DE1141977B - Verfahren zum Ziehen von duennen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterstaeben aus einer Schmelze - Google Patents

Description

Es ist ein Verfahren zum Ziehen von Halbleiterstäben bekannt, bei dem der Stab aus einem Tiegel gezogen wird, der in der Schmelze eines größeren Tiegels schwimmt und der durch eine Öffnung mit der in dem größeren Tiegel befindlichen Schmelze verbunden ist. Die Lage der Flüssigkeitsoberfläche, die in beiden Tiegeln die gleiche ist, sinkt während des Ziehens dauernd ab. Dies hat zur Folge, daß sich die Lage der Erstarrungsfront, also der Ubergangszone flüssig-fest, die den Durchmesser des gezogenen Stabes bestimmt, ebenfalls ändert. Um diese Durchmesseränderung zu vermeiden, muß entweder die Ziehgeschwindigkeit während des Verfahrens entsprechend geändert werden, oder es muß der Schmelze kontinuierlich ebensoviel Material zugegeben werden, wie ¹S an dem Stab erstarrt.

Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Schmelztiegel verwendet wird, der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mit einer Austrittsöffnung versehen ist, aus der die Schmelze herausquillt. Bei diesem Verfahren ist der Durchmesser des Stabes stark von äußeren Einflüssen, die sich voll auf die herausquellende Schmelze auswirken, abhängig.

Es ist daher schwierig, mit den bekannten Verfahren Stäbe mit konstantem Durchmesser zu ziehen.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Öffnung, aus der gezogen wird, derart gewählt wird, daß das Halbleitermaterial an einer, mittels Kapillardepression unter den höchsten Oberflächenteilen der Schmelze gehaltenen Stelle der Schmelze herausgezogen wird, wobei das Halbleitermaterial nicht von selbst durch die Öffnung hindurchtritt. Die Öffnung dient dabei zugleich als obere Begrenzung für den Stabdurchmesser.

Der Erfindung liegt die bekannte Erscheinung der Kapillarität zugrunde. Taucht man, wie in Fig. 1 dargestellt, einen, insbesondere rohrförmigen Hohlkörper (Kapillare) 1 in eine nicht benetzende Flüssigkeit 2, so wird die Flüssigkeit in dem eintauchenden Rohr nach unten gedrückt (Kapillardepression). Der Flüssigkeitsspiegel in der Kapillare liegt um die Höhe h niedriger als der der die Kapillare umgebenden Flüssigkeit. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Kapillare ist außer von der Grenzflächenspannung und der Dichte der Flüssigkeit nur vom Radius des Rohres abhängig. Die Flüssigkeit wird um so stärker nach unten gedrückt, je kleiner der Querschnitt der Kapillare ist. Taucht man die Kapillare nur so tief ein, daß die Flüssigkeit nicht von selbst durch die untere Öffnung der Kapillare hindurchtritt, die Eintauchtiefe also kleiner oder höchstens gleich der für

im wesentlichen einkristallinen
Halbleiterstäben aus einer Schmelze

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Rudolf Kappelmeyer, Oberhaching bei München,
ist als Erfindier genannt worden

den Radius der Öffnung charakteristischen Größe h ist, so ändert sich beim Ziehen des Stabes die Höhe des Flüssigkeitsspiegels an der Ziehstelle nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß man bei konstanter Ziehgeschwindigkeit einen festen, von der Schmelzspiegelhöhe im Tiegel unabhängigen Ort der Übergangszone flüssig-fest (Erstarrungsfront) erhält. Der Nachschub von neuem Schmelzmaterial während des Ziehvorgangs bedarf außerdem keiner genauen Dosierung. Da der Durchmesser des gezogenen Stabes durch die Entfernung der Erstarrungsfront von der Oberfläche der Schmelze bestimmt ist, muß zur Durchmeßregelung an dieser Stelle ein Meßfühler angebracht werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann er somit fest eingebaut werden. Zur Messung dieser Entfernung wird dabei z. B. ein induktiver Meßfühler benutzt, wobei der Widerstandssprung, der bei Germanium und Silizium beim Übergang von flüssigem zu festem Material auftritt, als Meßgröße verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist außerdem, daß der Temperaturgradient in der Schmelze während des Ziehens weitgehend konstant bleibt.

