WO2013135498A1 - Annular resistance heater and method for supplying heat to a crystallizing monocrystal - Google Patents
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
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- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
Definitions
- the invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal.
- the invention also provides a method for supplying heat to a crystallizing single crystal by means of the annular resistance heater.
- One method for producing single crystals is the
- Czochralski method It is used, for example, to produce single crystals of silicon. According to this method, a melt is first created in a crucible ⁇ - d brought subsequently a seed crystal with the melt in contact, and finally a hanging the seed crystal Cristal ⁇ lysed by placing the seed crystal while rotating from the surface of the melt is pulled away upwards.
- the inventors of the present invention have found that known resistance heaters show weaknesses when a demanding regulation of the supply of heat to crystallizing ⁇ ing single crystal is desired or required. You Eger ⁇ ben no fine tuned controlling the supply of heat to the crystallizing single crystal.
- the object of the present invention is to provide a resistance heater which overcomes said weakness, and proposing a method that utilizes the strength of the resistance heater Invention ⁇ proper.
- the invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising an annular body and three power terminals, which is provided with the annular body and the three-strand body with the same electrical
- the power terminals are also preferably used for mounting the resistance heater in the apparatus in which the single crystal is crystallized.
- a pulling system such a device is called a pulling system.
- the body of the resistance heater is preferably a ge ⁇ connected ring which is made of a material selected from a group of materials consisting of
- the three power connections are preferably arranged on the resistor heaters, that the distances between the Stroman ⁇ circuits form a triangle, most preferably a
- Connecting lines from the center of the annular body to each two of the power terminals preferably include an angle of 120 °.
- the three power connections can also deviating from the annular body, provided that the three strands of the annular body, in which the annular body is subdivided by the arrangement of the power terminals, each having the same electrical resistance.
- Each of the three strands forms an ohmic
- the resistance heater according to the invention offers extended because of this structure
- the invention therefore also relates to a method for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising providing the resistance heater according to the invention, wherein the outer conductor of a three-phase generator are so connected to the three electric connections, that the three strands of the resistance heater the consumers of a triangle ⁇ form a circuit; and
- Resistive heater surrounds the crystallizing single crystal, provides a heating power and thereby transfers heat to the single crystal.
- the single crystal it is preferably a one ⁇ crystal of silicon having a diameter of not less than 300 mm, particularly preferably with a diameter sufficient to be able to produce semiconductor wafers with a diameter of 300 mm or 450 mm.
- the resistance heater can be used, for example, to control the diameter of the crystallizing single crystal and influence the influence on the axial temperature gradient in the region of a phase boundary, as in the
- the three strands of the resistance heater can also provide partial heating power by different control, which are not the same for all strands, but in pairs or individually different.
- the monocrystal begins to "orbit" and assumes a shape that deviates from it in a section that should have a cylindrical shape, similar to a worm shaft, for example
- Monocrystal begins to crystallize on one side and thus creates a bump-shaped extension.
- Target shape responding to a deviation of the shape of the portion of the target shape by the three strands of the
- Resistor heater to provide the heating power can be controlled differently.
- one of the Strands of the resistance heater periodically and differently controlled by the other two strands. The periodic
- Activation is preferably in coordination with the speed at which the crystallizing single crystal is rotated.
- the different driving preferably comprises the
- the operating frequency of the resistance heater should stimulate no Reso ⁇ nanzen in the natural frequencies of components of the drawing system. Not only the frequency of the AC voltage of the alternator should be noted, but ⁇ example, also harmonics caused by the phase control ⁇ control. Likewise it must be taken into account that natural frequencies of components of the drawing system in the
- the control loop comprises one or more sensors, such as vibration sensors and / or sound wave detectors, with which vibrations of components of the drawing system are detected.
- ingredients are insbeson ⁇ particular the crucible, a crucible surrounding the heater, the ring-shaped ⁇ resistance heater itself, a means for generating a magnetic field is impressed on the melt, and
- a control unit causes a change in the frequency of the alternator when a sensor of the control ⁇ circle indicates that the selected target distance of
- control unit it is preferable to use that which is also used for controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical target shape.
