DE2051703A1 - Verfahren zum Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere aus Silicium - Google Patents
Verfahren zum Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere aus SiliciumInfo
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description
21.0K! 1970
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München ?,
Wittelsbacherplatz ? Berlin und München
VPA 70/1191
fft-tf./im
Verfahren zum/Zonenschmelzen eines kristallinen Stabee,
insbesondere aus Silicium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen, radialen Widerstandsverlaufs beim tiegelfreien
Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden eingespannten kristallinen Stabes, insbesondere aus Silicium,
wobei die Halterungen für den Keimkristall und den Vorratsetab in Richtung der Stabachse bewegt und um die Stabachse
in Rotation versetzt werden und bei dem die Schmelzzone mit einer den Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule
erzeugt wird.
Bs ist bekannt, mit Hilfe von Keimkristallen polykristalline
Siliciurastäbe in Einkristalle zu verwandeln, indee man eine
Schaelzzone von dem Ende, an dem der Keimkristall angesetzt ist, zu dem anderen Ende des Siliciumstabes (Vorratsetabes)
wandern läßt. Der Siliciumetab wird hierbei meist senkrecht stehend in zwei Halterungen eingespannt, wobei die eine
Halterung während des Zonenschmelzen in Rotation um die
Stabachse versetzt wird, so daß ein symmetrisches Aufwachsen des erstarrenden Materials gewährleistet wird.
Einkristalle, die in dieser Weise durch das konzentrische tiegelfreie Zonenschmelzen hergestellt worden sind, zeigen
infolge einer mangelhaften Durchraischung der Schmelze «eist keinen gleichmäßigen, radialen Widerstandsverlauf, wie er für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen wünschenswert wäre.
VPA 9/11o/-oo7 Ed t/Au
209818/0982
Eine gewisse Verbesserung in der Durclmischung der Schmelze
und damit in radialen Widerstandeverlauf des wiedererstarrenden Stabteils bringt das in dea deutschen Patent 1 218 4o4
beschriebene exzentrische tiegelfreie Zonenschmelzen, bei dem die sich drehende Halterung des wiedererstarrenden
Stabteils relativ zur Heizeinrichtung, also zur Induktionsheizspule, seitlich verschoben wird.
Es wurde nun gefunden, daß der vorstehend beschriebene Vorteil einer guten Durchinischung der Schmelzzone und damit
eines gleichmäßigeren Widerstandaverlaufs über den Stabfc querschnitt in erhöhtem Maße auch auf einem anderen Weg
erzielt werden kann.
Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die
Rotation mindestens einer der beiden Stabhalterungen mit
einer ungleichförmigen und ständigen periodischen Änderung beaufschlagt wird*
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß im Gegensatz zum einfachen konzentrischen tiegelfreien Zonenziehen eine viel
bessere Durchmischung der Schmelze stattfindet, welche eine homogenere Verteilung der Dotierungestoffe auf das Schmelzvolumen bewirkt. Außerdem kann die beim exzentrischen tiegex-ψ freien Zonenschmelzen, welches nahezu die gleichen Ergebnisse wie das Verfahren nach der Lehre der Erfindung erzielt,
verwendete Mechanik für die Exzentrlk entfallen.
Gemäß einem besonders günstigen AusfUhrungnbeispiel nach der
Lehre der Erfindung wird die Rotation der den Keinkrietal1
tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Endwert beschleunigt, danach bis auf Null abgebremst und dieser
forgang periodisch wiederholt.
VPA 9/11p/1oo7
209818/0882
BAD ORSGlNAL
Es iat aber ebenso «öglich, in umgekehrter Weiae zu verfahren und die Rotation der den Vorrataatab tragenden
Halterung von eines Wert Null bis zu einem Endwert zu beschleunigen, danach bis auf Null abzubremsen und diesen
Vorgang periodisch zu wiederholen.
Es liegt auch in Rahmen der Erfindung, die Rotation der
den Keimkristall tragenden Halterung normal und gleichförmig durchzuführen und die Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf
einen Endwert zu beschleunigen, danach bis auf Null abzubremaen und diesen Vorgang periodisch zu wiederholen
oder die Rotation der den Vorratestab tragenden Halterung normal und gleichförmig durchzuführen und die
Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung von einen Wert Hull bis auf einen Endwert zu beschleunigen,
danach bis auf Null zu bremsen und diesen Vorgang periodisch zu wiederholen.
Außerdem let auch vorgesehen, daß sowohl die Rotation der
den Keimkristall tragenden Halterung als auch die Rotation der den Vorratβetab tragenden Halterung von einem Wert
Null bis auf einen Endwert beschleunigt wird, danach bis auf Null gebremst und dieser Vorgang periodisch
wiederholt wird.
Gemäß einem anderen Ausführungebeispiel nach der Lehre
der Erfindung wird entweder die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung oder die Rotation der den
Vorratsetab tragenden Halterung so durchgeführt, daß
die Rotation3geschwindigkeit etändig periodisch verändert wird.
E* ist aber ebenso möglich, daß die Rotation der den
Keimkristall sowie auch die Rotation der den Vorratsetab tragenden Halterung so durchgeführt wird, daß die
beiden Kotationsgeachwindigkeiten ständig verändnt
VPA 9'110/1007 - 4 -
209818/0382
BAD ORIGINAL
Hit frO0em Vorteil kann das Verfahren nach der Lehre der
Erfindung auch alt den in den deutschen Patentschriften
1 218 404 und 1 263 696 beschriebenen Verfahren gekoppelt werden, bei denen die eich drehende, den Keimkristall
oder den Vorrateetab tragende Halterung relativ zur
Induktionsheizspule (Heizeinrichtung) seitlich verschoben wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß
noch tin zusätzlicher Durchoisohungseffekt der Schmelze
neben einer Verbesserung der Kristallqualität an den so gefertigten Halbleiterstäben auftritt.
