DE2322969A1

DE2322969A1 - Vorrichtung zum haltern der stabenden beim tiegelfreien zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2322969A1
Application number: DE2322969A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Sporrer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1973-05-07
Publication date: 1974-11-28
Also published as: DE2322969C3; JPS5015705A; US3901499A; DK135409B; BE814657A; DE2322969B2; DK135409C; IT1010390B; JPS5443476B2

Description

Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegelfreien Zonenschmelzen.

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere aus Halbleitermaterial, mit einer das jeweilige Stabende tragenden Passung.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial, insbesondere von Silizium, wird eine durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch den zu behandelnden Halbleiterstab geführt, um entweder Verunreinigungen an das eine Ende des Halbleiterstabes zu transportieren oder um einen polykristallinen Halbleiterstab in einen Einkristall zu verwandeln. Dabei wird an das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen und von diesem ausgehend eine Schmelzzone mehrfach durch den Stab geführt. Der stabförmige Körper wird hierbei meist lotrecht stehend mit seinen Enden in zwei Vorrichtungen eingespannt, die ihn während des Zonenschmelzverfahrens halten.

Aus der DT-PS 1 114 171 ist eine derartige Halterung für stabförmiges Halbleitermaterial in einer Vorrichtung zum

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tiegelfreien Zonenschmelzen zu entnehmen, bei der in einer als hohler Trägerkörper ausgebildeten Fassung in zwei zur Stabachse im wesentlichen senkrechten Ebenen je drei aus' einem hochschmelzenden und in das Halbleitermaterial nicht eindiffundierenden Metall bestehende Stifte mittels Klemmbacken schwenkbar und federnd gelagert sind. Diese Passung ist sehr kompliziert aufgebaut und schwierig zentrierbar. Außerdem erhitzen sich ihre Bestandteile, insbesondere die aus Molybdän bestehenden Stifte, wenn sich die Induktionsheizspule dem Stabende nähert, weil sie in das Feld der HF.-Spule gelangen. Dabei lockert sich der Halbleiterstab, weil sich die Halterung durch den Glüheffekt ausdehnt. Der Halbleiterstab fällt dann oft aus der Fassung und wird für eine Weiterverarbeitung unbrauchbar.

Diese Mangel werden durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung dadurch beseitigt, daß die das Stabende tragende Fassung mit mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung versehen ist und der Stab in der Fassung durch mindestens eine Schraube gehalten wird.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Fassung zylinderförmig ausgebildet und weist drei symmetrisch zur Stabachse um 120 versetzt angeordnete U-för- ■ mige Ausnehmungen auf. Durch diese in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen kann das Hochfrequenzfeld der Spule erheblich weniger Heizstrom in die Fassung oder Halterung induzieren. Außerdem' wirken die nicht weggefrästen Teile der Fassung federnd. Sollte sich also ein geringes.

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Erwärmen der Fassung während des Zonens chmel zvorgangs einstellen, so wird die Federwirkung nach wie vor den Halbleiterkristallstab in seiner Lage festhalten. Dies ist bereits der Pail, wenn nur eine einzige Ausnehmung oder Ausfräsung in der Fassung vorhanden ist.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Fassung mit symmetrisch zur Stabachse angeordneten Bohrungen zum Einbringen der Befestigungs- und Zentrierschrauben versehen ist. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Bohrungen für die Schrauben in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen angeordnet sind.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung sind die Bohrungen in den beiden Ebenen jeweils um 60 gegeneinander versetzt. Dadurch wird eine sehr gute Zentrierung und Halterung des Halbleiterstabes in der Fassung erreicht.

