DD155089A1

DD155089A1 - DEVICE FOR TRANSFER-FREE CRYSTAL FARMING OF A HIGH-THROUGH-THREE-DIM

Info

Publication number: DD155089A1
Application number: DD22573480A
Authority: DD
Inventors: Dieter Kunke
Original assignee: Dieter Kunke
Priority date: 1980-12-04
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1982-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum versetzungsfreien Einkristallzuechten eines Halbleiterstabes grossen Durchmessers nach dem tiegellosen Zonenschmelzen und hat die Aufgabe, gegenueber dem Vorbekannten mit weniger Aufwand und einfacherer technischer Realisierbarkeit eine Schmelzzone zu erzeugen und die in der Argonatmosphaere auftretenden Entladungen auszuschalten. Erfindungsgemaess wird so verfahren, dass zwei Induktionsheizspulen unterschiedlicher Windungszahl mit zwei Generatoren elektrisch verbunden sind, wobei der eine Generator direkt zur Erzeugung der Schmelzzone und der andere Generator zur Vorheizung des Vorratsstabes dient. Der Vorratsstab wird durch die Induktionsvorheizspule soweit durchwaermt, dass in der Induktionsschmelzspule ein geringerer HF-Strom zur Aufrechterhaltung einer stabilen Schmelzzone fliesst und infolgedessen die Induktorspannung so gering gehalten werden kann, dass keine stoerenden Entladungen in der die Schmelzzone umgebenden Argonatmosphaere auftreten.The invention relates to a device for dislocation-free Einkristallzuechten a semiconductor rod of large diameter after the crucible zone melting and has the task to produce over the prior art with less effort and easier technical feasibility a melting zone and turn off the discharges occurring in the argon atmosphere. According to the invention, the procedure is such that two induction heating coils of different number of turns are electrically connected to two generators, one serving directly for producing the melting zone and the other for preheating the supply rod. The stock rod is so far through through the induction preheating that flows in the induction melting coil, a lower RF current to maintain a stable melt zone and consequently the inductor voltage can be kept so low that no disturbing discharges occur in the argon atmosphere surrounding the molten zone.

Description

2 5 7 34 -ι-2 5 7 34 -ι-

Titel der Erfindung .Title of the invention.

Vorrichtung zum versetzungsfreien Sinkristallzüchten eines Halbleiterstabes großen DurchmessersDevice for the dislocation-free Sinkristallzüchten a semiconductor rod of large diameter

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum versetzungsfreien Einkristallzüchten eines Halbleiterstabes großen Durchmessers nach dem tiegellosen Zonenschmelzen.The invention relates to a device for dislocation-free single crystal growing a semiconductor rod of large diameter after the crucible zone melting.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt und gehört zum Stand der Technik, daß beim Züchten von versetzungsfreien Halbleitereinkristallen, vorzugsweise Silizium, zur stabilen Schmelzzonenform große Ef-Induktionsspulenströme benötigt werden. Gleichzeitig müssen diese Ströme eine Frequenz von ca» 2,5 MHz oder mehr aufweisen, damit ein stabiles Aufschmelzen der "Außenhaut" gewährleistet wird.It is well known and well known in the art that large Ef induction coil currents are needed in growing discrete semiconductor single crystals, preferably silicon, to the stable melt zone shape. At the same time, these currents must have a frequency of about 2.5 MHz or more, so that a stable melting of the "outer skin" is ensured.

Die Gleichung ·The equation ·

Uj = 2 // · f * Lj · Ij , wobei Uj - InduktionsspulenspannungUj = 2 // · f * Lj · Ij, where Uj - induction coil voltage

Ly - InduktionsspuleninduktivitätLy induction coil inductance

'Ij - Induktionsspulenstrom'Ij - induction coil current

f - Frequenz des Spulenstromesf - frequency of the coil current

gilt bei hohen Frequenzen, wie sie hier vorliegen und zeigt, daß bei vorgegebener Spulenkonstruktion die an der Induktionsspule anliegende Spannung direkt proportional dem Produkt' vonapplies at high frequencies, as they are present here and shows that at a given coil design, the voltage applied to the induction coil voltage directly proportional to the product 'of

Frequenz und Strom ist.Frequency and current is.

