DE2208758C3 - Vorrichtung zum Ziehen eines Halbleiterkristallstabes, insbesondere eines Einkristallstabes - Google Patents

Description

Die . Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen eines Halbleiterkristallstabes, insbesondere . eine» Einkristallstabes mit einem eine Halbleiter- «5 »chmelze enthaltenden axial verschiebbaren Tiegel, mit einer Einrichtung zum Herausziehen des Stabes »u» dem Tiegel und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit und damit des Durchmessers de» Stabes,

Es wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um beim Ziehen von Einkristallen den Durchmesser der gezogenen Kristalle automatisch zu steuern. Bei diesen Verfahren wird kontinuierlich das Gewicht des gezogenen Einkristalls oder das Gewicht der zurückbleibenden Schmelze bestimmt und hiernach die Temperatur der Schmelze gesteuert. Diese Verfahren sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet:

a) Die Gewichtsmessung kann nicht sehr genau durchgeführt werden. Da bei diesen bekannten Vi Tfahren Spannungsmeßelemente (Drucloneßdosen) verwendet werden, treten Probleme wegen der mangelnden Linearität, der Empfindlichkeit und der Temperaturabhängigkeit dieser Elemente auf.

Im allgemeinen besitzt ein Halbleiter-Spannungsmeßekment eine hohe Empfindlichkeit, jedoch eine schlechte Linearität. Um andererseits eine gute Linearität zu erzielen, muß der spezifische Widerstand des Kristalls verringert werden, was die Empfindlichkeit beeinträchtigt Wird ein Kristall von 75 mm Durchmesser gezogen, so wird eine Empfindlichkeit von 0,1 g oder weniger benötigt, selbst wenn der Durchmesser des Kristalls mit einer Genauigkeit von ± 0,5 mm gemessen wird. Diese Genauigkeit hängt von dem gewünschten Durchmesser des zu ziehenden Kristalls ab. Eine in der Linearität und Empfindlichkeit derart hochqualitative Spannungsmeßdose steht jedoch nicht zur Verfugung.

b) Es ist sehr schwierig, ein Bezugssignal zu erhalten, das mit einem Ausgang3signal verglichen wird, das von den Spannungsmeßdosen proportional zum Gewicht der gezogenen Kristalle erzeugt wird. Wird ein Gleitwiderstand verwendet, um die Zieh-Strecke der Kristalle zu messen, so. ergeben sich hierdurch schwer zu verhindernde Störungen. Noch schwieriger erweist sich die Erzeugung des Bezugssignals, wenn man vollautomatisch (nach dem Impfvorgang) Kristalle unterschiedlicher Abmessungen erzeugen will.

Es wurde ferner ein optisches Prüfverfahren vorgeschlagen, bei dem der Durchmesser einer Berührungsfläche zwischen dem wachsenden Kristall und der Schmelze durch eine Strahlung der Berührungsfläche (ermittelt durch einen Strahlungsdetektor) gemessen wird. Dieses optische Prüfverfahren ist jedoch mit mehreren Nachteilen behaftet:

a) Da man den Strahlungsdetektor in einem festen Abstand von der Grenzfläche halten muß, ist eine Bewegung des Detektors erforderlich, um die Spitzen der wachsenden Kristalle zu messen. Es ist unmöglich, die Strahlung speziell der Spitzen der Kristalle festzustellen, da sie hinter den Einkristallen verdeckt ist.

b) Durch die exzentrische Drehung der Einkristalle wird ein Fehler verursacht

Beim Ziehen der Kristalle verursacht die nicht gleichförmige Verteilung der Heizleistung eine Vibration des Schmelzspiegels, was einen Meßfehler verursacht

3 4

c) Eine Korrektur der Datektoranlage ist erforder- Antriebsmotor5 über ein Schneckenrad« lieh wegen der Absenkung des Schmelzspiegels ben. Der Tisch 7 kann mittels eines Ijege beim Kristalfeiehen. Es muß infolgedessen eine tors 8 über ein Schneckenrad^ und eine Tiegel-Hubeinrichtung verwendet werden, was spindel XO in vertikaler Richtung P⁶J^ die Form des Tiegels begrenzt, 5 Der Hubmotor 8 und die Gewindespindel λ

