DE1278993B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von stabfoermigem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von stabförmigem Halbleitermaterial In Einrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen, insbesondere zum tiegelfreien Zonenreinigen von vertikal gehaltertem, stabförmigem Halbleitermaterial wird im Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre eine auf induktivem Wege erzeugte Schmelzzone mehrfach durch den Halbleiterstab hindurchgezogen, wobei in der Regel die Induktionsspule feststehend angeordnet ist und der Stab die Auf- und Abbewegung ausführt. Insbesondere zur Abschirmung der in der Schmelzzone entstehenden Wärme können dabei oberhalb und unterhalb der Schmelzzone Blenden angeordnet sein, die mit Öffnungen versehen sind, durch welche .der Halbleiterstab geführt ist. Man erreicht damit eine,: Reinigung des Halbleitermaterials von Verunreinigungen, damit es - halbleiterrein - als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Halbleiterbauelementen geeignet ist. ,..,,. ..
• Der Reinigungsvorgang basiert teils auf Segregation, indem solche Verunreinigungen, deren Verteilungskoeffizient wesentlich kleiner als eins ist, an ein Stabende transportiert werden, teils auf Verdampfen der Verunreinigungen. Wird der Zonenschmelzprozeß im Hochvakuum durchgeführt, so kann für eine Reihe von leichtflüchtigen Verunreinigungselementen der Verdampfungs- den Segregationseffekt überwiegen.
• Die aus der Schmelzzone abdampfenden Verunreinigungen, welche, auch wenn im Vakuum gearbeitet wird, nur zu einem geringen Teil durch das Pumpensystem abgeführt werden, schlagen sich an kühleren Flächen, insbesondere an der Oberfläche 3er Spulenwindungen und an der Innenwand des iefäßes nieder. Diesen Kondensationsflächen sind sber auch die Oberflächen der erstarrten Stabteile oberhalb und unterhalb der Schmelzzone hinzuz-urechnen, auf welchen abgedampfte Verunreinigun-;en ebenfalls kondensieren und damit das bereits gereinigte Halbleitermaterial erneut verunreinigen. Der Jesamteffekt der Reinigung wird dadurch erheblich verringert.
• Mit der Erfindung wird eine bessere Qualität gereinigten Halbleitermaterials angestrebt durch die Anwendung von Maßnahmen, welche eine Kondensation abgedampfter Verunreinigungen auf den festen Stabteilen ausschließen. Dies wird bei einer Vorrichtung zum tiegelfrelen Zonenschmelzen von stabförmigem Halbleitermaterial im Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre mit oberhalb und unterhalb der Schmelzzone angeordneten Blenden, die mit Öffnungen versehen sind, durch welche der Halbleiterstab geführt ist, dann bewirkt, wenn erfindungsgemäß die Öffnungen 'dem Querschnitt des Halbleiterstabes' angepaßt sind, wenn die Blenden so mit der Wand des Rezipienten verbunden sind, daß dieser in drei Räume unterteilt wird, und wenn der mittlere, die Schmelzzone aufnehmende Raum, mit einer Vakuumpumpe bzw. einer Ableitung für das Schutzgas und die beiden anderen Räume mit jeweils einer Zuleitung für das Schutzgas verbunden sind.
• Die Anordnung hat die Wirkung, daß beim Arbeiten im Hochvakuum in Richtung zur Pumpe, d. h. aus den beiden abgedeckten Räumen zum mittleren Raum zu, ein geringes Strömungsgefälle vorliegt, welches in den Ringspalten einem Eindringen abgedampfter Verunreinigungsatome in die abgedeckten Räume entgegenwirkt. Beim Arbeiten im Schutzgas wird bei Zuführung des Schutzgases in die beiden äußeren Räume und dessen Abführung aus dem mittleren Raum eine gleiche Wirkung durch den Schutzgasstrom erreicht.
