单晶炉重锤及具有其的单晶炉的制作方法

本公开涉及半导体工艺设备技术领域，尤其涉及一种单晶炉重锤及具有其的单晶炉。

背景技术：

目前，主流的单晶硅制备多采用软轴提拉法，通过软轴带动籽晶的旋转、升降实现单晶硅棒的控制，重锤的结构及籽晶的固定方式是决定拉出晶棒好坏的关键因素，目前市场上的重锤采用不锈钢+石墨组合的方式，不锈钢重锤的一端固定有石墨夹头，石墨夹头处夹接籽晶。

上述技术方案存在以下缺陷：不锈钢和石墨的膨胀系数相差很大，在受热膨胀到一定的长度后，不锈钢的膨胀体积变化远远大于石墨的体积变化，而石墨为脆性材料，不锈钢重锤会将石墨夹头涨坏，下面的籽晶会脱落。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提出了一种单晶炉重锤，可以有效避免石墨夹头被涨坏导致籽晶脱落的情况，从而提高单晶炉重锤的可靠性。

根据本公开的一方面，提供了一种单晶炉重锤，包括重锤本体和夹持装置，所述夹持装置与所述重锤本体同轴设置，其中，所述夹持装置包括与所述重锤本体相连接的第一夹持件，所述第一夹持件的材质为非脆性材质，所述第一夹持件未与所述重锤本体相连接的一端具有卡孔，所述卡孔的内侧固定有用于夹持籽晶的第二夹持件；其中，所述卡孔的深度大于所述第二夹持件的长度，以使所述第二夹持件与所述重锤本体之间具有间隙。

在一种可能的实现方式中，所述卡孔的形状与所述第二夹持件的外侧壁的形状相匹配，且所述卡孔包覆住所述第二夹持件的外侧壁，以使所述第二夹持件固定在所述卡孔内。

在一种可能的实现方式中，所述卡孔邻近所述重锤本体的一侧为柱面，所述卡孔远离所述重锤本体的一侧为锥面，所述第二夹持件包括固定连接的卡接部和夹持部，其中，所述卡接部为柱形，位于所述卡孔的所述柱面处，并与所述卡孔的内壁卡接；所述夹持部位于所述卡孔的所述锥面处，与所述卡孔的内壁相贴合，所述夹持部包括多个夹持片，所述夹持片均匀设置并围合成用于夹持所述籽晶的夹口。

在一种可能的实现方式中，还包括销子，所述重锤本体与所述第一夹持件相连接的一侧设有凸台，所述凸台开设有通孔，所述通孔贯穿所述凸台的侧壁，所述第一夹持件开设有与所述通孔相匹配的销孔，所述销孔贯穿所述第一夹持件与所述重锤本体相连接的一端的侧壁，所述销子穿插在所述销孔和所述通孔中，以使所述第一夹持件与所述重锤本体通过所述销子固定连接。

在一种可能的实现方式中，所述销子的材质与所述第一夹持件的材质相同。

在一种可能的实现方式中，所述第一夹持件的主体呈柱体；所述凸台为柱体，其中，所述凸台的侧壁与所述第一夹持件的内壁相贴合。

在一种可能的实现方式中，所述第一夹持件的材质为钼，所述第二夹持件为石墨夹头。

在一种可能的实现方式中，所述卡孔远离所述重锤本体的一侧的外侧壁设有倒角。

在一种可能的实现方式中，所述重锤本体为不锈钢重锤，所述不锈钢重锤的形状呈圆柱体。

根据本公开的另一方面，还提供一种单晶炉，包括前面任一所述的单晶炉重锤。

本公开实施例的单晶炉重锤，通过将用于夹持籽晶的第二夹持件固定在第一夹持件的卡孔内，以使第一夹持件包覆在第二夹持件的外围，同时采用非脆性材质作为第一夹持件的材质。由此，在使用本公开实施例的单晶炉重锤夹持籽晶，进行单晶体的生长时，第一夹持件在受热膨胀时，由于其材质为非脆性材质，本身具备一定的力学性能，在单晶生长工艺条件下的膨胀不能达到涨坏的条件。同时，将第二夹持件固定在第一夹持件的卡孔位置处，并设置卡孔的深度大于第二夹持件的长度，以使第二夹持件与重锤本体之间具有一定的间隙，这就避免了第二夹持件与重锤本体的直接连接，从而也就有效防止了重锤本体受热膨胀将第二夹持件涨坏的情况，实现了对第二夹持件的保护作用，最终提高了单晶炉重锤的可靠性，使得单晶生长过程的安全系数更高。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出本公开实施例的单晶炉重锤的主体结构剖面图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“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或简化描述，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。

