DE1719021B1

DE1719021B1 - Method for reducing the cross section of a vertically arranged rod of semiconductor material

Info

Publication number: DE1719021B1
Application number: DE19631719021D
Authority: DE
Inventors: Herbert Kramer; Keller Dr Wolfgang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-07-13
Filing date: 1963-07-13
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1012998A; US3563810A; GB1084930A; DE1519879A1; BE650386A; DK112794B; BE685925A; DE1519879C3; CH407959A; DE1519879B2

Description

Aus der österreichischen Patentschrift 194444 ist wird der dünnere Stabteil auf die Induktionsspule ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines zu und der dickere von der Induktionsspule weg Halbleiterstabes bekannt. Dabei wird der Halbleiter- bewegt und nicht umgekehrt. Daher kann hier auch stab lotrecht angeordnet und von einer Heizeinrich- bei relativ dicken Stäben gar nicht die Gefahr betung umschlossen, die in dem Stab eine Schmelzzone 5 stehen, daß die Schmelzflüssigkeit der Schmelzzone erzeugt. Durch Vergrößern des Abstandes der Stab- abtropft.From the Austrian patent 194444 is the thinner rod part on the induction coil a method for crucible-free zone melting one to and the thicker one away from the induction coil Semiconductor rod known. The semiconductor is moved and not vice versa. So here too Rod arranged vertically and by a heating device, with relatively thick rods, there is no danger at all enclosed, which are in the rod a melting zone 5, that the melting liquid of the melting zone generated. By increasing the distance the rod drips off.

enden wird der Stab gestreckt, so daß der Quer- Mit dem beanspruchten Verfahren ist es möglich,ends the rod is stretched so that the transverse With the claimed method it is possible

schnitt des rekristallisierten Stabteiles kleiner ist als einkristalline Halbleiterstäbe mit einem Durchmesser der des Ausgangsstabes. Dieser rekristallisierte von über 25 mm durch Strecken eines noch dickeren Stabteil mit kleinerem Querschnitt befindet sich lot- io Ausgangsstabes herzustellen.Section of the recrystallized rod part is smaller than single-crystal semiconductor rods with a diameter that of the starting staff. This recrystallized from over 25 mm by stretching an even thicker one A rod part with a smaller cross-section is to be produced perpendicularly to the starting rod.

recht unterhalb des Stabteiles mit dem größeren . In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Querschnitt des Ausgarigsstabes. Erfindung dargestellt, aus denen verschiedene Einzel-right below the rod part with the larger one. 1 to 3 are exemplary embodiments of the Cross-section of the Ausgarigsstab. Invention shown, from which various individual

Die Heizeinrichtung kann eine mit hochfrequentem heiten hervorgehen.The heater can emerge with a high frequency unit.

Wechselstrom gespeiste Induktionsspule sein, die den In Fig. 1 umschließt eine Heizspule 2 eineAC powered induction coil, which encloses the In Fig. 1, a heating coil 2 a

Stab umschließt. Die lichte Weite dieser Induktions- 15 Schmelzzone 3, welche einen oberen dickeren Stabspule ist größer als der Durchmesser des dickeren teil 4 von einem unteren dünneren Stabteil 5 trennt. Vorratsstabteiles mit dem Querschnitt des Ausgangs- Die Heizspule ist als Flachspule ausgebildet. Die innestabes. Der dickere Vorratsstabteil wird während ren Windungsteile der Flachspule 2 liegen lotrecht des Zonenschmelzprozesses in axialer Richtung auf unterhalb des dickeren Stabteiles 4 und stützen auf die Induktionsspule zu und der dünnere rekristalli- so diese Weise mit ihrem Magnetfeld die Schmelzzone 3. sierte Stabteil von der Induktionsspule weg bewegt. Beispielsweise kann der dickere Stab 4 einen Durch-Rod encloses. The clear width of this induction 15 melting zone 3, which has an upper thick rod coil is larger than the diameter of the thicker part 4 from a lower thinner rod part 5 separates. Supply rod part with the cross section of the output The heating coil is designed as a flat coil. The innestabes. The thicker supply rod part will be perpendicular during ren turn parts of the flat coil 2 of the zone melting process in the axial direction on below the thicker rod part 4 and are based on the induction coil closes and the thinner recrystalline so this way with its magnetic field the melting zone 3. ized rod part moved away from the induction coil. For example, the thicker rod 4 can have a diameter

Bei größeren Querschnitten des Ausgangsstabes messer von 40 mm und der dünnere Stabteil einen aus Halbleitermaterial ergeben sich Schwierigkeiten Durchmesser von 20 mm haben. In diesem Fall kann bezüglich der Stabilität der Schmelzzone. Der dün- der innere Durchmesser der Heizspule 2 etwa 25 mm nere rekristallisierte Stabteil kann die Schmelzflüs- 35 betragen. Die Stützwirkung des Magnetfeldes ist aussigkeit der Schmelzzone nicht mehr ausreichend reichend, so daß ein stabiles Zonenschmelzen mögabstützen. Dann kann die Schmelzflüssigkeit ab- lieh ist.For larger cross-sections of the starting rod, a knife of 40 mm and the thinner rod part one Difficulties arise from semiconductor material having a diameter of 20 mm. In this case it can regarding the stability of the melting zone. The thinner inner diameter of the heating coil 2 is about 25 mm The inner recrystallized rod part can amount to the melt flow. The supporting effect of the magnetic field is neutral the melting zone no longer sufficiently reaching, so that a stable zone melting may support. Then the molten liquid can be borrowed.

