DE1245317B

DE1245317B - Verfahren zum Herstellen von stabfoermigem, kristallinem Halbleitermaterial durch Ziehen aus einer im Tiegel befindlichen Schmelze

Info

Publication number: DE1245317B
Application number: DES82753A
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-12-07
Filing date: 1962-12-07
Publication date: 1967-07-27
Also published as: CH426739A; GB1008300A; NL300759A; US3259467A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

ΒΟΤα

Int. CL:

Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1245 317

Aktenzeichen: S 82753 IV c/12 c

Anmeldetag: 7. Dezember 1962

Auslegetag: 27. Juli 1967

Bei der Herstellung von Kristallen durch Ziehen aus der Schmelze ist es vor allem beim Tiegelziehen erfahrungsgemäß schwierig, den Durchmesser des Kristalls während des Ziehvorgangs zu bestimmen und darüber hinaus konstant zu halten. Eine Übertragung der beim tiegellosen Ziehverfahren angewandten . Einrichtungen zur Durchmesserregelung, wie beispielsweise die induktive Abtastung durch die Heizspulen oder .. eine zusätzlich angeordnete Meßspule oder die .Verwendung optischer Abtasteinrichtungen, ist nicht ohne weiteres möglich, da es äußerst schwierig ist, die Abtasteinrichtungen nahe genug an die Grenzschicht 'flüssig—fest heranzubringen. Eine .hauptsächliche „Schwierigkeit liegt darin begründet, daß der tiegel vor. dem Einschmelzen mit stückigem festem Ciut beschielet" ist, so daß die Abtasteinrichtung erst nach dem Einschmelzen an die Meßstelle herangeführt werden müßte, -,was jedoch eine genaue Beobachtung des Heranführen erfordert. Diese Beobachtung wird jedoch durch den Tiegelrand und etwa vorhandene Abschirmeinrichtungen stark behindert.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß das Schmelzniveau im Tiegel nicht ohne weiteres konstant gehalten werden kann, Schwankungen des Niveaus lassen sich auch durch die Anbringung einer Regeleinrichtung nicht vermeiden.

Derartige Schwierigkeiten können bei einem Verfahren zum Herstellen von stabförmigem, kristallinem, vorzugsweise einkristallinem Halbleitermaterial durch Ziehen aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze, bei dem zur Einstellung und Einhaltung eines bestimmten Stabdurchmessers während des Ziehvorgangs Gewicht und Ziehlänge und damit der dem Sollwert des Stabdurchmessers entsprechende Diffe-

rentialquotient -?-.- kontinuierlich bestimmt und die

erhaltenen Meßwerte mit Hilfe geeigneter, vorzugsweise elektrischer Regeleinrichtungen zur Steuerung des Ziehvorganges verwendet werden, umgangen werden, wenn erfindungsgemäß die Ziehgeschwindigkeit bei konstanter Temperatur der Schmelze mit Hilfe dieser Meßgrößen geregelt wird.

Die Bestimmung des Kristallgewichtes erfolgt günstigerweise mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen. Dabei ist es vorteilhaft, mehrere Meßstreifen anzuwenden, um Störungen, die durch Verbiegungen und Verformungen senkrecht zur Dehnungsrichtung auftreten, auszuschalten. Darüber hinaus erhält man durch Hintereinanderschalten mehrerer Meßstreifen ein Mehrfaches der bei der Gewichtsänderung des Kristalls auftretenden geringen Widerstandsände-Verfahren zum Herstellen von stabförmigem, kristallinem Halbleitermaterial durch Ziehen aus einer im Tiegel befindlichen Schmelze

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Theodor Rummel, München

_:rungen. Die'mit Hilfe dieser Anordnung zu erreichende Genauigkeit ist sehr gut. So kann beispielsweise bei einem Kristalldurchmesser von 28,0 mm noch eine Kristalldurchmesseränderung von 0,25 mm festgestellt werden.

An Stelle von. Dehnungsmeßstreifen können auch andere Kraftmesser, beispielsweise piezoelektrische, verwendet werden. Außerdem kann die Zunahme des Kristallgewichtes indirekt durch Messung der Abnahme des Tiegelgewichtes bestimmt werden.

Die Ausnutzung der durch die Änderung des Kristallgewichtes hervorgerufenen Widerstandsänderungen als Regelgröße erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß der der Gewichtsänderung entsprechende Meßwiderstand in einer Brückenschaltung mn einem sich kontinuierlich ändernden Vergleichswiderstand verglichen wird. Die auftretende Differenz wird zweckmäßigerweise unter Verwendung eines Verstärkers zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit verwendet.

Bei konstanter Temperatur der Schmelze kann die Ziehgeschwindigkeit gesteuert werden, indem die aus dem Vergleich des dem jeweiligen Kristallgewicht entsprechenden Stromes bzw. der entsprechenden Spannung mit einem abhängig vom Ziehweg ansteigenden Strom bzw. Spannung resultierende Strombzw. Spannungsdifferenz als Regelgröße verwendet wird.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sind der Beschreibung der Figuren zu entnehmen.

In F i g. 1 ist eine Tiegelziehanlage dargestellt. In einem evakuierbaren Ziehraum 10 befindet sich der Tiegel 1, der das geschmolzene Halbleitermaterial 2 enthält. Am oberen Ende des Ziehraums ist der Stutzen 5 angebracht, durch den die Halterungs-

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vorrichtung 9 in den Ziehraum eingeführt wird. Zur Abdichtung dient die Dichtung 6. Der Kristall 3, der mittels einer Fassung 4 an der Halterungsvorrichtung befestigt ist, wird mit veränderlicher Geschwindigkeit aus der Schmelze gezogen. Die Zunähme des Kristallgewichtes wird mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen 7, die auf einem dünnwandigen Rohr 8 angebracht sind, gemessen. Die Meßstreifen sind durch die Zuleitungen 11 und 12 mit einem in der Figur nicht mehr dargestellten Meß- bzw. Regel-Stromkreis verbunden. Die Dehnungsmeßstreifen sind gegen die Erwärmung durch (nicht gezeichnete) gekühlte Abschirmungen geschützt.

F i g. 2, bei der für die gleichen Gegenstände die gleichen Bezugszeichen gewählt wurden, zeigt in Draufsicht eine besonders günstige Anordnung der Dehnungsmeßstreifen 7 auf der inneren Wandung eines dünnwandigen Rohres 8.

In F i g. 3 ist eine der Möglichkeiten beschrieben, die es gestatten, den Ziehvorgang mit Hilfe der Gewichtsänderung des Kristalls zu steuern. Der mit dem Kristallgewicht sich ändernde Meßwiderstand R_x wird in einer Brückenschaltung mit dem sich kontinuierlich bzw. mit dem Ziehvorgang mit entsprechend ändernden Widerstand R₁ verglichen. R₂ und R₃ sind Widerstände bestimmter Größe. Die Pole 31 und 32 dienen als Netzanschlüsse, die Anschlüsse 33 und 34 zur Abnahme der Regelspannung, die zweckmäßigerweise über einen Verstärker zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit bei konstanter Temperatur der Schmelze dient. Der zur Steuerung

verwendete Regelkreis ist in der Figur nicht mehr dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von stabförmigem, kristallinem, vorzugsweise einkristallinem Halbleitermaterial durch Ziehen aus einer im Tiegel befindlichen Schmelze, bei dem zur Einstellung und Einhaltung eines bestimmten StabdurchmeSsers während des Ziehvorgangs Gewicht und Ziehlänge und damit der dem Sollwert des Stabdurchmessers

entsprechende Differentialquotient —ry- kontinuierlich bestirnmi.werden und die erhaltenen Meßwerte mit Hilfe geeigneter, vorzugsweise elektrischer Regeleinrichtungen zur Steuerung"~<ies ZiehVorganp—Verwender werden, dadurch -g"eTcennzeich ηet, daß die^Zjshgeschwindigkeit bei konstanter Temperatur der Schmelze mit

*HÜfe dieser Meßgrößen geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung dß§ Gewichtes mit Hilfe eines oder mehrerer Dehnungsmeßstreifen vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Gewichtes mit Hilfe eines piezoelektrischen Kraftmessers vorgenommen wird!

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2908 004.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 618/460 7.67 O Bundcsdruckerei Berlin