DE2422077A1 - Induction heating coil - for floating zone refining of semiconductor crystal rods in shielded atmosphere - Google Patents

Abstract

Induction heating coil comprises a flat coil with a single turn, insulating material, while thin flat regions of temp.-resistant insulating material are arranged above and below the slit. The insulating material may comprise fused silica which may be adhered to the coil by a temp.-resistant silicone cpd., or simply a temp.-resistant silicone cpd. The insulation above and below the slit may consist of two quartz plates which are adhered by a temp.-resistant adhesive which also provides the insulation in the slit itself and which may comprise silicone rubber, silicone resin or polybism-aleimide.

Description

Inuktionseizspu1e zum tiegelfreien Zonensehmelzen.Induction coil for crucible-free zone melting.

Die-vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Induktionsheizspule, bestehend aus einer einwindigen Flachspule, zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterkristallstäben in Schutzgasatmosphäre.The present patent application relates to an induction heating coil, Consists of a single-turn flat coil for crucible-free zone melting of Semiconductor crystal rods in a protective gas atmosphere.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial läßt man eine durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch einen stabförmigen Körper des zu behandelnden Materials wandern Hierbei werden Verunreinigungen an das eine Ende des Stabes transportiert.In the case of crucible-free zone melting of semiconductor material, a Melting zone created by an induction heating coil through a rod-shaped body of the material to be treated migrate Here, impurities are transferred to the one Transported the end of the rod.

Oft wird das Verfahren auch zum Einkristallzüchten verwendet, wobei an das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen und von diesem ausgehend eine Schmelzzone durch den Stab geführt wird. Der stabförmige Körper wird dabei meist senkrecht stehend mit seinen Enden in Halterungen eingespannt.The process is often also used for growing single crystals, with a seed crystal fused to one end of the rod and proceeding from this a melting zone is passed through the rod. The rod-shaped body is thereby usually standing vertically with its ends clamped in brackets.

Der Zonenschmelzprozeß wird entweder im Vakuum oder in Schutzgasätmosphäre, bestehend aus Wasserstoff, Argon oder einem anderen inerten Gas, durchgeführt, Die Schmelzspulen für das tiegelfreie Zonenschmelzen mit Hochfrequenz bestehen meist aus Eupfer- oder Silberrohr, durch das gleichzeitig Wasser zum guhlen flidte Bei diesen Anordnungen sind die stromführenden Teile nicht von der Atmosphäre der Zonenschüielzkammer getrennt.The zone melting process is carried out either in a vacuum or in a protective gas atmosphere, consisting of hydrogen, argon or some other inert gas, carried out, The Melting coils for crucible-free zone melting with high frequency usually exist Made of Eupfer or silver cane, through which water flows for guiding at the same time this Arrangements, the live parts are out of the atmosphere the Zonenschüielzkammer separated.

Um versetzungsfreies gristallmaterial zu erhalten, wird die Schmelzkammer beim Zonenschmelzen mit einer hochgereinigten Schutzgasatmosphäre versehen und in der Schmelzkammer bzw. im Rezipienten ein Druck eingestellt, der höher ist als der Atmosphärendruck.In order to obtain dislocation-free crystal material, the melting chamber provided with a highly purified protective gas atmosphere during zone melting and in the melting chamber or in the recipient set a pressure that is higher than the Atmospheric pressure.

