DE1218404B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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

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.

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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)

Patentansprüche:

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