DE2809075A1

DE2809075A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen eines an seinem unteren ende mit dem angeschmolzenen keimkristall versehenen halbleiterkristallstabes

Info

Publication number: DE2809075A1
Application number: DE19782809075
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DE2809075C2

Description

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an
seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen Halbleiterkristallstabes Zusatz zum Patent .. . .... ... (Patentanm. P 25 48 050) Die Hauptanmeldung .. . .... ... (Patentanmeldung P 25 48 050) 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 über dem Keimkristall liegenden Konusbereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei der zur Abstützung ein mit der Halterung des Keimkristalls gekoppeltes, jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet ist, welches mit dem Konusbereich mindestens teilweise in Kontakt gebracht wird und aus einem Aufnahmeteller besteht, an dem in gleichem Winkelabstand voneinander mindestens drei Drehgelenke mit Schwenkarmen angeordnet sind.
Bei der in der Hauptanmeldung beschriebenen Vorrichtung erfolgt die Abstützung durch Hochziehen der an den Drehgelenken befindlichen Schwenkarme über Umlenkrollen, 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.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht in einer weiteren Verbesserung der Stabilität beim Abstützen von sehr langen und dicken, versetzungsfreien Siliciumeinkristallstäben während des tiegelfreien Zonenschmelzens.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung dadurch gelöst, daß der obere Teil der Schwenkarme aus einer, in einem spielfreien Drehgelenk gelagerten, zweizinkigen Gabel besteht, deren Spitzen mit Auflageflächen für den oberen und unteren Stabkonusbereich versehen sind. Auf diese Weise wird die im Hauptpatent beschriebene Abstützung an drei weiteren Punkten des Stabkonus verstärkt, in dem der Stabkonus nicht nur radial, sondern auch durch die zusätzlichen drei Ab stützpunkte axial abgestützt wird. Dadurch ist die flaschenhalsförmige Verengung besser gegen Biegeeffekte geschützt als bei der in der Hauptanmeldung beschriebenen Vorrichtung. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Abstützvorrichtung auch im zylindrischen Stabteil eingesetzt werden.
Es liegt im Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die mit den Auflageflächen versehenen Spitzen aus Stiften aus inertem Material bestehen, die mit einer klebenden oder mit dem Stabkonus verschmelzenden Substanz versehen sind. Dabei kann diese Substanz gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel aus Silberchlorid, Silberaodid, Kupferohlorid oder auch aus festen Alkalihydroxyden wie Kali- oder Natronlauge bestehen0 Die Abstützung kann dann, wie in der Patentanmeldung P 27 06 851.5 (- VPA 77 P 1015) beschrieben ist, so erfolgen, daß durch einen von außerhalb der Zonenschmelzkammer zu betätigenden Mechanismus ein zum Beispiel den Aufnahmeteller umgebender Ring durch Hochschieben die an den drei Schwenkarmen angebrachten kreisförmig nach au ßen gebogenen tEtnehmer berührten und so weit hochschieben, daß die schließlich auf den Stabkonus fallen, wo beim Kontakt mit dem warmen Stabkonus die Pillen mit den Konus verschmelzen. Auf diese Weise wird ein Abstützeffekt gleichzeitig an sechs Punkten des Stabkonus erreichte Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Aus£Whrungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen Figur, welche schematisch im Schnittbild eine Anordnung während des Abstütævorgangs darstellt, noch näher erläutert werden.
In der Figur ist ein Siliciuinkeimkristall 1 in einer Halterung 2 befestigt An den Keimkristall 1 ist über einen konusförmigen Übergang der versetzungsfreie Siliciumstab 3 angewachsen. Zu seiner Herstellung wurde nach dem Aufschmelzen der Verbindungsstelle eine sogenannte flaschenhalsförmige Verengung 4 dadurch erzeugt, daß die Stabhalterungen in axialer Richtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit voneinander entfernt wurden. Diese flaschenhalsförmige Verengung 4 bewirkt ein einkristallines und versetzungsfreies Anwachsen. Da sowohl der Siliciumstab 3 als auch der Keimkristall 1 Drehungen um ihre Achse ausführen (siehe Drehpfeil 5), besteht die Gefahr, daß das an die flaschenhalsförmige Verengung 4 angewachsene Ende des Siliciumstabes 3 zu schwingen beginnt, wenn sich die Schmelzzone (in der Figur nicht dargestellt) zu weit von der Anschmelzstelle zwischen Keimkristall 1 und Siliciumstab 3 entfernt hat und das auf dem Flaschenhals sitzende Gewicht zu groß wird.
Dies wird durch das in der Figur abgebildete Gestänge 6 verhindert, welches aus einem mit der Keimkristallhalterung 2 starr verbundenen Aufnahmeteller 7 besteht, auf dem symmetrisch drei (in der Figur ist nur eine Einheit dargestellt) aus Lagerböcken und Achsen bestehende Drehgelenke 8 angebracht sind, in welchen als Stützarme ausgebildete Schwenkarme 9 befestigt sind. Die eigentliche Abstützung am Stabkonus (3) erfolgt an zwei Punkten 10 und 11 durch an den Schwenkarmen 9 drehbar (15) angebrachte Halterungen 12, welche als zweizinkige Gabeln aus Titan ausgebildet sind und an ihren, aus Silicium bestehenden Spitzen 13 und 14 mit dem Stabkonus 3 verschmelzende Silberchloridpillen 16 und 17 enthalten.
Das Hochklappen der Schwenkarme 9 kann wie in der Hauptanmeldung beschrieben erfolgen; es können aber auch andere Hochklapp- und Festhaltemechanismen wie zum Beispiel elektromagnetische Systeme verwendet werden. Bei Anwendung eines festhaltenden, zum Beispiel elektromagnetischen Systems können die Silberchloridpillen entfallen.
5 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 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 Keimkristall enthaltende Stabende im über dem Keimkristall liegenden Konusbereich des Stabes nach dem Schmelzzonendurchlauf abgestützt wird und bei der zur Abstützung ein mit der Halterung des Keimkristalls gekoppeltes, jedoch axial relativ zur Halterung beweglich ausgebildetes Gestänge verwendet ist, welches mit dem Konusbereich mindestens teilweise in Kontakt gebracht wird und aus einem Aufnahmeteller besteht, an dem im gleichen Winkelabstand voneinander mindestens drei Drehgelenke mit Schwenkarmen angeordnet Lind nach Patent .. . .... ... (Patentanmeldung P 25 48 ovo), d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der obere Teil der Schwenkarme aus einer, in einem spielfreien Drehgelenk gelagerten, zweizinkigen Gabel besteht, deren Spitzen mit Auflageflächen für den oberen und unteren Stabkonusbereich versehen sind.
2. 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 die Spitzen aus Stiften aus inertem Material bestehen, die mit Auflageflächen aus einer klebenden oder mit dem Stabkonus verschmelzenden Substanz versehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auflageflächen durch Kontaktpillen aus Silberchlorid, Silberjodid, Kupferchlorid oder aus festen Alkalihydroxiden gebildet werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e.i c h n e t , daß die die Auflageflächen tragenden Stifte aus Silicium oder Quarz bestehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwenkarme ganz oder teilweise aus Titan bestehen.