DE2140070A1

DE2140070A1 - Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen

Info

Publication number: DE2140070A1
Application number: DE19712140070
Authority: DE
Inventors: Horst Günther Chesterfield Mo Kramer (V St A )
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-10
Publication date: 1972-02-17
Also published as: US3694165A; BE771188A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF 214QQ7Q

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 8O, MAUERK1RCHERSTR.

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 ·

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Unser Zeichen Datum

21 448 10. August 1971 i

Anwaltsakte 21 448

MONSANTO COMPANY St. Louis₉ Missouri /USA

Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen und betrifft insbesondere einen Schmelztiegel zur Verwendung beim Ziehen von Halbleiter-Kristallen. Im einzelnen richtet sich die Erfindung auf

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eine neuartige Schmelztiegelanorünung für die Aufnanme von geschmolzenem Halbleitermaterial, bei v/elcher eine verbesserte Wärmeisolierung vorgesehen ist.

Feuerfeste Schmelztiegel sind als Bestandteile herkömmlicher Vorrichtungen zum Ziehen von Halbleiterkristallen allgemein bekannt (siehe Fig. 1 der Zeichnung). Diese Schmelztiegel dienen zur Aufnahme einer Charge geschmolzenen Halbleitermaterial, aus welcher Halbleiterstäbe gezogen werden, und finden beispielsweise in den allgemein bekannten Kristall-Ziehvorrichtungen nach Czochralski Anwendung. Diese Schmelztiegel sind gewöhnlich aus einem geeigneten feuerfesten Material vrie etwa Graphit gefertigt, um den während des Ziehens der Kristalle entweder durch Widerstands- oder Hochfrequenz-Induktionsbeheizung erzeugten sehr hohen Kristall-Wachs turns temperaturen widerstehen zu können. Da Graphit mit bestimmten geschmolzenen Halbleiterstoffen, beispielsweise Silizium, in nachteiliger Weise reagiert, ist der Hohlraum des Schmelztiegels zumeist mit einer Quarzauskleidung versehen, mit welcher allein dae geschmolzene Halbleitermaterial beim Ziehen von Kristallen in Berührung kommt.

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Während des Ziehens von Kristallen sollte die Temperatur des Schmelztiegels auf einem vorbestimmten hohen Wert gehalten werden, so daß eine genügend große Wärmemenge . vom Tiegel über die Quarzauskleidung durch Wärmeleitung auf das darin enthaltene Halbleitermaterial übertragen werden kann. Für die sachgemäße Durchführung des Ziehens -sollte die Temperatur des geschmolzenen Halbleitermaterials in der gesamten Charge im wesentlichen gleichförmig und knapp oberhalb des Schmelzpunktes des Materials gehalten werden. Aus diesem Grunde sollten Verluste durch Wärmeleitung während des Kristallziehens vom Schmelztiegel und der darin enthaltenen Schmelze des Halbleitermaterials weg möglichst gering gehalten sein. Durch Verringerung des Wärmeflusses vom Inneren des Schmelztiegels und der darin enthaltenen Schmelze des Halbleitermaterials weg läßt sich das Betriebsverhalten beim Ziehen von Kristallen verbessern und das Entstehen von unerwünschten Temperaturgradienten im Schmelztiegel verringern.

Zur Verringerung der Wärmeverluste des Schmelztiegels einer Vorrichtung zum Ziehen von Halbleiterkristallen durch Wärmeleitung weist eine bekannte Anordnung eine langgestreckte, dünne Halterung auf, mittels welcher der Schmelztiegel an einer vorbestimmten Stelle in einer Kristall-Wachstumskammer gehalten ist (siehe die Halterung 28 in Fi,g, 1). Die Halterung ist gewöhnlich aus einem

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feuerfesten Werkstoff gefertigt, um den in der Kristall-I/achstumskammer herrschenden hohen Temperaturen widerstehen zu können. Eine derartige freitragende Halterung des Schmelztiegels begrenzt die auf Wärmeleitung beruhenden Wärmeverluste des Schmelztiegels auf die durch die Halterung abgeleitete Wärmemenge. Die Wärmeableitung vom Schmelztiegel über die Halterung hängt dabei von der
Größe der Querschnittsfläche und der Wärmeleitfähigkeit der Halterung sowie von der Lage der Befestigungsstelle der Halterung am Boden des Schmelztiegels ab.

