DE2731254A1

DE2731254A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen eines halbleiterkristallstabes

Info

Publication number: DE2731254A1
Application number: DE19772731254
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-07-11
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1979-01-25

Description

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines Halbleiter-
kristallstabes.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht in einem Rezipienten gehalterten Halbleiterkristallstabes, insbesondere aus Silicium, mit einer den Stab konzentrisch umgebenden und die geschmolzene Zone erzeugenden Heizeinrichtung, bei der die beiden Halterungen für die Enden des zonenzuschmelzenden Stabes sich lotrecht nach oben bzw.
unten durch die Rezipientenwand über zylindrische Achsen nach außen erstrecken, und mit für eine axiale und horizontale Verschiebung sowie Drehung der Halterungen erforderlichen Antriebselementen verbunden sind.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DT-PS 15 19 871 bekannt. Sie dient der Aufgabe, Einflüsse auf die Schmelzzone, die Schwingungen der Schmelzflüssigkeit hervorrufen, fernzuhalten, und löst diese Aufgabe dadurch, daß die Antriebselemente zur axialen Verschiebung der Halterungen durch zwei Kugelrollspindelantriebe mit zwei vertikal verschiebbaren Förderschlitten gebildet wird, von denen der eine oberhalb, der andere unterhalb des Rezipienten angeordnet und mit je einer die Halterungen über durch Antriebsmotoren drehbare Wellen fest verbunden ist. Die Antriebsspindeln für die Kugelrollspindelantriebe sowie die Wellen der Antriebsmotoren und die drehbaren Wellen sind in Gleitlagern gelagert.
Die für die Umdrehung der Stabhalterungen notwendigen Elemente liegen außerhalb der Zonenschmelzkammer. Es müssen deshalb dicke Schiebeachsen verwendet werden, da die Drehachse in diese eingebaut und von außerhalb angetrieben wird. Durch die mechanische Beanspruchung der Schiebeachse beim Drehen können aber, insbesondere bei großen Zonenziehanlagen, Vibrationen entstehen, die beim Kristallziehprozeß sehr unerwünscht sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen möglichst wenig aufwendigen Drehantrieb für eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen zu entwickeln, der eine möglichst kurze Verbindung zur Stabhalterung hat.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem der Antrieb für die Drehachse mindestens einer der beiden Halterungen in einem in unmittelbarer Nähe der Halterung angeordneten gasdichten Topf in Rezipienten angeordnet ist, dieser Topf auf der Schiebeachse für die Halterung, die über eine gasdichte Durchführung in den Xesipienten geführt ist, aufgesetzt ist und die Schiebeachse für die Zuführung der Antriebsmittel für den Drehantrieb und der tUhlmittel hohl ausgebildet ist. Da der Drehantrieb möglichst dicht am Ort seiner Wirkung angebracht ist, sind keine die Anlage verteuernden und möglicherweise zu Schwingungen führenden Zwischenglieder erforderlich.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist wegen des geringen Platzbedarfs für den Drehantrieb ein hydraulisches System vorgesehen, da dieses auch sehr niedertourig und vibrationsarn ohne Untersetzergetriebe betrieben werden kann.
Es ist aber auch möglich, den Drehantrieb elektrisch zu betreiben, wozu ein Elektromotor verwendet werden kann.
Um die während des Betriebes im Topf auftretende Erwärmung abzuführen, ist der Topf gekühlt. Das Kühlmittel wird über die hohle Schiebeachse dem Topf zugeführt. Auch die Zuführung der Antriebsmedien für den Drehantrieb, z.3. bei Verwendung einer Hydraulik für das Ö1, erfolgt durch die rohrförmige Schiebeachse.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, Siliciumkristallstäbe mit Durchmessern größer als 50 mm und Stablängen von größer als 1 m mit hoher Kristallgüte und definiertem Dotierstoffgehalt sowohl in axialer als auch in radialer Richtung herzustellen.
Weitere Einzelheiten werden im Folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figur, welche im Prinzip den Bereich der unteren Stabhalterung einer Zonenziehanlage nach der Lehre der Erfindung ohne die für den Stabtransport benötigten Antriebselemente darstellt, noch näher erläutert. Der besseren Übersicht wegen wird auch auf die Darstellung der Gaszuführungen zum Rezipienten sowie der zur Erzeugung der Schmelzzone erforderlichen Induktionsheizspule verzichtet.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung besteht aus einem als Zonenschmelzkammer dienenden Rezipienten 1. In den Rezipienten 1 wird vakuumdicht mittels einer Durchführung 2 die Schiebeachse 5 eingeführt, welche aus einem halbverchromten Präzisionsstahlrohr bestehen kann. Auf der Schiebeachse 5 ist in Richtung der Ziehachse 6 symmetrisch und gegenüber dem Rezipienten 1 abgedichtet ein wassergekühlter Topf 7 aufgesetzt, welcher den z.B. hydraulisch betriebenen Drehantrieb 8 enthält. Als Antriebsmedium wird dabei Öl verwendet, welches durch die hohle Schiebeachse zugeführt wird (angedeutet durch die Pfeile 16). In der rohrförmigen Schiebeachse 5 befindet sich auch der Kühlmittelzu- und ablauf (s. Pfeile 15) für den Topf 7. Die Drehachse 9 wird vakuumdicht über Simmerringe 10 aus dem Topf 7 herausgeführt und ist mit dem Drehteller 11 der teimkristallhalterung 12 so verbunden, daß eine kürzestmögliche Verbindung zur Stabhalterung 12 hergestellt wird. Auch die.
Drehachse 9 kann in den gühlmittelkreislauf einbezogen werden. Mit dem Bezugszeichen 13 ist der Keimkristall und mit 14 der an diesen angewachsene Einkristallstab bezeichnet.
Die Bewegung der Schiebeachse 5 für den Transport der Stabhalterung 12 in axialer Richtung (6) erfolgt, wie bei bekannten Verfahren beschrieben, z.B. durch Eugelrollspindelantrieb mit einem vertikal verschiebbaren Förderschlitten, wie aus der DT-PS 15 19 871 ausführlich zu entnehmen ist.
Dabei ist es auch möglich, mit der Schiebeachse exzentrische Bewegungen der Drehachse und damit der Stabhalterung auszuführen, z.B. dadurch, daß die Welle 9 exzentrisch zur Schiebeachse 5 sitzt, und diese in einem Lagerblock um ihre Achse drehbar gelagert ist, wie es aus der DT-PS 1 265 708 als bekannt zu entnehmen ist.
6 Patentansprüche 1 Figur

