DE3625669C2

DE3625669C2 -

Info

Publication number: DE3625669C2
Application number: DE3625669A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8000 Muenchen De Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1992-04-30
Also published as: US4797525A; JPH0644512B2; JPS6337590A; DE3625669A1

Description

Es ist bekannt, daß mit zunehmender inhomogener Temperaturver teilung die zeitlichen Schwankungen der Wachstumsgeschwindig keit eines Monokristalls zunehmen. Damit ändert sich auch der effektive Verteilungskoeffizient k_eff und damit die Dotierung im mikroskopischen Bereich. Diese Dotierungsänderungen werden als "Striations" bezeichnet. Dabei ist der Einfluß der zeit lichen Schwankungen der Wachstumgsgeschwindigkeit umso größer, je kleiner der Faktor k_eff ist.

Die genannten Striations lassen sich mit einem Induktionshei zer vermindern, der z. B. in der DE-AS 18 02 524 beschrieben worden ist. Der Zusatzheizer besteht aus einem Zylinder, in dem die Flachspule derart angeorndet ist, daß der Zylinder die Flachspule nach beiden Seiten gleich weit überragt. Dabei dient der dem polykristallienen Vorratsstab zugewandte Teil des Zylinders als Vorheizer und der dem monokristallinen Halb leiterstab zugewandten Teil des Zylinders als Nachheizer. Mit dem Zusatzheizer kann der Temperaturgradient beiderseits der Schmelzzone in den angrenzenden festen Stabteilen des Halbleiterstabes niedrig gehalten werden.

Versuche mit dem beschriebenen Induktionsheizer haben jedoch ergeben, daß der Vorheizer ungünstige Ergebnisse bringt.

Bessere Ergebnisse sind im Prinzip mit einer aus der DE-AS 18 09 847 bekannten Anordnung möglich, die aus einer Flachspule mit sich in Richtung der Schwerkraft erstreckenden Erweiterung besteht. Nachteilig ist jedoch, daß die Erweiterung den Blick auf die Schmelzzone versperrt, so daß eine optische Kontrolle des Zonenschmelzvorganges nicht möglich ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsheizer zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Halbleiter stabes, bestehend aus einer Flachspule und einem ausschließlich dem monokristallinen Stabteil zugewandten zylindrischen Zu satzheizer, der aus elektrisch gut leitendem Material besteht, der der Flachspule parallel geschaltet und der koaxial zur Flachspule angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen In duktionsheizer derart weiterzubilden, daß er einerseits die erwähnten Striations vermindert, andererseits jedoch eine ungestörte Beobachtung des Schmelzvorgangs zuläßt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zusatzheizer aus schließlich auf derjenigen Seite der Flachspule angeordnet ist, die dem monokristallienen Stabteil zugewandt ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch einen (nicht beanspruchten) Induktionsheizer mit einem zu schmelzenden Halbleiterstab,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Nach heizers und

Fig. 3 die Aufsicht auf eine Weiterbildung der Flach spule nach Fig. 1.

Der nicht beanspruchte Induktionsheizer nach Fig. 1 hat eine bekannte ein windige Flachspule 4, die mit Anschlüssen versehen ist. Von diesen ist einer mit 5 bezeichnet. Die Flachspule 4 kann auch mehrere Windungen aufweisen. Die Flachspule 4 schmilzt einen Vorratsstab 1 auf, der in einen monokri stallinen Halbleiterstab 2 umgewandelt wird. Beide Stab teile sind durch eine Schmelzzone 3 miteinander verbunden.

Die Flachspule 4 ist auf ihrer dem monokristallinen Stab teil 2 zugewandten Seite koaxial mit einem zylindrischen Zusatzheizer 6 versehen. Dieser besteht beispielsweise aus dem gleichen gut leitenden Metall wie die Flachspule 4. Der Zusatzheizer 6 ist mechanisch mit der Flachspule 4 verbunden und ist dieser elektrisch parallel geschaltet. Flachspule 4 und Zusatzheizer 6 bilden einen gemeinsamen Spalt 15. Die Flachspule und der Zusatzheizer sind mit Kühlkanälen 7, 8 versehen.