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。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的主体结构的剖视图。如图1所示，本公开实施例的单晶炉重锤包括重锤本体100和夹持装置200。需要说明的是，夹持装置200与重锤本体100同轴设置。其中，夹持装置200包括与重锤本体100相连接的第一夹持件210。第一夹持件210未与重锤本体100相连接的一端具有卡孔211。卡孔211的内侧固定有第二夹持件220，第二夹持件210用于夹持籽晶300。同时，卡孔211的深度大于第二夹持件220的长度，以使第二夹持件220与重锤本体100之间具有一定的间隙。

应当指出的是，在本公开实施例的单晶炉重锤中，第一夹持件210的材质为非脆性材质。本领域技术人员可以理解的是，非脆性材质可以包括金属材质(如：钼)，还可以包括非金属材质。此处不进行一一举例说明。

本公开实施例的单晶炉重锤，通过将用于夹持籽晶300的第二夹持件220固定在第一夹持件210的卡孔211内，以使第一夹持件210包覆在第二夹持件220的外围，同时采用非脆性材质作为第一夹持件的材质。由此，在使用本公开实施例的单晶炉重锤夹持籽晶300，进行单晶体的生长时，第一夹持件210在受热膨胀时，由于其材质为非脆性材质，本身具备一定的力学性能，在单晶生长工艺条件下的膨胀不能达到涨坏的条件。同时，将第二夹持件220固定在第一夹持件210的卡孔211位置处，并设置卡孔211的深度大于第二夹持件220的长度，以使第二夹持件220与重锤本体100之间具有一定的间隙，这就避免了第二夹持件220与重锤本体100的直接连接，从而也就有效防止了重锤本体100受热膨胀将第二夹持件220涨坏的情况，实现了对第二夹持件220的保护作用，最终提高了单晶炉重锤的可靠性，使得单晶生长过程的安全系数更高。

其中，参阅图1，在本公开实施例的单晶炉重锤中，重锤本体100可以采用不锈钢重锤来实现。其中，不锈钢重锤的主体可以为圆柱体，且为一体铸造。另外，本领域技术人员可以理解的是，重锤本体100未与第一夹持件210固定连接的一端适用于悬挂在单晶炉的软轴上，其连接方式可以采用现有的软轴单晶炉中的连接方式，此处不再进行赘述。

在一种可能的实现方式中，重锤本体100与第一夹持件210之间可以采用销连接的方式来实现。具体的，参阅图1，在本公开实施例的单晶炉重锤中，重锤本体100与第一夹持件210相连接的一侧设置有凸台500。该凸台500开设有通孔，该通孔贯穿凸台500的侧壁。

其中，应当指出的是，凸台500的主体可以为柱体(如：圆柱体)，也可以为方体，此处不进行具体限定。并且，在一种可能的实现方式中，凸台500与重锤本体100为一体成型结构。由此，在进行凸台500的加工时，可以直接对重锤本体100与第一夹持件210相连接的一侧进行挖料，以挖出一圆柱体或方体结构的凸出体即可。加工工艺简单，并且不需要额外设置其他零部件，这也就进一步节省了成本。

此外，还需要指出的是，所设置的凸台500与重锤本体100可为同轴设置。

相应的，参阅图1，卡孔211贯穿第一夹持件210的主体，以使凸台500插入到卡孔211中。第一夹持件210开设有与通孔相匹配的销孔，销孔贯穿第一夹持件210与重锤本体100相连接的一端的侧壁，销子400穿插在销孔和通孔中，以使第一夹持件210与重锤本体100通过销子400固定连接。

通过设置重锤本体100与第一夹持件210采用销子400进行销连接，不仅简化了重锤本体100与第一夹持件210之间的连接结构，同时还能够通过调整销子400与销孔的间隙，使第一夹持件210和重锤本体100之间可以有效地固定并能够方便拆卸。

此处，应当指出的是，销子400的材质与第一夹持件210的材质相同。如：第一夹持件210和销子400均采用钼材质制备而成。通过采用钼材质制备第一夹持件210和销子400，钼的热膨胀系数为5.2，不锈钢的热膨胀系数为19.5，两者相差很大，同时钼为金属材料，本身具备金属的力学性能，在单晶生长工艺条件下的膨胀远不能达到将第一夹持件210涨坏的条件，因此能够有效避免第二夹持件220涨坏造成籽晶连带单晶棒的脱落的现象，从而提高了单晶工艺生长的安全性和可靠性。

在另一种可能的实现方式中，第一夹持件210与重锤本体100之间的固定连接方式还可以为螺纹连接。如：在第一夹持件210与重锤本体100相连接的一端的侧壁开设第一螺纹孔，同时在凸台500的侧壁相应位置处开设第二螺纹孔。第一螺纹孔与第二螺纹孔相匹配，将螺栓依次旋进第一螺纹孔和第二螺纹孔并旋紧即可实现第一夹持件210与凸台500的固定。在这种方式中，凸台500上的第二螺纹孔不需要贯穿凸台500的侧壁，只要能保证将螺栓中的螺杆完全旋进即可。