von einem stationären Tisch IX getragen. Der Tfe-

Beim Ziehen von Kristallen ist es erwünscht, daß gel 2 enthält eine Halbleiterschjnelze ** "^" I die Kristalle an den Schulter- und Spitzenteilen einen weise eine Silidum-Scbmelze. Em «P²?^uTrL*_d sich allmählich verringernden Durchmesser besitzen, aus Graphit od. dgl, ist in einem gewissen ADSianu damit Einkristalle hoher Qualität mit reduzierten to am Umfang der Tiegelbalterung3 *ageoi Verwerfungen erzielt werden. Die Kristalle sollen die Halterung 3 und der Tiegel 2 relativ 5 ferner fan mittleren Bereich einen gleichförmigen linder X3 drehbar sind. Der Tiegel 2 wrra Querschnitt besitzen, da Kristallscheiben, die aus weise durch den Heizzylinder *? ^ ^eme _f . -;_t dem mittleren Teil herausgeschnitten werden, leicht tür in der Größenordnung von 1430 V^a.^B. ~* verarbeitet werden können und wegen der Gleichför- 15 Am Umfang des Heizzylinders 13 ist ^m*j***s miekeit der Querschnittsflächer. eine geringere Zahl wissen Abstand hiervon em gleichfalls erwaj* von Arbeitsstufen erfordern. Die Wachstumsge- drischer Isolator 14 vorgesehen, der emewarnic schwindigkeit von stabförmigen Kristallen ist jedoch strahlung nach außen verhindert und die Mraniun_B sehr klein, üblicherweise in der Größenordnung von Richtung auf den Tiegel 2 reflektiert, pen Zahlreiche sich ändernde Störungen beim ao Im Bereich der Oberseite des dünnen leues ι σ wVhsrumsvorgang machen es daher schwierig, Kri- des Ofens 1 ist durch ein geschlossenes Lager 121 ein staJ'a mit gleichförmigem Querschnitt zu erzeugen. äußere Welle 16 eingeführt, durch die eine «™

Γ-'t Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Ziehachse 17 hindurchgeführt ist. ^bin Kns^iailK=" ein'· Vorrichtung zum selbsttätigen Ziehen von Halb- einspannfutter 18 und ein Keim 19 smd am um« leiurkristallstäben, insbesondere von Einkristall- *₅ Ende der Achse 17 angebracht. Wird dei_ Keim w ben zu entwickeln, die es gestattet, den Querschnitt d:e Schmelze 12 des Tiegels 2 eingetaucht un<ittann da Mäbe auf einem gewünschten konstanten Wert zu herausgezogen, so wächst er zu einem tin*™wi haitc-i Hierbei soll das Ziehen der Halbleiterstäbe in Stabform. Geschlossene Metandichnmgen _*l, ohp.i- Verwendung eines speziell programmierten 21 b sind zwischen der äußeren Welle l& unu Rechners so gesteuert werden, daß sich konstante 30 Ziehachse 17 angeordnet und dichten den uicu Qu^schnittsflächen der Stäbe und eine hohe Qualität vollständig ab. Vpretell

ά-'-ϊ Stäbe (ohne Verwerfungen und ohne Störun- Das untere Ende 22a eines beweglicnen ^v.^e£";'

aeVoc- spezifischen Widerstandes) ergeben. Weiter- körpers 22 ist mit dem oberen Ende der auHeren hin soll die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der Welle 16 in Eingriff. Der Verstellkorper ZZ ist im. Querschnitt der Stäbe ohne größere Umstellarbeiten 35 Bereich des oberen Teiles des Ofens 1 m veruMic auf irgendeinen beliebigen konstanten Wert geändert Richti.™ beweelich. Die äußere Welle lft ^Ka"" werden kann. diese Weise mittels des Verstellkorpers 22 axial ver

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung schoben werden. Sie kann darüber hinaus aur daduS, daß ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Rohr einen die Kristalldrehung bewirken Motor sowie ein in diese Flüssigkeit eingetauchter Auf- 40 über einen Schneckentrieb Z4 triebskörper, eine Einrichtung zum Herausziehen des Drehgeschwindigkeit in entgegei Auftriebskörpers aus der Flüssigkeit oder zum Ab- zum Tiegel 2 gedreht werden. L senken des Rohres und eine Vergleichseinrichtung Kristall-Ziehachse 17 »J"⁰^"¹™*"^' zum Vergleich des Gewichts des Stabes und des Auf- keil mit der äußeren Welk 16 gedreh · - _{R q} triebsHö«?ers angeordnet sind, und daß die Steuer- 45 achse 17 ist mit e.nem ersten G^^™^ einrichtung zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit verbunden und^ wird ■« «n«^™^ _e ² _rste des Stabes von dem Ausgangssignal der Vergleichs-