Der 'gegenwärtige Stand der Technik v/eist für das versetzungsfreie Ziehen von Halbleiterkristallen die Verwendung einer reinen Argonatmosphäre aus. Da Argon eine Entladungseinsatzspannung von nur ca. 400...600 V aufweist (abhängig von den geometrischen und thermischen Bedingungen der potentialführenden Teile), treten bei Induktionsströmen ab ca. 600 A die Züchtung nicht mehr ermöglichende Entladungen (Überschläge und Lichtbogen) in der Argonatmospare zwischen deii Stab te ilen und dem Induktor, auf.The current state of the art uses a pure argon atmosphere for dislocation-free growth of semiconductor crystals. Since argon has a discharge voltage of only about 400 ... 600 V (depending on the geometric and thermal conditions of the potential-carrying parts), occur at induction currents from about 600 A, the breeding no longer permitting discharges (flashovers and arcing) in the Argonatmospare between the rods and the inductor.

•Zur Vermeidung dieser Entladungen sind zahlreiche Vorschläge gemacht-worden,, die schließlich alle auf die Halbierung des Induktorpotentials gegenüber dem Stab zurückgeführt werden. Mit dem weiteren Anwachsen der zu züchtenden Durchmesser müssen auch die Induktionsspulenströme vergrößert werden. In der BRD-OS 2757868 BOU 17/10 wird als Lösung vorgeschlagen, das Induktorpotential zu vierteln.• To avoid these discharges, numerous proposals have been made, all of which are ultimately attributed to halving the inductor potential with respect to the rod. With the further growth of the diameter to be grown and the induction coil currents must be increased. In the Federal Republic of Germany 2757868 BOU 17/10 is proposed as a solution to quarter the inductor potential.

Die dafür notwendigen komplizierten elektrischen Durchführungen in den Rezipienten sowie die aufwendige Konstruktion des Hf--Teiles stellen die lachteile dieses Lösungsweges dar.The complicated electrical feedthroughs necessary for this purpose in the recipient as well as the complex construction of the HF part represent the ridiculous parts of this solution.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, für die Herstellung von Halbleiterstäben großen Durchmessers Mittel und Wege zu finden, eine stabile Schmelzzone zu erzeugen und die in der Argonatmosphäre auftretenden Entladungen auszuschalten.The object of the invention is to find ways and means for the production of large diameter semiconductor rods to produce a stable melting zone and to eliminate the discharges occurring in the argon atmosphere.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung des bekannten Prinzips des tiegellosen Zonenschmelzen eine Vorrichtung zu schaffen, die in weniger komplizierter Ausführung den Forderungen nachkommt.The invention has for its object to provide using the known principle of the crucible zone melting a device that complies with the requirements in less complicated design.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels zweier Generatoren gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zwei den Halbleiterstab konzentrisch umgebende feststehende Induktionsheizspulen, von denen eine einwindig mit einem Innendurchmesser kleiner als der Vorratsstab und die zweite unmittelbar über der einwindigen Induktions-This object is achieved according to the invention by means of two generators. The device according to the invention is characterized by two stationary induction heating coils concentrically surrounding the semiconductor rod, of which one is single-winded with an inner diameter smaller than the stock rod and the second is directly above the single-start induction heating coil.

