DE1170660B

DE1170660B - Verfahren zur Herstellung von halbleitenden Koerpern

Info

Publication number: DE1170660B
Application number: DEN17098A
Authority: DE
Inventors: Jan Goorissen; Jellis De Jonge
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-08-20
Filing date: 1959-08-17
Publication date: 1964-05-21
Also published as: NL112869C; FR1232833A; CH379658A; GB927752A; NL230668A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT j- - ·, 1170 660 Internat. Kl.: -€~22ΐ ("W V
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Deutsche Kl.: 4Od-3/00

Nummer: 1 170 660

Aktenzeichen: N 17098 VI a / 40 d

Anmeldetag: 17. August 1959

Auslegetag: 21. Mai 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von z. B. Germanium, Silicium oder intermetallischen Verbindungen bestehenden halbleitenden Körpern. Bei diesem Verfahren wird das halbleitende Material mittels einer Hochfrequenzinduk- tionsspule erhitzt, wobei das Material auch bestrahlt wird.

Erhitzung durch Hochfrequenzinduktion findet in der Halbleitertechnik weit verbreitete Anwendung. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß im allgemeinen das halbleitende Material bei Zimmertemperatur eine geringe spezifische Leitfähigkeit hat, so daß die mittels eines Hochfrequenzinduktionsfeldes erzeugten Wirbelströme zu gering sind, um das Material bis zu einer hohen Temperatur zu erhitzen.

Man hat deshalb vorgeschlagen, das halbleitende Material zunächst dadurch vorzuerwärmen, daß ein Graphitring in die Hochfrequenzspule eingeführt wird. Der gut leitende Graphitring wurde dabei durch das Hochfrequenzfeld schnell erhitzt. Die vom Ring stammende Strahlung erwärmte das halbleitende Material bis zu einer so hohen Temperatur, daß dieses Material eine hinreichend hohe spezifische Leitfähigkeit erlangte, um ausschließlich durch Hochfrequenzinduktion weiter erhitzt zu werden.

Beim vorerwähnten Verfahren muß die Hochfrequenzspule einen ziemlich großen Durchmesser haben, weil sie den Graphitring umfassen muß. Wird das Material auf übliche Weise in einem Quarzrohr erhitzt, so muß auch dieses Quarzrohr einen großen Durchmesser haben. Dem bekannten Verfahren haftet ein weiterer Nachteil an, indem das vom Graphitring umschlossene halbleitende Material größtenteils von dem Hochfrequenzfeld abgeschirmt wird.

Es ist auch ein Verfahren zum Schmelzen halbleitenden Materials in einem Tiegel mittels der Hochfrequenzerhitzung bekannt, bei dem das halbleitende Material vor dem Einschalten des Hochfrequenz-Stromes in einer mittleren Zone des Tiegels durch Bestrahlung vorerhitzt wird. Das Material wird dann dem Hochfrequenzfeld ausgesetzt und schmilzt von der mittleren Zone ausgehend, die infolge der Temperaturerhöhung durch die vorhergehende Bestrahlung gut leitend geworden ist, weiter. Durch Kühlung des Tiegels wird erreicht, daß eine Grenzschicht an der Tiegelinnenwand nicht schmilzt. Durch dieses bekannte Verfahren soll eine Verunreinigung des halbleitenden Materials durch das Tiegelmaterial vermieden werden.

Mit der Erfindung wird nun ein Verfahren geschaffen, mit dem es gelingt, in kurzer Zeit mit geringer Strahlungsleistung auch sehr reines und daher Verfahren zur Herstellung
von halbleitenden Körpern

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Jan Goorissen,

Jellis de Jonge, Emmasingel, Eindhoven

(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 20. August 1958 (230 668)

elektrisch sehr schlecht leitendes Halbleitermaterial mittels der Hochfrequenzinduktionserhitzung zu schmelzen.

Dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Erhöhung der Leitfähigkeit des durch die Induktionserhitzung zu erwärmenden halbleitenden Materials nicht durch eine Vorerhitzung des Materials zu erfolgen braucht, sondern daß die Leitfähigkeit hinreichend durch die Photoleitfähigkeit, d. h. durch die spontane Erzeugung von Ladungsträgerpaaren bei einer Bestrahlung, gesteigert werden kann. Das halbleitende Material erwärmt sich dabei in für die Leitfähigkeit vernachlässigbarem Maße. Um nun die Photoleitfähigkeit auszunutzen, wird gemäß der Erfindung das sich im Feld der vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Induktionsspule befindende Material gleichzeitig mittels eines Strahlungsbündels bestrahlt, das von einer außerhalb der Induktionsspule liegenden Strahlungsquelle stammt.

