用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法
专利名称：用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法
背景技术：
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。
发明内容
本发明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，本发明提供一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法，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。作为对本发明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°。作为对本发明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。作为对本发明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°。作为对本发明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°。作为对本发明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。本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法在使用过程中，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。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图I是本发明的实施例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实际使用时的结构示意图；图3是本发明的实施例2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4是图3实际使用时的结构示意图；图5是本发明的实施例3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6是图5实际使用时的结构示意图；图7是发明的实施例I和实施例3中的硅籽晶3的结构示意图；图8是发明的实施例2中的硅籽晶3的结构示意图。
具体实施例方式实施例I、图I给出了一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法；包括夹持器1，夹持器I采用的材料为金属钥或石墨；在夹持器I的上端固定有籽晶轴联接装置11，籽晶轴联接装置11为与单晶炉中的籽晶轴连接的联接件(籽晶轴联接装置11为螺纹连接的联接件或销连接的联接件)，籽晶轴联接装置11为公知技术。在夹持器I内设有上下贯通的空腔23，空腔23为圆柱体形状的空腔(空腔23可以为棱柱体或圆柱体形状的空腔，本发明的图中均为圆柱体形状的空腔)，空腔23下方设有硅籽晶夹持口 22，硅籽晶夹持口 22为倒圆台形状(硅籽晶夹持口 22可以为棱台、倒棱台、圆台或者倒圆台形状，图I、图2、图5和图6均为倒圆台形状，图4和图5为圆台形状)。以上所述的棱柱体、棱台或倒棱台的边数为3 12个为好(本发明中，边数为4个)。以上所述的棱台、倒棱台、圆台或者倒圆台的侧边与轴的夹角a均为15°。夹持器I上开有至少一个的定位销孔24，定位销孔24从左至右横向贯穿夹持器I(即定位销孔24从夹持器I的左侧侧壁贯穿，通过空腔23后再贯穿夹持器I的右侧侧壁)。定位销孔24的剖面为直角梯形(或矩形)，定位销孔24的截面为圆(也可以为圆冠或多边形)，定位销孔24的截面积为一种从左至右渐变的形式(或者定位销孔24的截面积为恒定不变)。相对应于定位销孔24，在定位销孔24内设与定位销孔24相吻合的定位销4(定位销4的形状是为了满足定位销孔24的孔的形状)。以上所述的夹持器I外侧壁上固定有圆环状的定位销固定器(定位销固定器围绕夹持器I的外侧壁一圈)，定位销固定器将定位销4与夹持器I固定。实际使用时，在本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器中应当夹入硅籽晶
3。具体如下硅籽晶3 (硅籽晶为现有的最常用的硅籽晶)包括硅籽晶上部31，在硅籽晶上部31下方固定有硅籽晶中部32，在硅籽晶中部32下方固定有硅籽晶下部33 ;在硅籽晶上部31内相对应于定位销孔24设硅籽晶夹持孔25 (硅籽晶夹持孔25的两端孔径均分别大于相对应的定位销孔24上的孔径，当定位销4插入硅籽晶夹持孔25时，硅籽晶上部31可以预留一定的调整空间)；硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方。硅籽晶上部31为圆柱体(或棱柱体，主要根据空腔23的形状决定)，硅籽晶下部33为比硅籽晶上部31小的圆柱体(或棱柱体)，硅籽晶中部32为从大逐渐变小的倒圆台(或者倒棱台，硅籽晶中部32与硅籽晶上部31相连接的一端大，娃籽晶中部32与娃籽晶下部33连接的一端小)；本发明的娃籽晶3的安装方法为由上至下，即硅籽晶下部33从空腔23的上端插入，直到硅籽晶中部32卡到硅籽晶夹持口 22为止，定位销孔24的上侧面为水平线或水平面。