Brevet FR2130453A1 — publié le 19721103

L'invention concerne un procédé pour la fusion en zone flottante d'une tige de matériau semiconducteur, en particulier de silicium, disposée verticalement, à l'aide d'un dispositif de chauffage, entourant coaxialement la tige et pou-5 vant être déplacé parallèlement à son axe, pour produire la zone en fusion, procédé dans lequel les images, prises successivement par une caméra de télévision a^ec des conditions de prises de vues maintenues co -t -vîtes, de la zone en fusion dans les différentes positions sur la tige, servent à produire des impulsions 1 o électriques comportant des informations concernant la section transversale des différentes parties de la tige recristallisant à partir de la zone en fusion, ces informations étant utilisées pour commander l'alimentation du dispositif' de chauffage et/ou l'écartement axial des parties de tige solidps supportant la zone 15 en fusion et/ou un champ électromagnétique d'appoint dans le sens souhaité pour la régulation de la section transversale du matériau recristallisant à pariir de la zone en fusion sur une valeur de consigne donnée„ Un tel procédr est décrit dans le brevet 20 allemand n° 1 231 761. Le procédé décrit dans ce brevet convient cependant lorsque la section transversale du matériau recristallisant à partir de la zone en fusion doit rester constante» Cependant si l'on souhaite que la section transversale du matériau qui recristalliie varie, il est nécessaire, comme cela sera 25 expliqué suivant l'invention, de contrôler au moins un autre paramètre servant de critère pour la stabilité mécanique de la zone en fusion. Par conséquent, on prévoit suivant l'invention 'iue des informations servant au contrôle de la zone en 30 fusion sont aussi extraites des impulsions fournies par la caméra de télévision en utilisant les angles formés par dei:x tangentes au profil de la zone en fusion avec l'axe ve tical de la tige, l'une des tangentes dev nt être tr-cée u poin> initial du profil de la zo-e en fusion à In linite de cri stallisatinn et 3 5 l'autre tangente devant être trac-'e en un point déterminé du pro fil de la zone en fusion de l'autre côté d* son renflei-ient, Normalement, lors de la fusion en zone flot tante du type décrit, on obtient le profil de la zone en f sion représenté d;ins la figure 1, dans la mesure où les diamètres des '+0 deux parties de tige 1 et 2 solides supportant la masse fondue 3 BAD ORIGINAL 72 09619 Z 21-30453 ont une valeur égale ou sensiblement égale ti celle du diamètre de la zone en fusion 3. Les forces extérieures agissant sur la zone en fusion sont ln force d'adhésion du matériau en fusion sur les deux parties solides 1 et 2 de la tige ainsi que la pesanteur» 5 Conrne autre forces extérieures, il faut encore tenir compte des champs électromagnétiques d'appoint et/ou des forces créées par le dispositif de chauffage. La force de cohésion dans lr* masse fondue et, par conséquent, la tension superficielle résultant de celle-ci agissent à l'encontre de ces forces extérieures. La 'O pesanteur fait apparaître dans la zone en fusion un gradient de pression hydrostatique dirigé vers le bas. Cependant, si les forces d'adhésion sont comparables à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure de la zone en fusion, cette répartition de pression fait apparaître un renflement dans la partie '5 inférieure et un étranglement dans la partie supérieure de la zone en fusion 3» Ceci est valable dans le cas où l'influence électromagnétique d'un champ d'appoint extérieur et/ou d'un dispositif de chauffage inductif 7 considérablement plus faible que 1* action de la pesanteur sur la zone en fusion. -'0 La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode d'éxecution particulier du procédé suivant l'invention, donné à titre d''éxemple et illustré au dessin annexé dans lequel : La figure 1 représente le profil d'une zone 2 5 en fusion déplacée de bas en haut, La figure 2 représente le profil d'une zone en fusion déplacée de haut en bas» La figure 3 représente l'image de la zone en fusion et de son entourage apparaissant dans la caméra de télé-30 vision. La figure U représente la forme d'onde des impulsions apparaissant lors du balayage de l'image représentée dans la figure 3» La figure 5 représente une autre forme du 35 profil de la zone en fusion» Dans la figure 1, on a tracé trois tangentes A, B et C au profil de la zone en fusion. La tangente A, dont le point de tangence au profil de la zone en fusion est le point de départ inférieuru de celui-ci, forme un angle aigu oL avec l'axe *0 vertical X de la tige. La tangente B , dont le point de tangence BAD ORIGINAI.^ 72 09619 3 2130453 au profil de la zone en fusion est le point de départ supérieur v , forme un angle aigu avec l'axe vertical X de la tige. Le poirt de tan;:ence de la tan, ente C au profil de la zone en f sion est le point d'inflexion w entre le renflement 3a et 1' ■rangleraent 5 3b, Cette tangente forme un angle aigu Kavec l'axe X de la tige0 Les angles aigus o Le profil de la zone en fusion représenté dans la figure 1 apparaî■ normalement lorsque la zone en fusion 10 est dépiacée de bas en haut le long de la tige utilisée pour la fusion de zone, et le diamètre de la tige recristallisant à partir de la zone ei fusion, à savoir de 1 partie 1 de la tige supportant la zone en fusion 3, diffère au -laximum de hOÇ.l du diamètre de la partie 2 de la tige à faire fondre, \ savo:r la par-15 Me délimitant la zone en fusion vers le haut. La valeur de 1' an, le indique si le diamètre de la tige 1 recristallisant à partir de la zone en fusion augmente, reste