DE2533839C2

DE2533839C2 - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterialstäben

Info

Publication number: DE2533839C2
Application number: DE19752533839
Authority: DE
Inventors: Hans 8031 Gröbenzell Stut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-29
Filing date: 1975-07-29
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE2533839A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterialstäben, insbesondere von Süiciumstäben, die in einem Rezipienten lotrecht zwischen zwei Halterungen angeordnet sind, mit einer in axialer Richtung feststehenden Induktionsheizspule, die von einem Strahlungsschutzschirm konzentrisch umschlossen ist

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus »Rev. Scient. Instrum.«, 25 (1954), Seite 332, Fig. 1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Siliciumstab in einem Rezipienten lotrecht zwischen zwei Halterungen ίο eingespannt. Eine Induktionsheizspule ist in axialer Richtung feststehend und erzeugt in dem Siliciumstab eine Schmelzzone. Außerdem ist die Induktionsheizspule konzentrisch von einem Strahlungsschutzschirm umgeben.

Aus »J. Sei. Instrum.« 38 (1961), Seite 397, Bild 1, ist es bekannt, daß für eine Kristallziehanlage für GaAs ein kegelstumpfförmiger Rezipient verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen zu schaffen, bei der der die Zonenschmelzkammer bildende Rezipient aus vakuumtechnischen und wirtschaftlichen Gründen eine kleine Innenoberfläche und ein möglichst kleines Volumen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rezipient die Form von zwei, an ihrer Grundfläche zusammengesetzter Kegelstümpfe aufweist und der Strahlungsschutzschirm aus Silicium besteht.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rezipienten wird erreicht, daß trotz kleinen Volumens in der Behandlungsebene, also im Bereich der Schmelzzone, ein großer Abstand der Wände von der Schmelzzone vorhanden ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, im Bereich der Schmelzzone auf einfache Weise den Strahlungsschutzschirm anzubringen. Dieser aus Silicium bestehende Strahlungsschutzschirm schützt die in unmittelbarer Nachbarschaft der schmelzflüssigen Zone befindlichen Teile und Wandbereiche vor Strahlungsbelastung und verhindert daß Gase oder Teilchen in ihren Oberflächen abgegeben werden, welche den Zonenschmelzprozeß stören könnten. Da der Strahlungsschutzschirm aus Silicium hergestellt ist, werden durch ihn keine unerwünschten Dotiereffekte hervorgerufen. In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Strahlungsschutzschirm eine Wandstärke von 1 —4 mm, vorzugsweise 2—3 mm, aufweist

Es. liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß der Rezipient im Bereich der feststehenden Induktionsheizspule ein Beobachtungsfenster aus Quarz, Glas oder Silicium besitzt

Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, zur Beobachtung und Regelung der Schmelze im Bereich der Schmelzzone außerhalb des Rezipienten eine infrarotempfindliche Fernsehkamera anzuordnen.

Weitere Einzelheiten sind anhand der Beschreibung zu der Figur, welche ein Schnittbild durch den mittleren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, zu entnehmen.

Nach der Figur hat der Rezipient 1, welcher aus rostfreiem Stahl besteht, die Gestalt zweier an ihrer Grundfläche zusammengesetzter Kugelstümpfe 11 und 12. Die für den lotrecht im Rezipienten 1 angeordneten Halbleiterkristallstab 2 aus Silicium notwendigen Haltevorrichtungen sind der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt, desgleichen auch nicht die vakuumdichten Durchführungen und Ziehwellen. Der Siliciumstab 2 wird von einer einwindigen Induktionsheizspule 3 ringförmig umgeben und dadurch im Stab 2 eine Schmelzzone 4 erzeugt, weiche durch Verschieben der Halterungen bei feststehender Spule 3 von unten nach oben durch den Stab wandert. Im Bereich der Schmelzzone 4 ist außerdem ein Strahlungsschutzschirrr. 5 angeordnet, welcher die Spule 3 konzentrisch umschließt und die Funktion hat, Verunreinigungen von oder aus den Rezipientenwänden 1 von der Schmelzzone 4 fernzuhalten. Dieser Strahlungsschutzschirm 5, welcher aus einem rohrförmigen Gebilde aus reinem Silicium besteht und eine Wandstärke von 2—3 mm aufweist, verhindert auch, daß die Rezipientenwände 1 einer zu hohen Strahlüngsbelastung ausgesetzt werden. In einer Seitenwand des Rezipienten 1 befindet sich ein Beobachtungsfenster 6 aus reinem Silicium. Das Fenster sowie der Strahlungsschutzschirm wurden durch Gasphasenabscheidung aus einer Silicium enthaltenden gasförmigen Verbindung (SiHCU oder SiCU) und Abscheiden von Silicium auf erhitzte Graphitträgerkörper bis zur gewünschten Wandstärke hergestellt. Dadurch ist gewährleistet, daß nur sehr reines Material anfällt.

Das Fenster 6 sowie der Strahlungsschutzschirm 5 sind in ausreichendem Maße infrarotdurchlässig. Außerhalb des Rezipienten I ist deshalb im Bereich der Schmelzzone 4 eine Fernsehkamera 7 mit Infrarotoptik und einem infrarotempfindlichen Vidikon vorgesehen, die zur Überwachung und Regelung der Vorgänge im Innern des Rezipienten 1 dient. Die Fernsehkamera 7 wird so orientiert, daß ihre Abtastzeilen senkrecht zu dem von der Optik der Kamera auf das Target der Kamera projizierten Infrarotbild der Schmelzzone mit den angrenzenden Stabteilen orientiert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterialstäben, insbesondere von Süiciumstäben, die in einem Rezipienten lotrecht zwischen zwei Halterungen angeordnet sind, mit einer, in axialer Richtung feststehenden Induktionsheizspule, die von einem Strahlungsschutzschirm konzentrisch umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezipient die Form von zwei, an ihrer Grundfläche zusammengesetzter Kegelstümpfe aufweist und der Strahlungsschutzschirm aus Silicium besteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschutzschirm eine Wandstärke von 1 bis 4 mm, vorzugsweise 2—3 mm aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezipient im Bereich der Induktionsheizspule ein Beobachtungsfenster aus Quarz, Glas oder Silicium aufweist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schmelzzone außerhalb des Rezipienten eine infrarotempfindliche Kamera angeordnet ist. .