DE2640641B2 - Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelf reien Zonenschmelzen eines Halbleiterkristallstabes - Google Patents
Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelf reien Zonenschmelzen eines HalbleiterkristallstabesInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/20—Heating of the molten zone by induction, e.g. hot wire technique
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Description
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone
beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines Halbleiterkristallstabes, insbesondere eines versetzungsfreien
Siliciumeinkristallstabes, mittels einer einwindigen Induktionsheizspule mit einem Innendurchmesser
kleiner als der Durchmesser des der Schmelzzone zugeführten Stabteils.
Ein Verfahren zum Einstellen einer in bezug auf ihre äußere Formgebung stabile Schmelzzone ist aus
der DE-PS 1097956 bekannt. Bei diesem Verfahren
wird die Stabilität der Schmelzzone dadurch erhalten, daß eine von einer Strahlungsheizquelle erzeugte
Schmelzzone um ihre Achse mit einer vom oberen Teil der geschmolzenen Zone nach deren unteren Teil
hin abnehmenden Winkelgeschwindigkeit so rasch gedreht wird, daß infolge der dabei auftretenden Zentrifugalkraftverteilung
die aufgrund des Schweredrucks zu erwartende Einschnürung der geschmolzenen Zone vermieden wird. Durch die unterschiedliche
Drehung der einzelnen, sich senkrecht zur Achse der geschmolzenen Zone erstreckenden Schichten wird
auch die Zentrifugalbelastung dieser Schichten unterschiedlich. Sie nimmt von oben nach unten kontinuierlich
ab. Der durch sie hervorgerufene Druck überlagert sich dem Schweredruck und bestimmt zusammen
mit diesem und der Oberflächenspannung das Profil der geschmolzenen Zone.
Beim bekannten Verfahren wird der angestrebte Rotationszustand der geschmolzenen Zone dadurch
erhalten, daß die beiden festen, die geschmolzene Zone tragenden Stabteile um ihre Achse mit derartigen
Geschwindigkeiten gedreht werden, daß in der geschmolzenen Zone ein Gefälle der Rotationsgeschwindigkeit
von oben nach unten auftritt und die Zentrifugalkraft in der Lage ist, den Ausgleich des
Profils der geschmolzenen Zone zu bewirken.
Eine solche Rotation zur Einstellung der Stabilität läßt sich nicht mehr durchführen, wenn Kristallstäbe
mit relativ großen Durchmessern (größer 30 mm oder sogar größer 100 mm) durch das Zonenschmelzen
hergestellt werden, weil die in der Schmelze wirken- > den Zentrifugalkräfte und Unwuchten viel zu groß
werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, bei dem auch bei der Herstellung
von Stäben mit großen Durchmessern (größer ίο als 75 und 100 mm) die Stabilität der Schmelzzone
gewährleistet ist und damit die Möglichkeit gegeben ist, versetzungsfreies Kristallmaterial zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß die äußere Schmelzzonenhöhe
bei einem Stabdurchmesser des rekristallisierten Stabteils im Bereich von 30 bis 50 mm auf einen
Wert zwischen 15 und 23 mm, bei einem Stabdurchmesser des rekristallisierten Stabteils im
Bereich von 50 bis 75 mm auf einen Wert zwischen 18 und 26 mm und bei einem Stabdurchmesser größer
75 mm auf einen Grenzwert von 32 mm eingestellt wird. Die äußere Schmelzzonenhöhe wird um so kritischer,
je größer der Stabdurchmesser ist.
In der Figur ist die Beziehung zwischen der äußeren Schmelzzonenhöhe und dem Kristallstabdurchmesser
aufgezeigt. Dabei zeigt die Ordinate die äußere Schmelzzonenhöhe und die Abszisse den Kristallstabdurchmssser
in Millimeter an. Die gestrichelt eingezeichneten senkrechten Linien zeigen den entsprechenden
Spuleninnendurchmesser an. Wie man dem in der Figur dargestellten Kurvenverlauf entnehmen
kann, strebt die Schmelzzonenhöhe mit zunehmendem Stabdurchmesser einem Grenzwert zu, der bei
Stäben mit Durchmessern größer als 100 mm bei Vi Werten
< 32 mm erreicht ist. Oberhalb dieses Wertes ist keine stabile Zone mehr einstellbar. Bei kleinen
Stabradien (ungefähr 20 mm) wächst die maximale Schmelzzonenhöhe direkt proportional dem Radius,
während sie für große Durchmesser einem konstanten Wert zustrebt. Dies würde bedeuten, daß die Herstellung
von einkristallinen Halbleitermaterialstäben, insbesondere von versetzungsfreien Siliciumeinkristallstäben,
mit Durchmessern größer 150 mm durch das tiegelfreie Zonenschmelzverfahren nicht mehr
möglich ist, weil keine stabile Schmelzzone mehr erhalten werden kann.
