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Vorrichtung zum tiegelfreian Zonenziehen von stabförmigem
Halbleitermaterial
Zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einem oder mehreren p-n-Übergängen, z. B. Gleichrichtern, Transistoren, Photodioden, insbesondere mit einem einkristallinen Grundkörper aus Silizium u. dgl., wird ein Rohmaterial von extrem hohem Reinheitsgrad benötigt. Zu diesem Zweck sind bekanntlich besondere Behandlungsverfahren und Vorrichtungen entwickelt worden. Beim sogenannten tiegelfreien
Zonenziehen, das z. B. zur Reinigung von Halbleitermaterialien bzw. zum Ziehen von Einkristallen dienen kann, wird ein Stab aus dem entsprechenden Material senkrecht an beiden Enden eingespannt und dann beispielsweise vermittels einer Induktionsspule mit Mittel- oder Hochfrequenz geschmolzen.
Das Schmelzen kann auch vermittels Strahlheizung durch eine ringförmige Heizvorrichtung mit Gleichstrom oder niederfrequentem Wechrelstrom erfolgen.
Die Induktionsspule, deren axiale Ausdehnung im Verhältnis zur Länge des Stabes gering ist, erschmilzt nur die jeweils in ihr liegende Zone des Stabes und wird langsam in Längsrichtung des Stabes bewegt. Der gesamte Vorgang spielt sich zweckmässigerweise im Hochvakuum ab, so dass neben dem eigentlichen Reinigungsvorgang durch Zonenziehen gewisse Verunreinigungen auch durch Abdampfen aus dem behandelten Halbleiter entfernt werden. Die Behandlung kann aber auch unter Schutzgas durchgeführt werden.
Es treten nun gewisse Schwierigkeiten bei der Zuführung des Heizstromes für die Heizvorrichtung auf. Die beiden Stromzuführungen für den Heizstrom beispielsweise mit einer Frequenz von 1 bis 5 MHz sollen möglichst nahe beeinander und induktionsfrei so verlegt werden, dass das eine Ende der Stromzuführungen durch den Boden des Gefässes hindurchgeführt wird. damit von aussen die Leistung zugeführt werden kann, während das andere Ende mit der daran befindlichen Heizspule in senkrechter Richtung beweglich sein muss. Die Zuleitungen müssen so verlegt sein, dass sie auch bei der betriebsmässigen Bewegung nicht mit andern Teilen oder der Gefässwandung in Berührung kommen können. Ferner dürfen sie beim Hantieren am geöffneten Gerät nicht stören.
Ausserdem muss für eine genügende Kühlung der Heizspule gesorgt werden, weil diese, deren Windungen die Schmelzzone eng umschliessen, sonst durch Strahlungsheizung stark erwärmt würde. Dies ist deshalb nötig, damit während des Betriebes im Vakuum keine unerwünschten Verunreinigungen aus ihr abdampfen und in das behandelte Material gelangen können.
Durch die Erfindung wird nun eine Lösung dieser Aufgabe gefunden, die sich durch einen verhältnismässig einfachen Aufbau und gegenüber den bisher bekannten Anordnungen durch eine Platz-und Verlustersparnis auszeichnet. Erfindungsgemäss wird eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenziehen von stabförmigem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, für Halbleiteranordnungen, z. B.
Gleichrichter, Transistoren oder Photodioden, mit einem Gefäss, insbesondere Hochvakuumgefäss, von verhältnismässig grosser Weite, in welchem die Haltevorrichtungen für die zu behandelnden Stäbe sowie eine bewegliche, den Stab ringförmig umgebende und in Längsrichtung des Stabes verschiebbare Heizvorrichtung untergebracht sind, geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass für die Stromzuführung zur Heizeinrichtung mehrere Leiterrohre verschiedener Weite vorgesehen sind, von denen dasjenige mit der grössten Weite
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durch eine Wandung, vorzugsweise den Boden, des Gefässes mittels einer gasdichten Durchführung beweglich hindurchgeführt ist, und dass in diesem die engeren Rohre mit mindestens an einer Stelle abgedichteten Zwischenräumen angeordnet sind.