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sclimeIzspule angeordnete als mehrwindige, vorzugsweise drei- oder vierwindige Induktionsvorheizspule mit einem Innendurchmesser größer als der Vorratsstab ausgebildet ist, durch zwei Hochfrequenzgeneratoren, wobei der eine mit der Induktionsschmelzspule verbundene Generator einen Schmelzspulenstrom von annähernd 900 A bei einer Frequenz von 3>1 MIz liefert und einen virtuellen oder direkten Potentialnullpunkt in der Mitte der Induktionsschmelzspule sichert und der mit der Induktionsvorheizspule verbundene zweite Generator einen Strom von 200 A bei einer Frequenz von 650 kHz einspeist und im Zusammenwirken. 'beider Induktionsspulenströme eine stabile Schmelzzone ohne störende Entladung in der sie 'umgebenden reinen Argonatmosphäre im Halbleiterstab aufrecht erhalten wird,SclimeIzspule arranged as mehrwindige, preferably three- or vierwindige Induktionsvorheizspule with an inner diameter larger than the Vorratsstab is formed by two high-frequency generators, one connected to the induction melting coil generator delivers a melt coil current of approximately 900 A at a frequency of 3> 1 MIz and a virtual or direct potential zero point in the center of the induction melting coil secures and connected to the induction preheating coil second generator feeds a current of 200 A at a frequency of 650 kHz and in cooperation. both induction coil currents maintain a stable melt zone without disturbing discharge in the pure argon atmosphere surrounding it in the semiconductor rod,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Die Zeichnung stellt die prinzipielle Anordnung dar« In dem Rezipienten 1 sind die Ziehstangen 2; 3 sowie die Durchführungen 11; 12 für die Hf-Energie angeordnet. Die Ziehstange 2 trägt den Vorratsstab 6 und die Ziehstange 3 den wachsenden Kristall 7 in den beiderseits vorgesehenen Halterungen 4;.5. Zwischen dem Vorratsstab 6 und dem Kristall 7 befindet sich an der Stelle, v/o die einwindige Induk ti ons schmelzspule 10 an der Durchführung 12 angebracht ist, die Schmelzzone 8. . Unmittelbar über der Induktionsschmelzspule 10 ist die mehrwindige, vorteilhafterweise drei- bis vierwindige, Induktionsvorheizspule 9 an die Durchführung 11 angeschlossen. Die Hf-Durchführungen 11; 12 sind unmittelbar an die die restlichen Schwingkreisbauelemente enthaltenen Gehäuse 13; 14 angeschlossen, die ihrerseits am Rezipienten 1 befestigt sind. Die elektrische Verbindung von den Generatorgehäusen des Schmelzgenerators 18 und des Vorheizgenerators 17 zu den . Schwingkreisgehäusen 13; 14 bilden die Hf-Kabel 15; 16. Die Induktionsvorheizspule 9 ist mit ihrer untersten Windung ca» 4 cm über der Schmelzinduktorebene angeordnet. Sie wird mehrwindig, vorteilhafterweise drei bis vier Windungen, mitThe drawing shows the basic arrangement "In the recipient 1, the pulling rods 2; 3 and the bushings 11; 12 arranged for the RF energy. The pull rod 2 carries the stock rod 6 and the pull rod 3 the growing crystal 7 in the mutually provided brackets 4; .5. Between the supply rod 6 and the crystal 7 is located at the point v / o the einwindige Induction ting coil on 10 is attached to the bushing 12, the melting zone 8.. Immediately above the induction melting coil 10, the mehrwindige, advantageously three- to vierwindige Induktionsvorheizspule 9 is connected to the bushing 11. The RF feedthroughs 11; 12 are directly to the housing containing the remaining resonant circuit components 13; 14 connected, which in turn are attached to the recipient 1. The electrical connection from the generator housings of the melt generator 18 and the Vorheizgenerators 17 to the. Resonant circuit housings 13; 14 form the RF cables 15; 16. The induction preheating coil 9 is arranged with its lowermost turn about 4 cm above the melt inductor plane. It is more windy, advantageously three to four turns, with

- 4 -. 225734- 4 -. 225734

einem Durchmesser von 6 bis 10 mm größer als der Vorratsstab ausgeführt. Die Induktionsvorheizspule 9 wird mit ca. 200 A Spulenstrom bei einer Frequenz von 650 kHz gespeist. Sie stellt zusammen mit dem angekoppelten Vorratsstab ein frequenzbestimmendes Bauteil des Schwingkreises dar. Der Schwingkreis bildet zusammen mit dem Röhrenaufbau im Generatorgehäuse 17 den einkreisigen Oszillator.a diameter of 6 to 10 mm larger than the stock rod executed. The induction preheating coil 9 is fed with about 200 A coil current at a frequency of 650 kHz. Together with the coupled supply rod, it represents a frequency-determining component of the oscillating circuit. The oscillating circuit, together with the tube structure in the generator housing 17, forms the single-circuit oscillator.

