DE1094711B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstaeben, insbesondere aus Silizium - Google Patents
Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstaeben, insbesondere aus SiliziumInfo
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Description
DEUTSCHES
Beim tiegelfreien Zonenschmelzen, ζ. Β. zur Herstellung von hochgereinigten einkristallinen Halbleiterstäben
oder beim Ziehen von dünnen Seelen, wird der Halbleiterstab vorteilhaft in senkrechter
Stellung in einer Halterung gehaltert und in einer Vakuumkammer angeordnet. Mit einer durch hochfrequenten
Wechselstrom beheizten und in Richtung der Stabachse beweglichen Spule kann der Stab in
einer schmalen Zone geschmolzen werden, welche gegebenenfalls mehrmals in der gleichen Richtung
durch den Stab bewegt werden kann. Zur Einleitung des Zonenschmelzvorganges muß der Halbleiterstab
vorgewärmt werden, weil die geringe Leitfähigkeit des bereits sehr reinen Halbleitermaterials im kalten
Zustand zur induktiven Erwärmung ohne weiteres nicht ausreicht. Aus diesem Grunde kann nach einem
früheren Vorschlag um den Halbleiterstab an einem Ende ein geschlossener Ring aus Wolfram- oder
Molybdänblech od. dgl. angeordnet werden. Ein solcher Ring wird durch die Heizspule induktiv aufgeheizt
und überträgt die Wärme seinerseits durch Strahlung auf den Halbleiterstab. Statt dessen kann
auf den Halbleiterstab an einem Ende beispielsweise eine Molybdänfeder aufgesetzt werden, die nicht nur
zum Festklemmen des Stabes in der Halterung dient, sondern auch nach ihrer induktiven Erwärmung
den Halbleiterstab durch Strahlung und Wärmeleistung vorwärmen kann.
Die bekannten Verfahren zur Vorwärmung des Halbleiterstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen
haben jedoch den Nachteil, daß die Vorwärmzeit verhältnismäßig lang ist und das Anbringen der
erforderlichen Hilfsmittel zur Wärmeübertragung umständlich ist und eine längere Zeit erfordert. Diese
Nachteile können mit der Erfindung vermieden werden.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von durch Abscheidung
aus einer gasförmigen Verbindung gewonnenen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silizium, für elektronische
Zwecke. Erfindungsgemäß wird ein bei der Gewinnung des Halbleiterstabes an einem seiner
beiden Enden eingewachsenes Stück aus reinstem Kohlenstoff, z. B. Spektralkohle oder Reinstgraphit,
in die Zonenschmelzvorrichtung mitübernommen und zur Schaffung einer für die Einleitung des Zonenschmelzens
erforderlichen gut leitenden Zone verwendet, indem es in an sich bekannter Weise induktiv
beheizt wird.
Bei der Herstellung von Reinsilizium durch Abscheidung aus der Gasphase wird meist die dünne,
stabförmige Siliziumseele nicht unmittelbar in die zur Stromzuführung dienende gekühlte Halterung eingesetzt,
weil sie dann in der Nähe der Elektroden in-
Verfahren zum tiegelfreien
Zonenschmelzen von Halbleiterstäben,
insbesondere aus Silizium
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Konrad Reuschel,
PretzMd (OFr.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
-folge der guten Wärmeableitung kalt bleiben und dadurch der Widerstand für den Heizstrom zu groß
werden würde. Man setzt deshalb vorteilhaft zwischen Halterung und Siliziumseele ein Kohle- oder Graphitstück
ein. Kohlenstoff ist ein guter elektrischer Leiter mit hohem Schmelzpunkt, aber er leitet Wärme verhältnismäßig
schlecht. Falls er in entsprechend reiner Form verwendet wird, besteht keine Gefahr der Verunreinigung
des Halbleitermaterials. Beim Abscheidungsprozeß wird das der Siliziumseele benachbarte
Ende des Zwischenstückes nahezu bis auf die Temperatur der Siliziumseele erhitzt, so daß auch auf
diesem Ende Silizium abgeschieden wird, welches dieses Ende fest umschließt.
Diese feste Bindung des Kohle- oder Graphitstückes mit dem Halbleitermaterial ermöglicht nun in besonders
einfacher Weise das Aufheizen des Siliziumstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen.
Man heizt deshalb beim tiegelfreien Zonenschmelzen das Kohlestück induktiv auf, so daß auch das
benachbarte Silizium glühend und damit elektrisch gut leitend wird und infolgedessen nunmehr selbst
Heizleistung induktiv aufnehmen kann. Diese Leistung wird zunächst so gering gehalten, daß das
Silizium nicht schmilzt. Bei dieser Leistung wird die gut leitende Zone zum anderen Ende des Stabes hinbewegt.
Dort wird die Leistung gesteigert und die glühende Zone zum Schmelzen gebracht; hierbei kann
der Stab vorteilhaft an ein in der anderen Halterung eingespanntes Stück des gleichen Materials angeschmolzen
werden. Das eingespannte Stück kann ins-
009 678/204
besondere ein einkristalliner Impfling sein, so daß der Halbleiterstab durch das Zonenschmelzen in einen
Einkristall verwandelt wird.
Zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung das zwecks Zonenschmelzen eingespannte Ende eines Silizium-Stabes
mit einem Kohlezwischenstück schematisch dargestellt.
Die Figur zeigt einen Halbleiterstab 2, welcher durch Abscheidung von Silizium aus einer gasförmigen
Verbindung auf einer dünnen Siliziumseele 3 hergestellt ist. Letztere ist in eine Bohrung eines
Kohlezwischenstückes 4 eingesetzt, welches in dem beim Abscheidungsprozeß gewonnenen Siliziumstab,
wie oben erwähnt, fest eingewachsen ist. Beim Zonenschmelzen wird der Siliziumstab 2 mit dem Kohlezwischenstück
4 in eine zylinderförmige Stabhalterung 5 eingesetzt, deren Innendurchmesser so groß
ist, daß das Kohlezwischenstück darin im Gleitsitz gehalten wird, und mit zwei Schrauben 6 festgeschraubt.
Die Stabhalterung 5 ist mit einer Antriebswelle 7 verbunden. Eine mit hochfrequentem Wechselstrom
gespeiste Heizspule 8, welche hier als Flachspule mit drei Windungen ausgeführt ist, umschließt
das Kohleansatzstück 4 und kann in Richtung der Stabachse bewegt werden. Die Spule besteht z. B. aus
Silberrohren, die vom Kühlwasser, welches durch die Stromzuführungen 9 zugeleitet wird, durchflossen
werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ergibt den Vorteil, daß der Siliziumstab in kurzer Zeit ohne jegliche
zusätzliche Hilfsmittel allein durch die Heizspule induktiv aufgeheizt werden kann. Das Kohlezwischenstück
wird in wenigen Sekunden induktiv erwärmt und die glühende Zone zur Anschmelzstelle des Impflings
bzw. beim Dünnziehen zum freien Stabende gefahren, während bisher eine langwierige Vorwärmung
erforderlich war. Das Zwischenstück wird vorteilhaft als Rundstab mit vorbestimmtem Durchmesser angefertigt.
Dadurch kann der fertige Halbleiterstab in eine Halterung mit einer dem Durchmesser des Zwischenstückes
entsprechenden Bohrung eingesetzt werden, was eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber dem
Einbau der bisher zur Wärmeübertragung bei der Vorwärmung erforderlichen Hilfsmittel bringt. Außerdem
ergibt das Verfahren eine Materialersparnis, weil bisher das von den Molybdänfedern, die zur Vorwärmung
benutzt wurden, bedeckte Ende des Halbleiterstabes für die Reinigung verlorenging.
Claims (2)
1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von durch Abscheidung aus einer gasförmigen
Verbindung gewonnenen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silizium, für elektronische Zwecke,
dadurch gekennzeichnet, daß ein bei der Gewinnung des Halbleiterstabes an einem seiner beiden Enden
eingewachsenes Stück aus reinstem Kohlenstoff, z. B. Spektralkohle oder Reinstgraphit, beim Einsetzen
des Halbleiterstabes in die Zonenschmelzvorrichtung mitübernommen und zur Schaffung
einer für die Einleitung des Zonenschmelzen erforderlichen gut leitenden Zone verwendet wird,
indem es in an sich bekannter Weise induktiv beheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zonenschmelzen die Schmelzzone
in der Richtung nach dem Kohlestück hin durch den Halbleiterstab geführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 119 039.
Französische Patentschrift Nr. 1 119 039.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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