DE1619954A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Halbleiterkristallen mit gleichmaessigem Durchmesser - Google Patents

Description

DC 1559

DR, Γ, H, MAAS "-..*■ DRv W. G, PFEIFFER ,

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a MONCH E N 2 3 -

UNGEREH.SIR. 25 - IEL. 333036

Pot* Oorning Corporation MiäXand₉ Michigan 48640* V* üt. A<

Vorrichtung sum¹Ersaugen von Halbleiterkristallen alt

gleichmäßigem Durchmesser

Di· Erfindung besieht eich auf die Erzeugung von kristallinen Stoffen und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung sum Ziehen von Halbleiterkrietallen nach dem Ciochraleki- ·

^BAD

Verfahren«

V,B ist seit langem bekannt, Stäbe aus Halbleitermaterialien aus Stoffen wie z.B. Silicium und Germanium nach dem Gzochralski-Verfahren zu erzeugen» Bei diesem Verfahren wird ein Kristallkeim in Kontakt mit einer Masse aus gesohraolzenein Halbleitermaterial gebracht und dann langsam abgezogen, wodurch der Kristall in axialer Richtung unter Erzeugung eines stabförmigen Körpers wuchst* Der monokristalline Stab, der durch dieses Verfahren erzeugt wird, wird dann inStUkke zerschnitten und für die Herstellung von elektronischen Halbleitereinrichtungen, wie z.B. Gleichrichtern, Transistoren u* dgl· verwendete

Ein· Hohwierigkeit, die bsi diesem Verfahren bisher aufgetreten ist, besteht in der Herstellung eines Stabes Bit gleichmäßigem Durchmesser. PUr die Erzeugung von Halbleitereinriohtungen hat die Gleiohföraigkeit der Scheiben StUoke die Möglichkeit der McefttntrBeugung und die Verringerung dee Abfalls sur Folge·

Erfindung bezweckt eine verbesserte Vorrichtung, ua den Stabdurohmeseer während des- ZUchtene von Kristallβtäbea durch

da» Csoohralski-Verfahren gleichmäßig zu halten.

BAD

Bin« erfindimgecetnäQe Vorrichtung tastet die Änderungen den Stabdurohmeaaere ab und regelt die Ziehcesehwindigkeit und/ odtr die Sohtnelitesperatur so„ daß die Änderungen kompensiert wsrdeno ])er Auedruck "Purchneaser", wie er hier verwendet wird, bezeichnet den Purohmeeser eines kreisförmigen Stabe er oder irgendeiner anderen Didkenabnesßung eines nicht kreieförmigen fttabes, da das erfindungBgetaäQ* System ebenfalls auf Stäbe mit anderen Formen einschließlich s,B. ßeaüchteten dendritieehen Bahnen cder Bändern anwendbar let. De« Abtaetayetea naoh dieser/Erfindung erapfringt die InfrarotstrahlUBß, die ton dem Heciskue der Bohnelse an der Oren» flUohe ewieohtn den Meniskus der Sohoelase und dem waohstnden Krietall abfleetrahlt wird, IMt der Winkel der Strahiungeesiesion eich raeoh iait kieii en Xnderuncen der Stelluag des Meniskus ändert» kann «it dem »rfindunßegstiKßeä Abtaetsystes eine auBgeaeiohnete 03eiehfttraißkeit des Stäbduroh- «eeaere erhalten werden* /- ■-■ ■ .. . ■:· ., ■. ; :

Anhand der Keiehnunß vird die Erfindung beispielsweise er-

Die Figur »elgt eina eoheaatiaoh· Ansicht liner «rfindungegeailBen forriohtung,

litt Ötab 11, m.B. au» Silicium oder Oeraoaium, der auf eines

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Keim 12 aus gleiohem Material gewachsen ist» wird aus einer geschmolzenen Hanse 13 gezogen, die sieh β·Β« in «inen von auBen oder unter Verwendung von elektrischen Widerständen erhitsten Uohinelztiegel o. dgl., wie allgemein bekannt, befindet. Der KtIm 12 wird in einen Spannfutter 14 gehalten, das an eine geeignete Ziehvorrichtung angehängt ist« welche von einest Elektromotor 15 angetrieben wird» Wie beispielsweise dargestellt iet, weist die Ziehvorrichtung «in Zahnrad 16, das alt der Motorwelle gekoppelt ist, auf, und das mit einem »weiten Zahnrad 17 im Eingriff steht, das auf einer Keilwelle 18 einer Leitspindel 19 angeordnet ist» die mit dem Bpannfutter 14 verbunden ist. Dne zweite Zahnrad 17 IHBt dl· Keilwelle in vertikaler Richtung durch dieses Zahnrad hlndurohgleiten, wenn diese duroh dis Drehung der Leitspindel 12 in der Kutter 20» die mit des Oeetell 21 verbunden iet, naeh oben geführt wird, wie lediglich eohe-■atiseh dargestellt ist. Bin Paar von PUhrtsngaarmen 22 und 25 auf dem Oeetell 21 verhindert «int vertikal« Verechiebung des Zahnrad·· 17. Irgendeine andere geeignete Einriohtung sum Heben des Spannfutters 14 in vertikaler Riohtung unter Verwendung «ine« 21«ktroaotor« kann das sb«a btsohriebene System

