DE2343779B2

DE2343779B2 - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes

Info

Publication number: DE2343779B2
Application number: DE19732343779
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8000 Muenchen Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2343779C3; JPS5051470A; DE2343779A1

Description

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Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum liegelfreien Zonenschmelzen eines in einem mit Schutzgas gefüllten Rezipienten Jo lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, wobei die Halterungen, von denen mindestens eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzbar ist, relativ zu einer den Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule in Rieh- ->5 tung der Stabachse bewegbar sind und zum vakuumdichten Abdichten der die Stabhalterungen tragenden und die Spulenzuführungen enthaltenden Wellen gegen die Rezipientenwand mit öl gefüllte Simmerringkammern vorgesehen sind. ■*<>

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird ein kristalliner Stab an semen beiden Enden eingespannt und lotrecht gehaltert. Die beiden Halterungen, die an lotrechten Wellen befestigt sind können um ihre Achsen gedreht und — wenn der Stabquerschnitt beim Zonenschmelzen verändert werden soll — in vertikaler Richtung verschoben werden. Eine Heizeinrichtung dient dazu, im Stab eine Schmelzzone zu erzeugen. Durch Relativbewegungen zwischen der Heizeinrichtung und dem Stab kann diese Schmelzzone durch den Stab der Länge nach hindurchgeführt werden. Das Zonenschmelzen dient sowohl zum Reinigen des Materials als auch zum Einkristallzüchten mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls.

Zur Vergleichsmäßigung des Widerstandsverlaufs über den Stabquerschnitt können die beiden durch die Schmelzzone getrennten Stabteile so angeordnet werden, daß ihre lotrechten Längsachsen seitlich gegeneinander versetzt sind. Dabei wird die eine Halterung im Verhältnis zur zweiten Halterung und zur 6u Heizeinrichtung fortlaufend seitlich und in der Höhe verschoben, wobei der Querschnitt des auskristallisierenden Stabteils bis auf den gewünschten Solldurchmesser vergrößert werden kann. Nach Erreichen dieses Solldurchmessers wird der auskristallisierende Stabteil i'i im Verhältnis zur Heizeinrichtung nur noch in der Höhe verschoben.

Der Zonenschmelzprozeß wird entweder im Vakuum oder in Schutzgasatmosphäre, bestehend aus Wasserstoff, Argon oder einem anderen inenen Gas, durchgeführt. Um versetzungsfreies Kristallmutcrial zu erhalten, wird im Rezipient ein Druck eingestellt, der höhei ist als der Atmosphärendruck. Beim Zonenschmelzen unter Schutzgas, insbesondere in Argonatmosphäre, bildet sich aber durch die Gaserwärmung ein zusätzlicher Überdruck im Rezipienten aus, der um so höher steigt, je größer die gewünschten Durchmesser der herzustellenden Halbleiterkristallstäbe sind.

Es wurde nun beobachtet, daß die normalen, zur Abdichtung gegenüber der Außenatmosphäre verwendeten ölgefüllten Siminerringkammcrdichtungen für die an den Stabhalterungcn befestigten Wellen durch den Überdruck im Rezipienten undicht werden und daß dadurch das Schutzgas in die ölkammern eintritt bzw. OeI in den Rezipienten gelangt.

Die vorliegende Erfindung schafft hier Abhilfe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art. die dadurch gekennzeichnet ist, daß die ölfüllung der Simmerringkammern unter einen Preßluftdruck gesetzt ist, der höher ist als der höchste im Rezipienten während des Zonensehmelzens auftretende Gasdruck.

Dabei ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß der Preßluftdruck (Pöi) um mindestens 0,5 at höher eingestellt ist als der im Rezipienten herrschende Gasdruck (ρκ), d. h. pöi. = pn + (£0,5 at). Die Dichtlippen werden dann unter allen vorkommenden Arbeitsbedingungen, ob Hochvakuum oder Überdruck, an die zu dichtenden Wellen gepreßt.

An Hand der Zeichnung, in der die für die Erfindung wesentlichen Teile einer beispielhaften Zonenschmelzanlage im Querschnitt dargestellt sind, sollen nähere Einzelheiten beschrieben werden.

In der horizontalen Wand 1 einer in der Figur nicht dargestellten Zonenschmelzkammer, auch Rezipient genannt, ist eine Antriebswelle 2 für die Halterung 3 eines Siliciumkristallstabes 4 vakuumdicht geführt. Der Siliciumkristallstab 4 setzt sich aus dem wiedererstarrenden Stabteil 7 und dem der Schmelzzone 6 zugeführteii Stabteil 5 zusammen. Die Schmelzzone 6 wird durch eine Induktionsheizspule 8 erzeugt. Die Antriebswelle 3 wird durch an sich bekannte Antriebsmittel in Umdrehungen versetzt und kann außerdem relativ zur Heizspule 8 in Richtung der Stabachse bewegt werden. Die vakuumdichte Durchführung der Antriebswelle 3 durch die horizontale Zonenschmelzkammerwand 1 wird durch eine mit öl 13 gefüllte Simmerringkammer 9 hergestellt, welche an einem auf der horizontalen Zonenschmelzkammerwand 1 angeflanschten Rohrstück 10 befestigt ist. An der Simmeringkammer 9 befindet sich ein rohrförmiges Ansatzstück 11, welches nach außen durch öl 14 abgedichtet ist. Auf diese ölsäule (14) und damit auf das in der Simmerringkammer 9 befindliche öl 13 wird ein Preßluftdruck (s. Pfeil 12) ausgeübt, der verhindert, daß bei Entstehen eines Überdrucks im Rezipienten während des Zonensehmelzens die Schutzgasatmosphäre in die Ölkammer eintritt und damit zu Undichtigkeiten in Rezipienten führt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, Halbleiterkristallstäbe, insbesondere Siliciumstäbe, mit Durchmessern großer als 50 mm, in Argonatmosphäre auch bei Überdruck, herzustellen, welche in bezug auf Versetzungen jine hohe Kristallperfektion aufweisen. Der im Rezipienten herrschende Argondruck liegt während des Zonensehmelzens im

Mittel um 0,4 at höher als der Normaldruck. Der Preßlufidruck wird dann so eingestellt, da er mindestens 0,5 at höher, vorzugsweise 1,0 at höher liegt als der Rezipientendruck.

Die in die DeckelMache des Rezipierten eingebaute Vorrichtung kann auch in dessen Bodenteil oder in die seitlichen Wunde eingebaut werden, so daß auch weitere Wellen völlig vakuumdicht in der Rezipientenwanci gerührt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines in einem mit Schutzgas gefüllten Rezipienten lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, wobei die Halterungen, von denen mindestens eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzbar ist, relativ zu einer den Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule in Richtung der Stabachse bewegbar sind und zum vakuumdichten Abdichten der die Stabhallerungen tragenden und die Spulenzuführungen enthaltenen Wellen gegen die Rezipientenwand mit öl gefüllte Simmerringkammern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ölfüllung der die Simmeringkammern unter einem Preßluftdriick gesetzt ist, der höher ist als der höchste im Rezipienten während des Zonenschmelzens auftretende Gasdruck.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- M zeichnet, daß der Preßluftdruck (pöi.) um mindestens 0,5 at höher eingestellt ist als der herrschende Gasdruck (ρκ)-