半导体级硅单晶炉籽晶夹头装置的制作方法

本实用新型涉及一种晶体生长用的籽晶夹头装置及其应用，尤其是一种用于直拉法半导体级硅单晶炉晶体生长用的籽晶夹头装置及其应用。

背景技术：

单晶硅是具有基本完整的点阵结构的晶体，是一种良好的半导体材料，纯度可达到99.9999999%以上，可以用于二极管级、整流器件级、电路级和芯片产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位，处于新材料发展的前沿。

半导体级硅单晶炉是单晶硅产业链中重要的晶体生长设备，目前，世界上用于硅单晶体生长的主流方法主要有两种：一种是区熔法，另一种是直拉法，其中直拉法具有生长单晶质量大、直径大、成本低廉、生产效率高等优点，一直是半导体硅衬底制备的主要手段。直拉法是将一根受冷的籽晶与硅熔液接触后熔化。当界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长，为了使籽晶晶体不断长大，需逐渐降低熔体的温度，同时旋转籽晶夹头装置，以改善熔体的温度分布。当晶体生长到一定阶段时，须缓慢上提籽晶夹头装置，以扩大散热面。因此，直拉法硅单晶炉内的籽晶夹头装置的可靠性、稳定性、使用便利性至关重要。目前，用于直拉法晶体生长的籽晶夹头装置结构多样，采用整体式金属钼制成的籽晶夹头装置，因金属钼具有严重的挥发性，在长晶过程中会影响长晶质量，不能满足半导体级硅单晶生长的要求；采用一体式石墨制成的籽晶夹头装置，一方面因重量不够影响软轴下垂的对中精度，另一方面因石墨抗拉强度较低，夹头与软轴端部接触面易损坏。同时，上述籽晶夹头装置不利于拆装、维护，使用过程中安全可靠性不高。

目前，在半导体级硅单晶炉中，如何改进籽晶夹头装置，提高其安全可靠性、结构稳定性是本领域密切关注的课题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对现有提拉法半导体级硅单晶炉籽晶夹头装置安全可靠性、结构稳定性不高，易污染，不利于拆装、维护等问题，提供一种新型可靠的用于提拉法半导体级硅单晶炉的籽晶装置及其应用。

本实用新型的目的是这样实现的：一种用于半导体级硅单晶炉的籽晶夹头装置，包括籽晶座，其特征在于：夹头装置包括籽晶安装端、过渡配重和软轴安装端，其中：

籽晶安装端包括籽晶座、锥形螺母、隔垫和垫片，籽晶座外部为锥形定位面，内部设有锥形安装孔，并配有调整压紧籽晶的隔垫和垫片；锥形螺母内部一端设有与籽晶座外部锥形定位面匹配的锥形安装孔，另一端设有内螺纹，籽晶座通过外部的锥形定位面固定于锥形螺母中，籽晶座和锥形螺母的锥形安装孔同芯，锥形螺母通过内螺纹与过渡配重端连接；

过渡配重包括钼螺柱、过渡套筒、过渡座、芯轴和销，钼螺柱设有与锥形螺母内螺纹匹配的外螺纹，芯轴两端均设有外螺纹，钼螺柱、过渡套筒、过渡座设有同心的通孔，通孔末端的钼螺柱中还设有与芯轴端部外螺纹匹配的内螺纹；钼螺柱、过渡套筒和过渡座通过销依次串联定位，芯轴贯穿各通孔，端部通过匹配的外螺纹与钼螺柱连接，钼螺柱通过匹配的外螺纹与锥形螺母连接，伸出通孔的芯轴通过外螺纹与软轴安装端连接；

软轴安装端包括软轴座、过渡螺栓和软轴，软轴端部设有锥形定位台阶，过渡螺栓设有外螺纹和与芯轴端部外螺纹匹配的内螺纹，软轴座设有与软轴端部锥形定位台阶对应的锥形安装孔以及与过渡螺栓外螺纹匹配的内螺纹，软轴通过锥形定位台阶安装于软轴座内，过渡螺栓通过匹配的外螺纹和内螺纹分别与软轴座和芯轴连接；

组装后，软轴、芯轴及固定后的籽晶位于同一中轴线。

在本实用新型中：所述籽晶座、锥形螺母、隔垫和过渡座均采用高强度等静压石墨制作；所述垫片的材料为石墨纸；所述软轴座、钼螺柱、过渡套筒、芯轴和销均采用金属钼制作；所述过渡螺栓采用耐热不锈钢310S制作。

在本实用新型中：所述的高强度等静压石墨和石墨纸的纯度要求为5 ppm。

在本实用新型中：所述制造软轴的材料为金属钨。

一种上述籽晶夹头装置的应用，其特征在于，所述的籽晶端部设有与籽晶座内部锥形安装孔匹配的锥形定位台阶，籽晶穿过籽晶座和锥形螺母的锥形安装孔，通过其端部的锥形定位台阶安装于籽晶座内，由隔垫和垫片调整后再经锥形螺母通过内螺纹与过渡配重连接，此时籽晶被压紧于籽晶座内，籽晶座和锥形螺母协同对籽晶径向定位和支撑，组装后，软轴、芯轴以及固定后的籽晶位于同一重力垂线上。