Di« ßesohBolssene Kasse 15 aus Halbleiteraaterial befindet

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aioh auf einer höheren Temperatur als der Umgebungsteoperatur, so daß das Kristallwaohsturn stattfindet«Da die HaIbleitermasse geschmolzenist, wird zwangsläufig eine Infrarotstrahlung von der Oberfläche emittiert und weiter wird infolge der Oberflächenspannung des geschmolzenen Materials ein Meniskus 24 an der Sohle des Stabes gebildet· wenn dieser nach oben gezogen wird«

Ein im Infraroten reflektierender Spiegel 25istauf die Grensflacht zwischen dem Meniskus 24 und dem wachsenden Kristall st ab 11 fokussiert· Die infrarotstrahlung, die von dieser Pläohe abgestrahlt wird, wird von dea Upiegel auf ein Infrarot tastgerrlt 26 reflektiert, das ζοB. »ine umgekehrt vorgespannte Germanium- oder öilioiuudiode oder eine andere bekannt« Einrichtung sein kann, die ein elektrisches Signal erzeugt« wenn Infrarotenergie auf die Vorrichtung fällt.

Der Ausgang des Tastgerätee 26 wird zu einem Komperator 27 «uearomen mit einem yorbettimmten Standard- oder Rortaalsignal geleitet und ein Abweiohungssignal wird in Abhängigkeit von der GröB© der Abweichung des von dem Infrarottastgerät «raeugttn Signals von dem Standard-Signal erhalten. Wenn «ewUneoht, kann der Spiegel weggelassen und das Infrarottastßerät ?6 <Sir»kt auf di* Grerissfläohe zwischen Msniskue 24

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und Stab 11 gerlohtet werden. Das Ahweiohsignal wird wiederum zu einer Steuereinrichtung 23 geleitet, die den zu den Motor 15 gelieferten Strom modifiziert» so daß die Ziehgeaohwindigkeit den Materials aus der Schmelze verfindert wird und/oder den Strom modifiziert, der zu der Heizung

führt, um die Temperatur in der geschmolzenen Masse 13 aufreoht zu erhalten.

Ks ißt bekannt« duQ die Geschwindigkeit, mit der der Kristall aus der Schmelze gezogen wird, mit dem Kristalldurohmesser des Stabes in Beziehung steht und daQ die Temperatur der geschmolzenen Masse ein wichtiger Faktor für die ßrttase des unterkühlten Bereiches der Sohmelse ist« Da der Durchmesser des kristallinen Stabes sum Teil durch die Oröe- *· der unterkühlten PlHohe der Sohatlze bestimmt wird, kann die Temperatur der Schmelze daher als Steuerung für den Stabdurohaeessr verwendet werden* Duroh das äteuersignal, da* γόη der Verrichtung, die oben besohrieben wurde, erzeugt wird» kann entweder die Ziehgeaehwindigkeit oder die Temperatur der äohmelse gesteuert werden, um einen gleiohmäSigen Durohaeeser au erhalten,und in einigen Fällen ist es wlinsohenswertt beide gleichseitig su steuern, um «inen größeren ateuerbereich zu erhalten, obgleich dies notwendigerweise mi einer komplizierteren und aufwendigeren Steuereinrichtung führt, j, - '" .'

·■'«.■■/■ *"*^Λ*|/13ΙΟ BADORtGINAt.

X)ae besohriebene ilyeteo kann tait großer Genauigkeit betrieben werden, da, wenn dor Durohaeeetr dee Krietelle an der EPitorruneegreneflftoh· etufenweiee sunitoat» die Strahlung·- ■•n^t» 41· Toil d*ia TaetgerÄt eapfangen wird, abnimat, da •in grtJBtrer Teil d#r fokal wirkeaiaen PlHohe dee im Infraroten reflektierten Spiegele von dem relativ kühlen Kri·- tall atiettlle yon dem geeohoolaenen Halbleitermaterial könnt· Di«β yeraindert das Aiaegangesignal aua dem Infrarot-TaetgerHt« Uogtkehrti wean der Durohtaeeser dee Kristalle an der Kretarrungagrenefläoh· obaimat, wird des* größere Seil ά·β fokal wirk»aeen Bereiohee von der auf höherer Teeptratwr bifindllohea üohtael»· eingenonnen und ein kleinerer 9*11 int don auf niedrigerer Temperatur befindlichen Krie« teil «ueeordaet· Ke nird daher ein größereβ Signal ale noraal von den 2n£rarot-?aatg«?&t erseugt.

