DE3613949A1 - Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterial - Google Patents
Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterialInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
einkristallinem Halbleitermaterial aus einer Schmelzzone mit
den Merkmalen:
- a) die Vorrichtung hat eine um eine vertikale Achse waag recht angeordnete und die Schmelzzone erzeugende Hf- Heizspule mit einer zentralen Öffnung;
- b) die Vorrichtung hat eine ein mindestens teilweise homo genes Gleichfeld erzeugende Anordnung;
- c) die Anordnung ist mindestens annähernd symmetrisch zur Achse der Hf-Heizspule angebracht;
- d) das Gleichfeld durchsetzt mindestens teilweise die von der Hf-Heizspule zu erzeugende Schmelzzone.
Eine solche Vorrichtung ist z.B. im Journal of Crystal
Growth 62, 1983, auf den Seiten 523 bis 531 beschrieben.
Die Vorrichtung dient dazu, durch tiegelfreies Zonen
ziehen aus einem polykristallinen senkrecht angeordneten
Halbleiterstab einen einkristallinen Halbleiterstab zu
erzeugen. Die von einem hochfrequenten Wechselstrom durch
flossene Hf-Heizspule verursacht in dem von ihr umschlos
senen Raum ein sich schnell veränderndes starkes Magnetfeld,
das wiederum ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt. Um
schließt die Hf-Heizspule z.B. einen Halbleiterstab, so
führt das elektrische Wirbelfeld zur Erwärmung und schließ
lich zum Schmelzen des Halbleiterstabes. Wird an die elek
trisch leitende Schmelze ein magnetisches Gleichfeld ge
legt, dessen Feldlinien senkrecht zur Ziehachse verlaufen,
so kann eine Wirbelstromdämpfung der Konvektion in der
Schmelze erreicht werden. Das magnetische Gleichfeld
wird in der im Journal of Crystal Growth beschriebenen Vor
richtung durch zwei unter der Hf-Heizspule angeordnete
Permanentmagneten erzeugt. Wird das Zonenziehen mit dieser
Vorrichtung durchgeführt, um in einem Halbleiterstab mit
ungleichmäßig verteilter Dotierung eine gleichmäßige Ver
teilung des Dotierstoffes zu erzielen, so zeigt sich, daß
sich eine noch bessere Dotierstoffhomogenität des aus der
Schmelze auskristallisierenden Stoffes ergibt. Das heißt,
daß der Dotierstoff im Vergleich zum üblichen Zonenziehen,
bei dem kein Gleichfeld an die Schmelzzone angelegt wird,
gleichmäßiger über den gesamten Querschnitt des Halbleiter
stabes verteilt ist.
Eine Homogenisierung der Dotierstoffverteilung über den ge
samten Querschnitt des Halbleiterstabes ist nicht nur
dadurch zu erzielen, daß die Schmelze teilweise mit
Gleichfeldlinien senkrecht zur Ziehachse durchsetzt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine
andere Möglichkeit zu schaffen, die beschriebenen Vorteile
zu erzielen und die gesamte Schmelzzone mit einem
Gleichfeld zu durchsetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merk
male:
- e) die Anordnung ist eine zylindrische Spule;
- f) die Achse der Hf-Heizspule fällt mindestens annähernd mit der Achse der zylindrischen Spule zusammen;
- g) mindestens zwischen zylindrischer Spule und Hf-Heizspule ist eine Abschirmung aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.
Wird die entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 angeordnete zylindrische Spule von Gleich
strom durchflossen, so bildet sich im Inneren der Gleich
feldspule ein homogenes magnetisches Gleichfeld. Die er
findungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die ge
samte Schmelzzone von einem mindestens annähernd homogenen
Gleichfeld durchsetzt wird. Homogene Magnetfelder haben die
Eigenschaft, daß ihre Feldstärke räumlich konstant ist. Ein
weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß die magnetische
Feldstärke, der die Schmelzzone ausgesetzt ist, ohne
Schwierigkeiten variiert werden kann. Dazu muß ledig
lich bei gegebenen Spulenparametern (z.B. Windungszahl,
Spulenlänge) der durch die Spule fließende Strom erhöht
bzw. erniedrigt werden.
