DE2322969B2

DE2322969B2 - Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegelfreien Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2322969B2
Application number: DE2322969A
Authority: DE
Inventors: Ludwig 8000 Muenchen Sporrer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1973-05-07
Publication date: 1980-02-28
Also published as: US3901499A; JPS5015705A; JPS5443476B2; BE814657A; DK135409C; IT1010390B; DE2322969A1; DK135409B; DE2322969C3

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegelfreien Zonenschmelzen mit einer zylinderförmig ausgebildeten Fassung mit mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung und mindestens , einer Halteschraube in der Fassung.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium, wird eine durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch den zu behandelnden Halbleiterstab geführt, um entweder ,Verunreinigungen an das eine Ende des Halbleiterstabes zu transportieren oder um einen polykristallinen Halbleiterstab in einen Einkristall zu verwandeln. Dabei .wird an das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen und von diesem ausgehend eine Schmelzzone mehrfach durch den Stab geführt. Der ^.'stabförmige Körper wird hierbei meist lotrecht stehend mit seinen Enden in zwei Vorrichtungen eingespannt, (die ihn während des Zonenschmelzverfahrens halten.

Aus der DE-PS 11 14 171 ist eine Halterung für stabförmiges Halbleitermaterial in einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen zu entnehmen, bei der in einer als hohler Trägerkörper ausgebildeten Fassung in zwei zur Stabachse im wesentlichen senkrechten Ebenen je drei aus einem hochschmelzenden und in das Halbleitermaterial nicht eindiffundierenden Metall bestehende Stifte mittels Klemmbacken schwenkbar und federnd gelagert sind. Diese Fassung ist sehr kompliziert aufgebaut und schwierig zentrierbar. Außerdem erhitzen sich ihre Bestandteile, insbesondere die aus Molybdän bestehenden Stifte, wenn sich die Induktionsheizspule dem Stabende nähert, weil sie in das Feld der HF-Spule gelangen. Dabei locken sich der Halbleiterstab, weil sich die Halterung durch den Glüheffekt ausdehnt. Der Halbleiterstab fällt dann oft aus der Fassung und wird für eine Weiterverarbeitung unbrauchbar.

Aus der DE-PS 11 82 849 und der DE-OS 21 43 112 sind Halterungen für Halbleiterstäbe bekanntgeworden, wie sie üblicherweise beim tiegelfreien Zonenschmelzen verwendet werden. Solche Halterungen haben Zylinderform mit wenigstens einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung, wobei der Halbleiterstab im Inneren des Hohlzylinders aufgenommen und mit mindestens einer Halteschraube befestigt wird.

Halterungen dieser Art sind nicht in der Lage, Halbleitcrätäbe, insbesondere solche mit großem Durchmesser, sicher zu halten. Da beim Erwärmungsprozeß sich die Halterungen notwendigerweise mit erwärmen, locken sich zumindest der Halbieiterstab durch die thermische Ausdehnung der Halterung.

Diese Mängel werden durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Fassung drei symmetrisch zur Stabachse um 120° vei-setzt angeordnete U-förmige Ausnehmungen aufweist.

Durch die in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen kann das Hochfrequenzfeld der Spule erheblich weniger Heizstrom in die Fassung oder Halterung induzieren. Außerdem wirken die nicht weggefrästen Teile der Fassung federnd. Sollte sich also ein geringes Erwärmen der Fassung während des Zonenschmelzvor- * gangs einstellen, so wird die Federwirkung nach wie vor den Halbleiterkristallstab in seiner Lage festhalten. Dies ist bereits der Fall, wenn nur eine einzige Ausnehmung oder Ausfräsung in der Fassung vorhanden ist.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Fassung mit symmetrisch zur Stabachse angeordneten Bohrungen zum Einbringen der Befestigungs- und /■Zentrierschrauben versehen ist Dabei hat es sich als !besonders günstig erwiesen, wenn die Bohrungen für die "Schrauben in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen

T> angeordnet sind.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung sind die Bohrungen in den beiden Ebenen jeweils um 60" gegeneinander versetzt Dadurch wird eine sehr gute Zentrierung und

m Halterung des ί lalbleiterstabes in der Fassung erreicht.

Durch die Verwendung von Stahlschrauben mit Wolframcarbidspitzen (Widiametall) wird ein sehr guter Sitz gewährleistet, da sich die Metallspitzen schwach in die Oberfläche des Stabes einarbeiten und den

v> Halbleiterstab festhaken. Zur besseren Zentrierung ist das andere Ende der Stahlschrauben mit einem gerändelten Kopf versehen. Dadurch werden Zentrierwerkzeuge überflüssig. Außerdem vermittelt der gerändelte Schraubenkopf mehr Gefühl für den Anpreßdruck beim Festschrauben.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel sind die Fassung und die Schrauben aus einem hochwertigen Stahl mit einem Gehalt von etwa 19% Chrom und etwa 9% Nickel (V2A-Stahl) gefertigt. Dies

V) hat den Vorteil, daß sich alle Teile bei Erwärmung gleichmäßig ausdehnen und keine Verunreinigungen durch Oxydation auftreten.

Mittels der Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung ist es möglich, stabförmige Körper mit unterschiedli-

W chen Durchmessern aufzunehmen und zu zentrieren. Es können insbesondere auch sehr dünne Stäbe, wie sie beispielsweise als Keimkristalle Verwendung finden, gehaltert werden. In diesem Fall wird die Wandstärke der Stahlfassung, um eine gut federnde Wirkung zu

^r>^r) erhalten, dem Durchmesser des Halbleiterstabes angepaßt, d.h., gegenüber dem Normalfall reduziert Im Bedarfsfall werden auf die Bohrungen noch Muttern aufgesetzt, um eine bessere Führung der Rändelschrauben zu erreichen.

ω Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch darin zu sehen, daß sie im Vakuum verwendet werden kann, weil — bedingt durch ihre Konstruktion — keine Schmiermittel erforderlich sind.

Anhand der Figur, in der in perspektivischer

M Darstellung eine als Stabhalterung dienende Fassung gemäß der Lehre der Erfindung dargestellt ist, sollen noch weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

eine Schraube dargestellt) werden durch die Gewindebohrungen 4 geführt und berühren mit ihren Spitzen 6 aus Wolframcarbid (Widiametall) den Halbleiterstab. Diese Spitzen arbeilen sich schwach in die Oberfläche des Halbleiterstabes ein und gewährleisten so einen guten Sitz. Das andere Ende der Sch;aube 5 ist mit einem gerändelten Kopf 7 versehen, wodurch die Zentrierung des Stabes wesentlich vereinfacht wird, da sie von Hand leicht vorgenommen werden kann.

In der Figur sind in einer zylinderförmigen Fassung 1 aus Stahl symmetrisch zur Stabachse ? drei U-förmige Ausnehmungen 3 ausgefräst. Zur Zentrierung und Befestigung des in der Figur nicht abgebildeten Halbleiterkristallstabes werden in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen jeweils drei Gewindebohrungen 4 für die Schrauben 5 in die Fassung 1 eingebracht. Die Gewindebohrungen 4 in der einen Ebene sind gegenüber denen der anderen Ebene um jeweils 60° versetzt. Sechs Stahlschrauben 5 (in der Figur ist nur

Hieizu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegeJfreien Zonenschmelzen mil einer zyJinderförmig ausgebildeten Fassung mn mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung und mindestens einer Halteschraube in der Fassung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (1) drei symmetrisch zur Stabachse um 120° versetzt angeordnete U-förmige Ausnehmungen (3) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen für die Schrauben in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in den beiden Ebenen jeweils um 60° gegeneinander versetzt sind.