- This control unit can also be used to over the heating power of the resistance heater while pulling the single crystal
- Fig.l shows a particularly preferred embodiment of the
- Drawing machine. 3 shows how a strand of the resistance heater is controlled in accordance with the rotational speed of the single crystal.
- the resistance heater of Figure 1 comprises an annular body 1 having three power terminals la, lb and lc which are distributed uniformly over the circumference of the annular body are integrally ⁇ arranged. They form the apexes of an equilateral ⁇ Eck and subdivide the annular body 1 in three Strän- ge 2a, 2b and 2c with the same electrical resistance.
- Power connections are connected to the outer conductors LI, L2 and L3 of an alternator and form equivalent ohmic resistors Rl, R2 and R3 of a delta connection.
- a control unit 3 is present via which, if necessary, the heating power of the resistance heater and the frequency of the electrical voltage of the outer conductors LI, L2 and L3 of an alternator 4 and thus the crystallization of a single crystal 5 are influenced.
- the single crystal comprises a section 6, which should have as cylindrical a shape as a target shape.
- the resistance heater is preferably in particular is ⁇ sets in order to regulate the shape of this portion of the single crystal during the pulling of the single crystal toward the cylindrical target shape, being responsive to a no longer tolerable deviation of the shape of the portion 6 of the cylindrical target shape by the three strands of the resistance heater are driven differently to provide the heating power.
- the different driving preferably comprises the
- a sensor 7 is provided, for example a camera, with which the shape of the crystallizing single crystal is detected and the control unit 3 signals a no longer tolerable deviation from the cylindrical target shape, whereupon the control unit controls a circuit element 8, which is a corrective measure before ⁇ takes.
- the circuit element 8 can be designed as a switch, as a phase-angle control or as a transformer.
- Such components of the drawing system are, for example, a crucible 11, a surrounding the crucible heater 12, the annular resistance heater 1 itself, a device 13 for generating a magnetic field, a heat shield 14 and a heat sink 15.
- a target distance to a natural frequency of a component of Drawing system will change the frequency of the electric voltage
- Target distance or a greater distance of the operating frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component of the drawing plant manufactures For this purpose, sensors 9 before ⁇ hands, the 3 signal to the control unit, falling below the target ⁇ distance, whereupon the control unit the alternator 4 causes 3 to change the frequency of the voltage of the outer conductors LI, L2 and L3 accordingly.
- this control preferably includes the periodic driving one of the strands of the resistance heater deviating from the An ⁇ control of the two other strands in coordination with a speed of the single crystal.
- An example of such a tuning is sketched in FIG. It shows in plan view the
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Description
Ringförmiger Widerstandsheizer und Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall Annular resistance heater and method for supplying heat to a crystallizing single crystal
Gegenstand der Erfindung ist ein ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall mit Hilfe des ringförmigen Widerstandsheizers. Eine Methode zur Herstellung von Einkristallen ist die The invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal. The invention also provides a method for supplying heat to a crystallizing single crystal by means of the annular resistance heater. One method for producing single crystals is the
Czochralski-Methode . Sie wird beispielsweise angewendet, um Einkristalle aus Silizium herzustellen. Gemäß dieser Methode wird zunächst eine Schmelze in einem Tiegel erzeugt, anschlie¬ ßend ein Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht und schließlich ein am Impfkristall hängender Einkristall kristal¬ lisiert, indem der Impfkristall unter Drehen von der Oberfläche der Schmelze weg noch oben gezogen wird. Czochralski method. It is used, for example, to produce single crystals of silicon. According to this method, a melt is first created in a crucible ¬ ßend brought subsequently a seed crystal with the melt in contact, and finally a hanging the seed crystal Cristal ¬ lysed by placing the seed crystal while rotating from the surface of the melt is pulled away upwards.