如上所述籽晶夹头装置的应用中：所述的籽晶的材料成分为高纯硅单晶体。

本实用新型的优点在于：由于将籽晶夹头装置采用分体螺纹装配式结构，将装置设置为籽晶安装端、软轴安装端和过渡配重端三大部分，方便籽晶、软轴和籽晶夹头装置的拆卸、维护；由于该结构用石墨件与籽晶端部接触，降低了引晶部位零部件的挥发性，减少了污染，可满足半导体级硅单晶生长的要求；由于在过渡配重端用重金属钼作为配重，提高了软轴运动时的对中精度；由于在过渡配重端用芯轴起定位连接，提高了软轴和籽晶的同心度。

附图说明

图1是本实用新型涉及的籽晶夹头装置的一种实施例结构示意图；

图2是本实用新型涉及的籽晶夹头装置本实施例的外形图；

图中：1、锥形螺母，2、籽晶座，3、钼螺柱，4、销，5、过渡套筒，6、过渡座，7、软轴座，8、过渡螺栓，9、芯轴，10、籽晶，11、隔垫，12、垫片，13、软轴。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本实用新型涉及的一种实施例的具体结构，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。

由图1和图2可见：本实用新型包括籽晶安装端、过渡配重和软轴安装端三部分，其中：

籽晶安装端包括籽晶座2、锥形螺母1、隔垫11和垫片12，籽晶座2外部为锥形定位面，内部设有锥形安装孔，籽晶10通过端部的锥形定位台阶安装于籽晶座2内，并由端部的隔垫11和垫片12调整压紧于籽晶座2内；锥形螺母1内部一端设有与籽晶座2外部锥形定位面匹配的锥形安装孔，另一端设有内螺纹，籽晶座2通过外部的锥形定位面固定于锥形螺母1中，籽晶座2和锥形螺母1的锥形安装孔同芯，锥形螺母1通过内螺纹与过渡配重端连接。

过渡配重包括钼螺柱3、过渡套筒5、过渡座6、芯轴9和销4，钼螺柱3设有与锥形螺母1内螺纹匹配的外螺纹，芯轴9两端均设有外螺纹，钼螺柱3、过渡套筒5、过渡座6设有同心的通孔，通孔末端的钼螺柱3中还设有与芯轴9端部外螺纹匹配的内螺纹。钼螺柱3、过渡套筒5和过渡座6通过销4依次串联定位，芯轴9贯穿各通孔，端部通过匹配的外螺纹与钼螺柱3连接，钼螺柱3通过匹配的外螺纹与锥形螺母1连接，伸出通孔的芯轴9通过外螺纹与软轴安装端连接。

软轴安装端包括软轴座7、过渡螺栓8和软轴13，软轴13端部设有锥形定位台阶，过渡螺栓8设有外螺纹和与芯轴9端部外螺纹匹配的内螺纹，软轴座7设有与软轴13端部锥形定位台阶对应的锥形安装孔以及与过渡螺栓8外螺纹匹配的内螺纹，软轴13端部通过锥形定位台阶安装于软轴座7内，过渡螺栓8通过匹配的外螺纹与软轴座连接，同时通过内螺纹与芯轴9连接。

组装后，软轴13、芯轴9及固定后的籽晶10位于同一中轴线。

在本实施例中：所述籽晶座2、锥形螺母1、隔垫11和过渡座7均采用高强度等静压石墨制作；所述垫片12的材料为石墨纸；所述软轴座7、钼螺柱3、过渡套筒5、芯轴9和销4均采用金属钼制作；所述过渡螺栓8采用耐热不锈钢310S制作。其中，高强度等静压石墨和石墨纸均须经高温纯化处理，它们的纯度要求为5 ppm。

在本实施例中：所述制造软轴的材料为金属钨。

本实用新型在实际使用中，籽晶10端部需要设置与籽晶座2内部锥形安装孔匹配的锥形定位台阶，籽晶10穿过籽晶座2和锥形螺母1的锥形安装孔，通过其端部的锥形定位台阶安装于籽晶座2内，由隔垫11和垫片12调整后再经锥形螺母1通过内螺纹与过渡配重连接，此时籽晶10被压紧于籽晶座2内，籽晶座2和锥形螺母1协同对籽晶10径向定位和支撑，组装时，通过软轴13悬挂在半导体级硅单晶炉的中央，组装后，软轴13、芯轴9以及固定后的籽晶10位于同一重力垂线上（使用中，图1和图2的左端在软轴13上，右端籽晶10在下）。

使用中，籽晶10的材料成分为高纯硅单晶体。