Float-Zone-Verfahren (FZ)
Die auch als „Zonenschmelzverfahren“ bezeichnete Floating-Zone-Technologie überzeugt durch die Herstellung von hochreinem monokristallinem Silizium, wie es vor allem in Komponenten der Hochleistungselektronik, Mikrosystemtechnik und Halbleitertechnik gebraucht wird. Auch die Polysiliziumindustrie, Solarindustrie und der F&E-Bereich profitieren davon. Der Vorteil des FZ-Verfahrens gegenüber Verfahren mit Quarztiegeln (Quarz = Siliziumdioxid) liegt in der deutlich geringeren Verunreinigung mit Sauerstoff. Es fallen keine zusätzlichen Kosten für die nur einmal verwendbaren Tiegel an.
Das Verfahren
In einer Kammer mit kontrollierter Atmosphäre wird ein gereinigter, polykristalliner Siliziumstab (Source-Rod) oberhalb einer Hochfrequenzinduktionsspule positioniert. Durch sehr oberflächennahes Einkoppeln der Hochfrequenz in den Siliziumstab wird dieser am unteren Ende berührungslos aufgeschmolzen. Damit diese Zone möglichst homogen aufschmilzt, wird der Stab langsam rotiert. Die geschmolzene Zone wird mit einem dünnen monokristallinen Impfkristall in Kontakt gebracht, der sich unterhalb der Spule befindet und durch ein kleines Loch in der Mitte der Spule nach oben bewegt wird. Nachdem der Impfkristall in Kontakt mit dem flüssigen unteren Ende des Source Rod gebracht wurde, wird der Impfkristall langsam nach unten bewegt und rotiert ebenfalls. Am Impfkristall wächst nun nach dessen Kristallstruktur und Orientierung ein monokristalliner Kristall. Die flüssige Zone wird aufrechterhalten, indem der Source Rod von oben langsam nachgeführt und aufgeschmolzen wird, während unten am Impfkristall der Monokristall weiterwächst.
Auch Slim-Rod-Puller (SR) arbeiten nach dem Prinzip der Float-Zone-Anlagen. Hier befindet sich ein dicker polykristalliner Siliziumstab (Source-Rod) unterhalb der Hochfrequenzinduktionsspule. Durch sehr oberflächennahes Einkoppeln der Hochfrequenz in den Siliziumstab wird dieser am oberen Ende berührungslos aufgeschmolzen. Mehrere polykristalline Impfkristalle werden von oben durch Löcher in der Spule in die geschmolzene Zone eingetaucht. Anschließend werden die Impfkristalle nach oben gezogen und mehrere Meter lange Slim-Rods (Dünnstäbe) mit einem Durchmesser von 6 bis 10 mm gezogen. Dabei wird der Source-Rod von unten langsam nachgeführt. Durch Zugabe von gasförmigen Substanzen, die in die Schmelze diffundieren, kann zudem eine Dotierung vorgenommen werden.
Der Source-Rod ist ein (bearbeitetes) Produkt aus einem Siemens-Prozess zur Produktion von Polysilizium. Aus ihm können in einem Slim-Rod-Puller viele Slim-Rods erzeugt werden, die dann als Keimlinge wiederum in nachfolgenden Siemens-Prozessen verwendet werden.
Anwendungen
Unsere FZ-Systeme ermöglichen die Produktion hochreiner Kristalle nach Ihren individuellen Vorgaben.