DE1259854B - Verfahren zum tiegellosen Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehalterten Stabes aus Halbleitermaterial - Google Patents

Description

• Verfahren zum tiegellosen Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehalterten Stabes aus Halbleitermaterial Bekanntlich kann man durch tiegelloses Zonenschmelzen aus einem dicken Halbleiterstab einen dünnen Halbleiterstab herstellen. Dies geschieht, indem während des tiegellosen Zonenschmelzens mit einer durchgehenden geschmolzenen Zone die beiden die geschmolzene Zone tragenden Stabteile in axialer Richtung laufend auseinandergezogen werden. Dies resultiert in einer Verkleinerung der Kristallisationsfläche und damit des Querschnittes des aus der geschmolzenen Zone wachsenden Stabes. Dabei ist es erwünscht, den Durchmesser des aus der geschmolzenen Zone wachsenden Dünnstabes möglichst konstant zu halten, was in Anbetracht der Oberflächenspannung in der Schmelzzone Schwierigkeiten bereitet. Zur Erzeugung der Schmelzzone wird eine den Stab ringförmig umgebende Wärmequelle, z. B. eine Strahlungsvorrichtung, verwendet. Besonders vorteilhaft ist es, zur Erzeugung der Schmelzzone eine, den umzuschmelzenden Stab ringförmig umgebende, von einer Hochfrequenzquelle gespeiste Induktionsspule zu verwenden. Dabei besteht die Möglichkeit, den Spulenstrom gleichzeitig zur Steuerung einer Einrichtung zu verwenden, die bei Abweichung des Stromes, infolge einer Gestaltänderung der Schmelzzone, den Abstand der Halterung des Halbleiterstabes so lange verkleinert, bzw. vergrößert, bis die geschmolzene Zone wieder ihre alte Gestalt angenommen hat. Ein solches Verfahren ist in der französischen Patentschrift 1222189 beschrieben.
• Wie gemäß der Erfindung bekannt wurde, ist jedoch dieses bekannte Verfahren noch nicht ohne weiteres auf das Dünnziehen von Stäben nach der Methode des tiegellosen Zonenschmelzens übertragbar. Man benötigt hierzu nämlich zwei Abtastspulen, von denen die eine die »Zonenfülligkeit«, entsprechend den Ausführungen der französischen Patentschrift, »abtastet« und dadurch das Nachschieben des Dickstabes in die Schmelzzone regelt, während die andere Spule die Verhältnisse an der Kristallisationsfront des Dünnstabes »überwacht« und die Ziehgeschwindigkeit des Dünnstabes regelt. Diesem Sachverhalt wird durch die vorliegende Erfindung Rechnung getragen.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum tiegellosen Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehalterten Stabes aus Halbleitermaterial, bei dem eine mittels induktiver Erhitzung erzeugte Schmelzzone längs des Stabes geführt, dabei ihr Querschnitt durch Abstandsänderung der sie tragenden Stabteile beeinflußt und der von einer Hochfrequenzstromquelle in die die Schmelzzone umgebende und beheizende Spule eingespeiste Strom zur Steuerung_ einer Einrichtung verwendet wird, die bei Abweichung des Stromes infolge einer Gestaltänderung der Schmelzzone den Abstand der Halterung des Halbleiterstabes so lange verkleinert bzw. vergrößert, bis die geschmolzene Zone wieder ihre alte Gestalt angenommen hat, Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß beim an sich bekannten Ziehen eines dünneren Stabes aus einer durch Aufschmelzen eines dickeren Stabes erzeugten Schmelzzone der in die Heizspule eingespeiste Strom zur Steuerung der Halterung des dickeren Stabes und eine zweite, etwa an der Grenze zwischen Schmelzzone und dem dünneren Stab angeordnete hochfrequenzdurchflossene Spule zur Steuerung der Halterung des dünneren Stabes verwendet wird.
• Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung wird auf die Figuren hingewiesen, wobei an Hand von F i g. 1 zunächst die Verhältnisse beim Dünnziehverfahren dargestellt werden.
• Beim Dünnziehverfahren wird in einem relativ dicken Halbleiterstab eine Zone aufgeschmolzen und dann die beiden gehalterten Enden auseinandergezogen.
• In F i g. 1 ist ein Teil des Halbleiterstabes dargestellt. Der Dickstab 1 weist eine Dicke D, die gleich der des Ausgangskörpers ist, auf. Aus der durch die Hochfrequenzspule 8 aufgeschmolzenen Zone 2 wird, wenn die Geschwindigkeit v1, mit der das obere Stabende in Richtung des Pfeiles 4 relativ zur Spule 8 bewegt wird, größer ist als die Vorschubgesehwindigkeit v2 des Dickstabes, relativ zur Spule 8 ein Stab gezogen, dessen Durchmesser d geringer als der des Ausgangskörpers ist. Durch Wahl des Geschwindigkeitsverhältnisses v1 : v2, mit der die beiden Enden des Ausgangskörpers in Richtung der Pfeile 4 bzw. 5 bewegt werden, ist die Dicke d des Dünnstabes 3 bestimmt. Mit 6 ist die Grenze Schmelzzone-Dünnstab und mit 7 die Grenze Dickstab-Schmelzzone bezeichnet.
• Es kann nun die Halterung des dickeren Stabes und damit die Ziehgeschwindigkeit v2 in z. B. aus der französischen Patentschrift 1222189 -bekannten Weise durch den in die Heizspule 8 eingespeisten Strom gesteuert werden. Diese Regelung sorgt hier lediglich für die- Konstanthaltung des Zonenvolumens. Gemäß F i g. 2 wird nun über eine weitere Hochfrequenzspule 9, die etwa an der finit 6 bezeichneten Grenze Zone-Dünnstab angeordnet ist, außerdem die Ziehgeschwindigkeit v1 auf einem dem gewünschten Durchmesser d entsprechenden Wert geregelt. Die Spüle 9 bildet mit dem oberen dünnen Teil der Schmelzzone ein gekoppeltes Spulensystem ebenso -wie für sich die zur Steuerung des Dickstabes dienende Heizspule B. Der in die Spule 9 eingespeiste Strom, dessen Wert bei sich ändernder Form der Zone an ihrem oberen Rand, aber auch bei sich änderndem Randwinkel ebenfalls geändert wird, wird zur Steuerung einer Einrichtung verwendet, die die Ziehgeschwindigkeit v1 erhöht bzw. erniedrigt, bis der Strom in der Hochfrequenzspule 9 wieder den gewünschten, einem -bestimmten Durchmesser d entsprechenden Wert hat. Es kann auch. eine. Bewegung des Dünnstabes in einer dem Pfeil 4 entgegengesetzten Richtung, also ein Stauchen des Stabes erfolgen. Die von dem die Hochfrequenzspule 9 speisenden Hochfrequenzgenerator abgegebene Leistung ist so gering (einige Watt), daß die Energie der Hochfrequenzspule 9 nicht zu einem Aufschmelzen des Halbleiterstabes führt. Außerdem steht die Frequenz des durch die Spule 9 fließenden Stromes- in keinem rationalen Verhältnis zu der Frequenz des durch die Spule 8 fließenden Stromes und ist vorzugsweise größer als letztere.
• Durch die Anordnung von zwei Spulen, die getrennt zur Steuerung der Halterungen verwandt werden, ergibt sich eine größere Regelgenauigkeit.