Beim Zonenschmelzen bilden sich, bedingt durch die Form der Flachspule 4 und des Zusatzheizers 6, Feldlinien aus, die teilweise der Achse des monokristallinen Stabteils 2 parallel laufen. Eine solche Feldlinie ist hier mit 9 be zeichnet. Durch diese Feldverteilung wird der monokristal line Stabteil nachgeheizt, so daß der Temperaturgradient im wachsenden Einkristallstab 2 kleiner wird. Damit er gibt sich auch eine Verbesserung der Homogenität der Temperatur in der Schmelze, so daß die Konvektion in der Schmelze und damit an der Grenzfläche zwischen der Schmel ze und dem monokristallinen Halbleiterstab 2 verringert wird. Damit werden die zeitlichen Schwankungen der Wachs tumsgeschwindigkeit kleiner, so daß auch die zeitlichen Schwankungen des Faktors k_eff klein bleiben. Damit werden auch die Dotierungsschwankungen kleiner. So wurde bei spielsweise bei einer Dotierung von Silicium mit Indium eine Verringerung der Dotierungsschwankungen um den Fak tor 2 bis 3 gegenüber einer normalen Flachspule erreicht.

Um eine Beobachtung der Schmelzzone während des Zonen schmelzens zu ermöglichen, besteht der Zusatzheizer gemäß der Erfindung, wie in Fig. 2 dargestellt, aus zwei Metallringen 10, 11, die durch axial liegende Metallstäbe 12 miteinander verbunden sind. Die Ringe 10, 11 und die Stäbe 12 bestehen aus gut leitendem Metall, wie z. B. Kupfer oder Silber. Die Ringe 10, 11 sind zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Versorgungsspan nung mit radialen Schlitzen 13, 14 versehen. Diese Schlitze liegen in Axialrichtung fluchtend hinter ein ander. Wird der aus den Ringen 10, 11 und den Stäben 12 gebildete Käfig mit einer Flachspule nach Fig. 1 ver bunden, so werden die Schlitze 13, 14 nach dem Schlitz der Spule ausgerichtet. Die beiderseits der Schlitze 13, 14 angeordneten Stäbe 12 haben einen Abstand voneinander, der der Schlitzbreite entspricht. Die Stäbe 12 können auf ihren einander gegenüberliegenden Seiten plan ausgebildet sein, so daß zwischen den Enden des Nachheizers ein homo gener Schlitz liegt.

Eine weitere Verbesserung der Temperaturhomogenität kann dadurch erzielt werden, daß die nicht beanspruchte Flachspule (Fig. 3) mit von der Öffnung 16 der Spule 4 ausgehenden radialen Schlitzen 17 versehen ist. Diese Schlitze bewirken eine Symmetrierung der durch den Schlitz 15 zwischen den Spulenenden bewirkten Unsymmetrie. Die Schlitze 17 sind untereinander und zum Schlitz 15 unter gleichem Winkel abstand angeordnet. Die obenerwähnte Verbesserung der Homogenität wurde bei einem Siliciumstab mit 52 mm Durch messer mit einem Induktionsheizer erzielt, bei dem der Innendurchmesser der Spule 27 mm, der Außendurchmesser 77 mm, der Innendurchmesser des Nachheizers 70 mm und seine Länge 40 mm betrug. Mit größer werdendem L wird die Dauer der Nachheizung erhöht, mit kleiner werdendem D die Tempe ratur der Nachheizung.

Claims

1. Induktionsheizer zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristal linen Halbleiterstabes, bestehend aus einer Flachspule und einem ausschließlich dem monokristallinen Stabteil zugewandten zylindrischen Zusatzheizer, der aus elektrisch gut leitendem Material besteht, der der Flachspule parallel geschaltet und der koaxial zur Flachspule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz heizer zwei Metallringe (10, 11) aufweist, die durch axial ver laufende Metallstäbe (12) zu einem zylindrischem Käfig verbun den sind, daß die Metallringe mit je einem radialen Schlitz (13, 14) versehen sind, daß beide Schlitze in axialer Richtung der Ringe fluchtend hintereinander liegen, daß die Flachspule einwindig ist und zwischen ihren Anschlüssen einen Schlitz bil det und daß die radialen Schlitze mit diesem Schlitz fluchten.

2. Induktionsheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule (4) mit von ihrer Öffnung (16) ausge henden radialen Schlitzen (17) versehen ist, die unter einander und mit einem zwischen den Enden der Flachspule (4) gebildeten Schlitz (15) gleichmäßig um die Öffnung (16) verteilt sind.

3. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzheizer (6) Kühlkanäle aufweist.