DE1094711B

DE1094711B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstaeben, insbesondere aus Silizium

Info

Publication number: DE1094711B
Application number: DES62919A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Konrad R Dipl-Chem
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-05-08
Filing date: 1959-05-08
Publication date: 1960-12-15
Also published as: NL251304A; US3113841A; GB907764A; CH386116A; NL112832C; FR1261240A

Description

DEUTSCHES

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen, ζ. Β. zur Herstellung von hochgereinigten einkristallinen Halbleiterstäben oder beim Ziehen von dünnen Seelen, wird der Halbleiterstab vorteilhaft in senkrechter Stellung in einer Halterung gehaltert und in einer Vakuumkammer angeordnet. Mit einer durch hochfrequenten Wechselstrom beheizten und in Richtung der Stabachse beweglichen Spule kann der Stab in einer schmalen Zone geschmolzen werden, welche gegebenenfalls mehrmals in der gleichen Richtung durch den Stab bewegt werden kann. Zur Einleitung des Zonenschmelzvorganges muß der Halbleiterstab vorgewärmt werden, weil die geringe Leitfähigkeit des bereits sehr reinen Halbleitermaterials im kalten Zustand zur induktiven Erwärmung ohne weiteres nicht ausreicht. Aus diesem Grunde kann nach einem früheren Vorschlag um den Halbleiterstab an einem Ende ein geschlossener Ring aus Wolfram- oder Molybdänblech od. dgl. angeordnet werden. Ein solcher Ring wird durch die Heizspule induktiv aufgeheizt und überträgt die Wärme seinerseits durch Strahlung auf den Halbleiterstab. Statt dessen kann auf den Halbleiterstab an einem Ende beispielsweise eine Molybdänfeder aufgesetzt werden, die nicht nur zum Festklemmen des Stabes in der Halterung dient, sondern auch nach ihrer induktiven Erwärmung den Halbleiterstab durch Strahlung und Wärmeleistung vorwärmen kann.

Die bekannten Verfahren zur Vorwärmung des Halbleiterstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen haben jedoch den Nachteil, daß die Vorwärmzeit verhältnismäßig lang ist und das Anbringen der erforderlichen Hilfsmittel zur Wärmeübertragung umständlich ist und eine längere Zeit erfordert. Diese Nachteile können mit der Erfindung vermieden werden.

Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von durch Abscheidung aus einer gasförmigen Verbindung gewonnenen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silizium, für elektronische Zwecke. Erfindungsgemäß wird ein bei der Gewinnung des Halbleiterstabes an einem seiner beiden Enden eingewachsenes Stück aus reinstem Kohlenstoff, z. B. Spektralkohle oder Reinstgraphit, in die Zonenschmelzvorrichtung mitübernommen und zur Schaffung einer für die Einleitung des Zonenschmelzens erforderlichen gut leitenden Zone verwendet, indem es in an sich bekannter Weise induktiv beheizt wird.

Bei der Herstellung von Reinsilizium durch Abscheidung aus der Gasphase wird meist die dünne, stabförmige Siliziumseele nicht unmittelbar in die zur Stromzuführung dienende gekühlte Halterung eingesetzt, weil sie dann in der Nähe der Elektroden in-

Verfahren zum tiegelfreien

Zonenschmelzen von Halbleiterstäben,

insbesondere aus Silizium

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Konrad Reuschel,

PretzMd (OFr.),
ist als Erfinder genannt worden

-folge der guten Wärmeableitung kalt bleiben und dadurch der Widerstand für den Heizstrom zu groß werden würde. Man setzt deshalb vorteilhaft zwischen Halterung und Siliziumseele ein Kohle- oder Graphitstück ein. Kohlenstoff ist ein guter elektrischer Leiter mit hohem Schmelzpunkt, aber er leitet Wärme verhältnismäßig schlecht. Falls er in entsprechend reiner Form verwendet wird, besteht keine Gefahr der Verunreinigung des Halbleitermaterials. Beim Abscheidungsprozeß wird das der Siliziumseele benachbarte Ende des Zwischenstückes nahezu bis auf die Temperatur der Siliziumseele erhitzt, so daß auch auf diesem Ende Silizium abgeschieden wird, welches dieses Ende fest umschließt.

