CS225452B1

CS225452B1 - Inductor for preparation of semiconductor single crystals,especially of silicon,by the method of high frequency zone melting of co-axially rotating ingot

Info

Publication number: CS225452B1
Application number: CS270182A
Authority: CS
Inventors: Dusan Prom Chem Mrazek; Ales Ing Zborilek; Zdenek Danicek
Original assignee: Mrazek Dusan; Ales Ing Zborilek; Zdenek Danicek
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález se týká induktovu pne přípravu polovodičových monokrystalů. zejména křemíku» metodou vysokofrekvenční letmá pásmová tavby souose rotujícího ingotu·The invention relates to an inductive preparation of semiconductor single crystals. especially silicon »by the method of high-frequency flying band melting of co-rotating ingot ·

Při dosavadníok způsobech přípravy polovodičových monokrys* talů metodou vysokofrekvenční letmá pásmová tavby souose rotují* čího ingotu» so pro vytvoření roztaveného pásma indukčním ohřevem používají induktory s jedno nebo víoezávitovou ohřívací cívkou, obepínající roztavená pásmo kolmo k ose ingotu, zhotovená většinou z měděrýoh trubek protékaných chladící vedou·In the prior art methods of preparing semiconductor monocrystals by high frequency flying band melting coaxial rotating ingot, inductors employ a single- or multi-threaded heating coil to encapsulate the molten zone perpendicular to the axis of the ingot, mostly made of copper tubes. vedou ·

Nevýhodou těchto víoozávitovýoh induktorů je osová nesymetrio vysokofrekvenčního polo, která způsobuje nehomogenní rozložení příměsí v rostoucím krystalu a sklon k vysokofrekvenčním výbojům vlivem potřeby vyššího napájecího napětí. Proto jsou vícezávltová induktory zcela nevhodná pro tavbu ingotů polovodičů větších průměrů· Nevýhody víoozávitovýoh induktorů částečně odstranilo jodnozávitový induktor, ktorý vyžaduje podstatně nižší napájecí napětí a sajišžuje dostatečně symetrická vysokofrekvenční pole·The disadvantage of these multi-threaded inductors is the axial non-symmetry of the high-frequency semi, which causes an inhomogeneous distribution of impurities in the growing crystal and a tendency to high-frequency discharges due to the need for a higher supply voltage. Therefore, multi-threaded inductors are completely unsuitable for melting larger diameter semiconductor ingots. Disadvantages of multi-threaded inductors have been partially eliminated by the iodine-threaded inductor, which requires considerably lower supply voltage and provides sufficiently symmetrical high frequency fields.

I tento jodnozávitový induktor má však některé nevýhody· Nejzávažnější z nich je sklon k tvorbě souvislých prstenců neroztavoná pevná fáze v roztaveném pásmu poblíž horního fázován ho rozhraní, ktorá pásmo deformují a po jejichž přetavení dochází často k náhlému porušení rovnováhy mezi žilovým působením gravi* táce, pevrohováho napití a elektrodynamiekýoh sil vysokofrekvenčního pole s následným «kápnutím taveniny· V případě použití výchozího materiálu ve formě polykrystalická tyče s neopracovaným povrchem, nebo pokud so liší tyč svým tvarem od válcového tvaru /např« ovalita, prohnutí/, ale i bez zjevných mechanických příčin, vlivem vnitřní hrabá polykrystalická struktury výchozího $>However, this iodo-coil inductor also has some drawbacks. The most serious of these is the tendency to form continuous rings an unmelted solid phase in the molten zone near the upper phased interface, which distorts the zone and after melting often results in a sudden disturbance of the vein effect. If the starting material is used in the form of a polycrystalline rod with an untreated surface, or if the rod differs in shape from a cylindrical shape (eg, roundness, deflection), but without apparent mechanical causes , due to the inner burrowing polycrystalline structure of the initial $>

materiálu /zvláště v případě tavby ingotů veXlyeh průměrů/, tvoří ee při hornin fázovém rozhraní výstupky pevné fáze, které při postupu roztaveného pásma propadají na dolní fázové rozhraní, kde jsou příčinou přerušení monokrystaliekého růstu? při kontaktu a ind akt ořem jsou zdrojem vysokofrekvenční ch výbojů, jež mohou způsobit znehodnocení pásmové tavby·of the material (especially in the case of ingot melting in xlyeh diameters), do ee form solid phase protrusions at the phase boundary rocks, which fall into the lower phase boundary as the molten zone progresses, causing single crystal growth? on contact and indi - cated by fire are sources of high - frequency discharges, which can cause band melting to deteriorate ·

Výše uvedené nedostatky trubkových induktonů pro vysokofrekvenční letmé pásmové tavení odstraňuje induktor podle vynálezu^ jehož podstatou je takové provedení, kdo součástí cívky kruhového tvaru jo natavovaoí smyčka, jejíž činná plocha je menší, než činná plocha ohřívací cívky a svírající s rotační osou Ingotu Úhel 45° až 90° s největší vzdáleností jednotlivých bodů činné plochy od rotační osy ingotu rovnou nějvštšímu poloměru ingotu· Tato natavovaoí smyčka může být též uspořádána do formy bifilárního vedení do tvaru oblouku s konstantní vzdáleností jeho vodičů, ktorá je menší než průměr použitého vodiče a a plynule se zvětšující vzdáleností od rotační osy ingotu a roviny ohřívací eívky· *The above-mentioned shortcomings of tubular inductors for high-frequency flying band melting are overcome by an inductor according to the invention, which consists of a circular coil having a melting loop whose working surface is smaller than the heating coil working surface and clamping with the Ingot rotation axis. up to 90 ° with the greatest distance of individual points of the working surface from the rotary axis of the ingot equal to the maximum radius of the ingot · This setting loop can also be arranged in the form of bipillary guide in the shape of an arc with constant distance of its wires distance from rotary axis of ingot and plane of heating coil · *