Es hat Vorteile, wenn dem kristallisierenden Einkristall mittels eines ringförmigen Widerstandsheizers Wärme zugeführt wird. Die US 2004/0192015 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem das geschieht, um den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze, an der der Einkristall wächst, zu ver¬ gleichmäßigen, und um damit letztendlich die Qualität des Ein- kristalls hinsichtlich der radialen Verteilung von Punktdefekten zu erhöhen. It has advantages when heat is supplied to the crystallizing single crystal by means of an annular resistance heater. The US 2004/0192015 Al discloses a method in which this is done around the axial temperature gradient in the region of a phase boundary at which the single crystal grows to ver ¬ uniform, and thus ultimately to the quality of the single crystal with respect to the radial distribution of Increase point defects.
In der US 2011/0126757 AI ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein ringförmiger Widerstandsheizer in einem Regelkreis eingebunden ist, um Abweichungen des Durchmessers des In US 2011/0126757 AI a method is described in which an annular resistance heater is integrated in a control loop to deviations of the diameter of the
kristallisierenden Einkristalls von einem Zieldurchmesser zu korrigieren . correcting crystallizing single crystal of a target diameter.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass bekannte Widerstandsheizer Schwächen zeigen, wenn eine anspruchsvolle Regelung der Zufuhr von Wärme zum kristallisie¬ renden Einkristall gewünscht oder erforderlich ist. Sie erlau¬ ben kein feiner abgestimmtes Regeln der Zufuhr von Wärme zum kristallisierenden Einkristall. The inventors of the present invention have found that known resistance heaters show weaknesses when a demanding regulation of the supply of heat to crystallizing ¬ ing single crystal is desired or required. You Eger ¬ ben no fine tuned controlling the supply of heat to the crystallizing single crystal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Widerstandsheizer bereitzustellen, der die genannte Schwäche überwindet, und ein Verfahren vorzuschlagen, das die Stärke des erfindungs¬ gemäßen Widerstandsheizers verwertet. The object of the present invention is to provide a resistance heater which overcomes said weakness, and proposing a method that utilizes the strength of the resistance heater Invention ¬ proper.
Gegenstand der Erfindung ist ein ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend einen ringförmigen Körper und drei Stromanschlüsse, mit denen der ringförmige Körper versehen ist und die den ring- förmigen Körper in drei Stränge mit gleichem elektrischen The invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising an annular body and three power terminals, which is provided with the annular body and the three-strand body with the same electrical
Widerstand untergliedern. Subdivide resistance.
Die Stromanschlüsse werden vorzugsweise auch zum Befestigen des Widerstandsheizers in der Vorrichtung verwendet, in der der Einkristall kristallisiert wird. Nachfolgend wird eine solche Vorrichtung Ziehanlage genannt. The power terminals are also preferably used for mounting the resistance heater in the apparatus in which the single crystal is crystallized. Hereinafter, such a device is called a pulling system.
Der Körper des Widerstandsheizers ist vorzugsweise ein ge¬ schlossener Ring, der aus einem Material gefertigt ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien, die aus The body of the resistance heater is preferably a ge ¬ connected ring which is made of a material selected from a group of materials consisting of
Grafit, kohlenstofffaser-verstärktem Kohlenstoff (CFC) , Molyb¬ dän, Wolfram und Silber besteht. Graphite, carbon fiber-reinforced carbon (CFC), Molyb ¬ dän, tungsten, and silver.