空腔23形状与硅籽晶上部31的形状相同，硅籽晶夹持口 22的形状与硅籽晶中部32的形状相同；硅籽晶中部32可以卡嵌在硅籽晶夹持口 22上，通过截面渐变的硅籽晶中部32定位，定位同心度高，晶向偏度能达到特定的要求，重现性好。定位销4的剖面为直角梯形，定位销4的剖面(即直角梯形)的斜腰与直角腰的夹角e为10° 。定位销孔24的剖面为一直角梯形(直角腰在上端，斜腰在下端)，定位销孔24的剖面(即直角梯形)斜腰与直角腰的夹角0为10°。此时，定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形定位销孔24的截面为一矩形时，定位销孔24的截面(即矩形)的宽是恒定不变的，定位销孔24的截面(即矩形)面积从左至右逐渐变小；此时定位销4的截面也为矩形，定位销4的截面(即矩形)的宽是恒定不变的，定位销4的截面(即矩形)面积从左至右逐渐变小的。定位销孔24的截面为一圆时，定位销孔24的截面(即圆)的直径是从左至右逐渐变小的；此时定位销4的截面也为圆，定位销4的截面(即圆)的直径是从左至右逐渐变小的。定位销孔24的截面为一多边形时，定位销孔24的截面(即多边形)的边数为3 12个为好，优选的边数为3飞个，更优选的边数为4个 。定位销孔24的截面(即多边形)的高是从左至右逐渐变小的，定位销孔24的截面(即多边形)的宽是从左至右逐渐变小的；此时定位销4的截面也为与定位销孔24的截面相同的多边形，定位销4的截面(即多边形)的高是从左至右逐渐变小的，定位销4的截面(即多边形)的宽是从左至右逐渐变小的；定位销4的截面最左边的高必须大于硅籽晶上部31最左边的截面高，定位销4的截面最左边的宽必须大于硅籽晶上部31最左边的截面宽(即定位销4插入定位销孔24的时候，定位销4的最左端必须卡在定位销孔24的最左端)。实际使用时的具体步骤为
I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从上至下插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；2、将一根定位销4的直角腰朝下从定位销孔24的左端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的右端(可以对硅籽晶3进行向上或者向下的微调)；3、从定位销4的左端施加一个力N(将定位销4卡在硅籽晶夹持孔25和定位销孔24 中)；4、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)；5、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。为了实现本发明的目的，本发明的硅籽晶3(即硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)的固定方法是在定位销4上施加一个由左到右的力N (使用定位销固定器将定位销4箍紧，可以长时间保持施加力N后的效果)，利用定位销4上斜面的作用力使硅籽晶上部31向上受力N2 (当硅籽晶上部31从下到上安装的时候)或向下受力NI (当硅籽晶上部31为从上到下安装的时候)，定位销4与硅籽晶上部31适应联接，使硅籽晶上部31横向受力，在硅籽晶上部31旋转时的惯性离心力作用下不会造成松动，即使以上所述的硅籽晶中部32的形状与以上所述的硅籽晶夹持口 22适应存在误差时，也可以通过定位销4的横向移动来校正固定，从而保证了硅籽晶上部31的灵活固定，不影响硅籽晶3 (即硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)的晶向偏度。实施例2、硅籽晶上部31为棱柱体或圆柱体，硅籽晶下部33为比硅籽晶上部31大的棱柱体或圆柱体，硅籽晶中部32为从小逐渐变大的棱台或者圆台(硅籽晶中部32与硅籽晶上部31相连接的一端小，硅籽晶中部32与硅籽晶下部33连接的一端大);此时的硅籽晶上部31从硅籽晶夹持口 22的下方插入空腔23内，直到硅籽晶中部32卡到硅籽晶夹持口22为止。当本发明的硅籽晶3的安装方法为由下至上时，定位销孔24的下侧面为水平线或水平面。定位销孔24的剖面为一直角梯形(直角腰在下端，斜腰在上端)。定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形。具体的与实施例I相同。实际使用时的具体步骤为I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从下至上插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；
