DE1284942B

DE1284942B - Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Kristallen und Schmelzen, insbesondere aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1284942B
Application number: DE1964V0026262
Authority: DE
Inventors: Falk; Dipl-Phys Horst; Anders; Dipl-Phys Rudolf
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1964-06-30
Publication date: 1968-12-12

Description

Es ist bekannt, zur Erreichung einer symmetrischen WärTnebeeinflussung des zu behandelnden bzw. zu züchtenden Körpers und seiner Schmelze den Körper selbst und/oder den Tieael mit der Schmelze um eine Mittelachse rotieren zu lassen, um die auf eine Umdrehung bezogene gleichförmige Wärmeeinwirkung zu erzielen. Dabei muß man aber die Erschütterungen in Kauf nehmen, die von diesen Antriebsmechanismen herrühren und auch bei deren sorgfältigster und damit natürlich aufwendiger Ausführung unvermeidbar sind.
Es ist bekannt, daß bei der Züchtung von Kristallkörpem aus Schmelzen, die teilweise oder ganz unterkühlt sind, jede Erschütterung der Schmelze und auch des mit der Schmelze in Berührung stehenden Kristallkeimes in der Regel zu einer Störung des Wachstumsvorganges und - bei starker Unterkühlung - sogar zu einer spontanen und unkontrollierten Keimbildung oder Erstarrung der Schmelze und damit zu einerUnterbrechung desWachstumsprozesses führt.
Bei der thermischen Behandlung von speziell geformten Körpern, die beispielsweise sehr lang und dünn sind, erzeugt die Rotation Schwingungen im Material, welche zu unerwünschten Struktureffekten und Störungen der Perfektion führen. Auch in relativ kompakten Körpern, die bei Temperaturen dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes thermisch behandelt werden, können Schwingungserscheinnungen nachteilig sein. Bei Körpern, die bei der Wärmebehandlung mit flüssigen oder festen Filmen verschiedener Zusammensetzung und Dicke überzogen oder bedeckt sind, führen solche Erschütterungen oder Schwingungen zum Zerreißen dieser Haut oder Schicht. Gleiches kann auch eintreten bei flüssigen Legierungsperlen oder Schmelztropfen, die zu den verschiedensten Zwecken, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, an den Körpern angebracht werden.
Eine bekannte Maßnahme zur Symmetrierung eines Temperaturfeldes ist ein innerhalb einer Induktionsspule angeordneter, rohrförmiger, aus Graphit bestehender Ausgleichskörper, der die von der Heizquelle erzeugte Wärme als Strahlungswärme dem innerhalb des Ausgleichskörpers befindlichen, zu behandelnden Objekt zuführt. Damit sind aber die aufaezeigten, von einer Bewegung oder Drehung des C Objektes herrührenden Nachteile nicht behoben. Mit der Erfindung sollen bei einem Verfahren zur thermischen Behandlung von Kristallen und Schmelzen, insbesondere aus Halbleiterinaterial, bei der die Kristalle und Schmelzen von einem aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Graphit, bestehenden und beheizten Ausgleichskörper durch Strahlungswärme erhitzt werden, die zu behandelnden Objekte, Tiegel und Halterungen keiner Erschütterung oder Schwingungsbeeinflussung unterliegen, dennoch aber die Symmetrierung des Temperaturfeldes sichergestellt, wenn nicht gar verbessert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgleichskörper rotiert und die Kristalle und Schmelzen in der Rotationsachse des Ausgleichskörpers angeordnet sind. Damit werden etwa von dem rotierenden Ausgleichskörper ausgehende Erschütterungen und Schwingungen völlig von dem zu behandelnden Objekt ferngehalten. Andererseits werden durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Ausgleichskörpers und seine Drehbewegung die Wärmeeinwirkungen auf den zu behandelnden Körper in hohem Maße vergleichmäßigt.