Das äussere Rohr besteht vorteilhaft aus hartver- chromtem und geschliffenem Stahl, damit es in der gasdichten Durchführung, die vorzugsweise aus einem ölüberlagerten Simmerring besieht, relativ leicht gleiten kann. Der Hohlraum des inne- ren Rohres und der Zwischenraum zwischen dem äusseren und dem mittleren Rohr können vorteilhafterweise zur Zu- und Abfuhr eines strömenden Kühlmittels, z. B. Wasser, dienen. Der Zwischenraum zwischen den stromführenden Leiterrohren wird zweckmässigerweise mit Isolierstoff ausgefüllt, oder man kann auch den Zwischenraum evakuieren, z. B. durch Anschluss an das Hochvakuum des
Gefässes der Zonenziehvorrichtung.
Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ergibt sich noch aus dem starren Aufbau der gesamten Anlage. Man kann nämlich nun die Heizspule starr an der Stromzuführung befestigen und diese als beweglichen Spulenträger benutzen. Nach den bisher bekannten Anordnungen wird nämlich die Heizspule an einem Schlitten befestigt, der auf einer Spindel auf-und abläuft. Diese wird von ausserhalb des Gefässes angetrieben, wodurch eine Drehdurchführung erforderlich wird. Bei der erfindungsgemässen Anordnung kann nun die Verstellung der Stromzuführung mit der daran befestigten Heizspule ausserhalb des Gefässes erfolgen, so dass nur eine Schiebedurchführung erforderlich ist. Gleichzeitig wird der Aufwand innerhalb des Gefässes verringert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das den Erfindungsgedanken näher veranschaulichen soll. In dem Boden 2 des Hochvakuumgefässes befindet sich eine gasdichte Durchführung 3, die beispielsweise aus einer Simmerringdichtung besteht. In ihr kann das geschliffene, hochglänzend hartverchromte Stahlrohr 4 gleiten. Hiedurch ist eine Auf- und Abbewegung der gesamten Stromzuführung mit der Heizspule möglich, ohne dass eine merkliche Vakuumverschlechterung eintritt. In dem Stahlrohr 4 befindet sich mit einem gewissen Zwischenraum ein Kupferrohr 5 und darin wieder mit einem Zwischenraum ein Kupferrohr 6, die beide als Stromleiter dienen. Der letztere Zwischenraum ist in dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung mit einer Isolierung 7 ausgefüllt, die aus Polytetrafluor- äthylen (Teflon)-Band bestehen und mit Paraffin vergossen sein kann.
Statt dessen kann aber auch dieser Zwischenraum an das Hochvakuum des Gefässes der Zonenziehvorrichtung angeschlossen sein. Auch hiedurch werden Überschläge zwischen den beiden Leiterrohren 5 und 6 selbst bei geringem Abstand sicher vermieden. Eine Dichtung 8 aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) dient am unteren Rohrende zum Abschluss des Zwischenraumes nach aussen. Eine ebensolche Dichtung ist in der Zeichnung auch am oberen Rohrende vorgesehen. Die Pfeile 9 deuten den Zu-und Abfluss des strömenden Kühlmittels an.
Ausserhalb des Hochvakuumgefässes werden die Stromzuführungen und die Zuführung des Kühlmittels flexibel gestaltet, während der Anschluss der Heizspule an der Stelle 10 starr erfolgt. Die Heizspule wird zweckmässigerweise in den Kühlkreislauf mit einbezogen, wie es die Zeichnung zeigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenziehen von stabförmigem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, für Gleichrichter, Transistoren, Photodioden od. dgl., mit einem Gefäss, insbesondere Hochvakuumgefäss, in welchem die Haltevorrichtungen für den zu behandelnden Stab sowie eine bewegliche, den Stab ringförmig umgebende und in Längsrichtung des Stabes verschiebbare Heizvorrichtung untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Stromzuführung zur Heizeinrichtung mehrere Leiterrohre verschiedener Weite vorgesehen sind, von denen dasjenige mit der grössten Weite durch eine Wandung, vorzugsweise den Boden, des Gefässes mittels einer gasdichten Durchführung beweglich hindurchgeführt ist, und dass in diesem die engeren Rohre mit mindestens an einer Stelle abgedichteten Zwischenräumen angeordnet sind.