DE1031521B - Heizvorrichtung zum Schmelzen hochreiner Substanzen, vorzugsweise Halbleitersubstanzen - Google Patents

Description

• Heizvorrichtung zum Schmelzen hochreiner Substanzen, vorzugsweise Halbleitersubstanzen Beim Schmelzen von hochreinen Substanzen, vorzugsweise Halbleitersubstanzen, wie sie in Halbleiteranordnungen, beispielsweise Richtleitern, Transistoren, Fieldistoren, Heißleitern, Varistoren, mit und ohne Vorspannung betriebenen Photozellen. magnetisch und/oder elektrisch steuerbaren Widerständen od. dgl. verwendet werden. macht die Ausbildung der Wärmequelle besonders dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn das zu schmelzende Material aus einer gewissen Entfernung, beispielsweise durch Strahlung oder mittels Hochfrequenzerhitzung erhitzt werden soll. Wegen der vor allem für die beschriebenen Zwecke erforderlichen ektrem hohen Reinheit des Schmelzgutes wird nämlich der Schmelzvorgang im allgemeinen entweder im Vakuum oder in einer geeigneten Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Dies ist vor allem bei den bekannten Verfahren zum Zonenschmelzen von Halbleitermaterial, beispielsweise Germanium, Silicium, oder Verbindungen der 11I. und V., II. und V1. oder I. und VII. Gruppe des Periodischen Systems bzw. Komponenten oder Mehrfachverbindungen hiervon der Fall. Ferner tritt das Problein vielleicht noch in stärkerem Maße bei den bereits vorgeschlagenen Verfahren zum tiegellosen Zonenschmelzen auf, bei denen zum zonenweisen Schmelzen und Wiedererstarrenlassen eines in Form eines langgestreckten Körpers befindlichen Materials. z. B. Stabes, vorzugsweise zum Reinigen und/oder Homogenisieren des Materials, der langgestreckte Körper nur an einigen Stellen, vorzugsweise an den Enden, gehaltert und das Schmelzverfahren ohne Anwendung eines besonderen Schmelztiegels durchgeführt wird. Bei diesen Anordnungen wird im allgemeinen eine wassergekühlte Hochfrequenzspule längs des zonenzuschmelzenden Stabes verschoben, wobei sie den Stab konzentrisch umgibt. Die Hochfrequenzspule wurde bisher im allgemeinen außerhalb des zylindrischen Gehäuses der Schmelzapparatur angeordnet, weil die Gefahr besteht, daß das geschmolzene Material, beispielsweise Silizium, verdampft und eine Aufdampfschicht auf der gekühlten Hochfrequenzspule bildet, die leicht abblättert und die Schmelze durch mitgerissene Teilchen des Spulenmaterials, insbesondere Kupferteilchen, verunreinigt. Die Beseitigung dieser Gefahr ist vor allem wichtig, wenn höchste Reinheitsgrade erstrebt werden. Andererseits ist die Anordnung der Spule außerhalb des Gehäuses deshalb sehr nachteilig, weil erstens die aufgewandte Energie wegen des größeren Abstandes größer sein muß, und zweitens die Schmelzzone nicht genau genug auf einen engbegrenzten Raum bemessen werden kann. Wird andererseits das Gehäuserohr des Vakuumgefäßes mit sehr geringem Durchmesser ausgeführt, so bildet sich eine derartige Aufdampfschicht auf dem Gehäuse, was erstens zu ähnlichen Verunreinigungen führt und außerdem zusätzlich die Sicht behindert, da zur laufenden Kontrolle des Schmelzvorganges das Gehäuserohr im allgemeinen durchsichtig entweder aus schwer schmelzendem Glas oder aus Quarz ausgeführt ist. Im übrigen liegt das gleiche Problem auch bei Verfahren zur Gewinnung von Halbleitermaterial vor, welches sich aus der Dampfphase in bereits vorgeschlagener Weise auf einem Schmelztropfen einer Teilmenge desgleichen Materials niederschlägt, wobei dieser Schmelztropfen durch Strahlung oder vorzugsweise durch Hochfrequenz erhitzt wird.