Die vorstehend erläuterte herkömmliche Anordnung des
Schmelztiegels erfüllt zwar den angestrebten Zweck weitgehend, es treten jedoch aufgrund der Geometrie und der räumlichen Anordnung der Halterung noch beträchtliche, störende Verluste durch Wärmeleitung vom Schmelztiegel weg auf. Durch die Anbringung der langen, dünnen Halterung in satter Berührung mit dem geometrischen Mittelpunkt des Bodens des Schmelztiegels ergibt sich nämlich eine beträchtliche Wärmeableitung von der geschmolzenen HaIbleitercharge im Inneren des Tiegels über die Quarzauskleidung und den Boden des Schmelztiegels zur zylindrischen Halterung. Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist die zylindrische Halterung 28 in der Mitte der Unterseite des Schmelztiegels befestigt. Bei der Befestigung an dieser Stelle erhält die Halterung mehr Wärme aus dem Inneren des Schmelztiegels

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zugeführt, und leitet sie ab, als bei einer- beliebigen exzentrischen Anordnung an der Unterseite des Schmelztiegels. Andererseits ist es jedoch aus Gründen der sicheren Befestigung und des Gleichgewichts des Schmelztiegels zweckmäßiger, bei Verwendung einer solchen langen, dünnen Halterung diese im oder nahe dem geometrischen Mittelpunkt des Tiegelbodens anzuordnen.

bei einem übermäßigen v/ärmefluß vom Schmelztiegel zu seiner Halterung tritt eine Unterkühlung des Tiegelbodens ein, wodurch sich zxtfischen den beheizten Seitenwandungen des Tiegels und dem den Innenraum unten abschließenden Boden ein unerwünschter Temperaturgradient einstellt. Die Unterkühlung des Tiegelbodens bewirkt häufig ein Absinken der Temperatur der im Tiegel enthaltenen Halbleiterschmelze auf einen Wert, bei dem sich an dem aus der Schmelze gezogenen Halbleiterkristall Dendriten bilden. Zur Vermeidung der Bildung von Dendriten muß der Halbleiterkristall sehr schnell aus der Schmelze gezogen iverden. Bei derartig schnellem, plötzlichem Zieheriverbleiben jedoch durchschnittlich 10 % der Halbleiterschmelze im Schmelztiegel, woraus sich eine Materialvergeudung und Verschlechterung des V/irkungsgrades beim Ziehen der Kristalle ergibt» Hoch schwerwiegender ist jedoch der beim schnellen Ziehen des Kristalls aus der Schmelze darin auftretende Warmeschock_s durch welchen die gewünschte

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Kristallstruktur in bestimmten Bereichen gestört wird. Daraus ergeben sich v/eitere Ilaterialverluste aus der zum Ziehen verwendeten Charge. Bei der Verwendung der vorstehend beschriebenen und in Pig. I gezeigten bekannten Schmelztiegelanordnung zum Ziehen von mit Antimon versetzten Siliziumkristallen stellte sich ferner heraus, daß das Antimon aufgrund der durch Wärmeleitung entstehenden ΐ/ärmeVerluste der Schmelze nach dem Ziehen von etwa 55 % der Charge seine feste Löslichkeit in Silizium überschreitet. An diesem Funkt beginnt das Antimon dann auszufallen, so daß die verbleibenden 45 % der Charge nicht mehr zum Ziehen von Kristallen verwendbar sind.

