DE2748031A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen eines an seinem unteren ende mit dem angeschmolzenen keimkristall versehenen halbleiterkristallstabes - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem un-
• teren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen Halbleiterkristallstabes.
• Die Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen und senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei der das den Keimkristall enthaltende Stabende im Uber dem Keimkristall liegenden unteren Bereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei der zur Abstützung ein mit der Halterung des Keimkristalls mitdrehbares, Jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet ist, welches aus einem Aufnahmeteller besteht, an dem im gleichen Winkelabstand voneinander mindestens drei Drehachsen mit Schwenkarmen angeordnet sind.
• Aus der DT-OS 25 48 050 ist eine derartige Abstützvorrichtung zu entnehmen, bei der die Abstützung durch Hochziehen der an den Drehachsen befindlichen Schwenkarme über Umlenkrollen erfolgt, bis die Schwenkarme auf den Stabkonus fallen. Dabei bestehen die Schwenkarme aus Leichtmetall und weisen zur Vergrößerung ihrer Abstützflächen am Stabkonus eine S-förmige Gestalt auf.
• Der Bereich, in dem die Abstützarme schwenkbar sind, besteht aus der durch die Stabachse und den Stabradius gebildeten Fläche.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer Verbesserung der eingangs beschriebenen Vorrichtung derart, daß durch möglichst lange Schwenkarme ein stabileres Abstützen in größerem Abstand von der Keimkristallanschmelzstelle des Stabes bei sehr dicken und langen Siliciumeinkristallstäben ermöglicht wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwenkarme bei Ruhestellung in Schrägstellung ihrer Drehachsen auf dem Authahmetellerrand und im Bereich der Zonenschmelzkammerwand angeordr,et sind. Dabei können für die Drehung der Schwenkarme mechanische Mittel angewandt werden, z.B. wie in der DT-OS 25 48 050 beschrieben, mit den Drehachsen verbundene Züge, deren Betätigung bewirkt, daß die Arme den unteren Stabteil berUPren und dadurch den für den Abstützvorgang erforderlichen Ko:itakt herstellen.
• Vorzugsweise bestehen die Schwenkarme aus Silicium oder Leichtmetall, insbesondere aus Titan oder Aluminium. Die Schwenkarme sind an ihren Enden mit Stiften aus inertem Material, z.B.
• wegen der hohen Reinheit aus Silicium, versehen mit Auflageflächen aus einer klebenden oder mit dem Stabkonus verschmelzenden Substanz. Dafür haben sich Pillen aus Silberchlorid, Silber3odid, Kupferchlorid oder auch aus festen Alkalihydroxyden als sehr gut geeignet erwiesen.
• Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, daß, ähnlich wie in der Patentanieldung P 27 12 506.0 bereits beschrieben, mit den Drehachsen der Schwenkarme gekoppelte Magnetbremsen vorgesehen sind, und daß an den Wellen Riflenscheiben befestigt sind, an denen Zugfedern angebracht sind. Die Stromzufuhr erfolgt Uber Schleifringe, die an der Drehachse der Keimkristallhalterung angebracht sind. Nach dem Hinklappen der Schwenkarme an den unteren Stabteil mit Hilfe der Zugfedern werden die Schwenkarme durch dauernden Stromfluß durch die Magnetbremse in der Stützt lage festgehalten und stabilisieren so, unterstützt durch die langen Abstützarme, auch große Stabgewichte.
• Schließlich können auch anstelle von geraden Stütz- oder Schwenkarmen abgewinkelte Arme verwendet werden, die den Halbleiterstab an der ihrer Drehachse abgenrandten Seite abstützen.
• Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 und 2, welche in Fig. 1 in Perspektive einen der drei gemäß der Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung vorgesehenen Abstützschwenkarm und in Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit gewinkelten Abstützarmen schematisch in Draufsicht darstellt, noch näher beschrieben.
