技术的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的进一步改进定位销孔的截面为矩形、圆或者多边形。用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的使用方法，硅籽晶包括硅籽晶上部、硅籽晶中部和硅籽晶下部，在硅籽晶上部上相对应于定位销孔设置硅籽晶夹持孔；将硅籽晶上部套装入空腔中，硅籽晶中部卡住硅籽晶夹持口，硅籽晶下部露出在硅籽晶夹持口的下方；所述定位销依次通过定位销孔左侧、硅籽晶夹持孔和定位销孔右侧后卡紧；再通过定位销固定器将定位销与夹持器固定；固定好硅籽晶后，通过籽晶轴联接装置将夹持器与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接。本专利技术的在使用过程中，可以为从上到下固定硅籽晶，也可以为从下到上固定硅籽晶。如果采用从上到下固定硅籽晶，由于使用了定位销将硅籽晶固定在夹持器上，而夹持器下端则采用了侧边与轴的夹角a为15°的倒圆台，确保硅籽晶在高速的旋转下，受到向下的力，且在侧边与轴的夹角a为15°的倒圆台上，硅籽晶能在受到重力的作用下， 沿着15°的倒圆台面自动修正位置，确保硅籽晶的偏差控制在一定的范围内。如果采用从下到上固定硅籽晶，从下直接将硅籽晶插入夹持器中，十分的方便，而由于使用了定位销将硅籽晶固定在夹持器上，而夹持器下端则采用了侧边与轴的夹角a为15°的圆台，确保硅籽晶在插入夹持器时，方位正确，而在硅籽晶在高速的旋转下，受到力后，可以在侧边与轴的夹角a为15°的圆台面上自动调整，确保硅籽晶的偏差控制在一定的范围内。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图I是本专利技术的实施例I中用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的主要结构示意图；图2是图I实际使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘金平，王飞尧，吴雄杰，饶伟星，王伟棱，
申请(专利权)人：杭州海纳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：