2、将一根定位销4的 直角腰朝上从定位销孔24的左端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的右端(可以对硅籽晶3进行向上或者向下的微调)；3、从定位销4的左端施加一个力N(将定位销4卡在硅籽晶夹持孔25和定位销孔24)；4、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)。5、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。实施例3、当定位销孔24的剖面为一矩形时，硅籽晶夹持孔25剖面的为矩形。硅籽晶夹持孔25剖面的高必须大于定位销孔24剖面的高(当定位销4插入硅籽晶夹持孔25时，硅籽晶上部31可以预留一定的调整空间)。此时通过两个剖面为直角梯形的定位销4相互配合与定位销孔24加紧。定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形。具体的与实施例I相同。实际使用时的具体步骤为I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从上至下插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；2、将一根定位销4的直角腰朝下从定位销孔24的一端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的另一端(将定位销4露出一点在定位销孔24的另一端即可)；3、将另一根定位销4的直角腰朝上从定位销孔24的另一端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24在步骤I中插入的一端；4、分别从两个定位销4的下底边用力，使得两根定位销4卡在定位销孔24和硅籽晶夹持孔25中；5、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)；6、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。本发明设计出了一种特殊形状的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法，配合硅籽晶3使用，能够满足半导体硅材料的发展需要，可用于制造集成电路和其它电子元件的半导体级硅单晶的制备。采用本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器配合的硅籽晶3定位精度高，安装好的硅籽晶3的生长晶向偏度与制备的硅籽晶3的特定晶向偏度相差很小，偏差可以控制在15'以内，故可以根据特定要求，精确地控制晶体的晶向偏度，提闻单晶质量。对比例I、以背景技术中第二种常用的方法作为对比例I与实施例2进行对比在现实操作中获取的数据表明，制备的硅籽晶3的特定晶向偏度为5'到10'之间，使用对比例I所述的夹持器I安装硅籽晶3后，当夹持器I与硅籽晶3的尺寸适应存在误差时(尤其是在夹持器I使用较长时间后)，其生长的晶体的晶向偏度为0.5°到3°之间，且无法精确控制其晶向偏度，硅单晶国家标准GB/T 12962-2005里规范了直拉硅单晶的晶向偏离度不大于2°。由于晶向偏度大所造成的产品合格率下降2%到10%。
在现实操作中获取的数据表明，使用实施例2中的硅籽晶3与籽晶夹持器后，生长的晶体的晶向偏度维持在5'到25'之间。对比例2、以背景技术中第三种常用的方法作为对比例2与实施例I进行对比对比例2为国内发明专利02131185. 4设计的一种硅籽晶3，其主要目的是采用倒圆台或倒棱台承力，增加籽晶能承受的单晶重量，以满足大直径高重量的硅单晶生长需要。但是，在现实操作中获取的数据表明，使用对比例2所述的夹持器I安装硅籽晶3后，硅籽晶3在高速旋转的惯性离心力作用下容易造成松动(尤其是在硅籽晶3与夹持器I的尺寸适应存在误差时)，由于硅籽晶3松动造成的晶体生长的成功率下降10%到20%。而且由于松动造成的晶体的晶向偏度在0. 5°到3°之间，且无法精确控制其晶向偏度，硅单晶国家标准GB/T 12962-2005里规范了直拉硅单晶的晶向偏离度不大于2°。由于晶向偏度大所造成的产品合格率下降2%到10%。现实操作中获取的数据表明，使用实施例I中的硅籽晶3与夹持器I后，由于硅籽晶上部31和定位销4的固定作用，即使是硅籽晶3与夹持器I的尺寸适应存在较大误差时，硅籽晶3在高速旋转下也不会造成松动，对晶体生长的成功率不会造成影响。而且定位销4采用斜面灵活固定，不会影响生长的晶体的晶向偏度，晶向偏度维持在5'到25'之间。适用于大直径高重量的硅单晶生长及其晶向偏度和单晶质量的控制。以上对比例I和对比例2在现实操作中所获得的数据均由X射线定向仪等仪器测定，测定的过程为本行业内技术人员所公知的技术。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的几个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，包括夹持器(1)，在所述夹持器(I)的上方设置有籽晶轴联接装置(11);其特征是所述夹持器(I)内设置有上下贯通的空腔(23)，所述空腔(23)下方设置有硅籽晶夹持口(22)； 所述夹持器(I)的侧壁上设置有至少一个的定位销孔(24)，所述定位销孔(24)从左至右依次贯穿夹持器(I)的左侧壁、空腔(23)以及夹持器(I)的右侧壁； 相对应于定位销孔(24)，在定位销孔(24)内设置有定位销(4)，所述定位销(4)依次贯穿夹持器(I)左侧的定位销孔(24)、空腔(23)和夹持器(I)右侧的定位销孔(24)； 所述夹持器(I)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(4)与夹持器(I)固定。
