DE1158040B

DE1158040B - Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1158040B
Application number: DEI15663A
Authority: DE
Inventors: Frederick John Raymond; Henley Frank Sterling
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1957-11-21
Filing date: 1958-11-21
Publication date: 1963-11-28

Description

Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial Bei der Herstellung von Einkristallen aus Silizium wird ein Kristallkeim mit der Oberfläche einer geschmolzenen Siliziummenge in Kontakt gebracht und dann so herausgezogen, daß sich das Silizium in einkristalliner, länglicher Form verfestigt. Das Silizium wird zu diesem Zweck meist in einem Tiegel geschmolzen. Das für den Tiegel am häufigsten benutzte Material ist Quarz. Eine bestimmte Menge des Tiegelmaterials löst sich jedoch in dem geschmolzenen Silizium, so daß dadurch Verunreinigungen in den Einkristall gelangen. Da schon sehr geringe Mengen von Verunreinigungen die elektrischen Eigenschaften des Siliziums beeinträchtigen, darf der Gehalt des Siliziums an Verunreinigungen nur sehr klein sein und muß genau kontrolliert werden.
Es ist auch bekannt, Tiegel aus Eisen, Nickel oder Platin zur Herstellung von Einkristallen aus Natriumchlorid zu verwenden und induktiv erhitzte Tiegel aus Kupfer oder Silber zum Schmelzen von reinen, schwerschmelzbaren Metallen, wie Tantal, Wolfram oder Thorium, doppelwandig auszubilden und mit Wasser zu kühlen. Hierbei bildet sich eine dünne Schicht ungeschmolzenen Materials zwischen der Tiegelwand und der Schmelze.
Da auch bei solchen Vorrichtungen leicht Verunreinigungen aus der Tiegelwand in das Schmelzgut gelangen und insbesondere Kupfer, Silber und Gold sehr leicht in Halbleitermaterial eindiffundieren, hat man die Verwendung derartiger Tiegel zum Schmelzen von Halbleitermaterial zunächst nicht in Betracht gezogen.
Es wurde jedoch gefunden, daß in einer Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial für elektrische Halbleitervorrichtungen, bestehend aus einem gekühlten Tiegel, in dem sich eine durch induktive Erwärmung erhaltene Schmelze befindet, keine feststellbaren Verunreinigungen aus dem Tiegelmaterial in das Halbleitermaterial, insbesondere das Silizium, gelangen, wenn erfindungsgemäß der Tiegel hohle. vom Kühlmittel durchflossene Wände aufweist, aus einem Material mit großer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit besteht und bezüglich der Induktionsspule derart angeordnet ist, daß die Schmelze sich von den Tiegelwänden abhebt.
Als Material für die Tiegelwände eignen sich Kupfer, Silber und Gold.
Die Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Der Tiegel l besteht aus einem Rohr mit einer Eindrückung zur Aufnahme des zu schmelzenden Materials. Der Tiegel ist so geformt, daß mindestens der Teil des darin enthaltenen Siliziums, aus dem der Kristall gezogen wird, durch eine Induktionsheizung geschmolzen werden kann. Die Rohre zum Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, sind mit 2 und 3 bezeichnet. Der Tiegel 1 ist in geeigneter Weise in dem äußeren Gefäß 4, das vorzugsweise aus durchsichtigem Quarz besteht, gehaltert. Das Gefäß 4 besteht aus einem waagerechten zylindrischen Teil s und einem senkrechten zylindrischen Teil 6. Die Enden des waagerechten Teiles 5 sind durch die Verschlußstücke 7 und 8 abgeschlossen, durch welche die Einlaß- und Auslaßrohre 2 und 3 für das Kühlwasser dicht hindurchgeführt sind. Das obere Ende des senkrechten zylindrischen Teiles 6 ist durch eine Abschlußplatte 9 abgeschlossen, durch die das Einlaßrohr 10 führt, während ein Durchlaßrohr 11 dicht durch das Verschlußstück 8 hindurchgeführt ist. Mittels der Rohre 10 und 11 wird Argon oder ein anderes inertes Gas durch das Gefäß 4 hindurchgeleitet.
Durch die Abschlußplatte 9 führt ein Stab 12, der in der bei Kristallziehvorrichtungen üblichen Weise an seinem unteren Ende mit Mitteln zum Halten eines Kristallkeimes versehen ist. Ferner sind in der Figur nicht dargestellte Mittel vorgesehen, mit denen der Stab 10 mit vorbestimmter Geschwindigkeit nach oben bewegt und, wenn nötig, gedreht werden kann, wie dies bei Kristallziehvorrichtungen bekannt ist.
Die Hochfrequenzspule 13 umgibt den Teil des Gefäßes 4, in dem sich der Tiegel 1 befindet. Das Silizium wird zunächst in den Tiegel 1 eingebracht und ein Heizring aus gut leitendem Material in das Feld der Spule 13 rings um das Gefäß 4 gebracht. Der Heizring wird durch die darin induzierten Wirbelströme erhitzt und heizt seinerseits das Silizium durch Wärmestrahlung so weit auf, bis die in dem Silizium entstehenden Wirbelströme eine genügende Stärke erreicht haben, wonach der Heizring entfernt wird. Nun wird der Spule 13 so viel Energie zugeführt, daß das Silizium im Tiegel 1 schmilzt. Der Tiegel 1, der aus Metall besteht, wirkt als Sekundärspule zur Primärspule 13. Durch Einstellen einer geeigneten relativen Lage des Tiegels 1 und der Spule 13 wird erreicht, daß sich das Silizium von den Tiegelwänden abhebt und dadurch die Kühlwirkung der Wände des Tiegels 1 auf das Silizium vermindert wird, so daß eine gegenüber bekannten Vorrichtungen geringere Heizleistung zum Schmelzen des Siliziums genügt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial für elektrische Halbleitervorrichtungen aus einer in einem gekühlten Tiegel befindlichen, durch induktive Erwärmung erhaltenen Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel hohle, vom Kühlmittel durchflossene Wände aufweist, aus einem Material mit großer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit besteht und bezüglich der Induktionsspule derart angeordnet ist, daß die Schmelze sich von den Tiegelwänden abhebt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 968 582, 903 266, 894 293, 518 499; belgische Patentschrift Nr. 528 916; britische Patentschrift Nr. 754 767; Chem. Ing. Techn., 28 (1956), S. 359.