Durch die Verwendung von Stahl schrauben mit Wolframcarbidspitzen (Widiametall) wird ein sehr guter Sitz gewährleistet, da sich die Metallspitzen schwach in die Oberfläche des Stabes einarbeiten und den Halbleiterstab festhaken. Zur besseren Zentrierung ist das andere Ende der Stahlschrauben mit einem gerändelten Kopf versehen. Dadurch werden Zentrierwerkzeuge überflüssig. Außerdem vermittelt der gerändelte Schraubenkopf mehr Gefühl für den Anpreßdruck beim Festschrauben.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel sind die Fassung und die Schrauben aus einem hochwertigen Stahl

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mit einem Gehalt von etwa 19 % Chrom und etwa 9 $ Nickel (V2A-Stahl) gefertigt. Dies hat den Vorteil, daß sich alle Teile bei Erwärmung gleichmäßig ausdehnen und keine Verunreinigungen durch Oxydation auftreten.

Mittels der Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung ist es möglich, stabförmige Körper mit unterschiedlichen Durchmessern aufzunehmen und zu zentrieren. Es können insbesondere auch sehr dünne Stäbe, wie sie beispielsweise als Keimkristalle Verwendung finden, gehaltert werden. In diesem Fall wird die Wandstärke der Stahlfassung, um eine gut federnde Wirkung zu erhalten, dem Durchmesser des Halbleiterstabes angepaßt, d.h., gegenüber dem Normalfall reduziert. Im Bedarfsfall werden auf die Bohrungen noch Muttern aufgesetzt, um eine bessere Führung der Rändelschrauben zu erreichen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch darin zu sehen, daß sie im Vakuum verwendet werden kann, weil - bedingt durch ihre Konstruktion - keine Schmiermittel erforderlich sind.

Anhand der Figur, in der in perspektivischer Darstellung eine als Stabhalterung dienende Fassung gemäß der Lehre der Erfindung dargestellt ist, sollen noch weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der Figur sind in einer zylinderförmigen Fassung 1 aus Stahl symmetrisch zur Stabachse 2 drei U-förmige Ausneh-

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mungen 3 ausgefräst. Zur Zentrierung und Befestigung des in der Figur nicht abgebildeten Halbleiterkristallstabes werden in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen jeweils drei Gewindebohrungen 4 für die Schrauben 5 in die Passung 1 eingebracht. Die Gewindebohrungen 4- in der einen Ebene sind gegenüber denen der anderen Ebene um jeweils 60° versetzt. Sechs Stahlschrauben 5 (in'der Figur ist nur eine Schraube dargestellt) werden durch die Gewindebohrungen 4 geführt und berühren mit ihren Spitzen 6 aus Wolframcarbid (Widiametall) den Halbleiterstab. Diese Spitzen arbeiten sich schwach in die Oberfläche des Halbleiterstabes ein und gewährleisten so einen guten Sitz. Das andere Ende der Schraube 5 ist mit einem gerändelten Kopf 7 versehen, wodurch die Zentrierung des Stabes wesentlich vereinfacht wird, da sie von. Hand leicht vorgenommen werden kann.

9 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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1. Vorrichtung zum Haltern der Stabenden beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere aus Halbleitermaterial, mit einer das jeweilige Stabende tragenden Fassung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung .mit mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung versehen ist und der Stab in der Fassung durch mindestens eine Schraube gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Fassung zylinderförmig ausgebildet ist und drei symmetrisch zur Stabachse um 120 versetzt ordnete U-förmige Ausnehmungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung mit symmetrisch zur Stabachse angeordneten Bohrungen zum Einbringen der Befestigungsund Zentrierschrauben versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen für die Schrauben in zwei zur Stabachse senkrechten Ebenen angeordnet sind,

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in den beiden Ebenen jeweils um 60 gegeneinander versetzt sind.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5» gekennzeichnet durch die Verwendung von Stahl schrauben mit Wo lfr ame ar Mdspitzen (Widiametallspitzen).

7. Vorrichtung nach Anspruch T - 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stahlschrauben mit gerändeltem Kopf.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung aus einem hochwertigen Stahl gefertigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch,8, dadurch gekennzeichnet, daß ein legierter Stahl mit etwa 19 i° Chrom und etwa 9 1» Nickel (V2A-Stahl) verwendet ist.

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