tropfen, wodurch der Zonenschmelzprozeß unter- Das Zonenschmelzen kann in an sich bekannterdrip, whereby the zone melting process under- The zone melting can be known per se

brochen wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe Weise im Vakuum oder unter Schutzgas durchgeführt zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und das Strecken 30 werden. Vorzugsweise wird es im Vakuum durchvon Halbleiterstäben mit verhältnismäßig großem geführt. Die Relativbewegung zwischen Schmelzzone Durchmesser zur Gewinnung von Stäben kleineren und Halbleiterstab kann durch Bewegung der Heiz-Durchmessers zu ermöglichen. spule bzw. durch Bewegung der Stabhalterungen,is broken. The object of the invention is carried out in a vacuum or under protective gas based on remedying this and stretching 30. Preferably it is carried out in vacuo Semiconductor rods led with a relatively large. The relative movement between the melting zone Diameter to obtain rods smaller and semiconductor rod can be made by moving the heating diameter to enable. coil or by moving the rod holders,

Die Erfindung betrifft demzufolge ein Verfahren bezogen auf die Zonenschmelzvorrichtung, bewirkt zum Verkleinern des Querschnittes eines lotrecht 35 werden. Da der Querschnitt des Halbleiterstabes angeordneten Stabes aus Halbleitermaterial durch erheblich vermindert wird, weisen beide Stabteile tiegelfreies Zonenschmelzen mit einer den Stab um- verschiedene Geschwindigkeiten auf. So kann beischließenden Induktionsspule und fortlaufendes spielsweise bei festgehaltener Heizspule der dickere Vergrößern des Abstandes der Stabenden, wobei Stabteil mit verhältnismäßig geringer Geschwindigsich der Stabteil mit kleinerem Querschnitt unter- 40 keit auf die Heizspule zu bewegt werden, während halb des Stabteiles mit größerem Querschnitt befindet. der dünnere Stabteil mit einer entsprechend größeren Erfindungsgemäß wird eine Induktionsspule verwen- Geschwindigkeit von der Heizspule weg gezogen det, deren lichte Weite kleiner ist als der Durchmesser wird. Im Falle einer Querschnittsänderung von z.B. des dickeren Stabteils. 40 bis 20 mm Durchmesser muß der dünnere StabteilThe invention accordingly relates to a method related to the zone melting device effected to reduce the cross-section of a perpendicular 35. Because the cross section of the semiconductor rod arranged rod made of semiconductor material is significantly reduced by, have both rod parts crucible-free zone melting at speeds that differ around the rod. So can be final Induction coil and continuous, for example, with the heating coil held in place, the thicker one Increasing the distance between the rod ends, whereby the rod part moves at a relatively slower speed the rod part with a smaller cross section can be moved towards the heating coil while half of the rod part with a larger cross-section is located. the thinner rod part with a correspondingly larger one According to the invention, an induction coil is pulled away from the heating coil using speed det, the clear width of which is smaller than the diameter. In the case of a change in cross section of e.g. of the thicker rod part. The thinner rod part must be 40 to 20 mm in diameter

Dies gewährleistet, daß die Induktionsspule den 45 mit der viermal so großen Geschwindigkeit wie der dünneren Stabteil bzw. die Schmelzzone so eng um- dickere Stab relativ zur Heizspule bewegt werden, schließt, daß sich mindestens Teile der Induktions- Selbstverständlich kann auch der obere StabteilThis ensures that the induction coil drives the 45 at four times the speed of the thinner rod part or the melting zone so closely around the thicker rod are moved relative to the heating coil, concludes that at least parts of the induction. Of course, the upper rod part

spule unterhalb des dickeren Stabteiles befinden. in Ruhe gehalten werden und nur der dünnere Stab-Unter dem Einfluß der vom Spulenfeld ausgehenden teil und die Heizspule bewegt werden. Kräfte im Verein mit den Oberflächenkräften und 50 Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Geschwinder Schwerkraft bildet sich hierdurch eine Ober- digkeit des dünneren Stabteiles mit Bezug auf die fläche der Schmelzzone aus, die auch bei großen Heizspule 2 möglichst hoch zu wählen, d. h. mög-Stabdurchmessern frei von Überhängen ist, so daß liehst größer als 3 mm/Min. Zum Beispiel kann die die Schmelzflüssigkeit nicht abtropft. Geschwindigkeit 4 mm/Min, betragen oder sogar biscoil are located below the thicker rod part. be kept at rest and only the thinner rod-sub the influence of the part emanating from the coil field and the heating coil are moved. Forces in conjunction with the surface forces and 50 It has been found to be beneficial to the Geschwinder Gravity creates an upper end of the thinner rod part with reference to the area of the melting zone, which should be selected as high as possible even with a large heating coil 2, d. H. possible rod diameters is free of overhangs, so that borrowed greater than 3 mm / min. For example, the the molten liquid does not drip off. Speed 4 mm / min, or even up to