Die drei Stromanschlüsse sind am Widerstandsheizer vorzugsweise derart angeordnet, dass die Abstände zwischen den Stroman¬ schlüssen ein Dreieck bilden, besonders bevorzugt ein The three power connections are preferably arranged on the resistor heaters, that the distances between the Stroman ¬ circuits form a triangle, most preferably a
gleichseitiges Dreieck. Mit anderen Worten ausgedrückt, equilateral triangle. In other words,
schließen Verbindungslinien von der Mitte des ringförmigen Körpers zu jeweils zwei der Stromanschlüsse vorzugsweise einen Winkel von 120° ein. Die drei Stromanschlüsse können jedoch auch davon abweichend am ringförmigen Körper angeordnet sein, sofern die drei Stränge des ringförmigen Körpers, in die sich der ringförmige Körper durch die Anordnung der Stromanschlüsse untergliedert, jeweils den gleichen elektrischen Widerstand haben. Jeder der drei Stränge bildet einen Ohmschen Connecting lines from the center of the annular body to each two of the power terminals preferably include an angle of 120 °. However, the three power connections can also deviating from the annular body, provided that the three strands of the annular body, in which the annular body is subdivided by the arrangement of the power terminals, each having the same electrical resistance. Each of the three strands forms an ohmic
Verbraucher, der bei entsprechendem Stromfluss als Consumers who, with appropriate current flow as
eigenständiger Widerstandsheizer arbeitet. Der erfindungsgemäße Widerstandsheizer bietet wegen dieser Struktur erweiterte independent resistance heater works. The resistance heater according to the invention offers extended because of this structure
Möglichkeiten im Hinblick auf die Regelung der Zufuhr von Wärme zum kristallisierenden Einkristall. Possibilities for controlling the supply of heat to the crystallizing single crystal.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend das Bereitstellen des erfindungsgemäßen Widerstands- heizers, wobei die Außenleiter eines Drehstromgenerators derart an die drei Stromanschlüsse angeschlossen werden, dass die drei Stränge des Widerstandsheizers die Verbraucher einer Dreieck¬ schaltung bilden; und The invention therefore also relates to a method for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising providing the resistance heater according to the invention, wherein the outer conductor of a three-phase generator are so connected to the three electric connections, that the three strands of the resistance heater the consumers of a triangle ¬ form a circuit; and
das Ziehen eines Einkristalls in einer Ziehanlage aus einer Schmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, wobei der the pulling of a single crystal in a drawing plant from a melt contained in a crucible, wherein the
Widerstandsheizer den kristallisierenden Einkristall umgibt, eine Heizleistung erbringt und dabei Wärme auf den Einkristall überträgt . Bei dem Einkristall handelt es sich vorzugsweise um einen Ein¬ kristall aus Silizium mit einem Durchmesser von nicht weniger als 300 mm, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser, der ausreicht, um Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm oder 450 mm herstellen zu können. Resistive heater surrounds the crystallizing single crystal, provides a heating power and thereby transfers heat to the single crystal. In the single crystal, it is preferably a one ¬ crystal of silicon having a diameter of not less than 300 mm, particularly preferably with a diameter sufficient to be able to produce semiconductor wafers with a diameter of 300 mm or 450 mm.
Der Widerstandsheizer kann beispielsweise eingesetzt werden, um den Durchmesser des kristallisierenden Einkristalls zu regeln und Einfluss auf den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze zu beeinflussen, wie es in der The resistance heater can be used, for example, to control the diameter of the crystallizing single crystal and influence the influence on the axial temperature gradient in the region of a phase boundary, as in the
US2011/0126757 AI beschrieben ist. Im Zuge der Regelung kann insbesondere die Zufuhr von elektrischem Strom zu den Stromanschlüssen des Widerstandsheizers oder die elektrische Spannung der Außenleiter des Drehstromgenerators geändert werden. US2011 / 0126757 AI is described. In the course of the regulation, in particular the supply of electric current to the power terminals of the resistance heater or the electrical voltage of the outer conductor of the alternator can be changed.
Die drei Stränge des Widerstandsheizers können auch durch unterschiedliche Ansteuerung Teil-Heizleistungen erbringen, die nicht für alle Stränge gleich sind, sondern paarweise oder einzeln verschieden sind. The three strands of the resistance heater can also provide partial heating power by different control, which are not the same for all strands, but in pairs or individually different.
