DE2422077A1

DE2422077A1 - Induktionsheizspule zum tiegelfreien zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2422077A1
Application number: DE2422077A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Keller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1975-11-20

Description

Inuktionseizspu1e zum tiegelfreien Zonensehmelzen.
Die-vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Induktionsheizspule, bestehend aus einer einwindigen Flachspule, zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterkristallstäben in Schutzgasatmosphäre.
Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial läßt man eine durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch einen stabförmigen Körper des zu behandelnden Materials wandern Hierbei werden Verunreinigungen an das eine Ende des Stabes transportiert.
Oft wird das Verfahren auch zum Einkristallzüchten verwendet, wobei an das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen und von diesem ausgehend eine Schmelzzone durch den Stab geführt wird. Der stabförmige Körper wird dabei meist senkrecht stehend mit seinen Enden in Halterungen eingespannt.
Der Zonenschmelzprozeß wird entweder im Vakuum oder in Schutzgasätmosphäre, bestehend aus Wasserstoff, Argon oder einem anderen inerten Gas, durchgeführt, Die Schmelzspulen für das tiegelfreie Zonenschmelzen mit Hochfrequenz bestehen meist aus Eupfer- oder Silberrohr, durch das gleichzeitig Wasser zum guhlen flidte Bei diesen Anordnungen sind die stromführenden Teile nicht von der Atmosphäre der Zonenschüielzkammer getrennt.
Um versetzungsfreies gristallmaterial zu erhalten, wird die Schmelzkammer beim Zonenschmelzen mit einer hochgereinigten Schutzgasatmosphäre versehen und in der Schmelzkammer bzw. im Rezipienten ein Druck eingestellt, der höher ist als der Atmosphärendruck.
Beim Anschmelzen des Keimkristalls und Ziehen der flaschenhalsförmigen Dünnstelle zu Beginn. Zonenschinelzprozesses sind infolge der schlechten Kopplung zwischen Spule und Schmelzzone relativ hohe Spannungen an der Schmelzspule erforderlich. Je größer der Innendurchmesser der z.B. aus einer Flachspule bestehenden Schmelzspule dabei ist, desto leichter kommt es dabei - insbesondere bei Verwendung von Argon als Schutzgas - zu Glimmentladungen oder Überschlägen im Spulenschlitz0 Diese Überschläge wirken sich sehr schädlich auf die Eristallqualität des durch das tiegelfreie Zonenschmelzen hergestellten Halbleitermaterials aus und zerstören außerdem die HF-Spule sowie die Zuleitungen.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht in der Schaffung einer aus einer Plachspule bestehenden Induktionsheizspule, bei der auch im Bereich höherer Spannungen Glimmentladungen und Überschläge verhindert oder zumindest erheblich reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Induktionsheizspule dadurch gelöst, daß der Spulenschlitz unter Vakuum mit einem temperaturfesten Isolierstoff verschlossen ist und daß auch über und unter dem Spulenschlitz dünne Bereiche aus temperaturfestem Isolierstoff flächig angeordnet sind0 Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Isolierstoff aus Quarzglas oder aus temperaturfester Silikonmasse besteht.
Es ist aber ebenso möglich, daß das Quarzglas mit temperaturfester Silikonmasse mit der Spule verklebt ist.
Gemäß einer besonders günstigen Anordnung nach der Lehre der Erfindung besteht der Isolierstoff aus zwei Quarzplättchen, die über und unter den Schlitz der einwindigen Flachspule mit einem temperaturfesten Klebemittel geklebt sind, während die Isolierung im Schlitz durch das Klebemittel mittels Vakuumfüllung erfolgt. Dabei haben sich als temperaturfeste Klebemittel Silikonkautschuk, Silikonharz oder Polybismaleinimid besonders bewährt.
Um Halbleiterkristallstäbe mit größeren Stabdurchmessern zonenzuschmelzen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der'lehre der Erfindung die Induktionsheizspule zerlegbar aufgebaut, wobei die Spule zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind0 Dabei sind die isolierenden Teile nur mit einer Spulenhälfte verklebt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 und 2 noch näher erläutert.
Figo 1 zeigt in Untersicht eine Flachspule mit geschlossenem Spulenschlitz; Fig. 2 stellt in Draufsicht eine Ausführungsform dar, bei der der Isolierstoff aus zwei an den Spulenschlitz geklebten Quarzplättchen besteht.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine einwindige Flachspule aus Kupfer (sogenannte Lochpfannkuchenspule) bezeichnet, deren Schlitz 3 zur Vermeidung der Uberschlagsneigung beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines Siliciumeinkristallstabes in Argonatmosphäre mit einem in der Figur nicht sichtbaren temperaturfesten Isolierstoff aus Silikonmasse ausgegossen ist. An den Spulenschlitz 3 werden oberhalb und unterhalb Quarzplättchen 4 von ca. 10 mm Breite und 1 mm Dicke mit einem in der Figur nicht sichtbaren temperaturfesten Silikonharz geklebt.
Die in Fig. 2 abgebildete Induktionsheizspule besteht aus einer einwindigen Flachspule 12, die aus den beiden Teilen 13 und 14 zerlegbar aufgebaut ist0 Mit den Bezugszeichen 16 und 17 sind die für die Verschraubung vorgesehenen Stellen in den Verbindungsflanschen 15 am Außenrand der Spule bezeichnet. Nur an die eine Hälfte (13 oder 14) werden oben und unten Quarzplättchen 19 von ca. 10 mm Breite und 1 mm Dicke im Bereich des Spulenschlitzes 18 geklebt. Dadurch sind beide Teile nach Lösung der Verschraubung bei den Verbindungsflanschen 15 auseinandernehmbar. In den Schlitz 18 kann man ein Quarzbrett bringen, das nur an einer Seite festgeklebt ist. Man kann auch derart ausgiessen, daß die Gießmasse nur an einer Spulenhälfte haftet 8 Patentansprüche 2 Piguren

Claims

Patentansprüche O Induktionsheizspule, bestehend aus einer einwindigen Flachspule, zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterkristallstäben in Schutzgasatmosphäre, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Spulenschlitz unter Vakuum mit einem temperaturfesten Isolierstoff verschlossen ist und daß auch über und unter dem Spulenschlitz dünne Bereiche aus temperaturfestem Isolierstoff flächig angeordnet sind.
2. Induktionsheizspule 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 der Isolierstoff aus Quarzglas besteht.
30 Induktionsheizspule nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Quarzglas mit temperaturfester Siliconmasse mit der Spule verklebt ist.
4. Induktionsheizspule 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 der Isolierstoff aus temperaturfester Siliconmasse besteht.
5. Induktionsheizspule 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 der Isolierstoff über und unter dem Schlitz aus zwei Quarzplättchen besteht, die über und unter den Schlitz mit einem temperaturfesten Klebemittel geklebt sind, während die Isolierung im Schlitz durch das Klebemittel erfolgt.
6. Induktionsheizspule nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als temperaturfestes Klebemittel Silikonkautschuk, Silikonharz oder Polybismaleinimid- verwendet ist.
7o Induktionsheizspule nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule zerlegbar aufgebaut ist und daß die isolierenden Teile nur mit einer Spulenhälfte verklebt sind.
8. Induktionsheizspule nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, aaß die Spule zwei Bauteile aufweist, welche durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorgesehene Abdichtungen miteinander verbunden sind.