Die Erfindung löst im wesentlichen die Aufgabe, eine neue und verbesserte Schmelztiegelanordnung zu schaffen, welche sämtliche Vorteile der Schmelztiegelanordnungen für entsprechende Zwecke aufweist, ohne daß die vorstehend angeführten Nachteile bekannter Anordnungen da.bei auftreten. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Schmelztiegel und einer langgestreckten, dünnen Tiegelhalterung eine neuartige Tiegelfassung eingesetzt. Diese sehwach wärmeleitende Tiegelfassung ist in dem den Tiegel beheizenden Ilochfrequenzfeld angeordnet, so daß ihre Induktive Erwärmung Wärmeverluste des Tiegels durch Wärmeleitung verringert. Da die Tiegelfassung das Unterteil des Tiegels umschließt, bewirkt sie auch eine Verringerung der Wärmeverluste des Tiegels durch Strahlung. In dieser Weise schafft die Er-

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findung eine neuartige und verbesserte Schmelztiegelanordnung für eine Vorrichtung zum Ziehen von Halbleiterkristallen. Die Schmelztiegelanordnung weist verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeübertragung auf, arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad und begünstigt die Einhaltung der gewünschten hohen Temperatur eines Schmelz-•tiegelü und der darin enthaltenen geschmolzenen Halbleiter charge.

Lin wesentlicher Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Sciiinelztiegelanordnung beim Ziehen von Kristallen besteht in der Vermeidung des Entstehens von Dendriten am gezogenen Halbleiterkristall.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den weiteren Vorteil, daß bei ihrer Verwendung die Halbleiterschmelze im v;e s ent liehen vollständig aus dem Tiegel gezogen werden kann, so daß durch in Tiegel zurückbleibendes Material keine Llaterialvergeudung stattfindet. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schmelztiegelanordnung zum Ziehen von Halbleiterkristallen läßt sich das Auftreten von viarmes chocks und die sich daraus ergebenden Strukturschädigungen des Kristalls in vorteilhafter Weise vermeiden.

Ferner bietet die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß sich damit der Zeitpunkt des Ausfällens verzögern läßt,

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wenn stark mit anderen Stoffen versetzte Siliziumkristalle gezogen werden sollen.

Im wesentlichen schafft die Erfindung eine Schmelztiegelanordnung für eine Vorrichtung zum Ziehen von Halbleiterkristallen mit einem Schmelztiegel, welcher eine Höhlung für die Aufnahme eines zu.ziehenden, geschmolzenen Halbleitermaterials aufweist. In einem bestimmten Bereich liegt am unterteil des Tiegels eine Passung an, mit einer unterhalb des Schmelztiegels verlaufenden, eine öffnung umgebenden Wandung. Die Tiegelfassung begrenzt die Wärmeableitung vom Tiegel auf ein Mindestmaß und beschränkt ferner die Wärmeabstrahlung vom Inneren des Tiegels.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind in einer Wandung der Tiegelfassung mehrere langgestreckte öffnungen gebildet. Die öffnungen bewirken eine beträchtliche Verringerung.der Größe des in der Fassung vorhandenen Wärmeleitungsweges und damit der WärmeVerluste des Schmelztiegels durch Wärmeleitung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist sowohl der Schmelztiegel als auch seine Passung im Wirkungsbereich einer zugeordneten Kochfrequenz-Induktionsheizspule angeordnet. Die gleichzeitige Induktionsbeheizung der beiden Teile bewirkt eine weitere Verringerung der Wärmeverluste des Tiegels durch Wärmeleitung.

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Weitere Merkmale, Linzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Äusführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine teilweise isometrisch und teilweise im Schnitt dargestellte bekannte Ausführung einer Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen,

Fig» 2 eine zerlegt und auseinandergezogen dargestellte Schrägansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelztiegelanordnung und