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t an~s~p~~r~u c h e 1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht in einem Rezipienten gehalterten Halbleiterkristallstabes, insbesondere aus Silicium, mit einer den Stab konzentrisch umgebenden und die geschmolzene Zone erzeugenden Heizeinrichtung, bei der die beiden Halterungen für die Enden des zonenzuschmelzenden Stabes sich lotrecht nach oben bzw. unten durch die Rezipientenwand über zylindrische Achsen nach außen erstrecken und mit für eine maxiale und horizontale Verschiebung sowie Drehung der Halterungen erforderlichen Antriebselementen verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antrieb für die Drehachse mindestens einer der beiden Halterungen in einem in unmittelbarer Nähe der Halterung angeordneten gasdichten Topf im Rezipienten angeordnet ist, daß dieser Topf auf der Schiebeachse für die Halterung, die über eine gasdichte Durchführung in den Rezipienten geführt ist, aufgesetzt ist und daß die Schiebeachse für die Zuführung der Antriebsmittel für den Drehantrieb und die Kühlmittel hohl ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z ei c h n e t , daß als Drehantrieb ein Hydraulikmotor eingebaut ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hydraulikflüssigkeit aus Öl besteht.
4. Vorrichtung 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 der Drehantrieb elektrisch erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß ein Elektromotor vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Topf für den Drehantrieb doppelwandig ausgebildet ist und von einem Fühlmittel, welches über Rohre in der Schiebeachse zugeführt wird, durchströmt ist.