Claims (2)

1. Patentansprüche-1. Verfahren zum tiegellosen Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehalterten Stabes aus Halbleitermaterial, bei, dem eine mittels induktiver Erhitzung erzeugte Schmelzzone längs des Stabes geführt, dabei ihr Querschnitt durch Abstandsänderung der sie tragenden Stabteile beeinflußt und der von einer Hochfrequenzstromquelle in die die Schmelzzone umgebende und beheizende Spule eingespeiste Strom zur Steuerung einer Einrichtung verwendet wird, die bei Abweichung des Stromes infolge einer Gestaltänderung der Schmelzzone den Abstand der Halterung des Halbleiterstabes so lange verkleinert bzw. vergrößert, bis die geschmolzene Zone wieder ihre alte Gestalt -angenommen hat, d a d u r e h g.e k.e n n z e i c h n e t,- daß beim an sich bekannten Ziehen eines dünneren Stabes aus einer durch Aufschmelzen eines dickeren Stabes erzeugten Schmelzzone der in die Heizspule eingespeiste Strom zur Steuerung der Halterung des dickeren Stabes und eine zweite, etwa an der Grenze zwischen Schmelzzone und dem dünneren Stab angeordnete hochfrequenzdurchflössene Spule zur Steuerung der Halterung des dünneren Stabes verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den in der die geschmolzene Zone umgebenden Hochfrequenzspule fließenden Strom gegebene Arbeitspunkt so gewählt wird, daß er auf. der mit wachsender Frequenz steigenden Flanke der Resonanzkurve des durch die Hochfrequenzspule und eines Kondensators gebildeten Schwingkreises liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 975158; österreichische Patentschrift Nr. 194 444; französische Patentschrift Nr. 1222189.