DE1278993B

DE1278993B - Device for crucible-free zone melting of rod-shaped semiconductor material

Info

Publication number: DE1278993B
Application number: DEV28882A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Mueller; Winfried Schroeder
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority date: 1965-07-15
Filing date: 1965-07-15
Publication date: 1968-10-03

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. ,..,,. ..Device for crucible-free zone melting of rod-shaped semiconductor material In facilities for crucible-free zone melting, especially for crucible-free zone melting Zone cleaning of vertically held, rod-shaped semiconductor material is carried out in High vacuum or in a protective gas atmosphere an inductively generated melting zone pulled through the semiconductor rod several times, usually the induction coil is fixed and the rod performs the up and down movement. In particular to shield the heat generated in the melting zone, above and diaphragms provided with openings are arranged below the melting zone are through which .the semiconductor rod is passed. This achieves a,: purification of the semiconductor material from impurities, so that it - semiconductors pure - as a starting product is suitable for the production of semiconductor components. , .. ,,. ..

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.The purification process is based in part on segregation by such Impurities with a distribution coefficient that is significantly smaller than one, are transported to one end of the rod, partly due to evaporation of the impurities. If the zone melting process is carried out in a high vacuum, a number of volatile impurity elements the evaporation the segregation effect predominate.

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.The impurities evaporating from the melting zone, which, too when working in a vacuum, only to a small extent through the pump system dissipated, are reflected on cooler surfaces, especially on the surface 3 coil turns and on the inner wall of the iefäßes down. These condensation surfaces are also the surfaces of the solidified rod parts above and below the Add the melting zone on which evaporated impurities are also included condense and thus contaminate the already cleaned semiconductor material again. The jam effect of the cleansing is thereby considerably reduced.

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.The invention provides a better quality of purified semiconductor material sought by the application of measures that evaporated condensation Eliminate contamination on the solid rod parts. This is done with a device for crucible-free zone melting of rod-shaped semiconductor material in a high vacuum or in a protective gas atmosphere with those arranged above and below the melting zone Shutters which are provided with openings through which the semiconductor rod is guided is caused when, according to the invention, the openings 'correspond to the cross section of the semiconductor rod' are adapted, if the screens are connected to the wall of the recipient, that this is divided into three spaces, and if the middle one, the melting zone receiving space, with a vacuum pump or a discharge for the protective gas and the other two rooms are each connected to a supply line for the protective gas are.

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.The arrangement has the effect that when working in a high vacuum in Direction to the pump, d. H. from the two covered rooms to the middle room, there is a slight flow gradient, which leads to penetration in the annular gaps counteracts evaporated impurity atoms in the covered rooms. At work in the protective gas when the protective gas is fed into the two outer spaces and its removal from the central space has the same effect through the inert gas flow achieved.

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.The effect can be improved if the diaphragms are hollow are designed for the flow of a coolant and thus also as condensation surfaces can work.

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.Further details can be found in those described below and embodiments shown in the drawing for arrangements with through a stationary coil pulled through a semiconductor rod, namely Fig. 1 shows an arrangement with parallel and FIG. 2 one with sleeve-shaped diaphragms. The in F i g. 1 shown schematically, generally made of quartz glass or steel existing recipient 1 has vacuum-tight on its upper and lower end face Bushings 2 for a rod 3, its upper and lower part with brackets 4 is provided for the attachment of the semiconductor rod 5 to be cleaned. Within of Recipients an induction coil 6 is fixedly arranged, whose heating effect produces a melting zone 7 in the semiconductor rod 5, which as a result the upward and downward movements of the semiconductor rod 5 caused by the linkage 3 wandered through. The impurities emerging from this melting zone 5 in vapor form can at. the solid parts of the semiconductor rod 5 do not condense, so this do not contaminate again, because these rod parts - covered by panels 8 ,. are, which are provided with openings 9; their diameter kept only slightly larger is as the largest diameter of the semiconductor rod 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.The diaphragms 8 thus divide the recipient 1 into three rooms, namely in a central one, in which the melting zone 7 is located and the one with a connection 10 for the vacuum pump or. the discharge of the protective gas is inadvertent two flanking ... rooms, which- connections 11 for. the introduction of Have protective gas. Through .die annular gaps in the openings 9 of the diaphragms 8 is created as a result, "a constant flow of protective gas, which prevents the penetration of impurity atoms and thus. their condensation on the. counteracts cooled rod parts. These Effect will still be. increased by the fact that the diaphragms 8 are designed as hollow bodies, and with lines 12 for. the inflow and outflow of a coolant are provided, so that on the surfaces of the blenders 8 Versin cleaning vapors through condensation be intercepted.

.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..In FIG. 2 shows another embodiment of the arrangement, by here. the aperture _8 sleeve-shaped. designed and on the inner front sides of the recipient 1 are attached. You can of course also as with the arrangement according to FIG. 1 have cavities for a> coolant to flow through.

Claims

Claims: 1. Device for crucible-free zone melting of rod-shaped semiconductor material in a high vacuum or in a protective gas atmosphere with diaphragms arranged above and below the melting zone which are provided with openings through which the semiconductor rod is guided, characterized in that the openings (9) dem Cross-section of the semiconductor rod (5) are adapted. that the diaphragms (8) are connected to the wall of the recipient (1) in such a way that it is divided into three rooms, and that the middle room, which receives the melting zone, is equipped with a vacuum pump or a discharge line for the protective gas (10) and the other two rooms are each connected to a supply line for the protective gas (11). 2. Device according to claim 1, characterized in that the diaphragms (8) designed as a hollow body for the flow of a coolant -: _ a -Respected publications: German Auslegeschriften Nr. 1044768, ' 1185 826, 11188 042.