Die Induktionsschmelzspule 10 ist entsprechend dem Stand der Technik einwindig ausgebildet und wird mit einem Induktorstrom von ca* 900 A bei einer Frequenz voii 3,1 MHz gespeist. Zusammen mit der.eingekoppelten Schmelze stellt die Induktionsschmelzspule 10 ebenfalls ein frequenzbestimmendes Bauteil des Schwingkreises dar. Der hiermit zusammen mit dem Röhrenaufbau im Generatorgehäuse 18 gebildete einkreisige Oszillator realisiert eine nach dem Stand der Technik bekannte Induktorpotentialhalbierung. . . Unmittelbarer Bestandteil der Durchführungen 11; 12 ist jeweils ein Hf-Strommeßglied, das den tatsächlich fließenden Induktionsspulenstrom mißt; der sowohl zur Anzeige als auch als Istwert zur Regelung verwendet wird.The induction melting coil 10 is formed according to the prior art einwindig and is supplied with an inductor current of about * 900 A at a frequency voii 3.1 MHz. Together with the integrated melt, the induction melting coil 10 likewise represents a frequency-determining component of the oscillatory circuit. The single-circuit oscillator formed herewith together with the tube structure in the generator housing 18 realizes an inductor potential halving known in the prior art. , , Immediate component of the bushings 11; 12 is a high-frequency current measuring element which measures the actually flowing induction coil current; which is used for display as well as actual value for regulation.

Y/ie praktische Untersuchungen ergeben haben, ist die genaue Erfassung und Regelung der Induktorströme der Induktionsschmelzspule als auch der Induktionsvorheizspule auf eine maximale Abweichung vom Sollwert von + 0,2 % für die zur Durchführung des Züchtungsprozesses erforderliche Energie dosierung sowohl im Vorratsstab 6 als auch in der Schmelzzone 8 notwendig.As practical investigations have shown, the accurate detection and control of the inductor currents of the induction melting coil as well as the induction preheating coil to a maximum deviation from the set point of + 0.2 % for the energy metering required to carry out the breeding process both in the supply rod 6 and in the melting zone 8 necessary.

Claims

- 5 - 22 5 7 3 4

Invention claims:

1-. Apparatus for dislocation-free single crystal growth of a large diameter semiconductor rod after crucible zone melting, characterized by two stationary induction heating coils (9, 10) concentrically surrounding the semiconductor rod, one of which is single wind with an inner diameter smaller than the stock rod and the second immediately above the single induction induction coil (10 ) arranged as mehrwindige, preferably as three- or vierv / indige induction preheating coil (9) with an internal diameter. By means of two high-frequency generators (17; 18), one generator (18) connected to the induction melting coil (10) delivers a melt coil current of approximately 900 A at a frequency of 3.1 MHz and a virtual or a ensures a direct potential zero point in the middle of the melting coil and the second generator (17) connected to the induction preheating coil (9) feeds a current of 200 Λ at a frequency of 650 kHz and, in cooperation of both induction coil currents, a stable melting zone without disturbing discharges in the surrounding pure Argon atmosphere is maintained in the semiconductor rod.

2. Device according to item 1, characterized in that the induction heating coils are connected as a direct part of the resonant circuit inductance electrically on the recipient passages with the resonant circuit capacitance and the .Schwingkreisbauelemente receiving housing attached directly to the recipient and electrically via radio frequency cable

, .- .. Are connected to the generator housings, so that the inductances of the induction heating coils are directly frequency-determining part of the single-crystal oscillators.

3. Device according to item 1, characterized in that the

both inductor currents flowing through induction heating coils can be measured directly and regulated to the preselected nominal values «