2.根据权利要求I所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述定位销孔(24)的剖面为直角梯形，所述直角梯形的斜腰与直角腰的角度0为O。、0°。
3.根据权利要求I所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述定位销孔(24)的剖面为矩形。
4.根据权利要求2所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述硅籽晶夹持口(22)的侧边与轴的夹角a为10° 30°。
5.根据权利要求4所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述硅籽晶夹持口(22)的侧边与轴的夹角a为15°。
6.根据权利要求5所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是定位销孔(24)的截面为矩形、圆或者多边形。
7.用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的使用方法，其特征是硅籽晶(3)包括硅籽晶上部(31)、硅籽晶中部(32 )和硅籽晶下部(33 )，在硅籽晶上部(31)上相对应于定位销孔(24)设置有可以对硅籽晶(3)进行上下调整的硅籽晶夹持孔(25)； 将硅籽晶上部(31)套装入空腔(23)中，硅籽晶中部(32)卡住硅籽晶夹持口(22)，硅籽晶下部(33)露出在硅籽晶夹持口(22)的下方； 所述定位销(4)依次通过定位销孔(24)左侧、硅籽晶夹持孔(25)和定位销孔(24)右侧； 所述硅籽晶(3)通过硅籽晶夹持孔(25)与定位销(4)之间的空隙进行微调； 将硅籽晶(3)调整好位置后，插紧定位销(4)； 将定位销(4)通过固定装置与夹持器(I)相固定； 固定好硅籽晶(3 )后，通过籽晶轴联接装置(11)将夹持器(I)与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接。
全文摘要
本发明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。
文档编号C30B29/06GK102628179SQ201210139199
公开日2012年8月8日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者吴雄杰, 潘金平, 王伟棱, 王飞尧, 饶伟星 申请人:杭州海纳半导体有限公司
技术领域：
本发明涉及一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法
背景技术：
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。
发明内容
本发明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，本发明提供一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法，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。作为对本发明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°。作为对本发明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。作为对本发明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°。作为对本发明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°。作为对本发明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。本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法在使用过程中，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。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图I是本发明的实施例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实际使用时的结构示意图；图3是本发明的实施例2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4是图3实际使用时的结构示意图；图5是本发明的实施例3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6是图5实际使用时的结构示意图；图7是发明的实施例I和实施例3中的硅籽晶3的结构示意图；图8是发明的实施例2中的硅籽晶3的结构示意图。