Beim Anschmelzen des Keimkristalls und Ziehen der flaschenhalsförmigen Dünnstelle zu Beginn. Zonenschinelzprozesses sind infolge der schlechten Kopplung zwischen Spule und Schmelzzone relativ hohe Spannungen an der Schmelzspule erforderlich. Je größer der Innendurchmesser der z.B. aus einer Flachspule bestehenden Schmelzspule dabei ist, desto leichter kommt es dabei - insbesondere bei Verwendung von Argon als Schutzgas - zu Glimmentladungen oder Überschlägen im Spulenschlitz0 Diese Überschläge wirken sich sehr schädlich auf die Eristallqualität des durch das tiegelfreie Zonenschmelzen hergestellten Halbleitermaterials aus und zerstören außerdem die HF-Spule sowie die Zuleitungen.When melting the seed crystal and pulling the bottle neck-shaped Thin spot at the beginning. Zonenschinelz process are due to the poor coupling Relatively high voltages are required on the melting coil between the coil and the melting zone. The larger the inside diameter of the melting coil consisting of a flat coil, for example is, the easier it is - especially when using argon as protective gas - to glow discharges or flashovers in the coil slot0 These flashovers have a very damaging effect on the crystal quality of the crucible-free zone melting Manufactured semiconductor material and also destroy the RF coil as well the supply lines.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht in der Schaffung einer aus einer Plachspule bestehenden Induktionsheizspule, bei der auch im Bereich höherer Spannungen Glimmentladungen und Überschläge verhindert oder zumindest erheblich reduziert werden.The object on which the present invention is based exists in the creation of a flat coil induction heating coil which also prevents glow discharges and flashovers in the area of higher voltages or at least significantly reduced.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Induktionsheizspule dadurch gelöst, daß der Spulenschlitz unter Vakuum mit einem temperaturfesten Isolierstoff verschlossen ist und daß auch über und unter dem Spulenschlitz dünne Bereiche aus temperaturfestem Isolierstoff flächig angeordnet sind0 Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Isolierstoff aus Quarzglas oder aus temperaturfester Silikonmasse besteht.The object of the invention is achieved with the induction heating coil described at the outset solved in that the coil slot under vacuum with a temperature-resistant insulating material is closed and that thin areas above and below the coil slot temperature-resistant insulating material are arranged flat0 It lies within the scope of the invention that the insulating material made of quartz glass or of temperature-resistant Consists of silicone mass.

Es ist aber ebenso möglich, daß das Quarzglas mit temperaturfester Silikonmasse mit der Spule verklebt ist.But it is also possible that the quartz glass with temperature resistant Silicone mass is glued to the coil.

Gemäß einer besonders günstigen Anordnung nach der Lehre der Erfindung besteht der Isolierstoff aus zwei Quarzplättchen, die über und unter den Schlitz der einwindigen Flachspule mit einem temperaturfesten Klebemittel geklebt sind, während die Isolierung im Schlitz durch das Klebemittel mittels Vakuumfüllung erfolgt. Dabei haben sich als temperaturfeste Klebemittel Silikonkautschuk, Silikonharz oder Polybismaleinimid besonders bewährt.According to a particularly favorable arrangement according to the teaching of the invention The insulating material consists of two quartz plates, which are above and below the slot the single-turn flat coil are glued with a temperature-resistant adhesive, while the insulation in the slot is carried out by the adhesive by means of vacuum filling. Silicone rubber, silicone resin or silicone rubber have proven to be temperature-resistant adhesives Polybismaleimide particularly proven.

Um Halbleiterkristallstäbe mit größeren Stabdurchmessern zonenzuschmelzen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der'lehre der Erfindung die Induktionsheizspule zerlegbar aufgebaut, wobei die Spule zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind0 Dabei sind die isolierenden Teile nur mit einer Spulenhälfte verklebt.To zone-melt semiconductor crystal rods with larger rod diameters, is according to an embodiment according to the teaching of the invention, the induction heating coil Can be dismantled, the coil having two components, which are screwed together and seals provided for cooling are connected to one another0 are the insulating parts are only glued to one half of the coil.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 und 2 noch näher erläutert.Further details of the invention are based on the in the drawing Figures 1 and 2 located in more detail.

Figo 1 zeigt in Untersicht eine Flachspule mit geschlossenem Spulenschlitz; Fig. 2 stellt in Draufsicht eine Ausführungsform dar, bei der der Isolierstoff aus zwei an den Spulenschlitz geklebten Quarzplättchen besteht.Fig. 1 shows a bottom view of a flat coil with a closed coil slot; Fig. 2 shows in plan view an embodiment in which the insulating material from consists of two quartz plates glued to the coil slot.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine einwindige Flachspule aus Kupfer (sogenannte Lochpfannkuchenspule) bezeichnet, deren Schlitz 3 zur Vermeidung der Uberschlagsneigung beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines Siliciumeinkristallstabes in Argonatmosphäre mit einem in der Figur nicht sichtbaren temperaturfesten Isolierstoff aus Silikonmasse ausgegossen ist. An den Spulenschlitz 3 werden oberhalb und unterhalb Quarzplättchen 4 von ca. 10 mm Breite und 1 mm Dicke mit einem in der Figur nicht sichtbaren temperaturfesten Silikonharz geklebt.In Fig. 1, the reference number 2 is a single-turn flat coil the end Copper (so-called hole pancake coil), the slot 3 of which is used to avoid it the tendency to flash over during crucible-free zone melting of a silicon single crystal rod in an argon atmosphere with a temperature-resistant insulating material not visible in the figure is poured out of silicone mass. At the coil slot 3 are above and below Quartz platelets 4 approximately 10 mm wide and 1 mm thick with one not in the figure visible temperature-resistant silicone resin glued.