• Die geschilderten Nachteile werden bei der Vakuumeinrichtung gemäß der Erfindung, welche gegebenenfalls mit einem Schutzgas gefüllt ist und vorzugsweise zur Durchführung des tiegellosen Zonenschmelzverfahrens dient, bei dem die Wärmequelle aus einem Strahlungskörper besteht, dadurch vermieden, daß zwischen dem im Vakuumgefäß angeordneten Strahlungskörper und dem Schmelzgut ein entfernbares, für die Strahlungswärme durchlässiges Diaphragma angeordnet ist, welches hitzebeständig und/oder gekühlt und zweckmäßig dünnwandig ist. Zweckmäßigerweise ist das Diaphragma ein elektrisch isolierender Zylinder, der beispielsweise aus Quarz besteht, welcher in die Hochfrequenzspule eingehängt werden kann. Auf diesem als Schutzkörper dienenden Diaphragma schlagen sich die Verunreinigungen sowie das aus der Schmelze direkt verdampfende Schmelzgut nieder, wobei die Gefahr des Abblätterns wesentlich geringer und die des Mitreißens von Kupferteilchen ausgeschlossen ist, weil dieser Körper nicht metallisch ist und der Niederschlag auf ihm gut haftet und er außerdem aus einem dem Schmelzgut verwandteren Material besteht. Gerade beim Schmelzen von Silizium ist aus diesem Grunde Quarz besonders geeignet. Wenn das Diaphragma zu stark bedampft ist, so daß teils die Sicht behindert wird, teils die hindurchtretende elektromagnetische Energie bereits etwas absorbiert wird, wird es entfernt und durch ein neues Diaphragma ersetzt.
• In der Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung im Längs- und Querschnitt beispielsweise dargestellt. 1 ist ein Siliziumstab, welcher an den Enden in nicht weiter dargestellter Weise gehaltert und mittels einer Hochfrequenzspule 2 längs einer Zone 3 zum Schmelzen gebracht wird. Das Ganze ist in an sich bereits vorgeschlagener Weise in eine Vakuumtemperatur eingebaut. Die Spule 2 besteht aus von Kühlwasser durchflossenem Kupferrohr. Erfindungsgemäß ist in die Spule 2 ein Quarzzylinder 4 eingesetzt, der am oberen Ende derart umgebördelt ist, daß er auf der Spule 2 hängt. Der Zylinder 4 ist längs einer Mantellinie geschlitzt, so daß er außerdem federnd an der Spule 2 anliegt. Der die Umgebung des Schlitzes bildende Zylinderteil ist in der im Querschnitt angedeuteten Weise etwas nach innen eingebogen, damit ein elektrischer Kurzschluß zwischen dem Niederschlag und der Spule mit Sicherheit vermieden wird. Der Zylinder 4 dient als Diaphragma, welches die Hochfrequenzenergie sowohl als auch die rückgestrahlte Wärmeenergie ungehindert hindurchläßt und alle aus der Schmelzzone 3 abdampfenden Substanzen aufnimmt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vakuumeinrichtung, welche gegebenenfalls mit einem Schutzgas gefüllt ist, zur Durchführung des vorzugsweise tiegellosen Zonenschmelzverfahrens, bei welchem die Wärmequelle aus einem Strahlungskörper besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem im Vakuumgefäß angeordneten Strahlungskörper und dem Schmelzgut ein entfernbares, für die Strahlungswärme durchlässiges Diaphragma angeordnet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper eine vorzugsweise gekühlte, gegebenenfalls wassergekühlte Hochfrequenzspule ist.
3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma elektrisch isoliert.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma aus Quarz besteht.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma zylindrisch ausgebildet und von dem Strahlungskörper gehaltert ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Diaphragma längs einer Mantellinie derart geschlitzt ist, daß es sich federnd gegen den Strahlungskörper legt.