DE1146722B - Waermebehandlung von Halbleitermaterialien - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N18937VIb/48b

ANMELDETAG: 20. SEPTEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 4. APRIL 1963

Bei der Herstellung von Halbleitermaterialien und von Körpern aus diesen Materialien finden in der Praxis häufig Wärmebehandlungen Anwendung, z. B. zur Abtrennung des Materials aus der Gasphase, zu seiner Reinigung oder Verarbeitung zu einkristallimschen Körpern. Beispiele dieser Behandlungen sind z. B. Behandlungen, bei denen ein Körper aus Halbleitermaterial durch Erstarrung einer Schmelze des Materials stabförmig anwächst, wie Zonenschmelzbehandlungen, die entweder in einem langgestreckten Tiegel nach P fan η oder ohne Tiegel nach Keck durchgeführt werden können, und das Aufziehen von Kristallen aus einer Schmelze von Halbleitermaterial nach dem Verfahren vonCzochralski. Ein anderes Beispiel ist die Absetzung von Halbleitermaterial auf einem Träger, z. B. durch Sublimation oder Zersetzung flüchtiger Verbindungen bei Erhitzung.

Bei solchen Behandlungen treten im allgemeinen Änderungen auf, z. B. Schmelzbildung, Erstarrung und Formänderungen, die sichtbar sind und bei denen man durch Beobachtung dieser Änderungen imstande ist, den Verlauf der Behandlung zu verfolgen und erforderlichenfalls zu regeln. Es ist z. B. bei Behandlungen, bei denen ein Körper aus Halbleitermaterial durch Erstarrung einer Schmelze stabförmig anwächst, wichtig, daß die Stabdicke beim Anwachsen überwacht und vom Beobachter geregelt wird, z. B. durch Regelung der Wärmezufuhr zur Schmelze. Beim Abtrennen von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einem Träger ist es erwünscht, den Grad des Anwachsens des abgesetzten Materials durch Beobachtung zu verfolgen und an Hand dieser Beobachtung zu regeln, um ein möglichst wirkungsvolles und regelmäßiges Absetzen zu erhalten.

Weil es für Halbleitermaterialien unerwünscht ist, die Wärmebehandlungen in Luft durchzuführen, wird eine solche Behandlung in einem Raum durchgeführt, in dem die erwünschte Zusammensetzung der Atmosphäre sich einstellen läßt. Dabei hat der Raum im allgemeinen eine wenigstens zum Teil aus durchsichtigem Material, wie Quarzglas, bestehende Wand, um eine Beobachtung zu ermöglichen.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß häufig ein Beschlag des Halbleitermaterials auf der Wand des Raumes gebildet wird, der eine direkte Beobachtung des zu behandelnden Materials verhindert. Ein solcher Beschlag tritt insbesondere bei Anwendung höherer Temperaturen und/oder bei sehr niedrigem Gasdruck im Raum, z. B. bei einer Wärmebehandlung im Vakuum, auf.

Die Erfindung bezweckt unter anderem, während einer Wärmebehandlung von Halbleitermaterial eine Wärmebehandlung von Halbleitermaterialien

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 24. September 1959 (Nr. 243 734)

Jan Goorissen, Eindhoven (Niederlande), ist als Erfinder genannt worden

bleibende Beobachtung der dabei auftretenden Erscheinungen zu ermöglichen. Sie benutzt die Eigenschaft eines Halbleitermaterials, daß es im Gegensatz

as zu beispielsweise einem Metall für Infrarotstrahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässig ist, so daß Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge innerhalb dieses Bereiches auch vom Beschlag des Halbleitermaterials auf der Wand hindurchgelassen werden. Für solche Strahlen ist ein üblicher durchsichtiger Wandteil aus Quarzglas im allgemeinen auch durchlässig.

Die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung durch die Verwendung eines Infrarotbildwandlers zur Beobachtung des einer Wärmebehandlung in einem Raum mit einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Wandteil unterworfenen Halbleitermaterials umgangen. Unter einem Infrarotbildwandler ist hier im allgemeinen eine Vorrichtung zu verstehen, die ein Infrarotstrahlungsbild in ein Bild sichtbaren Lichtes umzuwandeln vermag. Der Bildwandler kann z. B. ein in der Technik bekanntes Infrarotbeobachtungsgerät, wie es in »Proceedings of the I. R. Ε.«, 47 (1959-05), Nr. 5, Teil 1, S. 904, beschrieben ist, oder ein für Infrarotstrahlung empfindlicher flacher Bildverstärker sein. Auch kann gemäß aus der Fernsehtechnik bekannten Grundsätzen eine für Infrarotstrahlung empfindliche Bildaufnahmeröhre Verwendung finden, wobei das von dieser Röhre gelieferte Signal in einer Bildröhre in ein sichtbares Bild umgewandelt wird. Der Infrarotbildwandler muß für die vom betreffenden Halbleitermaterial hindurch-

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gelassene Infrarotstrahlung empfindlich sein. Der Wellenlängenbereich der hindurchgelassenen Strahlung ist auf der kurzwelligen Seite durch eine Absorptionsgrenze des Halbleitermaterials begrenzt, die mit dem Energieabstand, nachstehend als Bandabstand bezeichnet, zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband des Halbleitermaterials zusammenhängt und die, je größer der Bandabstand ist, bei einer desto kleineren Wellenlänge liegt. Im allgemeinen Hochfrequenzgenerator geliefert wird, regem. Infolge der hohen Temperatur der Schmelze verdampft ein Teil des Siliciums aus der Zone 5 und setzt sich teilweise als ein undurchsichtiger Anflug 7 auf der Innenseite des Quarzglasrohres 1 ab, wodurch Beobachtung der Zone mit dem bloßen Auge verhindert wird. Die Vorrichtung enthält weiter einen Infrarotbildwandler, der in der Figur durch ein schematisch dargestelltes Infrarotbeobachtungsgerät 8 angegeben ist, das mit

kann als Infrarotstrahlungsquelle das erhitzte Halb- io einer Sammellinse oder einem Linsensystem für Infra-

leitermaterial selbst dienen, man kann jedoch dieses Material auch mit Infrarotstrahlung anstrahlen.