constant ou même diminue. Pour le silicium la valeur critique de cet angle est de 8°, Si l'angleo^ est supérieur à 8°, le diamètre du matériau recris-20 tallisant à partir de la masse fondue augmente, et ce, suivant la valeur de l'écart entre la valeur réelle et la valeur de 8°, tandis que lorsque l'an^leo?est inférieur à 8°, le diamètre du matériau qui recristallise diminue de façon correspondante. Inversement si le diamètre de la tige 1 25 croissant à partir de 1 zone en fusion 3 doit rester constant, l'angle ot doit être réglé sur une valeur de 8°. Etant donné que, conve on peut le voir dnn-= la figure 1, la zone en fusion 3 présente un renflement 3a dans sa partie inférieure, l'angle aigu o£ est ouvert vers le haut „ 3i, en outre, le matériau semiconducteur 30 utilisé est du silicium, dans les conditions habituelles ( hauteur H de la zone en fusion : lO-^Omm et chauffage inductif de la zone en fusion ), l'angle ot possède approximativement la va-Leur correcte de 8°, bad original 72 09619 2130453 et soit ouvert vers le bas pour que le silicium se recristallise à partir de la zone en fusion avec une section, qui recte identique. On obtient ceci en décalant le renflement 3& de la zone en fusion du côté de la limite supérieure, comme on peut le voir dans la figure 20 On peut obtenir un tel décalage en utilisant des champs d'appoint électromagnétiques correspondants et/ou en refoulant la zone e fusion ( par un rapprochement axial correspondant des parties de tige 1 et 2 ). Dans ce cas, 1'étranglement de la zone en fusion disparaît. La masse fondue 3 peut être détruite par rupture et/ou par écoulement goutte à goutte» Le danger d'écoulement goutte à goutte est d'autant plus gr^nd que l'angle o( est plus ouvert à la limite inférieure de la zone en fusion 3= Pour cet angleck , il existe aussi une valeur critique, dépendant du matériau, de la section de la surface d'appui et de la section supérieure de la partie de tige 2, qui ne doit pas être dépassé©. D'autre part, la valeur de l'étranglement 3b et par conséquent la valeur de l'angle aigu jL qui «st formé par la tangente au point d'inflexion et l'axe X est un critère pour la stabilité de la zone en fusion vis à vis d'une rupture qui, naturellement, apparaît à l'endroit le plus étroit, donc au niveau de l'étranglement 3b. On s'aperçoit aisément à l'aide de la figure 3 que le danger de rupture est d'autant plus -rand que l'angle $ , ouvert vers le bas, a une valeur plus importante. Com'-e valeur critique, dans le cas du silicium, on peut prendre )( = 50°. Au lieu de l'angle ï" on pourrait aussi utiliser comme critère le diamètre à l'endroit le plus étroit de l'étranglement de la zone en fusion. Cependant en général cet endroit est recouvert par la source de chauffage 1. Le procédé suivant 1' invention peut non seulement être utilisé avec une zone er. fusion dépl-c'e de bas en haut sur la tige (Figure 1 ) mais aussi avec une zone en fusion déplacée de :aut en bas (Figure 2). Dans le premier cas, suivant l'invention, on utilise cowne paramètres de commande et/ou de réglage, outre le diamètre d du matériau qui recrist llise, les angles et K (et/ou ) , et dans le second cas les angles et oL . Dans le premier cas les angles oC f ^ ut./ou {' et dans le second t cas l'angle ck servent de paramètres de stabi1istation, tandis que l'angle ck dans le premier cas et l'angle !h dans le second » cas sont aus i utilisés corme paramètres de r-'glage pour la secBAD ORIGINAL 72 09619 5 ?130 1^3 tion transversale du matériau recistal1isant à partir de la zone en fusion. Le procédé suivant l'invention est de préférence utilisé avec une zone er fusion déplacée de bas en 'a^t. 5 En outre, on doit utiliser des relations de symétrie de rotation, en prenant 1 ' ax On admet à titre d'exemple que le courant circulant dans le faisceau électronique, et co'.ïandé par l'image de la zone en fusion 3, est d' iitant plus élevé que l'endroit 25 concerné de l'image de la caméra de télévision, et par conséquent du système représenté, est plus clair0 On remarquera que la luminosité de la zone en fusion 3 est sensiblement constante et remarquablement plus faible que la luminosité aux extrémités des parties 1 et 2 de la tige qui 1^ supporte. Si, comme il est cou— 30 rant, la source de chauffage est constituée par une bobine d'induction I, la plupart d" te"ip^ plate et horizontale, une partie horizontale de la zone en f sion 3 8C>t masqu 'e et apparaît comme une surface sombre sur l'image de la caméra de télévision. De façon nalogue, ceci est valable pour l'entourage de la zone en ^5 fusion étant donné que l'or: f it en sortf , à l'ajde d'un filtre correspondant prévu dans le système optique de prises de vues de la caméra de télévision, que l'image de la zone en fusion soit aus-i constrastée que possible par rapport à 1'image de son entourage. hO En "Utre, de façon avantageuse on veille à ce bad original 72 09619 6 2130453 que les images de la zone en fusion 3 formées dans la cam-'ra de télévision soient prises dans des condition ; c nstantes. Ceci est obtenu de façon avantageuse en disposant le dispositif de chauffage et la zone en fusion de façon fixe et en décalant axialement la tige à travers le dispositif de chauffage annulaire en correspondance avec la vitesse de déplacement souhaitée de la zone en fusion. Le système optique de la caméra est avantageusement orienté de façon que son axe optique soit perpendiculaire à l'axe X de la tige et sensiblement dirigé vers le point milieu de la zone en fusion. Finalement, le faisceau électronique doit balayer l'écran d'affichage de la caméra de télévision scivant des lignes