DE1272886B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES JmWml· PATENTAMT Int. Cl.:

BOId

AUSLEGESCHRIFT

BOIj

Deutsche Kl.: 12 c-2

Nummer: 1272 886

Aktenzeichen: P 12 72 886.8-43 (S 106085)

Anmeldetag: 24. September 1966

Auslegetag: 18. Juli 1968

Es ist bereits ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, bekannt, dessen Halterungen, von denen mindestens eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander abgestimmten Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wiedererstarrenden Stabteiles über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird. Bei diesem Verfahren wird die sich drehende Halterung des wiedererstarrenden Stabteiles relativ zur Heizeinrichtung seitlich verschoben. Der aus der Schmelze wiedererstarrende Stabteil kann wahlweise unterhalb oder oberhalb der Heizeinrichtung angeordnet werden (vgl. belgische Patentschrift 664 435). Mit diesem Verfahren wird es ermöglicht, Halbleiterstäbe, vorzugsweise Siliziumstäbe, mit größerem Querschnitt als nach den älteren konzentrisehen Zonenschmelzverfahren herzustellen. Wie sich gezeigt hat, kann das vorstehend beschriebene Verfahren aber auch mit Vorteil bei Halbleiterstäben angewandt werden, die nicht gestaucht werden, d. h. bei Verfahren, bei denen der wiedererstarrende Stabteil die gleichen oder auch geringere Abmessungen besitzt als der der Schmelze zugeführte Stabteil. Hierbei wird insbesondere die Kristallqualität verbessert und die radiale Widerstandsverteilung über den Stabquerschnitt vergleichmäßigt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit mindestens einer um ihre lotrechte Achse in Umdrehung versetzbaren und relativ zu einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse verschiebbaren Halterung, deren Antriebswelle durch eine Öffnung einer Zonenschmelzkammerwand hindurchgeführt ist, wobei die Halterung des wiedererstarrenden Stabteiles auch seitlich verschiebbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Antriebswelle für die Halterung des wiedererstarrenden Stabteiles durch einen auf einer horizontalen Zonenschmelzkammerwand seitlich verschiebbaren Schlitten vakuumdicht geführt ist und daß der Schlitten seinerseits die für die seitliche Verschiebung der Antriebswelle für die Stabhalterung notwendige öffnung in der Zonenschmelzkammerwand vakuumdicht verschließt.

Der Schlitten kann nicht nur in einer Richtung verschoben werden, sondern die seitliche Verschie-Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
eines kristallinen Stabes,
insbesondere Halbleiterstabes

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Reimer Emeis,

8553 Ebermannstadt;

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, 8551 Pretzfeld --

bung erfolgt günstigerweise mehrmals während des Behandlungsverfahrens in einander entgegengesetzten Richtungen, beispielsweise etwa zwanzigmal pro Minute. An Stelle einer linearen Hin- und Herbewegung kann der Schlitten auch mit einer kreisenden, vorzugsweise exzentrischen Bewegung beaufschlagt werden. Dieser Verfahrensschritt zeichnet sich dadurch aus, daß er besonders erschütterungsfrei ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist in einer oder in beiden Berührungsflächen zwischen der horizontalen Zonenschmelzkammerwand und dem Schlitten eine umlaufende, die öffnung in der horizontalen Zonenschmelzkammerwand vollständig umschließende Nut eingelassen, die mit einer Dichtungsflüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt ist und in jeder Stellung des Schlittens von diesem überdeckt ist.

Eine derartige Anordnung ist besonders leichtgängig, weil sich ein Flüssigkeitsfilm über den größten Teil der beiden Berührungsflächen zwischen dem Schlitten und der horizontalen Zonenschmelzkammerwand legt und somit die Reibung der Berührungsflächen herabsetzt. Andererseits sind keine Verschleißteile zwischen den beiden Berührungsflächen vorhanden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung in der konzentrischen (Ausgangs-) Stellung;

F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf die Vorrichtung nach F ig. 1.

In Fig. 1 ist ein Teilausschnitt einer Zonenschmelzkammer mit 1 bezeichnet. In der einen horizontalen Wand 2 der Zonenschmelzkammer 1 ist eine

