DE1218404B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes - Google Patents
Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere HalbleiterstabesInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
BOId
Deutsche Kl.: 12 c - 2
Nummer: 1218 404
Aktenzeichen: S89317IVc/12c
Anmeldetag: 1. Februar 1964
Auslegetag: 8. Juni 1966
Bekannt sind Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten
kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen, von denen mindestens
eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer den
Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander abgestimmten
Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wieder erstarrenden
Stabteils über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird.
En solches Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die sich drehende Halterung
des wieder erstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung seitlich verschoben wird.
Das neue Verfahren ermöglichtes, Halbleiterstäbe, vorzugsweise Siliciumstäbe, mit noch größerem
Querschnitt als nach dem bekannten Verfahren herzustellen. Der aus der Schmelze wieder erstarrende
Stabteil kann wahlweise unterhalb oder oberhalb der Heizspule angeordnet werden.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
In den F i g. 1 bis 4 sind verschiedene Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt;
F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform.
Nach F i g. 1 wird in einem Halbleiterstab 2, an dessen unterem Ende ein Keimkristall 5 angeschmolzen
ist, mit Hilfe einer mit Hochfrequenzstrom gespeisten Induktionsheizspule 3 eine Schmelzzone 4
erzeugt, die durch Aufwärtsbewegen der Heizspule 3 oder bei ruhender Heizspule 3 durch Aufwärtsbewegen
der Halterungen des Kristallstabes 2 durch diesen der Länge nach hindurchgezogen werden
kann. Der Keimkristall 5 kann ein Einkristall sein, der zum Einkristallzüchten dient. Er und mit ihm
der wieder erstarrte Stabteil werden um die lotrechte Achse in Drehung versetzt, indem z. B. die untere
Halterung mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird. Die Schmelzzone ist in dem in
Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt an der Stelle angelangt,
an der der Übergang vom dünnen Keimkristall zu einer größeren, jedoch die lichte Weite
der Heizspule nicht überschreitenden Stabdicke erreicht ist.
In F i g. 2 sind die darauffolgenden Verfahrensmaßnahmen durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Der Keimkristalls wird mit Bezug auf die ruhend angenommene Heizspule 3 nicht nur nach unten
bewegt, sondern gleichzeitig seitwärts, z. B. im Bild nach rechts, so daß der untere Teil der Schmelz-
Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere
Halbleiterstabes
Halbleiterstabes
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld (OFr.)
zone 4 auch nach rechts gezogen wird. Da der Keimkristall5 um seine Achse rotiert, wächst das
aus der Schmelze auskristallisierende Material im wesentlichen symmetrisch zur Drehachse der unteren
Stabhalterung auf. Der obere Stabteil 2 wird im entsprechenden Verhältnis von oben nachgeschoben.
In Fig. 3 ist ein noch späterer Zeitpunkt des Verfahrens dargestellt, in dem durch weiteres Verschieben
des Keimkristalls 5 nach rechts ein weiteres Anwachsen des Durchmessers des unteren Stabteils
2 a erreicht ist.
Schließlich ist in Fig. 4 der stabile Endzustand des Verfahrens erreicht, in dem keine weitere seitliche
Verschiebung des unteren Stabteils 2 α mehr vorgenommen wird, sondern die Stabteile 2 und 2 a
mit ihren Halterungen nur noch nach unten bewegt werden. Im Beispiel ist angenommen, daß der Stab
auf das Doppelte seines ursprünglichen Durchmessers verdickt und mithin der Stabquerschnitt
vervierfacht wird. In diesem Fall muß also mit Bezug auf die Heizspule 3 der obere Stabteil 2 mit
der vierfachen Geschwindigkeit nachgeschoben werden, mit der der untere Stabteil 2 a von der Heizspule
weggezogen wird. Man kann z. B. annehmen, daß der untere Stabteil 2 a mit einer Geschwindigkeit
von 2 mm/min nach unten bewegt wird, während der obere Stabteil 2 mit einer Geschwindigkeit
von 8 mm/min nach unten bewegt wird. Die Drehgeschwindigkeit des unteren Stabteils kann etwa 5
bis 100 U/min betragen, vorzugsweise etwa 20 U/min.
609 578/351
Der Übergang der Schmelzzone vom dünnen Keimkristall bis zum Zustand, der in Fig. 4 dargestellt
ist, erfordert besondere Aufmerksamkeit, da unter anderem die allmähliche Vergrößerung der
Geschwindigkeit, mit der der obere Stabteil 2 nachgeschoben wird, mit einer gleichzeitigen Vergrößerung
der in die Spule 3 eingespeisten Heizleistung einhergehen muß.
In F i g. 5 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der der wieder erstarrende Stabteil 12 α ίο
oberhalb der Heizspule 13 gewonnen wird. Die Stabteile 12 und 12c werden im Verhältnis zur Heizspule
13 nach oben bewegt. Die Schmelzzone 14 .kann wegen der großen Haftfläche am oberen Stabteil
12 α gehalten werden, wenn sie in Richtung der Stabachse besonders kurz dimensioniert wird. Hierfür
besonders zweckdienlich ist eine Beheizung 'durch eine flache Induktionsspule mit spiralig angeordneten
Windungen. .
Claims (2)
1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten
kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen, von denen mindestens
eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer
den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander
abgestimmten Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wieder ererstarrenden
Stabteils über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die sich drehende Halterung des wieder erstarrenden Stabteils
relativ zurHeizeinrichtung seitlich verschobenwird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wieder erstarrte Stabteil
nach unten gezogen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 578/351 5.66 © Bundesdruckerei Berlin
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