CH383010A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kristallinen Körpers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kristallinen Körpers

Info

Publication number
CH383010A
CH383010A CH5159257A CH5159257A CH383010A CH 383010 A CH383010 A CH 383010A CH 5159257 A CH5159257 A CH 5159257A CH 5159257 A CH5159257 A CH 5159257A CH 383010 A CH383010 A CH 383010A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
melt
mass
silicon
rod
coil
Prior art date
Application number
CH5159257A
Other languages
English (en)
Inventor
Frank Sterling Henley
John Raymond Frederick
Original Assignee
Standard Telephon & Radio Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB31424/56A external-priority patent/GB829422A/en
Application filed by Standard Telephon & Radio Ag filed Critical Standard Telephon & Radio Ag
Publication of CH383010A publication Critical patent/CH383010A/de

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/02Elemental selenium or tellurium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/027Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/029Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/04Hydrides of silicon
    • C01B33/043Monosilane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/04Hydrides of silicon
    • C01B33/046Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/08Germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description


  Verfahren und Vorrichtung zur     Herstellung    eines     kristallinen    Körpers    Die vorliegende Erfindung betrifft ein     Verfahren     und eine Vorrichtung zur Herstellung eines kristalli  nen Körpers, z. B. eines kristallinen Körpers aus Halb  leiterstoff hoher Reinheit.  



  Bei der Herstellung von Halbleiterstoffen, wie  z. B. Germanium oder Silicium. ist es bekannt, einen  Block oder Körper des reinen Halbleiters in einem       Tie-el    zu schmelzen und einen Kristallkeimling in die  Schmelze zu tauchen und hierauf den Kristall aus der  Schmelze herauszuziehen, um beispielsweise einen  monokristallinen Stab des Halbleiterstoffes herzu  stellen.  



  Bei Anwendung dieses Verfahrens auf Silicium  haben sich     insofern    Schwierigkeiten ergeben, als sich  kaum ein geeignetes     Tiegelmaterial    finden     lässt,    wel  ches nicht am Silicium haftet oder dieses verunreinigt.  



  Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht  daher in der Schaffung eines Verfahrens und einer  Vorrichtung, mit deren Hilfe, z. B. ein Stab aus rei  nem Silicium oder einem anderen Halbleiterstoff  durch ein Ziehverfahren hergestellt werden kann,  welches ohne die Verwendung eines Tiegels aus  kommt.  



  Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur  Herstellung eines kristallinen Körpers, wie z. B. eines  Halbleiterkörpers, durch Ziehen eines Kristallkeims  aus einer Schmelze, welches sich dadurch auszeich  net, dass man zur Erzeugung der Schmelze eine feste  praktisch     stabförmige    Masse     verwendet,    wobei ein  begrenzter Teil des Stoffes am oberen Ende der ge  nannten Masse im geschmolzenen Zustand gehalten  wird, während der kristalline Körper aus dieser  Schmelze gezogen wird.  



  Nachstehend wird die Erfindung beispielsweise  unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu  tert.    Die     Fig.    1 zeigt eine     Perspektivansicht    einer Kon  zentrationsspule, welche zur Erhitzung von Silicium  verwendet wird,  die     Fig.    2 einen     Axialschnitt    durch die Konzen  trationsspule,  die     Fig.    3 schematisch ein Beispiel einer Vorrich  tung zum Ziehen eines     Siliciumstabes    ohne Verwen  dung eines Tiegels und  die     Fig.    4 ein weiteres Beispiel einer solchen Vor  richtung.  



  Die in der     Fig.    1 dargestellte Konzentrations  spule 1 weist die Form einer hohlen Kupferbüchse  von ringförmiger Gestalt auf, welche durch einen  schmalen Schlitz 2 getrennt ist. Das Profil     desjenigen     Teiles der Büchse, welche die     zentrale    Öffnung 3 um  gibt, ist in der     Fig.    2 im Schnitt dargestellt, welcher  Schnitt durch die Achse der     Öffnung    3 und parallel  zur Vorderseite 4 der Büchse geführt ist. Das Profil  ist verjüngt, so dass die Breite der Kante an der  Öffnung 3 kleiner ist als die Breite der Seite 5 der  Büchse.  



