DE3625669C2 - - Google Patents
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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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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
Es ist bekannt, daß mit zunehmender inhomogener Temperaturver
teilung die zeitlichen Schwankungen der Wachstumsgeschwindig
keit eines Monokristalls zunehmen. Damit ändert sich auch der
effektive Verteilungskoeffizient keff und damit die Dotierung
im mikroskopischen Bereich. Diese Dotierungsänderungen werden
als "Striations" bezeichnet. Dabei ist der Einfluß der zeit
lichen Schwankungen der Wachstumgsgeschwindigkeit umso größer,
je kleiner der Faktor keff ist.
Die genannten Striations lassen sich mit einem Induktionshei
zer vermindern, der z. B. in der DE-AS 18 02 524 beschrieben
worden ist. Der Zusatzheizer besteht aus einem Zylinder, in
dem die Flachspule derart angeorndet ist, daß der Zylinder
die Flachspule nach beiden Seiten gleich weit überragt. Dabei
dient der dem polykristallienen Vorratsstab zugewandte Teil
des Zylinders als Vorheizer und der dem monokristallinen Halb
leiterstab zugewandten Teil des Zylinders als Nachheizer.
Mit dem Zusatzheizer kann der Temperaturgradient beiderseits
der Schmelzzone in den angrenzenden festen Stabteilen des
Halbleiterstabes niedrig gehalten werden.
Versuche mit dem beschriebenen Induktionsheizer haben jedoch
ergeben, daß der Vorheizer ungünstige Ergebnisse bringt.
Bessere Ergebnisse sind im Prinzip mit einer aus der
DE-AS 18 09 847 bekannten Anordnung möglich, die aus einer
Flachspule mit sich in Richtung der Schwerkraft erstreckenden
Erweiterung besteht. Nachteilig ist jedoch, daß die Erweiterung
den Blick auf die Schmelzzone versperrt, so daß eine optische
Kontrolle des Zonenschmelzvorganges nicht möglich ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsheizer zum
tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Halbleiter
stabes, bestehend aus einer Flachspule und einem ausschließlich
dem monokristallinen Stabteil zugewandten zylindrischen Zu
satzheizer, der aus elektrisch gut leitendem Material besteht,
der der Flachspule parallel geschaltet und der koaxial zur
Flachspule angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen In
duktionsheizer derart weiterzubilden, daß er einerseits die
erwähnten Striations vermindert, andererseits jedoch eine
ungestörte Beobachtung des Schmelzvorgangs zuläßt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zusatzheizer aus
schließlich auf derjenigen Seite der Flachspule angeordnet
ist, die dem monokristallienen Stabteil zugewandt ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den Schnitt durch einen (nicht beanspruchten) Induktionsheizer
mit einem zu schmelzenden Halbleiterstab,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Nach
heizers und
Fig. 3 die Aufsicht auf eine Weiterbildung der Flach
spule nach Fig. 1.
Der nicht beanspruchte Induktionsheizer nach Fig. 1 hat eine bekannte ein
windige Flachspule 4, die mit Anschlüssen versehen ist.
Von diesen ist einer mit 5 bezeichnet. Die Flachspule 4
kann auch mehrere Windungen aufweisen. Die Flachspule 4
schmilzt einen Vorratsstab 1 auf, der in einen monokri
stallinen Halbleiterstab 2 umgewandelt wird. Beide Stab
teile sind durch eine Schmelzzone 3 miteinander verbunden.
Die Flachspule 4 ist auf ihrer dem monokristallinen Stab
teil 2 zugewandten Seite koaxial mit einem zylindrischen
Zusatzheizer 6 versehen. Dieser besteht beispielsweise
aus dem gleichen gut leitenden Metall wie die Flachspule
4. Der Zusatzheizer 6 ist mechanisch mit der Flachspule 4
verbunden und ist dieser elektrisch parallel geschaltet.
Flachspule 4 und Zusatzheizer 6 bilden einen gemeinsamen
Spalt 15. Die Flachspule und der Zusatzheizer sind mit
Kühlkanälen 7, 8 versehen.
Beim Zonenschmelzen bilden sich, bedingt durch die Form
der Flachspule 4 und des Zusatzheizers 6, Feldlinien aus,
die teilweise der Achse des monokristallinen Stabteils 2
parallel laufen. Eine solche Feldlinie ist hier mit 9 be
zeichnet. Durch diese Feldverteilung wird der monokristal
line Stabteil nachgeheizt, so daß der Temperaturgradient
im wachsenden Einkristallstab 2 kleiner wird. Damit er
gibt sich auch eine Verbesserung der Homogenität der
Temperatur in der Schmelze, so daß die Konvektion in der
Schmelze und damit an der Grenzfläche zwischen der Schmel
ze und dem monokristallinen Halbleiterstab 2 verringert
wird. Damit werden die zeitlichen Schwankungen der Wachs
tumsgeschwindigkeit kleiner, so daß auch die zeitlichen
Schwankungen des Faktors keff klein bleiben. Damit werden
auch die Dotierungsschwankungen kleiner. So wurde bei
spielsweise bei einer Dotierung von Silicium mit Indium
eine Verringerung der Dotierungsschwankungen um den Fak
tor 2 bis 3 gegenüber einer normalen Flachspule erreicht.