Sae Ueohriebeae Byβtea unterstellt, d&S da· Hireau der . Uohaclie relativ au den Spiegel konstant Bleibt. Zahlreiobe

Blnrlohtufijtea «ifid bekannt_v a« SdhaelaniTeaua konstant eu halten» wnü daa Material au· der sohnelie gesogen wird· 8»B· kann Besefeiöktenganaterlal la dea die Sohaelse enthaltenden Sien·! alt derselben Geschwindigkeit, alt der das Material durch das Krlstalluaehatua abgesogen wird» auge-.» «stit iterdiü. Alternativ kann der Winkel de· Spiegele in

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Abhängigkeit von der Änderung dee Sohmelzniveaus daroh Verwendung eines geeigneten üteuersysteas verändert werden oder der Spiegel und die Taeteinriohtung können in vertikaler Richtung naoh unten mit derselben Geschwindigkeit verechoben werden» mit der das Hiveau der SohaelBe absinkt«.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Ziehen ifinßXieher stabförmiger Kristall« äüß eines¹ Material sohiaelse mit einer Heizung, um die temperatur das geschmolzenen Materials aufrecht zu halfen und alt einem Elektromotor* Uta den Kristall nach oben aus dar Schmelze au ziehen» gekennzeichnet duroh im Infraroten sensible lasteinriohtungen, die optiech auf die örenaf!Hohe zwischen dem Kristall und der ge- »ohaölaenen Masse gerichtet sind, um ein elektrischen Signal zu erzeugen, das die Menge an abgestrahlter Ir-TCnergie» die durch die Tasteinriohtung empfangen anaeigt? duroh Einrichtungen, die elektrisch Bit den fttjsfeinrichtungen gekoppelt eind, um ein elektrisohee S.L^nal fortzuleiten, dan von den Tasteinrichtungen trfseußt wird? und duroh rait diesen verbundenei Einrichtungen, um den Durohraesaer dee Kristalle in Abhängigkeit von den erzeugten Signalen zu variiereno

   2. Vorrioiitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen sum Verändern des Durchmessers dee Kristallsdie ziehgesahwindigkeit des Kristalle aus der

   ' geschmolzenen Kasse variierene

   0 0 9831 /1370 , , , - BADORiQiNAL ;.

   5«, Vorrichtung nach Anspruch 1 und Z₉ dadaroh gekennxeioh- mt_t daß die Einrichtungen sum Verändern die Surohaeasers des Kristalle die Temperatur der geschmolzenen Mas*· einetelleno

   4» Vorrichtung nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, d»S die liünriohtunß zum Erzeugen eines elektrischen Signale in Abhiingigkeii von den Veränderungen des Signale» das von den Abtaeteinrichtungen erzeugt wird, Mittel sum Vergleichen dieeee Signale nit eines Standard-Signal aufseiet undein Signal eraeußt, das die Differenzen swi* eoheii den Utandard-Signal und den abgetaeteten Signal anzeigte

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet» dafl die Einrichtungen aun Verändern des Surehaeeeere des Kristalle Mittel zum Verändern der den Blektroaotor suge~ führten Tüitergi· aufweisen, Ub die giehgeeohwindigkeit dieses Krietalle au* der gesohnolzenen Masse zu .leren· ■ ^: '■■-":■..'.-'

   6· Vorriohtilne nach Anepruoh 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,/daß die Einrichtung*ii zu» VerHndern des Durohnaeetre Kristalls Hittel -im Verändern der dem Helzeleaeat

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   ν sugefUhrt ·η Energie auf weisen, um die ^eisperatttr der geeohmole»nen Maeee zu variieren.

   7. torriohtung naoh Anspruch 1, 4 und 5» dadurch gekenn«eichnttt daß ein Iu Infraroten reflektierender Spiegel »wi-■ohen die Atitaoteinriohtunnen und die Grensfläohe einge-■ohaltet int, wobei dieeer Spiegel auf die (Jrenafläohe fokueiert und eo angeordnet let, daß er die empfangene ötrahlun/: auf die Abtaeteinriohtung reflektiert«

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