ÄÄe der Erfindung werden nach- Α^^^_£ stehend an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt 5« formte AuHiangestange ^b ^ JJ^» eine Schemadarstellung eines ersten Aus- 26 gesehen ist Am oberen Teüjcr^»8 iil der erfindungsgemäßen Vomch- g f^^^^ ^_6nTe ϊ3ϊΓΐΙ«& 26 d,

^tUF^gig.2 ein ergänztes Blockschaltbild der Vorrich-Ä zur Erläuterung der Funktion
^ Ofenl (Fig.l)

ähnlichem Material. Es wird von einer Tiegelhalte- Ein Rohr 32, das eine ™^M'i£^eit. ^ _stationärei

rung 3, beispielsweise aus Graphit getragen. Der Ol cd .dgl. ^en^ ^lst ^^stjJgjKe mit der

angebracht ist, daß ein Flüssigkeitsniveau 31 α auf einer vorbestimmten Höhe gebildet wird. Ein Auftriebskörper 35 ist in die Flüssigkeit 31 im Rohr 32 eingetaucht und steht mit dem unteren Ende einer Zugstangc 38 in Verbindung, die von einer zweiten Aufhängung 36 und einem zweiten Gewichtsdetektor 37 herunterhängt; die Aufhängung 36 und der Detektor 37 sind an dem beweglichen Verstellkörper 22 gehaltert. Sie entsprechen in ihrem Aufbau der ersten Aufhängung 26 und dem ersten Gewichtsdetektor 25.

Der Auftriebskörper 35 ist so ausgebildet, daß er in seinem mittleren Bereich einen Hauptteil 35 fr mit etwa gleichförmigem Durchmesser, entsprechend einem endgültigen Einkristall, aufweist; an den beiden Enden des Auftriebskörpers 35 sind eine Schulter 35 α bzw. eine sich im Durchmesser allmählicher verringernde Spitze 35 c vorgesehen. Die Länge des Auftriebskörpers ist so gewählt, daß sie etwa der des fertigen Einkristalls entspricht. Das Querschnittsverhältnis zwischen dem Auftriebskörper 35 und dem fertigen Einkristall entspricht dem Verhältnis der spezifischen Gewichte der Flüssigkeit 31 und des Einkristalls 20.

Der Auftriebskörper 35 besteht aus Aluminium, Tetrafluoräthylen, Zirkon od. dgl.; er kann gewünschtenfalls als Hohlkörper ausgebildet sein. Ein Schraubzapfen 39 ist einerseits mit der Schulter 35 a des Auftriebskörpers 35 und andererseits mit der Zugstange 38 verschraubt.

Die beiden Gewichtsdetektoren 25 und 37 sind als Halbleiter-Spannungsmeßelemente ausgebildet; sie wandeln die Gewichtssignale, die von dem Kristall 20 über die Zugstange 17 und vom Schwimmkörper 35 über die Zugstange 38 ausgeübt werden, in elektrische Signale um und stellen diese umgeformten elektrischen Signale fest. Die Ausgangssignale der beiden Gewichtsdetektoren 25, 37 werden durch einen Vergleichskreis 40 verglichen; das Ausgangssignal dieses Vergleichskreises 40 gelangt zu einem Steuerkreis 41. Hiervon gelangen Signale zu einem Leistungs-Steuerglied 42, einem Hubgeschwindigkeits-Steuerglied 43 und einem Ziehgeschwindigkeits-Steuerglied 44. Die Ausgänge dieser Steuerglieder steuern den Heizzylinder 13 bzw. den Tiegel-Hubmotor 8 bzw. den Kristallzieh-Motor 28. Der den Kristall drehende Motor 23 und der den Tiegel drehende Motor 5 werden mit vorbestimmten Drehzahlen, beispielsweise S bzw. 10 U/min angetrieben. Die Steuerung des Tiegel-Hubmotors 8, die das Herausziehen des Kristalls 20 aus dem gleichfalls aufwärts bewegten Tiegel 2 beeinflußt, erfolgt derart, daß das Niveau der Schmelze 12 in einer festen Relativlage zum Hetzzylinder 13 bleibt. Wird nämlich die Relativlage des Schmelzspiegels gegenüber dem Heizzylinder 13 geändert, so wird hierdurch zugleich der Querschnitt des Kristalls 20 beeinflußt.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird zu Beginn des Herausziehens des Einkristalls der Keim 19 in die Schmelze 12 eingetaucht oder hiermit in Berührung gebracht, während das obere Ende des Auftriebskörpers 35 mit dem Flüssigkeitsspiegel 31 α zusammenfällt. Die Tiegel-Halterung 3 und damit der Tiegel 2 wird durch die Welle 4 relativ zum Heizzylinder 13 gedreht. Die Kristalt-Ziehwelle 17 wird mit vorbestimmter Drehzahl in entgegengesetzter Drehrichtung zum Tiegel 2 gedreht