  Die Büchse weist hohle     Verlängerungen    6 und 7  auf entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 2 auf,  mittels welcher sie an den schweren Platten 8 und 9  befestigt ist, die ihrerseits beispielsweise durch Bolzen  mit den Klemmen der Sekundärwicklung eines (nicht  gezeigten) Leistungstransformators verbunden sind,  welcher hochfrequente Wechselströme an die Spule 1  abgibt.  



  Die Rohre 10 und 11 stehen mit den Innenseiten  der     Verlängerungen    6 bzw. 7 in Verbindung und  werden als Einlass und     Auslass    für das durch die  Kupferbüchse fliessende Kühlwasser verwendet.  



  Im Schema der     Fig.    3 ist eine Glas- oder Quarz  röhre 12 mit Endplatten 13 und 14 vorgesehen,  welche zwei Stäbe 15 und 16 enthält, die koaxial      angeordnet sind. Der Stab 15 trägt an seinem Oberende  eine praktisch     stabförmige    Masse 17 aus reinem  Silicium. Der Stab 16 trägt an seinem unteren Ende  einen     Siliciumkeimling    18. Die Platten 13 und 14  tragen Rohre 19 und 20. Durch das Rohr 19 wird  Argon oder ein anderes     inertes    Gas eingelassen und  durch das Rohr 20 ausgelassen, so dass innerhalb des  Rohres 12 eine     inerte    Atmosphäre besteht.  



  Die in der     Fig.    1 dargestellte Spule 1 umgibt das  Rohr 12 auf der Höhe der Oberseite des     Silicium-          körpers    17. In der     Fig.    3 ist nur ein Teil dieser  Spule 1     schematisch    dargestellt. Durch das elektro  magnetische Feld der Spule 1 wird ein begrenzter  Teil des Siliciums am Oberende des     praktisch        stab-          förmigen    Körpers 17 zum Schmelzen gebracht. Dieses  geschmolzene     Siliciumteil    entspricht der Schmelze,  welche beim bisher bekannten Verfahren in einem  Tiegel enthalten ist.  



  Der Stab 16 wird zuerst nach unten verschoben,  so dass der Keimling 18 in die erwähnte Schmelze  eintaucht, wobei die Spitze des Keimlings zuvor ge  schmolzen worden ist. Durch einen geeigneten, nicht  dargestellten Mechanismus werden hierauf die Stäbe  15 und 16 kontinuierlich gedreht und mit einer  solchen Geschwindigkeit nach oben gezogen, dass ein  geschmolzener Bereich 21 zwischen dem Körper 17  und dem Keimling 18 erhalten bleibt. Ein     verfestigter          Siliciumstab    wird durch dieses Vorgehen durch den  Stab 16 aus dem Körper 17 herausgezogen, da der  Stab 16 mit grösserer Geschwindigkeit nach oben  gezogen wird als der Stab 15.

   Die Geschwindigkeit,  mit welcher sich der Stab 15 nach oben bewegt, ist  so     gewählt,    dass der Pegel des geschmolzenen Be  reiches bezüglich des Pegels der Spule 1 unverändert  bleibt.  



  Das Profil der in der     Fig.    2 im     Axialschnitt    gezeig  ten Spule 1 ist so gewählt, dass das auf das geschmol  zene Silicium einwirkende elektromagnetische Feld die  Oberflächenspannung unterstützt, um den geschmol  zenen Bereich     in        seiner    Lage zu halten, so dass kein  Überlaufen über die Ränder des Körpers 17 statt  findet.  



  Es empfiehlt sich, die Grösse des der Spule 1       zugeführten    Stromes und möglicherweise auch die Fre  quenz des Stromes so zu regeln, dass die zum Schmel  zen des Siliciums nötige Energie geliefert und ausser  dem durch das elektromagnetische Feld der Spule  genügend Hebekraft erzeugt wird, um den Schmelz  bereich des     Siliciums    zu stabilisieren, so dass an der  Zwischenfläche des wachsenden Stabes die gewünsch  ten Bedingungen vorhanden sind. Der verjüngte  Querschnitt der Spule 1 ist so gewählt, dass das elek  tromagnetische Feld eine solche Form aufweist,  dass der geschmolzene Bereich an seiner Lage gehalten  wird, d. h. zusammengehalten.  