In den Fig. 2 und 3 sind besonders günstige Tiegelvorrichtungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, dargestellt. Bei den beiden, insbesondere konzentrischen Tiegeln 5 und 6, die an ihrem oberen Rand fest miteinander verbunden sind, besitzt der innere Tiegel 6, insbesondere in der Mitte des Bodens 3, eine Öffnung 4, durch die der Halbleiterstab hindurchgeführt wird.

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Der in Fig. 2 dargestellte Doppeltiegel besteht aus zwei konzentrischen Tiegeln 5 und 6, die durch das Teil 7 fest miteinander verbunden sind. Der innere Tiegel 6 enthält in der Mitte des Bodens 3 eine Öffnung 4, durch die hindurch der Halbleiterstab aus der Schmelze 9 gezogen wird. Benetzt die Schmelze den Tiegel nicht, wie das insbesondere für Germanium in einem Graphittiegel oder für Silizium in einem Quarztiegel zutrifft, so kann der Schmelzspiegel 8 infolge der Kapillardepression beträchtlich höher als der Tiegelboden 3 stehen. Durch die Öffnung 4 kann kontinuierlich ein Stab aus der Schmelze nach oben gezogen werden. Die Schmelzspiegelhöhe in der Öffnung 4 ist dabei unabhängig von der Höhe des Schmelzspiegels 8, so daß während des Verfahrens Halbleitermaterial in den Tiegel 5 gegeben werden kann, ohne daß dabei auf eine genaue Dosierung zu achten ist. Ein Meßfühler zur Gewinnung einer Regelgröße für die Durchmesserregelung des gezogenen Stabes ist in der Bohrung 4 angebracht und mit dem inneren Tiegel 6 fest verbunden. Das Verbindungsteil? ist entweder leicht abnehmbar oder es besitzt Öffnungen zum Einbringen des Halbleitermaterials auch während des Ziehens.

Bei der in Fig. 3 abgebildeten Tiegelanordnung besteht das Verbindungsteil 7' und der innere Tiegel mit der Öffnung aus einem Stück, das mit dem äußeren Tiegel fest verschraubt ist und nur einen Teil der Öffnung des großen Tiegels 5 bedeckt. Der Boden 3 des inneren Tiegels enthält wiederum eine Öffnung 4, durch die der Halbleiterstab hindurchgezogen wird. Diese nimmt zugleich einen Meßfühler auf. Die Schmelze 9 ragt mehrere Millimeter über den Rand des äußeren Tiegels hinaus. Insbesondere mit der in Fig. 3 dargestellten Tiegelanordnung wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dünne Germaniumeinkristallstäbe mit einem Durchmesser von bis 2 mm gezogen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Ziehen von dünnen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterstäben aus einer Schmelze, die sich in einem mit einer Austrittsöffnung versehenen Tiegel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung, aus der gezogen wird, derart gewählt wird, daß das Halbleitermaterial an einer mittels Kapillardepression unter den höchsten Oberflächenteilen der Schmelze gehaltenen Stelle der Schmelze herausgezogen wird, wobei das Halbleitermaterial nicht von selbst durch die Öffnung hindurchtritt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus zwei ineinander angeordneten Tiegeln, die durch eine Kapillare im Boden des inneren Tiegels in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiegel (5,6) an ihrem oberen Rand fest miteinander verbunden sind und die Größe der Öffnung (4) derart gewählt ist, daß das Halbleitermaterial an einer mittels Kapillardepression unter den höchsten Oberflächenteilen der Schmelze gehaltenen Stelle herausgezogen Wird, wobei das Halbleitermaterial nicht von selbst durch die Öffnung hindurchtritt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1044 768;
britische Patentschriften Nr. 784 617, 754 767.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 750/69 12.