parallèles trac'es dans un seul sens, les lignes devant être tracées perpendiculairement à l'image X' de l'ax- X, en orientant la caméra de façon correspondante. La distance existant entre deux lignes voisines doit avoir ( de façon habituelle ) une valeur constante, par exemple h= hauteur totale de l'image / 625. Dans ces conditions, il apparaît dans la cambra de télévision une image de la zone en fusion et de son entourage identique à celle représentée dans la figure 3. La forme de la zone en fusion correspond aux conditions de la figure 1. L'image de la zone en fusion est désignée par la référence 3't celle de la partie inférieure de la tige par la référence 1', celle de la partie supérieure de la tige par la référence 2* et 1'inage de la source de chauffage l( bobine d'induction ) par la référence I'. Cette image est balayée ligne par ligne par le f isceau électronique dans la caméra de télévision. La distance entre deux lignes de balayage est désignée par la référence h. Dans la figure 3, on a représenté 13 lignes, bien que naturellement en pratique le nombre de lignes est plusieurs fois •■upé-•ieur. Leslignes seront désignées par les références z ^, . . . . * . On remarquera que les indices T, 2, p de^ 1 : nt. peuvent être considér 's et traités directement com ie des valeur0. de coordonnées indépendantes, par exemple corn-ne des valeurs entières sui vant 1'axe X. Lorsque le f isceau électronique est déplacé le long des différentes ligne - / A , il passe aussi i K bien sur des endroits clairs que fur des e droits forcés de 11inage 3' de la zone en fision 3. De ce fait comme mentionné BAD ORIGINAL 72 09619 2130453 ci-dessus, il apparaît des résistances électriques différentes pour le courant du f.-i-îcean électronique de balayage. Ktant donné que ce courant est -ppliqué, par- l'intermédiaire d'un circuit ext'rieur, sur les bornes de raccordement électrique de la caméra de télévision, ces variation^ peut être interpr't'es techniquement. l.o courant de travail qn; ttant la cambra de télévision comporta au ^i des variations impulsicn-'eîies P , les différentes impulsions Pj, P.,, ...,P^ étant associées de façon univoque aux lignes /. ( , /0,... /. ^ en tant que valeurs x^ sûres se suivn: t avec un espacement restant identique suivant les coordonnées axiales de la zone en fusion 3^ Chaque cycle de balayage fournit aussi une telle s-ite d'impulsions P^ . La figure 4 représente qualitativement quelques unes de ces impulsions P^ , fflies qu'elles apparaissent lors du balayage de l'image de la zone en fusion suivant la figure 3« l'i 'pulsion I5^ correspondant à la limite inférieure et l'impulsions P^ correspondant à la limite supérieure de la zone ee fusion. Ce^ impulsions P^ et P^ po sèdent une ampliti de importante a en raison de la luminosité particulièrement importante des extrém:tés des parti' s de tiges 1 et 2. La longueur de l'impulsion P^ est d'sif n'e ■ ar p^ . La longueur peut être interprétée directenent non se-lenient comne une nesure de la larr.eur de l'image 3* de la zone en fusion ft/'U de l'image 1', 2' des parties incandescentes 1, 2 de la tige à l'endroit de la ligne concernée mais aussi cornue une mesure du diamètre respectif de la zone en fusion 3 et/ou de parties de tige so'ides au niveau de la valeur de coordonnées x correspondant à la lign«- t . Cela intéres-e le diamètre "L a;i niveau du y front de cr i s tal 1 i sa t ion qui doit >-ub relevé pour chaque cycle de balayage. I.a valeur de consigne correspondante est à différencier de la valeur de consigne calcul ée - h ( 01 = numéro du cycle de ba-lavage ). L corr espond naturellement a une impulsion P' du M _ 4 •= 4 ^ J cvcle de balayage, a savoir P' et/ou P „ On remarquera en u y outre que le h -.lavage de l'i.r.ge 3' le la zone en fusion re 'nr-Muablr nent plus f«-;;cée une les i - 'âge®. I1 et 2' des extrémités claires des tiges 1 et 2, doit conduire à une amplitude a^ plus faible de façon correspondante des impulsions P^ associées ( impulsions P et P^ ). L'image de la zone en fusion 3 est prise par le systè e optique de prises de vues da la caméra de télévision - ¥ bad original 72 09619 8 2130453 au cours du processus global. Cependant, l'interprétation, c*est-a-dire la production des impulsions p/ sur des cycles de balayage distincts dans le temps, par exemple sur un cycle d'une seconde à une minute, est limitée étant donné que suivant l'invention la position de la zone en fusion dan'; la zone de stabilité se modifie le- teinent de façon correspondante. Pour chaque cycle de balayage, de nombreuses m impulsions P^ peuvent être dérivées de f^çon arbitraire, en correspondance avec la densité des lignes pour 1(; faisceau électronique de balayage. Les impulsions p/1 apparaissent aus i dans le courant de sortie de la cambra de télévision et sont utilisr-es suivant l'invention. Les impulsion- P^1 fournies par la ca:>'ra de télévision peuvent être utilisée ■ de différentes façons pour un proce-us de réglée. Le but est d'extraire de ces impulsions des informations concernant les angles des tangentes associées à chacune de lignes , en particulier de calculer la valeur de l'angle formé par la tangente ^ la limite de la zone en fusion, ain i qi 'aux points u et y, ''tant donné que ces valeurs doivent être surveillées et corn mandées de façon particulière. En outre, dans le cas présent, le point d'inflexion w du profil de la zone en fusion et la valeur de l'angle t-f/ formé par la tangente en ce point doivent être déterminés. Finalement coime il est connu, des informations sont aussi fournies sur la section transes M versale et/ou le diamètre L ' du matériau qui