• Die Wirkung läßt sich verbessern, wenn die Blenden als Hohlkörper für den Durchfluß eines Kühlmittels ausgebildet sind und damit auch noch als Kondensationsflächen wirken können.
• Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen für Anordnungen mit durch eine feststehende Spule hindurchgezogenem Halbleiterstab, und zwar zeigt F i g. 1 eine Anordnung mit parallelen und F i g. 2 eine solche mit hülsenförmigen Blenden. Der in F i g. 1 schematisch dargestellte, im allgemeinen aus Quarzglas oder Stahl bestehende Rezipient 1 weist an seiner oberen und unteren Stirnfläche vakuumdichte Durchführungen 2 für ein Gestänge 3 auf, dessen oberer und unterer Teil mit Halterungen 4 für die Befestigung des zu reinigenden Halbleiterstabes 5 versehen ist. Innerhalb des Rezipienten ist eine Induktionsspule 6 feststehend angeordnet, deren Heizwirkung in dem Halbleiterstab 5 eine Schmelzzone 7 erzeugt, welche infolge der von dem Gestänge 3 bewirkten Auf- und Abwärtsbewegungen den Halbleiterstab 5 durchwandert. Die aus dieser Schmelzzone 5 in Dampfform austretenden Verunreinigungen können an. den festen Teilen des Halbleiterstabes 5 nicht kondensieren, diesen also nicht erneut verunreinigen, weil diese Stabteile - durch Blenden 8 abgedeckt,. sind, welche mit Öffnungen 9 versehen sind; deren Durchmesser nur wenig größer gehalten ist als der größte Durchmesser des Halbleiterstabes 5.
• Die Blenden 8 teilen somit den Rezipienten 1 in drei Räume, und zwar in einen mittleren, in dehn sich die Schmelzzone 7. befindet und der mit einem Anschluß 10 für die Vaknumptimpe oder. die Abführung des Schutzgases -versehen ist Lind in zwei diesen flankierende ...Räume, welche- Anschlüsse 11 für. die Einleitung von Schutzgas aufweisen. Durch .die Ringspalte in den Öffnungen 9 der Blenden 8 entsteht infolgedessen "ein ständiger Schützgasstrom, welcher dem Eindringen von Verunreinigungsatomen und damit. deren Kondensieren an den. abgekühlten Stabteilen entgegenwirkt. Diese Wirkung- wird noch. dadurch erhöht, daß die -Blenden 8 als Hohlkörper ausgebildet, und mit Leitungen 12 für. den Zu- und Abfluß eines Kühlmittels versehen sind, so daß an den Oberflächen der Blenders 8 Versinreinigungsdämpfe durch Kondensatiön abgefangen werden.
• .In der F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform der Anordnung dargestellt, indem hier. die Blenden-_8 hülsenförmig. gestaltet und an den inneren- Stirnseiten des Rezipienten 1 befestigt sind. Sie können natürlich ebenfalls wie bei der Anordnung nach F i g. 1 Hohlräume für den Durchftuß eines >Kühlmittels aufweisen.

Claims (1)

1. 'Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen vön stabförmigem Halbleitermaterial im Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre mit oberhalb und unterhalb der Schmelzzone angeordneten Blenden, die mit Öffnungen versehen sind, durch welche der Halbleiterstab geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (9) dem Querschnitt des Halbleiterstabes (5) angepaßt sind,. daß die Blenden (8) so mit der Wand des Rezipienten (1) verbunden sind, daß dieser in drei Räume unterteilt wird, und daß der mittlere, die Schmelzzone aufnehmende Raum, mit einer Vakuumpumpe, bzw. einer Ableitung für das Schutzgas (10) und die beiden anderen Räume mit jeweils einer Zuleitung für das Schutzgas (11) verbunden sind. ' 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (8) für den Durch= fluß eines Kühlmittels als Hohlkörper ausgebildet -:_ a -In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044768,' 1185 826, 11188 042.