• In der Fig. 1 ist ein einkristalliner Siliciumkeimkristall 3 in einer Halterung 4 befestigt und mit dem unteren Ende eines Siliciumstabes 1 verbunden. Dabei wird nach dem Aufschmelzen der Verbindungsstelle eine sogenannte flaschenhalsförmige Verengung 2 dadurch erzeugt, daß die Stabhalterungen in axialer Richtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit voneinander entfernt werden. Diese flaschenhalsförmige Verengung 2 bewirkt ein einkristallines und versetzungsfreies Anwachsen. Da sowohl der Siliciumstab 1 als auch der Keimkristall 3 Drehungen um ihre Achsen ausführen, besteht die Gefahr, daß das an die flaschenhalsförmige Verengung 2 angewachsene Ende des Siliciumstabes 1 zu schwingen beginnt, wenn sich die Schmelzzone (in der Figur nicht dargestellt) zu weit von der Anschmelzstelle zwischen Keimkristall 3 und Siliciumstab 1 entfernt hat und das auf dem Flaschenhals sitzende Gewicht zu groß wird. Bei Siliciumstäben von 40 mm Durchmesser ist dies z. B. der Fall, wenn die Schmelzzone 70 cm vom dünnen Flaschenhals 2 entfernt ist. Die Schwingungsamplituden werden oft so groß, daß man den Ziehvorgang unterbrechen muß.
• Dies wird durch das in der Figur abgebildete Gestänge 5 verhindert, welches aus einem mit der Keimkristallhalterung 4 sich mitdrehenden Aufnahmeteller 6 besteht, auf dem symmetrisch drei, aus Lagerböcken 9 und 10 bestehende Drehachsen angebracht sind, an welchen als Stützarme ausgebildete Schwenkarme 8 befestigt sind.
• Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Abstützung im unteren Stabteil erforderlich ist, werden durch einen von außerhalb der Zonenschmelzkammer zu betätigenden Mechanismus (in der Figur nicht dargestellt), der beispielsweise aus mit den Drehachsen verbundenen Zügen besteht, die am Aufnahmetellerrand 6 außen ange- ordneten schräggestellten Schwenkarme 8 aus ihrer Ruhestellung 11 in Richtung Stabkonus 1 gedreht, wobei die Schwenkarmspitze 13 die in der Zeichnung strichpunktierte Bahn beschreibt. Am Punkt 12 berührt sie den Halbleiterstab und stützt ihn durch Arretierung ab. Das Abstützende 13 des Schwenkarmes 8 kann an seiner, insbesondere aus Silicium bestehenden Auflagefläche mit einer Kontaktpille 15 aus Silberchlorid versehen sein, die bei Berührung mit dem Stab verschmilzt, im weiteren Verlauf des Zonenschmelzdurchgangs erstarrt und dann eine feste Verbindung mit dem Stab bildet.
• Das Festhalten der Schwenkrame am Stab in der Abstützposition kann aber auch, wie schon an anderer Stelle erwähnt, durch eine stromdurchflossene Magnetbremse bewirkt werden.
• In Fig. 2 liegen die aus den Halteböcken 18 und 19 bestehenden Drehachsen der Abstützarme 17 hier zwar parallel zur Drehebene, jedoch sind die Halteböcke 18 mit den Betätigungs- und Arretiervorrichtungen für die Abstützarme 17 so verdreht, daß der längere Teil 20 der Abstützarme 17 den Halbleiterstab 1 nicht berührt. Nach dem Hochklappen der Arme 17 stützt deren kürzerer, abgewinkelter Teil 21 den Stab in den Punkten 22 ab. Die Arretierung kann wieder durch Ankleben oder auf elektromagnetischem Wege erfolgen.
• 2 Figuren 6 Patentansprüche

Claims (6)

1. PatentansDrUche 1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen und senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei der das den Keinkristall enthaltende Stabende im über dem Keimkristall liegenden unteren Bereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei der zur Abstützung ein mit der Halterung des Keimkristalls mitdrehbares, jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet ist, welches aus einem Aufaahmeteller besteht, an dem im gleichen Winkelabstand voneinander mindestens drei Drehachsen mit Schwenkarien angeordnet sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schwenkarme bei Ruhestellung in Schrägstellung ihrer Drehachsen auf dem Aufnahmetellerrand und im Bereich der Zonenschelzkasmerwand angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme eine abgewinkelte Form aufweisen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bevegung der Schwenkarme mechanische Mittel vorgesehen sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme aus Leichtmetall, insbesondere aus Titan oder Aluminium, oder aus Silicium bestehen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme an ihren Enden mit Stiften aus inertem Material mit Auflageflächen aus einer klebenden oder mit dem Stabkonus verschmelzenden Substanz versehen sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Drehachsen der Schwenkarme gekoppelte Magnetbremsen vorgesehen sind, daß an den Wellen Rillenscheiben beiestigt sind, an denen Zugfedern angebracht sind und daß Schleifring. für die StroPzuruhr vorgesehen sind, die an der Drehachse der Keinkristallhalterung angebracht sind.