Zweckmäßig erfolgt bei vom Hochfrequenzstrom durchflossener Induktionsspule die Bestrahlung so lange, bis die elektrische Leitfähigkeit des durch die Hochfrequenzinduktion zu erhitzenden halbleitenden Materials so weit gesteigert worden ist, daß es in aus-

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reichendem Maße mittels des hochfrequenten Feldes erhitzt wird.

Oft wird halbleitendes Material in aus Graphit bestehenden Tiegeln geschmolzen, wobei der Graphit auch vom Felde erhitzt wird. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, halbleitendes Material zu schmelzen, wobei es von elektrisch isolierendem Material gehaltert wird. Unter elektrisch isolierendem Material ist im vorliegenden Fall ein

Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung ist ein Siliciumstab 1 mit einem konstanten Durchmesser von etwa 20 mm an seinen nicht dargestellten Enden in einer Halterung festgeklemmt. Der Stab befindet 5 sich in einem Quarzrohr 2. Durch dieses Quarzrohr kann ein Schutzgas hindurchgeführt werden.

Rings um das Quarzrohr 2 befindet sich eine aus einer einzigen Windung bestehende Hochfrequenzspule, die von einem nicht dargestellten Generator

Material zu verstehen von einer so geringen spezi- io gespeist wird,
fischen Leitfähigkeit, daß in diesem Material nicht Die Hochfrequenzspule 3 ist in bezug auf den

hinreichende Wirbelströme vom Hochfrequenzinduk- Siliciumstahl aufwärts und abwärts bewegbar. '
tionsfeld erzeugt werden können, um dieses Material In einem Abstand von der Spule 3 und dem Stab 1

merklich zu erwärmen. ist eine Strahlungsquelle 5 angeordnet. Von dieser

Das Verfahren nach der Erfindung kann z. B. beim 15 Quelle stammende Strahlung wird von einem Hohl-Schmelzen von halbleitendem Material in Tiegeln reflektor 6 reflektiert, wobei ein konvergierendes oder Schiffchen aus einem Oxyd, wie Magnesium- Strahlungsbündel entsteht.. Die Strahlungsquelle 5 oxyd, Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd oder Quarz, kann z. B. aus einer Wolframglühlampe von 1000 W zur Anwendung kommen, zum Unterschied von den bestehen. An sich reicht diese Strahlungsquelle nicht früher benutzten Graphittiegeln, die selbst vom Hoch- 20 aus, um Silicium bis zur Rotglut zu erwärmen,
frequenzfeld erhitzt wurden. Beim Anfang des Zonenschmelzverfahrens befin-

Auch ist es möglich, daß das vorgenannte elek- det sieh die Spule 3 rings um einen Teil 4 des Stabes 1 trisch isolierende Material das gleiche ist wie das zu nahe einem seiner Enden. Die Strahlungsquelle samt schmelzende Material. Man kann zu diesem Zweck Reflektor ist derart angeordnet, daß das Bündel auf den zu schmelzenden Teil des Materials im Hoch- 25 den von der Spule umschlossenen Teil des Stabes frequenzfeld bestrahlen, so daß ausschließlich das fällt, wodurch in diesem Teil so viel Elektronenlochbestrahlte Material schnell erhitzt wird und zu paare erzeugt werden, daß der spezifische Widerstand schmelzen anfängt, während das unbestrahlte Ma- so niedrig wird, daß in dem von der Spule erzeugten terial fest bleibt. Feld Induktionsströme auftreten können, die eine

Es sei noch bemerkt, daß es an sich bekannt ist, 30 allmähliche Temperatursteigerung des umfaßten Teieinen Teil eines halbleitenden Körpers ausschließlich les veranlassen, bis eine Temperatur erreicht wird, mittels einer Strahlungsquelle samt Reflektor zu
schmelzen. Bei diesem Verfahren kommt aber keine
Hochfrequenzspule zur Verwendung. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für eine 35
schnelle Erhitzung von halbleitendem Material beim
tiegelfreien Zonenschmelzen, mittels dessen beispielsweise das Material gereinigt oder Halbleiter-Einkristalle gezogen werden können. Hierzu wird zum

Schmelzen eines innerhalb eines Gefäßes mit strah- 40 schaltet, so zeigt es sich, daß die Temperatur des lungsdurchlässiger Wand angeordneten Stabes aus Siliciums, die infolge der Bestrahlung etwas zugehalbleitendem Material zur Erzeugung einer elek- nommen hat, nach der Einschaltung des Feldes wietrisch gut leitenden Zone im Stab ein innerhalb der der absinkt, woraus hervorgeht, daß diese Temperavom Hochfrequenzstrom durchflossenen Induktions- tursteigerung allein die spezifische Leitfähigkeit des spule liegender Stabteil gleichzeitig der Einwirkung 45 Siliciums nicht bis zu einer solchen Höhe gesteigert des Strahlenbündels von einer außerhalb des Gefäßes hat, daß das Silicium durch Hochfrequenzinduktion angeordneten Strahlungsquelle ausgesetzt. weiter erwärmt werden kann.