Fig. 3 eine Schnittansicht der aus den Teilen von Fig 2 zusammengesetzten Schmelztiegelanordnung entsprechend der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte, insgesamt mit 7 bezeichnete bekannte Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen weist eine Kristall-V/achstumskammer 8 auf, in welcher der aus Graphit gefertigte Schmelztiegel 10 angeordnet ist« Bei Anwendung von Hochfrequenz-Induktionsbeheizung wird der Tiegel 10 im Fachgebiet des Halbleiter-Kristallziehens vielfach als "Kerntiegel" bezeichnet. Dementsprechend kann der Schmelztiegel in der nachstehend anhand von Fig, 2 und 3 erläuterten Ausführung der Lrflndung sowie in der bekannten Ausführung nach B¹I^₉ 1 auch als "Kerntiegel" bezeichnet werden. Der Ausdruck "SchraelKtiegelanordnung" umfaßt

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In der hier angewandten Bedeutung unter anderem den eigentlichen Schmelztiegel, sämtliche den Tiegel haltenden Teile sowie die zugeordneten Induktions-Heizeinrichtungen für den Tiegel. Die Höhlung des araphit-Tiegola la kann mit einer auswechselbaren Quarzauskleidung 12 versehen sein, welche chemisch nicht mit einer bei relativ hohen Temperaturen aus der Höhlung su ziehenden, geschmolzenen Silizium-halbleitercharge 1'4 reagiert.

Der aus der polykristallinen Halbleitercharge 14 gezogene monokristalline Halbleiterstab bildet beim Ziehen aus der Charge 14 durch Anhaften an einem nonokristallinen Kristallkeim 17 einen Ansatz 16. Der Kristallkeim 17 ist in einem Futter 18 eingesetzt, welches seinerseits an einem drehbaren Ziehstab 20 befestigt ist. Eine Ilochfrequenz-Induktions- oder auch "Arbeits"spule 22 zum Beheizen der Halbleitercharge Ik ist zweckmäßig in einer ein geeignetes Kühlmittel 24 enthaltenden Kühlmittelkammer 26 angeordnet, welche ihrerseits im wesentlichen konzentrisch zur Kristall-Wachstumskammer 0 verläuft.

Die Kühlmittelkammer 26 und die Kristall-^T.7achstumskammer 3 sind auf einem Sockel 30 angeordnet, über welchen eine den Schmelztiegel 10 in vorbestimmter Höhe innerhalb der Wachstumskammer ο und in bezug auf die zugeordnete Induktions-Heizspule 22 tragende Halterung 28 hervorsteht.

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ürrefjung der Spule 22 durch einen hochfrequenten Strom entstehen im Graphit-Schmelztiegel 10 Wirbelströme, unter deren Vlirkung die geschmolzene Charge lH beheizt und auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird.

Die langgestreckte, zylindrische Halterung 28 greift im mittleren Bereich 32 des Bodens des Tiegels 10 an. Die Summe der Längen sämtlicher wärme-Leltwege zwischen dem Bereich 32 und allen Teilen der geschmolzenen Halbleitercharge l'l ist kleiner als die Summen der entsprechenden Leitwege zu irgendwelchen anderen Stellen am Boden des Tiegels 10. Diese geometrische Ausbildung der bekannten Schmelztiegelanordnung nach Fig. 1 bewirkt beträchtliche Wärmeverluste des Tiegels 10 durch Wärmeableitung entlang der Halterung 28. Diese unerwünschte Wärmeableitung vom Tiegel 10 bewirkt das Absinken der Temperatur der geschmolzenen Halbleitercharge 14 und übt damit die nachstehend beschriebenen nachteiligen Wirkungen auf das Ziehen der Kristalle aus.

Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung erzielten bemerkenswerten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ist zunächst die Hochfrequenz-Induktionsbeheizung des Tiegels 10 in Fig. 1 in Betracht zu ziehen. Die durch die Spule 25 erzeugte Induktionsbeheizung kommt im wesentlichen