具体实施例方式实施例I、图I给出了一种用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法；包括夹持器1，夹持器I采用的材料为金属钥或石墨；在夹持器I的上端固定有籽晶轴联接装置11，籽晶轴联接装置11为与单晶炉中的籽晶轴连接的联接件(籽晶轴联接装置11为螺纹连接的联接件或销连接的联接件)，籽晶轴联接装置11为公知技术。在夹持器I内设有上下贯通的空腔23，空腔23为圆柱体形状的空腔(空腔23可以为棱柱体或圆柱体形状的空腔，本发明的图中均为圆柱体形状的空腔)，空腔23下方设有硅籽晶夹持口 22，硅籽晶夹持口 22为倒圆台形状(硅籽晶夹持口 22可以为棱台、倒棱台、圆台或者倒圆台形状，图I、图2、图5和图6均为倒圆台形状，图4和图5为圆台形状)。以上所述的棱柱体、棱台或倒棱台的边数为3 12个为好(本发明中，边数为4个)。以上所述的棱台、倒棱台、圆台或者倒圆台的侧边与轴的夹角a均为15°。夹持器I上开有至少一个的定位销孔24，定位销孔24从左至右横向贯穿夹持器I(即定位销孔24从夹持器I的左侧侧壁贯穿，通过空腔23后再贯穿夹持器I的右侧侧壁)。定位销孔24的剖面为直角梯形(或矩形)，定位销孔24的截面为圆(也可以为圆冠或多边形)，定位销孔24的截面积为一种从左至右渐变的形式(或者定位销孔24的截面积为恒定不变)。相对应于定位销孔24，在定位销孔24内设与定位销孔24相吻合的定位销4(定位销4的形状是为了满足定位销孔24的孔的形状)。以上所述的夹持器I外侧壁上固定有圆环状的定位销固定器(定位销固定器围绕夹持器I的外侧壁一圈)，定位销固定器将定位销4与夹持器I固定。实际使用时，在本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器中应当夹入硅籽晶
3。具体如下硅籽晶3 (硅籽晶为现有的最常用的硅籽晶)包括硅籽晶上部31，在硅籽晶上部31下方固定有硅籽晶中部32，在硅籽晶中部32下方固定有硅籽晶下部33 ;在硅籽晶上部31内相对应于定位销孔24设硅籽晶夹持孔25 (硅籽晶夹持孔25的两端孔径均分别大于相对应的定位销孔24上的孔径，当定位销4插入硅籽晶夹持孔25时，硅籽晶上部31可以预留一定的调整空间)；硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方。硅籽晶上部31为圆柱体(或棱柱体，主要根据空腔23的形状决定)，硅籽晶下部33为比硅籽晶上部31小的圆柱体(或棱柱体)，硅籽晶中部32为从大逐渐变小的倒圆台(或者倒棱台，硅籽晶中部32与硅籽晶上部31相连接的一端大，娃籽晶中部32与娃籽晶下部33连接的一端小)；本发明的娃籽晶3的安装方法为由上至下，即硅籽晶下部33从空腔23的上端插入，直到硅籽晶中部32卡到硅籽晶夹持口 22为止，定位销孔24的上侧面为水平线或水平面。空腔23形状与硅籽晶上部31的形状相同，硅籽晶夹持口 22的形状与硅籽晶中部32的形状相同；硅籽晶中部32可以卡嵌在硅籽晶夹持口 22上，通过截面渐变的硅籽晶中部32定位，定位同心度高，晶向偏度能达到特定的要求，重现性好。定位销4的剖面为直角梯形，定位销4的剖面(即直角梯形)的斜腰与直角腰的夹角e为10° 。定位销孔24的剖面为一直角梯形(直角腰在上端，斜腰在下端)，定位销孔24的剖面(即直角梯形)斜腰与直角腰的夹角0为10°。此时，定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形定位销孔24的截面为一矩形时，定位销孔24的截面(即矩形)的宽是恒定不变的，定位销孔24的截面(即矩形)面积从左至右逐渐变小；此时定位销4的截面也为矩形，定位销4的截面(即矩形)的宽是恒定不变的，定位销4的截面(即矩形)面积从左至右逐渐变小的。定位销孔24的截面为一圆时，定位销孔24的截面(即圆)的直径是从左至右逐渐变小的；此时定位销4的截面也为圆，定位销4的截面(即圆)的直径是从左至右逐渐变小的。定位销孔24的截面为一多边形时，定位销孔24的截面(即多边形)的边数为3 12个为好，优选的边数为3飞个，更优选的边数为4个 。定位销孔24的截面(即多边形)的高是从左至右逐渐变小的，定位销孔24的截面(即多边形)的宽是从左至右逐渐变小的；此时定位销4的截面也为与定位销孔24的截面相同的多边形，定位销4的截面(即多边形)的高是从左至右逐渐变小的，定位销4的截面(即多边形)的宽是从左至右逐渐变小的；定位销4的截面最左边的高必须大于硅籽晶上部31最左边的截面高，定位销4的截面最左边的宽必须大于硅籽晶上部31最左边的截面宽(即定位销4插入定位销孔24的时候，定位销4的最左端必须卡在定位销孔24的最左端)。实际使用时的具体步骤为
