DE1007885B

DE1007885B - Heizanordnung fuer Halbleiterkristall-Zieheinrichtungen, welche vorzugsweise nach dem Schmelzzonenverfahren arbeiten

Info

Publication number: DE1007885B
Application number: DES44957A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Heywang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-07-28
Filing date: 1955-07-28
Publication date: 1957-05-09

Description

Heizanordnung für Halbleiterkristall-Zieheinrichtungen, welche vorzugsweise nach dem Schmelzzonenverfahren arbeiten Bekanntlich wirken Kristallgitterstörungen in Halbleitereinkristallen, besonders aus Germanium oder Silizium oder AIII-Bv-Verbindungen usw., als Rekombinationszentren. Solche Störungen entstehen zum Teil bereits bei der Kristallherstellung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanordnung für Halbleiterkristall-Zieheinrichtungen, welche vorzugsweise nach dem Schmelzzonenverfahren arbeiten.
Gemäß der Erfindung wird das Entstehen solcher Kristallgitterstörungen beim Ziehen von Einkristallen, vorzugsweise Halbleitereinkristallen, aus der Schmelze dadurch vermieden, daß durch entsprechende Beheizung der Umgebung der Erstarrungsfront im Halbleiterkristall ein möglichst flacher Temperaturgradient von der Erstarrungsfront in das Innere des bereits erstarrten Halbleiterkristallstiickes hinein sich erstreckt. Diese Maßnahme ist nicht nur beim Ziehen des Kristalls aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze, sondern besonders auch bei einem tiegellosen Kristallziehvorgang anzuwenden, welcher in bereits vorgeschlagener Weise durch Hindurchziehen einer Schmelzzone durch einen an den Enden gehalterten und vorzugsweise senkrecht angeordneten Halbleiterstab durchgeführt wird. Jedoch auch bei der Herstellung von Einkristallen durch Anwendung des Schmelzzonenverfahrens in einem schiffchenförmigen Tiegel ist der Erfindungsgedanke mit Vorteil zu beachten. Die Beheizung, welche den flachen Temperaturgradienten bedingt, kann entweder durch die zur Erzeugung der Schmelzzone dienende Heizvorrichtung auf Grund deren zweckmäßiger Ausbildung selbst oder durch zusätzliche Heiz- und/oder Kühlmittel bzw. Blenden bewirkt werden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen stehförmigen Halbleiterkörper aus Germanium und/oder Silizium, welcher senkrecht angeordnet und an den Enden gehaltert ist. 2 bedeutet eine Hochfrequenzspule, mittels deren eine Schmelzzone im Halbleiterstab erzeugt wird, welche in Richtung des Pfeiles 3 von unten nach oben durch den Stab hindurchgezogen wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Hochfrequenzspule aus zwei Teilen a und b von verschiedener Heizwirkung. Der Teil a weist eine größere Anzahl engerer Windungen, dagegen der Teil b eine kleinere Zahl weiterer Windungen auf. Dies bedingt eine geringere Heizwirkung des Teiles b. Hierdurch wird auf der unteren Seite der Erstarrungsfront ein flacherer Temperaturgradient bewirkt. Gegebenenfalls ist der Teil b so auszubilden, daß an seinem Ende nur noch eine Glüh-, jedoch keine Schmelzwirkung mehr erzielt wird oder nur noch eine Heizwirkung unterhalb der Glühtemperatur. Die beiden Teile a und b können in Abwandlung des Ausführungsbeispiels ui jter Umständen auch stetig ineinander übergehen. Unter Umständen genügt die Variation der Ganghöhe allein oder die Variation der Windungsweite allein.
Eine andere Abwandlung des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Spule symmetrisch ist mit einem mittleren Windungsbereich höchster Heizwirkung. In diesem Fall kann die Spule auch in der entgegengesetzten Richtung von oben nach unten zur Kristallerzeugung benutzt werden. Für eine Strahlungsiheizung gelten entsprechende Voorschriften. Gegebenenfalls kann noch eine zusätzliche Beheizung der von der Erstarrungsfront entfernteren Stellen des bereits erstarrten Einkristallstückes durch andere Heizmittel erzielt werden; beispielsweise können diese Teile mit Gleichstrom vorgeheizt werden.
In Fig. 2 ist eine andere, gegebenenfalls zusätzliche Möglichkeit zur Herabsetzung des Temperaturgradienten beispielsweise dargestellt. 1 bedeutet wiederum den Hälblei-terkri.stala mit einer Schmelzzone 4, welche in diesem Fall von oben nach unten in Richtung des Pfeiles 5 durch den Stab 1 hindurchgezogen wird, mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Heizvorrichtung, welche gegebenenfalls nach Art der in Fig. 1 skizzierten Heizeinrichtung ausgebildet sein kann. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist am oberen Stabende eine Verengung 6 angebracht, welche als Wärmedrossel wirkt und ebenfalls eine Abflachung des Temperaturgradienten bewirkt. Die Wärmedrossel läßt sich unter Umständen auch in anderer Weise ausbilden, beispielsweise dadurch, daß die Halterung am Ende gut wärmeisoliert ausgebildet ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Heizanordnung für Halbleiterkristall-Zieheinrichtungen, welche vorzugsweise nach dem Schmelzzonenverfahren arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Beheizung der Umgebung der Erstarrungsfront im Halbleiterkristall ein möglichst flacher Temperaturgradient von der Erstarrungsfront in das Innere des bereits erstarrten Halbleiterkristallstückes hinein sich erstreckt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer nach dem Prinzip des Schmelzzonenverfahrens arbeitenden Halbleiterkristall-Zieheinrichtung die zur Erzeugung der Schmelzzone dienende Heizvorrichtung selbst derart ungleichförmig ausgebildet ist, daß sie die gewünschte Ausbildung des flachen Temperaturgradienten begünstigt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung symmetrisch derart ausgebildet ist, daß sie in der Mitte die größte Heizwirkung besitzt.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung als Hochfrequenzspule und/oder Glühspule ausgebildet ist und außer einem Wicklungsteil hoher Heizwirkung mit Windungen mit kleinem Radius undioder kleinfern Wicklungsabstand mindc-stens einen zweiten Teil aufweist, welcher aus Windungen mit größerem Radius und/oder größerem Wicklungsabstand besteht.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erstarrte Kris.ta,llteil zusätzlich beheizt, gegebenenfalls mit Gleichstrom vorgeheizt ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im bereits erstarrten Kristallteil Mittel zur Verringerung der Wärmekonvektion vorgesehen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des erstarrten Teiles eine Wärmedrossel, beispielsweise in Form einer Ouerschnittsverengung, vorgesehen ist.