Besonders günstig ist es, wetm die Induktionsspule 55 zu 6 mm/Min, gesteigert werden. Die Erhöhung der eine Flachspule ist. Geschwindigkeit des dünneren Stabteiles führt zuIt is particularly favorable if the induction coil 55 is increased to 6 mm / min. Increasing the is a flat coil. Speed of the thinner rod part leads to

Aus der deutschen Auslegeschrift 1148 525 ist einer Verbesserung der Kristallqualität, da die mit 6 zwar ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen bezeichnete untere Grenze der Schmelzzone 3 in und Verändern des Durchmessers eines Halbleiter- diesem Fall nahezu eben ist. Der aus der Schmelze Stabes bekannt mit einer Induktionsspule, deren lichte 60 wachsende Kristall weist also an der Grenze zwischen Weite kleiner ist als der Durchmesser des dickeren festem und flüssigem Material nur geringe Störungen Stabteiles. Beim bekannten Verfahren wird jedoch auf, da die Spannungen nahezu ausgeglichen sind, der Ausgangsstab gestaucht und nicht gestreckt, d. h., Die Form der Heizspule kann in besonderer Weise es wird aus einem dünneren Stab ein dickerer herge- angepaßt sein. F i g. 2 zeigt eine trichterförmige Heizstellt und nicht umgekehrt. Außerdem befindet sich 65 spule 2, deren Stützwirkung ebenfalls hervorragend ist. der Stabteil mit dem kleineren Querschnitt oberhalb Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Form desFrom the German Auslegeschrift 1148 525 there is an improvement in the crystal quality, since the lower limit of the melting zone 3 in and changing the diameter of a semiconductor, which is denoted by 6 as a method for crucible-free zone melting, is almost flat in this case. The rod known from the melt with an induction coil, the clear growing crystal of which has so at the boundary between width is smaller than the diameter of the thicker solid and liquid material only minor disturbances of the rod part. In the known method, however, since the tensions are almost balanced, the starting rod is compressed and not stretched, ie the shape of the heating coil can be adapted in a special way from a thinner rod to a thicker one. F i g. Figure 2 shows a funnel-shaped heater and not the other way around. In addition, there is 65 coil 2, the supporting effect is also excellent. the rod part with the smaller cross-section above

und nicht unterhalb des Stabteiles mit dem durch dickeren Stabteiles vor Beginn des Zonenschmelzens das Stauchen erzielten größeren Querschnitt. Ferner der zu erwartenden Form der Schmelzzone zumindestand not below the rod part with the thicker rod part before the start of the zone melting the upsetting achieved a larger cross-section. Furthermore, at least the expected shape of the melting zone

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

grob anzunähern. Andernfalls kann es vorkommen, daß zu Beginn des Zonenschmelzen Halbleitermaterial abtropft und die Windungen der Heizspule kurzschließt oder sonst zu Schäden in der Zonenschmelzanlage führt. In Fig. 3 ist das untere Ende des dickeren Stabes 4 dargestellt, welches konisch angespitzt ist, z. B. durch mechanische Bearbeitung (Abschleifen). Der dicke Stab 4 kann beispielsweise aus polykristallinem Halbleitermaterial bestehen, welches durch Abscheidung aus der Gasphase gewonnen wurde. In Fig. 3 ist der Keimkristall 5c dargestellt, welcher einkristallin ist und an das untere Ende des dickeren Stabes 4 angeschmolzen wird.roughly approximate. Otherwise it can happen that at the beginning of the zone melting semiconductor material drips and the turns of the heating coil short-circuit or otherwise damage the zone melting system leads. In Fig. 3 the lower end of the thicker rod 4 is shown, which is conically pointed is e.g. B. by mechanical processing (grinding). The thick rod 4 can, for example, from consist of polycrystalline semiconductor material, which is obtained by deposition from the gas phase became. In Fig. 3, the seed crystal 5c is shown, which is monocrystalline and attached to the lower end of the thicker rod 4 is melted.

Claims

Patent claims:

1. Method for reducing the cross-section of a vertically arranged rod Semiconductor material through crucible-free zones

melt with an induction coil surrounding the rod and continuously enlarge the distance between the rod ends, the rod part with a smaller cross-section below the Rod part is located with a larger cross-section, characterized in that an induction coil is used, the inside width of which is smaller than the diameter of the thicker rod part.

2. The method according to claim 1, characterized in that the lower end of the rod before Zone melting is tapered.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a flat coil is used as the induction coil.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized. characterized in that a funnel-shaped induction coil is used.

1 sheet of drawings

COPV