I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从上至下插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；2、将一根定位销4的直角腰朝下从定位销孔24的左端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的右端(可以对硅籽晶3进行向上或者向下的微调)；3、从定位销4的左端施加一个力N(将定位销4卡在硅籽晶夹持孔25和定位销孔24 中)；4、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)；5、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。为了实现本发明的目的，本发明的硅籽晶3(即硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)的固定方法是在定位销4上施加一个由左到右的力N (使用定位销固定器将定位销4箍紧，可以长时间保持施加力N后的效果)，利用定位销4上斜面的作用力使硅籽晶上部31向上受力N2 (当硅籽晶上部31从下到上安装的时候)或向下受力NI (当硅籽晶上部31为从上到下安装的时候)，定位销4与硅籽晶上部31适应联接，使硅籽晶上部31横向受力，在硅籽晶上部31旋转时的惯性离心力作用下不会造成松动，即使以上所述的硅籽晶中部32的形状与以上所述的硅籽晶夹持口 22适应存在误差时，也可以通过定位销4的横向移动来校正固定，从而保证了硅籽晶上部31的灵活固定，不影响硅籽晶3 (即硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)的晶向偏度。实施例2、硅籽晶上部31为棱柱体或圆柱体，硅籽晶下部33为比硅籽晶上部31大的棱柱体或圆柱体，硅籽晶中部32为从小逐渐变大的棱台或者圆台(硅籽晶中部32与硅籽晶上部31相连接的一端小，硅籽晶中部32与硅籽晶下部33连接的一端大);此时的硅籽晶上部31从硅籽晶夹持口 22的下方插入空腔23内，直到硅籽晶中部32卡到硅籽晶夹持口22为止。当本发明的硅籽晶3的安装方法为由下至上时，定位销孔24的下侧面为水平线或水平面。定位销孔24的剖面为一直角梯形(直角腰在下端，斜腰在上端)。定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形。具体的与实施例I相同。实际使用时的具体步骤为I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从下至上插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；
2、将一根定位销4的 直角腰朝上从定位销孔24的左端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的右端(可以对硅籽晶3进行向上或者向下的微调)；3、从定位销4的左端施加一个力N(将定位销4卡在硅籽晶夹持孔25和定位销孔24)；4、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)。5、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。实施例3、当定位销孔24的剖面为一矩形时，硅籽晶夹持孔25剖面的为矩形。硅籽晶夹持孔25剖面的高必须大于定位销孔24剖面的高(当定位销4插入硅籽晶夹持孔25时，硅籽晶上部31可以预留一定的调整空间)。此时通过两个剖面为直角梯形的定位销4相互配合与定位销孔24加紧。定位销孔24的截面可以为矩形、圆或者多边形。具体的与实施例I相同。实际使用时的具体步骤为I、将硅籽晶3 (包括硅籽晶上部31、硅籽晶中部32和硅籽晶下部33)从上至下插入的空腔23，直到硅籽晶上部31套装在空腔23内，硅籽晶中部32卡在硅籽晶夹持口 22中，硅籽晶下部33露在硅籽晶夹持口 22的下方；2、将一根定位销4的直角腰朝下从定位销孔24的一端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24的另一端(将定位销4露出一点在定位销孔24的另一端即可)；3、将另一根定位销4的直角腰朝上从定位销孔24的另一端插入，依次通过硅籽晶夹持孔25和定位销孔24在步骤I中插入的一端；4、分别从两个定位销4的下底边用力，使得两根定位销4卡在定位销孔24和硅籽晶夹持孔25中；5、使用定位销固定器将定位销4箍紧(定位销固定器围绕夹持器I外侧壁一周，将定位销固定器的两端连接固定即可将定位销4箍紧)；6、将夹持器I与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接(通过夹持器I上端固定的籽晶轴联接装置11)。本发明设计出了一种特殊形状的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器及使用方法，配合硅籽晶3使用，能够满足半导体硅材料的发展需要，可用于制造集成电路和其它电子元件的半导体级硅单晶的制备。采用本发明的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器配合的硅籽晶3定位精度高，安装好的硅籽晶3的生长晶向偏度与制备的硅籽晶3的特定晶向偏度相差很小，偏差可以控制在15'以内，故可以根据特定要求，精确地控制晶体的晶向偏度，提闻单晶质量。对比例I、以背景技术中第二种常用的方法作为对比例I与实施例2进行对比在现实操作中获取的数据表明，制备的硅籽晶3的特定晶向偏度为5'到10'之间，使用对比例I所述的夹持器I安装硅籽晶3后，当夹持器I与硅籽晶3的尺寸适应存在误差时(尤其是在夹持器I使用较长时间后)，其生长的晶体的晶向偏度为0.5°到3°之间，且无法精确控制其晶向偏度，硅单晶国家标准GB/T 12962-2005里规范了直拉硅单晶的晶向偏离度不大于2°。由于晶向偏度大所造成的产品合格率下降2%到10%。
