籽晶夹具的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种籽晶夹具。


背景技术：

2.相关技术中，单晶硅通常通过cz工艺制备，在制备过程中，将多晶硅料置于坩埚中熔融成液态硅液形成熔汤，然后降低具有所需单晶原子结构的籽晶与熔汤接触。当从熔汤中缓慢地提取籽晶时，从具有与籽晶相同的原子结构的熔汤中拉出单晶棒。
3.cz法拉制过程中，引晶时因为籽晶与熔汤的温差比较大，使得籽晶与熔汤接触时产生热冲击，在籽晶中产生位错缺陷，如果不抑制的话，该位错缺陷可在晶体中不断传播。消除位错的最常用方法为dash方法。由于颈部的长度和直径都较小，位错终止于颈部的外表面，使得晶体的主体无位错。但是往往是颈缩的长度较长才可消除该位错。为了及时地消除位错，且同时减少颈部的长度，需要目的降低籽晶与熔汤的温度差。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种籽晶夹具，所述籽晶夹具使得熔汤的辐射热尽可能地聚集在籽晶与熔汤接触的部分。
5.根据本实用新型的籽晶夹具，所述籽晶夹具用于夹持籽晶，所述籽晶上下延伸，所述籽晶夹具包括：可拆卸连接的固定件和可拆件，所述固定件用于固定所述籽晶的上端，所述可拆件环绕所述固定件形成为环形，所述固定件朝向所述籽晶下端的一侧端面为第一端面，所述可拆件朝向所述籽晶下端的一侧端面为第二端面，所述第一端面与所述第二端面配合限定出向上凹入的凹面，所述凹面用于将位于所述籽晶下方的辐射热汇聚至所述籽晶的下端。
6.根据本实用新型的籽晶夹具，通过固定件与可拆件配合限定出凹面，凹面由固定件的第一端面与可拆件的第二端面配合限定，凹面使得熔汤的辐射热尽可能地聚集在籽晶与熔汤接触的部分，减少籽晶与熔汤之间的温差，减少因热冲击而产生的大量位错，进一步缩小颈部的长度。
7.在一些实施例中，在水平投影平面内，所述籽晶位于所述凹面的中心位置。
8.在一些实施例中，所述凹面为以所述籽晶的中心轴线为轴线和以向上凹入的弧线为目线的回转面，所述弧线的任一点的曲率中心均位于所述籽晶上。
9.在一些实施例中，所述凹面为球面，所述球面的球心位于所述籽晶的下端。
10.在一些实施例中，所述固定件上形成有第一连接部，所述可拆件上形成有与所述第一连接部可拆卸连接的第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部中的一个形成为滑槽，所述第一连接部和所述第二连接部中的另一个形成为滑块，所述滑块配合于所述滑槽内。
11.在一些实施例中，所述滑槽沿所述籽晶的轴线方向延伸，所述滑槽的朝向所述籽
晶上端的一端敞开且朝向所述籽晶下端的另一端封闭，所述滑块与所述滑槽的封闭端端面抵接。
12.在一些实施例中，所述第一端面在所述籽晶径向方向上的宽度为a，所述第二端面在所述籽晶径向方向上的宽度为b，所述第一端面和所述第二端面满足：b≥0.3a。
13.在一些实施例中，所述可拆件包括多个，多个所述可拆件相互可替换地与所述固定件可拆卸地连接，所述第二壁面为圆弧面，且多个所述可拆件的所述第二壁面的曲率半径不同。
14.在一些实施例中，所述籽晶下端面的中心至所述第二端面的外周沿间的连线与所述籽晶中心轴线的夹角为θ，所述第二端面的曲率半径为r，所述曲率半径r与所述夹角θ负相关。
15.在一些实施例中，所述第二端面的曲率半径r与所述夹角θ满足：其中，θ在15
°
～45
°
的范围内。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.图1是根据本实用新型实施例的籽晶夹具的示意图；
18.图2是根据本实用新型实施例的籽晶夹具的示意图，其中，可拆件的第二端面的曲率半径小于图1中所示的可拆件的第二端面的曲率半径。
19.附图标记：
20.100、籽晶夹具；
21.1、固定件；11、第一连接部；12、第一端面；
22.2、可拆件；21、第二连接部；22、第二端面；
23.3、法兰；4、提拉机构；5、凹面；
24.200、籽晶；
25.300、坩埚；400、熔汤。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.下面参考图1和图2描述根据本实用新型实施例的籽晶夹具100。
