DE1519836C

DE1519836C - Device for pulling semiconductor crystals from a melt

Info

Publication number: DE1519836C
Authority: DE
Inventors: Jan Eindhoven Goonssen (Niederlan de)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Publication date: 1971-09-30

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Tiegelwand sind so bemessen, daß eine fortwährend zum Ziehen von Halbleiterkristallen aus einer im Tiegel erhitzte Schmelze ohne weiteres hinaus-Schmelze des Halbleitermaterials mit zwei koaxialen treten würde, zumal ein Metallstab normalerweise Tiegeln aus von der Schmelze nicht benetzbarem von seiner Schmelze gut benetzbar ist. Die Bedin-Material. Das Halbleitermaterial kann ein halb- 5 gungen bei dieser bekannten Vorrichtung entsprechen leitendes Element, z. B. Germanium oder Silicium, also nicht den Bedingungen der Vorrichtung nach oder eine halbleitende Verbindung, z. B. Indiumanti<- der Erfindung. Außerdem kann bei dieser bekannten monid oder Cadmiumtelluruid, sein. Vorrichtung eine Schmelzbehändlurig im Tiegel nichtThe invention relates to a device crucible wall are dimensioned so that a continuous for pulling semiconductor crystals from a melt heated in the crucible easily out-melt of the semiconductor material would occur with two coaxial, especially since a metal rod normally Crucibles made of non-wettable by the melt is easily wettable by its melt. The Bedin material. The semiconductor material can correspond to half cuts in this known device conductive element, e.g. B. germanium or silicon, so not according to the conditions of the device or a semiconducting compound, e.g. B. Indiumanti <- of the invention. In addition, this is known monid or cadmium telluroid. Device does not have a melting treatment in the crucible

Gemäß einem bekannten Verfahren (britische erfolgen, weil dabei der durch die Öffnung geführte Patentschrift 754 767) können Kristalle aus einem io Stabteil schmelzen würde.According to a well-known procedure (British made, because doing the guided through the opening Patent Specification 754 767) can melt crystals from a rod part.

verhältnismäßig kleinen Tiegel, nachstehend als Weiter war es bereits bekannt (deutsche Patent-relatively small crucible, hereinafter referred to as Next it was already known (German patent

Innentiegel bezeichnet, der sich in einem größeren anmeldung S 34776), ein schmelztiegelähnliches Tiegel, dem Außentiegel, befindet, aufgezogen wer- Gebilde aus heizbaren keramischen Rohren, Stäben den. Die Inhalte beider Tiegel stehen durch eine od. dgl. aufzubauen, die lose zu einem eine Wanne, kleine Öffnung im Innentiegel miteinander in Ver- 15 Tiegel od. dgl. erzeugenden Gebilde zusammengefaßt bindung. sind. Es wurde dabei als nicht erforderlich angesehen,Inner crucible, which is in a larger registration S 34776), a crucible-like The crucible, the outer crucible, is located, formed from heatable ceramic tubes, rods the. The contents of both crucibles are available through an od. Small opening in the inner crucible combined into 15 crucible or the like producing structures binding. are. It was not considered necessary

Bei der praktischen Durchführung dieses Verfah- die Fugen und Zwischenräume zwischen den Rohren . rens ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Innentiegel - abzudichten, da das in dem Gebilde geschmolzene die Neigung hat. auf der Schmelze zu schwimmen. Metall infolge seiner hohen Oberflächenspannung Es ist schwierig, ein Material zu finden, das spezifisch ao nicht ausläuft.When practicing this procedure- the joints and spaces between the pipes. Rens there arises the difficulty that the inner crucible - to seal, since the melted in the structure has the inclination. to swim on the melt. Metal due to its high surface tension It is difficult to find a material that specifically does not leak.

schwerer als die Schmelze ist, und das Herabdrücken Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung spielenheavier than the melt, and the pressing down play in the device according to the invention

■ des Innentiegels von oben her ist sehr kompliziert folgende Erwägungen eine Rolle: und führt zu Symmetriestörungen in der Umgebung Der durch die Oberflächenspannung des geschmol-■ the inner crucible from above is very complicated the following considerations a role: and leads to symmetry disturbances in the environment. The surface tension of the melted

der Erstarrungsfläche des Kristalls, die Versetzungen zenen Materials herbeigeführte Druck beträgt im in der Kristallstruktur zur Folge haben. 25 allgemeinenthe solidification surface of the crystal, the dislocations caused by the material is im result in the crystal structure. 25 general

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde. ,The invention is now based on the object. ,

die Schwierigkeiten dieser bekannten Vorrichtung zu y / 1 1the difficulties of this known device to y / 1 1

umgehen. . · ' » ~ö~ +■ ρ bypass. . · '»~ Ö ~ + ■ ρ

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ^s \^Ki ^Λ2The invention is based on the knowledge that ^s \ ^K i ^Λ 2