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Antriebswelle 3 für die Halterung 4 des wiedererstarrenden Stabteiles 5 vakuumdicht in einem seitlich verschiebbaren Schlitten 6 geführt. Der kirstalline Stab 7 setzt sich aus dem wiedererstarrenden Stabteil 5 und dem der Schmelzzone 8 zugeführten Stabteil 9 zusammen. In die horizontale Schmelzkammerwand 2 ist eine umlaufende Nut 10 eingelassen, die mit einer Dichtungsflüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt ist. Der Schlitten 6 ist so ausgelegt, daß er in jeder Stellung die Nut 10 allseitig überdeckt und damit eine vakuumdichte Abdichtung zwischen den Berührungsflächen 11 und 12 des Schlittens und der horizontalen Schmelzkammerwand 2 ergibt. Die Antriebswelle 3 für den wiedererstarrenden Stabteil 5 wird durch an sich bekannte Antriebsmittel in Umdrehung versetzt und kann außerdem relativ zur vorzugsweise ortsfesten Heizeinrichtung 13 in Richtung der Stabachse bewegt werden. Die vakuumdichte Durchführung der Antriebswelle 3 durch den Schlitten 6 ist durch an sich bekannte Dichtungselemente, beispielsweise Simmerringe 14, hergestellt. Die Simmerringe 14 sind in einer Fassung 15 gehalten, die ihrerseits mittels eines Dichtungsringes 16 abgedichtet ist. Zur Begrenzung der seitlichen Verschiebung des Schlittens 6 ist günstigerweise an der horizontalen Zonenschmelzkammerwand 2 ein die Öffnung 17 für die Antriebswelle 3 der Stabhalterung 4 umschließendes Anschlagteil 18 angebracht. Das Anschlagteil 18 besitzt einen Dichtungsring 19, der verhindert, daß die in der Nut 10 und zwischen den einander zugekehrten Berührungsflächen 11,12 befindliche Dichtungsflüssigkeit in die Zonenschmelzkammer 1 gelangt. An der freien Stirnfläche 20 des Schlittens 6 sind Abstandshalter 21 angebracht, auf denen eine Tragplatte 22 befestigt ist. An dieser Tragplatte 22 kann die Antriebsvorrichtung für die Antriebswelle 3 der Stabhalterung 4 angebracht sein.

Seitlich im Schlitten 6 ist eine Mutter 23 eingelassen, die mit einer auf der Schmelzkammerwand 2 gelagerten Spindel 24 zusammenwirkt. Die Spindel 24 kann entweder von Hand oder durch eine Antriebsvorrichtung, beispielsweise einen Reversiermotor, betätigt werden. Anschläge 25 geben dem Schlitten 6 während seiner seitlichen Verschiebung eine gute Führung (F i g. 2).

Es kann auch an Stelle der Dichtungsflüssigkeit in die umlaufende Nut 10 ein elastisches Dichtungselement, beispielsweise ein Dichtungsring, eingelegt sein. Wie bereits oben angedeutet, kann an Stelle der Spindelführung an den Schlitten 6 auch eine Exzentervorrichtung angekoppelt sein, die den Schlitten 6 mit einer exzentrischen Kreisbewegung beaufschlagt.

Die erfindungsgemäße Zuordnung zwischen dem Schlitten 6 und der einen horizontalen Schmelzkammerwand2 kann auch an der gegenüberliegenden, zeichnerisch nicht dargestellten anderen horizontalen Schmelzkammerwand vorhanden sein. Damit kann auch der der Schmelzzone 8 zugeführte Stabteil 9 des kristallinen Stabes 7 seitlich verschoben werden. Eine derartige Ausführung ist besonders dann günstig, wenn der Schlitten 6 die vorgenannte exzentrische Kreisbewegung ausführt, weil in diesem Fall der Rühreffekt der beiden Stabteile 5 und 9 auf die Schmelze erhöht wird, was eine besonders gleichmäßige radiale Widerstandsverteilung bedingt. Andererseits ist es auch möglich, den Schlitten 6 lediglich an der unteren horizontalen Schmelzkammerwand der Schmelzkammer 1 anzubringen. Diese Ausführung wird günstigerweise dann gewählt, wenn die Heizeinrichtung 13 oberhalb des wiedererstarrenden Stabteiles 5 angebracht ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit mindestens einer um ihre lotrechte Achse in Umdrehung versetzbaren und relativ zu einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse verschiebbaren Halterung, deren Antriebswelle durch eine öffnung einer Zonenschmelzkammer hindurchgeführt ist, wobei die Halterung des wiedererstarrenden Stabteiles auch seitlich verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Antriebswelle (3) für die Halterung (4) des wiedererstarrenden Stabteiles (5) durch einen auf einer horizontalen Zonenschmelzkammerwand (2) seitlich verschiebbaren Schlitten (6) vakuumdicht geführt ist und daß der Schlitten (6) seinerseits die für die seitliche Verschiebung der Antriebswelle (3) für die Stabhalterung (4) notwendige Öffnung (17) in der Zonenschmelzkammerwand (2) vakuumdicht verschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder in beiden Berührungsflächen (11,12) zwischen der horizontalen Zonenschmelzkammerwand (2) und dem Schlitten (6) eine umlaufende, die Öffnung (17) in der Zonenschmelzkammerwand (2) vollständig umschließende Nut (10) eingelassen ist, die mit einer Dichtungsflüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt ist und in jeder Stellung des Schlittens (6) von diesem überdeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nut (10) ein elastisches Dichtungselement, insbesondere ein Dichtungsring, eingelegt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der horizontalen Schmelzkammerwand (2) ein flüssigkeitsdichtes, die öffnung (17) in der Zonenschmelzkammerwand vollständig umschließendes Anschlagteil (18) für den Schlitten (6) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (6) und damit die in ihm geführte Antriebswelle (3) für die Stabhalterung (4) mittels einer vorzugsweise auf der horizontalen Zonenschmelzkammerwand (2) gelagerten Spindel (24) seitlich verschiebbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 664 435.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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