DE1266724B

DE1266724B - Vorrichtung zur Beobachtung der Schmelze bei der Herstellung von Halbleiterkristallen

Info

Publication number: DE1266724B
Application number: DET23968A
Authority: DE
Inventors: Janos Adam; Dr Gyoergy Gergely; Dr Istvan Hangos; Dipl-Ing Otto Hutter
Original assignee: TAVKOEZLESI KI; Tavkoezlesi Kutato Intezet
Current assignee: TAVKOEZLESI KI; Tavkoezlesi Kutato Intezet
Priority date: 1962-05-16
Filing date: 1963-05-08
Publication date: 1968-04-25

Description

Vorrichtung zur Beobachtung der Schmelze bei der Herstellung von Halbleiterkristallen Es ist bekannt, beim Zonenschmelzen von Halbleiterkristallen die Schmelzzone zu kontrollieren, indem man die von. ihr ausgesandten Lichtstrahlen auf fotoelektrischen Empfängern aufnimmt. Werden die bekannten fotoelektrischen Empfänger außerhalb der Vakuumkammer angeordnet, um die ausgesandten Lichtstrahlen durch ein Schauglas hindurch aufzunehmen, besteht die Schwierigkeit, daß das Schauglas durch die auf ihm abgeschiedene Halbleiterschicht rasch undurchsichtig wird, weil das Halbleitermaterial im Vakuum bei Schmelztemperatur in starkem Maße verdunstet. Werden andererseits die fotoelektrischen Empfänger mit ,in die Vakuumkammer eingebracht, setzt sich eine Halbleiterschicht auf den Empfängcrn selbst ab. Es wurde auch bereits die Anwendung von Fernsehkameras als fotoelektrische Empfänger vorgeschlagen.
Im einen wie im anderen Falle macht die abgeschiedene Halbleiterschicht eine wirksame Kontrolle der Schmelzzone rasch unmöglich. Das Schauglas oder die fotoelektrischen Empfänger müssen daher in kurzen Abständen gereinigt werden.
Bei einer Vorrichtung zur Beobachtung der Schmelze beider Herstellung von Halbleiterkristallen durch Kristallisation aus ihrer mittels Hochfrequenz beheizten Schmelze in einer Vakuumkammer mittels einer Fernsehkamera, wobei an der Vakuumkammer ein Schauglas durch eine abgeschiedene Halbleiterschicht undurchsichtig ist, können nun die geschilderten Mängel vermieden und eine visuelle Beobachtung der Schmelze beim Zonenschmelzen und Tiegelziehen ungeachtet der dabei auftretenden Halbleiterniederschläge ermöglicht werden, um insbesondere den Hochfrequenzgenerator dem jeweiligen Wärmebedarf entsprechend einstellen zu können, wenn erfindungsgemäß die Fernsehkamera außerhalb der Kammer am Schauglas angeordnet ist und an sich bekannte Infrarot-Aufnahmeröhre, Bildübertragungs- und Wiedergabeeinrichtungen aufweist, daß die Fotoleitschicht der Bildaufnahmeröbre für Wellenlängen empfindlich ist, die mindestens der verbotenen Bandbreite des Halbleitermaterials entsprechen, und da.ß elektrische Filter zur Fernhaltung der Störfrequenzen des Hochfrequenzgenerators vorgesehen sind.
Die Erfindung nutzt .in besonders vorteilhafter Weise den an sich bekannten Umstand aus, daß es im infraroten Bereich bei Kristallen mit homöopolarer Gitterbindung von Absorption freie Bereiche gibt. Die infrarote Strahlung der Schmelze kann daher auch durch ein beschlagenes Schauglas hindurch empfangen werden.
Die der verbotenen Bandbreite des Halbleitermaterials entsprechende Wellenlänge beträgt z. B. bei Silicium 1,1 w und bei Germanium 1,7 #t. Eine infrarote Strahlung von höherer Wellenlänge wird durch die Schmelzzone beim Zonenschmelzen und beim Tiegelziehen mit hoher Intensität ausgestrahlt.
Eine Bildaufnahmeröhre, deren Fotoleitschicht aus PbS-Pb0 besteht, ist bis zu einer oberen Wellenlänge von 1,8 #t empfindlich. Sie ist daher nicht nur zur Beobachtung von Schmelzen aus intermetallischen Legierungen von Elementen der Gruppen IH bis V des Periodischen Systems und aus Silicium, sondern auch zur Beobachtung von Germaniumschmelzen geeignet. Daneben können aber Fotoleitschichten aus CdS, CdSe, Si, Ge u. dgl. verwendet werden.