Unter bestimmten Bedingungen kann es vorkommen, dass die Position des Zentrums des kristallisierenden Einkristalls im Vergleich zur Lage des Zentrums der Oberfläche der Schmelze zu schwanken beginnt, anstelle stationär zu bleiben. Es kommt dann zu einem anisotropen Kristallwachstum. Der Einkristall beginnt zu verschieben („to orbit") und nimmt in einem Abschnitt, der eine zylindrische Form haben sollte, eine Form an, die davon abweicht und beispielsweise einer Schneckenwelle ähnelt. Ein Zeichen anisotropen Kristallwachstums ist auch, wenn der Under certain conditions, it may happen that the position of the center of the crystallizing single crystal begins to fluctuate as compared to the position of the center of the surface of the melt, instead of remaining stationary. It then comes to an anisotropic crystal growth. The monocrystal begins to "orbit" and assumes a shape that deviates from it in a section that should have a cylindrical shape, similar to a worm shaft, for example
Einkristall einseitig zu kristallisieren beginnt und dadurch eine beulenförmige Erweiterung entsteht. Monocrystal begins to crystallize on one side and thus creates a bump-shaped extension.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird entsprechend einer bevor- zugten Ausführungsform vorzugsweise eingesetzt, um diesem The inventive method is preferably used according to a preferred embodiment in order to this
Phänomen anisotropen Kristallwachstums durch Regelung entgegenzuwirken . Counteract phenomenon of anisotropic crystal growth by regulation.
Das Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regeln der Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu einer zylindrischen The method according to the preferred embodiment comprises controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical one
Zielform, wobei auf eine Abweichung der Form des Abschnitts von der Zielform reagiert wird, indem die drei Stränge des Target shape, responding to a deviation of the shape of the portion of the target shape by the three strands of the
Widerstandsheizers zum Erbringen der Heizleistung unter- schiedlich angesteuert werden. Vorzugsweise wird einer der Stränge des Widerstandsheizers periodisch und abweichend von den beiden übrigen Strängen angesteuert. Das periodische Resistor heater to provide the heating power can be controlled differently. Preferably, one of the Strands of the resistance heater periodically and differently controlled by the other two strands. The periodic
Ansteuern erfolgt vorzugsweise in Abstimmung mit der Drehzahl, mit der der kristallisierende Einkristall gedreht wird. Activation is preferably in coordination with the speed at which the crystallizing single crystal is rotated.
Das unterschiedliche Ansteuern umfasst vorzugsweise das The different driving preferably comprises the
Unterbrechen der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse des Widerstandsheizers oder das Verringern der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse durch eine Phasenanschnittssteuerung oder das Ändern der elektrischen Spannung eines der Außenleiter des Drehstromgenerators . Interrupting the supply of electric current to one of the power terminals of the resistance heater or decreasing the supply of electric power to one of the power terminals by a phase control or changing the electric voltage of one of the outer conductors of the alternator.
Die Reaktion hat in allen Fällen zur Folge, dass dem anisotro- pen Kristallwachstum entgegengewirkt wird. In all cases, the reaction results in counteracting the anisotropic crystal growth.
Die Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers sollte keine Reso¬ nanzen in den Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage anregen. Dabei ist nicht nur die Frequenz der Wechselspannung des Drehstromgenerators zu berücksichtigen, sondern beispiels¬ weise auch Oberschwingungen, die durch die Phasenanschnitts¬ steuerung entstehen. Ebenso muss berücksichtigt werden, dass sich Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage im The operating frequency of the resistance heater should stimulate no Reso ¬ nanzen in the natural frequencies of components of the drawing system. Not only the frequency of the AC voltage of the alternator should be noted, but ¬ example, also harmonics caused by the phase control ¬ control. Likewise it must be taken into account that natural frequencies of components of the drawing system in the
Verlauf der Kristallisation des Einkristalls ändern, weil die Bedingungen während der Kristallisation des Einkristalls insbesondere durch das abnehmende Volumen der Schmelze und die zunehmende Masse des Einkristalls nicht stationär sind. Changing course of the crystallization of the single crystal, because the conditions during the crystallization of the single crystal, in particular by the decreasing volume of the melt and the increasing mass of the single crystal are not stationary.
