DE2016101A1

DE2016101A1 - Verfahren zum Ziehen von Halbleiterstäben

Info

Publication number: DE2016101A1
Application number: DE19702016101
Authority: DE
Inventors: Theodore Frank Midland Mich. Ciszek (V.St.A.). P BOIj 17-22
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1969-04-03
Filing date: 1970-04-03
Publication date: 1970-10-08
Also published as: DE2016101C3; DE2016101B2; FR2038216A1; NL7004740A; BE748377A; JPS4833876B1; US3627500A; FR2038216B1; GB1249537A

Description

I» AT IN T 4M W X I Tl

OR. I. MAAS

X Oi. 3 DR. F. VOITHENLEtTNER

• München at

UHMMWTR. »-TU.M····

Dow Corning Corporation,

Midland, Michigan, V,St.A.

Verfahren «um Ziehen von Halbleiterstäben

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Die Erfindung betrifft das Ziehen von Stäben oder Kristallen und insbesondere ein Verfahren zum Verhindern der Bildung eines Bandes an Umfang eines Blockes aus dem Material» aus den ein Stab .gezogen werden soll. - ■';.]

Monokristalline oder Einkristallstäbe aus Halbleitermaterial!* en sind für die elektronische Industrie von groftein Wert. Mit _r der Zunahme der Vorwendung dieser monokristallinen Stftbe tiki W man nach weniger aufwendigen Herstellungsverfahren für diese Stäbe und nach Verfahren gesucht» mit denen sich die Vtrun-

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reinigungen in den Stäben verringern lassen.

Bisher hat man monokristalline Stäbe gezogen, indem man einen Block oder eine Charge aus dem gewünschten Material in einem Tiegel geschmolzen, einen geeigneten Keimkristall in das geschmolzene Material eingetaucht und diesen Keimkristall aus dein geschmolzenen Material mit einer Geschwindigkeit herausgezogen hat, die ausreichte, um einen Kristall zu ziehen oder zu züchten. Dieses Verfahren ist als Czochraleki-Verfahren zum Züchten von Einkristallen bekannt und zahlreiche Variationen und Ausführungsformen dieses Verfahrens gehören zum Stande der Technik.

Die Verwendung eines Tiegels zur. Aufnahme des geschmolzenen Materials hat den Nachteil, daß Verunreinigungen, wie s.B. · Sauerstoff,in das geschmolzene JiAttrial aus der erhitzten Tiegelwand diffundieren können. Außerdem entstehen für solche Stoffe, die bei hohen Temperaturen schmelzen, wie z.B. Silicium und Germanium Schwierigkeiten aufgrund der Tatsache, daß die '■ Tiegelwände bei diesen* hohen Temperaturen plastisch deformierbar werden.

. Es wurden deshalb verschiedene Verfahren angestrebt oder entwickelt, mit denen Kristalle aus einem freitragenden Materialblock gezogen werden, um die durch das Ziehen aus einem Tiegel bedingte Verunreinigung zu vermeiden. Insbesondere wird in der USA-Patentschrift 2 858 199 ein Verfahren sum Ziehen von Kristallen aus einem Block aus geeignetem Material beschrieben, der sowohl als Materialquelle, die geschmolzen werden soll all auch als Tiegel für das geschmolzene Material dient.

Bei diesem bekannten Verfahren wird der mittlere Teil der oberen .Fläche eines Blockes aus geeignetem Material mit einem Elektro-

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nenstrahl beschossen, bis ein Sumpf aus geschmolzenem Ma- ' terial sich in der Mitte der oberen Fläche bildet. Dieser Sumpf iat innerhalb des Umfanges des Blockes durch den ungeschmolzenen Randteil der Oberfläche eingeschlossen. Ein geeigneter Kristallkeim wird dann in den Sumpf eingetaucht, , und geschmolzenes Material wird aus dem. Sumpf mit einer Geschwindigkeit gezogen, die eine Verfestigung des geschmolzenen Materials, das aus dem Sumpf an dem Keimkristall herausgezogen wird, ermöglicht.