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vollständig an der zylindrischen Außenwandung 29 des Tiegels 10 zur Wirkung. Deren Erwärmung beruht auf induzierten Wirbelströmen, welche im wesentlichen auf die senkrechten Außenbereiche des Tiegels 10 beschränkt sind. Die Erwärmung der Oberfläche wird durch Wärmeleitung auf andere Bereiche des Tiegels 10 übertragen. Der lüttelbereich 32 des Bodens des. Tiegels 10 mit der darin vorgesehenen Bohrung ist dabei nahezu vollständig von jeglicher Induktionsbeheizung des Tiegels 10 ausgeschlossen. Daher besteht - zunächst unter Vernachlässigung der Wärmeableitung durch die Halterung 28 - zwischen der Außenwandung 29 des Tiegels 10 und seinem Boden 31 ein Temperaturgradient, welcher darauf beruht, daß die Induktionsbeheizung des Tiegels 10 im wesentlichen im Oberflächenbereich der senkrechten Wandung 29 wirksam ist. Selbst ohne die in Fig. 1 gezeigte Halterung 28 wäre die Temperatur des Bodens 31 des Tiegels 10 daher niedriger als. die der senkrechten Seitenwandung 29. Dieser Temperaturunterschied teilt sich auch der Schmelze Ik mit, aus welcher der Halbleiterstab gezogen wird. Da jedoch die Temperatur der Schmelze 14 jeweils auf einem geringfügig über dem Schmelzpunkt des zu ziehenden Halbleitermaterials liegenden Viert gehalten werden soll, besteht für die Erwärmung der Schmelze Ik eine obere Grenze. Eine Unterkühlung des Bodens 31 kann daher nicht einfach durch Steigerung der Energiezufuhr zur Spule 25 ausgeglichen werden, da dadurch die Schmelze Ik im oberen Bereich zu stark erwärmt würde.

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Nun ist jedoch noch der wärmeleitende Kontakt zwischen der Halterung 23 und der Ausnehmung 32 im Boden 31 des Tiegels 10 in Betracht zu ziehen. Aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit verstärkt nämlich die Graphit-Halterung den zwischen der senkrechten Seitenwandung 29 des Tiegels 10 und dem Boden 31 bestehenden Temperaturgradienten, wobei dieser Temperaturgradient sich auch auf die Halbleiterschmelze 14 überträgt. Bei der Abnahme der Schmelze während des Wachstums des Kristalls sinkt ihr Spiegel fortlaufend weiter in den halbkugeligen Boden der Auskleidung 12 ab, wodurch sich die Schmelze 14 im unteren Bereich ständig weiter abkühlt. Aufgrund dieser Erscheinung und der WärmeVerluste des Tiegels 10 durch Ableitung über die Halterung 28 tritt am unteren Bereich der Schmelze 14 in Fig. 1 in der Endphase des Kristallwachstums eine Unterkühlung und in deren Gefolge eine unerwünschte Kristallkernbildung auf. Die Halterung 28 bewirkt also einen relativ großen Temperaturgradienten zwischen den oberen und unteren Bereichen der Schmelze 14, welcher in der Endphase des Kristall-Ziehvorganges die Bildung von Dendriten begünstigt. Die durch die Bildung von Dendriten bewirkten Nachteile und Materialvergeudung wurden bereits vorstehend dargelegt.

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Bei der in Fig. 2 und 3 gezeigten bevorzugten Ausfühi-unrsform der Erfindung weist ein aus Graphit gefertigter, feuerfester Schmelztiegel 3^ eine durch eine zylindrische Sextenwandung 39 begrenzte Höhlung 36 auf, welclie im Unterteil in einen halbkugelig geformten Boden 43 übergeht. Die zylindrische Außenv/anclung Jo ces Tiegels 3^ kann in gleicher Weise wie bei der Anordnung nacii Flg. mittels einer Hochfrequenz-Induktionsspule 45 induktiv beheizbar sein. Entlang dem unteren Rand des Schmelztiegels ~$k ist ein einwärts gerichteter Absatz 4ö gebildet, mittels dessen der Tiegel unter ReibungsSchluß in eine im folgenden beschriebene Fassung 42 einsetzbar ist.

