DE977650C

DE977650C - Verfahren zur tiegelfreien Waermebehandlung eines langgestreckten, vorzugsweise stabfoermigen Koerpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff

Info

Publication number: DE977650C
Application number: DES36798A
Authority: DE
Inventors: Reimer Dr-Ing Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-12-17
Filing date: 1953-12-17
Publication date: 1967-12-28

Description

Verfahren zur tiegelfreien Wärmebehandlung eines langgestreckten, vorzugsweise stabförmigen Körpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff Bekannt ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines langgestreckten, vorzugsweise stabförmigen Körpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, wie z. B. Germanium oder Silizium, durch Verflüssigung eines begrenzten Bereiches, wobei die Enden der Halbleiterkristallanordnung relativ zueinander festgelegt sind und der in Betracht kommende Bereich in Form einer Querschnittszone geringer Dicke unter Vermeidung eines Tiegels od. dgl. durch Erhitzung verflüssigt wird. Die zum Schmelzen erforderliche Heizeinrichtung ist vorteilhaft ringförmig ausgebildet. Wird der Stab durch die Öffnung des Heizringes der Länge nach hindurchbewegt, so durchwandert die flüssige Zone den Stab in Achsrichtung. Es ist auch bekannt, die Anordnung so zu treffen, daß sich der Stab während der Behandlung in senkrechter Stellung befindet, und entweder ihn oder die Heizeinrichtung aufwärts oder abwärts zu bewegen. Die Schmelzzone liegt dann waagerecht, so daß die rotationssymmetrische Ausbildung des Schmelzlings durch den Einfluß der Schwerkraft nicht gestört wird. Das erwähnte Verfahren wird nach der vorliegenden Erfindung im Sinne einer günstigen Beeinflussung des Aufbaues des Schmelzlings in der Weise verbessert, daß eines der beiden Enden der Anordnung in verhältnismäßig rasche Umdrehungen versetzt wird. Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen stabförmigen Halbleiterkörper beim tiegelfreien Zonenziehen ständig zu drehen mit dem Zwecke, das Ablaufen des geschmolzenen Gutes zu verhindern. Diese Gefahr tritt aber insbesondere bei senkrechter Anordnung des Stabes in der Regel nicht auf, so daß eine Drehbewegung aus diesem Grunde nicht notwendig wäre. Bei einseitiger Erhitzung des Stabes, derart, daß nicht sein ganzer Querschnitt von der Schmelzzone ausgefüllt ist, wurde eine Drehbewegung zu dem Zwecke vorgeschlagen, eine rotationssymmetrische Ausbildung des Schmelzlings zu gewährleisten. Dazu genügt aber eine verhältnismäßig langsame Drehbewegung. Ebenso ist die Drehbewegung, welche bei dem bekannten Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze häufig zur Erzielung eines rotationssymmetrischen Schmelzlings angewendet wird, verhältnismäßig lang.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß mindestens eines der beiden Enden des langgestr eckten Körpers während der Behandlung um seine Längsachse mit so hoher Drehzahl gedreht wird, daß die Drehzahl, die zur Erzielung eines rotationssymmetrischen Schmelzlings erforderlich ist, überschritten wird. Durch eine genügend hohe Drehzahl kann ferner erreicht werden, daß im Inneren der Schmelzzone befindliche ungelöste Fremdstoffe, z. B. Siliziumkarbidteilchen, die ein höheres spezifisches Gewicht haben als das geschmolzene Material, durch die Fliehkraft an die Außenfläche des Schmelzlings befördert werden. Dort ' können sie dann später durch Abätzen des Schmelzlings freigelegt und auf mechanischem Wege leicht, z. B. durch Abkratzen, entfernt werden.