Der Motor 28, durch den das Ziehen des Kristalls erfolgt, wird — gesteuert durch das Steuerglied 44 — mit vorbestimmter Drehzahl angetrieben. Über das Schneckengetriebe 29 wird die Spindel 27 gedreht und dadurch der Verstellkörper 22 in vertikaler Richtung bewegt. Die äußere Welle 16 und die Kristall-Ziehachse 17 werden auf diese Weise gemeinsam langsam nach oben bewegt, so daß aus dem Keim 19 ein Kristall 20 wächst. Da der Heizzylinder 13 und der Tiegel 2 relativ zueinander gedreht werden, wird die Wärmeemission des Heizzylinders 13

ίο gleichförmig verteilt und gemittelt, so daß der Einkristall 20 in der gewünschten Form gezogen wird. Der Kristall 20 nimmt hierbei an Gewicht zu, so daß der erste Gewichtsdetektor 25 ein entsprechend vergrößertes Gewichts-Ausgangssignal liefert.

Andererseits wird der Auftriebskörper 35 durch die Aufwärtsbewegung des Verstellkörpers 22 gegenüber dem Flüssigkeitsniveau 31 α angehoben, so daß die Auftriebswirkung des Körpers 35 verkleinert wird. Da hierdurch das Gewicht des Auftriebskörpers 35 vergrößert wird, liefert der zweite Gewichtsdetektor 37 ein Ausgangssignal proportional dem Gewicht. Wenn das Flüssigkeitsniveau 31a durch das teilweise Herausziehen des Auftriebskörpers 35 absinkt, so strömt eine entsprechende Flüssigkeitsm :nge zusätzlich durch den Einlaß 33 ein; überschüssige Flüssigkeit tritt durch den Auslaß 34 aus.

Es sei angenommen, daß zu Beginn des Ziehens des Einkristalls 20 die Ausgangssignale der beiden Gewichtsdetektoren 25 und 27 gleich groß sind; der Motor 28 ist auf eine bestimmte Drehgeschwindigkeit eingestellt. Während nun der Einkristall 20 herausgezogen wird und wächst, wird das vom zweiten Gewichtsdetektor 37 festgestellte Gewicht des Systems mit dem Auftriebskörper 35 verglichen mit dem vom ersten Gewichtsdetektor 25 ermittelten Gewicht des Systems, in dem der Kristall 20 hängt. Ist das vom ersten Detektor 25 festgestellte Gewicht größer als das vom zweiten Detektor 37 festgestellte Gewicht, so wird die Drehzahl des den Kristall ziehenden Motors 28 dadurch erhöht, daß der Vergleichskreis 40 über den Steuerkreis 41 ein Signal an das Steuerglied 44 liefert. Wird auf diese Weise die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls erhöht, so verringert sich damit der Durchmesser des Einkristalls 20. Ist dagegen das

vom ersten Detektor 25 festgestellte Gewicht kleiner als das des zweiten Detektors 37, so "ird die Ausziehgeschwindigkeit des Kristalls 20 verringert, so daß der Kristall einen größeren Durchmesser erhält. Der Kristall 20 wird also in einer der Form des Auftriebskörpers 25 entsprechenden, vorbestimmten Form gezogen. Der gezogene Einkristall 20 besitzt eine Schulter 35 α und eine Spitze 36 c (F i g. 3) entsprechend Schulter und Spitze des Auftriebskörper·. 35, ferner einen gleichförmigen Haüptteil entspre-

chend dem Hauptteil 356 im mittleren Bereich des Auftriebskörpers 35.