  Infolge des ausserordentlich hohen spezifischen  Widerstandes von reinem Silicium im kalten Zustand  ist es schwierig oder unmöglich, durch die Spule 1  die Induktionserhitzung des Siliciums einzuleiten, und  um dieser Schwierigkeit zu begegnen, sind zwei     in    der         Fig.    3 im Querschnitt gezeigte Metallringe 22 und 23  vorgesehen, welche das Rohr 12 umgeben. Diese       Ringe    können beispielsweise aus rostfreiem Stahl be  stehen, und wenn der Erwärmungsvorgang eingeleitet  werden soll, werden die Ringe in der Nähe der Spule 1  verschoben. Die Ringe werden durch das elektro  magnetische Feld der Spule 1 erwärmt, und durch  Wärmestrahlung wird damit auch die obere Seite des  Körpers 17 und die Spitze des Keimlings 18 erwärmt.

    Sobald der Widerstand des Siliciums genügend ab  genommen hat, um     Erwärmung    durch direkte Kopp  lung mit der Spule 1 durchführen zu können, werden  die     Ringe    22 und 23 wieder in die gezeigte Lage  zurückgeführt.  



  Wenn der Ziehvorgang einmal begonnen hat,  werden die Stäbe 15 und 16, wie bereits erwähnt, mit  verschiedenen Geschwindigkeiten nach oben bewegt,  wobei diese Geschwindigkeit ungefähr umgekehrt  proportional zum Quadrat der Durchmesser des ent  sprechenden     Siliciumkörpers    und des gezogenen  Stabes sind.  



  Der beschriebene Ziehvorgang kann zur Her  stellung von monokristallinen oder polykristallinen  Stäben aus reinen     Siliciumkörpern    ohne Verwendung  von Tiegeln verwendet werden.  



  Es ist ersichtlich, dass infolge des Umstandes, dass  das geschmolzene Silicium in Berührung mit dem festen       Siliciumkörper    und dem gezogenen Stab steht, die Tem  peratur an der Schmelzstelle automatisch so lange auf  rechterhalten wird, als von der Spule 1 eine hinrei  chende Leistung abgegeben wird. Die durch das hoch  frequente elektromagnetische Feld hervorgerufene       Rührwirkung    trägt dazu bei, das geschmolzene Sili  cium auf dem Schmelzpunkt zu halten.  



  Eine gewisse Einstellung oder Regelung der der  Spule zugeführten Leistung ist nötig, weil beispiels  weise eine Zunahme der Leistung die Menge des  geschmolzenen Siliciums erhöht, ohne die Temperatur  zu erhöhen, so dass das Silicium aus diesem Grunde  überlaufen kann. Anderseits kann eine Abnahme der  zugeführten Leistung zu einer gewissen Erstarrung  des Siliciums führen. Die notwendige Regelung ist  jedoch bedeutend weniger kritisch als bei bekannten  Anordnungen, welche Tiegel verwenden. und es hat  sich als einfach erwiesen,     Siliciumstäbe    mit praktisch  konstantem Durchmesser durch den beschriebenen  Ziehvorgang herzustellen.  



  Weiter ist zu erwähnen, dass eine geeignete Menge  von Fremdstoff dem geschmolzenen Bereich des Sili  ciums bei Beginn des Ziehvorganges beigegeben wer  den kann. Damit ist ein geringer Prozentsatz an       Fremdstoff    im gezogenen     Siliciumstab    vorhanden.  Da das Volumen des geschmolzenen Bereiches prak  tisch konstant bleibt und reines Silicium ohne wesent  lichen     Fremdstoffgehalt    dauernd von unten zugeführt  wird, um das aus dem Schmelzbereich aufgenommene  Silicium zu kompensieren, weist der     Siliciumstab    über  seine Länge einen praktisch gleichförmigen spezi  fischen Widerstand auf.