Um eine Beobachtung der Schmelzzone während des Zonen
schmelzens zu ermöglichen,
besteht der Zusatzheizer gemäß der Erfindung,
wie in Fig. 2 dargestellt, aus zwei
Metallringen 10, 11, die durch axial liegende
Metallstäbe 12 miteinander verbunden sind. Die Ringe 10,
11 und die Stäbe 12 bestehen aus gut leitendem Metall,
wie z. B. Kupfer oder Silber. Die Ringe 10, 11 sind
zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Versorgungsspan
nung mit radialen Schlitzen 13, 14 versehen. Diese
Schlitze liegen in Axialrichtung fluchtend hinter ein
ander. Wird der aus den Ringen 10, 11 und den Stäben 12
gebildete Käfig mit einer Flachspule nach Fig. 1 ver
bunden, so werden die Schlitze 13, 14 nach dem Schlitz
der Spule ausgerichtet. Die beiderseits der Schlitze 13,
14 angeordneten Stäbe 12 haben einen Abstand voneinander,
der der Schlitzbreite entspricht. Die Stäbe 12 können auf
ihren einander gegenüberliegenden Seiten plan ausgebildet
sein, so daß zwischen den Enden des Nachheizers ein homo
gener Schlitz liegt.
Eine weitere Verbesserung der Temperaturhomogenität kann
dadurch erzielt werden, daß die nicht beanspruchte Flachspule (Fig. 3) mit
von der Öffnung 16 der Spule 4 ausgehenden radialen
Schlitzen 17 versehen ist. Diese Schlitze bewirken eine
Symmetrierung der durch den Schlitz 15 zwischen den
Spulenenden bewirkten Unsymmetrie. Die Schlitze 17 sind
untereinander und zum Schlitz 15 unter gleichem Winkel
abstand angeordnet. Die obenerwähnte Verbesserung der
Homogenität wurde bei einem Siliciumstab mit 52 mm Durch
messer mit einem Induktionsheizer erzielt, bei dem der
Innendurchmesser der Spule 27 mm, der Außendurchmesser 77
mm, der Innendurchmesser des Nachheizers 70 mm und seine
Länge 40 mm betrug. Mit größer werdendem L wird die Dauer
der Nachheizung erhöht, mit kleiner werdendem D die Tempe
ratur der Nachheizung.
Claims (3)
1. Induktionsheizer zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristal
linen Halbleiterstabes, bestehend aus einer Flachspule und
einem ausschließlich dem monokristallinen Stabteil zugewandten
zylindrischen Zusatzheizer, der aus elektrisch gut leitendem
Material besteht, der der Flachspule parallel geschaltet und
der koaxial zur Flachspule angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz
heizer zwei Metallringe (10, 11) aufweist, die durch axial ver
laufende Metallstäbe (12) zu einem zylindrischem Käfig verbun
den sind, daß die Metallringe mit je einem radialen Schlitz
(13, 14) versehen sind, daß beide Schlitze in axialer Richtung
der Ringe fluchtend hintereinander liegen, daß die Flachspule
einwindig ist und zwischen ihren Anschlüssen einen Schlitz bil
det und daß die radialen Schlitze mit diesem Schlitz fluchten.
2. Induktionsheizer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flachspule (4) mit von ihrer Öffnung (16) ausge
henden radialen Schlitzen (17) versehen ist, die unter
einander und mit einem zwischen den Enden der Flachspule
(4) gebildeten Schlitz (15) gleichmäßig um die Öffnung
(16) verteilt sind.
3. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzheizer (6) Kühlkanäle aufweist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863625669 DE3625669A1 (de) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | Induktionsheizer zum tiegelfreien zonenschmelzen |
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JP62185350A JPH0644512B2 (ja) | 1986-07-29 | 1987-07-24 | 浮遊帯域溶融用誘導加熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863625669 DE3625669A1 (de) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | Induktionsheizer zum tiegelfreien zonenschmelzen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3625669A1 DE3625669A1 (de) | 1988-02-04 |
DE3625669C2 true DE3625669C2 (de) | 1992-04-30 |
Family
ID=6306240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863625669 Granted DE3625669A1 (de) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | Induktionsheizer zum tiegelfreien zonenschmelzen |
Country Status (3)
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- 1987-07-21 US US07/076,254 patent/US4797525A/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-07-24 JP JP62185350A patent/JPH0644512B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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DE3625669A1 (de) | 1988-02-04 |
US4797525A (en) | 1989-01-10 |
JPS6337590A (ja) | 1988-02-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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