DE2331004A1

DE2331004A1 - Induktionsheizspule zum tiegelfreien zonenschmelzen von halbleiterstaeben

Info

Publication number: DE2331004A1
Application number: DE2331004A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1973-06-18
Publication date: 1975-01-09
Also published as: IT1014933B; JPS5755339Y2; JPS5037346A; US3898413A; DE2331004C3; JPS5571170U; DE2331004B2; BE816495A

Description

Indulctionsheizs^ule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstäben.

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Induktionsheizsoule mit mindestens zwei Windungen zum tiegelfreieri Zonenschmelzen von Stäben aus halbleitermaterial in Schutzgasatmosphäre .

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial läßt man eine durch eine InduktionsheizsOule aus Kupfer oder Silber erzeugte Sohmelzzone durch einen stebförmigen Körper des zu behandelnden Materials wandern. Hierbei werden Verunreinigungen an das eine Ende des Stabes transportiert. Oft wird das Verfahren auch zum Einkristallzüchten verwendet, indem en das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen und von dienern ausgehend eine Schmelzzone durch den St?b geführt wird. Der stabförmige Köroer wird dabei meist senkrecht stehend mit seinen Enden in Halterungen eingesoannt.

Der Zonenschmelzurozeß wird entweder im Vakuum oder in Schutzgasatmosphäre, bestehend aus Wasserstoff, -Argon oder einem anderen inerten Gas, durchgeführt.

I>ie Schmelzsoulen füv das Zonenschmelzen mit Hochfreouens bestehen meist aus Xuofer- oder Silberrohr, durch das gleich-

VPA 9/1

Ed t/H oh "

409882/0627

— 2 — 8AD ORIGINAL

zeltig Wasser zum Kühlen fließt. "Bei diesen Anordnungen sind die stromführenden Teile nicht von der Atmosphäre der fchnelz karcraer getrennt»

Um versetzungsfreies Krirtallmaterial zu erhalten, v/ird der "Resilient "beim Zonenschmelzen mit einer hochgereinirten frchutzgasatmosOhäre versehen und im "Rezipienten "bzw. in der Schroelzkammer ein !Druck eingestellt, der höher ist als der Atmosphärendruck. Bei Verwendung ^von Argon als Schutzgas entstehen en den mit hochfrequentem ^T;fechselstrora gesoeisten. pus einer oder nehreren "Indungen aus einem elektrisch cut leiten den Tfeterial bestehenden Induktionsheizspulen bei hoher / .■?- beitsfrequenz schon bei HF-Spenmmgen von ca. 5QO V elektrisc Überschläge, v;elche sich sehr schädlich auf die K qualität des durch das tiegelfreie Zonenschmelzen g-Halbleiterstebes auswirken und außerdem die HP-Zuleitungen zerstören.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunaeliegt, besteht in der Herstellung einer Tnduktionsheizsoule, welche auch im Bereich höherer Snannunir dies-e Überschläge verhindert oder zumindest erheblich reduziert.

Durch die Verv/endung einer als Flachspule ausgebildeten TnduktionsheizsDule (sogenannte Lochpfannkuchenspule) v/ird die Überschlagsneigung auch erheblich gemindert. Diese Spule braucht nur wenig Spannung, de für aber viel Strom. Auf Grund ihrer niedrigen Induktivität braucht man noch bei 4 MHz sehr große Kapazitäten zur Resonanzabstimraung (ca. 2£.C00 pF) · Niedrigere Frequenzen lassen sich nicht mehr abstinken, veil die Kondensatorbatterien zu groß ν,-erden. Längere ~^:urchführunsien müssen auf Grund der hohen Ströme verschachtelt v/erden

Diese Mängel werden.durch die Induktionsheizsrmle ge^ä.3 der

409882/0827

VPA 9/MO/:Qr?F - 3 -

ftAD ORIGINAL

Lehre der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Oberfläche der äußersten bindung der Spule mit einer ternOeraturfesten Isolierung üb°rzogen ist. Dabei ist in einer Weiterbildung des "SrfindunfFGedankens vorgesehen, die äußerste V'indunr der Smile als Teil dei· "F-Durchführung auszubilden. Dadurch wird erreicht, daß im Fereic^ der Purch.führunden (höchste Spannung) keine SOennungsführenden ^meile einander unisoliert gegenüberstehen. Dies ist besonders wichtig für die Herstellung von Halbleiterstäten mit relativ großen Stebdurchmessern.

Die erfindungsgemäße Spule hat gegenüber der 1-windigen Flachspule eine höhere Induktivität, braucht also mehr Spannung und weniger Strom. Dadurch lassen sich folgende Vorteile erreichen:

1. Wesentlich kleinere Abstimmkapazität (bei 4 KHz ca. 6000 pF);

2. lange HF-Durchführungen brauchen nicht mehr verschachtelt zu werden, v/eil der Strorc niedrig ist;

3. auch bei niedrigerer Arbeitsfrequenz v/erden die Abstimmkondensatoren noch nicht unhandlich groß.

Es liegt ira Rahmen der Erfindung, daß als Isolierung ein ent-SOrechend der äußeren Windung gebogenes Quarz- oder Glasrohr verwendet wird, in welches das die äußere Windung bildende Metallrohr, welches vorzugsweise aixs Silber besteht, geschoben wird.

einem anderen besonders günstigen Ausführu.ngsbeist>iel wird die Isolierung aus Keramiknerlen gebildet, welche über nas als äußere YJIndung dienende Metallrohr geschoben werden.

VPA 9/110/30T" .

409882/0627

Die dabei entstehenden Hohl- oder Zwischenräume werden mit im Vakuum aufgebrachtem temDeraturfestem Isolierstoff ausgefüllt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise Silikonkautschuk, Silikonharz oder "Polybismaleinimid verwendet.

