CS262270B1

CS262270B1 - Three-threaded tubular inductor for high frequency flying band melting

Info

Publication number: CS262270B1
Application number: CS867567A
Authority: CS
Inventors: Dusan Prom Chem Mrazek; Ales Ing Zborilek; Zdenek Danicek; Jaroslav Rndr Zamastil
Original assignee: Mrazek Dusan; Ales Ing Zborilek; Zdenek Danicek; Zamastil Jaroslav
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1989-03-14
Also published as: CS756786A1

Abstract

Účelem je možnost přípravy polovodičových monokrystalů velkých průměrů při relativně nízké indukčností vnitřního ohřívacího závitu a odstranění asymetrie rostoucího monokrystalu. Uvedeného účelu je dosaženo uspořádáním třízávitového trubkového .■ihduktoru sestávajícího z paralelní kombinace dvou ohřívacích závitů a stabilizačního závitu. Vnitřní ohřívací závit má tvar asymetrické křivky s plynule se zvětšující vzdáleností směrem od osy induktoru do místa připojení přívodů. Vnější ohřívací závit je ve tvaru souosé kruhové cívky, která svým vnitřním průměrem navazuje v místě připojení přívodů na vnitřní ohřívací závit. Horní činná plocha vnějšího ohřívacího závitu tvořeného vodičem nekruhového průřezu je vymezena mezikružím o šířce 5 až 10 mm.The purpose is to enable the preparation of semiconductor single crystals of large diameters with a relatively low inductance of the inner heating thread and to eliminate the asymmetry of the growing single crystal. The stated purpose is achieved by arranging a three-thread tubular inductor consisting of a parallel combination of two heating threads and a stabilizing thread. The inner heating thread has the shape of an asymmetrical curve with a continuously increasing distance from the inductor axis to the point of connection of the leads. The outer heating thread is in the shape of a coaxial circular coil, which with its inner diameter connects to the inner heating thread at the point of connection of the leads. The upper active surface of the outer heating thread formed by a conductor of non-circular cross-section is delimited by an annulus with a width of 5 to 10 mm.

Description

Účelem je možnost přípravy polovodičových monokrystalů velkých průměrů při relativně nízké indukčností vnitřního ohřívacího závitu a odstranění asymetrie rostoucího monokrystalu. Uvedeného účelu je dosaženo uspořádáním třízávitového trubkového .ihduktoru sestávajícího z paralelní kombinace dvou ohřívacích závitů a stabilizačního závitu. Vnitřní ohřívací závit má tvar asymetrické křivky s plynule se zvětšující vzdáleností směrem od osy induktoru do místa připojení přívodů. Vnější ohřívací závit je ve tvaru souosé kruhové cívky, která svým vnitřním průměrem navazuje v místě připojení přívodů na vnitřní ohřívací závit. Horní činná plocha vnějšího ohřívacího závitu tvořeného vodičem nekruhového průřezu je vymezena mezikružím o šířce 5 až 10 mm.The purpose is the possibility of preparing large-diameter semiconductor single-crystal with a relatively low inductance of the internal heating coil and eliminating the asymmetry of the growing single crystal. This is achieved by providing a three-threaded tubular conductor consisting of a parallel combination of two heating coils and a stabilizing coil. The internal heating thread is in the form of an asymmetric curve with a continuously increasing distance from the inductor axis to the connection point of the leads. The external heating thread is in the form of a coaxial circular coil, which by its inner diameter connects to the internal heating thread at the connection point of the leads. The upper active surface of the external heating coil formed by a conductor of non-circular cross-section is delimited by an annulus having a width of 5 to 10 mm.

Vynález se týká třízávitového trubkového induktoru pro vysokofrekvenční letmou pásmovou tavbu rotujícího ingotu při přípravě polovodičových monokrystalů.The present invention relates to a three-threaded tube inductor for high-frequency flying band melting of a rotating ingot in the preparation of semiconductor single crystals.

Při přípravě polovodičových monokrystalů, zejména monokrystalů křemíku, metodou vysokofrekvenční letmé pásmové tavby souose rotujícího ingotu se používá různých typů induktorů, které zajišťují vytvoření roztaveného pásma vhodného tvaru a stability a vytvoření optimálního teplotního pole.In the preparation of semiconductor single crystals, especially silicon single crystals, by high-frequency flying band melting by co-rotating ingot, various types of inductors are used to ensure the formation of a molten zone of suitable shape and stability and the creation of an optimum temperature field.