Um den Einfluß, insbesondere durch Induktion, des von der
Hf-Heizspule erzeugten hochfrequenten Wechselfeldes während
des Zonenziehens auf die Spule zu vermindern, wird mindes
tens zwischen Hf-Heizspule und zylindrischer Spule eine
Abschirmung aus einem Material hoher elektrischer Leitfähig
keit angeordnet. Diese Abschirmung ist elektrisch isoliert
von der Spule und der Hf-Heizspule angeordnet.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in
Zusammenhang mit den Fig. 1, 2 und 3 näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
mit einer einzigen Spule,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,
gemäß den Schnittlinien II-II und
Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hf-Heizspule
und einer senkrecht zu ihrer Spulenachse geteilten
Spule.
Die Anordnung nach Fig. 1 enthält eine um eine vertikale
Achse waagrecht angeordnete Hf-Heizspule 4. Die Hf-
Heizspule 4 hat z.B eine einzige Windung und eine zentrale
Öffnung. Die Hf-Heizspule 4 kann, wie in Fig. 1 dargestellt,
ein rotationssymmetrischer Hohlkörper sein, der von Kühl
flüssigkeit durchflossen werden kann. Oberhalb der Hf-Heiz
spule 4 befindet sich der polykristalline Halbleiterstab 1,
im Spulenbereich der Hf-Heizspule 4 die Schmelzzone 3, aus
der unterhalb der Hf-Heizspule 4 der Einkristall 2 aus
kristallisiert.
Um die Schmelzzone 3 und die Schmelzzone 3 erzeugende Hf-
Heizspule 4 ist eine zylinderförmige Spule 6 so angeordnet,
daß die Achse der Spule 6 mindestens annähernd auch die
Ziehachse ist. Der Innendurchmesser und damit die Windungs
fläche der Spule 6 ist so groß, daß sich Hf-Heizspule 4 und
Spule 6 nicht berühren. Hf-Heizspule 4 und Spule 6 sind
jeweils mit Zuleitungen für die Stromversorgung versehen,
die der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt
sind. Die Spule 6 ist an ihrer Innenseite mit einer Ab
schirmung aus einem Material hoher elektrischer Leitfähig
keit, z.B. Kupfer, versehen. Diese Abschirmung 5 ist von der
Gleichfeldspule elektrisch isoliert angeordnet, z.B. da
durch, daß zwischen Spulenwicklung und Umkleidung ein
Zwischenraum oder eine Isolierschicht vorhanden ist.
Zugleich berührt diese Umkleidung weder die Hf-Heizspule 4,
noch den Halbleiterstab. Diese Umkleidung ist mit
Kühlkanälen versehen, um eine Erhitzung zu vermeiden. In
Fig. 1 sind die Einlaß- und Austrittsöffnungen für das Kühl
mittel durch Pfeile markiert.
Beim Zonenziehen von dotierten polykristallinen Halbleiter
stäben erzeugt die von hochfrequentem Wechselstrom durch
flossene Hf-Heizspule 4, im Halbleiterstab eine Schmelzzone
3, aus der das geschmolzene Halbleitermaterial aus
kristallisiert. Um eine Wirbelstromdämpfung der Konvektion
in der Schmelze und damit eine große Dotierstoffhomogenität
des auskristallisierenden Stoffes, vorzugsweise dotiertes
Silicium zu erreichen, wird die Schmelzzone 3 zusätzlich von
einem Gleichfeld durchsetzt, dessen Feldlinien parallel zur
Ziehachse verlaufen. Die Abschirmung der Spule 6 mit einer
leitenden Schicht 5, die z.B. aus Kupfer besteht, verhindert
Verluste in der Spule 6 durch das hochfrequente Wechselfeld.