   Dies ist besonders dann der       Fall,        wenn    der     Absonderungskoeffizient    des Fremd-           stoffes    klein ist, d. h. wenn die Löslichkeit des Fremd  stoffes in der flüssigen Phase des     Siliciums    bedeutend  grösser ist als in der festen Phase.  



  Nach Beendigung des Ziehvorganges kann der  gezogene Stab, falls erwünscht, unmittelbar einer       Zonenraffinierung    in der gleichen Apparatur gemäss  einem bekannten Verfahren unterworfen werden.  



  Es ist zu erwähnen, dass die hier beschriebenen  Vorrichtungen mit Apparaturen kombiniert werden  könnten, welch letztere der thermischen Zersetzung  oder Spaltung von     Silan    zwecks Herstellung von  reinem Silicium dienen, und zwar derart, dass sich  nach der Erzeugung des reinen     Siliciumkörpers    der  oben beschriebene Ziehvorgang unmittelbar an  schliesst, ohne dass der erzeugte     Siliciumkörper    aus der  Apparatur entfernt wird. Dadurch wird jede unnötige  Manipulation des Siliciums vermieden, so dass die  Gefahr von Verunreinigungen minimal bleibt.  



  Der Durchmesser des Stabes, welcher mit der  Vorrichtung gemäss     Fig.    3 erzeugt werden kann, ist  durch verschiedene Faktoren begrenzt, von denen der  eine darin besteht, dass die Grösse des geschmolzenen  Bereiches, aus welchem der Stab gezogen wird, auf  weniger als den Querschnitt des     ursprünglicher.     Stabes begrenzt ist, von dem der neue Stab gezogen  wird, und dieser Querschnitt ist begrenzt durch die       Eindringtiefe    des     Hochfrequenzfeldes,    welches zum  Schmelzen des Siliciums oder Germaniums     verwendet     wird.  



  Bei einer Variante der oben beschriebenen Vor  richtung ist der ursprüngliche Stab aus Material, aus  dem der zu ziehende Stab gebildet wird, von einem  wassergekühlten Mantel aus einem Stoff umgeben,  welcher eine hohe thermische und elektrische Leit  fähigkeit aufweist, wie z. B. Kupfer, Silber oder  Gold. Das obere Ende des Stabes ragt ein wenig über  den Mantel hinaus, und dieser Teil des Stabes wird  dann zuerst vollständig geschmolzen, indem man ihn  durch Strahlungswärme auf ungefähr 500  C erhitzt  und hierauf durch ein hochfrequentes elektromagne  tisches Feld, wie dies eben beschrieben wurde. Der  wassergekühlte Mantel wirkt als elektrischer Schirm  und ändert den Verlauf des elektromagnetischen  Feldes derart, dass der Halbleiter über eine grössere  Fläche geschmolzen werden kann, als dies ohne den  Mantel möglich wäre.

   Somit kann ein Stab grösseren  Durchmessers verwendet werden, als dies mit dem  Verfahren und der Vorrichtung möglich ist, die zuerst  beschrieben worden sind.  



  Innerhalb des Mantels entsteht ein steiler ther  mischer Gradient, so dass für den Mantel Stoffe ver  wendet werden können, deren Schmelzpunkt tiefer  liegt als der Schmelzpunkt der zu schmelzenden     Stoffe     Die erwähnte abgeänderte Form der erfindungs  gemässen Vorrichtung wird nun anhand der     Fig.4     beispielsweise beschrieben, welche eine der     Fig.3     ähnliche Vorrichtung zeigt, wobei gleiche Elemente  in beiden Figuren mit den gleichen Überweisungs  zeichen versehen sind.

   In der     Fig.4    ist der     stab-          förmige    Körper 17 zusätzlich von einem hohlen Me-         tallmantel    24 umgeben, welcher beispielsweise aus  Kupfer besteht, und Wasser wird über die     Einlass-          und        Auslassrohre    25 und 26 durch den Mantel 24  hindurchgeführt. Wie oben erwähnt, wird die Spule 1       mit    hochfrequenten Wechselströmen gespeist, wodurch  die Ringe 22 und 23 durch Induktion erwärmt werden.  Diese Ringe erwärmen durch Strahlung die Spitze des  Keimlings 18 und die Oberseite des Körpers 17.  