Při přípravě monokrystalů průměrů nad 50 mm se v současné době používají dva základní typy induktorů. Jedním typem je induktor dvou nebo vícezávitový, jehož jednotlivé závity jsou připojeny paralelně k témuž zdroji vysokofrekvenčního proudu. Nejpoužívanější je dvouzávitový induktor se zvětšenou asymetrií hlavního topného závitu a nepříznivý vliv asymetrie je v blízkosti krystalizačního rozhraní kompenzován symetrickým stabilizačním závitem. Nevýhodou tohoto typu induktoru je citlivost k tvorbě dentritických výrůstků na horním rozhraní fází vedoucích k vysokofrekvenčním výbojům a nepříznivé ovlivňování krystalizačního rozhraní asymetrií hlavního topného závitu, což omezuje možnost použití tohoto induktoru pro monokrystaly nejvýše do průměru 60 mm. Dalším typem induktoru je induktor jednozávitový tvořený rotačním tělesem. Nevýhodou tohoto typu je špatná viditelnost do oblasti roztaveného pásma, relativně horší radikální průběh rezistivity a větší teplotní nestability na rozhraní fázi v blízkosti pláště rostoucího monokrystalu. Tyto nevýhody vedou k potížím při řízení procesu pásmového tavení v oblasti tavby monokrystalického zárodku a k větším odchylkám od válcového tvaru.Two basic types of inductors are currently used in the preparation of single crystals with diameters over 50 mm. One type is an inductor of two or more threads, the individual threads of which are connected in parallel to the same RF source. The most widely used is a two-threaded inductor with increased asymmetry of the main heating coil and the unfavorable influence of asymmetry in the vicinity of the crystallization interface is compensated by a symmetrical stabilizing coil. The disadvantage of this type of inductor is its sensitivity to the formation of dentritic growths at the upper boundary of the phases leading to high-frequency discharges and the adverse effect on the crystallization boundary asymmetry of the main heating coil, which limits the possibility of using this inductor for single crystals up to 60 mm in diameter. Another type of inductor is a single-threaded inductor formed by a rotating body. The disadvantages of this type are poor visibility into the molten zone, a relatively worse radical course of resistivity, and greater temperature instability at the phase boundary near the shell of the growing single crystal. These drawbacks lead to difficulties in controlling the zone melting process in the melting region of the single crystal and to deviate from the cylindrical shape.

Uvedené nevýhody odstraňuje třízávitový trubkový induktor pro vysokofrekvenční letmou pásmovou tavbu podle vynálezu, sestávající z paralelní kombinace dvou ohřívacích závitů a stabilizačního závitu. Vnitřní ohřívací závit má tvar asymetrické křivky s plynule se zvětšující vzdáleností směrem od osy induktoru do místa připojení přívodů. Vnější ohřívací závit je ve tvaru souosé kruhové cívky, která svým vnitřním průměrem navazuje v místě připojení přívodů na vnitřní ohřívací závit. Cívka je tvořena vodičem nekruhového průřezu. Horní činná plocha vnějšího ohřívacího závitu je vymezena mezikružím o šířce 5 až 12 mm. Stabilizační závit je umístěný pod vnějším ohřívacím závitem a vnitřním ohřívacím závitem. Je tvořen kruhovou cívkou souosou s vnějším ohřívacím závitem.The above-mentioned disadvantages are overcome by the three-threaded tube inductor for high-frequency flying band melting according to the invention, consisting of a parallel combination of two heating coils and a stabilizing coil. The internal heating thread is in the form of an asymmetric curve with a continuously increasing distance from the inductor axis to the connection point of the leads. The external heating thread is in the form of a coaxial circular coil, which by its inner diameter connects to the internal heating thread at the connection point of the leads. The coil consists of a non-circular conductor. The upper active surface of the external heating coil is delimited by an annulus having a width of 5 to 12 mm. The stabilizing thread is located below the external heating thread and the internal heating thread. It consists of a coil coaxial with the external heating thread.

Výhodou třízávitového trubkového induktoru podle vynálezu je dosažení bezpečného protavení střední části pásma, potlačení vzniku dentrických výrůstků a možnost přípravy monokrystalů nad průměr 60 mm při relativně nízké indukčnosti vnitřního ohřívacího závitu.The advantage of the three-threaded tube inductor according to the invention is to achieve a safe melting of the middle part of the band, suppression of the formation of dental growths and the possibility of preparation of single crystals over 60 mm diameter with relatively low inductance of internal heating thread.

Na připojeném výkresu je znázorněn třízávitový trubkový induktor podle vynálezu v bočním řezu s taveným ingotem a induktor v půdorysu.The attached drawing shows a three-threaded tube inductor according to the invention in a side section with a fused ingot and an inductor in plan view.

Příklad provedeníExemplary embodiment

Pro přípravu bezdislokačních monokrystalů křemíku s radiální homogenitou rozložení příměsí v rozmezí + 10 % v rozsahu průměrů rostoucích monokrystalů i tavených ingotů 52 až 66 mm, při rychlosti narůstání monokrystalů v rozsahu 2,5 a 3 mm/min v argonovém ochranném prostředí je použit třízávitový trubkový induktor podle výkresu.For the preparation of non-dislocating silicon single crystals with radial homogeneity of admixture distribution in the range of + 10% within the range of growing single crystals and fused ingots 52 to 66 mm, with single crystal growth rate between 2.5 and 3 mm / min. inductor according to the drawing.