recristallise à un instant donné du processus considéré. Les valeurs obtenues servent alors à régler le profil de la zone en fusion sur une valeur de consigne pré—programmée comprise entre les valeurs limites de stabilité de la zone en fusion. Dans ce but, on interprète avantageusement s P^ aussi bien du no i rit de \ de leur amplitude f Lnt de vue de leur longueur p' . Comme on peut le 1 es impuis i que du voi r d'apr" qui concern L'amplitude a des impulsio u m p a) les impulsions correspondant aux extrémités 1 et 2 de la tige,dont la luminosité est particulière nent importante,qui possèdent des amplitudes particulièrement i :por-tautes qui deviennent plus faibles lorsque l'on s'éloigne des impulsions associées à. In zone er fusion. b) les impulsions correspondant à In zone BAD ORIGINAL 72 09619 9 2130453 remarquablement plus foncée et possédant de façon correspondante une amplitude plus faible mais constante sur toute la zone en fusion. c) les lignes de balayage z correspondant 5 aux endroits sombres de l'image à balayer, en particulier à l'endroit de 1'image I' de la bobine d'induction I créant la zone en fusion, ne font pas apparaître par contre des impulsions possé-dans des amplitudes sensibles. Dans ch que train d'impulsions correspon-10 dant aux différents cycles de balayage, on doit d'abord calculer et séparer les deux paires d'impulsions correspondant aux transitions entre le matériau solide et la zone en fusion et vice -versa le cas échéant„ Si, comme on l'a déjà vu, l'image de la zone en fusion et de son entourage est balay'e suivant des lignes 15 horizontales décalées de bas en haut les unes par rapport aux autres, on obtient, en correspondance avec l'augmentation de la luminosité lorsque l'on se rapproche de 1 ' i>-:age propre 3' de li zone en fusion, des impulsions P^1 possédant des amplitudes qui croissent successivement et dont la durée ( = Longueur p^ ) 20 correspond respectivement à la longueur du diamètre cl' de l'image 1' de la partie inférieure T de la tige. L'amplitude maximale a est celle de la dernière des impulsions correspondant à 1'i-max 1 1 n *i * — M / mage 1', a savoir l'irrpulsion poss dant la longueur p^ (dans la figure 4 l'impulsion P^)„ ?5 Les impulsions P^ suivantes sont associées à l'image propre 3' de la zone en fusion 3. La première de ces impulsions, à savoir l'impulsion P*-* doit particulièrement être mi-e en évidence. L'amplitude a est franchement plu- faible x — M que 1 ' anipl i t ude a de la derniere impulsion P correspondant ^ max ^ h 1 '30 à la partie 1 de la tige. Cependant, les amplitudes ont pratiquement la mêiie valeur, suivant l'invention, pour toutes ces impulsions P^ ( impulsions P_, P^ dans la fi. ure h) e Si le faisceau électronique atteint les lignes de balayage «■; qui correspondent » M a l'image I' de la bobine d'induction I, les impulsions P' dis — 55 paraissent pratique ent ( impulsion Pg dans la figure 4) pour réapparaître de nouveau dès nue le faisceau électronique atteint Les lignes de balayage > y qui correspondent à la partie de l'image propre 3' de la zone en fusion qui n'est pas masquée et qui se trouve au dessus de l'image I* hO V ce moment les impulsions P'4 reprennent 72 09619 lO 2130453 leur ancienne amplitude correspondant à la luminosité de l'image de la zone en fusion. La dernière de ces impulsions, à savoir l'impulsion P^ « correspond au point v du profil de la zone en fusion. Cette impulsion doit être égale ient particulièrement mise en évidence. Finalement le faisceau électronique de balayage atteint l'image 2' de la partie 2 de 1 tige soutenant et d^limi-tant supérieurement la zone en fusion. Les impulsions repren nent alors aussitôt une amplitude importante correspondant au matériau solide possédant une luminosité plus intense aux extrémités de la tige ( impulsion dans la figure 't)« Cependant, lorsque l'on continue à s'éloigner de l'image propre 3* de la zone en fusion 3 l'amplitude des impulsions P^1 décroît rapidement jusqu'à zéro. La.première des impulsions P^ correspondant ® M à la partie solide 2 de la tige sera désignée par P'Ç » Son amplitude â = a est également maximale. ^ max ° Les grandeurs alors nécessaires sont s 1) les impulsions P^4 et P^ correspondant précisément encore et/ou déjà au matériau solide à la limite de la zone en fusion 3o Leurs longueurs p^ et p^ sont respectivement proportionnelles au diamètre d^ du matériau solide aux endroits concernés des parties 1 et 2 de la tige solide. 2) Les premières et dernières des impulsions associées à la zone en fusion,en premier lieu les impulsions P et P „ Finalement, lorsque la zone en fusion présente un v p étranglement 3b au-dessus du renflement 3a de la zone en fusion on doit dériver d'autres impulsions P^ pour déterminer la valeur de l'angle Etant donné que les impulsions et se différencient des impulsions P^ , qui correspondent à la zone en fusion 3 et qui sont produites entre temps, par leur amplitude a particulièrement importante, on extrait tout d'abord les m ax impulsions dont l'amplitude possède la valeur amax» parmi les différentes séquences d'impulsions obtenues pour chaque cycle de balayage. On doit aussi prévoir un aiguillage qui réalise la sélection souhaitée. ( Il divise criaque train d'impulsions en trois groupes, parmi lesquels le premier et le dernier correspondent respectivement aux extrémités brillantes solides 1 et 2 de la tige, et celui du milieu, séparé le ras 'c ; 'ant par un intervalle sans impulsions, correspond à la zone en fusion ). Dans chaque cas, il est facile de séparer les impulsions P^" et 72 09619 u 2130453 du train des impulsions courantes en raison