Es hat sich weiter herausgestellt, daß die Verwendung eines Infrarotbildwandlers noch weitere Vorteile aufweisen kann, z. B. beim Auftreten von Nebeln während der Behandlung, die Infrarotstrahlung in viel geringerem Maße streuen und, wenn sie aus Halbleitermaterial bestehen, auch weniger absorbieren als sichtbare Strahlung. Weiter kann beim Absetzen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Träger die Schichtdicke während der Absetzung mit HiHe von Interferenz reflektierter Infrarotstrahlung bestimmt werden, was bei sichtbarer Strahlung infolge des meist hohen Absorptionsvermögens des Halbleitermaterials rotstrahlung 9 und einer Vakuumröhre 10 versehen ist, die aus einer Photokathode 11, die unter anderem für Infrarotstrahlung mit Wellenlängen größer als 1,1 μ, die Absorptionsgrenze von Silicium, empfindlieh ist, einem nicht dargestellten Elektrodensatz und einem kathodelumineszierenden Schirm 12 besteht. Während der Behandlung wird von der erhitzten geschmolzenen Zone 5 Infrarotstrahlung ausgesandt, wobei der Teil mit Wellenlängen über 1,1 μ nahezu unbehindert durch die auf der Innenwand des Quarzglasrohres 1 abgesetzte Siliciumschicht 7 hindurchgeht und vom Infrarotbeobachtungsgerät 8 aufgefangen ■ werden kann. Dabei wird mit Hilfe der Linse oder des Linsensystems 9 ein Infrarotbild der geschmol-

für sichtbares Licht im allgemeinen nicht möglich ist. 25 zenen Zone 5 auf der Photokathode entworfen. Die Obgleich sich die Beobachtung mit einem Infrarot- von der Photokathode 11 emittierten Elektronen werbildwandler beim Vorhandensein eines üblichen den mit Hilfe der nicht dargestellten Elektroden der Wandteiles aus Quarzglas im allgemeinen zweck- Rohre auf den Schirm 12 geworfen, wodurch sich ein mäßig durchführen läßt, können auch aus anderen in- sichtbares Bild der geschmolzenen Zone 5 auf diesem frarotdurchlässigen Materialien bestehende Wandteile 30 Schirm ergibt. An Hand dieses Bildes ist der Beobgewählt werden, z. B. Teile aus anderen infrarotdurch- achter imstande, den tiegelfreien Zonenschmelzprozeß

zu verfolgen und erforderlichenfalls zu regeln, z. B. durch Änderung des vom Generator der Spule zugeführten Hochfrequenzstromes, ohne daß der Siliciumbeschlag 7 auf dem Quarzglasrohr 1 dabei hinderlich wirkt.

Man kann mit Hufe des Bildwandlers auch die Stabteile 3 und 4 beobachten, indem man auch diese mit Infrarotstrahlung anstrahlt. Es hat sich heraus-In dieser Figur bezeichnet 1 ein senkrechtes Rohr 40 gestellt, daß im allgemeinen normales Tageslicht hieraus Quarzglas, innerhalb dessen ein senkrechter zu bereits genug Infrarotstrahlung enthält.
Stab 2 aus Silicium angeordnet ist. Dieser Stab besteht Obgleich in diesem Beispiel nur das tiegelfreie

aus zwei festen Teilen 3 und 4, die oben bzw. unten Zonenschmelzen von Silicium erörtert ist, kann ein in nicht dargestellten Haltern befestigt sind, und einer Infrarotbildwandler selbstverständlich auch bei zwischenliegenden, etwa tropfenförmigen geschmol- 45 Wärmebehandlungen anderer Halbleitermaterialien zenen Zone 5, die mittels einer Hochfrequenzspule 6 und Wärmebehandlungen anderer Art Verwendung erhitzt wird. Infolge der hohen Oberflächenspannung finden, z. B. beim Zonenschmelzen in einem Tiegel, der Schmelze wird die geschmolzene Zone 5 dabei beim Aufziehen von Kristallen aus der Schmelze, bei zwischen den beiden Stabteilen 3 und 4 gehalten. Das Absetzung von Halbleitermaterial durch Sublimation Quarzglasrohr 1 und der Stab 2 werden durch nicht 50 oder Zersetzung flüchtiger Verbindungen usw., ohne

lässigen Glasarten oder ein Fenster, das aus dem gleichen Material oder einem anderen Halbleitermaterial mit einem gleich großen oder größeren Bandabstand als das zu behandelnde Material besteht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der die Figur einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen teilweise schematisch darstellt.

dargestellte Mittel allmählich in vertikaler Richtung herunterbewegt, während die Spule 6 ihre Stelle nicht ändert, wodurch die geschmolzene Zone 5 durch den Siliciumstab 2 hindurchwandert, wobei der Stabteil 3 am unteren Ende allmählich abschmilzt und der Stabteil 4 am oberen Ende allmählich anwächst.

Die Form und Länge der geschmolzenen Zone 5 und der Durchmesser des anwachsenden Stabteiles 4 lassen sich durch die Stärke des Stromes in der Hochfrequenzspule, der von einem nicht dargestellten den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu überschreiten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verwendung eines Infrarotbildwandlers zur Beobachtung des einer Wärmebehandlung in einem Raum mit einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Wandteil unterworfenen Halbleitermaterials.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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