Eine weitere Möglichkeit der Isolierung beeteht darin, de.ß ein mit einer YerguSmsspe wie Silikonharz, Silikonkautschuk oder Polybismaleiniraid getränktes Quarzgewebe, beisDielsweise ein Quarzstrumpf, verwendet wird.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist eine Induktionsheizsoule vorgesehen, welche durch die Kombination einer als Flachsüule ausgebildeten inneren Windung und einer als gebogenes Metallrohr mit einer tenroera turf eeten Isolierung versehenen äußeren Windung gekennzeichnet ist. Gemäß einem besonders günstigen AusführungsbeispieL ist dabei die innere Windung geerdet.

Um Halbleiterstäbe mit größeren Stabdurchmessern zonenzuschmelzen, ist gemäß einem anderen Ausführungsbeisüiel nach der Lehre der Erfindung die Induktionsheizspule zerlegbar aufgebaut, wobei die Srmle mindestens zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden en Hand von zwei Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in !Draufsicht eine Induktionsheizstmle, bei welcher die äußerste Windung als Teil der HF-Durchführung ausgebildet ist, während

VP.A 9/H0/⁷0⁷3 - 5 -

409882/0627

UHiQiNAL

Fig. 2 eine Ausführung form darstellt, "bei welcher die äußerste ^T»^rindung über ein Metallzv/ischenstück mit der HT³¹-Zuführung verbunden ist.

Die in Fi?¹. 1 abgebildete mehrwind-ige Sicherhei+.s-Induktionshei^poule für das Zonenschmelzen in Schutzgasetraosohäre, insbesondere in AritonstmoSphäre, besteht aus einer als Plachsoule (Lochtjfannlcuchenspule) ausgebildeten inneren Windung 1 und einet' aus einem gebogenen Metallrohr aus Silber bestehenden äußeren Windung 2, welche zugleich als Teil der HF-Durchführung 3 ausgebildet ist und auf ihrer Oberfläche bis zur HF-Durchführung "* eine Ummantelung mit einem temperaturfesten Isolierstoff 4 aufweist. Dieser Isolierstoff 4 besteht beispielsweise aus einem mit Silikonharz getränkten Quarzgewebe oder einem über das Silberrohr geschobenen Quarzrohr. Der Süulenteil ι ist mit dem Spulenteil 2 über das Ketallzwischenstück 5 durch Verschraubung verbunden. Ein Meta11ζwischenstück 6 sorgt für die Verbindung zwischen dem Spulenteil 1 und der HF-Durchführung "5. Die Abdichtung der Spulenanordnung erfolgt über die mit äem Bezugszeichen 7 bezeichneten Silikongummidichtungen. Der innere Spulenteil 1 enthält ein Ansatzstück in Form einer Öse 8, an welcher die Spule geerdet werden kann.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Ausführungsform wie in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird die äußere Windung 2 nicht als Teil der FP-Thirehführung verwendet, sondern über das Metallzwischenstrick 9 nit der HF-7)urchführung 3 verbunden. Auch bei dieser SmilenpnordTiunp ist die äußerste Windunr 2 bis

V?A 9/i¹O/'O" - 6

409882/0627

BAD ORIGINAL

Metallzwischenstück 9 πι it einer Ummanteluns' 4 aus einen teroperaturfesten Isolierstoff wie Silikonharz oder -kautschuk versehen. Ansonsten gelten die gleichen Bezu^szeichen wie in Fi^r. 1.

12 Patentansprüche 2 Figuren

9/110/*! 0"* ^ . - 7 -

409882/0627

BAD ORIGINAL

Claims

— τ — Patentansprüche

1.) Tnduktioneheizspule mit mindestens zwei Windungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen in Schutzgasatmosphäre, dadurch rekennzeichnet, daß die Oberfläche der äußersten Windung der Spule mit einer temperaturfesten Isolierung überzogen ist.

2. Induktionsheizspule nsch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dpß die äußerste Windung der Spule als Teil der HF-Ourchführung ausgebildet ist.

?. Induktionsheizsoule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daS eis Isolierung ein entsorechend der au Seren. Windung geborenes Quarz- oder Glasrohr verwendet wird, "in welches des die äußere Windung bildende Metallrohr geschoben wird.

4. Induktionsheizspule nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallrohr ein filberrohr verwendet wird.

5. Induktionsheizspule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung pus Keramikperlen besteht, welche über das als äußere Windung dienende Metallrohr geschoben werden.

6. Tnduktionpheizepule nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, da3 die Hohlräume mit im Vakuum aufgebrachtem tesroera tür festen Isolierstoff aus r-e füllt sind.

VPA 9/1¹O/* 0? ¹^ _t - 8 -

403882/0627

7. Induktionsheizspule nsch Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als tenmeraturfester Isolierstoff Silikonharz. Silikonkautschuk oder Polybismaleininiid verwendet ist.

8. TnduktionsheizsOule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem mit einer Vergußmasse wie Silikonharz, Silikonkautschuk oder Polybismaleininiid getränkten Quarzgewebe besteht.

9. Induktionsheizspule nach Anst>ruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Kombination einer als Flachspule ausgebildeten inneren Windung und mindestens einer als gebogenes Metallrohr mit einer tenroeraturfesten Isolierung versehenen äußeren Windung.

10. Induktionsheizspule nach Anstmich 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere bindung geerdet ist.

11. Induktionsheizspule nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule zerlegbar aufgebaut ist.

12. InduktionsheizsDule nach AnsDruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sr>ule mindestens zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind.

VPA //

409882/0627