DE1242578B - Vorrichtung zum Herstellen von bandfoermigen, dendritisch gewachsenen, hochreinen Halbleiterkristallen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

BOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Deutsche Kl.: 12 g -17/18

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

1 242 578
S70628IVc/12g
29. September 1960
22. Juni 1967
14. Dezember 1967

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Es ist bekannt, dendritische Kristalle eines festen Stoffes, der im Diamantgitter kristallisiert, mit Hilfe eines Keimkristalls aus einer unterkühlten Schmelze unter Verwendung eines Schmelztiegels zu ziehen. Das Schmelzen im Tiegel hat jedoch die bekannten Nachteile der Verunreinigungsmöglichkeit durch das Tiegelmaterial, insbesondere bei hohen Schmelztemperaturen, wie sie beispielsweise beim Schmelzen von Silicium erforderlich sind. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung vermieden.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von bandförmigen, dendritisch gewachsenen, hochreinen Halbleiterkristallen durch Ziehen aus der Schmelze mit einer unteren Halterung für einen senkrecht angeordneten Halbleiterstab, mit einer oberen Halterung für einen in Richtung der Stabachse angeordneten Keimkristall, die in Richtung der Stabachse verschiebbar ist, mit einer Heizeinrichtung zum Erzeugen einer Schmelze auf dem oberen Ende des Halbleiterstabes, die ebenfalls in Richtung der Stabachse verschiebbar ist, und mit einer Einrichtung zum Kühlen eines Teiles der Schmelze. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Heizeinrichtung eine ein elektrisches Stützfeld erzeugende Induktionsspule angeordnet ist. Die Induktionsspule kann z. B. zwischen der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung angeordnet sein. Die Heizeinrichtung und die das Stützfeld erzeugende Induktionsspule können z. B. als Flachspulen mit spiralig gewickelten Windungen ausgebildet sein. Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihren wesentlichen Teilen schematisch dargestellt. Die Vorrichtung kann nach dem Vorbild bekannter Geräte zum tiegelfreien Zonenschmelzen vervollständigt werden.

Ein Siliciumstab 2 ist mittels eines Kohlezwischenstückes 3 in eine zylinderförmige Stabhalterung 4 eingesetzt und mit zwei Schrauben 5 festgeschraubt. Die Stabhalterung 4 kann für die Zentrierung des Stabes über eine Welle 6 in Drehung versetzt werden, steht aber während des Schmelzprozesses still. Eine über die Stromzuführung 9 mit hochfrequentem Wechselstrom von beispielsweise 4 MHz gespeiste Heizspule 10, welche als Flachspule mit spiralig gewickelten Windungen ausgeführt ist, umschließt den Stab und kann in Richtung der Stabachse bewegt werden. Oberhalb der Heizeinrichtung, dargestellt durch die Heizspule 10, ist zur Erzeugung eines elektrischen Stützfeldes eine Induktionsspule 15 angeord-Vorrichtung zum Herstellen von bandförmigen,
dendritisch gewachsenen, hochreinen
Halbleiterkristallen

Patentiert für:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Günther Berger, München;

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller,

Dr. phil. nat. Konrad Reuschel, Pretzfeld

ao net. Die mit 17 und 18 bezeichneten Düsen dienen zur Kühlung der Schmelze.

Zur Einleitung des Ziehvorganges wird das Kohlezwischenstück 3 durch die Heizspule 10 induktiv erwärmt und die glühende Zone zum freien Stabende gefahren und der Stab 2 dort aufgeschmolzen. Ein an seinem oberen Ende in einer Halterung 11 mit einer Schraube 12 festgeschraubter, langgestreckter und mit seiner Längsachse vorteilhafterweise in Richtung der [211]-Achse orientierter Keimkristall 13 wird mit seinem unteren Ende in die Schmelze 14 eingetaucht und aufgeschmolzen. Nach dem Aufschmelzen kann der Keimkristall 13, z. B. durch Anheben der Halterung 11, etwas aus der Schmelze 14 herausbewegt werden. Die Oberflächenkräfte bewirken ein Haften der Schmelze an dem Ende des Keimkristalls. Dadurch kann die Schmelzzone, welche vorher annähernd die Form einer Halbkugel hat, kegelartig verändert werden. Die Induktionsspule 15 kann über die Zuführungen 16 mit Wechselstrom von z. B. 10 kHz gespeist werden und dient zur Herstellung eines Stützfeldes für die Schmelzzone. Unter der Wirkung des Stützfeldes wird der obere Teil des Schmelzkegels aus dem Feldbereich der Heizspule 10 herausgedrängt und die Unterkühlung dieses Teiles der Schmelze begünstigt. Die Schmelze 14 kann zusätzlich mittels eines Gasstromes, welcher aus den Düsen 17 und 18 auf die Oberfläche ά&τ Schmelze geleitet werden kann, gekühlt werden. Zur Kühlung kann Wasserstoff oder ein Edelgas verwendet werden. Die Düsen 17 und 18 sind so angeordnet, daß der austretende Kühlgasstrom in der Nähe der Eintauchstelle des Keim-

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kristalls auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft und dieser Teil der Schmelze 14 unterkühlt wird.

Durch die Unterkühlung wird ein Kristallisationsvorgang verursacht, bei dem vom Keimkristall aus weiteres Material dendritisch ankristallisiert, d. h. einkristallin anwächst. Wird nun der Keimkristall in entgegengesetzter Richtung mit einer Ziehgeschwindigkeit vorzugsweise größer als 30 mm/min abgezogen, so erhält man, wenn die Ziehgeschwindigkeit mit der Wachstumsgeschwindigkeit des Dendriten übereinstimmt, einen Strang von einkristalliner Struktur, von welchem später einzelne Stücke passender Länge abgeschnitten werden können, die als Grundkörper für elektronische Halbleiterbauelemente verwendet werden können.

Statt der beweglichen Heizspule 10 kann auch eine mit ihren Zuführungen fest montierte Heizspule vorgesehen und die untere Stabhalterung 4 in Richtung der Stabachse verschiebbar angeordnet sein, so daß mit zunehmender Länge des Dendriten 13 der Stab 2 von unten nachgeschoben werden kann. Ferner können sowohl die Heizvorrichtung als auch die Stabhalterung verschiebbar angeordnet sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von bandförmigen, dendritisch gewachsenen, hochreinen Halbleiterkristallen durch Ziehen aus der Schmelze mit einer unteren Halterung für einen senkrecht angeordneten Halbleiterstab, mit einer oberen Halterung für einen in Richtung der Stabachse

angeordneten Keimkristall, die in Richtung der Stabachse verschiebbar ist, mit einer Heizeinrichtung zum Erzeugen einer Schmelze auf dem oberen Ende des Halbleiterstabes, die ebenfalls in Richtung der Stabachse verschiebbar ist, und mit einer Einrichtung zum Kühlen eines Teils der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Heizeinrichtung eine ein elektrisches Stützfeld erzeugende Induktionsspule angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß die Induktionsspule zwischen der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung und die das Stützfeld erzeugende Induktionsspule als Flachspulen mit spiralig gewickelten Windungen ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 194 444;
britische Patentschrift Nr. 706 849;
USA.-Patentschrift Nr. 2 905 798;
Holleman-Wiberg: »Lehrbuch der anorg.
Chemie«, 1960, S. 458;

■ Proc. Roy. Soc. (London) A 229 (1955), S. 346;
Phys. Rev. (1959), S. 53.

In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsches Patent Nr. 1 162 329.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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