Halbleitermaterialien im geschmolzenen Zustand eine 30 ■Semiconductor materials in the molten state a 30 ■

hohe Oberflächenspannung aufweisen und daher wobei γ die Oberflächenspannung in dyn/cm, g die Öffnungen im Tiegel zulässig sind, wenn die Größe Schwerebeschleunigung in cm/sec² und R₁ und R., die dieser Öffnungen ein bestimmtes Maß nicht über- Krümmungshalbmesser der Flüssigkeitsoberfläche in schreitet. ' zwei zueinander senkrechten Richtungen in Zenti-have high surface tension and therefore where γ is the surface tension in dyn / cm, g the openings in the crucible are permissible if the size acceleration due to gravity in cm / sec ² and R ₁ and R., these openings do not exceed a certain amount of curvature radius of the liquid surface in strides. '' two mutually perpendicular directions in centimeters

Entsprechend wird die genannte Aufgabe dadurch 35 meter darstellen.Accordingly, the task mentioned will represent 35 meters.

gelöst, daß der Innentiegel einen mit einigem opiel-. Wenn der Tiegel aus Graphit und das geschmol-solved that the inner crucible one with some opiel-. When the graphite crucible and the molten

raum durch den Boden des Außentiegels gehenden zene Material aus Germanium besteht, ist γ etwa Stiel besitzt, wobei dieser Spielraum so bemessen ist, mit 500 dyn/cm anzusetzen. Wenn die Öffnung oder daß die Schmelze allein durch ihre Oberflächen- der Spielraum '/2 mm breit ist, so ist R₁ mit ¹Z₄₀ und spannung am Ausfließen gehindert ist. 4° R₂ mit 00 anzusetzen. Wenn ferner g mit 1000 cm/sec² space through the bottom of the outer crucible is made of germanium, γ is about a stem, with this margin being measured at 500 dyn / cm. If the opening or the melt is only 1/2 mm wide due to its surface area, then R ₁ is prevented from flowing out with ¹ Z _{40 and tension.} 4 ° R _{2 to be added} with 00. Furthermore, if g at 1000 cm / sec ²

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist angesetzt wird, so wird der aufwärts gerichtete Druck der Stiel eine im Innentiegel mündende Längs- in der Öffnung 20 g/cm'-. Die Wichte des Germaniums bohrung auf, wobei ebenfalls der Querschnitt der beträgt etwa 5,3; infolgedessen kann eine solche Bohrung so gering bemessen ist, daß die Schmelze Öffnung bis zu einer Tiefe von nahezu 4 cm unter allein durch ihre Oberflächenspannung am Ausfließen 45 der Germaniumoberfläche angebracht werden, begehindert ist. vor die Schmelze durch den Schlitz hindurch ab-According to a further development of the invention, the upward pressure is applied the stem has a lengthwise opening in the inner pan of 20 g / cm'-. The weights of germanium bore, the cross section of which is also about 5.3; as a result, such Bore is so small that the melt opening to a depth of almost 4 cm below be attached to the outflow 45 of the germanium surface simply by their surface tension is. in front of the melt through the slot

Damit werden die Vorteile erzielt,-daß der Innen- fließt.This achieves the advantages that the inside flows.

tiegel seitlich unverrückbar im Außentiegel schwimmt Diese Tiefe ist in vielen Fällen ausreichend,The pan floats in the outer pan and cannot be moved laterally This depth is sufficient in many cases

und Dotierungsmaterial einfach, ohne Behinderung Die Erfindung wird im folgenden an Hand derand doping material simple, without hindrance. The invention is described below with reference to FIG

durch den aufgezogenen Kristall, in die Tiegel ein- 50 Zeichnung näher erläutert.through the drawn-up crystal, in the crucible, a drawing explained in more detail.

gebracht werden kann. Die Vorrichtung nach der einzigen Figur dercan be brought. The device according to the single figure of the