Uspořádáním induktoZu podle vynálezu je dosažen® podstatného nebo úplného odstranění vytváření neroztavených výstupků a kroužků, vedoucích k poruchám pásmového tavení, přičemž vliv asymetrického vysokofrekvenčního po-le na teplotní poměry v blízkosti dolního rozhraní fází je zanedbatelný· Vlivem rotace a malé vzdálenosti se dostává opakovaně natavovaná část ingotu výchozího materiálu do oblasti intenzivnějšího působení asymetrického vy® sokefnekveačníh© polo natavovaoí smyčky induktoru·The induction system according to the invention achieves substantial or complete elimination of the formation of non-molten protrusions and rings leading to zone melting disturbances, the effect of asymmetric high-frequency field on temperature conditions near the lower phase boundary being negligible. part of the ingot of the starting material into the area of more intensive action of the asymmetric high-frequency quenching of the inductor loop ·

9e připojených výkresech jsou znázorněny příklady provedení induktoru podle vynálezu, 9a obr, 1 jo znázorněn obecný tvar smyčky a způsob jejího připojení k induktoru v pohledu z boku, na obr« 2 v půdorysu» 9a obr· 3 jo znázorněno provedení natavovaoí smyčky v bifilárním provedení v půdorysu a na obr· 4 jo znázorněno připojení napájecích přívodů k natavovaoí smyčce·Fig. 9e shows the embodiment of the inductor according to the invention, Fig. 9a shows the general shape of the loop and the way of its connection to the inductor in side view; Fig. 2 shows a plan view of Fig. 2; 4 shows the connection of the power supply lines to the melting loop in the plan view and FIG.

Příklad konkrétního provedeníAn example of a particular embodiment

9a obr· 3 jo znázorněn induktor podle vynálezu s ohřívací cívkou £ kruhového tvaru, jejíž součástí je natavovaoí smyčka £· Smyčka £ jo tvořena bifilárním vedením ve tvaru oblouku, s plynulo se zvětšující vzdáleností od rotační osy ingotu a roviny ohřívací *Fig. 9a shows an inductor according to the invention with a circular coil heating coil comprising a fusible loop. The loop is formed by a bifilar line in the form of an arc, with a continuously increasing distance from the rotary axis of the ingot and the heating plane.

cívky i· Natavovací smyčka £ svírá β-.rotační osou ingote úhel oC75° a její délka je rovna polovině obvodu ohřívaoí oívky.The coil 1 forms an angle of about 75 ° at the β-rotary axis of the ingot and its length is equal to half the circumference of the coil heating.

Vzdálenost vodičů natavovací smyčky £ je menší než průměr použitého vodiče a napájecí přívody jt jaou radiálně připojeny na protilehlou stranu ohřívací cívky i· U induktoru na okr. £ jsou napájecí přívody 2 připojeny k natavovací snyčeo £·The spacing of the melting loop conductors 6 is smaller than the diameter of the conductor used, and the supply leads are radially connected to the opposite side of the heating coil 10 of the inductor per ocher. The power supply lines 2 are connected to the melting pot.

Vlastní ohřívací oívka, většinou blízká kruhovému tvaru, předává vysokofrekvenční energii převážně do roztaveného pásma a zajíštuje dostatečně symetrické vysokofrekvenční pole pro dosažení potřebná stability roztaveného pásma. Natavovaoí smyčka, která ja těsně elektricky vázána na tavený ingot nad oblastí roztaveného pásma, zajíštuje přímá tavení rotujícího ingotu vstupního materiálu, přičemž vysokofrekvenční vazba do roztaveného pásma a do blízkosti dolního rozhraní fází jo vlivem většího odstupu a menšího rozptylu natavovací smyčky zanedbatelná.The heating coil itself, usually close to a circular shape, transmits the RF energy predominantly to the molten zone and provides a sufficiently symmetrical RF field to achieve the necessary stability of the molten zone. The melting loop, which is tightly bonded to the molten ingot above the molten zone, provides direct melting of the rotating ingot feed material, while the high frequency coupling to the molten zone and near the lower phase boundary is negligible due to greater spacing and less melting loop dispersion.

V místě působení činná plochy natavovací smyčky se vytvoří odtokový kanálek zajištující odvádění taveniny do roztaveného pásma, který se posouvá po netavená části ingotu obvodovou rychlostí odpovídající rychlosti retaos Ingotu, nejlépe v rozmezí 0,5 až 5 min“¹·In the field, the active surfaces reflow loop forming securing discharge passage discharging the melt into a molten zone which moves along the ingot unmelted circumferential speed corresponding to the speed retaos ingot, preferably between 0.5 and 5 minutes' ¹ ·

Claims

OBJECTS DRAWN IZ I

Inductor for the preparation of semiconductor single crystals, in particular silicon, by the method of high-frequency flying band melting of a coaxial rotating ingot with a heating coil of approximately circular shape, characterized in that With the heating coil (1) there is at least one melting loop (2) area of the heating coil (1), who forms an angle of 45 ° to 90 ° with the rotary axis of the ingot, whereby the greatest distance of the individual points of the active surface of the melting loop (2) from the rotary axis of the ingot is equal to

Inductor according to claim 1, characterized in that the melting loop (2) is formed by a blister line in the shape of an arc with a continuously increasing distance from the rotary axis of the ingot and the plane of the heating coil (1), smaller than wire diameter *

Inductor according to claim 2, characterized in that the high-frequency current inlets (3) are connected to the melting loop (2).