  Sobald der spezifische Widerstand der Spitze  des     Siliciumkeimlings    18 und des Oberteils des Kör  pers 17 genügend herabgesetzt worden ist, damit in  den beiden erwähnten Teilen induzierte     Hochfre-          quenzströme    fliessen können, werden die Ringe 22  und 23 aus dem Feld der Spule 1 entfernt, und es  entsteht ein geschmolzener Bereich an der Spitze  des     Siliciumkeimlings    und am oberen Ende des Kör  pers 17, und die Spitze des Keimlings wird in den  geschmolzenen Bereich des Körpers 17 eingetaucht.  



  Wie bereits beschrieben, werden die Stäbe 15  und 16 durch einen nicht gezeigten Mechanismus  dauernd gedreht und mit solchen relativen Geschwin  digkeiten nach oben bewegt, dass ein     verfestigter        Sili-          ciumaufbau    aus dem geschmolzenen Bereich heraus  gezogen wird, und dass der Pegel des geschmolzenen  Bereiches bezüglich des Pegels der Spule 1 unver  ändert bleibt.  



  Der obere Rand :des Mantels 24 verhält sich wie  ein geschlossener Leiter oder eine kurzgeschlossene  Windung, welche mit dem elektromagnetischen Feld  der Spule 1 gekoppelt ist. Dadurch wird das Feld  derart verändert oder verzerrt, dass die Hebekräfte,  .welche die Halterung des geschmolzenen Siliciums  unterstützen, derart geändert werden, dass eine grössere  Menge an geschmolzenem Silicium ohne überlaufen  beisammengehalten werden kann. Dadurch lassen sich  Stäbe mit grösserem Durchmesser ziehen, als dies  ohne Verwendung des Mantels möglich     wäre.     



  Es ist jedoch zu erwähnen, dass die gleichen Ver  hältnisse hinsichtlich der Halterung des geschmolzenen  Siliciums durch Verwendung eines Metallringes erzielt  werden könnten, welcher das obere Ende des     Körpers     17 umgibt und den Mantel 24 ersetzt, aber die Ver  wendung dieses Mantels hat den weiteren Vorteil,  dass er eine rasche Abkühlung für den Körper 17  ermöglicht, so dass das Silicium fast bis zur oberen  Fläche des Mantels erstarrt. Dadurch wird in wirk  samer Weise der  Boden  des geschmolzenen Berei  ches angehoben, so dass dieser über den Pegel der  Spule 1 erhöht werden kann. Dieser     Umstand    unter  stützt die elektromagnetischen Kräfte beim zusammen  halten einer     verhältnismässig    grossen Menge von ge  schmolzenem Silicium.  



