DE1148525B - Verfahren zum Vergroessern des Stabquerschnittes beim tiegellosen Zonenschmelzen eines Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Für gewisse Zwecke werden Kristalle großen Durchmessers benötigt, z. B. für elektrische Halbleiteranordnungen, wie Leistungsgleichrichter oder Leistungstransistoren. Solche Anordnungen besitzen meistens als Grundkörper eine flache Halbleiterscheibe, die durch Abtrennen von durch tiegelfreies Zonenschmelzen hergestellten Stäben quer zur Stabachse gewonnen werden und deren Größe deshalb gleich dem Stabdurchmesser ist. Für höhere Leistungen benötigt man nun Scheiben größeren Durchmessers und demzufolge Stäbe größeren Durchmessers. Auch für optische Zwecke, beispielsweise für Linsen oder Filter, werden Kristalle größeren Durchmessers gefordert, beispielsweise für Strahlungen im ultraroten Bereich aus Silizium.

Bisher bestand die Möglichkeit, nach dem Zonenreinigen eines Stabes mit relativ geringem Durchmesser diesen anschließend in eine andere Zonenschmelzvorrichtung mit einem Heizring größeren Durchmessers zu bringen oder den Heizring auszuwechseln und danach eine entsprechende Stauchung des Stabes vorzunehmen. Dieses Verfahren ist aber zeitraubend und unwirtschaftlich. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit des Einbaus von Verunreinigungen.

Es ist bereits ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterstabes durch tiegelloses Zonenschmelzen bekanntgeworden, bei dem die an den Stabenden angreifenden Stabhalterungen in Richtung der Stabachse aufeinander zu bewegt werden, um den Querschnitt des Stabes zu vergrößern.

Es wurde gefunden, daß eine Vergrößerung des Stabquerschnittes beim tiegellosen Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden eingespannten Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, dessen Halterungen gegeneinander bewegt werden, mittels einer den Stab ringförmig umgebenden und von unten nach oben bewegten Heizeinrichtung, wobei während dieser Bewegung die Stabhalterungen einander genähert werden, auch dann in einer Zonenschmelzapparatur, die eine Heizeinrichtung mit einem Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser des zu ziehenden Stabes aufweist, vorgenommen werden kann, wenn erfindungsgemäß die beiden Bewegungen hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit so aufeinander abgestimmt werden, daß der Durchmesser des aus der Schmelze unterhalb der Heizeinrichtung wieder erstarrenden Stabteiles über den Innendurchmesser der Heizeinrichtung vergrößert wird.

Vorteilhaft wird die Schmelzzone mit einer als Flachspule ausgebildeten Induktionsspule beheizt.

An Hand eines Beispiels soll das Verfahren näher erläutert werden. In der Zeichnung ist der Bereich

Verfahren zum Vergrößern

des Stabquerschnittes beim tiegellosen

Zonenschmelzen eines Stabes aus

kristallinem Material,
insbesondere Halbleitermaterial

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld (OFr.),
ist als Erfinder genannt worden

des Kristallstabes, an dem die Vergrößerung des Querschnittes vorgenommen wird, dargestellt. Die Beheizung der Schmelzzone erfolgt mit Hilfe einer Induktionsspule, vorzugsweise einer Flachspule. Eine Flachspule ist besonders gut geeignet, weil sie eine gute Kontrolle der Arbeit und eine besonders enge Bündelung der Heizwirkung gestattet.

Zunächst wird der Stab in der üblichen Weise einem Zonenreinigungsprozeß unterworfen, d.h., eine Schmelzzone wird mehrfach über die gesamte Stablänge geführt, wobei sich die Verunreinigungen in der Schmelze anreichern und in dem rekristallisierenden Material vermindert werden. Hierdurch findet ein dauernder Transport der Verunreinigungen in Richtung zum Stabende statt. Mit dem Zonenreinigungsprozeß ist zweckmäßigerweise eine Umwandlung des Stabes in einen Einkristall verbunden. Der Heizring umschließt vorteilhafterweise den Stab mit geringem Abstand. Der Stabdurchmesser beträgt zweckmäßigerweise 10 bis 18 mm. Dies ist eine Größe, die sich erfahrungsgemäß leicht beherrschen läßt.

Nachdem der Zonenreinigungsprozeß beendet ist, wird die Vergrößerung des Stabquerschnittes gemäß der Erfindung vorgenommen. Hat der Stab beispielsweise einen Durchmesser von 12 mm und soll auf einen solchen von 21 mm gebracht werden, so findet

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eine Qerschnittsvergrößerung im Verhältnis 1:3 statt. Demgemäß wird der Heizring, im dargestellten Beispiel die Flachspule 2, deren Innendurchmesser etwa 18 mm beträgt, mit einer relativ großen Geschwindigkeit nach oben bewegt, z. B. mit 6 mm/min. Dadurch wird erreicht, daß die Spule sich immer etwas näher am oberen Ende der Schmelze 3, also näher dem dünneren Stabteil 4 als dem dickeren Stabteil 5 befindet. Die untere Stabhalterung wird ebenfalls entsprechend nach oben bewegt, also in dem geschilderten Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 4 mm/min, damit auf diese Weise die geforderte Querschnittsvergrößerung stattfindet. Entsprechend der großen Wanderungsgeschwindigkeit der Heizspule muß mehr Leistung zugeführt werden als beim Zonenreinigen. Dies kann leicht an dem die Heizleistung liefernden Hochfrequenzgenerator eingeregelt werden. Durch diese vergrößerte Leistungszufuhr wird somit eine Vergrößerung der Schmelzzone bis zu einem solchen Wert erreicht, daß eine Stauchung des Stabes im gewünschten Maße bewirkt werden kann.

Zu Beginn des Stauchvorganges muß darauf geachtet werden, daß die Vergrößerung des Querschnittes in allmählichem Übergang erfolgt, weil sonst ein Wegfließen der Schmelzzone auftreten kann. Vorteilhaft wird die untere Stabhalterung in an sich bekannter Weise in Drehung gehalten, damit auf diese Weise

ein symmetrisches Aufwachsen des Stabes gewährleistet ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Vergrößern des Stabquerschnittes beim tiegellosen Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden eingespannten Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, dessen Halterungen gegeneinander bewegt werden, mittels einer den Stab ringförmig umgebenden und von unten nach oben bewegten Heizeinrichtung, wobei während dieser Bewegung die Stabhalterungen einander genähert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bewegungen hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit so aufeinander abgestimmt werden, daß der Durchmesser des aus der Schmelze unterhalb der Heizeinrichtung wieder erstarrenden Stabteiles über den Innendurchmesser der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone mit einer als Flachspule (2) ausgebildeten Induktionsspule beheizt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1061527;
österreichische Patentschrift Nr. 194 444.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen