DE2548050B2

DE2548050B2 - Vorrichtung zur Stabhalterung beim tiegelfreien Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2548050B2
Application number: DE19752548050
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8000 Muenchen Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1975-10-27
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2548050C3; DE2548050A1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Haltern des mit dem Keimkristall versehenen Stabendes beim liegelfreien Zonenschmelzen von HJbleiterkristallstäben mit einem, mit der Keimkristaiihalierung starr verbundenen Rahmen.

Halbleiterkristalle, insbesonder Siliciumeinkristallstäbe, werden durch das tiegelfreie Zonenschmelzen hergestellt, indem an einem Ende eines stabförmigen, polykristallinen Halbleiterkörpers ein einkristalliner Keimkristall mit geringerem Durchmesser als dem des Halbleiterkörper mit Hilfe einer Induktionsheizspule angeschmolzen wird. Anschließend werden — ausgehend von der Anschmclzstelle — eine oder mehrere, mittels derselben oder einer anderen Induktionsheizspule erzeugt:· Schnielzzonen durch den siabförmigcn Halbleiterkörper bewegt. Hierdurch läßt sich sowohl eine Reinigung des Halbleiterkörpers von Fremdstoffen, ..ils auch eine Umwandlung in einen cinkristallincn Stilb erreichen.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es erforderlich, daß das Halbleitermaterial möglichst frei von Versetzungen ist. da die Kristallversel/ungcn die elektrischen Eigenschaften des aus ihm hergestellten Halbleiterbauelementes erheblich beeinträchtigen können. Außerdem verringern die Verset/ungen die Lebensdauer der Minoritätstrügcr im Halbleitermaterial.

Aus der DE-AS 10 74 WJ ist es bekannt, die an der Anschmelzstclle des Keimkristalls am stabförmigen Halbleiterkörper im letzteren entstehenden Versetzungen dadurch zu verringern, daß vor dem letzten Durchgang der Schmel/zone durch den Halbleiterstab dessen Querschnitt in unmittelbarer Nähe der Verschmel/ungsstelle mildem Keimkristall verengt wird. In dem dadurch entstandenen dünnen Verbindungsstück /wischen Keimkristall und llalbleiterslab können im Keimkristall vorhandene Versetzungen ausheilen.

Nach der DIM'S Il 28 4M werden /.B. völlig vcrscl/iingsfrcic. stabförmige Siliciiimcinkrisiallc dadurch hergestellt, dal) beim tiegelfreien Zonenschmelzen mil mehrfachem Durchlauf der Schmclz/.onc durch einen senkrecht stehenden, an seinen Enden gehalterten Siliciiimstab, an dessen unterem Ende ein einkristalliner Keimkristall mit einem wesentlich geringeren Qiierschmlf als der Silicuimslab angeschmolzen wird, dall alle Durchgänge der Schmel/zone im Keimkristall beginnen und daß die Wanderungsgesehwiiidigkcit der Schmelz-/one im Keimkristall zwischen 7 und 1¹J mm/min, gewählt wird. Heim letzten Schmel/zonendiirchgang «vird der Siliciumstabquerschnitt au der Übergangsstelle vom Kciinkrislall /um Siliciumsiah durch .'eiiweiliges Auseinanderbewegen der Stabenden mit einer Geschwindigkeit größer 25 mm/min, eingeschnürt und die Geschwindigkeit der Schmelzzone von dieser Einschnürungsstelle aus bis zum Erreichen des vollen Quer-Schnitts des Siliciumslabes stetig vermindert. Dadurch entsteht über der Einschnürungsstelle des Keimkristalls eine flaschenhalsförmige Verengung, welche beim tiegelfreien Zonenschmelzen einkristalliner Siliciuinsiäbe mit größerem Querschnitt die Ursache dafür ist, daß

ίο entweder der darübcrliegende Siliciumstab bei genügender Länge und entsprechendem Gewicht abbricht oder zu schwingen beginnt. Letzteres ist besonders dann der Fall, wenn dicke einkristalle Siliciumstäbe, z. B. durch Aufstauchen beim tiegelfreien Zonenschmelzen hergestellt werden sollen. Diese Schwingungen sind die Ursache für die Ausbildung von Versetzungen und Störungen des Einkristalls des während des letzten Zonenschmelzdurchgangs durch den Siliciumstab aus der Schmelzzone erstarrenden Materials. Häufig führen diese Schwingungen sogar zum Abtropfen der Schmelze aus der Schmelzzone und zum Durchbrechen des dünnen Verbindungsstückes zwischen Keiinkristall und Siliciumstab und damit zum Unterbrechen des Zonenschmelzvorganges.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde. das bekannte Zonenschmelzverfahren so zu verbessern. daß weder Schwingungen während des Zonenschmelzdurchgangs auftraten können, noch die Gefahr besteht. daß der Siliciumstab im Bereich der flasehenhalsförniigen Verengung abbrechen kann.

Zwar ist aus der DE-OS 15 19 9Ol bekannt, beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, an dessen einem Ende ein Keimkristall angeschmolzen ist. dieses Stabende durch Stutzer abzustützen, die sich

J5 am Rand einer in axialer Richtung verschiebbaren Hülse befinden, welche die Halterung mit dem Keimkristall umschließt. Doch wird durch diese Anordnung das Problem der Vermeidung von Vibrationen beim Ziehen von sehr dicken (Durchmesser großer als i() nun).

versetzungsfreien Siliciumstäber- nicht /ufriedenstellend gelöst, weil die Stiit/er den nicht überall runden Konus des Stabes nicht gleichmäßig berühren. Wegen dieser Instabilität kommt es oft zu zusätzlichen Schwingungen, die dem Absliilzeffekt entgegenwirken und ihn sogar aufheben können.