Die Tiegelfassung 42 hat eine zylindrische 'Jandung 44, welche eine Ausnehmung 46 zum passenden Einsetzen des Absatzes 40 des Tiegels J>k umgrenzt. In der Passung sind mehrere langgestreckte öffnungen oder Durchbrüche 50, 52 gebildet, zwischen Vielehen sich sehr schmale Wärmeleiterbrücken 5^» 56» 58 erstrecken. Die V/ärmeleiterbrücken haben im Vergleich zur Länge der Durchbrüche 50, 52 kleine Querschnittsflächen. Die in der zylindrischen Wandung 44 vom Tiegel 34 abfließende wärme ist in ihrem Fluß auf die schmalen Brücken beschränkt» Die Tiegelfassung pk hat einen ebenen Boden OQ, welcher einstückig

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mit der zylindrischen Wandung 44 verbunden ist. Die zylindrische Jandung 4 4 und der Boden 60 der Tiegelfassung 42 bilden eine Abschirmung gegen Wärmeverluste des Tiegels 34 durch Strahlung.

In eine öffnung 37 im ebenen Boden 60 der Tiegelfassung 1st eine längliche,, hohle, zylindrische Halterung 62 satt eingepaßt. Der Boden 60 der Fassung 42 ruht dabei auf einer Stufe 66 an der zylindrischen Außenwandung 64 der halterung 62.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung finden Wärmeverluste des Tiegels 34 durch Wärmeleitung nur über einen Leitungsweg statt, welcher jeweils durch ein seitliches Segment des Eodenteils des Tiegels 34 und die zylindrische Wandung 44 der Tiegelfassung 42 gebildet ist. Dabei muß die durch die Wandung 44 der Passung 42 abfließende Wärme I eine der zwischen den langgestreckten Durchbrüchen 50, gebildeten Brücken 54, 56 oder 58 passieren. Der Wärmeabfluß vom Tiegel 34 ist somit vor dem übergang auf das zylindrische Oberteil 68 der Halterung 62 durch die neuartige Ausbildung der zylindrischen Wandung 44 gebremst.

Die Tiegelfassung 42 und die durch sie betfirkte Verringerung des Temperaturgradienten zwischen der senkrechten

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Seitenwandung- 38 und dem Boden 40 des Tiegels 34 stellt ein bedeutsames Merkmal der Erfindung dar. Durch diese Anordnung wird dem Boden 40 des Schmelztiegels 34 im mittleren Bereich keine Wärme durch Ableitung direkt über eine Halterung entzogen, so daß dieser Bereich,.wie nachstehend erläutert, im wesentlichen auf die gleiche Temperatur erwärmt wird wie die senkrechte Seitenwandung des Tiegels. Der auf Wärmeleitung beruhende Wärmeverlust verläuft nun von allen Bereichen des Tiegels 34 zur senkrechten Wandung 44 der Tiegelfassung 42, im unteren Bereich des Tiegels also in waagerechter Richtung, was zur Folge hat, daß der Gesamtwärrae verlust des Tiegels 34 in relativ gleichförmiger Verteilung in allen Teilen desselben auftritt. Der bei bekannten Anordnungen zwischen den oberen und unteren Bereichen der Halbleiterschmelze 47 auftretende Temperaturgradient ist dadurch beträchtlich verringert oder gar beseitigt. Da außerdem die zylindrische Innenwandung der Wandung 44 der Tiegelfassung 42 die vom unteren Teil des Tiegels darauf abgestrahlte Wärme wieder zurückstrahlt, verringert sich ein zwischen dem Boden 40 und der senkrechten Seitenwandung 38 des Tiegels 34 möglicherweise noch vorhandener Temperaturgradient noch weiterhin* Aus diesem neuartigen Merkmal der Tiegelfassung 42

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ergibt sich eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung in allen Teilen des Tiegels 34 und der darin enthaltenen Halbleiterschmelze.