Es ist daher auch bevorzugt, einen weiteren Regelkreis einzu- richten, mit dem die Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers unter Berücksichtigung von Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage geregelt werden, wobei auf ein Unterschreiten eines Zielabstands zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage mit einer Änderung der Frequenz der elektrischen Spannung der Außenleiter des Drehstromgenerators reagiert wird, die den Zielabstand oder einen größeren Abstand der Betriebs¬ frequenz des Widerstandsheizers zur Eigenfrequenz des Bestand¬ teils der Ziehanlage herstellt. Der Regelkreis umfasst einen oder mehrere Sensoren wie Vibrationsmessfühler und/oder Schall- wellendetektoren, mit denen Schwingungen von Bestandteilen der Ziehanlage erfasst werden. Solche Bestandteile sind insbeson¬ dere der Tiegel, eine den Tiegel umgebende Heizung, der ring¬ förmige Widerstandsheizer selbst, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds, das der Schmelze aufgeprägt wird, und It is therefore also preferred to set up a further control circuit with which the operating frequency of the resistance heater is controlled taking into account natural frequencies of components of the drawing system, wherein a falling below a target distance to a natural frequency of a component of the drawing system with a change in the frequency of the electric Voltage of the outer conductor of the alternator is reacted, which produces the target distance or a larger distance between the operation ¬ frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component ¬ part of the pulling system. The control loop comprises one or more sensors, such as vibration sensors and / or sound wave detectors, with which vibrations of components of the drawing system are detected. Such ingredients are insbeson ¬ particular the crucible, a crucible surrounding the heater, the ring-shaped ¬ resistance heater itself, a means for generating a magnetic field is impressed on the melt, and
Einrichtungen, die um den kristallisierenden Einkristall herum angeordnet sind, wie beispielsweise ein Kühlkörper und ein Hitzeschild. Eine Regelungseinheit veranlasst eine Änderung der Frequenz des Drehstromgenerators, wenn ein Sensor des Regel¬ kreises signalisiert, dass der gewählte Zielabstand der Devices arranged around the crystallizing single crystal, such as a heat sink and a heat shield. A control unit causes a change in the frequency of the alternator when a sensor of the control ¬ circle indicates that the selected target distance of
Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage unterschritten worden ist. Als Regelungseinheit wird vorzugsweise diejenige verwendet, die auch zum Regeln der Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu einer zylindrischen Zielform eingesetzt wird. Diese Regelungseinheit kann darüber hinaus dafür verwendet werden, um über die Heizleistung des Widerstandsheizers während Ziehens des Einkristalls den Operating frequency of the resistance heater has been fallen below a natural frequency of a component of the drawing system. As the control unit, it is preferable to use that which is also used for controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical target shape. This control unit can also be used to over the heating power of the resistance heater while pulling the single crystal
Durchmesser des kristallisierenden Einkristalls zu regeln und den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze des Einkristalls zu beeinflussen. To control the diameter of the crystallizing single crystal and to influence the axial temperature gradient in the region of a phase boundary of the single crystal.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen eine besonders bevorzugte Ausge¬ staltung der Erfindung. The invention will be explained in more detail with reference to figures. The figures show a particularly preferred Substituted ¬ staltung the invention.
Fig.l zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Fig.l shows a particularly preferred embodiment of the
ringförmigen Widerstandsheizers. annular resistance heater.
