DE1243642B

DE1243642B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1243642B
Application number: DE1963S0084953
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wolfgang Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-04-27
Filing date: 1963-04-27
Publication date: 1967-07-06
Also published as: BE647136A; GB1045526A; CH407062A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S//fflffW> PATENTAMT Int. Cl.:

BOId

AUSLEGESCHRIFT

BOIj
Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1243 642

Aktenzeichen: S 84953IV c/12 c

Anmeldetag: 27. April 1963

Auslegetag: 6. Juli 1967

Vorrichtungen zum tdegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem in lotrechter Lage eingespannten, stabförmigen Halbleiterkörper und einer zur Erzeugung der Schmelzzone dienenden, längs der Stabachse bewegbaren Heizeinrichtung sowie je einer zum Vor- bzw. Nachheizen des festen Halbleitermaterials dienenden zweiten und dritten Heizeinrichtung, die oberhalb und unterhalb der ersten Heizeinrichtung angeordnet sind, sind bekannt. Bei derartigen Vorrichtungen sind über bzw. unter der die Schmelzzone erzeugenden Induktionsheizspule, welche den Halbleiterstab umschließt, weitere Spulen bzw. Windungsteile angeordnet, welche ebenfalls den Halbleiterstab mit geringem Abstand umschließen und welche infolge geringeren Abstands der einzelnen Windungsteile bzw. infolge Veränderung des Abstands der Windungen von dem Halbleiterstab eine geringere Heizwirkung auf diesen ausüben. Hierdurch läßt es sich erreichen, daß der Temperaturgradient von der Schmelzzone in das ao feste Halbleitermaterial hinein sehr gering gehalten werden kann, wodurch sich Kristallstörungen verhindern lassen. Auch läßt sich erreichen, daß die der Schmelzzone selbst zugeführte Leistung geringer gehalten werden kann.

Trotzdem enthält bei gleicher Heizleistung der Vor- und Nachheizeinrichtungen die äußerlich birnenförmige Schmelzzone in ihrer Mitte feste Teile, welche von den angrenzenden festen Stabteilen aus in die Schmelzzone hineinragen. Die vom Rand der Schmelzzone zugeführte Heizleistung schmilzt zunächst den Rand des Materials auf. Die flüssige Phase dringt dann weiter in das Innere des Materials vor. Beim Vorwandern der Schmelzzone ist nun der Teil des festen Halbleitermaterials, welcher von der aufschmelzenden Seite her in die Schmelzzone hineinragt, besonders groß, da beim Erstarren des Halbleitermaterials die Schmelzwärme wieder frei wird, während die Schmelzwärme auf der aufschmelzenden Seite der Schmelzzone dem festen Halbleitermaterial zugeführt werden muß.

Diese Nachteile können bei einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem in lotrechter Lage eingespannten, stabförmigen Halbleiterkörper und einer zur Erzeugung der Schmelzzone dienenden, längs der Stabachse bewegbaren Heizeinrichtung sowie je einer zum Vorbzw. Nachheizen des festen Halbleitermaterials dienenden zweiten und dritten Heizeinrichtung, die oberhalb und unterhalb der ersten Heizeinrichtung angeordnet sind, verringert werden, wenn erfindungsgemäß die Heizleistung der vorheizenden Heizein-Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
von Halbleitermaterial

Anmelder:

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

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld

richtung größer ist als die der nachheizenden Heizeinrichtung.

Als Heizeinrichtung ist grundsätzlich jede Heizeinrichtung geeignet, z. B. Strahlungsheizung, Induktionsheizung oder Heizung durch Elektronenstrahlen. Besonders einfach ist die Beheizung mit Hilfe von Induktionsspulen, da hierbei die Heizwirkung sowohl örtlich als auch in ihrer Größe besonders leicht dimensioniert werden kann.