Die aus Graphit gefertigte zylindrische Halterung 62 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Tiegelfassung 42, und die Querschnittsfläche der Wandung 64 der Halterung 62 ist beträchtlich kleiner als die Gesamtquerschnittsfläche des oberen Teils der zylindrischen Wandung 44 der Fassung 42. Die Halterung 62 ist koaxial mit dem Tiegel 34 und der Tiegelfassung 42 angeordnet und besitzt ausreichende Festigkeit, um diese beiden Teile in einer in Fig« 3 gezeigten Stellung in bezug auf die Hochfrequenz-Induktionsheizspule 45 zu haltern. Die relativ dünne zylindrische Wandung 6% der Halterung 62 ergibt eine weitere Verringerung der Wärmeableitung von der Fassung 42 über die Halterung 62.

Die Länge des Wärmeleitungsweges vom Tiegel 34 über die Fassung 42 und die zylindrische Wandung 64 der Halterung 62 ist beträchtlich größer als die des i/ärmeleitungsweges vom Mittelbereich 32 des Tiegelbodens über die Halterung 28 zum Sockel 30 bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1. Die langgestreckten Durchbrüche 50, 52 bewirken eine weitere

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Verringerung der Wärmeableitung, ao dajo die- combination dieser beiden neuartigen Ilerkmale der Lrfinaung eine gegenüber der bekannten Tiegelanoränung nach Fig· 1 beträchtlich vorteilhaftere Schnelztiegelanoranung ermöglicht. Bei dieser Anordnung beeinflußt das durch den der Spule 45 zugeführten hochfrequenten Strom erzeugte Hochfrequenzfeld neben dem eigentlichen Tiegel 34 auch die Passung 42, wodurch sich WärmeVerluste des Tiegels 34 durch Ableitung über die Fassung 42 weiterhin verringern.

Ein weiteres· bedeutsames Merkmal der Erfindung liegt in der Ausbildung des Bodenteils der Tiegelfassung 42, durch welche deren Verwendung mit vorhandenen Schmelztiegeln und Halterungen 62 erleichtert ist. lüan betrachte zum Beispiel die bekannte Schmelztiegelanordnung nach Fig. 1, bei der eine Halterung 28 direkt in eine zylindrische Ausnehmung 32 in der Unterseite des Tiegels 10 eingesetzt ist. Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es daher nicht notwendig, einen besonderen Tiegel und eine besondere Halterung 62 herzustellen, sondern man kann vorhandene Tiegel und halterungen in der in Fig. 3 dargestellten weise verwenden. Die bevorzugte Ausführung der Erfindung ist somit von einfachem und wirtschaftlichem Aufbau und weist gleichwohl die vorstehend beschriebenen verbesserten wärmedämmenden Eigenschaften auf.

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Der Tiegel 34, die Passung 42 und die Halterung 62 sind vorzugsweise aus einem feuerfesten oder hitzebeständigen I-Iaterial wie Graphit gefertigt, welches den typischen hohen Temperaturen im Bereich von l600°C beim Ziehen von Kristallen zu widerstehen vermag. Anderenfalls kann anstelle von Graphit auch ein hitzebeständiges Metall wie .Molybdän, Tantal oder Wolfram oder hitzebeständige keramische werkstoffe wie Tonerde (Al₂O^) verwendet werden, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ferner läßt sich die X¹UUmIiClIe Gestalt der beschriebenen Schmelstiegelanordnung im Rahmen, der Erfindung abwandeln. So können die einzelnen Teile der in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnung eine andere als die dargestellte zylindrische Form erhalten, mit öffnungen oder Durchbrüchen, die der vorstehend beschriebenen Ausbildung wirkungsmäßig entsprechen. Die langgestreckten Durchbrüche 50, 52 sind nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Anzahl, Größe und Gestalt beschränkt, sondern können beträchtlich abgeändert werden, ohne damit die Verkleinerung des Querschnitts der Wärmebrücken in einem oder mehreren Teilen der Wandung 44 der Tiegelfassung 42 zu beeinträchtigen.