  Es ist schliesslich noch zu erwähnen, dass im all  gemeinen der geschmolzene Stoff nicht mit dem  Mantel in Berührung kommt, da er durch die elektro  magnetischen Kräfte von diesem abgehalten wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung eines kristallinen Kör pers durch Ziehen eines Kristallkeims aus einer Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erzeugung der Schmelze eine feste praktisch stab- förmige Masse verwendet, wobei ein begrenzter Teil des Stoffes am oberen Eide der genannten Masse im geschmolzenen Zustand gehalten wird, während der kristalline Körper aus dieser Schmelze gezogen wird. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch 1, zur Her stellung eines praktisch reinen monokristallinen stab- förmigen Körpers aus Silicium, dadurch gekennzeich net, dass man zur Erzeugung der Schmelze eine feste stabförmige Masse aus praktisch reinem Silicium ver wendet, wobei ein begrenzter Teil des Siliciums am oberen Ende der Masse dauernd im geschmolzenen Zustand gehalten wird, dass man weiter die Spitze eines monokristallinen Siliciumkeims zum Schmel zen bringt, den Keim in die Schmelze taucht und dann nach oben von der Schmelze derart wegzieht, dass das Silicium sich laufend verfestigt,
    wodurch ein Stab zu nehmender Länge am genannten Keim entsteht. 2. Verfahren nach Patentanspruch I zur Herstel lung eines monokristallinen stabförmigen Körpers aus dotiertem Silicium, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erzeugung der Schmelze eine feste stab- förmige Masse aus praktisch reinem Silicium verwen det, wobei ein begrenzter Teil des Siliciums am oberen Ende der Masse dauernd im geschmolzenen Zustand gehalten wird, dass man der Schmelze einen Fremd stoff beigibt,
    dass man weiter die Spitze eines mono kristallinen Siliciumkeims zum Schmelzen bringt, den Keim in die Schmelze taucht und dann nach oben von der Schmelze derart wegzieht, dass das Silicium sich laufend verfestigt, wodurch ein Stab zunehmender Länge am genannten Keim entsteht. 3.
    Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man den genannten begrenzten Teil des Stoffes durch direkte Kopplung mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld schmilzt, welches praktisch auf den genannten Teil konzentriert ist, wobei das Feld so verläuft, dass es hebende Kräfte auf die Schmelze ausübt, welche die Oberflächen spannung der Schmelze unterstützen, um diese in einem begrenzten Bereich zusammenzuhalten. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man den genannten Körper und die genannte Masse mit solchen relativen Geschwindig keiten nach oben zieht, dass die Schmelze praktisch auf einer konstanten Höhe gehalten wird. 5.
    Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass man den genannten Körper und die genannte Masse dauernd um ihre Achsen dreht, während der Körper und die Masse nach oben ge zogen werden. 6. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass man einen geschlossenen Leiter verwendet, welcher mit dem elektromagnetischen Feld gekoppelt und bezüglich der genannten Masse koaxial in der Nähe ihres oberen Endes angeordnet ist, wobei der genannte Leiter eine solche Lage ein- nimmt, dass er das genannte Feld derart verzerrt, dass die genannten hebenden Kräfte erhöht werden. 7.
    Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der genannte geschlossene Leiter durch das obere Ende eines metallischen Mantels mit hohlen Wänden gebildet wird, welcher die genannte Masse umgibt, wobei der Mantel aus einem Stoff mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit be steht und dauernd durch ein innerhalb der hohlen Wände zirkulierendes Kühlmittel gekühlt wird.
    PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen oberen Halterungsstab (16) und einen unteren Halte- rungsstab (15), welche Stäbe innerhalb einer Um hüllung (12) koaxial angeordnet sind, weiter durch Mittel zur Anbringung der genannten Masse am oberen Ende des unteren Halterungsstabes, Mittel zur Anbringung eines Keims des Stoffes der Schmelze am unteren Ende des oberen Halterungsstabes, weiter durch Mittel (1)
    zur Erzeugung eines konzentrierten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes zwecks Schmelzung der Spitze des Keims und zur Aufrechterhaltung eines dauernd geschmolzenen be grenzten Teiles auf der Oberseite der genannten Masse, weiter durch Mittel, um die geschmolzene Spitze mit der Schmelze in Berührung zu bringen, und schliesslich durch Mittel, um hierauf beide Halterungs- stäbe mit derart verschiedenen Geschwindigkeiten nach oben zu bewegen, dass ein Stab des genannten Stoffes kontinuierlich aus der genannten Schmelze ziehbar ist, während die genannte Schmelze praktisch auf einem unveränderten Pegel bleibt. UNTERANSPRÜCHE B.
    Vorrichtung nach Patentanspruch 11, gekenn zeichnet durch Mittel. um die genannten Halterungs- stäbe gleichzeitig mit einer nach oben gerichteten Be wegung dauernd zu drehen. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des genannten elektromagnetischen Feldes eine Spule mit einer Windung aufweisen, welche die Schmelze auf dem genannten unveränderten Pegel umgibt, und Mittel zur Speisung der genannten Spule mit hoch- frequentem Wechselstrom. 10.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Querschnitt der Spule so gestaltet ist, dass die durch das elektromagnetische Feld hervorgerufene und auf die Schmelze einwir kende Kraft dazu beiträgt, die Schmelze auf einem begrenzten Bereich zusammenzuhalten. 11. Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Spule eine prak tisch kreisförmige hohle Büchse ist, und dass Mittel vorhanden sind, um zwecks Kühlung der Spule dauernd Wasser durch die Büchse hindurchzuleiten. 12.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 9, gekenn zeichnet durch einen Metallring, der dazu dient, in eine solche Lage gebracht zu werden, in welcher er die genannte Masse oder den Keim umgibt und sich in der Nähe der genannten Spule befindet, so dass der genannte Ring durch Kopplung mit der Spule erwärmt wird, und durch Strahlung die genannte Masse oder den Keim vorerwärmt. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, gekenn zeichnet durch Mittel, um einen Strom eines inerten Gases dauernd durch die genannte Umhüllung hin durchzuleiten. 14.
    Vorrichtung nach Patentanspruch 11, gekenn zeichnet durch einen hohlen Mantel, welcher Mantel die genannte Masse umgibt und aus einem Material hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit be steht, und durch Mittel, um durch den Mantel eine Kühlflüssigkeit hindurchzuleiten.
CH5159257A 1956-10-16 1957-10-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kristallinen Körpers CH383010A (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB31424/56A GB829422A (en) 1953-09-25 1956-10-16 Method and apparatus for producing semi-conductor materials of high purity
GB1051357 1957-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH383010A true CH383010A (de) 1964-10-15

