DE2626311A1

DE2626311A1 - Verfahren zum tiegelfreien zonenschmelzen eines an seinem unteren ende mit dem angeschmolzenen keimkristall versehenen halbleiterkristallstabes

Info

Publication number: DE2626311A1
Application number: DE19762626311
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2626311C2

Description

Verfahren zus tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem
unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen Halbleiterkristallstabes.
Zusatz zu P 25 48 050.6 (VPA 75 P 1182) Die Hauptanmeldung betrifft ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen und senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei dem das den Keirnkristall ent'naltende Stabende im über dem Keimkristall liegenden Konusbereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei dem zur Abstützung ein mit der Halterung des Keimkristalls gekoppeltes, jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet wird, welches mit dem über dem Keimkristall liegenden tonusbereich des Stabes an drei, symmetrisch zueinander angeordneten Punkten in Kontakt gebracht wird.
Durch dieses Verfahren ist die Möglichkeit gegeben, Siliciumeinkristallstäbe mit Durchmessern größer 60 mm und längen größer 50 cm frei von Kristallversetsungen herzustellen, weil die über dem angeschmolzenen Keimkristall liegende, für die Versetzungsfreiheit verantwortliche flaschenhalsförmige Verengung in dem Stadium des Zonensohmelzens ausreichend abgestützt wird, in dem die Gefahr besteht, daß beim Übergang zu dicken Stabdurchmessern, z. B. durch Aufstauchen, das dünne Verbindungsstück zwischen Keimkristall und Siliciumstab abbricht oder der Stab über dem Verbindungsstück zu schwingen anfängt. Diese Schwingungen können Versetzungen im Stab erzeugen, ein Abtropfen der Schmelze aus der Schmelzzone bewirken und auch zum Durchbrechen des dünnen Verbindungsstücks und damit zur Unterbrechung des Schmelzzonendurchgangs führen. Diese Schwierigkeiten werden durch das Verfahren nach der Hauptanmeldung ausreichend beseitigt.
Aus der Dm-OS 23.58.300 sind zwar auch Verfahren und Vorrichtungen zum Abstützen zu entnehmen, welche diese Schwierigkeiten beseitigen. Dabei wird eine mit der Keimkristallhalterung gekoppelte, axial verschiebbare Trichterhülse verwendet, welche in ihrer Höchstlage den Konusbereich des Stabes umschließt und mit einem Stabilisierungsmittel wie Quarzsand oder Metallkugeln beim Abstützen gefüllt wird. Durch das Einfüllen des Stabilisierungsmittels können jedoch eine Staubentwicklung oder Vibrationen entstehen, welche sich schädlich auf das Kristallmaterial auswirken können.
Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren werden z.B. zum Abstützen des über der flaschenhalsförmigen Verengung bzw. dem Keimkristall liegenden Stabkonus an Stelle der Trichterhülse mit dem Stabilisierungsmittel drei symmetrisch angeordnete, durch die Drehachse der Keimkristallhalterung drehbar und verschiebbar hindurchgeführte Gewindespindeln verwendet, welche zur besseren Halterung und Zentrierung des Stabkonus mit Spitzen versehen sind. Dabei wird zwar eine Staubentwicklung beim Einfüllen des Stabilisierungsmittels vermieden, doch besteht jetzt die Gefahr, daß bei sehr großen Durchmessern die Abstützwirkung unzureichend ist. Man kann nämlich die drei Gewindespindeln nicht beliebig weit auseinandersetzen, weil sonst die untere Drehachse, in der diese drei Spindeln angeordnet sind, zu dick gemacht werden muß. Das führt aber zu Unregelmäßigkeiten in der Reib-und Gleitbewegung (stick slip).
Durch das erfindungsgemäQe Verfahren werden diese Mängel dadurch beseitigt, daß die Abstützung am Stabkonus durch drei am oberen Ende des Gestänges angebrachte Kristallscheiben aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der zonenzuschmelzende Stab vorgenommen wird, wenn die durch den Stab wandernde Schmelzzone so weit vom Stabkonus entfernt ist, daß der Stabkonus abgekühlt ist.
Es liegt dabei im Rahmen des Erfindungsgedankens, die Kristallscheiben durch Drehen auf den Stabkonus zu in Kontakt mit dem Konus zu bringen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Kontaktierung dann vorzunehmen, wenn die Schmelzzone mindestens 10 cm vom Stabkonus entfernt ist. Dadurch wird eine Verunreinigung durch das Gestänge sicher vermieden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem in der Hauptanmeldung beschreibenen Verfahren besteht darin, daß die drei Abstützachsen wesentlich weiter auseinandergesetzt werden können, so daß dann beliebig große Durchmesser ausreichend, d. h. weit genug oben am Konus, abgestützt werden können.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert werden. Dabei zeigt Figur 1 im Schnittbild die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung im unteren Bereich der Stabhalterung vor dem Abstützen und Figur 2 die Anordnung während des Abstütsvorgangs.