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Die "erfindungsgemäße Schmelztiegelanordnung ist nicht auf die Anwendung bei Hochfrequenz-Induktionsbeheizung beschränkt, sondern kann auch bei Widerstandsbeheizung Verwendung finden, wobei die allgemein bekannten Kohlen-Heizwiderstände benutzt x^erden. Diese Heizwiderstände werden gewöhnlich nahe der senkrechten Wandung des Schmelztiegels angeordnet und erwärmen diesen durch Strahlung. Man erkennt daraus, daß die Erfindung äußerst vorteilhaft bei Widerstandsbeheizung verwendbar ist, da die Heizwiderstände dazu neigen, einen dem vorstehend anhand von Fig. 1 erläuterten entsprechenden Temperaturgradienten hervorzurufen.

Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf das Kristallziehen von Silizium, sondern eignet sich auch für das Ziehen von einzelnen Kristallen aus Germanium sowie aus bestimmten für Laser geeigneten Werkstoffen wie Granat und Rubin. Beim Ziehen von einzelnen Germaniumkristallen ist eine Quarzauskleidung 12 des Tiegels nach Pig. I nicht nötig, da das Graphit des Tiegels 3^ nicht in unerwünschter Weise mit dem geschmolzenen Germanium reagiert. Aus diesem Grunde ist die in Fig. 1 gezeigte Quarzauskleidung 12 des Tiegels in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt. Findet die Anordnung nach Fig. 2 und 3 jedoch zum Ziehen von mono-

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kristallinem Silizium Anwendung, so kann der Schmelztiegel 3²J selbstverständlich auch eine Quarzauskleidung erhalten.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen, gekennzeichnet durch eine Kristall-Wachstumskammer (8), durch eine Beheizungseinrichtung (25 bzw. 45) zum Beheizen eines Teils der Wachstumskammer, durch eine zunächst der Heizeinrichtung in der Wachstumskammer befindliche Schmelztiegelanordnuhg (10 bzv;. 34) und durch eine Halterung (28 bzv/. C2) für den Schmelztiegel zur Verringerung von Wärmeverlusten durch Warmeleitung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des Tiegels (34) eine den Tiegel entlang seinem Umfang umschließende Passung (42) sowie eine die Fassung in bezug auf die Heizeinrichtung einstellbar halternde Halterung (62) aufweist und daß die Fassung den Wärmeverlust des Tiegels durch Strahlung begrenzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passung (42) in Anlage an dem Tiegel (34) befindliche Wandungen (44) aufweist, in Vielehen eine Anzahl in gegenseitigem Abstand angeordneter Durchbrüche (50, 52) gebildet sind, so daß die Wärmeleitfähigkeit der Passung eingeschränkt ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3a dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (42) einen Boden (60) mit einer in bezug auf die Wandung (44) in der Mitte angeordneten öffnung darin (37) aufweist und daß in die Öffnung eine zum Haltern des Tiegels (34) und seiner Passung (42) in bestimmter Stellung in bezug auf eine zugeordnete Induktions-Heizspule (45) dienende Halterung (62) einsetzbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine in der Tiegelfassung (42) gebildete öffnung (37) eine langgestreckte zylindrische Halterung (62) einsetzbar ist, welche von einem Durchlaß von einem beträchtlich geringeren Durchmesser als ein die Passung (42) durchsetzender Durchlaß durchsetzt ist, wobei der Tiegel mittels der Halterung in einer bestimmten Stellung halterbar ist und Wärmeverluste des Tiegels und der Kugelfassung aufgrund der Länge der Halterung und der relativ kleinen Querschnittsfläche der Wandungen (64) der Halterung auf ein I-ündestmaß begrenzt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die_/ E'assung (42) einen zu den Wandungen (44) hin verlaufenden und eine öffnung (37) für

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die Aufnahme der Halterung (62) aufweisenden Boden (60) hat und daß der Schmelztiegel (3¹O₉ die Tiegelfassung (42) und die Halterung (62) aus einem hitzebeständigen Werkstoff bestehen, welcher den beim Ziehen von Halbleiterkristallen auftretenden hohen Temperaturen zu widerstehen vermag.

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