DE2314971C3

DE2314971C3 - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2314971C3
Application number: DE19732314971
Authority: DE
Inventors: Herbert 8000 Muenchen Kramer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1973-03-26
Publication date: 1982-04-08
Also published as: DE2314971A1; DE2314971B2

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum senkrechten, tiegelfreien Zonenschmelzen eines Siliciumkristallstabes mit im Vergleich zum Innendurchmesser der Heizspule größerem Durchmesser, bei dem zuvor das untere, freie Stabende konisch verjüngt und daran der Keimkristall angeschmolzen wird.

Beim Ziehen von Halbleiterstäben mit größeren Durchmessern als dem Innendurchmesser der Induktionsheizspule kann man die Spule am Stabende nur »ausfädeln«, wenn man den Halbleiterstab am Stabende auseinanderzieht oder -bricht. Das ist ungünstig, wenn mehrere Schmelzzonendurchgänge gemacht werden müssen, wie es beispielsweise beim Herstellen versetzungsfreier Halbleitereinkristallstäbe der Fall ist

In der deutschen Patentanmeldung P 21 60 694.0 (DE-OS 21 60 694) ist eine Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstäben bereits vorgeschlagen worden, welche zerlegbar aufgebaut ist und dadurch ermöglicht, daß auch Halbleiterkristallstäbe mit größeren Durchmessern (größer als mm) auf einfache Weise hergestellt werden können.

Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Herstellung besonders dicker Halbleiterkristallstäbe nicht durch eine teilbare Spule, sondern beschreitet einen ganz anderen Weg.

Erfindungsgemäß ist dieser Weg dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Ausgangsstabes ein Ansatzstück aus Silicium mit einem im Vergleich zum Innendurchmesser der Heizspule kleinerem Durchmesser angeschmolzen, dann wenigstens einmal zonengeschmolzen und das eingespannte Stabende beim Ende des Zonenschmelzdurchganges durch Auseinanderziehen der Stabenden konisch verjüngt wird, daß der Stab umgekehrt und mit dem Ansatzstück in die Halterung eingespannt wird, und daß schließlich an die Verjüngungsstelle der Keimkristall angeschmolzen wird.

ίο Auf diese Weise können nicht nur Siliciumeinkristallstäbe mit relativ großen Durchmessern auf einfache Weise hergestellt werden, sondern auch solche, welche bezüglich ihrer Kristallqualität frei von Versetzungen sind. Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß auch ein kleinerer Arbeitsaufwand als bei den bislang üblichen Verfahren erforderlich ist Durch die Umkehrung der Ziehrichtung erfolgt bei vordotiertem Material auch eine VergleichmäBigung der Dotierung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das Ansatzstück aus polykristallinem Silicium besteht und einen Durchmesser aufweist, der höchstens 25 mm beträgt Die Länge des Ansatzstückes sollte ca. 70 mm betragen.

Durch das vorausgehende Zonenschmelzen (Vorzo-

ne) mit dem polykristallinen Ansatzstück, — welches den Vorteil einer rauheren Oberfläche hat und dadurch besser zu handhaben ist als ein einkristalünes Material —, die vorzugsweise im Vakuum durchgeführt wird, wird längs des polykristallinen Siliciumstabes ein Reinigungseffekt durch Ausdampfen der Verunreinigungen erzielt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand eines Ausführungsbeispiels und der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

F i g. 1 stellt den als Vorzone bezeichneten Verfahrensschritt im Prinzip dar, während

F i g. 2 die Herstellung des Einkristallstabes vor dem Anschmelzen des Keimkristalls zeigt.
In beiden Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

In F i s· 1 ist mit 1 das aus polykristallinem Silicium bestehende Ansatzstück bezeichnet, welches auch einkristallin sein kann und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Innendurchmesser der zum Zonenschmelzen verwendeten Induktionsheizspule 2. Der mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete polykristalline Siliciumstab, welcher einen Durchmesser von ca. 42 mm besitzt, ist durch den sogenannten C-Prozeß hergestellt, d. h. durch thermische Zersetzung einer

so gasförmigen Siliciumverbindung und Abscheiden des Siliciums auf einem erhitzten Siliciumträgerkörper. Dieser polykristalline Siliciumstab 3 wird an seinem oberen Stabende in eine Halterung 4 eingespannt und an seinem unteren freien Stabende mittels der Induktionsheizspule 2, welche vorzugsweise als Flachspule ausgebildet ist, mit dem Ansatzstück 1 von 15 mm 0 verschmolzen. Dann wird mit der gleichen Induktionsheizspule 2 die Vorzone von der Verschmelzungsstelle ausgehend durch den dicken polykristallinen Vorratsstab 3 im Vakuum gezogen (siehe Pfeil 5). Am Stabende wird nach Beendigung der Vorzone eine konische Verjüngung 6 (siehe F i g. 2 unten) durch Ab- und schließlich Auseinanderziehen hergestellt.

Beim nächsten, in F i g. 2 dargestellten Durchgang wird der Stab 3 mit dem Ansatzstück 1 umgekehrt wie in Fig. 1 in die Halterung 4 eingespannt und an die Verjüngungsstelle 6 der Keimkristall 7 mit einem Durchmesser von ca. 6 mm in bekannter Weise

angeschmolzen. Dann wird der eigentliche Zonenschmelzprozeß (Endzone) zur Herstellung des versetzungsfreien einkristallinen Siliciumstabes durchgeführt, wobei die Schmelzzone von unten nach oben durch den Stab 3 wandert (siehe Pfeil 8). Für die Wanderungsgeschwindigkeit der Schmelzzone -.,owie für die anderen beim tiegelfreien Zonenschmelzen notwendigen Parameter, wie Einstellung der Schutzgasatmosphäre, gelten die aus dem Stand der Technik üblichen Maßnahmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum senkrechten, tiegelfreien Zonenschmelzen eines Siliciumkristallstabes mit im Vergleich zum Innendurchmesser der Heizspule größerem Durchmesser, bei dem zuvor das untere, freie Stabende konisch verjüngt und daran der Keimkristall angeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Ausgangsstabes ein Ansatzstück (1) aus Silicium mit einem im Vergleich zum Innendurchmesser der Heizspule (2) kleinerem Durchmesser angeschmolzen, dann wenigstens einmal zonengeschmolzen (5) und das eingespannte Stabende beim Ende des Zonenschmelzdurchganges durch Auseinanderziehen der Stabenden konisch verjüngt wird, daß der Stab umgekehrt und mit dem Ansatzstück (1) in die Halterung (4) eingespannt wird, und daß schließlich ac die Verjüngungsstelle (6) der Keimkristall (7) angeschmolzen wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansatzstück (1) aus polykristallinem Silicium besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansatzstück (1) einen Durchmesser aufweist, der höchstens 25 mm beträgt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ansatzstückes (1) 70 mm beträgt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zonenschmelzen (5) im Vakuum durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Verjüngungsstelie (6) dem Durchmesser des Keimkristalls (7) angepaßt wird.