Werden die Länge und der Durchmesser des Auftriebskörpers 35 entsprechend der gewünschten Endform eines Einkristalls gewählt, so läßt sich zuverläs- sig der Kristall in dieser gewünschten Form herstellen. Um irgendeinen gewünschten Einkristall mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herzustellen, wird der Auftriebskörper gegen einen entsprechend anders ausgebildeten ausgewechselt; allein durch Auswechsein des Hauptteiles 3Sb durch einen anderen Hauptteil im Auftriebskörper 35 lassen sich beliebige Langen erzielen.
Wenngleich bei dem erläuterten Ausführungsbei-

spiel die Kristall-Zichachse 17 gedreht w.rc se, -s» es statt dessen auch möglich, «c stationär anzuordnen und den Heizzylinder 13 zu drehen. Da j diesem Falle mechanische Unregelmäßigkeiten «n der Dreh

bewegung der Kristall-Zichachsc 17 nicht "Vertragen werden, wird die Genauigkeit in der Gcwithtsbcstim mung verbessert. _das

Wenngleich der stationäre Tis*.h 30, an dem das Rohr 32 befestigt ist, in fester Verbindung mit ^rn dicht abgeschlossenen Ofen 1 steh so >°^ηη^^{η d}.^oc^ auch andere (nicht dargestellte) Trager.ischemit dem Ofen 1 verbunden werden. Der zweile Gc^hts^de tektor 37 ist bei dem erläuterten Ausfuhrungsbeispic d beweglichen Verstellkörper 22 vorgesehen

Pnl-irisations-Fchlcrverstärkcrs 47 über die Länge Pca£«on _{differenziert durch} einen Differentiade ^ _pID._{Steuerschaltung} 48 d,e einen

_{jalionskreiS) einen} mtcgrationskreis usw. ^ ^.^ _{wjrd s al entS}p_re

^^^ _{des vorgegebenen} Querschnitts

c _Auftriebskörpers 35 gegenüber dem Querschnitt

_des gezogenen Kristalls ermitteis Dieses Ausgangs-

B b „^ _cjncn verstarker 49 zum Kr-

J ,__zi*_{hmolor 28 und} weiterhin über ein Tiegel-

_hub-Stcucrglied 50 zum Tiegcl-Hubmotor 8

^ ^ p_rogramrn steuers.gnaquelle 51 _{hcn die in} Abhängigkeit von der Lange des B _{cbcnen und} gezogenen Einkristalls 20 ein verJ°ng8 _Steuersi_gnal erzeugt Dieses Steuersignal

SiÄ?JSg

wie bä wie bei

Die Einstellung des ™
in der Weise erfolgen, daß das R steüung des Quecksilberspiegels eines ^ rometcrs angehoben wird. In fesem Falle ist kontinuierliche Flüssigkeitszufuhr nicht "forderlich. Γ"λ ferner bei dem beschriebenen Ausfun Tbdsp^ de Auftriebskörper 35 hochgezogen so kann man statt dessen ?uch das Rohr unten ziehen und den Auftrieb skorpe 35uto den zweiten Gewichtsdetektor 37 und die zwciie Aufhängung 36 fest an einer sUt.onaren ηκ^t darge stellten Zahnstange anbringen. Auch in diesem ran w d das Gewichfdes Auftriebskörpers3! gm«sen. Da das Ausgangssignal aus dem ^8"JJj_n) anale von zwei Wandlern (wie Spannungsrneuaose ; tonnen ™rd, die jeweils ein Gewchusigri in m Slekirisches Signal umwandeln, bestehen keine Pro blcme hinsichtlich der Linearität und d« Temper turvcrhaltens der einzelnen Wandle .^-Spannung meßdosen mit gleichen Charakteristiken ™ m beispielsweise durch Bearbeiten bewchbart«^i eines identischen Si-Elementcs erha ten Habe^Me ner das Rohr 32 und der Tiegel2 des^e [^orni ist eine Korrektur der Absenkung d ^ ¹^ ^S^ veaus 31« nicht erforderlich da Hch das . keitsnivcau im Rohr 32 und der Schmelzspiegei Tiegel 2 synchron absenken. . _{ht der}

Vom Ausfühnmgsbeispiel der Fig.2ί *JJ*\^ Hauptteil nicht erläutert zu werden, da « ™t i-' | WenEsch ist Das Gewicht des gezogenen.Etnknstaus 20 wfrd edc?h durch den ersten Detektor M be stimmt; das Ausgangssignal wird einem &« einerpolarisations-Fehlerverstärkers 47 zugetunn waScnd dalSewicht des Auftriebsko^S^durc« den zweiten Detektor 37 ermittel und dessen.aus SSal einer Null-Einstelleinnchtung 45 zugeto