Es wird noch bemerkt, daß bereits eine Vorrich- Zeichnung weist einen Außentiegel 15 mit einem tung bekannt war (britische Patentschrift 701790), Boden 16 auf, der mit einer Bohrung 17 versehen ist. bei der zum Verdampfen von Metallen ein Metall- Der Innentiegel 18 paßt mit geringem Spielraum in stab durch den Boden eines Tiegels gesteckt und das 55 den Außentiegel. Durch einen Kanal 19 fließt die obere Ende des Stabes durch Hochfrequenzheizung Schmelze 20 in dem Maße aus dem Außentiegel in geschmolzen wird. Wenn das Hochfrequenzfeld nach den Innentiegel, in dem infolge des Aufziehens des dem Schmelzen ausgeschaltet wird, kann es vor- Kristalls 21 eine Nachfüllung erforderlich wird. Der kommen, daß die Schmelze am Stab in den Tiegel Vorteil des Innentiegels ist darin zu sehen, daß die hinunterläuft. Der Stab und die Öffnung im Tiegel 60 Eigenschaften des Kristalls beeinflußt werden könsind aber so bemessen, daß die Schmelze wegen ihrer nen, indem die Zusammensetzung des Inhalts des hohen Viskosität nicht durch den Spalt zwischen dem Innentiegels geändert wird, ohne daß es erforderlich Stab und der Wand der Öffnung im Tiegel hinaus- ist, den viel größeren Inhalt des Außentiegels zu treten kann. Die Strömungsgeschwindigkeit der beeinflussen. Dabei kann die Diffusion durch den Schmelze wird im Spalt so gering sein, daß das 65 Kanal 19 vernachlässigt werden. Um zu verhindern, geschmolzene Material fest geworden ist, bevor es daß der Tiegel 18 auf der Schmelze 20 zu schwimunten aus der Öffnung hinaustreten kann. Die Maxi- men anfängt, ist der Innentiegel mit einem Stiel 22 malabmessungen des Spaltes zwischen Stab und versehen, der mit geringem Spiel durch die BohrungIt should be noted that a device drawing already has an outer pan 15 with a device was known (British patent specification 701790), base 16, which is provided with a hole 17. in the case of the vaporizing of metals, a metal The inner crucible 18 fits with little clearance stab stuck through the bottom of a crucible and the 55 the outer crucible. The flows through a channel 19 upper end of the rod by high frequency heating melt 20 to the extent from the outer crucible in is melted. When the high-frequency field after the inner crucible, in which as a result of the opening of the the melting is switched off, it may be before crystal 21 a refill is required. the come that the melt on the rod in the crucible. The advantage of the inner crucible is that the runs down. The rod and the opening in the crucible 60 properties of the crystal can be influenced but so dimensioned that the melt because of its NEN, by the composition of the contents of the high viscosity is not changed by the gap between the inner crucible without being required The rod and the wall of the opening in the crucible allow for the much larger contents of the outer crucible can kick. The flow velocity of the affect. The diffusion through the Melt will be so small in the gap that the channel 19 will be neglected. To prevent, Molten material has solidified before the crucible 18 floats on top of the melt 20 can step out of the opening. The maxim that begins is the inner pan with a handle 22 Mal dimensions of the gap between the rod and the provided with little play through the hole

17 hindurchgeführt ist. Dieser Stiel kann auf der Unterseite durch eine hier nicht dargestellte Vorrichtung aufwärts und abwärts bewegt werden, wie dies durch Pfeile dargestellt ist. Hier verhindert die Oberflächenspannung das Abfließen der Schmelze durch den engen Schlitz zwischen dem Stiel 22 und der Bohrung 17.17 is passed through. This stem can be on the underside by a device not shown here moved up and down as shown by arrows. This is where surface tension prevents the drainage of the melt through the narrow slot between the stem 22 and the Hole 17.

Häufig ist es erwünscht, der Schmelze bestimmte Stoffe^ sogenannte Dotierungsstoffe zuzusetzen. Der Zusatz erfolgt meist von oben her, aber dies kann beispielsweise Schwierigkeiten bereiten, da der aufgezogene Kristall im Wege steht.It is often desirable to add certain substances, so-called dopants, to the melt. the Addition is usually done from above, but this can cause difficulties, for example, because of the raised Crystal stands in the way.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in den Stiel 22 ein enger Kanal 23 gebohrt, der so klein ist, daß diese Schmelze nicht durch diesen Kanal hindurchfließt. Der Dotierungsstoff kann aber in Form eines Kügelchens oder eines dünnen Drahtes mit Hilfe eines Stiftes durch den Kanal 23 hindurch in die Schmelze eingebracht werden. .In the present embodiment, a narrow channel 23 is drilled into the stem 22, which is so small that that this melt does not flow through this channel. The dopant can, however, in the form a ball or a thin wire with the help of a pin through the channel 23 in the melt are introduced. .

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for pulling semiconductor crystals from a melt of the semiconductor material, with two coaxial crucibles made of material that cannot be wetted by the melt, thereby characterized in that the inner crucible (18) a handle (22) that goes through the bottom (16) of the outer pan (15) with some clearance possesses, this margin is dimensioned so that the melt solely through its surface tension is prevented from flowing out of the outer pan.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the handle (22) has one in the inner crucible (18) has opening longitudinal bore (23), the cross section of the bore being so small that the melt alone is prevented from flowing out by its surface tension.

1 sheet of drawings