28.如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的籽晶夹具100包括：固定件1和可拆件2。
29.具体地，籽晶夹具100用于夹持籽晶200，籽晶200上下延伸，籽晶夹具100包括：可拆卸连接的固定件1和可拆件2，固定件1用于固定籽晶200的上端，可拆件2环绕固定件1形成为环形，固定件1朝向籽晶200下端的一侧端面为第一端面12，可拆件2朝向籽晶200下端
的一侧端面为第二端面22，第一端面12与第二端面22配合限定出向上凹入的凹面5，凹面5用于将位于籽晶200下方的辐射热汇聚至籽晶200的下端。
30.也就是说，籽晶200沿上下方向上延伸，籽晶夹具100包括固定件1和可拆件2，可拆件2与固定件1可拆卸连接，固定件1固定籽晶200的上端，可拆件2形成为环形，且可拆件2围绕固定件1设置，固定件1朝向籽晶200下端(如图1所示籽晶200的下端)的一侧端面为第一端面12，可拆件2朝向籽晶200下端(如图1所示籽晶200的下端)的一侧端面为第二端面22，固定件1的第一端面12与可拆件2的第二端面22配合限定出向上凹入的凹面5，凹面5用于将位于籽晶200下方的热源的辐射热汇聚至籽晶200的下端。由此，使得熔汤的辐射热能够尽可能地聚集在籽晶200与熔汤接触的位置，使得籽晶200与熔汤的温差减小。
31.参照图1和图2所示，固定件1与籽晶200的上端相连，可拆件2围绕固定件1设置，可拆件2形成为环形与固定件1可拆卸连接，在上下方向上，固定件1的第一端面12与可拆件2的第二端面22配合限定出凹面5朝向籽晶200的上端凹入。
32.根据本实用新型实施例的籽晶夹具100，通过固定件1与可拆件2配合限定出凹面5，凹面5由固定件1的第一端面12与可拆件2的第二端面22配合限定，凹面5使得熔汤的辐射热尽可能地聚集在籽晶200与熔汤接触的部分，减少籽晶200与熔汤之间的温差，也减少因热冲击而产生的大量位错，进一步缩小颈部的长度。
33.在本实用新型的一些实施例中，参照图1所示，为了保证可拆件2能够尽可能地将辐射聚集在籽晶200与熔汤400接触的位置，也减少因热冲击而产生的大量位错，在水平投影平面内，籽晶200位于凹面5的中心位置。
34.在本实用新型的另一些实施例中，参照图1所示，凹面5为以籽晶200的中心轴线为轴线和以向上凹入的弧线为目线的回转面。由此，凹面5的结构简单，降低了凹面5的成型难度。
35.进一步地，弧线的任一点的曲率中心均位于籽晶200上。由此，能够保证尽可能地将辐射热聚集在籽晶200上，通过籽晶200自身的热传导，可将热量快速地传递到籽晶200与熔汤400接触的位置，降低因热冲击带来的大量位错的产生。
36.在本实用新型的一些实施例中，凹面5为球面，球面的球心位于籽晶200的下端。由此，能够进一步地保证辐射热汇聚在籽晶200的下端，从而进一步减少因热冲击而产生的大量位错。
37.在本实用新型的一些实施例中，固定件1上形成有第一连接部11，可拆件2上形成有与第一连接部11可拆卸连接的第二连接部21。由此，固定件1和可拆件2之间的连接结构简单，便于安装和拆卸，降低籽晶夹具100的使用难度。
38.在本实用新型的一些实施例中，第一连接部11和第二连接部21中的一个形成为滑槽，第一连接部11和第二连接部21中的另一个形成为滑块，滑块配合于滑槽内。也就是说，可以是第一连接部11形成为滑槽，第二连接部21形成为滑块，也可以是第一连接部11形成为滑块，第二连接部21形成为滑槽，滑块与滑槽相互配合。由此，第一连接部11和第二连接部21连接巧妙，简化了固定件1与可拆件2之间的连接结构，保证了固定件1与可拆件2之间的连接稳定性。
39.在本实用新型的一些实施例中，滑槽沿籽晶200的轴线方向延伸，滑槽的朝向籽晶200上端的一端敞开且朝向籽晶200下端的另一端封闭，滑块与滑槽的封闭端端面抵接。也
就是说，滑槽的朝向籽晶200的籽晶200上端的一端敞开，且滑槽的朝向籽晶200的籽晶200下端的另一端封闭，当滑块滑动进滑槽底部时，滑块与滑槽的封闭端的端面相抵接。由此，限制了滑块与滑槽的相对位移，使得可拆件2能够稳定的与固定件1可拆卸连接。