üer Null-Einstelleinrichtuog 45 wird ferner WS,Ijurchmesser-Einstellemnchtung 46^M enal zueeführt das einem vorgegebenen D^ri Sr de?|ezogeAen Einfachkristalls 20 entepnchL Ausg^gSS der ^^^f^Sl langt zuTdern anderen Eingang;de^^staEsnkri lerverstärkers 47. Zu Beginn des Ziehem oes c. stalls 20 ist das Ausgangssignal der_Null ^' trchtung 45 so eingestellt, daß ^£Αζ signal des Polarisations-Fehlerverstarkers V gj Null ist. Dann wird das Feßier-rtubg ug _e Einkristalls 20 und der Größe des Steuersignals c eT solche Beziehung, daß dieses Steuers.gnal £ _{wenn die Lange dcs Κπ8ΐβΠ?} m der

g _{ößcnordnu der halben} Gesamtlange ,st; das proportional an, wenn die Lange _{r a},_{s der vors ehcnd} genannte α _vorgegebene Steuersignal kann dann

J «^ ^ _{um aufeinander}f_olgend die

g _{EinkristaHs 20 zu bes},i_mmen. Dem Heiz-

^ ^ ^ _{kann eine y Le}, _{t efuhrt}

_{wcnn da$ S(cuc| na}, _{£ g},_eich Nu₁I ist. _{Änderungcn dcr} Ausz.ehgeschwindigke.t des Ein„ _{20 können dadurc}h kleiner gemacht werden, knsta ^ ^.^^ _{n {}~_h Heizleistung

gesteuert wird in Abhängigkeit von der ^«teilten ^ zwischen dem vorgegebenen Querschnitt

U _{Au{triebskörper}s 35 und dem Querschnitt aes abgenommen von der PID-SteuerschaItung _4g ^ ^^^ _paUe ^^ _{das Ausgan}g_SSlgnai _de

_piD._{Steuerschaltung} 48 mit einem Bezugssignal ^ Programm-Bezugsquelle 55 in einer Verglcichs_schaltung 54 verglichen. Ist die Differenz wischen _dem ^_{ηβη QuerS}ch_ni« des Auftriebskörper

^ _{dem Querschniu des} K_nstaUs großer als ein vorgegebener Wert, so liefert das Vergleichsgl.ed 54 Ausgangssignal. Es wird dann durch einen Di-_{crenüa^_{onskreis 56 über die Lkn}ge des Kristalls differenziert; das differenzierte Signal wird einem Steuersignäl der Programm-Steuersignalquelle M^ oder Hand-Leistungsreglers 57 in einer Addiersrufe _{dem Hekeleroent 13 vom} Konstant-

«_{stu s}._{Steuerglied 53} ^geführte Heizleistung wird _{dann von} dem Additions-Ausgangssignal gesteuert

Polarisations-Fehlerverstarker 47 gelie-_{Fehlerausgangssigr},_ai wird über die Läoge ta _{kristalls 20 durc}h den Differentiationskreis _{differenzierti wo}durch die Differenz zwrachen dem vor- ^ ^^^ _{und dem tatsächlichetl} Quer-

^_{n {esl teiu} ^ _das so gewonnene Ausgangs_{einem sdltt&ber w uber emen Gleich}.

^S _s^_mverstarker 59 zugeführt. Die Aufzeichnung dieses Signals ist für eine folgende Kristallanalyse an·

ßerst nützlich. ^ .„·,.„

_{Um d ht} ρ Ekll

h. ^ .„·,.„

_Um ^ _{dne gew}^_schte ρ_{ΟΓΠ? eines} Einkristalls

_{m erzi}elen, muß das Verhältnis der Ausziehge-

schwmdigkeit des Knstalls 20 zur Hubgeschwindig- ^ _{d Tils2} ^ _{gleich dem VeAatnis des}