Die Abschirmung der Spule 6 vom hochfrequenten Wechselfeld
beeinflußt das homogene Gleichfeld nicht. Die Abschirmung 5
zwischen Hf-Heizspule 4 und Spule 6 verhindert damit, daß
eine hohe Hf-Spannung in der Spule 6 induziert wird. Damit
wird eine Erhitzung der Spule 6 durch Wirbelströme und eine
Beeinflussung der Gleichstromversorgung durch Hochfrequenz
vermieden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Spule 6
senkrecht zur Ziehachse in zwei Hälften aufgeteilt, die
gleichphasig mit Gleichstrom gespeist werden. Die
Anordnung der einen Spulenhälfte 6 a oberhalb der Schmelz
zone 3 und die Anordnung der anderen Spulenhälfte 6 b unter
halb der Schmelzzone 3 ergibt eine bessere Sicht auf die
Schmelzzone 3. Zusätzlich kann der Innendurchmesser der
einzelnen Spulenhälften geringer gewählt werden als im Aus
führungsbeispiel von Fig. 1, da die Spule 6 dort zusätzlich
noch die Hf-Heizspule 4 zu umgeben hat. Dieser geringere
Innendurchmesser ermöglicht es, weniger Leistung bei
gleicher gewünschter Feldstärke einzusetzen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es lediglich notwendig,
die beiden Spulenhälften (6 a, 6 b) so anzuordnen, daß die
Schmelzzone 3 mit dem inhomogenen Gleichfeldanteil durch
setzt wird. Bereits das Durchsetzen der Schmelzzone 3 mit
den "gekrümmten" Feldlinien - wie diese im Außenbereich
von langgestreckten Spulen typisch sind - bewirkt eine
Wirbelstromdämpfung der Konvektion in der Schmelzzone 3.
Zusätzlich sind die zwei Spulenhälften (6 a, 6 b) aus den
bereits oben genannten Gründen durch jeweils eine Ab
schirmung (5 a, 5 b) vom Hochfrequenzfeld der Hf-Heizspule 3
getrennt.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist selbst
verständlich nicht nur auf das Zonenziehen von Halbleiter
stäben beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vor
richtung überall dort eingesetzt werden, wo ein hoch
frequentes Wechselfeld zusammen mit einem Gleichfeld wechsel
wirkungsfrei auf ein Substrat wirken soll. Die erfindungs
gemäße Vorrichtung kann so z.B. auch beim Tiegelziehver
fahren eingesetzt werden, falls die Beheizung durch Wirbel
ströme erfolgt.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Herstellen von einkristallinen Halbleiter
material aus einer Schmelzzone mit den Merkmalen:
- a) die Vorrichtung hat eine um eine vertikale Achse waag recht angeordnete und die Schmelzzone (3) erzeugende Hf-Heizspule (4) mit einer zentralen Öffnung;
- b) die Vorrichtung hat eine ein mindestens teilweise homo genes Gleichfeld erzeugende Anordnung;
- c) die Anordnung ist mindestens annähernd symmetrisch zur Achse der Hf-Heizspule (4) angebracht;
- d) das homogene Gleichfeld durchsetzt mindestens teilweise die von der Hf-Heizspule 4 zu erzeugende Schmelzzone (3);
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- e) die Anordnung ist eine zylindrische Spule (6);
- f) die Achse der Hf-Heizspule (1) fällt mindestens annähernd mit der Achse der zylindrischen Spule (6) zusammen;
- g) mindestens zwischen zylindrischer Spule (6) und Hf-Heizspule (4) ist eine Abschirmung (5) aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Material Kupfer ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abschirmung (5) mit
Kühlkanälen versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Spule (6) in zwei
Hälften aufgeteilt ist, die unterhalb und oberhalb der Hf-
Heizspule (4) angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863613949 DE3613949A1 (de) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterial |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863613949 DE3613949A1 (de) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterial |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3613949A1 true DE3613949A1 (de) | 1987-10-29 |
Family
ID=6299475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863613949 Withdrawn DE3613949A1 (de) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterial |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3613949A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006105982A1 (de) | 2005-04-06 | 2006-10-12 | Pv Silicon Forschungs Und Produktions Ag | Verfahren zur herstellung einer einkristallinen si-scheibe mit annähernd polygonalem querschnitt und derartige einkristalline si-scheibe |
CN115558984A (zh) * | 2022-09-21 | 2023-01-03 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种无坩埚制备大尺寸半导体晶体的方法 |
-
1986
- 1986-04-24 DE DE19863613949 patent/DE3613949A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006105982A1 (de) | 2005-04-06 | 2006-10-12 | Pv Silicon Forschungs Und Produktions Ag | Verfahren zur herstellung einer einkristallinen si-scheibe mit annähernd polygonalem querschnitt und derartige einkristalline si-scheibe |
CN115558984A (zh) * | 2022-09-21 | 2023-01-03 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种无坩埚制备大尺寸半导体晶体的方法 |
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