40.在本实用新型的一些实施例中，第一端面12在籽晶200径向方向上的宽度为a，第二端面22在籽晶200径向方向上的宽度为b，第一端面12和第二端面22满足：b≥0.3a。由此，第一端面12和第二端面22之间配合能够进一步地保证辐射热汇聚在籽晶200的下端，进一步减少因热冲击而产生的大量位错。
41.在本实用新型的一些实施例中，可拆件2包括多个，多个可拆件2相互可替换地与固定件1可拆卸地连接，第二端面22为圆弧面，且多个可拆件2的第二端面22的曲率半径不同。可以理解的是，在实际生产过程中，籽晶200可重复使用，再一次使用时籽晶200长度都比上次使用的长度要缩小，为了不影响籽晶夹具100的聚热效果，设置多个第二端面22的曲率半径不同的可拆件2，随着生产的进行，籽晶200的长度不断减小，随之使用的可拆件2的曲率半径也逐之减小。这样，能够有效地将来自熔汤400液面的辐射热聚集到籽晶200的底端部。
42.在本实用新型的一些实施例中，籽晶夹具100下端面的中心至第二端面22的外周沿间的连线与籽晶200的中心轴线的夹角为θ，第二端面22的曲率半径为r，曲率半径r与夹角θ负相关。也就是说，随着籽晶长度的减小，夹角θ逐渐增大，第二端面22的曲率半径逐渐减小。由此，能够保证尽可能地将辐射聚集在籽晶200与熔汤400接触的位置，减少因热冲击而产生的大量位错。
43.具体地，第二端面的曲率半径r与夹角θ满足：其中，θ在15
°
～45
°
的范围内。当θ为45
°
时，刚好通过观察窗观察到籽晶200，若籽晶200长度再缩短的话即θ大于45
°
，籽晶200就观察不到，无法开展后续的引晶工序。籽晶200的初始长度一般在50
㎜‑
100
㎜
，为使得来自熔汤400液面的辐射热聚集到籽晶200的底端部，且为保证拉制出的晶棒安全地通过单晶炉中导流筒和冷却套，则θ至少为15
°
。
44.由于石墨的导热率大于空气的导热率，能够很好地进行热传递，优选地，可拆件2与固定件1均为石墨件。
45.在本实用新型的一些实施例中，籽晶夹具100还包括：法兰3，法兰3设于固定件1和/或可拆件2的朝向籽晶200上端的端面，并与固定件1和/或可拆件2固定连接。也就是说，法兰3可以设在固定件1的上端与固定件1固定连接，法兰3也可以设在可拆件2的上端与可拆件2固定连接，法兰3还可以设在固定件1和可拆件2的上端与固定件1和可拆件2固定连接。其中，法兰3的材质一般采用石墨、石英、钼等材料。由此，籽晶夹具100的结构简单，便于装配和使用。
46.在本实用新型的一些实施例中，籽晶夹具100还包括：提拉机构4，提拉机构4与固定件1固定连接，用于提拉固定件1，便于籽晶200生长。
47.下面将参考图1和图2描述根据本实用新型的一个具体实施例的籽晶夹具100。
48.参照图1和图2所示，籽晶夹具100包括：固定件1、可拆件2、法兰3和提拉机构4。
49.具体地，固定件1与提拉机构4固定连接，法兰3设在固定件1和可拆件2的上端与固定件1和可拆件2固定连接，固定件1与籽晶200的上端相连，可拆件2围绕固定件1设置，可拆
件2形成为环形与固定件1可拆卸连接，在上下方向上，固定件1与可拆件2配合限定出凹面5，凹面5由固定件1朝向籽晶200的下端的端面与可拆件2朝向籽晶200的下端的端面配合限定，凹面5朝向籽晶200的上端凹陷，固定件1上形成有第一连接部11，可拆件2上形成有第二连接部21，第一连接部11形成为滑槽，第二连接部21形成为滑块，滑块与滑槽相互配合。
50.当籽晶200再次使用时，籽晶200长度比上次使用时应该是减小，为使得籽晶夹具100下方熔汤400液面的热量聚集在籽晶200上，需要更换可拆件2，该更换后的可拆件2第二端面22的曲率半径r，需满足根据籽晶夹具100的a、b及θ，可直接计算得出更换后的可拆件2的曲率半径r。总之，随着籽晶200的多次使用，其长度在减小，θ增大，随之曲率半径r也减小。因此上述设计的多个可更换的可拆件2可将熔汤400液面的热量聚集在籽晶200上，减少热冲击产生的大量位错，进一步地减少径部的长度。
51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。