进一步的，在本公开实施例的单晶炉重锤中，卡孔211贯穿第一夹持件210的主体，且卡孔211的中轴线与销孔的中轴线相垂直。同时，凸台400的侧壁与第一夹持件210的内壁(即，卡孔邻近重锤本体100一侧的孔壁)相贴合。也就是说，通过设置凸台400的侧壁与卡孔211邻近重锤本体100一侧的孔壁相贴合，即，设置凸台400的直径与卡孔211紧邻重锤本体100一侧的孔径相同，以使凸台400与第一夹持件210之间能够产生相互作用力，从而在采用销连接方式进行第一夹持件210与重锤本体100的固定连接时，进一步地提高了第一夹持件210与重锤本体100之间连接的稳固性。

更进一步地，在一种可能的实现方式中，第一夹持件210的主体呈柱体。其中，卡孔211的形状与第二夹持件220的外侧壁的形状相匹配，并且卡孔211包覆住第二夹持件220的外侧壁，以使第二夹持件220固定在卡孔211内。此处，应当指出的是，第二夹持件220可以直接采用石墨夹头来实现。通过设置卡孔211的形状与第二夹持件220的外侧壁相匹配，并且卡孔211包覆住第二夹持件220的外侧壁，从而在卡孔211内固定第二夹持件220时，只需通过卡孔211的孔壁对第二夹持件220进行定位及固定即可，不需要另外设置额外的固定部件，这也就更进一步地节省了生产成本。

其中，在通过卡孔211包覆住第二夹持件220的方式来实现第二夹持件220的固定时，可以通过以下方式来实现。

即，参阅图1，卡孔211邻近重锤本体100的一侧为柱面(如：圆柱面)，卡孔211远离重锤本体100的一侧为锥面(如：圆锥面)。第二夹持件220包括固定连接的卡接部221和夹持部222。其中，卡接部221为柱形，位于卡孔211的柱面处，并与卡孔211的内壁卡接。夹持部222位于卡孔211的锥面处，与卡孔211的内壁相贴合。从而使得第二夹持件220与第一夹持件210之间通过卡孔211的柱面进行定位，并通过锥面受力来实现固定。

同时，在本公开实施例的单晶板重锤中，第二夹持件220的夹持部222可以包括多个夹持片，夹持片均匀设置并围合成用于夹持籽晶300的夹口。其中，通过多个夹持片围合成的夹口的内壁与所夹持的籽晶300的侧壁形状相匹配。

如：参阅图1，第二夹持件220中，多个夹持片围合成的夹口邻近重锤本体100的一端的内壁为柱面，远离重锤本体100的一端的内壁为锥面，从而使得第二夹持件220与籽晶300之间通过柱面进行定位，并通过锥面受力来实现对籽晶300的夹持固定。

此处，还需要指出的是，在第二夹持件220中，卡接部221呈两侧面为圆环状的柱体，且卡接部221的柱体表面和卡孔211的圆柱部分紧密贴合。其中，夹持片的可以设置为四个，且这四个夹持片可以采用石墨夹片来实现。即，夹持部222包括与卡接部221环形面连体设置，沿卡接部221轴向对称布置的四个锥形石墨夹片(即，夹持片)，锥形石墨夹片的倾斜方向及倾斜角度与卡孔211的锥面的倾斜方向及倾斜角度一致，且锥形石墨夹片紧贴卡孔211的锥面。并且，在一种可能的实现方式中，卡接部221与夹持部222为一体成型结构。

进一步的，第二夹持件220的夹持部222设有籽晶300，籽晶300呈圆柱状，且籽晶300与第二夹持件220相接触的一端的侧壁的倾斜方向与夹持部222一致，倾斜角度大于夹持部222的锥形石墨片的锥形面的倾斜角度，从而在通过夹持部222夹持籽晶300时，籽晶300的侧壁能够紧贴夹持部222的内壁，以增大夹持部222对籽晶300的夹持力，从而提高夹持部222对籽晶300夹持的稳固性。

更进一步地，参阅图1，在本公开实施例的单晶炉重锤中，第一夹持件210中，卡孔远离重锤本体100的一侧的外侧壁设有倒角。倒角比起棱来说可以有效的保护单晶炉的炉膛内其他部件的安全。

此外，还需要说明的是，尽管以图1作为示例介绍了单晶炉重锤，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定单晶炉重锤结构，只要能防止第二夹持件220被涨坏导致籽晶300掉落的情况即可。

基于前面任一所述的单晶炉重锤，本公开还提供了一种单晶炉。其中，本公开实施例的单晶炉包括如上任一所述的单晶炉重锤。通过将前面任一所述的单晶炉重锤安装到单晶炉的炉膛内，在进行单晶拉制工艺时，能够有效保证籽晶的稳固性，从而使得单晶拉制工艺安全稳定的进行。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。