9 10

Querschnitts des Tiegels 2 zu dem des Kristalls 20 dessen Ausgangssignal; der Tiegel-Hubmotor 8 wird sein. Ist der Durchmesser des Einkristalls 20 kon- hierdurch so gesteuert, daß die Hubgeschwindigkeit stant, so ist das Verhältnis der Ausziehgeschwindig- des Tiegels 2 im Bereich der Schulter 35 a, des mittkeit des Kristalls 20 zur Hubgeschwindigkeit des Tie- leren Teiles 35 b und der Spitze 35 c des Auftriebsgels 2 konstant. Vergrößert oder verkleinert sich da- 5 körpers 35 den Kurven«,ft bzw. c in Fig. 3 C entgegen der Durchmesser des Kristalls 20 allmählich, spricht. Das Vergleichs-Ausgangssignal des Verso muß die Hubgeschwindigkeit des Tiegels 2 pro- gleichsgliedes 63 wird ferner der PID-Steuerschalportional zur Änderung des Querschnittes des Kri- tung 48 zugeführt, so daß die Proportional-Empfindstalls 20 geändert werden, falls die Ausziehgeschwin- Hchkeit im umgekehrten Verhältnis zu den Kurdigkeit des Kristalls 20 konstant ist. io vena, ft und c (Fig. 3C) im Bereich der Schulter,

Bezeichnet man eine kleine Änderung der Aus- des mittleren Teiles bzw. des Sprosses des gezogenen

Ziehgeschwindigkeit des Kristalls 20 mit f V, eine Kristalls 20 gesteuert wird.

Änderung des Querschnitts des Kristalls 20 mit Δ A, Die Hubgeschwindigkeit des Tiegels 12 wird somit

so besteht die Beziehung AA = KAV, wobei K an der Schulter und an der Spitze des Einkristalls in

eine Variable ist; je größer der Durchmesser des Kri- 15 Abhängigkeit von der Änderung des Querschnittes

stalls 20 ist und damit sein Querschnitt, um so größer des Kristalls 20 geändert, so daß der Spiegel der

ist der Koeffizient K. Anders ausgedrückt: Je größer Schmelze 12 im Tiegel 2 in der Höhe im Bereich der

der Querschnitt des Kristalls 20 bei einer bestimmten Schulter und der Spitze des Einkristalls konstant ge-

Änderung der Ausziehgeschwindigkeit ist, um so grö- halten wird; weiterhin werden die Übertragungsfunk-

ßer ist unter diesen Umständen AA. Die Übertra- 20 tioüen des Steuersystems für die Motoren8 und 28

gungsfunktionen der Motoren 8 und 28 müssen je- stets konstant gehalten, so daß das Steuersystem sta-

doch stets konstant gehalten werden, damit das Steu- bil arbeitet.

ersystem für die Motoren 8 und 28 stabil arbeitet. Zu Liegt die Länge des zu ziehenden Einkristalls 20 diesem Zweck muß das Produkt aus den» Koeffizien- über einem %'orgegebenen Wert und ist die Menge ten K und der Proportional-Empfindlichkeit der as der Schmelze 12 unter einem vorbestimmten Wert, PID-Steuerschaltung 48 stets konstant sein. Wird der so sinkt die Schmelze 12 in der Temperatur ab; der Koeffizient K bei einer Änderung des Querschnittes Querschnitt des zu ziehenden Einkristalls wird verdes Kristalls 20, wie oben erwähnt, geändert, so größert, woraus eine höhere Ausziehgeschwindigkeit muß die Proportional-Empfindlichkeit im umgekehr- des Kristalls 20 resultiert. Wird jedoch die Ausziehten Verhältnis zum Koeffizient K geändert werden. ₃₀ geschwindigkeit des Kristalls 20 wesentlich höher, so Zu diesem Zweck werden das Tiegelhub-Steuerglied kann man einen Einkristall hoher Qualität nicht er-50 und die Proportional-Empfindlichkeit der PID- zielen, da nachteilige Erscheinungen auftreten, die zu Steuerschaltung 48 für das obenerwähnte Steuersy- einem ungleichmäßigen spezifischen Widerstand des stern durch ein Steuersignal gesteuert, das durch An- Kristalls führen. Im Hinblick hierauf wird ein bederung des Gewichts des Kristalls 20 auf Grund ₃₅ trächtliches Ansteigen des Querschnitts des Einkrieiner Längenänderung gewonnen wird. Die Propor- stalls 20 verhindert, d. h. ein beträchtliches Ansteigen tional-Empfindlichkeit des Tiegelhub-Motors 8 und der Ausziehgeschwindigkeit des Einkristalls 20, indes Kristall-Ziehmotors 28 wird also durch das Steu- dem die Heiztemperatur des Tiegels 2 durch das ersignal gesteuert Heizelement 13 in Abhängigkeit von der Länge des

