DE1809847A1

DE1809847A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes,insbesondere Halbleiterstabes

Info

Publication number: DE1809847A1
Application number: DE19681809847
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wolfgang Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-05-30
Filing date: 1968-11-15
Publication date: 1969-12-11
Also published as: NL6905939A; DK120434B; DE1809847C3; BE733780A; DE1809847B2; CH472236A; FR2009656A1; SE359753B; GB1230726A; ES367833A1

Description

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabee

Die Priorität der entsprechenden Schweizer Patentanmeldung 8·044/68 vom 50.5*1968 wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen einea kristallinen otabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer den Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule mit einer Windung.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen werden als 3nergiequellen vielfach Flachspulen mit einer oder mehreren Windungen verwendet. Flachspulen haben gegenüber Zylinderspulen den Vorteil einer wesentlich geringeren axialen Srstreckung der Schraelzzone, wa3 eine Erhöhung der Stabilität der Schmelzzone bedeutet. Dies ist insbesondere bei großen Stabquerschnitten wichtig.

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Um den Spannungsabfall an der Induktionsheizspule und damit auch d.ie Überschlagsneigurig herabzusetzen, ist es günstig, beim Zonenschmelzen in einem Rezipiehten mit eijfier Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Wasserstoff, eine Flachspule mit kreisförmigem Querschnitt und nur einer einzigen Windung zu verwenden.

Bj wurde gefunden, daß die Überschlagsneigung zwischen der Induktionsheizspule und dem Halbleiterstab noch verringert werden kann, wenn die den Stab ringförmig umgebende Induktionsheizspule mit einer Windung erfindungsgeraäfl in einer zur Stabachse senkrechten Ebene einen langgestreckten Querschnitt hat.

Sine derartige Induktionsheizspule hat gegenüber einer Ringspule mit kreisförmigem Querschnitt und gleicher Spulenhöhe in Achsrichtung des Halbleiterstabes gemessen eine verminderte Induktivität, die bei gleicher Schmelzleistung einen geringeren Spannungsabfall und damit eine kleinere Überschlagsneigung aufweist. Gegenüber einer Flachspule mit mehreren Windungen und gleichem Außen- und Innendurchmesser weist die Induktionsheizspule nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil einer gleichmäßigeren Feldverteilung und einer erhöhten Stützwirkung der Schmelzzone auf. Dies ist insbesondere beim sogenannten Aufstauchen, d.h. bei einem Verfahren, bei dem der auskristallisierende Stabteil einen größeren Durchmesser als der der Schmelzzone zugeführte Stabteil (Vorratsstab) aufweist, wichtig. Mit Vorteil beträgt das Verhältnis AuSendurchmesser/Innendurchmesser der Induktionsheizapule mindestens 1,5. Bin Durchaesserverhältnis von etwa 2,0 iet besondere vorteilhaft.

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Weitere Binzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Pig, 1 zeigt in der Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eine ' · Induktionsheizspule gemäß der Erfindung.

Pig. 2 zeigt die Induktionsheizspule nach Fig. 1 in der Draufsicht.. .

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Induktionsheizspule gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Induktionsheizspule gemäß der Erfindung mit φ 1 "bezeichnet. Sie erzeugt in einem Halbleiterstab, bestehend aus einem Vorratsstab 2 und einem auskristallisierenden Stabteil 3 eine Schmelzzone 4. Der Querschnitt der Induktionsheizspule 1 ist langgestreckt, d.h. die Breite b des "«Viniungsquerschnittes ist größer als seine Höhe h. Bei einer Spule mit sich nach außen erweiterndem ".7indung3qu.ersch.nitt ist die Höhe h. am inneren opulenrand maßgebend. Das Verhältnis Außendurchmesser/Innendurchmesser d. /d. der Induktionsheizspule 1 ist mindestens 1,5. Besonders günstige Bedingungen sind gegeben, wenn das Verhältnis ^