Fig.2 zeigt eine Anordnung des Widerstandheizers in einer 2 shows an arrangement of the resistance heater in one
Ziehanlage. Fig.3 zeigt wie ein Strang des Widerstandsheizers abgestimmt mit der Drehzahl des Einkristalls angesteuert wird. Der Widerstandsheizer gemäß Figur 1 umfasst einen ringförmigen Körper 1 mit drei Stromanschlüssen la, lb und lc, die gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Körpers verteilt ange¬ ordnet sind. Sie bilden die Spitzen eines gleichseitigen Drei¬ ecks und untergliedern den ringförmigen Körper 1 in drei Strän- ge 2a, 2b und 2c mit gleichem elektrischen Widerstand. DieDrawing machine. 3 shows how a strand of the resistance heater is controlled in accordance with the rotational speed of the single crystal. The resistance heater of Figure 1 comprises an annular body 1 having three power terminals la, lb and lc which are distributed uniformly over the circumference of the annular body are integrally ¬ arranged. They form the apexes of an equilateral ¬ Eck and subdivide the annular body 1 in three Strän- ge 2a, 2b and 2c with the same electrical resistance. The
Stromanschlüsse werden an die Außenleiter LI, L2 und L3 eines Drehstromgenerators angeschlossen und bilden gleichwertige Ohmsche Widerstände Rl, R2 und R3 einer Dreieckschaltung. Wie es Fig.2 zeigt, ist eine Regelungseinheit 3 vorhanden, über die gegebenenfalls auf die Heizleistung des Widerstandsheizers und auf die Frequenz der elektrischen Spannung der Außenleiter LI, L2 und L3 eines Drehstromgenerators 4 und damit auf die Kristallisation eines Einkristalls 5 Einfluss genommen wird. Der Einkristall umfasst einen Abschnitt 6, der eine möglichst zylindrische Form als Zielform haben sollte. Power connections are connected to the outer conductors LI, L2 and L3 of an alternator and form equivalent ohmic resistors Rl, R2 and R3 of a delta connection. As shown in FIG. 2, a control unit 3 is present via which, if necessary, the heating power of the resistance heater and the frequency of the electrical voltage of the outer conductors LI, L2 and L3 of an alternator 4 and thus the crystallization of a single crystal 5 are influenced. The single crystal comprises a section 6, which should have as cylindrical a shape as a target shape.
Der Widerstandsheizer wird vorzugsweise insbesondere einge¬ setzt, um die Form dieses Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu der zylindrischen Zielform zu regeln, wobei auf eine nicht mehr zu tolerierende Abweichung der Form des Abschnitts 6 von der zylindrischen Zielform reagiert wird, indem die drei Stränge des Widerstandsheizers zum Erbringen der Heizleistung unterschiedlich angesteuert werden. The resistance heater is preferably in particular is ¬ sets in order to regulate the shape of this portion of the single crystal during the pulling of the single crystal toward the cylindrical target shape, being responsive to a no longer tolerable deviation of the shape of the portion 6 of the cylindrical target shape by the three strands of the resistance heater are driven differently to provide the heating power.
Das unterschiedliche Ansteuern umfasst vorzugsweise das The different driving preferably comprises the
Unterbrechen der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse des Widerstandsheizers oder das Verringern der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse durch eine Phasenanschnittssteuerung oder das Ändern der elektrischen Spannung eines der Außenleiter des Drehstromgenerators. Zu diesem Zweck ist ein Sensor 7 vorgesehen, beispielsweise eine Kamera, mit der die Form des kristallisierenden Einkristalls festgestellt wird und die der Regelungseinheit 3 eine nicht mehr zu tolerierende Abweichung von der zylindrischen Zielform signalisiert, woraufhin die Regelungseinheit ein Schaltungselement 8 ansteuert, das eine Korrekturmaßnahme vor¬ nimmt. Das Schaltungselement 8 kann als Schalter, als Phasenan- schnittssteuerung oder als Transformator ausgeführt sein. Interrupting the supply of electric power to one of the power terminals of the resistance heater or decreasing the supply of electric power to one of the power terminals by a phase control or changing the electrical voltage of one of the outer conductor of the alternator. For this purpose, a sensor 7 is provided, for example a camera, with which the shape of the crystallizing single crystal is detected and the control unit 3 signals a no longer tolerable deviation from the cylindrical target shape, whereupon the control unit controls a circuit element 8, which is a corrective measure before ¬ takes. The circuit element 8 can be designed as a switch, as a phase-angle control or as a transformer.