In der Zeichnung sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen von zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtungen schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schmelztiegel mit Widerstandsheizung, F i g. 2 einen Schmelztiegel mit Induktionsheizung, F i g. 3 eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung hängender Kristallstäbe, F i g. 4 eine solche zum Züchten von Einkristallen durch tiegelloses Zonenschmelzen und F i g. 5 eine Vorrichtung für die Durchführung von Wärmebehandlungsprozessen an plattenförmigen Körpern.
In F i g. 1 ist eine Züchtungsanordnung nach Czochralski dargestellt. Innerhalb eines zylinderförmigen Heizers 1 und konzentrisch zu diesem befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Ausgleichskörper 2 aus gut wärmeleitendem Material, welcher auf bekannte Weise durch eine nicht dargestellte Einrichtung um seine Mittelachse in Drehung versetzbar ist. In dieser seiner Achse ist feststehend in dem nicht dargestellten Arbeitsgefäß das Gestänge 4 einer Zieheinrichtung mit einer Halterung für einen Impfkeim 5 angeordnet. Der Keim 5 zieht einen Einkristall 6 aus der in einem feststehenden Tieggel enthaltenen Schmelze 3. Die Erhitzung der Schmelze 3 erfolgt indirekt durch von dem Ausg gleichskörper 2 ausgehende Strahlungswärme. Da dieser rotiert, befindet sich die Schmelze 3 ständig innerhalb eines symmetrischen Temperaturfeldes. Da er andererseits der einzige drehend bewegte Teil der Vorrichtung ist und das Gestänge 4 nur eine geradlinige Bewegung ausführt, können Schmelze 3, Keim 5 und Einkristall 6 von jeder Erschütterung und/oder Schwingung freigehalten werden.
Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der vorher beschriebenen dadurch, daß außerhalb des angedeuteten Arbeitsgefäßes 7 eine Induktionsspule als Heizer 1 Verwendung findet.
F i g. 3 zeigt eine Temperungsvorrichtung für einen an der Halterung 8 hängend befestigten Kristallstab 9. Hier ist das Arbeitsgefäß 7 außer von dem Heizer 1 auch von dem Ausgleichskörper 2 umschlossen, was den Vorteil hat, daß eine Durchführung für den Antrieb des Ausg ,leichskörpers durch die Wandung des Arbeitsgefäßes nicht erforderlich ist. In diesem Falle sollte der Ausgleichskörper 2 aus einem nicht nur gut wärmeleitenden, sondern auch luftbeständigen Material bestehen.
Die in F i g. 4 gezeigte Vorrichtung dient der Einkristallzüchtung durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines Kristallstabes 12. Dem Schmelztropfen 13 und den angrenzenden Teilen des Kristallstabes 12 läßt sich der für diesen Vorgang erforderliche spezielle, vertikale Temperaturverlauf bei Einhaltung der radialen Symmetrie durch eine besondere Gestaltung des Heizers 1 und durch die Form und Anordnung des Ausgleichskörpers 2 relativ zu Heizer 1, hier eine Induktionsspule, und zu Kristallstab 12 aufzwingen.
Die Vorrichtung nach F i g. 5 ist vorgesehen für die thermische Behandlung einer auf einer geeigneten Auflage 10 aufliegenden scheibenförmigen Kristallprobe 11. Die vertikale Achse eines plattenförmigen Ausgleichskörpers 2, drehbar in Richtung des Pfeiles A, ist hindurchgeführt durch den in seiner Form dem Ausgleichskörper 2 angepaßten Heizer 1. Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine Aufheizung der Kristallprobe 11, jedoch wiederum indirekt und ohne mechanische Beeinflussung durch die Drehbewegung des Ausgleichskörpers 2.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Kristallen und Schmelzen, insbesondere aus Halbleitermaterial, bei der die Kristalle und Schmelzen von einem aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Graphit, bestehenden und beheizten Ausgleichskörper durch Strahlungswärme erhitzt werden, dadurch gekennz e i c h n e t, daß der Ausgleichskörper (2) rotiert und die Kristalle (5; 6; 9; 11; 12) und Schmelzen (3; 13) in der Rotationsachse des Ausgleichskörpers angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskörper (2) die Form eines Rotationszylinders hat.