Nachdem der Keimkristall das geschmolzene Material aus der

Mitte des Blockes eine bestimmte Zeit*lang herausgezogen . hat, ist ein großer Teil des Rohmaterials entfernt und ein Loch oder ein Hohlraum wird in der Mitte des Blockes^: gebil- · det. Anders betrachtet, hat'der Block einen Rand. Es würde v: nun gefunden, daß das Wachstum eines solchen Randes auf dem ," Block verschiedene Schwierigkeiten beim Züchten von KrIatal-,,j len durch dieses bekannte Verfahren zur Folge hat. .- i'llf't

Dar nicht geschmolzene Randteil des Blockes kann nicht wirksaat in eine neue Charge für späteren Gebrauch wieder-ver- -schmolzen werden. Daher wird sehr kostbares Rohmaterial zu ,,' einem Abfallprodukt gemacht. Weiter sind der Durehmesser und die Länge des Kristalls, der aus einem solchen Block gezogen werden kann, notwendigerweise durch die Breite des nicht geschmolzenen Randteils der Charge begrenzt, der erforderlich iat, um den geschmolzenen Teil der Charge zu begrenzen, ohne daß er salbst schmilzt. Außerdem nimmt für einen gams ba* ■ stimmten Chargenblock beliebiger Größe die Größe das Kristalle s, der aus dem Sumpf gezogen werden kann, zu, wenn die gesamte Menge dieser geschmolzenen und dem Sumpf aus geschmolzenem Material zugesetzten Charge¹^ zunimmt. Die Beseitigung

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des Aufbäus eines nicht geschmolzenen Randes auf dem Block vergrößert die Materialmenge, die dem Sumpf zugeführt wird.

Um daher den größtmöglichen Kristall aus einem bestimmten . Chargenblock zu ziehen und um die Rohmaterialien,die Kristallziehvorrichtung, die für das Erwärmen der Charge auf ihren Schmelzpunkt notwendige Energie und die für das Beginnen und" Beendigen jeder Kristallzüchtung erforderliche Zeit am wirksamsten auszunutzen, kann der Aufbau eines Randes auf dem Chargenblock nicht toleriert werden. Eine weitere Schwierigkeit resultiert aus der Tatsache, daß der Wärmehaushalt in dem Chargenblock und dem Sumpf aus dem geschmolzenen Material sich direkt auf das Kristallwachstum auswirkt und daher sorgfältig gesteuert werden muß. Es wurde gefunden, daß der'Aufbau eines Randes auf dem Chargenblock zur Folge hat, daß die Wärmeverteilung während des Ziehens des Kristalles sich-stark ' ändert. Diese Temperatureohwankung hat sich als sehr schwierig zu steuern herausgestellt und häufig zur Folge, daß die gezogenen Kristalle verworfen werden müssen.

Um schließlich die Variablen, die auf eine Kristallzüchtung Einfluß haben, zu steuern, ist es notwendig, die Grenz f lit ehe . zwischen dem Sumpf und dem Kristall fast zu jeder Zeit optisch " . zu überwachen. Diese überwachung ist sowohl beim manuellen als auch beim automatischen Ziehen von Kristallen erforderlich. Wenn jedoch der Aufbau eines Randes auf dem Chargenblock zugelassen wird, wird die Einsicht Auf die Grenzfläche zwischen dem Kristall und dem Sumpf zunächst beeinträchtigt und dann verhindert, wenn die Qrenzfläche_rnach und nach in den Chargenblock zurückweicht.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht daher in einem verbesserten Verfahren zum Züchten von monokristallinen oder polykristallinen Halbleiterstaben aus einem Block, d*a die oben er-

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wähnten und andere Nachteile bekannter Verfahren nicht aufweist.

Insbesondere bezweckt die Erfindung ein Verfahren zum Ziehen von Halbleiterstäben aus einem Materialblock, das wirksam und v/irtschaftlich ist und das Ziehen eines größeren Stabes durch Ausnutzung praktisch des gesamten Materials des Blockes ermöglicht. · ' "■".„..

Schließlich bezweckt die Erfindung ein Verfahren zum Züchten oder Ziehen von Halbleiterstäben aus einem Chargenblock, das eine optische überwachung der Grenzfläche zwischen dem Stab und dem Sumpf jederzeit erlaubt uiid eine nahezu konstante Temperaturverteilung in dem Chargenblock, sowie dem Sumpf

* ■

aus dem geschmolzenen Material ermöglicht. .

Bei einem Verfahren nach der Erfindung zum Ziehen von entweder nonokrifltallinen oder polykrietftllinen Halbleiterstäben «us einem Chargenblock wird gleichzeitig die Bildung eines Wandte aus ungeschmolzenem Material um den Umfang dieses Blockes vermieden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Block zuerst kontinuierlich um seine vertikale Achse gedreht. Hierauf wird ein ringförmiges'Elektronenstrahlenbundel auf die obere Fläche des Chargenblockes so gerichtet, daß die Mitte des Ringbündels,die durch den Schnitt dieses Ringbündeis und der oberen Oberfläche des Blockes definiert ist, gegenüber der Mitte der oberen Fläche des Blockes versetzt ist. Weiter er-

streckt sich ein Teil des Ringbündels bis zu dem Umfang der oberen Fläche und grenzt praktisch an einen Teil dieses Umfangt an und ein anderer Teil des Ringbündels erstreckt sich über die Mitte der oberen Fläche von der Seite gesehen aus» auf dem die Mitte des Ringbündels liegt» hinaus.

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Auf diese Weise wird jeder Abschnitt der gesamten oberen Fläche des Chargenblockes periodisch der Heizwirkung des . ringförmigen Elektronenbündels oder Elektronenstrahls ausgesetzt, wodurch ein Teil des Sumpfes davon geschmolaones Material-zugeführt bekommt. Ein Keimkriatall wird dann in den Sumpf an der? kühlsten Stelle desselben eingetaucht, die sich im allgemeinen nahe der Mitte des Elektronenstrahl-* ringes befindet. Diese Verfahrensweise wird so lange fortgesetzt, bis der Chargenblock praktisch aufgebraucht ist und daraus ein Halbleiterstab gezogen wurde.

Anhand der Figuren wird die Erfindung erläutert.

Figur 1 veranschaulicht in einem Vertikalschnitt eine Ausführung« form des erfindungegemäßen Verfahrens*

Figur 2 xeigt eine Ansicht auf einen zylindrischen Chargenblock, au« dem ein Stab nach dem erfindungsgemäAen Verfahren geaogen wird und

Pigur 3 teigt einen Vertikalechnitt durch einen Chargenblock_; nach dem Stande der Technik, bei dem sich ein Rand gebildet hat.

In den Zeichnungen werden für gleiche Teile gleiche Betugezeichen verwendet. In Figur.1 ist ein Ziehofen sum Ziehen von Halbleiterstäben dargestellt, der einen evakuierten Behälter 10 aufweist, welcher hermetisch dicht auf einer Basis 13 steht. Der Behälter 10 kann au.» Quarz oder korrosionsbeständigem Stahl bestehen und ein Anschlußrohr 11 sum Evakuieren des Behälters, sowie ein Olasfenster 12, aufweisen, durch • das der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in dem . Behälter 10 durchgeführt wird» verfolgt werden kann.

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Auf einem Podest oder einer Platte 15* die vorzugsweise auf elektrischem Erdpotential gehalten wird und an dem Ende einer längsverschieblichen und drehbaren Welle (was durch die Pfeile angedeutet wird) angeordnet ist, befindet sich in dem Behälter 10. Auf der Platte ist ein freitragender Materialblock 17 oder ein Chargenblock angeordnet, aus dem ein Halbleiterstab gezogen werden soll. Insbesondere kann der"freitragende Materialblock 17 ein Block aus Silicium, Germanium oder Aluminiumoxid sein. ""

Die obere Fläche des Materialblocks 17 liegt unter einem Sumpf aus geschmolzenem Material 19 und stützt diesen ' ■ ". Surapf ab, der gebildet wurde, indem die obere Fläche des Materialblockes 3.7 einem ringförmigen, .von einer Elektronenschleuder 23 emittierten Elektronenstrahlenbündel 21 ausgesetzt wird. Das Elektronenstrahlenbündel ist auf die Oberfläche.des Materialblocks 17 mit einer elektromagnetischen oder magnetischen Spule fokusiert. Solche Spulen sind für diesen Zweck bekannt· Die Elektronenschleuder 23 und die Spule 27 sind in dem Behälter mit bekannten Befestigungseinrichtungen befestigt. Es ist klar, daß mehr als eine Fokusierungsspule verwendetwerden kann, wenn dies erwünscht

oder vorteilhaft ist. , .

In Figur 1 ist gwär eine ringförnfige Elektronenschleuder dargestellt, die ein ringförmiges Strahlenbündel erzeut, das mit einer Ringspule fokusiert werden kann. Es ist jedoch klar, daß das Verfahren nach der Erfindung mit mehreren einseinen Elektronenschleudern und magnetischen oder elektromagnetischen Fokusierungsspulen durchgeführt werden kann, die in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß ein ringför-

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. miges Elektronenstrahlbündel erhalten wird. In gleicher Weise kann ein geeignetes ringförmiges Elektronenstrahlbündel erhalten werden, indem der Strahl aus einer Elektronenschleuder über die obere Fläche des Materialblocks 17 in einem Rinp;niuster abgelenkt wird. Unter dem Ausdruck "ringförmiges Elektronenbündel" wird sowohl ein Elektronenbündel verstanden, das stiindig ringförmig ist als auch ein Bündel, dag praktisch ringförmig ist.

Eine Elektronenschleuder, die zum Durchführen des Verfahrens } nach dieser Erfindung geeignet ist, wenn man die Stütztkon- struktion so abändert, daß ein Bündel mi^ hohler Mitte erhalten wird, ist die von H.R. Smith, Jr. in dem Buch "Introduction

• to Electron Beam Technology, Robert Bakish ed., John Wiley and. Son«, Inc., N.Y., N.Y., Kapitel 7, Seite 176» Pig. 7.5, 1962, beschriebene Elektronenschleuder.

Wie in Figur 1-dargestellt, ist durch die Mitte der Schleuder 23 und der Spule 27 ein oberer Halter 33 eingesetzt, der an den Ende einer in Längsrichtung versehieblichen und drehbar angeordneten Welle 35 befestigt ist. Die Verschiebung und Drehung wird wiederum durch entsprechende Pfeile angedeutet. Diese Welle 35 dient zum Pesthalten eines Keimkristalle« und • zum Ziehen des Stabes 31 aus dem geschmolzenen Materialsumpf 19.

Die Wellen 36 und 35»der Halter 33 und die Platte 15 können au· korrosionsbeständigem Stahl hergestellt sein. Weiter werden die Wellen 16 und 35 luftdicht oder vakuumdicht gegen den Be-

• hälter 10 mit Dichtungen, Paßteilen, O-Ringen oder dgl. 41 und A3 abgedichtet. Geeignete Einrichtungen zum Drehen und/oder Hin- und Herschieben der Wellen 16 und 35 und deshalb der Platte 15, sowie»des oberen Halters 33 sind für das Kristallliehen bekannt und werden in der Literatur beschrieben.

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Es ist bekannt, daß beim Ziehen von Kristallen die Verunreinigung des Kristalls stark verringert wird, indem man diesen~in-^__ einem Vakuum zieht. Weiter-erfordert der Betrieb eines Elektro* nenstrahlbündels ein Vakuum von etwa 10 Torr in dem Behälter 10. Der Chargenblock oder Materialblock 17 muß daher aus einem Material bestehen, das wenigstens etwas elektrisch leitfähig ist und er darf nicht aus einem Material bestehen, das, wenn es sich in einem geschmolzenen Zustand unter einem Druck von wenigstens 10 Torr befindet, so weit verdampft, daß der .JQruck in dem Behälter über 10 Torr durch diese Verdampfung ansteigt; Silicium, Germanium und Aluminiumoxyd genügen diesen Bedingungen und sind deshalb zum Ziehen von Kristallen nach dsm Verfahren nach dieser Erfindung geeignete Materialien*

Wenn ein aonokristalliner oder polykristaXliner Halbleiterstab gesogen werden soll« wird der Materialblock 1? in den Behälter : 10 eingesetzt und durch Heben oder Senken der Platte 15 auf eine gewünschte Höhe einseitelIt. Der Behälter 10 wird dann mit einer geeigneten Vakuumpumpe durch dao Rohr 11 evakuiert. Der Materialblock 17 wird hierauf kontinuierlich entweder in Richtung des Uhrseigera oder entgegengesetzt der Uhrseigerrich- tung durch eine entsprechende Drehung der Platte 15 gedreht.

Der Materialblock 17 kann durch Strahlungsheizung z*B« vorer hitzt werden, jedoch kann vorzugsweise die Elektronenschleuder 23 oder eine andere Elektronenschleuder, die in dem Behälter 10 angeordnet 1st, verwendet werden, um die obere Fläche des Blocke· 17 auf den Schmelzpunkt zu erhitzen.

Venn die obere Fläche des BlooK 17 einmal zu schmelzen be ginnt, werden die von der Schleuder 13 imitierten'Elektronen

auf die Oberfläche des Blockes 17 in Form eines Rinftbflndtl·· ge-·

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richtet. Wenn der Materialblock 17 sich kontinuierlich um eine vertikale Achse dreht, die die Oberfläche im Punkt C schneidet, wird jeder Teil der oberen Fläche der Heizwirkung des ringförmigen Elektronenstrahlbünd'els 21 ausgesetzt und schmilzt unter Bildung eines Sumpfes 19 aus dem geschmolzenen Material, wie in Figur 2 dargestellt. Das geschmolzene Material bildet einen exzentrischen Sumpf 19 innerhalb des Umfangs der oberen Fläche des Blockes 17 und bedeckt nahezu die gesamte obere Fläche.

Wie oben- beschrieben, erfordern bekannte Verfahren sum Ziehen eines Kristallee aus einem Block den Aufbau eines Randes 51 am Umfang des Chargeiiblockes 53 wie in Figur 3 dargestellt, ' um den Sumpf aus dem geschmolzenen Material einzuschließen. Um die Schwierigkeiten, die bereits aufgeführt wurden und die durch den Aufbau des Randes 51 bedingt sind, su vermeiden, wird,* ohne daß die Schwierigkeiten erwähnt werden, die auftreten, wenn der Rand einfällt, der ringförmige Elektronenstrahl 21 .., •ο auf die obere Fläohe des ttaterialblocks 17 gerichtet, daft das Zentrum B des Ringes 6l, das durch den Schnitt des Ringbündels 21 und der Oberfläche des Materialblocks 17 bestimmt wird, gegenüber dem Zentrum C der oberen Oberfläche verschoben ist, wie in Figur 2 dargestellt. '

Weiter hat der Ring 61 einen Teil oder Abschnitt, der praktisch in unmittelbarer Nähe eines Abschnitts des Umfangs des Materialblocks 17 sich befindet. D.h. wenn der Block 17 zylindrisch ist, was er vorzugsweise sein soll, sind der Umfang des Blockes 17 und der Ring 6\ praktisch tangentiale oder exzentrische Sohmlegungskreise.Auf diese Weise wird jeder Abschnitt des Umfangs der oberen Fläche des Materialblooks 17 periodisch gesohaplien und su einem Teil, des Sumpfes aus dem geschmolzenen Material wenn dieses die Berührungsstelle des Umfangeβ und des Bündelt 21 passiert, wodurch die Bildung eines Randes am Umfang des Materialblocks 17 vorhindert wird.

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Es-wurde "gefunden,- daß das Volumen des "Umfangs oder äußeren Randes des Materialblockes 17, das zu irgendeinem Zeitpunkt schmilzt, nicht so groß sein kann, daß die Träp.heits- oder Gravitationskräfte, die auf das Material'ausgeübt werden, die intermolekularen Conesionskrafte oder die Oberflächenspannung übersteigen, die auf das Material durch den Sumpf aus dem ".geschmolzenen Material 19 ausgeübt wird, so daß der Umfang des Blockes .17 kontinuierlich abgeschmolzen werden kann, ohne daß der Sumpf oder das geschmolzene Material über den Rand überläuft. Weiter dient die Oberflächenspannung dazu, dais geschmolzene Material am Rand in den Materialsumpf 19 zu ziehen.

Daraus folgt deshalb, daß das Volumen des äußeren Randes, das zu einem bestimmten Zeitpunkt angeschmolzen wird ₆ direkt ZM den relativen Längen.der-Du^ehaesser'des" Mafee?iaS.bl©cicee,_% 17 und des Ringes, β 1 ia lesiehisng g©s@tst ^θρο@π kann ο Do h. wenn diese Durchmesser naheäu.gleich gs?®I> w©K»d@n₉ liegen die Ränder übe*· "die ganzen Längen näher Seite an Seite unä-na°- ' tür lieh wird, der ganze Rand jederzeit dichter ab: geschmolzen. Es wurde festgestellt, daß der Durchmesser des Ringes nicht . größer sein darf als 97»5 % des .Durchmessers der oberen Fläche des Blockes 17 und vorzugsweise soll dieser Durchmesser nicht größer als 92 Ji sein. Der Mittelpunkt.B des •Ringes 61 muß daher wenigstens gegenüber dem Mittelpunkt C. der oberen Fläche des Blockes 17 um eine Strecke verschoben sein, die 2,5 % des Durchmessers der oberen Fläche ausmacht und vorzugsweise j^oll diese Verschiebung wenigsten© 8 % betragen.

Wie in Figur 2 dargestellt, bildet das gesehmolgene Material auch einen exzentrischen Sumpf 19 innerhalb des Umfangs der oberen Fläche des Materialblocks iß und Überdeckt nahezu di@

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gesamte obere Flache. E3 wurde gefunden, daß teilweise infolge des großen Durchmeesers dee Sumpfes 19 und teilweise infolge der begrenzten Drehgeschwindigkeit dee Blockes 17 der Teil des Sumpfes 19, der diametral gegenüber dem Zentrum B des Ringes 61 liegt, verfestigt, wenn wenigstens ein Abschnitt des Ringes 6l sich nicht über das Zentrum C der oberen Flächen des Materialblocks 17 hinaus erstreckt. Der Durchmesser des Ringes 61 muß daher wenigstens 50 % des Durchmesser· der oberen Fläche des Blockes 17 überschreiten. Deshalb muß der Radius des Ringes 6l größer als. 25 % des Durchmessers -* der oberen Fläche des Blockes 17 betragen und das Zentrum B \ _v des Ringes 6l muß gegenüber dem Zentrum*C der oberen Fläche des Blockes 17 um eine Strecke verschoben sein, die weniger als 25 % des Durchmessers der oberen Fläche des Materialbloekes _% 17 und vorzugsweise weniger als 2o % dieses Durchmessers beträgt, da ein Abschnitt des Ringes 6l praktisch an eilten Ab*- ^; schnitt des Umfange der oberen Fliehe angrenzt und sieh das Zentrum C hinaus erstreckt.

Mehrere Faktoren tragen zu der Lage und dem Fluß des Sunpfes aus dem geschmolzenen Material 19 bei, wenn der Block 17 sieh ^f' dreht, z.B. Zentrifugalkräfte, Oberflächenspannung, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Viskosität und Schmelztemperatur des Materials in dem Block 17* Es wurde gefunden, daß, wenn der Block 17 ein Siliclumblock ist und ein überfließen des geschmolzenen Materials über den Rand des Blockes sowie ein zu häufiges Erhitzen des Umfange vermieden werden soll, unabhängig von dem Durchmesser die Drehgeschwindigkeit des Materialblockes 17 100 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise 35 Umdrehungen pro Minute nicht überschreiten soll; Um andererseits den Sumpf 19 daran zu hindern, zu erstarren» soweit er sich außerhalb des Ringes 61 befindet, soll der Materialblock 17 wenigstens 2 und vorzugsweise wenigsten· 5

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Umdrehungen pro Minute ausführen.

Die Verwendung von verschiedenen Heizeinrichtungen, mit denen Wärme auf einer Seite der vertikalen Achse eines Chargenblockes zugeführt wird, während dieser sich dreht, um zu bewirken, daß die Heizwirkung Über die gesamte Oberfläche des Blockes verteilt wird, ist natür¹-lich bekannt. Jedoch bei den bekannten Verfahrensweisen wird ein Rand oder ein Steg auf der oberen Fläche unerwärrat belassen, so daß die Höhe dieses Randes- zunimmt, um ein Auslaufon von geschmolzenem Material aus der oberen Fläche des Blockes zu vermeiden. Ein wesentliches Merkmal der bekannten Heizverfahren besteht weiter darin, die ob^re Fläche des Blockes unter ^v Anwendung, möglichst geringer Energie zu erwärmen. Die Ausbildung dieser bekannten Heizeinrichtungen umfassen im allgemeinen die kleinste Plache, die zum Erbitten*der Charge in dem gow ten Bereich erforderlich 1st, und diese gesamte Flüche wird .¹^ wenigsten· auf Schmelztemperatur des Material·,au· dew der ;"|(|< Kriftall gezogen wird, erhitzt. Wenn es daher erwünscht i*t, V^ ■ehr Material oder Dotierungeetoffe zu dem geschmolzenen Ma* /fj terlal zuzusetzen, wird ein Stab auf diet en Stoffen lediglich ,'- in die Schneise durch,die Mitte der Heizeinrichtung su ge führt» wo das Material bereits gesohaolzen ist« Wenn daher ein Kein- : krittall in gleicher Weise in die Schmelze eingeführt wird» · würde er auch schmelzen.

Im Oegensatf hierzu befindet sich bei dem Verfahren nach die· - •er Erfindung das Zentrum det thermischen Feldes oder der kühl«· •te Abschnitt de* Sumpfe» 19 innerhalb d·· Ringe· 6i. Der Keift» -kriftall wird daher in den Sumpf 19 nahe de* Zftnirü* de· 61 eingetaucht und sowohl differ Xfittkriftall alf auoh 4er 31 werden auf de» Sumpf auf de» gefehttolteneη Material 19 an ί dfraelben Stell· heraufgesogen· Der Keimkristall wird nit tine* Geschwindigkeit heraufgezogen, dl« dl· Verfeftigune d«i jr,eeeh»ol-

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zenen Materials, das aus dem Sumpf 19 an dem Keimkristall herausgezogen wird, ermöglicht. Das kontinuierliche Abziehen des Keimkristalls bewirkt dadurch ein Ziehen oder Züchten eines Halbleiterstabes aus dem Block 17.

Um ein kontinuierliches Wachsen des Halbleiterstabes aus dem Materialblock 17 zu bewirken, kann die Platte 15 nach oben verschoben während der*Keimkristall und der Stab 31 aus dem Sumpf aus dem geschmolzenen Material 19 nach oben gesogen werden; Dadurch wird die obere Fläche des Blockes 17 immer in derselben Höhe gehalten,' so daß das Rinnbündel aus den Elektronen festgehalten wird, während der Block aufgebraucht wird. Natürlich kann das Bündel 21 eingestellt · werden, wenn die obere Pläohe des Blockes 17 ein wenig « rückweicht, wenn dies gewünscht wird. Bs können »war andere Verhältnisse eingestellt werden» es wurde jedoch gefunden, daA das Verschieben des Blockes 17 nach oben entsprechend folgender Oleiohung bevorzugt wird:

DC - ·

Vb . Ve (—,55 ) ² ,

" wobei Vb und Db die Geschwindigkeit und den Durohmesser des Blockes 17 sowie Vo und Do die Geschwindigkeit und den Durchmesser des gesogenen Kristall· bedeuten. Diese Relativbewegung gen werden natürlioh erhalten» indem ÜbHohe Einrichtungen ium Drehen und Verschieben, mit dtn Wellen 16 und 39 wie oben erwähnt, verbunden sind.

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Claims

' - 15 Pate nt a η s ρ r ü c h e

Verfahren-zum Ziehen eines Kalbleiterstabes, beidem man in einen evakuierten Behälter einen freitragenden Haterialblockiaus dem der Stab gezogen wird, einsetzt und einen Teil dieses Blockes schmilzt, indem man einen Elektronenstrahl auf die Oberfläche dieses Blockes richtet» so daß sich ein Sumpf aus dem geschmolzenen Material innerhalb des Umfanges dieses Blockes auf der Oberfläche desselben bildet und der- nicht geschmolzene Teil des Blockes als Tiegel für den geschmolzenen Teil dient, .wobei in den Sumpf ein Teil eines Keimkristalles eingetaucht und dieser Keimkristall aus dem Sumpf herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den freitragenden Materialbloek (.17) kontinuierlich um seine vertikale Achse dreht₉ daß man ein ringförmiges Elektronenstrahitottndel (21) auf die Oberfläche des Blockes so richtet, daß die Mitte (B) des Hinges, die durch amn Schnitt dieses Ringbündels mit dem Material» block definiert ist, gegenüber der Mitte (C) der Oberfläche des Materialblocks so versetzt, daß ein erster Abschnitt dieses Ringes praktisch nahe dem Umfang der oberen Fläche zu liegen kommt und ein zweiter Abschnitt dieses Ringes diametral gegenüber auf der anderen Seite der Mitte (C) der oberen Fläche des Blockes von dem Ringzentrum liegt, wodurch jeder Abschnitt der gesamten oberen Fläche periodisch dem ElektronenatrahlbÜndel ausgesetzt wird und zu dem Sumpf aus geschmolzenem Material beiträgt und daß man den Kein" kristall aus dem Sumpf innerhalb des Ringes zieht.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als freitragenden Block (17) einen praktisch zylindrischen Block verwendet und daß man den ersteh Abschnitt des Elektrononringbündels so einstellt, daß es praktisch den Umfang der oberen Fläche des Blockes berührt.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Siliciumblock kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zwischen 2 und 100 Umdrehungen pro- Minute dreht.

H» Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man einen Siliciumblock kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 30 Umdrehungen pro Minute einschließlich dreht.

5· Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mitte (B) des Ringe· gegenüber der Mitte (C) der oberen Fläche des Blockes um eine Strecke von wenigstens 2,5 % und weniger als 25 % des Durchmessers dieser oberen Oberfläche versetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man ^Ψ die Mitte (B) des Ringbündels gegenüber der Mitte (C) der oberen Fläche um eine Strecke versetzt, die zwischen 8 % und 20 % des Durehmessers dieser oberen Fläche beträgt.

7* Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daft man den Materialblock (17) nach oben . verschiebt, wenn der Keimkristall aus dem Sumpf aus go-' schmolzenem Material gezogen wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der nach oben gerichteten Verschiebung des Materialblocks (17) und der Ziehgeschwindigkeit des Keimkrislalls Vb ■ Vc (-g| ) ² wählt, wobei

Vb und Db die Geschwindigkeit und der Durchmesser des Materialblocks und Vc sowie Dc die Geschwindigkeit und der Durchmesser des Ziehstabes sind·

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man,bevor man das Elektronenringbündel auf die obere Oberfläche des Blockes richtet, dipse obere Oberfläche des Materialblockes mit Elektronen bombardiert, bis sie zu schmelzen beginnt. ·

10. Vorfahren nach einem der vorhergehendem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenringbündel von einer einzelnen Elektronenschleuder mit ringförmigerKonfiguration !Emittiert wird.

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