Um zu vermeiden, dass durch den Betrieb des Widerstandsheizers Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage angeregt werden, ist es vorteilhaft, die Betriebsfrequenz des Widerstands- heizers mit Rücksicht auf Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage zu regeln. Solche Bestandteile der Ziehanlage sind beispielsweise ein Tiegel 11, ein den Tiegel umgebender Heizer 12, der ringförmige Widerstandsheizer 1 selbst, eine Einrichtung 13 zum Erzeugen eines Magnetfelds, ein Hitzeschild 14 und ein Kühlkörper 15. Auf ein Unterschreiten eines Zielabstands zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage wird mit einer Änderung der Frequenz der elektrischen Spannung der In order to avoid that the operation of the resistance heater natural frequencies of components of the drawing system are excited, it is advantageous to control the operating frequency of the resistance heater with regard to natural frequencies of components of the drawing system. Such components of the drawing system are, for example, a crucible 11, a surrounding the crucible heater 12, the annular resistance heater 1 itself, a device 13 for generating a magnetic field, a heat shield 14 and a heat sink 15. On falling below a target distance to a natural frequency of a component of Drawing system will change the frequency of the electric voltage
Außenleiter des Drehstromgenerators 4 reagiert, die den External conductor of the alternator 4 reacts, the
Zielabstand oder einen größeren Abstand der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zur Eigenfrequenz des Bestandteils der Ziehanlage herstellt. Zu diesem Zweck sind Sensoren 9 vor¬ handen, die der Regelungseinheit 3 das Unterschreiten des Ziel¬ abstands signalisieren, woraufhin die Regelungseinheit 3 den Drehstromgenerator 4 veranlasst, die Frequenz der Spannung der Außenleiter LI, L2 und L3 entsprechend zu ändern. Target distance or a greater distance of the operating frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component of the drawing plant manufactures. For this purpose, sensors 9 before ¬ hands, the 3 signal to the control unit, falling below the target ¬ distance, whereupon the control unit the alternator 4 causes 3 to change the frequency of the voltage of the outer conductors LI, L2 and L3 accordingly.
Wenn der ringförmige Widerstandsheizer eingesetzt wird, um die Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu der zylindrischen Zielform zu regeln, umfasst diese Regelung vorzugsweise das periodische Ansteuern eines der Stränge des Widerstandsheizers abweichend vom An¬ steuern der beiden übrigen Stränge in Abstimmung mit einer Drehzahl des Einkristalls. Ein Beispiel einer solchen Abstimmung ist in Fig.3 skizziert. Sie zeigt in Draufsicht die When the annular resistance heater is used to control the shape of a portion of the single crystal during the pulling of the single crystal toward the cylindrical target shape, this control preferably includes the periodic driving one of the strands of the resistance heater deviating from the An ¬ control of the two other strands in coordination with a speed of the single crystal. An example of such a tuning is sketched in FIG. It shows in plan view the
Situation, wenn in Folge von anisotropem Kristallwachstum eine Beule 5a zu Verbleiben droht. Um dem entgegenzuwirken, wird dem sich mit einer bestimmten Drehzahl drehenden Einkristall 5 über den Strang 2b des ringförmigen Widerstandsheizers über ein zunächst vorgesehenes Maß hinaus zusätzlich Wärme zugeführt. Die Regelung sieht hierzu vor, den Strang 2b immer nur dann anzusteuern, um zusätzliche Wärme auf den Einkristall 5 zu über¬ tragen, wenn sich die Beule 5a und der Strang 2b nahekommen. Gleiches kann simultan mit dem Strang 2a und dem Strang 2c durchgeführt werden, um den Effekt zu verstärken. Die zusätzlich zugeführte Wärme wird so im Wesentlichen nur zur Beseiti¬ gung der Beule 5a aufgewendet. Situation when due to anisotropic crystal growth a bulge 5a threatens to remain. In order to counteract this, additional heat is supplied to the monocrystal 5, which rotates at a specific rotational speed, via the branch 2b of the annular resistance heater, above an initially provided level. The scheme provides for this, only then to drive the train 2b to contribute additional heat to the crystal 5 to ¬ when the bump 5a and the strand 2b come close. The same can be done simultaneously with the strand 2a and the strand 2c to enhance the effect. The additionally supplied heat is so devoted essentially only Beseiti ¬ account the bump 5a.
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