Family

ID=26247569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH5159257A CH383010A (de) 1956-10-16 1957-10-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kristallinen Körpers

Country Status (2)

Country Link
CH (1) CH383010A (de)
DE (1) DE1280820B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118127610A (zh) * 2024-04-30 2024-06-04 西安聚能超导磁体科技有限公司 一种晶体预热系统、磁控拉晶系统及晶体预热方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE642792C (de) * 1937-03-16 Wolfgang Fahrenhorst Dipl Ing Vorrichtung zum Herstellen von grossen Kristallen aus Schmelzen von Halogensalzen und anderen Salzen, wie z. B. Natriumnitrat

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118127610A (zh) * 2024-04-30 2024-06-04 西安聚能超导磁体科技有限公司 一种晶体预热系统、磁控拉晶系统及晶体预热方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE1280820B (de) 1968-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1769481C3 (de) Verfahren zum Ziehen eines einkristallinen Körpers aus der Schmelze eines kongruent und hochschmelzenden Materials und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Anm: Tyco Laboratories Inc., Waltham, Mass. (V.StA.)
DE68913237T2 (de) Siliciumgiessvorrichtung.
DE3876638T2 (de) Verfahren und anlage zum schmelzen und stranggiessen von metallen.
DE2242111B2 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Gußstücken mit gerichtet erstarrtem Gefüge
EP0021385A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Siliciumstäben
DE3529044A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum giessen von leitenden und halbleitenden materialien
DE1034772B (de) Verfahren zum Ziehen von spannungsfreien Einkristallen fast konstanter Aktivatorkonzentration aus einer Halbleiterschmelze
DE1519850C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen aus einer Schmelze
DE69403275T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalles
DE1533475B1 (de) Verfahren zur Herstellung parallel zueinander ausgerichteter Stengelkristalle
DE2805118A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleiterkoerpern
DE10392918T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters und Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters
DE1444530A1 (de) Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterstaeben
DE1298085B (de) Verfahren zur Herstellung von Einkristallen hoher Kristallguete durch Zonenschmelzen
CH383010A (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kristallinen Körpers
DE2245250A1 (de) Vorrichtung zum ziehen von kristallen, vorzugsweise einkristallen aus der schmelze
DE2635373A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen zuechtung von einkristallen bestimmter form
DE1519912B1 (de) Verfahren zum Herstellen von versetzungsfreiem,einkristallinem Halbleitermaterial
DE1719500A1 (de) Verfahren zur Zuechtung von Einkristallen
DE1644038B1 (de) Zonenschmelzverfahren
DE1240825B (de) Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial
DE1935372C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines kristallinen Körpers vorbestimmten Querschnitts aus einer Schmelze
DE2520764A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von bandfoermigen einkristallen aus halbleitermaterial
DE1264399B (de) Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
AT226782B (de) Verfahren zum Herstellen von langgestreckten, insbesondere bandförmigen Halbleiterkörpern aus einer Halbleiterschmelze und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens