DE2220519C3 - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstäben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitcrstäben, bei dem eine durch die Heißspule eines mittels eines HF-Generators gespeisten Heizstromkreises induktiv erzeugte Schmelzzone in Richtung der Stabachse durch den Halbleiterstab geführt wild, undtei dem zur Durchmesserregelung des Haibleitei Jtabes als Regelgrößen die Generatorfrequenz und der A .odenstrom erfaßt, Ist-Soll-Wert- Vergleichseinrichtungen zugeführt und die Regelabweichungen auf den Streck-Stauch-Mechanismus bzw. die Frequenzregeleinrichtung des HF-Generators geschaltet wird.

Solche Verfahren sind bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben, z. B. in der deutschen Patentschrift 12 77 813. Im Prinzip bestehen sie darin, daß eine Heizspule, die den Halbleiterstab ringförmig umgibt, in dessen Längsrichtung geführt wird und in deren Bereich der Halbleiterstab durch induktives Erhitzen geschmolzen wird. Durch das Wandern der Schmelzzone durch den Halbleiterstab erreicht man eine Umwandlung des Halbleiterstabes von polykristallinem in einkristallines Material, eine Reinigung des Materials und eine Beeinflussung des Stabdurchmessers.

Der Stabdurchmesser kann in erster Linie durch die Größe und Form des schmelzflüssigen Volumens der Schmelzzone, das über den Streck-Stauch-Mechanismus und die Zufuhr der Hochfrequenzenergie bestimmt werden kann, beeinflußt werden. Mit diesen Verfahren mit dem Anodenstrom oder der Heißkreisspannung und der Generatorfrequenz als Regelgröße werden nach einem vorgegebenen Programm für Generatorfrequenz und Anodenstrom (= Heizstrom) Übergänge vom dünnen Keimkristall zum geforderten Durchmesser des Halbleiterstabes gezogen, als auch die Durchmesser auf konstanten Wert geregelt.

Es hat sich aber gezeigt, daß bei der bisher angewandten elektrischen Durchmesserregelung mit den zwei Regelgrößen Anodenstrom (= Heizstrom) bzw. Heizkreisspannung und Generatorfrequenz noch Abweichungen vom Solldurchmesser, z. B. bei Kopierfehlern, in der Größenordnung von ca. 5% nicht ausgeregelt werden können, was bei dem Trend zur Herstellung von Halbleiterstäben mit größeren Durchmessern bis 100 mm und mehr n'icht den Anforderungen genügt.

Diese Abweichungen beruhen z.B. darauf, daß in gewissen Grenzen das schmelzflüssige Volumen der induktiv mit dem Heizstromkreis gekoppelten Schmelzzone des Halbleiterstabes je nach Fahrweise des Ziehprozesses unterschiedliche Formen und Volumen

ίο haben kann.

Bei unterschiedlicher Form der Schmelzzone ergeben sich verschiedene Kopplungswiderstände, und der Verlauf des komplexen Widerstandes des Heizstromkreises mit der Frequenz ändert sich. Damit ergeben sich aber auch verschiedene Resonanzkurven, d. h. Resonanzfrequenz, Resonanzmaximum und damit Güte- und Halbwertbreite des Heizkreises unterscheiden sich je nach Schmelzzonenform. Trotzdem können sich die Kurven aber im Arbeitspunkt des Ziehprozesses schneiden.

Hieraus ergibt sich, daß der Stabdurchmesser bei der Regelung mit zwei Regelgrößen, z. B. auf Grund der unterschiedlichen Fahrweise, in einem gewissen Bereich schwanken kann ohne daß die Schwankungen bei diesem Verfahren ausgeregelt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es nun die Durchmesserabweichungen bei dar bisherigen elektrischen Durchmesserregelung mit zwei Regelgrößen auszuschalten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als weitere Regelgröße die Heizkreisspannung erfaßt wird, und daß die Regelgrößen dann zeitlich zyklisch vertauscht werden, wenn für sie Istwert gleich Sollwert ist, derart, daß eine der drei Meßgrößen auf den Streck-Stauch-Mechanismus, die beiden anderen zyklisch vertauscht auf die Frequenzregeleinrichtung des HF-Generators geschaltet werden und umgekehrt.

Dabei dient bei einer Grundregelung des Durchmessers über die Generatorfrequenz und den Streck-Stauch-Mechanismus eine der dre; Meßgrößen: Generatorfrequenz. Anodenstrom und Heizstromkreisspannung, nach dem Vergleich mit den Sollwerten zur Regelung des Streck-Stauch-Mechanismuses bzw. der Generatorfrequenz, während die beiden anderen Meßgrößen zeitlich zyklisch vertauscht auf die Rege-

•»5 lung der Generatorfrequenz bzw. des Streck-Stauch-Mechanismuses geschaltet werden.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß der Durchmesser des Halbleiterstabes gegenüber den Ziehverfahren mit zwei Regelgröße?! mit einer größeren Konstanz gezogen werden kann.

Anhand der F i g. 1 soll nun eine Vorrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.

Die Heizspule 2 die im Halbleiterstab 1 die Schmelzzone erzeugt, bildet mit der Kapazität 3 einen HF-Schwingkreis der z. B. über die Induktivität 5 mit dem HF-Generator 4 zu einem Heizstromkreis zusammengeschaltet ist.

Die Heizkreisspannung, Generatorfrequenz und

f>o Anodenstrom werden über die Instrumente 6, 7 und 8 erfaßt und den Ist-Sollwertvergleichseinrichtungen 9, 10, 11 zugeführt. Die Regelabweichungen werden auf die Stellmotoren des Streck-Stauch-Mechanismuses 13 bzw. der Frequenzregelung des HF-Generators 4 gegeben, nachdem sie in der Schaltung 12 nach einem vorgegebenen Programm ausgewählt wurden. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß eine der drei Meßgrößen auf den Stellmotor des Streck-Stauch-Me-

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inismuses 13 bzw. der Frequenzregeleinrichtung des die gewählten Rege|grö3en Istwert = Sollwert ist.

■-Generators 4 geschaltet wird, während die beiden Die Fig.2 zeigt an Hand eines Beispieles mit

Jeren Meßgrößen über eine Umschaltvorrichtung Kontakten die Schaltung 12, mit deren Hilfe die

• Schaltung 12 zyklisch miteinander vertauscht mit Meßgrößen in zyklischer Vertauschung mit den

τι Stellmotor der Frequenzregeleinrichtung bzw. des s Stellmotoren des Streck-Stauch-Mechanismuses bzw,

eck-Stauch-MechanismuEes verbunden sind Die der Generatorfrequenzregelung verknüpft werden

rtauschung erfolgt dabei jedoch erst dann, wenn für können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstäben, bei dem eine durch die Heizspule eines mittels eines HF-Generators gespeisten Heizstromkreises induktiv erzeugte Schmelzzone in Richtung der Stabachse durch den Halbleiterstab geführt wird, und bei dem zur Durchmesserregelung des Halbleiterstabes als Regelgrößen die Generatorfrequenz und der Anodenstrom erfaßt, Ist-Soll-Wert-Vergleichseinrichtungen zugeführt und die Regelabweichungen auf den Streck-Stauch-Mechanismus bzw. die Frequenzregeleinrichtung des HF-Generators geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Regelgröße die Heizkreisspannung erfaßt wird, und daß die Regelgrößen dann zeitlich zyklisch vertauscht werden, wenn für sie Istwert gleich Sollwert ist, derart, daß eine der drei Meßgrößen auf den Streck-Sta^ch-Mechanismus, die beiden anderen zyklisch vertauscht auf die Frequenzregeleinrichtung des HF-Generators geschaltet werden und umgekehrt