DE1080071B - Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze Einkristalle für Halbleiteranordnungen auf der Basis von Silizium oder Germanium, z. B. für Dioden, Flächengleichrichter, Transistoren oder Fotozellen, werden durch Eintauchen eines Einkristalls in eine Schmelze und langsames Herausziehen unter Drehen erhalten.
• je gleichmäßiger und störungsfreier dabei der Kristall wächst, um so weniger Fehler wird er aufweisen. Die beiden schädlichsten Einflüsse sind wechselnde Temperatur des Schmelzgutes und unregelmäßige, mechanische Stöße und Erschütterungen beim Wachstum.
• Diese Bedingungen werden von der folgenden beispielsweisen Erläuterung der Vorrichtung zum Einkristallziehen erfüllt: Der Impfkristall 1 ist an einem Quarzstab 2 befestigt, der oben in bekannter Weise mit dem Schwimmer 3 verbunden ist. In dem feststehenden, mit Öl gefüllten Gefäß 4 kann der Schwimmer mit Quarzstab und Impfkristall frei beweglich rotieren, sobald das Öl 5 mit einem magnetischen Rührwerk 6 von außen in Rotation versetzt wird. An Stelle von Öl kann auch jede nicht aggressive Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck und geringer Viskosität verwendet werden. Drückt mit Hilfe des Motors 7 der Kolben 8 das Öl aus dem Vorratsgefäß 9 durch die verbindende Leitung 10, so hebt sich das Ölnivan. Parallel zu diesem Arbeitssystem befindet sich das vergleichende System, bei dem analog mit Hilfe des Motors 11 der, Kolben 12 aus dem Vorratsgefäß 13 das 01 in das Gefäß 14 hineinpumpen kann. Für den Druckausgleich der beiden Systeme sorgt Leitung 15 und die genau waagerecht angeordnete Kapillare 16. In ihr befindet sich eine Doppelwendel aus Widerstandsdraht 17, die ein Quecksilbertröpfchen 18 kurzschließt. Die von der Stellung des Quecksilbertropfens abhängigen Widerstandswerte werden von einem Röhren- oder Transistorverstärker 19 üblicher Bauart verstärkt und steuern über Regeldrosseln den Heizkreis des elektrischen Schinelzofens 20. An Stelle der Widerstandsmessungen mit Hilfe der Doppelwendel kann die jeweilige Stellung des Quecksilbertropfens ebensogut fotoelektrisch ausgewertet und Über entsprechende Verstärker dem Heizkreis des Schmelzofens zugeleitet werden.
• Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Das Silizium im Schinelztiegel sei flüssig. Mit Hilfe der Motoren 7 und 11 wird der Ölspiegel so weit gesenkt, daß der Impfkristall in die Schmelze taucht. Motor 11 sorgt durch Anheben oder Senken des Ölspiegels im Vergleichssystem 14 dafür, daß der Quecksilbertropfen 18 in der Mitte der Kapillare 16 steht. Sobald durch Handregelung der Ofenstroln auf thermisches Gleichgewicht gebracht ist, kann der Kristallisationsvorgang beginnen. Das magnetische Rührwerk 6 wird Z> el angestellt und läßt das Öl und damit Schwimmer mit Impfkristall rotieren. jetzt beginnen die Motoren 7 und 11 -den Ölspiegel in beiden Systemen gleichmäßig zu heben -. So lange kein Silizium an den Impfkristall anwächst, bleibt der Quecksilbertropfen unbeweglich stehen. Ist aber der Ofenstrom so eingestellt, daß Kristallwachstum stattfindet, so wird der Schwimmer 3 entsprechend der Gewichtsmenge des kristallisierenden SiLiziums zuzüglich der mit wachsender Kristallfläche zunehmenden Adsorptionskräfte Siliziuni fest - Silizium flüssig sinken und dadurch das Ölniveau heben. Nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße versucht das Öl über die Kapillare einen Ausgleich zu dem Gefäß 14 herbeizuführen. Der Quecksilbertropfen gerät in Bewegung. Durch Drehzahlerhöhung von Motor 11 entsteht ein ölrückdruck, und die Bewegung des Quecksilhertropfens wird aufgefangen. Er sucht sich dann zwangläufig die Stellung, beider die Widerstandswerte der Wendel 17 über den Verstärker 19 bei richtiger Polung den Heizstrom so einstellen, daß der aus der Drehzahlerhöhung resultierende ölrückdruck immer der kristallisierenden Gewichtsmenge Silizium proportional ist. Umgekehrt kann durch Änderung der Drehzahlerhöhung die Gewichtsmenge des kristallisierenden Siliziums beeinflußt werden, denn ähnlich wie bei einer Waage steht der von Motor 11 erzeugte Ölrückdruck im Gleichgewicht mit dem wachsenden Kristall plus Ad- häsionsspannung Silizium fest - Silizium flüssig, und der Quecksilbertropfen spielt zwangläufig den erforderlichen Heizstrom ein. Da die in der Zeiteinheit zu transportieren-den Ölmengen sowohl im Arbeitssystem wie im Vergleichssystem gering sind, kann eine weitere Vereinfachung dadurch erreicht werden, daß nur ein Motor verwandt wird, der den Pumpvorgang im Arbeitssysteni über ein Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis durchführt, während seine Verbindung zum Vergleichssystem über ein zweites Getriebe mit regelbaremÜbersetzungsverhältnis vorgenommen wird. Man kann so während der Kristallisation durch Änderung der Motordrehzahl die Ziehgeschwindigkeit variieren, ohne wesentlich den Querschnitt des Kristalls zu verändern, weil die Drehzahländerung sich im Vergleichssystem über das regelbare Getriebe verhältnisgleich auswirkt.
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Claims (2)

1. PATENTA NS PR C C 11 E - 1. Vorrichtung zum Aufwärtszichen von Einkristallen aus einer Schmelze mit einem an einem einen Schwimmer tragenden Stab befestigten Impfkristall, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinimer in einem ein magnetisches Rührwerk (6) und ein Öl enthaltendes Gefäß (4), das zur Änderung des Niveaus mit einem Zylinder (9), der einen durch einen Motor (7) beweglichen Kolben (8) enthält, über eine Leitung (10) verbunden ist, angeordnet ist.
2. 2. Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Regelung der Temperatur der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (4) über eine waagerechte Kapillare (16), in der sich ein Tropfen Quecksilber (18) befindet, und ü,b,er eineLeitung (15) mit einem weiteren, ein 01 enthaltenden Gefäß (14) verbunden ist, wobei das Gefäß (14) ebenfalls mit einem einen mit einem Motor (11) beweglichen Kolben (12) enthaltenden Zylinder (13) in Verbindung steht und der Quecksilbertropfen zur Steuerung der Heizung der Schmelze (20) dient. 3. Vorrichtung nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kapillare (16) eine Doppelwendel (17) aus Widerstandsdraht eingelassen ist, die über einen Verstärker und Regeldrosseln die Heizung der Schmelze steuert. 4. Vorrichtung nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Lage des Quecksilbertropfens in der Kapillare ein den Heiz - kreis regelndes Photoelement angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Chemie-Ingenienr-Technik, 1956, S.358.