de leur amplitude particulièrement importante. Leur durée ( longueurs d'impulsion pÇ et p^1 ) peut être utilisée comme mesure de la valeur du diamètre de : parties de tige solides 1 et 2 à la limite entre " les deix phases et/ou de Leurs images correspondantes 1' et 2' Etant donné que dans le présent exemple la longueur p„ de l'impulsion sert de mesur» pour le diamètre du matériau qui re-cristallise, la longueur- p ^ est utilis'e en tant que grandeur de réglage suivante, 10 Les impulsions se trouvant entre les deux impulsions P^ et P^ sont surveillées de façon particulière ''tant donné qu'elles sont utilisées pour surveiller et commander la zone en fusion. Néanmoins, les processus de calcul qui seront décrits par la -uite peuvent être réalisés successiveinent pour 15 toutes les impulsions P^ de chaque cycle de balayage. Suivant l'invention, on forme alors la séquence des différences entre les longueurs p^ des inpulsions P^ qui se suivent dans 20 chaque séquence d'impul ; ions„ Si les différentes impulsions voisines se différencient par leur longueur , la différence prend une valeur finale, dans le c « où ces longueurs sont identiques la différence A^ est nulle. L'indice P qui sert uniquement ni comptage de: différentes lignes z^ et des impulsions P^ déri-?5 vées de celles-ci, prend successive .ent les valeurs entières -*- » 3» ...n , la première ligne et par conséquent l'indice "1" correspori lant au bord inférieur de l'image sur 1" cible -ima e du tube de prises vues de télévision et l'indice "n" correspondant au bord supérieur de cette image. Cependant, -tant 30 donoé que deux lignes voi in s et /; , sont séparées par un Y Y -ri même intervalle h , on peut associt-r les longueurs p^ - ainsi que les impulsions P elles-mêmes - aux valeurs 1 = h, 2h , 3h , „ „ „ „ nh des coordonnée^ axiales de 1'imag „ D'autre part celle-ci ne sont 35 rien d'autre qu'une représentation similaire des coordonnées axiales je pour les différents endroits de la zone en fusion 3 et de son entourage. On peut aussi interpréter les longueurs d'impulsions Pp comme des valeurs différentes d'une fonction P=P (1) )0 La fonction p étant supposée être toujours différentiable. Sa , * BAD OR'^'MAL 72 09619 12 2130453 première dérivée en fonction de ^ est défine par dp/ d^ = p1 ("?) Pour les valeurs t = h, 2h , .... nh, ello prend les valeurs p = p.. p„ p . D'après le théorème des valeurs moyennes p ^1 * ^2 n du calcul différentiel, la valeur de la première dérivée est liée à la différence correspondante par la relation ( dp/dt ) =h = h-1 j^p [( u +0 hj -p ( l> h)j au point V> +l)h. Cependant, par suite de la similitude /géo métrique de 1 ' ima{';e obtenue dans la canéra de télévision par rapport à la réalité, on obtient l'identité d /V / dx = dp/d^ 1,wcorrespondant au diamotre de la zone en fusion à l'endroit correspondant à la ligne z La différence des longueurs des deux premières — M *H impulsions suivant l'impulsion P , donc de l'impulsion P *f , ^ V et de l'impulsion P • , immédiatement suivante, permet d'obtenir U + 1 p la valeur de la tangente de l'angle La différence des lonpieurs des deux derniè- JESiJ * * M res impulsions avant l'impulsion Pr , donc d. l'impulsion P > * * M v p et de l'impulsion P ' ^ immédiat e;r.en t précédente, permet d'obtenir la valeur de la tangente de l'angle ,V, On a donc : . .f* i h \~1 ( *» f tf~ -4 = I l . ) i 'Pp ; / h \ (—) ' k t« VW—l"1 * *M * x-r; iV -p-i) Pour le profil d'une zone en fusion 3 corres-pondant à la figure 1, la -aleur de t g TJ d iniriwe progressivement v f à partir de la valeur tgwO, atteint In vaieur O ( renflement 3a), change de -igné, pas e par un rnini^Uu { en correspondance avec le point d'inflexion w), au; ,ertc de nouveau progressivement, dépasse la valeur O ( en correspondance avec l'étrangle- -> H ment '3b) et attend finaleme t la va I eur c. g V ( en correspondance avec la limite supérieure de in 'one en fusion 3). Par suite, il est po-sible de déterminer à pari, ir des différences correspond.-! t à deux lignes voisines et donc à partir de ln valeur minimale de cette différence, la valeur de te )Ç' , ce oui donne : t;: = ( t£ 4^ ) . 1 u mm ,/• h Les valeurs de t:' y pervent au * s i être BAD ORIGINAL 72 09619 13 2130453 obtenues facilement pour- chaque ligne de l'image, et par conséquent pour les valeurs x. correspondant»» de la zone en fusion réelle et de son entourage, au moyen d'un dispositif de calcul M corres; ondant. Dans ce but, les impulsions fournies p.nr la c méra de télévision sont transmises tout d'abord à un convertisseur de valeurs de mesure. L?», chacune des impulsions P^"1 donne n ûs'-ance à un tr in d'impulsions equ i di-tantes et de même durée dont le nonbre con-titue une mesure de la longueur correspondan- M ^ t te p7 de l'impulsion concernée P' » Par conséquent, on obtient v v aussi un codage binaire correspondant aux diff'rentes impulsions P^ , qui est lui-même envoy' à un calculateur digital dnns lequd. sont effectués les calcule mentionnés pour déterminer le diamètr» Çh "b du matériau recri tallisant a p' rtir de 1 ïone en fuaion et de la zone en fusion Rt la valeur de tg ^ en mettant en évidence i ^ yH / -v M les valeurs de tg &.