Durch eine gerichtete Bestrahlung, die auf eine Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung befin-

schmale Zone am ganzen Umfang des Stabes gebün- det sich eine Menge sehr reines Germanium 11 im delt ist, kann mit geringer Strahlungsleistung in einer 50 Quarztiegel 10. Um das Germanium zu schmelzen ist sehr kurzen Zeit selbst bei sehr reinem Silicium, das rings um den Tiegel eine Hochfrequenzspule 12 aneine niedrige Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur geordnet.

hat, eine sehr schnelle Erhitzung bewirkt werden. Die spezifische Leitfähigkeit des Germaniums ist

Beim Verfahren nach der Erfindung wird Vorzugs- zu gering, um durch Hochfrequenzinduktion dieses weise eine Strahlungsquelle verwendet, bei der die 55 Germaniums schnell bis zu einer hohen Temperatur Frequenz des größten Teiles der ausgesandten Licht- zu erhitzen. Auch der Tiegel wird nicht erhitzt, weil quanten die Absorptionsgrenze des halbleitenden er aus nichtleitendem Material besteht.
Materials übersteigt, wobei in diesem Material Elek- Oberhalb des Tiegels befindet sich eine Strahlungs-

tronenlochpaare gebildet werden. quelle 13 samt Reflektor 14, so daß ein konzen-

An Hand der Zeichnung werden zwei Ausführungs- 60 irisches Strahlenbündel auf den oberen Teil des Gerbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung be- maniums 11 im Tiegel 10 auftrifft. Im bestrahlten

Teil des Germaniums werden nun so viele Elektronenlochpaare erzeugt, daß daselbst das Germanium schnell erhitzt wird und schmilzt. Ist die Teta-65 peratur des Germaniums örtlich hinreichend, um es mittels des Hochfrequenzfeldes allein weiter zu erhitzen, so kann die Strahlungsquelle ausgeschaltet werden.

bei der der spezifische Widerstand genügend abgenommen hat, um eine schnelle Temperatursteigerung bis zum Schmelzpunkt zu ermöglichen.

Der Zeitpunkt, in dem diese schnelle Temperatursteigerung anfängt, ist von einem Strommesser 7 ablesbar. In diesem Zeitpunkt kann die Strahlungsquelle ausgeschaltet werden. Wird das Silicium eine Zeitlang bestrahlt und anschließend die Spule einge

schrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung, mit der Zonenschmelzen von Silicium ausgeführt wird;

F i g. 2 zeigt schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung zum Schmelzen von halbleitendem Material in einem Quarztiegel.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung halbleitender Körper, bei der halbleitendes Material mittels einer Hochfrequenzinduktionsspule erhitzt wird, wobei das Material auch bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das sich im Feld der vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Induktionsspule befindende Material gleichzeitig mittels eines Strahlungsbündels bestrahlt wird, das von einer außerhalb der Induktionsspule liegenden Strahlungsquelle stammt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vom Hochfrequenzstrom durchflossener Induktionsspule die Bestrahlung erfolgt, bis die elektrische Leitfähigkeit des durch die Hochfrequenzinduktion zu erhitzenden halbleitenden Materials so weit gesteigert worden ist, daß es in ausreichendem Maße mittels des hochfrequenten Feldes erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Material geschmolzen und dabei von elektrisch isolierendem Material gehaltert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines innerhalb eines Gefäßes mit strahlungsdurchlässiger Wand angeordneten Stabes aus halbleitendem Material zur Erzeugung einer elektrisch gut leitenden Zone im Stab ein innerhalb der vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Induktionsspule liegender Stabteil gleichzeitig der Einwirkung des Strahlenbündels von einer außerhalb des Gefäßes angeordneten Strahlungsquelle ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle verwendet wird, bei der die Frequenz des größten Teiles der ausgesandten Lichtquanten die Absorptionsgrenze des halbleitenden Materials übersteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 968 582;
britische Patentschrift Nr. 790 954.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 590/376 5.64 ® Bundesdruckerei Berlin