Außendurchmesser/Innendurchmesser d,/d. etwa 2,0 ist. Durch ™

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Versuche wurde festgestellt,. daß hierbei die Induktivität der Induktionsheizspule gemäß der Erfindung nur etwa 3/4 der Induktivität einer Induktionsheizspule mit einer Windung mit kreisförmigem Querschnitt und gleicher Spulendicke beträgt.Der Hohlquerschnitt 5 der Induktionsheizspule 1 kann rechteckig sein, er· kann aber auch mit zunehmender Entfernung von der Stabach3e erweitert sein. Eine Spule mit nach außen erweitertem'Hohlquer-'

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schnitt bringt den Vorteil einer schmalen Schmelzzone bei gleichzeitig intensiver Kühlung der,Spule mit eich. Die Erweiterung des Hohlquerschnittes kann, wie in Fig. 1 dargestellt, stetig sein. Es sind jedoch auch andere Querschnittsformen, insbesondere solche mit stufenförmigen Absätzen, möglich.

Zum Herstellen eines kristallinen Stabes mit gegenüber dem Ausgangsstab vergrößertem Durchmesser kann* wie aus Fig. 3 ersichtlich, der Querschnitt, insbesondere auch der Hohlquerschnitt 5, der Induktionsheizspule 1 eine in Richtung-der Schwerkraft sich erstreckende Erweiterung 6 aufweisen. Damit wird die Stutzwirkung der Induktionsheizspule auf die Schmelzzone 4 noch erhöht. Mit Vorteil ist die Querschnittserweiterung 6 der Form der Schmelzzone 4 angepaßt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei ein Ausführungsbeispiel angeführt:

Durchmesser des Halbleiterstabes (Vorratsstab) 27 mm Innendurchmesser der Induktionsheizepule d.= 29 mm Außendurchmesser der Induktionsheizspule d_Q = 60 mm

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Höhe der Induktionsheizspule an ihrem inneren Rand Ii₁ = 3 Höhe der Induktionsheizspule an ihrem äußeren Hand h« = 6 mm.

Die Induktionsheizspuie gemäß der -Erfindung kann nicht nur beim tiegelfreien Zonenschmelzen, in.einer Schutzgasatmosphäre-, beispielsweise Wasserstoff, einem Bäelgue öder ;«i»§f» lllsohung aus Wasserstoff -unfit einem S'delfas verwendet, eöfSieia alt ähnlichen

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S PLA 68/Η1Θ

Vorteilen auch beim tiegelfreien Zonenschmelzen im Vakuum verwendet werden. Mit besonderem Vorteil kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch bei Zönenachmelzverfahren angewendet werden, wie sie in den deutschen Patentschriften 1 128 413 - Verfahren zur Herstellung von veraetzungafreiem, einkristallinem Silizium durch tiegelfreiea Zonenschmelzen (mit flaschenhalsförmiger Dünn stelle) - und 1 218 404 - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes (mit seitlicher Verschiebung des wiedereratarrenden Stabteilea) beschrieben sind.

Claims

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Patentansprüche . '- · :

/lly Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiteretabae, mit einer den ringförmig umgebenden Induktionsheizspule mit einer Windung, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsheizspule (1) in einer zur Stabachse senkrechten Ebene einen langgestreckten Querschnitt hat, "

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <iaö das Verhältnis AuöendurQhmeaaQr/InnQndur^hmea^er· der heizspuie (Ί) mindesitens 1,5 b

Vorriuhtung nach Anoprugh 1 , 4?idur«h ^ekofina^iahRat;, \iu4 4au Verhältnia Au0endlur«bme3aejr/Innoa4urehro«aaei^> etwa 2,0

4. Vorrichtung nach Anspruch t_t ciaduroh

der HohlqueracönittCSldai· JEaduktlOAstiQiaepulQ (1) mit Entfernung von der Stafeaehse e^w^it^^t ist«

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