• , tj\ J'et/ou tg o . En outre, une comparaison est effec.tuée avec le^ valeurs de consigne programmées, en déterminant l'écart des valeurs réelles déterminées au moyen de la caméra de télévision pour les grandeurs citées. Finalement, ces écarts sont utilisés pour réguler la zone en fusion suivant 1'invention. Parmi les deux impulsions possédant une amplitude maximale a , a savoir les impulsions P' et P; , v max r y seule l'impulsion correspondant au front de cristallisation doit être maintenue fixe. Si la zone en fusion se déplace de bas en haut dans le matériau qui doit être fondu, c'est l'impulsion P qui doit particulièrement être mise en évidence. Ceci peut être réalisé par exemple à l'aide d'un circuit de détermination d'am-plitude. En outre, toutes les impulsions codées correspondant aux impulsions sont fournies au calculateur et utilisées pour le calcul de la valeur de tg ^ . Ce calculateur est d'une part subordonné à un g'n'rateur de valeur de référence et d'autre part à un dispositif de commande avec une programmation prédéterminée. Pour établir le programme, on doit également prévoir pour les valeurs de consigne de 1 , tg ,?£. , tg .4 èt/ou tg & soit une suite de valeurs discrètes L M , tg ^, tg ^ , et/ ou tg ï ( ^ = 1, 2, 3» * . *•*m) soit une fonction permanente continue pour ces paramètres. On doit tenir compte du fait que les valeurs de coordonnées \ , associées aux lignes de balayage 72 09619 2130453 de l'image de télévision, de l'image de la caméra de télévision et/ou les coordonnées axiales x^ , correspondant à celles-ci, de la zone en fusion réelle ne sont pas appropriées pour la programmation. Dans ce cas, on a besoin de nouvelles coordonnées axiales qui correspondent aux différentes positions de la zone en fusion dans ln tige où doit être réalisée la fusion de zone. Comme déjà mentionné, il suffit que l'image formée par le système optique de la caméra de télévision, de la zone en fusion et de son entourage ne soit pas balayée en permanence par le faisceau électronique mais au contraire par exemple durant des intervalles de temps réguliers, par exemple uniquement une fois par seconde ou par minute ou encore moins. On a cependant un certain nombre de cycles de balayage successifs auxquels on peut affecter une séquence correspondant aux numéros = 1, 2, 3» .... m. Pour chacun de ces cycles de balayage M = 1, 2, 3» ...m, les valeurs de consigne correspondantes , tf;X , tg ~ J ' r et/ou tg [o^ sont pré-programmées, ces valeurs devant automatiquement être en accord avec la stabilité mécanique de la zone en m i q rn g fusion. Si les impulsions P> du M cycle de balayage sont ^ ^ v- introduites dans le calculateur, les valeurs de consigne , t g , tg îfp et/ou tg?y, sont mises à la disposition- du calculateur sous forme de valeurs programmées emmagasinées et sont comparées dans celui-ci avec les valeurs réelles fournies par les impulsions p£ ( ja = 1, 2, 3» ....m = nunv'ro du cycle de balayage : M = 1, 2, 3 oo..n = numéro de la ligne de balayage ts, et f* M t, de l'impulsion V/ correspondant a cette ligne de balayage dans , ième , \ le ja cycle ) . Il est clair que l'on peut au-^si donner à 1'indice j* la signification d'une coordonnée longitudinale en utilisant la vitesse de déplacement du front de cristallisation de la zone en fusion et/ou l'augmentation de longueur du matériau recristallisant à partir de la zone en fusion. C'est pourquoi, il est aussi possible de réguler la variation des différentes valeurs de consigne t^ , tg , tg , tg , en utilisant ln distance entre le support de la partie de tige croissant à partir de la 7one en fusion et la source de chauffage. „. , ième . , . , , Sx, dans le^M cycle de balayage, dans le cas d'une zone en fusion se déplaçant du bas vers le h-mt, P/^ est la dernière impulsion qui correspond encore nettement \ /l à la partie de tige 1, et si P et P'^ sont les impulsions 72 09619 15 2130453 immédiatement suivantes ( associées maintenant à la partie fondue) on a d'après ce qui procède : te-/", (il) ( p" , - P-" . ) 2 K +2 p +1 Cette valeur doit être comparée à la valeur de consigne tg . L'impulsion , extraite de chaque train d'impulsions au moyen du circuit de détermination d'amplitude et possédant l'amplitude maximale amax ( pouvant être considérée comme constante ), sert en même temps de signal pour déter-iiner les deux impulsions suivant directement cette impulsion et la valeur de tg oC dérivée de celle-ci et doit particulièrement être mise en évidence et également être comparée avec les valeurs de consigne tg programmées qui correspondent. ✓ x La valeur suivante devant particulièrement être mise en évidence pour tg^f'^est fournie lorsque l'on utilise une zone en fusion posséda; t un étranglement. Dans ce cas tg0 doit être.maintenue fixe et être comparée avec ln valeur de consigne tg ^correspondante. La valeur réelle tg $ apparaît comme ' \Ç M î la valeur minimale de toutes les valeurs tg X' du ^ cycle de balayage. Cette valeur est déterminée sans difficulté n l'aide d'un calculateur digital. Finalement lorsque l'on utilise l'angle ^ com"ie critère, les impulsions p/ et la valeur de tg 5 doivent ^ . ' .1M être maintenues n.nstantes et etre com ^and^es. La valeur de tg|-> M provient, com e mentionna ci-dessus, des impulsions P;. , et U , '=- Pi o » précédant immédiat binent dan le temps l'impulsion Py V — et/ou de leur longueur p.' ^ ^ et p/j, -> • Peut f cile^ent combiner un dispositif serv nt n calculer et à interpréter la valeur de tg u , donc de tg V , à un circuit de mesure connu en soi f ! servait à déterminer la valeur de l'amp'itude des impulsions. Lors de la fabrication de tiges de silicium sans dislocations, il est courant de créer une zone en fusion à l'extrémité d'une tir BAD ORIGINÀt/ 72 09619 16 2130453 fusion déplacée de haut en bas ( procédé par paliers) qu'avec une zone er fusion déplacée de bas en haut, la zone en fusion présentant la forme correspondant à la figure 1 ( cf. Figure 5 ) lors de la réalisation de la pnrtie conique. Dans un tel procédé, on peut distinguer plusieurs phases opératoires qui doivent être contrôlées pour une bonne programmation 1) R-'nlisation de la partie cylindrique du matériau recristallisant à partir de la zone en fusion. 2) Réalisation de la partie conique en tant que transition entre le germe et la partie de tige cylindrique du matériau recristallisant à partir de la zone en fusion. 3) Réalisation du col lors de la fabrication des tiges sans dislocations. 4) Adaptation des conditions initiales J.ors de la fusion simultanée du germe et de la zone en fusion. Pour l'établissement d'un programme on doit prédéterminer de façon sûre et/ou pouvoir prédéterminer : 1) Le diamètre de la tige en fonction de la coordonnée axiale x„ 2) La vitesse de déplacement de la zone en fusion en fonction de la valeur de coordonnée axiale x. 3) La rotation de la tige atitour de son axe vertical X. -t ) La position horizontale de la source de chauffage, en particulier de la bobine d'induction. 5) L'excentricité de la tige par rapport n la bobine. Quelques grandeurs sont des paramètres de fonctionnement qui doivent être pré-réglé 5 ou connus, par exemple : 1) La géométrie du circuit secondaire et/ou des bobines ( lors d'un couplage inJuctif de la bobine d'induction créant la zone en fusion )„ 2) Le couplage du génér. teur de courant fournissant l'énergie pour la bobine d'induction. Durant la mise eri oeuvre du procédé de fusion de zone et par conséquent durant le déroulement du programme, on doit cependant effectuer des corrections sur les grandeurs suivantes : BAD ORIGINAL 72 09619 17 2130453 1) Ecartement axial des parties de tige supportant 1* zone en fusion. 2) Fréquence du courant alternatif servant au chauffage de la zone en fusion ( fréquence du générateur ). 3) Energie de fusion h) Position de la bobine de chauffage par rapport à la tige à faire fondre et/ou à la zone en fusion créée. Ces quatre grandeurs ne sont pas indépendantes le-' unes des autres. Une correction de la grandeur h n'est probablement nécessaire que pour l'établissement de conditions initiales bien déterminées. Il est possible que l'on ait des problèmes lors de 1'apparition de renflements sur la tige de semiconducteur croissant à partir de la zone en fusion, ainsi que lors de l'apparition de renflements annulaires, en particulier lors de la production de zones de transition coniques lors de la fusion d'un petit germe cristallin sur une tige épaisse servant h la fusion de zone. Pour la partie de tige cylindrique, lors de la variation du dianètre, il est nécessaire d'avoir une modification du volume de la zone en fusion. La puissance fournie à la îîone en fi"! ion, et par conséquent le chauffage de la zone en fusion .peuvent rester conatanrs s'il ne s'agit pas de variations importantes. Il est aussi possïbLe de faire varier le volume de la zone en fusion en faisant varier la fréquence du courant électrique réalisant le chauffage de la zone en fusion. S'il eat possible de réaliser une mesure absolue d'> diamètre, il est recommandé de corriger le volume de la zone er. fusion par l'intermédiaire d'un circuit de réglage subordonné jusqu'à ce que le diamètre de la zone en fusion corresponde. Cornue déjà décrit de façon détaillée, dans tous les cas les informations nécessaires pour 1f régulation et/ou la coir-ande programmée lu processus peuvent être prélevées elles-mêmes uniquement à partir1 du profil de la zone en fusion. Il peut être nécessaire, lorsqu'il n'existe pas de relation de symétrie de rotation, de prévoir deux caméras de télévision dont les systèmes optiques sont orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Les angles et/ou , |î),H devant être surveillés ou contrôlés suivant l'invention peuvent être utilisés comme sources d'informations, comme décrit ci-dessus. 72 09619 18 2130453 Pour la régulation, leur valeur peut aussi être déterminé», par expérience au moins pour la fusion de Zone de tige en silicium de la façon suivante : 1) Lors d'un chauffage inductif de la zone 5 en fnsion ( figures 1 et 5 )» en pratique les angles ol et dépendent de façon particulière de l'écartement axial des parties de tige solides supportant la zone en fusion et l'angle $ dépend en particulier du chauffage de la zone en fusion. Cela est aussi valable pour la distance _s existant entre le bord inférieur de 10 la zone en fusion et 1-; bobine d'induction. Ces considérations ne sont cependant valables que tant qu'aucun champ d'appoint particulier n'entre pas en jeu,, Cependant il est recommandé de régler l'écartement des deux parties de tige 1 et 2 pour régler les angles et ^ , et de régler le chauffage de la zone en fusion 15 pour régler les angles oi. et % . Les problèmes posés par l'apparition de tiges qui ne sont pas rondes, ce qui arrive en particulier lors de la fabrication de tiges sans dislocations, sont résolus par exemple du fait que l'on effectue le balayage après avoir déterminé la 20 position du renflement en synchronisme avec la rotation de la tige à fondre, en particulier de la partie de tige recristallismt à partir de la zone en fusion, de façon à toujours considérer le diamètre le plus faible comme grandei.r de mesure et de réglaget, On doit également supposer que l'apparition 25 de renflements annulaires peut être largement évitée lors d'une programmation correspondante de la position horizontale des bobines . Il apparaît avantageux, comme on l'a déjà mentionné, de réaliser digitalement le traitement des informa— 30 tions, d'autnt plus que la caméra de télévision fournit les diamètres par comptage de la largeur de la zone, et par conséquent sous forme digitale„ De même, la fréquence du ^l'ni'rateur doit être d'termin'e le plus avantageusement par comptage„ Finalement l'énergie fournie à la zone en fusion et/ou au dispositif 3 5 de chauffage peut aussi être facile.