Die Bildübertragung von der Aufnahmeröhre zur Wiedergabeeinrichtung erfolgt zweckmäßig im Kurzschlußbetrieb, d. h. über Kabel. Um dabei übermäßige Störungen durch den zur Beheizung der Schmelze benutzten leistungsstarken Hochfrequenzgenerator zu vermeiden, beträgt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Frequenz der zum Beheizen der Schmelze verwendetem Hochfrequenz 4 bis 5 MHz, vorzugsweise 4,2 MHz, und die obere Grenzfrequenz der Bildübertragungseinrichtungen weniger als 4 MHz. Dadurch wird es möglich, vom Hochfrequenzgenerator verursachte Störungen durch geeignete Filter zu beseitigen. Die Beschränkung der Bildübertragungsfrequenz auf weniger als 4 MHz erlaubt eine Zerlegung des Bildes in 300 Zeilen, wodurch eine zur Kontrolle von technologischen Arbeitsvorgängen ausreichende Bildgüte erzielt werden kann.
Eine weitere Verbesserung bei Bildübertragung im Kurzschlußbetrieb kann erreicht werden, wenn die Bildaufnahme- und Wiedergabeeinrichtungen nicht wie üblich mit einer Bildfrequenz von 50 Hz und einer Zeilenfrequenz von 15 kHz, sondern mit einer Bildfrequenz von 1 bis 2 Hz und einer Zeilenfrequenz von 300 bis 1000 Hz arbeiten. Ene solche Maßnahme erlaubt insbesondere eine Vereinfachung der Filter. Die Empfindlichkeit ist höher.
Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß aufgebauten Einrichtung. Wie veranschaulicht, wird :ein. Vidikon A mit zugehörigem Ablenkspulensystem durch einen Ablenkgenerator E angesteuert. Die Bildsignale des Vidikons A gelangen über einen Vorverstärker B und einen Hauptverstärker C zu einem Monitor D. Die Geräte A, B, C und E werden von einer Stromquelle F mit Energie versorgt. Die Stromquelle F und der Monitor D werden aus dem Netz H über Filter G gespeist, die die Aufgabe :haben, Störsignale (über 4 MHz) des Hochfrequenzgenerators auszufiltern. Ähnliche Filter liegen auch zwischen den einzelnen Gliedern der aus den Einheiten A, B, C, D für Bildaufnahme, Verstärkung und Bildkontrolle bestehenden Kette.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Beobachtung der Schmelze bei der Herstellung von Halbleiterkristallen durch Krisfallisätsön aus ihrer mittels Hochfrequenz beheizten Schmelze in einer Vakuumkammer mittels einer Fernsehkamera, wobei an der Vakuumkammer ein Schauglas durch eine abgeschiedene Halbleiterschicht undurchsichtig .ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fernsehkamera außerhalb der Kammer am Schauglas angeordnet ist und an sich bekannte'Infrarot-Bildaufnahmeröhre, Bildübertragungs- und Wiedergabeeinrichtungen aufweist, daß die Fotoleitschicht der Bildaufnahmeröhre für Wellenlängen empfindlich ist, die mindestens der verbotenen Bandbreite des Halbleitermaterials entsprechen, und daß elektrische Filter zur Fernhaltung der Störfrequenzen des Hochfrequenzgenerators vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zum Beheizen der Schmelze verwendeten Hochfrequenz 4 bis 5 MHz, vorzugsweise 4,2 MHz, und dis obere Grenzfrequenz der Bildübertragungseinrschtungen weniger als 4 MHz beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahme-und Wiedergabeeinrichtungen mit einer Bildfrequenz von 1 bis 2 Hz und einer Zeilenfrequenz von 300 bis 1000 Hz arbeiten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1094 238; Pohl, »Optik und Atomphysik«, 1958, S. 307 bis 309. In. Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr.1231671.