Zu vermeiden ist, daß die Drehbewegung längere Zeit hindurch mit einer Drehzahl erfolgt, die mit der Eigenfrequenz des geschmolzenen Materials in der Schmelzzone übereinstimmt. Die Drehzahl wird daher vorteilhaft so gewählt, daß sie entweder unterhalb oder oberhalb der Resonanzdrehzahl liegt. Als besonders zweckmäßig hat sich praktisch eine Drehzahl von 3oo bis q.oo U/min erwiesen. Unter Zoo U/min sollte man nach Möglichkeit mit der Drehzahl nicht herabgehen. Es lassen sich aber auch nach einem verhältnismäßig raschen und infolgedessen unschädlichen Durchgang durch den Resonanzbereich Drehzahlen über iooo, inbesondere bis zu 2ooo U/min erreichen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Drehzahl während der Behandlung zu verändern und dadurch den Aufbau des Schmelzlings in seiner Längsrichtung verschieden zu beeinflussen, z. B. auch bei der Zuführung von Domtoren und Akzeptoren.
Man kann entweder das obere Stabende oder das untere Stabende umlaufen lassen, indem man der betreffenden Halterung eine Drehbewegung erteilt. Bleibt das andere Stabende ruhend, so ergibt sich innerhalb der Schmelzzone in der Richtung der Stabachse eine Verteilung der Umlaufgeschwindigkeit, derart, daß sie von der mit dem umlaufenden Ende gemeinsamen Grenze bis zu der mit dem ruhenden Ende gemeinsamen Grenze stetig, und zwar annähernd linear bis zum Werte Null abnimmt. Man kann auch beide Stabenden gleichzeitig umlaufen lassen, und zwar entweder gleichsinnig oder auch gegenläufig. In letzterem Falle ergibt sich der Vorteil, daß der Verlauf der Umlaufgeschwindigkeit an einer Stelle zwischen den beiden Grenzen der flüssigen Zone durch den Wert Null hindurchgeht. An dieser Stelle tritt also keine Fliehkraft auf. Die Lage dieser Stelle ergibt sich aus dem Verhältnis der Drehzahlen der beiden Stabenden. Bei gleicher Drehzahl und gegenläufigen Drehrichtungen liegt die Stelle gerade in der :Mitte der Schmelzzone, d. h. an ihrer heißesten Stelle, wo sonst die Gefahr, daß flüssige Materialteile abtropfen oder abgeschleudert werden, am größten ist. Dieser Gefahr wird durch die gegenläufige Drehbewegung der beiden Stabenden besonders wirksam begegnet.
Im Zusammenhang mit den beschriebenen Maßnahmen können zugleich auch die übrigen in der Hauptpatentanmeldung angegebenen zusätzlichen Maßnahmen beim tiegelfreien Zonenschmelzen in beliebigen Kombinationen angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur tiegelfreien Wärmebehandlung eines langgestreckten, vorzugsweise stabförmigen Körpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, durch Verflüssigen einer Querschnittszone und Fortbewegen der flüssigen Zone in Längsrichtung des Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden Enden des langgestreckten Körpers während der Behandlung um seine Längsachse mit so hoher Drehzahl gedreht wird, daß die Drehzahl, die zur Erzielung eines rotationssymmetrischen Schmelzlings erforderlich ist, überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine so hohe Drehzahl, daß im Innern der Schmelzzone befindliche ungelöste Fremdstoffe durch die Fliehkraft an die Außenfläche befördert werden.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl unterhalb der Eigenfrequenz der Schmelzzone gelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl oberhalb der Eigenfrequenz der Schmelzzone gelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl oberhalb Zoo U/min gelegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen 300 und 500 U/min gelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl oberhalb iooo U/min gelegt wird. B. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen iooo und 2ooo U/min gelegt wird. g. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl während der Behandlung verändert wird. io. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stabenden in gegenläufigen Drehrichtungen gedreht werden. i i. Verfahren zur Weiterbehandlung des Erzeugnisses des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche befindlichen Fremdkörper durch Abätzen des Schmelzlings freigelegt und dann mechanisch entfernt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Transactions AIME, Bd. i35, I939 S. 87, Abs. 2; Bd. 194, 1952 Heft 7, S. 747 bis 753; Phys. Rev., Bd. 89, 1953, Heft I, S. 322, 323; Heft 6, S. 12C)7.