Des weiteren ist aus der DIiOS 2 J 1« iOO ein Verfahren und eine Vorrichtung /um Absüil/en zu entnehmen, bei der cine mil der Keimkristallhailcriing gekoppelte, axial verschiebbare I'richterhiilse verweil det wird, welche in ihrer höchsten Lage den Koniisbereich des Stabes umschließt und mit einem Stabilisierungsmittel wie Quar/saiid, körniges Silicium. Mclallkiigcln oder mit einem flüssigen Metall, welches in der Trichli'i hülse erstarrt, gefüllt wird.

Es isl auch vorgeschlagen worden, die I'riclilei hülse mehrteilig aufzubauen und mit einem zum Zusammenbau geeigneten Klappsystem /ii versehen. Dies hat den Vorteil gegenüber der einteiligen 1nrhiei hülse, daß die I'richterhiilse im Laufe des Verfahrens nicht verschoben

W) werden muß. was aiii Kosten der Einb.iiihohc der zoiicnziischmclzendeii Siliciumsl.lbe in der Zonen schmelzkanimer pellt. Das Zusammenklappen der einzelnen Teile erfolgt erst dann, wenn die Schmcl/zonc weit genug vom Kcimknsiallcnde gewandert ist, jedoch noch vor der für (las Auftreten von Schwingungen kritischen Stelle

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine weitere Variante der eingangs beschriebenen Vorrichtung und

ist dadurch gekennzeichnet, duß der Rahmen mindestens drei Drehgelenke aufweist, an denen mit Zügen versehene .Schwenkarme angebracht sind. Es ist besonders günstig für die Abslützwirkung, wenn die den Stabkonus berührenden Schwenkarme so dimensioniert werden, daß der zwischen der Tangente des Stabkonus am Berührungspunkt und der Richtung der Schwenkarme gebildete Winkel λ im Bereich von 90°, vorzugsweise nur wenige Grad darunter liegt. Zweckmäßigerweise werden Sci.wenkarme aus Leichtmetall verwendet, welche S-förmig gebogen sind, so daß an dem mit dem Stabkonus in Kontakt kommenden Ende eine ausreichende Auflagefläche gebildet wird.

Durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, sehr lange Siliciumkristallstäbe (größer als 50 cm) herzustellen, welche einen Stabdurchmesser von mehr als 60 mm aufweisen und völlig frei von Kristallversetzungen sind. Gegenüber der in der DE-OS 23 58 300 beschriebenen Verwendung der /ur Abstützung dienenden Trichterhülse hat die 2u Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung den Vorteil, daß kein Stabilisierungsmittel veiweudei werden muß, wodurch das evtl. Einschleppen von Verunreinigungen beim Zonenschmelzen bzw. das Auftreten von Abriebstaub beim Einfüllen des .Stabilisierungsmittels verhin- 2=> den wird.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert werden.

In der Figur ist eine A.usführungsform nach der Lehre der IZrf'ndung dargestellt. Sie dient zum Abstützen des über der flaschenhalsförmigen Verengung 5 bzw. dem Keimkristall 2 liegenden Stabkonus 4. Dabei besteht das Gestänge 6 aus einer mit der Keimkristallhalterung 3 verbundenen Grundplatte 22, an der mindestens drei Drehgelenke 23 und 24 (in der Zeichnung sind nur zwei sichtbar) angebracht sind, an welchen .Schwenkarme 25 und 26 befestigt sind. Durch die ebenfalls an den Drehgelenken 23 und 24 angebrachten Züge 27 und 28 werden, wenn die Abstützung am Konus erforderlich ist, die Schwenkarme 25 und 26 aus ihrer, in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Lage mittels Umlenkrollen 31, 32 hochgezogen, bis sie auf den Stabr onus 4 fallen. Die Umlenkrollen 31, 32 und die .Schwenkarme 25, 26 sind an Halteelementen 33, 34. die auf der Grundplatte 22 befestigt sind, angeordnet. Wenn der in der Figur eingezeichnete Winkel χ zwischen der Tangente des Stabkonus am Berührungspunkt und der Richtung dei Schwenkarme mir wenig kleiner ·.· . 40 eingestellt wird, ist die Aubtüi/wirkung am optimalste· . Die -Schwenkarme 25 und 26 bestehen aus Leichtmetall und weisen zur Vergrößerung ihrer Abstützl'lächen am Stabkonus eine S-förmige Gestalt auf. Du-, Hochziehen kann .on außen in ni'.-ht dargestellter Weise erfolgen. Das ganze S>stem ist dabei drehbar ausgebildet (siehe Pleil 17).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Haltern des mit dem Keimkristall versehenen Stabendes beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterkristallstäben mit einem, mit der Keimkristallhalterung starr verbundenen Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen mindestens drei Drehgelenke aufweist, an denen mit Zügen versehene Schwenkarme angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme aus Leichtmetall bestehen und S-förmig gebogen sind.