Die Durchführung des erfindungsgemäSen Verfahrens erfolgt in einer, in der Figur abgebildeten, für vertikales
tiegelfreies Zonenziehen geeigneten Apparatur.
In der Figur ist ein Rezlpient KLt 1 bezeichnet. Ib Deckel
und in Boden des Rezip!enten 1 ist je eine Simmeringdichtung 2 und 3 vorgesehen, die eine vakuumdichte Durchführung der Antriebswellen 4 und 5 für den kristallinen
Stab 6 bzw. 18 sichereteilen. Der kristalline Stab 6
bzw. 18, insbesondere ein Halbleiteretab, beispielsweise
aus Silicium, ist in Halterungen 7 und 8 gehaltert. Die Halterungen 7 und 8 können in Richtung der Stabaehae bewegt und um ihre Achse gedreht werden. Die Schmelzzone
wird von einer Induktionsheisspule 10, vorzugsweise einer
Ringspule mit einer Windung, erzeugt. Die Induktionsheizspule 10 kann ortsfest und durch eine Seitenwand
des Rezipienten vakuumdicht hindurohgefUhrt sein. Die Halterung 11 der Induktionsheizspule 10 kann als koaxiale
Halterung ausgebildet sein, die sowohl zur Zuführung des Stroms als auch des Kühlmittels, vorzugsweise Wassers,
dient. An der gegenüberliegenden Seitenwand des Rezipienten 1 ist ein Schaufenster 12 angeordnet. Der ZonenziehprozeB IqSt sich sowohl im Vakuum als auch in Schutzgasatmosphäre durchführen. Das Schutzgas gelangt aus
VPA 9/11o/1oo7 - 5 -
209818/0812
einem Vorratsbehälter 13 über ein Leitungssystem 14 in
den Sezipienten 1. Im Leitungssystem 14 befindet sich ein Reduzierventil 1£, ein Absperrventil 16 sowie ein Druck-
~ «eeaer 17.
Der Durchmesser des in die Halterung 7 eingespannten Vorratsstabes 16 beträgt 34 tau, der des herzustellenden
Einkristalle tabes 6 beträgt ebenfalls 34 mm. Der Keimkristall 19 und damit auch der aus der Schmelze 9 wiedererstarrende Stabteil 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel
konzentrisch zur Heizeinrichtung (Induktionsheizspule 10) angeordnet.
Zur Erzielung der ungleichförmigen Rotation wird der in der Abbildung nicht dargestellte Drehmotor für die
Antriebswelle 5 mit einem sinusförmigen Strom angesteuert. Dadurch erfolgt ein Riohtungaweohsel von ca. 20 Mal pro
Minute, d.h. an eine volle Drehung rechts herum achließt sich eine volle Drehung links herum an. Die Antriebswelle 4 befindet sich in Ruhestellung.
Die erzielte radiale Wideratandavariation liegt dann im
ganzen Einkristallstab bei 20 %. Der Einkristallatab weist keine Versetzungen auf«
Bei Verwendung einer zusätzlichen Exzentrik (seitliche Verschiebung der Stabhälterung) läßt sich eine radiale
Widerstandvariation im ganzen Einkristallstab von 10 %
erzielen.
12 Patentansprüche
1 Figur
TPA 9/11 o/l oo7 - 6 -
209818/0812
Claims (12)
- PatentanaprücheVerfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen radialen Widerstandsverlaufs beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden eingespannten kristallinen Stabes, insbesondere aus Silicium, wobei die Halterungen für den Keimkristall und den Vorratsstab in Richtung der Stabachse bewegt und um die Stabachse in Rotation versetzt werden und bei dem die Schmelzzone mit einer den Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation mindestens einer der beiden Stabhalterungen mit einer ungleichförmigen und ständig periodischen Änderung beaufschlagt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Endwert beschleunigt wird, danach bis auf Null abgebremst und dieser Vorgang periodisch wiederholt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Bndwert beschleunigt wird, danach bis auf Null abgebremst und dieser Vorgang periodisch wiederholt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung normal und gleichförmig durchgeführt wird und die Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Sndwert beschleunigt wird, danach bis auf Null abgebremst und dieser Vorgang periodisch wiederholt wird.VPA 9/11o/1oo7 - 7 -39810/OM2
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dip Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung normal und gleichförmig durchgeführt wird und die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Endwert beschleunigt wird, danach bis auf Null abgebremst und dieser Vorgang periodisch wiederholt, wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung als auch die Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung von einem Wert Null bis auf einen Endwert beschleunigt wird, danach bis auf Null abgebremst und dieser Vorgang periodisch wiederholt wird.
- 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Keimkristall tragenden Halterung so durchgeführt wird, daß die Rotationsgeschwindigkeit ständig periodisch verändert wird.
- 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Vorratsstab tragenden Halterung so durchgeführt wird, daß die Rotationsgeschwindigkeit periodisch verändert wird.
- 9· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der den Keiakristall sowie den Vorratsstab tragenden Halterung so durchgeführt wird, daß die Rotationsgeschwindigkeit ständig verändert wird.VPA 9/11o/1oo7 - 8 -209818/0882
- 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die sich drehende, den Keimkristall tragende Halterung relativ zur Induktionsheizspule seitlich verschoben wird.
- 11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die sich drehende, den Vorratsstab tragende Halterung relativ zur Induktionsheizspule seitlich verschoben wird.
- 12. Einkristalliner Halbleiterstab aus Silicium, hergestelltnach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1VPA 9/11o/1oo7209818/0882
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CN114318497A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-12 | 洛阳市自动化研究所有限公司 | 一种用于制备合金晶棒的区熔炉 |
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