Diese feste Bindung des Kohle- oder Graphitstückes mit dem Halbleitermaterial ermöglicht nun in besonders einfacher Weise das Aufheizen des Siliziumstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen.

Man heizt deshalb beim tiegelfreien Zonenschmelzen das Kohlestück induktiv auf, so daß auch das benachbarte Silizium glühend und damit elektrisch gut leitend wird und infolgedessen nunmehr selbst Heizleistung induktiv aufnehmen kann. Diese Leistung wird zunächst so gering gehalten, daß das Silizium nicht schmilzt. Bei dieser Leistung wird die gut leitende Zone zum anderen Ende des Stabes hinbewegt. Dort wird die Leistung gesteigert und die glühende Zone zum Schmelzen gebracht; hierbei kann der Stab vorteilhaft an ein in der anderen Halterung eingespanntes Stück des gleichen Materials angeschmolzen werden. Das eingespannte Stück kann ins-

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besondere ein einkristalliner Impfling sein, so daß der Halbleiterstab durch das Zonenschmelzen in einen Einkristall verwandelt wird.

Zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung das zwecks Zonenschmelzen eingespannte Ende eines Silizium-Stabes mit einem Kohlezwischenstück schematisch dargestellt.

Die Figur zeigt einen Halbleiterstab 2, welcher durch Abscheidung von Silizium aus einer gasförmigen Verbindung auf einer dünnen Siliziumseele 3 hergestellt ist. Letztere ist in eine Bohrung eines Kohlezwischenstückes 4 eingesetzt, welches in dem beim Abscheidungsprozeß gewonnenen Siliziumstab, wie oben erwähnt, fest eingewachsen ist. Beim Zonenschmelzen wird der Siliziumstab 2 mit dem Kohlezwischenstück 4 in eine zylinderförmige Stabhalterung 5 eingesetzt, deren Innendurchmesser so groß ist, daß das Kohlezwischenstück darin im Gleitsitz gehalten wird, und mit zwei Schrauben 6 festgeschraubt. Die Stabhalterung 5 ist mit einer Antriebswelle 7 verbunden. Eine mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste Heizspule 8, welche hier als Flachspule mit drei Windungen ausgeführt ist, umschließt das Kohleansatzstück 4 und kann in Richtung der Stabachse bewegt werden. Die Spule besteht z. B. aus Silberrohren, die vom Kühlwasser, welches durch die Stromzuführungen 9 zugeleitet wird, durchflossen werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ergibt den Vorteil, daß der Siliziumstab in kurzer Zeit ohne jegliche zusätzliche Hilfsmittel allein durch die Heizspule induktiv aufgeheizt werden kann. Das Kohlezwischenstück wird in wenigen Sekunden induktiv erwärmt und die glühende Zone zur Anschmelzstelle des Impflings bzw. beim Dünnziehen zum freien Stabende gefahren, während bisher eine langwierige Vorwärmung erforderlich war. Das Zwischenstück wird vorteilhaft als Rundstab mit vorbestimmtem Durchmesser angefertigt. Dadurch kann der fertige Halbleiterstab in eine Halterung mit einer dem Durchmesser des Zwischenstückes entsprechenden Bohrung eingesetzt werden, was eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber dem Einbau der bisher zur Wärmeübertragung bei der Vorwärmung erforderlichen Hilfsmittel bringt. Außerdem ergibt das Verfahren eine Materialersparnis, weil bisher das von den Molybdänfedern, die zur Vorwärmung benutzt wurden, bedeckte Ende des Halbleiterstabes für die Reinigung verlorenging.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von durch Abscheidung aus einer gasförmigen Verbindung gewonnenen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silizium, für elektronische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei der Gewinnung des Halbleiterstabes an einem seiner beiden Enden eingewachsenes Stück aus reinstem Kohlenstoff, z. B. Spektralkohle oder Reinstgraphit, beim Einsetzen des Halbleiterstabes in die Zonenschmelzvorrichtung mitübernommen und zur Schaffung einer für die Einleitung des Zonenschmelzen erforderlichen gut leitenden Zone verwendet wird, indem es in an sich bekannter Weise induktiv beheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zonenschmelzen die Schmelzzone in der Richtung nach dem Kohlestück hin durch den Halbleiterstab geführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 119 039.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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