[發(fā)明專利]半導體級硅單晶爐籽晶夾頭裝置及其應用

有效

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• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107059113B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 潘清躍;王維川;湯錦睿
• 申請（專利權）人: 南京晶能半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B15/32
• 分類號: C30B15/32;C30B29/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 楊文晰;孫忠浩

本發(fā)明提供了一種半導體級硅單晶爐籽晶夾頭裝置及其應用，它由籽晶安裝端、軟軸安裝端、過渡配重端組成；籽晶安裝端主要用于拆卸和更換籽晶；軟軸安裝端主要用于與軟軸緊固連接；過渡配重端主要用于連接籽晶安裝端與軟軸安裝端，通過螺紋連接起定位、串接和配重作用。其優(yōu)點在于：方便籽晶、軟軸和籽晶夾頭裝置的拆卸、維護；由于該結構用石墨件與籽晶端部接觸，降低了引晶部位零部件的揮發(fā)性，減少了污染，可滿足半導體級硅單晶生長的要求；提高了軟軸運動時的對中精度，提高了軟軸和籽晶的同心度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種晶體生長用的籽晶夾頭裝置及其應用，尤其是一種用于直拉法半導體級硅單晶爐晶體生長用的籽晶夾頭裝置及其應用。

背景技術

單晶硅是具有基本完整的點陣結構的晶體，是一種良好的半導體材料，純度可達到99.9999999%以上，可以用于二極管級、整流器件級、電路級和芯片產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用于各個領域，在軍事電子設備中也占有重要地位，處于新材料發(fā)展的前沿。

半導體級硅單晶爐是單晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中重要的晶體生長設備，目前，世界上用于硅單晶體生長的主流方法主要有兩種：一種是區(qū)熔法，另一種是直拉法，其中直拉法具有生長單晶質量大、直徑大、成本低廉、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，一直是半導體硅襯底制備的主要手段。直拉法是將一根受冷的籽晶與硅熔液接觸后熔化。當界面的溫度低于凝固點，則籽晶開始生長，為了使籽晶晶體不斷長大，需逐漸降低熔體的溫度，同時旋轉籽晶夾頭裝置，以改善熔體的溫度分布。當晶體生長到一定階段時，須緩慢上提籽晶夾頭裝置，以擴大散熱面。因此，直拉法硅單晶爐內的籽晶夾頭裝置的可靠性、穩(wěn)定性、使用便利性至關重要。目前，用于直拉法晶體生長的籽晶夾頭裝置結構多樣，采用整體式金屬鉬制成的籽晶夾頭裝置，因金屬鉬具有嚴重的揮發(fā)性，在長晶過程中會影響長晶質量，不能滿足半導體級硅單晶生長的要求；采用一體式石墨制成的籽晶夾頭裝置，一方面因重量不夠影響軟軸下垂的對中精度，另一方面因石墨抗拉強度較低，夾頭與軟軸端部接觸面易損壞。同時，上述籽晶夾頭裝置不利于拆裝、維護，使用過程中安全可靠性不高。

目前，在半導體級硅單晶爐中，如何改進籽晶夾頭裝置，提高其安全可靠性、結構穩(wěn)定性是本領域密切關注的課題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有提拉法半導體級硅單晶爐籽晶夾頭裝置安全可靠性、結構穩(wěn)定性不高，易污染，不利于拆裝、維護等問題，提供一種新型可靠的用于提拉法半導體級硅單晶爐的籽晶裝置及其應用。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種用于半導體級硅單晶爐的籽晶夾頭裝置，包括籽晶座，其特征在于：夾頭裝置包括籽晶安裝端、過渡配重和軟軸安裝端，其中：

籽晶安裝端包括籽晶座、錐形螺母、隔墊和墊片，籽晶座外部為錐形定位面，內部設有錐形安裝孔，并配有調整壓緊籽晶的隔墊和墊片；錐形螺母內部一端設有與籽晶座外部錐形定位面匹配的錐形安裝孔，另一端設有內螺紋，籽晶座通過外部的錐形定位面固定于錐形螺母中，籽晶座和錐形螺母的錐形安裝孔同芯，錐形螺母通過內螺紋與過渡配重端連接；

過渡配重包括鉬螺柱、過渡套筒、過渡座、芯軸和銷，鉬螺柱設有與錐形螺母內螺紋匹配的外螺紋，芯軸兩端均設有外螺紋，鉬螺柱、過渡套筒、過渡座設有同心的通孔，通孔末端的鉬螺柱中還設有與芯軸端部外螺紋匹配的內螺紋；鉬螺柱、過渡套筒和過渡座通過銷依次串聯(lián)定位，芯軸貫穿各通孔，端部通過匹配的外螺紋與鉬螺柱連接，鉬螺柱通過匹配的外螺紋與錐形螺母連接，伸出通孔的芯軸通過外螺紋與軟軸安裝端連接；

軟軸安裝端包括軟軸座、過渡螺栓和軟軸，軟軸端部設有錐形定位臺階，過渡螺栓設有外螺紋和與芯軸端部外螺紋匹配的內螺紋，軟軸座設有與軟軸端部錐形定位臺階對應的錐形安裝孔以及與過渡螺栓外螺紋匹配的內螺紋，軟軸通過錐形定位臺階安裝于軟軸座內，過渡螺栓通過匹配的外螺紋和內螺紋分別與軟軸座和芯軸連接；

組裝后，軟軸、芯軸及固定后的籽晶位于同一中軸線。