-ent représentée sous cette forme au moyen d'un voltmètre digital„ Du point de vue de la construction des circuits de réglage pour une commande et un réglage paramétriques, er particulier en fonction du diamètre du matériau recristalli-■'■»0 sant à partir de la zone en fusion, on peut se reporter aux 72 09619 brevets allemands n° 1 O') "î^T et 1 t '>71 Etant donné que dans le procéd ' suiv t ! ' invention il * ' a fit d ' une conp-'ande et d'un réglage à l'aide d'au moins trois paramî'tre? le dispositif doit en outre être dimensionnp de façon correspondante. BAD ORIGINAL 72 09619 20 2130453 R E V E N D T C 4 T I O N S I . Procédé pour la fusion en zone flottante d'une tige de maf'riau semiconducteur, en particulier de sili-5 c ium, disposée verticalement, à l'aide d'un dispositif de chauffage, entourant coaxialement la tige et pouvant être iéplac' parallèlement à son axe, pour produire la zone en fusion, procé-dé dans lequel les images, prises successivement par une cann'ra de télévision avec des conditions de prises de vues maintenues 10 constantes, de la zone en fusion dans les différer tes positions dans la tige, servent à produire des impulsions électriques comportant des informations concernant la section transversale des différentes parties de la tige recristallisant à partir de 1- zone en fusion, ces informations ('tant utilisées pour com-15 mander 1 * alimentation du dispositif de chauffage et/ou 1 ' ''carte-ment axial de° parties de tige fixes supportant la zone en fusion et/ou un champ électromagnétique d'apx>oint d 11s le sens souh: it ' pour la régulation de la section transversale du matériau recristallisant à partir de la zone en fusion sur une valeur de consigne do née, caractérisé par le fait que des informations servant au contrôle de la zone en fusion sont aussi extraites des impulsions fournies par la caméra de télévision en utilisant les angles formés par deux tangentes au profil de la zone en fusion avec 1 ' ax 2U Proc ''dé suivant 1 revendication 1, 3^ caractérisé par le fait que lorsque la zone en fusion est déplacée de haut en bas dans la tige utilisée peur la fusion de zone, outre le diamètre du matériau recristal 1is ant à partir de la zone en fusion, on contrôle de façon permanente l'angle 6 formé par la tangente au point correspondant au front de cristallisation ^ ' su. le rofil de la zone en -fusion et par l'axe vertical de la tige et l'angle formé par la tangente au point correspondant au front de fusion sur le pr fil de la zone en fusion et par l'axe vertical de la tige. 3. Procédé suivan' la revendication 1, caractérisé par le fait que lorsque la zone en fusion est dépla- bad original 72 09619 21 2130453 cée de bas en haut le long de la tige utilisée pour la fusion de zone, on contrôle l'^n^le <>i formé par la tangente au point corro';poniiant au front de cristallisation sur le profil de la zone en fusion et par l'axe vertical de la tige, et l'angle 5 5 formé par la tangente au point d'inflexion du profil de la zone en fusion et par l'axe vertical de la t ige, et/ou l'angle forné par la tangente au point correspondant au front de fusion sur le profil de ln zone en fusion et par l'axe vertical de la tige. 10 ''t. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, ou 3» caractérisé "nr le fait que 1a cam'ra de télévision est orientée p- 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que l'image prise par la cam'ra de télévision est balnyée par le faisceau électronique durant des cycles de balayage se suivant à des intervalle' de ter"ps réguliers et 20 est utilisée pour produire des impulsions (p) correspondant à une des lignes de balayage (.- ) prévues. h. Procédé suivant la revendication 5j caractérisé par le fait que les différentes impulsions successives p/* du m ieme cvcle de balavage sont utilisées pour dé terrai-^ 7 ' .H ner la valeur de la fonction tangente des angles H' formée, par & la tan,-ente u point du propil de la zone en fnsion, corre-pon- M dant respectivement a l'impulsion conceni e, et par l'axe vertical de la tigeu 7„ Procéd'' suivant l'une des revendications 30 I, 2, 3, , 5 ou h, carnet'ri sé par le fait que pour chacun des m cycles de balav-ge prévus au total, une valeur de consigne est prédéterminée, pour' le diamètre l de la tire et les valeurs de la fonction tangente des angles .*L , 0 et.'ou $ , que durant le processus de fusion de zone et durant le M 1 rae cycle de brlaya-3~> ge , sont comparées aux valeurs réelles , tg ' , tg , t?: dérivées des impulsions p "* fournie?» par la caméra de télévision et s1 ivnnt la différence déterminée, J -» valeur réelle de ce paramètre es> ajustée sur la valeu; de consigne, 8, Procédé suivant l'une des revendications (0 I, 2, 3, '1, 5. 6 ou 7, caractérisé par le fait que lorsque la bad original 72 09619 22 2130453 zone en fusion est déplacée de bas en haut dans la tige utilisée pour la fusion de zone et est chauffée induetiveraent, en particulier lorsque l'on utilise une bobine droite plane comme bobine d'induction, les nngles et/ou formés par ieg tangentes aux points limites du profil de la zone en f sion et du matériau solide avec l'axe vertical de !a tige sont réglés et/ou commandés pnr modification de l'écartenent entre les deux parties de tige solides supportant la zone en fusion, et 1'angleïformé par la tangente au point d'inflexion du profil de la courbe avec l'axt vertical de la tige est régi-' et/ou commandé en modifiant l'énergie fournie à la bobine d'induction. BAD ORIGINAL