Die in Fig. 2 abgebildete Induktionsheizspule besteht aus einer einwindigen Flachspule 12, die aus den beiden Teilen 13 und 14 zerlegbar aufgebaut ist0 Mit den Bezugszeichen 16 und 17 sind die für die Verschraubung vorgesehenen Stellen in den Verbindungsflanschen 15 am Außenrand der Spule bezeichnet. Nur an die eine Hälfte (13 oder 14) werden oben und unten Quarzplättchen 19 von ca. 10 mm Breite und 1 mm Dicke im Bereich des Spulenschlitzes 18 geklebt. Dadurch sind beide Teile nach Lösung der Verschraubung bei den Verbindungsflanschen 15 auseinandernehmbar. In den Schlitz 18 kann man ein Quarzbrett bringen, das nur an einer Seite festgeklebt ist. Man kann auch derart ausgiessen, daß die Gießmasse nur an einer Spulenhälfte haftet 8 Patentansprüche 2 PigurenThe induction heating coil shown in Fig. 2 consists of a single-turn Flat coil 12, which is constructed from the two parts 13 and 14 so that it can be dismantled the reference numerals 16 and 17 are the points provided for the screw connection referred to in the connecting flanges 15 on the outer edge of the coil. Just one Half (13 or 14) are quartz plates 19 at the top and bottom, approximately 10 mm wide and 1 mm thick in the area of the coil slot 18. This makes both parts after loosening the screw connection at the connecting flanges 15 can be dismantled. In the slot 18 you can bring a quartz board that is only glued on one side is. You can also pour in such a way that the casting compound is only applied to one half of the spool is liable 8 patent claims 2 Piguren

Claims (8)

Patentansprüche O Induktionsheizspule, bestehend aus einer einwindigen Flachspule, zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterkristallstäben in Schutzgasatmosphäre, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Spulenschlitz unter Vakuum mit einem temperaturfesten Isolierstoff verschlossen ist und daß auch über und unter dem Spulenschlitz dünne Bereiche aus temperaturfestem Isolierstoff flächig angeordnet sind. Claims O induction heating coil, consisting of a single-turn Flat coil, for crucible-free zone melting of semiconductor crystal rods in a protective gas atmosphere, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the coil slot under vacuum with a temperature-resistant insulating material is closed and that also above and below the coil slot thin areas of temperature-resistant insulating material arranged flat are. 2. Induktionsheizspule nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolierstoff aus Quarzglas besteht. 2. induction heating coil according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the insulating material consists of quartz glass. 30 Induktionsheizspule nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Quarzglas mit temperaturfester Siliconmasse mit der Spule verklebt ist. 30 induction heating coil according to claim 2, d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the quartz glass with temperature-resistant silicone compound with the coil is glued. 4. Induktionsheizspule nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolierstoff aus temperaturfester Siliconmasse besteht. 4. induction heating coil according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n it is clear that the insulating material consists of temperature-resistant silicone compound. 5. Induktionsheizspule nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolierstoff über und unter dem Schlitz aus zwei Quarzplättchen besteht, die über und unter den Schlitz mit einem temperaturfesten Klebemittel geklebt sind, während die Isolierung im Schlitz durch das Klebemittel erfolgt. 5. induction heating coil according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e k Note that the insulating material above and below the slot is made up of two Quartz plate is made up above and below the slot with a temperature-resistant Adhesives are glued while the insulation is in the slot through the adhesive he follows. 6. Induktionsheizspule nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als temperaturfestes Klebemittel Silikonkautschuk, Silikonharz oder Polybismaleinimid- verwendet ist.6. induction heating coil according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n notices that as a temperature-resistant adhesive silicone rubber, silicone resin or polybismaleimide is used. 7o Induktionsheizspule nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule zerlegbar aufgebaut ist und daß die isolierenden Teile nur mit einer Spulenhälfte verklebt sind.7o induction heating coil according to claim 1 to 6, d a d u r c h g e k It is noted that the coil can be dismantled and that the insulating Parts are only glued to one half of the spool. 8. Induktionsheizspule nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, aaß die Spule zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind.8. induction heating coil according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, aass the coil has two components, which by screw connections and seals provided for cooling are connected to one another.