在现实操作中获取的数据表明，使用实施例2中的硅籽晶3与籽晶夹持器后，生长的晶体的晶向偏度维持在5'到25'之间。对比例2、以背景技术中第三种常用的方法作为对比例2与实施例I进行对比对比例2为国内发明专利02131185. 4设计的一种硅籽晶3，其主要目的是采用倒圆台或倒棱台承力，增加籽晶能承受的单晶重量，以满足大直径高重量的硅单晶生长需要。但是，在现实操作中获取的数据表明，使用对比例2所述的夹持器I安装硅籽晶3后，硅籽晶3在高速旋转的惯性离心力作用下容易造成松动(尤其是在硅籽晶3与夹持器I的尺寸适应存在误差时)，由于硅籽晶3松动造成的晶体生长的成功率下降10%到20%。而且由于松动造成的晶体的晶向偏度在0. 5°到3°之间，且无法精确控制其晶向偏度，硅单晶国家标准GB/T 12962-2005里规范了直拉硅单晶的晶向偏离度不大于2°。由于晶向偏度大所造成的产品合格率下降2%到10%。现实操作中获取的数据表明，使用实施例I中的硅籽晶3与夹持器I后，由于硅籽晶上部31和定位销4的固定作用，即使是硅籽晶3与夹持器I的尺寸适应存在较大误差时，硅籽晶3在高速旋转下也不会造成松动，对晶体生长的成功率不会造成影响。而且定位销4采用斜面灵活固定，不会影响生长的晶体的晶向偏度，晶向偏度维持在5'到25'之间。适用于大直径高重量的硅单晶生长及其晶向偏度和单晶质量的控制。以上对比例I和对比例2在现实操作中所获得的数据均由X射线定向仪等仪器测定，测定的过程为本行业内技术人员所公知的技术。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的几个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，包括夹持器(1)，在所述夹持器(I)的上方设置有籽晶轴联接装置(11);其特征是所述夹持器(I)内设置有上下贯通的空腔(23)，所述空腔(23)下方设置有硅籽晶夹持口(22)； 所述夹持器(I)的侧壁上设置有至少一个的定位销孔(24)，所述定位销孔(24)从左至右依次贯穿夹持器(I)的左侧壁、空腔(23)以及夹持器(I)的右侧壁； 相对应于定位销孔(24)，在定位销孔(24)内设置有定位销(4)，所述定位销(4)依次贯穿夹持器(I)左侧的定位销孔(24)、空腔(23)和夹持器(I)右侧的定位销孔(24)； 所述夹持器(I)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(4)与夹持器(I)固定。
2.根据权利要求I所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述定位销孔(24)的剖面为直角梯形，所述直角梯形的斜腰与直角腰的角度0为O。、0°。
3.根据权利要求I所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述定位销孔(24)的剖面为矩形。
4.根据权利要求2所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述硅籽晶夹持口(22)的侧边与轴的夹角a为10° 30°。
5.根据权利要求4所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是所述硅籽晶夹持口(22)的侧边与轴的夹角a为15°。
6.根据权利要求5所述的用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器，其特征是定位销孔(24)的截面为矩形、圆或者多边形。
7.用于直拉法制备单晶硅的籽晶夹持器的使用方法，其特征是硅籽晶(3)包括硅籽晶上部(31)、硅籽晶中部(32 )和硅籽晶下部(33 )，在硅籽晶上部(31)上相对应于定位销孔(24)设置有可以对硅籽晶(3)进行上下调整的硅籽晶夹持孔(25)； 将硅籽晶上部(31)套装入空腔(23)中，硅籽晶中部(32)卡住硅籽晶夹持口(22)，硅籽晶下部(33)露出在硅籽晶夹持口(22)的下方； 所述定位销(4)依次通过定位销孔(24)左侧、硅籽晶夹持孔(25)和定位销孔(24)右侧； 所述硅籽晶(3)通过硅籽晶夹持孔(25)与定位销(4)之间的空隙进行微调； 将硅籽晶(3)调整好位置后，插紧定位销(4)； 将定位销(4)通过固定装置与夹持器(I)相固定； 固定好硅籽晶(3 )后，通过籽晶轴联接装置(11)将夹持器(I)与直拉法制造硅单晶的单晶炉内的籽晶轴相连接。
全文摘要
本发明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。
文档编号C30B29/06GK102628179SQ201210139199
公开日2012年8月8日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者吴雄杰, 潘金平, 王伟棱, 王飞尧, 饶伟星 申请人:杭州海纳半导体有限公司
最新回复(0)