Jeho vnitřní ohřívací závit JL je ve tvaru oválu o menším rozměru 26 mm a větším rozměru 36 mm. Vnější ohřívací závit 5 má vnější průměr 70 mm a šířka mezikruží horní činné plochy 6 je 7 mm. Vnitřní průměr stabilizačního závitu .8 je 65 mm. Všechny závity induktoru jsou vyrobeny z měděné trubky o průměru 5 mm, případně 6 mm, přičemž vnější ohřívací závit je upraven do potřebného průřezu lisováním. Vnitřní ohřívací závit 1_, vnější ohřívací závit 5_ a stabilizační závit J3 jsou spojeny v místě 2 připojení k přívodům 2·Its internal heating thread JL is in the shape of an oval with a smaller dimension of 26 mm and a larger dimension of 36 mm. The outer heating thread 5 has an outer diameter of 70 mm and the width of the annular surface of the upper working surface 6 is 7 mm. The inside diameter of the stabilizing thread .8 is 65 mm. All inductor threads are made of a copper tube with a diameter of 5 mm or 6 mm, and the external heating thread is adjusted to the required cross-section by pressing. The internal heating thread 7, the external heating thread 5 and the stabilizing thread J3 are connected at the connection point 2 to the leads 2 ·

Tavený ingot 7, roztavené pásmo 10, rostoucí monokrystal 4 a stabilizační závitThe fused ingot 7, the molten zone 10, the growing single crystal 4 and the stabilizing thread

8^ tvoří osově symetrickou soustavu. Vnitřní ohřívací závit _1 ve tvaru oválu, případně jiné asymetrické křivky, zajištuje bezpečné protavení roztaveného pásma 10 v jeho nejužší části 2_ a vlivem rotace taveného ingotu 1_ natavuje opakovaně část taveného ingotu ]_ do poloměru nejvýše rovnému největší ochylce vnitřního ohřívacího závitu JL od osy rotace taveného ingotu J7« Vnější ohřívací závit zajištuje čelné natavování části taveného ingotu Ί_ o větším poloměru. Horní činná plocha 6 tvaru mezikruží vnějšího ohřívacího závitu 5_ zajištuje symetrické natavování taveného ingotu 7_ do průměru srovnatelného s vnějším průměrem činné plochy _6, přičemž vzniklá tavenina je odváděna do roztaveného pásma IQ prostřednictvím odtokových kanálků vytvořených působením vnitřního ohřívacího závitu Proto horní činná plocha 6 by měla být umístěna nad horní rovinou vnitřního ohřívacího závitu _1 ve vzdálenosti nejvýše 5 mm pro snadnější odvádění taveniny do roztaveného pásma IQ. Stabilizační závit J3 zajištuje svým elektrodynamickým účinkem tepelnou a geometrickou stabilitu v obvodové oblasti krystalizačního rozhraní rostoucího monokrystalu8 forms an axially symmetrical system. The internal heating thread 1 in the shape of an oval or other asymmetric curve ensures a safe melting of the molten zone 10 in its narrowest part 2 and, by rotation of the molten ingot 1, repeatedly melts a portion of the molten ingot 1 to a radius equal to The external heating thread provides for frontal melting of a larger radius portion of the fused ingot. The upper annular surface 6 of the outer heating coil 5 provides a symmetrical melting of the fused ingot 7 to a diameter comparable to the outer diameter of the active surface 6, the melt formed being discharged into the molten zone 10 via drain channels formed by the internal heating coil. be positioned above the upper plane of the internal heating coil 1 at a distance of not more than 5 mm to facilitate removal of the melt into the molten zone 10. The stabilizing thread J3 ensures by its electrodynamic effect thermal and geometric stability in the peripheral region of the crystallization interface of the growing single crystal

Třízávitový trubkový induktor podle vynálezu je zvlášt vhodný pro přípravu bezdislokačních monokrystalů křemíku větších průměrů při výrobě velkoplošných výkonových polovodičových součástek.The three-threaded tube inductor according to the invention is particularly suitable for the preparation of non-dislocating single-crystal silicon of larger diameters in the manufacture of large-area power semiconductor devices.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A three-threaded tube inductor for high-frequency flying band melting of a co-rotating ingot consisting of a parallel combination of two heating coils and a stabilizing coil, characterized in that the internal heating coil (1) has an asymmetric curve shape with continuously increasing distance away from the inductor axis. 9 / connection of the inlets (3), while the external heating thread (5) is in the form of a coaxial circular coil, which by its inner diameter is connected at the location (9) of the connection of inlets (3) to the internal heating thread (1). wherein the upper working surface (6) of the external heating thread (5) is defined by a circular ring of 5 to 12 mm width and the stabilizing thread (8) located below the external heating thread (5) and the internal heating thread (1) is formed by a coil coaxial with external heating thread (5).

3. A three-threaded tube inductor according to claim 1, characterized in that the upper working surface (6) of the external heating thread (5) is located within 5 mm above the upper plane of the internal heating thread (1).

1 drawing