In Fig. 1 ist ein einkristalliner Keimkristall 2 in einer Halterung 3 befestigt. Der Keimkristall 2 ist mit dem unteren Ende eines Siliciumstabes 4 verbunden. Dabei wird nach dem Anschmelzen der Verbindungsstelle eine sogenannte flaschenhalsförmige Verengung 5 dadurch erzeugt, daß die Stabhalterungen in axialer Richtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit voneinander entfernt werden. Diese flaschenhalsförmige Verengung 5 bewirkt ein einkristallines und versetzungsfreies Anwachsen. Da sowohl der Siliciumstab 4 als auch der Keimkristall 2 Drehungen um ihre Achse ausführen, besteht die Gefahr, daß das an die flaschenhalsförmige Verengung 5 angewachsenen Ende des Siliciumstabes 4 zu schwingen beginnt, wenn sich die Schmelzzone (in der Figur nicht dargestellt) zu weit von der Anschmelzstelle zwischen Keimkristall 2 und Siliciumstab 4 entfernt hat. Bei Siliciumstäben von etwa 40 mm pl ist dies z. B. der Fall, wenn die Schmelzzone 70 cm vom dünnen Flaschenhals 5 entfernt ist. Die Schwingungsamplituden werden oft so groß, daß man den Ziehvorgang unterbrechen muß. Dies wird durch das in der Fig. 1 abgebildete Gestänge 6 verhindert, welches mit Hilfe der Stange 7 über einen Zapfen 8 und einer Verschiebeplatte 9 im Führungsschlitz 10 so weit nach oben geschoben wird, (s. Pfeil 29), daß die drei symmetrisch zueinander angeordneten Drehstangen 11, 12 und 13 mit an ihrem oberen Ende angebrachten Siliciumkri stallscheiben 14, 15 und 16 bei entsprechender Drehung der Scheiben den über dem Keimkristall 2 liegenden Konusbereich des Stabes 4 mit dem Scheibenrand berühren (s. Fig. -2). Der Antrieb kann z. B. über innerhalb der Verschiebeplatte 9 angebrachte, passend angekoppelte Elektromotoren oder durch über Rollen laufenden Drahtseilzüge, betätigt werden (Antriebsmechanismus nicht gezeichnet). Bei hergestellter Abstützung kann dabei noch ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden, der die jeweilige Betätigungsvorrichtung für den Abstützarm anhält (in der Zeichnung nicht dargestellt).
In Fig. 2 ist die Anordnung Siliciumkristallstab 4 / Abstützvorrichtung 6 während des Abstützens dargestellt. Dabei ist der Übersichtlichkeit wegen auf die Abbildung der Verschiebeeinrichtungen zum Betätigen bzw. Zentrieren der Drehstangen 11, 12 und 13 verzichtet worden. Durch die Drehpfeile 17 soll die Drehung zur Kontaktierung der Siliciumkristallscheiben 14, 15 und 16 mit dem Stabkonus 4 angedeutet werden. Mit dem Bezugszeichen 18 ist die Schmelzspule, mit 19 die dadurch erzeugte Schmelzzone und mit 20 der noch aufzuschmelzende Vorratsstabteil bezeichnet worden.
3 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1.) Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen und senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei dem das den Keimkristall enthaltende Stabende im über dem Eeimkristall liegenden Konusbereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei dem zur Abatützung ein mit der Halterung des Keimkristalls gekoppeltes, jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet wird, welches mit dem über dem Keimkristall liegenden Konusbereich des Stabes an drei, symmetrisch zueinander angeordneten Punkten in Kontakt gebracht wird, nach Patent ..........,., (Patentanmeldung P 25.48.050.6 = VPA 75 P 1182), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abstützung am Stabkonus durch drei am oberen Ende des Gestänges angebrachte Kristailseheiben aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der zonenzuschmelzende Stab vorgenommen wird, wenn die durch den Stab wandernde Schmelzzone so weit vom Stabkonus entfernt ist, daß der Stabkonus abgekühlt ist.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kontaktierung am Stabkonus durch Drehung der Kristallscheiben auf den Stabkonus zu erfolgt.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kontaktierung erfolgt, wenn die Schmelzzone mindestens 10 cm vom Stabkonus entfernt ist.