An Hand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein Teil eines in bekannter Weise eingespannten Halbleiterstabes 2 dargestellt, welcher eine Schmelzzone 3 enthält, die mit Hilfe einer Induktionsspule 4 erzeugt wird. Auf beiden Seiten der Schmelzzone befinden sich Teile einer Zusatzheizeinrichtung, welche aus den Teilspulen 5 α und 5 b besteht. Es sei angenommen, daß die Heizzone durch den Halbleiterstab von unten nach oben hindurchbewegt wird, so daß das Halbleitermaterial an der Oberseite der Schmelzzone aufschmilzt und an der Unterseite der Schmelzzone erstarrt. In diesem Fall wird die Heizleistung oberhalb der Schmelzzone größer bemessen als unterhalb der Schmelzzone. Dies kann wie bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 dadurch bewirkt werden, daß die Anzahl der Windungen der Teilspule 5 α größer bemessen wird als die der Teilspule 5 b. Beide Teilspulen werden zweckmäßig vom gleichen Strom durchflossen.

Es ist zwar bereits eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen bekannt, bei der über und unter der Induktionsheizspule weitere Spulen angeordnet sind, die verschiedene Windungszahlen aufweisen. Sie werden jedoch mit einem Strom gespeist, der nicht ausreicht um eine Heizwirkung zu erzielen sondern wodurch nur eine Stützung und Formun: der Schmelzzone erreicht wird.

709 609/381

I 243

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der wiederum beide Spulenteile vom gleichen Strom durchflossen werden. In diesem Fall ist der Abstand der Windungen der Teilspule 5 b von dem Halbleitermaterial größer als der der Teilspule 5 a. Hierdurch wird die Ankopplung in der Teilspule 5 b verschlechtert und damit die dem Halbleitermaterial an dieser Stelle zugeführte Heizleistung vermindert.

Es kann aber auch beiden Teilspulen eine unterschiedliche Heizleistung dadurch zugeführt werden, daß der zugeführte Strom eine unterschiedliche Größe aufweist. Außerdem kann die Ganghöhe der einzelnen Teilspulen verschieden gewählt- sein. Gegebenenfalls kann die eine Teilspule als Flachspule wie die zur Erzeugung der Schmelzzone dienende Spule 4 ausgebildet sein und die andere Teilspule als Zylinderspule, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Gegebenenfalls können verschiedene dieser Maßnahmen miteinander kombiniert werden.

Man kann beispielsweise mit einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 einen Siliciumstab von etwa 25 mm Durchmesser behändem, wobei die drei Spulen 4,5 α und 5 b mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 mm/min in Längsrichtung des Halbleiterstabes bewegt werden. Der Spule 4 kann hierbei eine Heizleistung von etwa 2 kW zugeführt werden, während den Spulen 5 α und 5 b eine Heizleistung von zusammen IkW zugeführt wird. Selbstverständlich kann auch die Bewegungsrichtung der Schmelzzone durch den Halbleiterstab umgekehrt werden, in diesem Fall ist die Heizleistung der Teilspulen 5 «und 5 b umgekehrt zu wählen. Bei einem Hin- und Herwandern der Schmelzzone ist zweckmäßigerweise auf beiden Seiten der Schmelzzone eine gleichgroße Zusatzheizspule vorzusehen. Beiden Zusatzheizspulen wird dann jeweils durch eine Umschaltung je nach der Wanderungsrichtung der Schmelzzone eine unterschiedliche Heizleistung zugeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem in lotrechter Lage eingespannten, stabförmigen Halbleiterkörper und einer zur Erzeugung der Schmelzzone dienenden, längs der Stabachse bewegbaren Heizeinrichtung sowie je einer zum Vor- bzw. Nachheizen des* festen Halbleitermaterials dienenden zweiten und dritten Heizeinrichtung, die oberhalb und unterhalb der ersten Heizeinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der vorheizenden Heizeinrichtung größer ist als die der nachheizenden Heizeinrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Heizeinrichtung als Hochfrequenzinduktionsspulen ausgebildet sind, die vom gleichen Strom durchflossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen verschiedene Windungszahlen aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1147 206;
französische Patentschriften Nr. 1 315 934,
317 786,1 270 943.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen