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DE1272900B - Device for pulling monocrystalline rods from a melt - Google Patents

Device for pulling monocrystalline rods from a melt

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Publication number
DE1272900B
DE1272900B DEN23970A DEN0023970A DE1272900B DE 1272900 B DE1272900 B DE 1272900B DE N23970 A DEN23970 A DE N23970A DE N0023970 A DEN0023970 A DE N0023970A DE 1272900 B DE1272900 B DE 1272900B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rod
melt
crucible
radiation
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEN23970A
Other languages
German (de)
Inventor
Marcel Pieter Alfons Francois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE1272900B publication Critical patent/DE1272900B/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

BOIjBOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/18 German class: 12 g -17/18

Nummer: 1272900Number: 1272900

Aktenzeichen: P 12 72 900.9-43 (N 23970)File number: P 12 72 900.9-43 (N 23970)

Anmeldetag: 23. November 1957Filing date: November 23, 1957

Auslegetag: 18. Juli 1968Opening day: July 18, 1968

Vorrichtungen zur Herstellung einkristalliner Stäbe, insbesondere aus einem Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silicium, durch Ziehen eines einkristallinen Stabes durch einen auf einer Schmelze des Materials schwimmenden Körper, die aus einem Schmelztiegel, einer Heizung für die Schmelze und einer Einrichtung zum Emporziehen eines mit seinem Ende die Schmelze berührenden Einkristalls bestehen, sind bekannt. Vielfach wird ein Tiegel aus Graphit angewendet, der mittels einer Hochfrequenzspule geheizt wird. Dieser Tiegel hat eine zylindrische Seitenwand mit einem Innendurchmesser, der viel größer als der Durchmesser des gezogenen Kristalls ist. Meistens ist ein solcher Tiegel anfangs nicht ganz mit der Schmelze ausgefüllt. Während des Ziehvorganges des Kristalls senkt sich der Schmelzpegel im Tiegel. Auf der Schmelze schwimmt ein Körper, durch dessen Öffnung der Stab gezogen wird.Devices for the production of monocrystalline rods, in particular from a semiconductor material, like germanium or silicon, by pulling a monocrystalline rod through one on a melt of the material floating body consisting of a crucible, a heater for the melt and a device for pulling up a single crystal which is in contact with the melt at its end, are known. Often a crucible made of graphite is used, which by means of a high-frequency coil is heated. This crucible has a cylindrical side wall with an inside diameter that is a lot is larger than the diameter of the pulled crystal. Most often, such a crucible is initially not whole filled with the melt. During the pulling process of the crystal, the melt level drops in the crucible. A body floats on the melt, through the opening of which the rod is pulled.

Die auf diese Weise hergestellten einkristallinen Stäbe werden vielfach, insbesondere wenn es sich um halbleitende Stäbe handelt, in kleinere Körper unterteilt und für halbleitende Vorrichtungen, wie Transistoren oder Kristalldioden, verwendet.The monocrystalline rods produced in this way are many, especially when it comes to semiconducting rods, divided into smaller bodies and used for semiconducting devices, such as Transistors or crystal diodes.

Die mit den erwähnten bekannten Vorrichtungen hergestellten einkristallinen Stäbe haben einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Kristallbaufehlern, z. B. Verwerfungen und Gitterversetzungen, die außerdem ungleichmäßig auf dem Querschnitt des Stabes verteilt sind. Diese Verwerfungen und Versetzungen beeinträchtigen die physikalischen Eigenschaften des Einkristalls, z. B. seine Leitfähigkeit. Die Ungleichmäßigkeit des Stabes über den Querschnitt kann sich störend bei der Weiterverarbeitung, z. B. bei Diffusions- oder Legierungsvorgängen, auswirken. The monocrystalline rods produced with the above-mentioned known devices have a relatively high degree of accuracy high content of crystal defects, e.g. B. Faults and lattice dislocations that are also distributed unevenly on the cross section of the rod. These faults and dislocations affect the physical properties of the single crystal, e.g. B. its conductivity. The unevenness of the bar across the cross-section can interfere with further processing, z. B. affect diffusion or alloying processes.

Es ist weiter bekannt, beim Hochziehen, insbesondere von Halbleiterkristallen, zwei Tiegel anzuwenden, bei dem der kleinere Tiegel auf der Schmelze im größeren Tiegel schwimmt. Durch einen Kanal in der Wand des kleineren Tiegels gelangt die Schmelze in den kleineren Tiegel, aus dem der einkristalline Stab hochgezogen wird. Weil das Volumen der Schmelze im kleinen Tiegel konstant bleibt, kann ein einkristalliner Stab mit einer über seiner Länge konstanten Dotierung gezogen werden. Bei einer derartigen bekannten Anordnung weist der Tiegel eine ziemlich hoch über die Schmelze im inneren Tiegel hinausragende zylindrische Innenwand auf, die zur leichteren Zuführung von Material am oberen Rand etwas konisch ausgebildet ist. Der Durchmesser des aufgezogene Stabes ist jedoch viel kleiner als der Innendurchmesser des kleineren Vorrichtung zum Ziehen einkristalliner Stäbe
aus einer Schmelze
It is also known to use two crucibles when pulling up, in particular semiconductor crystals, in which the smaller crucible floats on the melt in the larger crucible. The melt enters the smaller crucible through a channel in the wall of the smaller crucible, from which the monocrystalline rod is pulled up. Because the volume of the melt in the small crucible remains constant, a monocrystalline rod can be drawn with doping that is constant over its length. In such a known arrangement, the crucible has a cylindrical inner wall which protrudes fairly high above the melt in the inner crucible and is somewhat conical at the upper edge for easier supply of material. However, the diameter of the drawn rod is much smaller than the inner diameter of the smaller apparatus for drawing single crystal rods
from a melt

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,Dipl.-Ing. E. E. Walther, patent attorney,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 72000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Marcel Pieter Alfons Frangois, BrüsselMarcel Pieter Alfons Frangois, Brussels

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 28. November 1956 (212 549)Netherlands 28 November 1956 (212 549)

Tiegels. Der konische Teil der Innenwand des kleineren Tiegels ist bei dieser Vorrichtung so hoch über dem Schmelzpegel gelegen, daß dieser Teil zum Einstrahlen auf die Oberfläche desjenigen Stabteiles, in dem die Temperatur über der Erweichungstemperatur liegt, nicht beiträgt. Der konische Teil bildet mit der Stabachse einen Winkel von weniger als 30°.Crucible. The conical part of the inner wall of the smaller crucible is so high above in this device the melting level located that this part for irradiation on the surface of that rod part in which the temperature is above the softening temperature does not contribute. The conical part forms with the rod axis at an angle of less than 30 °.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen ist bekannt, zum Erwärmen der geschmolzenen Zone einen den Stab umgebenden Heizring anzuwenden, der nach der Innenseite verjüngt ist und kurze konische Flächen aufweist. Bei dieser bekannten Vorrichtung lag die Aufgabe vor, die Wärme sehr eng zu konzentrieren und damit die geschmolzene Zone auf eine sehr kleine Länge des Stabes einzugrenzen. Ein Ausgleich der Strahlung an der Oberfläche des schon erstarrten Stabteiles wurde dadurch nicht bezweckt und wegen der geringen Größe der Fläche auch nicht erreicht.In the case of crucible-free zone melting, it is known to use one to heat the molten zone Apply the rod surrounding the heating ring, which is tapered towards the inside and short conical Has surfaces. In this known device, the task was to concentrate the heat very closely and thus to limit the molten zone to a very small length of the rod. A compensation the radiation on the surface of the already solidified rod part was not intended and because of the small size of the area, it was not achieved either.

Bekanntlich entstehen Versetzungen nach der Kristallisation im wesentlichen infolge thermischer Spannungen in dem sich immer noch auf hoher Temperatur befindenden, frisch angewachsenen einkristallinen Stab. Ferner ist es bekannt, daß thermische Spannungen in einem kreiszylindrischen Stab der radialen Wärmeabfuhr im Stab zuzuschreiben sind und daß sie vermieden werden können, indemIt is known that dislocations arise after crystallization essentially as a result of thermal effects Tensions in the freshly grown monocrystalline, which is still at a high temperature Rod. It is also known that thermal stresses in a circular cylindrical rod are due to the radial heat dissipation in the rod and that they can be avoided by

809 570/513809 570/513

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im Stab längs seiner Achse ein konstanter Tem- flachen Ringscheibe mit rechteckigem Querschnitt, peraturgradient erzeugt und aufrechterhalten wird. Besonders gute Ergebnisse werden mit einer Ring-Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung scheibe erzielt, die dünner als 5 mm ist. zum Ziehen einkristalliner Körper aus einer Schmelze Wesentlich ist vor allem, daß sich die Strahlungsanzugeben, bei dem diese Aufgabe wenigstens an- 5 fläche so dicht, wie es praktisch ohne Berührung genähert gelöst ist, ohne daß die geschilderten möglich ist, an den Stab anschließt, weil gerade die Schwierigkeiten auftreten. Sie stützt sich auf die Teile dieser Fläche, die in der Nähe des Stabes Erkenntnis, daß in demjenigen Teil des bereits an- liegen, zu einem beträchtlichen Teil zum Ausgleich gewachsenen einkristallinen Stabes, in dem durch beitragen. Theoretische Erwägungen haben ferner thermische Spannungen Verwerfungen und Ver- io ergeben, daß ein praktisch idealer Ausgleich bei Setzungen auftreten können, ein konstanter Tem- einem bestimmten Temperaturgradienten im Stab peraturgradient aufrechterhalten werden kann. Die- durch die Wahl eines bestimmten Verhältnisses des ser konstante Temperaturgradient verhütet dann das Außendurchmessers zum Innendurchmesser der ring-Auftreten thermischer Spannungen und beseitigt scheibenförmigen Strahlungsfläche erreichbar ist. In demnach die Ursache der Verwerfungen und Ver- 15 der Praxis werden vorzügliche Ergebnisse erhalten, Setzungen. Hierzu muß die durch Ausstrahlung an wenn dieses Verhältnis zwischen 2 und 3 liegt, mit der Oberfläche des bereits angewachsenen ein- anderen Worten, wenn der Außendurchmesser der kristallinen Stabes, der eine Temperatur hat, welche Strahlungsfläche das Zweifache bis Dreifache des die Erweichungstemperatur des Stoffes übersteigt, Stabdurchmessers beträgt, wobei weiter bemerkt sei, auftretende Verlustwärme durch Einstrahlung von 20 daß die Ringbreite, d. h. der halbe Unterschied Wärme möglichst ausgeglichen werden. Mit der zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser, Erweichungstemperatur eines Stoffes ist die niedrigste in dem Maße größer gewählt werden muß, als der Temperatur gemeint, bei der in diesem Stoff infolge Temperaturgradient kleiner ist. Es kann unter Umthermischer Spannungen noch Verwerfungen herbei- ständen vorteilhaft sein, anstatt die Abmessungen geführt werden. Die Erweichungstemperatur des 25 der Strahlungsfläche an den Temperaturgradienten Germaniums beträgt etwa 400° C und die des anzupassen, durch Kühlung des. Stabteiles, der sich Siliciums etwa 800° C. bereits auf einer niedrigeren Temperatur als der Bei den bekannten Anordnungen strahlt nun Erweichungstemperatur befindet, den Temperatar-Wärme von der Oberfläche der Schmelze und von gradienten den Abmessungen der Strahlungsfläche der über die Schmelze hinausragenden Tiegelwand 30 anzupassen, zweckmäßig durch Kühlung in einem auf den Stab ein. Der Strahlungskoeffizient der festen Abstand von dem Strahlungskörper, so daß üblichen Schmelzen ist aber sehr gering und trägt stets ein durch Kühlung erzwungener, konstanter wenig zum Ausgleich der Abstrahlung bei. Es hat Temperaturgradient sich ausbildet, sich weiter herausgestellt, daß die senkrechte innere Bei dem Körper, dessen obere Begrenzung eine Oberfläche der Tiegelwandung ungeeignet ist, eine 35 Fläche ist, die vom Schmelzpegel aus schräg nach derart verteilte Wärmeeinstrahlung auf die Ober- oben geneigt ist, soll die Neigung des konischen fläche des angewachsenen Stabes zu bewirken, daß Teiles, d. h. der Winkel, den die Erzeugende dieses der erwünschte konstante Temperaturgradient erhai- konischen Teiles mit der Achse des Stabes bildet, ten wird. insbesondere größer als 30°, zweckmäßig zwischenin the rod along its axis a constant temperature flat washer with a rectangular cross-section, temperature gradient is generated and maintained. Particularly good results are achieved with a ring die Invention aims to achieve a device disc that is thinner than 5 mm. for pulling monocrystalline bodies from a melt it is essential that the radiation be given, in which this task is at least as close to the surface as it is practically without contact is approximated solved, without the described is possible, connects to the rod, because just the Difficulties arise. It relies on the parts of this area that are near the rod Recognition that in that part of the already existing, to a considerable extent to compensate grown monocrystalline rod in which to contribute. Theoretical considerations also have thermal stresses, distortions and ver io result in a practically ideal balance Settlements can occur, a constant tem- a certain temperature gradient in the rod temperature gradient can be maintained. By choosing a certain ratio of the This constant temperature gradient then prevents the outer diameter to the inner diameter of the ring occurrence thermal stresses and eliminated disc-shaped radiation surface is achievable. In accordingly, the cause of the distortions and misunderstandings, excellent results are obtained, Subsidence. To do this, the broadcast on if this ratio is between 2 and 3, with in other words, if the outside diameter of the crystalline rod that has a temperature which is two to three times the radiating area the softening temperature of the substance exceeds, is rod diameter, it should also be noted, occurring heat loss due to irradiation of 20 that the ring width, d. H. half the difference Heat should be balanced as possible. With the difference between the outer diameter and the inner diameter, The softening temperature of a substance is the lowest to the extent that it has to be chosen greater than that Means temperature at which is lower in this substance due to the temperature gradient. It can be under a thermostat Stresses nor distortions would be beneficial rather than dimensions be guided. The softening temperature of the radiation surface on the temperature gradient Germanium is around 400 ° C and that of the adapt by cooling the rod part, which is Silicon about 800 ° C. already at a lower temperature than that In the known arrangements, the softening temperature now radiates, the Temperatar-Wärme of the surface of the melt and of gradients the dimensions of the radiation surface to adapt the crucible wall 30 protruding beyond the melt, expediently by cooling in one on the staff. The radiation coefficient is the fixed distance from the radiating body, so that However, the usual melting is very low and always contributes a constant, forced by cooling little to compensate for the radiation. It has developed a temperature gradient It turned out further that the vertical inner case of the body, the upper limit of which is a The surface of the crucible wall is unsuitable; it is a surface that slopes downwards from the melt level so distributed heat radiation on the upper is inclined above, the inclination of the conical area of the grown rod to cause part, d. H. the angle that the generating this the desired constant temperature gradient is formed by the conical part with the axis of the rod, will. in particular greater than 30 °, expediently between

Es wurde gefunden, daß es für einen annähernd 40 40 und 50°, gewählt werden.It has been found that it can be chosen for an approximate 40, 40 and 50 °.

vollständigen Ausgleich erforderlich ist, einen Der Strahlungsring ist zweckmäßig aus leitendem rotationssymmetrischen Strahlungskörper anzuwen- Material mit einem möglichst hohen Strahlungsden, der möglichst dicht am Rand der Erstarrungs- koeffizienten hergestellt. Vorzugsweise wird ein aus fläche anfängt und sich radial in eine große Ent- Graphit bestehender Strahlungsring verwendet, fernung vom Stab erstreckt. Es soll daher bei einer 45 Die Vorrichtung nach der Erfindung wird an Hand Vorrichtung zur Herstellung einkristalliner Stäbe, einiger in der schematischen Zeichnung dargestellter insbesondere aus einem Halbleitermaterial, durch Ausführungsbeispiele näher erläutert. Ziehen eines einkristallinen Stabes durch einen auf Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen im Schnitt einige Auseiner Schmelze des Materials schwimmenden Körper bildungen einer Vorrichtung nach der Erfindung zum erfindungsgemäß die Ziehöffnung des Körpers mit 50 Aufziehen eines einkristallinen Stabes; etwas Spielraum um den Stab passen, der Außen- F i g. 5 ist eine graphische Darstellung des Verdurchmesser des Körpers mindestens das Zweifache laufes der Ätzgrubendichte als Funktion des Abdes Stabdurchmessers betragen und die obere Be- Standes von der Achse für einen Stab, der mittels grenzung des Körpers eine Fläche sein, die in der einer Vorrichtung nach F i g. 1 hergestellt worden Ebene der Phasengrenze fest—flüssig oder, von dem 55 ist, und für einen Stab, der auf bekannte Weise ohne Schmelzpegel an der Ziehstelle ausgehend, schräg Verwendung eines Strahlungskörpers hergestellt ist. nach oben geneigt dazu liegt und dessen Strahlungs- In Fig. 1 enthält der z. B. aus Graphit bestehende koefflzient größer als der Strahlungskoeffizient der Tiegel 10 eine Germaniumschmelze 11 und wird Oberfläche der Schmelze ist. mittels eines von der Hochfrequenzspule 3 erzeugten Unter dem Ausdruck »Strahlungskoeffizient« wird 60 elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erhitzt, dabei das Verhältnis zwischen den von einem Ober- Durch die Öffnung der Graphit-Ringscheibe 2, die flächenelement eines normalen heißen Körpers und auf der Schmelze 11 schwimmt, wird ein eiil·- der von einem Oberflächenelement gleicher Größe kristalliner Stab 1 mit einem Durchmesser hoch- und gleicher Temperatur eines vollkommen schwär- gezogen, der bis auf etwas Spielraum den Innenzen Körpers emittierten Strahlungsmengen verstau- 65 durchmesser der Scheibe hat. Die Strahlungsfläche den (Emissionsverhältnis). an der oberen Seite der Scheibe bewirkt den Aus-Nach einer bevorzugten Ausfühiiungsform der gleich der vom Stab ausgestrahlten Wärme. Der Erfindung hat der Strahlungskörper die Form einer innerhalb der Scheibe 2 befindliche Stabteil ist imThe radiation ring is expediently made of conductive, rotationally symmetrical radiation body to be used with the highest possible radiation level, which is made as close as possible to the edge of the solidification coefficient. Preferably, a radiation ring starting from an area and extending radially into a large ent graphite is used, extending at a distance from the rod. The device according to the invention will therefore be explained in more detail by means of exemplary embodiments using the device for the production of monocrystalline rods, some of which are shown in the schematic drawing, in particular from a semiconductor material. Drawing a monocrystalline rod through a to Fig. 1, 2, 3 and 4 show in section some of a melt of the material floating body formations of a device according to the invention for according to the invention the drawing opening of the body with 50 pulling a monocrystalline rod; some clearance to fit the rod, the outside F i g. 5 is a graphical representation of the diameter of the body at least twice the length of the etch pit density as a function of the rod diameter and the upper stock of the axis for a rod which, by means of delimitation of the body, is an area which is in that of a device according to F. i g. 1 plane of the phase boundary solid-liquid or, of which 55 is, and for a rod that is made in a known manner without a melting level at the drawing point, obliquely using a radiating body. is inclined upwards and its radiation In Fig. 1 contains the z. B. consisting of graphite coefficient greater than the radiation coefficient of the crucible 10 is a germanium melt 11 and is the surface of the melt. by means of one of the high-frequency coil 3 generated By the term "radiation coefficient" is heated, while the ratio between the floats from a top through the opening of the graphite ring disk 2, the surface element of a normal hot body and on the melt 11 60 high-frequency electromagnetic field, an element is drawn from a surface element of the same size, crystalline rod 1 with a diameter of the same temperature and high as a completely black one, which, with the exception of some leeway, has stowed the amount of radiation emitted by the inner body of the disc. The radiation area den (emission ratio). on the upper side of the disk causes the off-after a preferred embodiment of the same as the heat radiated by the rod. According to the invention, the radiating body is in the form of a rod part located within the disk 2

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wesentlichen noch geschmolzen. Um zu verhindern, das Hochfrequenzfeld direkt erwärmt; die Bildung daß der Kontakt zwischen dem Stab und der der Schmelze kann durch die Wärmestrahlung Schmelze beim Hochziehen unterbrochen wird, wird der Strahlungsscheibe eingeleitet und gesteuert die Dicke der Strahlungsscheibe zweckmäßig kleiner werden.essential still melted. To prevent the high frequency field from being heated directly; the education that the contact between the rod and that of the melt can be achieved by thermal radiation The melt is interrupted when it is pulled up, the radiation disk is introduced and controlled the thickness of the radiation disk can be suitably smaller.

als 5 mm gewählt. 5 Die beiden letztgenannten Maßnahmen nach derchosen as 5 mm. 5 The latter two measures after the

Berechnungen ergeben, daß ein praktisch voll- Erfindung haben außerdem den Vorteil, daß die kommen idealer Ausgleich mit einer Strahlungs- senkrechte Wand des Schmelztiegels nur auf eine scheibe erreichbar ist, die sich bis an den Stab verhältnismäßig niedrige Temperatur erwärmt wird, erstreckt und auf eine Temperatur von so daß die von ihr ausgestrahlte Wärme, welche dieCalculations show that a practically full invention also have the advantage that the There is only one ideal balance with a wall of the crucible perpendicular to the radiation disk can be reached, which is heated up to the rod at a relatively low temperature, extends and to a temperature of so that the heat emitted by it, which the

ίο Oberfläche des einkristallinen Stabes erreicht und. die gewünschte Strahlungsverteilung stört, herabgesetzt wird. Die der Erfindung zugrunde liegenden Erwägungen haben nämlich auch zu der Erkenntnis geführt, daß durch eine senkrechte Strahlungswand, erwärmt wird, wobei Tsm die Schmelztemperatur des 15 z. B. die die Schmelze überragende Tiegelwand, beim Stabes in Grad Kelvin und ε der Strahlungs- Hochziehen des Stabes eine die gewünschte Strahkoeffizient der Strahlungsfläche ist. Für eine Strah- lungskompensation störende Strahlungsverteilung lungsscheibe aus Graphit, die einen Strahlungs- entsteht; die Abweichungen treten insbesondere im koeffizienten von rund 1 hat, bedeutet dies eine empfindlichsten Teil des Stabes, in dem direkt an die Temperatur von 20 Erstarrungsfläche grenzenden Teil, auf. Es ist desίο reached the surface of the monocrystalline rod and. the desired radiation distribution disturbs, is reduced. The considerations on which the invention is based have namely also led to the knowledge that heating is carried out by a vertical radiation wall, T sm being the melting temperature of the 15 z. B. the crucible wall protruding above the melt, for the rod in degrees Kelvin and ε the radiation pulling up the rod is the desired beam coefficient of the radiation surface. For a radiation compensation disruptive radiation distribution a graphite disc that creates a radiation; The deviations occur in particular in the coefficient of around 1, this means a most sensitive part of the rod, in the part directly adjacent to the temperature of the solidification surface. It is that

halb erwünscht, die Strahlung einer solchen Wand möglichst herabzusetzen.half desirable to reduce the radiation of such a wall as possible.

= 1,191 sm· Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer= 1.191 nm * Fig. 2 is a schematic representation of a

Vorrichtung, die entsteht, wenn die Erfindung bei Wenn dem Rechnung getragen wird, daß ideale 25 einer bekannten Vorrichtung zum Aufziehen ein-Umstände in der Praxis nicht auftreten, wird in der kristalliner Stäbe angewendet wird, mit der ein einPraxis zweckmäßig eine noch etwas höhere Tem- kristalliner Stab herstellbar ist, der in Längsrichtung peratur zwischen 1,2 Tsm und 1,5 Tsm bevorzugt. einen im wesentlichen konstanten spezifischen Wider-Weil die Tiegelwand aus Graphit in hohem Maße stand hat. Der einkristalline Stab 1 wird aus einem die Strahlungsscheibe 4 vor dem hochfrequentierten 30 Ziehtiegel 15 aufgezogen, der in der Schmelze 11 elektromagnetischen Feld abschirmt, wird die Strah- eines größeren Tiegels 16 schwimmt und durch einen lungsscheibe im wesentlichen indirekt von der Kanal 17 mit der Schmelze 11 des größeren Tiegels Schmelze erwärmt. Die Strahlungsscheibe hat daher 16 in Verbindung steht. Die Flüssigkeitspegel in den eine Temperatur, die der Temperatur der Schmelze beiden Tiegeln sind gleich oder nahezu gleich. Nach entspricht oder nur wenig höher ist. Hierdurch wird 35 der Erfindung hat der schwimmende Tiegel 15 an zwar kein idealer Ausgleich erreicht, trotzdem aber seiner Öffnung eine ringscheibenförmige Randfläche bereits eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem 18, vorzugsweise mit dem obengenannten Außenbekannten Verfahren ohne besonderen Strahlungs- durchmesser, deren obere Seite die ausgleichende ring erhalten. Beim Fehlen, der Strahlungsscheibe Strahlungsfläche bildet und deren untere Seite auf fungiert nur die Oberfläche der Schmelze als aus- 40 der Schmelze 11 schwimmt, so daß der Flüssigkeitsgleiehender Wärmestrahlungskörper. Dieser Aus- pegel im Tiegel ungefähr bis an die ebene Randgleich hat sich aber in der Praxis infolge des niedri- fläche reicht; dabei ist der Ziehtiegel 15,18 derart gen Strahlungskoeffizienten des geschmolzenen Stof- bemessen oder die Ziehgeschwindigkeit des einfes als unzulänglich erwiesen. Durch Steigerung des kristallinen Stabes derart eingestellt, daß der Durch-Strahlungskoeffizienten der Strahlungsfläche, im vor- 45 messer des einkristallinen Stabes bis auf einen geliegenden Fall durch Verwendung einer schwimmen- ringen Spielraum dem Innendurchmesser der ebenen den Graphitscheibe, wird der Ausgleich bereits Tiegelrandfläche entspricht.Apparatus which arises when the invention is taken into account that ideal circumstances of a known apparatus for pulling-on do not occur in practice, is used in which crystalline rods are used, with which a practice can expediently achieve an even higher temperature - Crystalline rod can be produced, the temperature in the longitudinal direction preferably between 1.2 T sm and 1.5 T sm . an essentially constant specific cons because the graphite crucible wall has a high degree of resistance. The monocrystalline rod 1 is drawn up from a radiation disk 4 in front of the high-frequency drawing crucible 15, which shields the electromagnetic field in the melt 11, the beam of a larger crucible 16 floats and through a ventilation disk essentially indirectly from the channel 17 with the melt 11 of the larger crucible heated melt. The radiation disc therefore has 16 connected. The liquid level in the one temperature, the temperature of the melt in both crucibles are the same or almost the same. After equals or is only slightly higher. As a result of the invention, the floating crucible 15 has not achieved ideal compensation, but its opening has an annular disc-shaped edge surface already a significant improvement over the 18, preferably with the above-mentioned externally known method without a special radiation diameter, the upper side of which has the compensating ring obtain. In the absence of the radiation disk forming a radiation surface and the lower side of which acts only the surface of the melt as the melt 11 floats out, so that the heat radiating body glides into the liquid. This level in the crucible is approximately level with the edge, but in practice it has reached due to the low surface; In this case, the drawing crucible 15, 18 has such a radiation coefficient of the molten substance or the drawing speed of the single element has proven to be inadequate. By increasing the crystalline rod so that the radiation coefficient of the radiation surface, in the front diameter of the monocrystalline rod with the exception of a lying case by using a floating clearance, the inner diameter of the flat graphite disk, the compensation will already correspond to the crucible edge surface.

wesentlich verbessert. Statt den Strardungskoeffizien- In den F i g. 3 und 4 sind Vorrichtungen nachmuch improved. Instead of the Strardungskoeffizien- In the F i g. 3 and 4 are devices according to

ten der Strahlungsfläche zu vergrößern, kann man der Erfindung dargestellt, bei denen der Wärmemit gleicher Wirkung ihre Temperatur erhöhen. Nach 50 Strahlungskörper aus einem zum Stab koaxialen der Erfindung kann die Temperatur der Strahlungs- Strahlungskörper besteht, dessen Innenseite wenigscheibe noch dadurch erhöht werden, daß in den stens in dem Teil sich konisch in der Ziehrichtung senkrechten Wänden des Tiegels z. B. zehn Ein- erweitert, der die Erstarrungsfläche und einen an schnitte vorgesehen werden, die so schmal, z. B. diese angrenzenden, bereits angewachsenen ein-0,25 mm, sind, daß die Schmelze infolge ihrer Ober- 55 kristallinen Stabteil, der sich auf einer die Erweiflächenspannung noch nicht durch sie aus dem Tiegel chungstemperatur übersteigenden Temperatur befinfließen kann. Kreisförmige Hochfrequenzströme in det, umgibt.To increase the radiation area, one can show the invention, in which the heat with increase their temperature with the same effect. After 50 radiators from one coaxial to the rod According to the invention, the temperature of the radiation body consists of the inner side of which has little disc can be increased by the fact that in the least in the part is conical in the direction of pull vertical walls of the crucible z. B. ten one extended, the solidification surface and one at cuts are provided that are so narrow, e.g. B. this adjacent, already grown a-0.25 mm, are that the melt as a result of its upper crystalline rod part, which is on a surface tension not yet flow through them from the crucible chung temperature exceeding temperature can. Circular high frequency currents in det, surrounds.

der Tiegelwand werden hierdurch in hohem Maße Bei der schematisch in Fig. 3 im Schnitt darunterbunden. Ein verhältnismäßig großer Teil des gestellten Vorrichtung nach der Erfindung, die zum Hochfrequenzfeldes kann dann die Strahlungsscheibe 60 Aufziehen eines einkristallinen Stabes bestimmt ist, erreichen und sie direkt erwärmen. kommt entsprechend der Vorrichtung nach F i g. 1the crucible wall are thereby bound to a large extent in the schematic in FIG. 3 in section. A relatively large part of the provided device according to the invention, which for Radiofrequency field can then be determined by the radiation disk 60 pulling up a single crystal rod, and heat them directly. comes according to the device according to FIG. 1

Nach der Erfindung kann die Temperatur der ein auf der Schmelze schwimmender Strahlungsring schwimmenden Strahlungsscheibe auch bis oberhalb zur Verwendung. Dieser Strahlungsring 30 hat einen der Schmelztemperatur erhöht werden, in dem ein in der Ziehrichtung des Stabes, d. h. von der Tiegel aus Isolierstoff, z. B. ein Quarztiegel, zu- 65 Schmelze weg, sich konisch erweiternden Teil, der samman mit einer Strahlungsscheibe aus leitendem unten in einen zylindrischen Teil übergeht. Der Material, z. B. aus Graphit, verwendet wird. Auch Strahlungsring schwimmt derart auf der Schmelze, in diesem Fall wird die Strahlungsscheibe durch daß nur der konische Teil die Schmelze überragt.According to the invention, the temperature of a radiation ring floating on the melt floating radiation disc also up above for use. This radiation ring 30 has a the melting temperature can be increased, in which a in the drawing direction of the rod, d. H. of the Crucible made of insulating material, e.g. B. a quartz crucible, to- 65 melt away, the conically widening part, the Samman merges into a cylindrical part with a radiation disk made of conductive below. Of the Material, e.g. B. graphite is used. Radiation ring also floats on the melt in such a way that in this case, the radiation disk is only the conical part protruding from the melt.

Die Vorrichtung nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 2; lediglich ist die ebene ringscheibenförmige Randfläche 18 des Ziehtiegels 15 nach Fig.2 in Fig.4 durch einen konisch verlaufenden Teil 35 der Innenwand des Ziehtiegels 15 ersetzt. Nach der Erfindung schwimmt der Ziehtiegel 15 so in der Schmelze, daß sich oberhalb des Flüssigkeitspegels 36 im Ziehtiegel lediglich der konisch verlaufende Teil 35 der Innenwand befindet. Auf diese Weise empfängt der hochgezogene Stabl nur die Strahlung von der konischen Innenwand.The device of FIG. 4 corresponds to essential of FIG. 2; only is the flat, annular disk-shaped edge surface 18 of the drawing crucible 15 according to Figure 2 in Figure 4 by a conical Part 35 of the inner wall of the drawing crucible 15 is replaced. According to the invention, the drawing crucible floats 15 so in the melt that above the liquid level 36 in the drawing crucible only the conical extending part 35 of the inner wall is located. In this way the raised rod only receives the radiation from the conical inner wall.

Die bei der Erläuterung der Fig. 1 beschriebenen Mittel zur Temperaturerhöhung des schwimmenden Strahlungskörpers können sehr vorteilhaft auch bei den Vorrichtungen nach den Fig. 2, 3 und 4 angewendet werden.Those described in the explanation of FIG Means for increasing the temperature of the floating radiating body can also be very advantageous the devices according to FIGS. 2, 3 and 4 applied will.

Die Wirkung der Erfindung wird an Hand der Fig. 5 näher erläutert, die eine graphische Darstellung der Ergebnisse mit der Vorrichtung nach F i g. 1 ist. Senkrecht ist die Dichte der Ätzgruben je Quadratzentimeter in einer beliebigen Einheit aufgetragen; diese Dichte ist ein Maß für die Störstellendichte im Kristall. Der Abstand von der strichpunktiert dargestellten Achse X-X des Stabes ist waagerecht aufgetragen.The effect of the invention is explained in more detail with reference to FIG. 5, which is a graphic representation of the results with the device according to FIG. 1 is. The density of the etch pits per square centimeter is plotted vertically in any unit; this density is a measure of the density of impurities in the crystal. The distance from the dash-dotted line axis XX of the rod is plotted horizontally.

Die Kurve A stellt die Ätzgrubenverteilung über der Querschnittsfläche dar, die bei einem einkristallinen Stab auftritt, der in einer Vorrichtung nach F i g. 1 erhalten ist. Die Kurve B stellt die Ätzgrubenverteilung bei einem ohne einen Strahlungskörper aufgezogenen einkristallinen Stab dar. Es ist ersichtlich, daß bei dem in der Vorrichtung nach der Erfindung erhaltenen einkristallinen Stab die Ätzgrubendichte kleiner ist und die Ätzgruben gleichmäßiger auf der Querschnittsfläche verteilt sind. Nur am Rand RR des Stabes nimmt die Ätzgrubendichte beträchtlich zu. In diesem Zusammenhang wird aber darauf hingewiesen, daß hierbei die Temperatur des schwimmenden Strahlungskörpers niedriger als die zur idealen Kompensation erforderliche Temperatur war. Trotzdem kam bereits eine beträchtliche Verbesserung zustande.Curve A represents the etch pit distribution over the cross-sectional area that occurs in the case of a monocrystalline rod which is used in a device according to FIG. 1 is received. Curve B represents the etching pit distribution in the case of a monocrystalline rod drawn up without a radiating body. It can be seen that in the monocrystalline rod obtained in the device according to the invention, the etching pit density is smaller and the etching pits are more evenly distributed over the cross-sectional area. Only at the edge RR of the rod does the etch pit density increase considerably. In this context, however, it should be noted that the temperature of the floating radiating body was lower than the temperature required for ideal compensation. Even so, there has already been a considerable improvement.

Claims (12)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zur Herstellung einkristalliner Stäbe, insbesondere aus einem Halbleitermaterial, durch Ziehen eines einkristallinen Stabes durch einen auf einer Schmelze des Materials schwimmenden Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehöffnung des Körpers mit etwas Spielraum um den Stab paßt, daß der Außendurchmesser des Körpers mindestens das Zweifache des Stabdurchmessers beträgt und die obere Begrenzung des Körpers eine Fläche ist, die in der Ebene der Phasengrenze fest—flüssig oder, von dem Schmelzpegel an der Ziehstelle ausgehend, schräg nach oben geneigt dazu liegt und dessen Strahlungskoeffizient größer als der Strahlungskoeffizient der Oberfläche der Schmelze ist.1. Device for the production of single-crystal rods, in particular from a semiconductor material, by pulling a monocrystalline rod through one floating on a melt of the material Body, characterized in that the opening of the body with something Clearance around the rod fits that the outside diameter of the body at least twice of the rod diameter and the upper limit of the body is an area that is in the level of the phase boundary solid-liquid or, based on the melt level at the drawing point, is inclined upwards to it and its radiation coefficient is greater than the radiation coefficient the surface of the melt. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper die Form einer flachen Ringscheibe (2) mit rechteckigem Ringquerschnitt hat.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the radiating body has the shape has a flat washer (2) with a rectangular ring cross-section. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (2) dünner als 5 mm ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the annular disc (2) thinner than 5 mm. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe als Rand.-fläche (18) eines zum Stab koaxialen, auf der Schmelze schwimmenden Ziehtiegels (15) mit einer unteren Öffnung (17) ausgebildet ist.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the annular disc as a Rand.-surface (18) with a drawing crucible (15) which is coaxial to the rod and floating on the melt a lower opening (17) is formed. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei Verwendung eines Körpers mit schräg nach oben geneigter oberen Begrenzungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper sich unterhalb des Schmelzpegels als ein auf der Schmelze schwimmender, zum Stab koaxialer Ziehtiegel mit einer unteren Öffnung (17) fortsetzt.5. The device according to claim 1 when using a body inclined obliquely upward upper boundary surface, characterized in that the body is below the Melt level as a drawing crucible floating on the melt, coaxial to the rod with a the lower opening (17) continues. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung dei oberen Begrenzungsfläche des Körpers gegenüber der Stabachse mehr als 30° beträgt.6. Apparatus according to claim 1 or 5, characterized in that the inclination dei upper boundary surface of the body compared to the rod axis is more than 30 °. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung 40 bis 50° beträgt.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the inclination is 40 to 50 ° amounts to. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch hochfrequente Induktionsströme erwärmte Schmelze hi einem Schmelztiegel angeordnet ist, der aus einem elektrisch leitenden Stoff und dessen Wandung mit Einschnitten versehen ist, die so bemessen sind, daß die Schmelze im Tiegel verbleibt, die Hochfrequenzströme jedoch unterbrochen sind.8. Device according to claims 1 to 7, characterized in that the by high frequency Induction currents heated melt is arranged in a crucible, which consists of an electrically conductive material and the wall of which is provided with incisions that are dimensioned in this way are that the melt remains in the crucible, but the high-frequency currents are interrupted are. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch hochfrequente Induktionsströme erwärmte Schmelze in einem Schmelztiegel aus einem elektrischen Isolierstoff angeordnet ist und daß der Strahlungskörper aus einem elektrischen Leiter besteht.9. Device according to claims 1 to 7, characterized in that the by high frequency Induction currents heated melt in a crucible from an electric Insulating material is arranged and that the radiation body consists of an electrical conductor. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper aus Graphit besteht. 10. Device according to claims 1 to 9, characterized in that the radiating body consists of graphite. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem erstarrten Teil des Stabes, der eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Stabmaterials hat, eine Kühleinrichtung angeordnet ist.11. Device according to claims 1 to 10, characterized in that the solidified Part of the rod that has a temperature above the softening temperature of the rod material has, a cooling device is arranged. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung in einem konstanten Abstand von dem Strahlungskörper angeordnet ist.12. The device according to claim 11, characterized in that the cooling device in one is arranged constant distance from the radiation body. In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 754767;
Considered publications:
British Patent No. 754767;
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1044 768.
Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1044 768.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 570/513 7.68 © Bundesdruckerei Berlin809 570/513 7.68 © Bundesdruckerei Berlin
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