Die Stabilität der Schmelzzone nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird noch weiter verbessert,
wenn außerdem noch folgende Bedingungen eingehalten werden:
1. Der Durchmesser des der Schmelzzone zugeführten Stabteils soll nicht größer als 100 mm
sein, weil sonst Schwierigkeiten beim Aufschmelzen des Stabrandes auftreten;
2. es ist zweckmäßig, eine einwindige Flachspule mit sich nach außen erweiterndem Querschnitt zum Erzeugen der Schmelzzone zu verwenden, weil dadurch Spannungsüberschläge durch die kleine Induktivität vermieden werden und bo außerdem eine günstige Feldverteilung und eine
2. es ist zweckmäßig, eine einwindige Flachspule mit sich nach außen erweiterndem Querschnitt zum Erzeugen der Schmelzzone zu verwenden, weil dadurch Spannungsüberschläge durch die kleine Induktivität vermieden werden und bo außerdem eine günstige Feldverteilung und eine
gute Kühlung ermöglicht wird;
3. der Innendurchmesser der Spule soll nicht mehr als 45 mm betragen, weil sonst zu lange instabile Schmelzzonen entstehen;
3. der Innendurchmesser der Spule soll nicht mehr als 45 mm betragen, weil sonst zu lange instabile Schmelzzonen entstehen;
b5 4. beim Übergang auf große Stabdurchmesser
empfiehlt es sich, eine teilbare Induktionsheizspule zu verwenden, damit dicke Stäbe in die
Vorrichtung leichter aus- und eingebaut werden
können;
. die Stabteile werden während des Zonenschmelzens in Rotation um ihre Achsen versetzt, wobei
die Rotation des rekristallisierten, untenliegenden Stabteils auf 5 UpM, die des der Schmelze
zugeführten, obenliegenden Vorratsstabteils auf 2 UpM eingestellt wird. Diese Werte stehen in
keinem Verhältnis zu den verwendeten Rotationsgeschwindigkeiten des in dem bekannten
Patent beschriebenen Verfahrens.
Ausführungsbeispiel
Durchmesser des herzustellenden
versetzungsfreien Siliciumeinkristallstabes
versetzungsfreien Siliciumeinkristallstabes
75 mm
Durchmesser des Vorratsstabes 75 mm
Innendurchmesser der Induktionsheizspule 36 mm
Außendurchmesser der Induktionsheizspule 130 mm
Außendurchmesser der Induktionsheizspule 130 mm
Höhe der Spule innen 2 mm
Höhe der Spule außen 20 mm
Rotation der oberen Stabhalterung 2 UpM
Rotation der unteren Stabhalterung 5 UpM
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Siliciumeinkristallstäbe zeigten bei zylindrischem
Wachstum über die gesamte Stablänge einen konstanten Querschnitt; in bezug auf die Kristallqualität
waren die hergestellten Stäbe auch bei Durchmessern von 70 mm und darüber fast versetzungsfrei.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelfreien Zonenschmelzen
eines Halbleiterkristallstabes, insbesondere eines versetzungsfreien Siliciumeinkristallstabes, mittels
einer einwindigen Induktionsheizspule mit einem Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser
des der Schmelzzone zugeführten Stabteils, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere
Schmelzzonenhöhe bei einem Stabdurchmesser des rekristallisierten Stabteils im Bereich von
30—50 mm auf einen Wert zwischen 15 und 23 mm, bei einem Stabdurchmesser des rekristallisierten
Stabteils im Bereich von 50-75 mm auf einen Wert zwischen 18 und 26 mm und auf
einen Grenzwert von 32 mm eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des der
Schmelzzone zugeführten Stabteils nicht größer als 100 mm eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen Innendurchmesser
von nicht größer als 45 mm aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762640641 DE2640641B2 (de) | 1976-09-09 | 1976-09-09 | Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelf reien Zonenschmelzen eines Halbleiterkristallstabes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762640641 DE2640641B2 (de) | 1976-09-09 | 1976-09-09 | Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelf reien Zonenschmelzen eines Halbleiterkristallstabes |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2640641A1 DE2640641A1 (de) | 1978-03-16 |
DE2640641B2 true DE2640641B2 (de) | 1978-06-29 |
DE2640641C3 DE2640641C3 (de) | 1982-12-02 |
Family
ID=5987552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762640641 Granted DE2640641B2 (de) | 1976-09-09 | 1976-09-09 | Verfahren zum Einstellen einer stabilen Schmelzzone beim tiegelf reien Zonenschmelzen eines Halbleiterkristallstabes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2640641B2 (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2319700C3 (de) * | 1973-04-18 | 1980-11-27 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zur Beeinflussung des radialen Widerstandsverlaufs in einem Halbleitereinkristallstab beim tiegellosen Zonenschmelzen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens |
-
1976
- 1976-09-09 DE DE19762640641 patent/DE2640641B2/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2640641A1 (de) | 1978-03-16 |
DE2640641C3 (de) | 1982-12-02 |
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