Ein Ausführungssignal E₁ des einen Gewichtsde- ₄₀ zu ziehenden Einkristalls 20 gesteuert wird. Dies er-

tektors, nämlich des ersten Detektors 25, wird über reicht man dadurch, daß die dem Heizelement 13 zu-

die Länge / des Kristalls 20 durch einen Differentia- geführte Heizleistung mittels des Ausgangssignals der

tionskreis 61 differenziert F i g. 3 B zeigt den gmnd- Programm-Steuersignalquelle 51 in Abhängigkeit

sätzlichen Verlauf des Ausgangssignals E₁ in Abhän- von der Länge des Einkristalls 20 gesteuert wird. Ein

gigkeit von / in den Kurven a, b und c. Kurve α zeigt ₄₅ Eingangssignal des Differentiationskreises 61 kann

die Abhängigkeit zwischen E₁ und Z im Bereich der vom Ausgangssignal des zweiten Gewichtsdetektors

Schulter 35 a des Auftriebskörpers 35. Kurve ft gibt 37 abgenommen werden.

die Abhängigkeit zwischen C₁ und Z im mittleren Be- T.iegt die Länge des zu ziehenden Einkristalls 20

reich 356 des Auftriebskörpers wieder und Kurve c über einem vorbestimmten Wert und ist die Menge

schließlich die Abhängigkeit zwischen E₁ und" I im _so der Schmelze 12 im Tiegel 2 unter einem vorbe-

Bereich der Spitze 35 c des Auftriebskörpers 35. stimmten Wert, so besteht die Tendenz einer starken

F i g. 3 C zeigt in den Kurven a, b und c die differen- Absenkung der Temperatur der Schmelze 12. Wird

zierten Signale -^- (geliefert durch den Kreis 61), j^ed°^{ch die}. ^dem Heizelement 13 von dem Konstaöt-

^ ·" ** ' leistungs-Steuerghed 53 zugeführte Leistung durch

a · , · λ ■··_ · ν ..., « . , .-, Querschnitt des Ein-

Ausgangssignal wird über einen Verstarker 62 einem knstalls 20 wird infolgedessen nicht so stark verErö-

VergleichsgHed 63 zugeführt, wo es mit einem Be- ßert, so daß die Ausziehgeschwindigkeit des Einkri- zugssignal verglichen wird, das von einer Pro- _6o stalls 20 nicht so sehr erhöht wird Die Ausziehee-

gramm-Bezagsquelle 64 geliefert wird. schwindigkeit des Einkristalls 20, gesteuert durch die

Das Vergleichs-Ausgangssignal gelang* zum Hub- obige Steuerung der Motoren 28 8 wird also nicht

tiegel-Steuerglied 50 und beeinflußt die Größe von so stark vergrößert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ziehen eines Halbleiterkristallstabes, insbesondere eines Einkristallstabes s mit einem eine Halbleiterschmelze enthaltenden axial verschiebbaren Tiegel, mit einer Einrichtung zum Herausziehen des Stabes aus dem Tiegel und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit und damit des Durchmessers jo des Stabes, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Rohr (32) sowie ein in diese Flüssigkeit eingetauchter Auftriebskörper (35), eine Einrichtung (36) zum Herausziehen des Auftriebskörpers aus der Flüssigkeit oder zum Absenken des Rohres und eine Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleich des Gewichts des Stabes (20) und des Auftriebskörpers (35) angeordnet sind und daß die Steuereinrichtung (41) zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit ao des Stabes von dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung abhängt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Auftriebskörpers (35) der Form der aus dem Tiegel (2) zu ziehen- »5 den Stäbe (20) entspricht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) zugleich die axiale Aufwärtsverschiebung des Tiegels (2) steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) zugleich die Heiztemperatur für den Ti- ?el (2) steuert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (40) einen ersten und einen zweiten Gewichtsdetektor (25, 37) enthält, von denen der eine mit der den Stab (20) ziehenden Einrichtung (26) und der andere mit der den Auftriebskörper (35) ziehenden Einrichtung (36) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) durch die elektrischen Signale proportional zum Verhältnis der Gewichtsänderung zur Längenänderung des Stabes (20) gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr kontinuierlich mit Flüssigkeit gespeist wird, so daß ein konstantes Flüssigkeitsniveau aufrechterhalten wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Rohres (32) der Form des Tiegels (2) ähnlich ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herausziehen des Auftriebskörpers (35) das Rohr (32) angehoben wird, um ein äquivalentes Flüssigkeitsniveau konstant zu halten.