<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Züchtung eines Einkristalles aus einem polykristallinen
Halbleiterstab durch tiegelfreies Zonenschmelzen
Halbleiteranordnungen wie Gleichrichter, Transistoren, Photodioden u. dgl. finden bereits für verschiedene Zwecke in der Elektrotechnik Verwendung. Ihr Grundkörper besteht meistens aus einem im wesentlichen einkristallinen Scheibchen des entsprechenden Halbleitermaterials z. B. Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der HI. und V. Reihe des periodischen Systems. Für die Herstellung dieser Grundkörper werden Einkristalle des entsprechenden Materials benötigt. Diese werden im allgemeinen durch Zonenschmelzen gewonnen.
Das kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass zunächst ein einkristalliner Keimling an das Ende eines polykristallinen Stabes angeimpft wird. Danach wird dann das polykristalline Gefüge in einer Zone aufgeschmolzen, die man von dem Ende, an dem der Keimling sitzt, zum andern Ende des Stabes wandern lässt. Der Prozess wird bei Silizium bekanntlich vorzugsweise tiegelfrei durchgeführt. Das Wiedererstarren erfolgt einkristallin.
Für die Anwendung der meisten Halbleiteranordnungen ist die Lebensdauer Teef der Minoritätsträger in dem Halbleitermaterial entscheidend wichtig. Es wurde nun beobachtet, dass oft und besonders an dem
EMI1.1
bessere Qualität der gezogenen Einkristalle erreicht wird. Demgemäss wird ein Verfahren zur Züchtung eines Einkristalles aus einem polykristallinen Halbleiterstab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalles geschaffen, bei dem die Schmelzzone mehrfach durch den Halbleiterstab der Länge nach hindurchgeführt wird und das erfindungsgemäss dadurch, gekennzeichnet ist, dass vor dem letzten Durchgang der Schmelzzone eine Verengung des Querschnittes des Halbleiterstabes in unmittelbarer Nähe der Verschmelzungsstelle mit dem Keimkristall vorgenommen wird.
Zweckmässigerweise wird der Querschnitt der Verengung um eine Zehnerpotenz kleiner als der sonstige Querschnitt des Halbleiterstabes gewählt.
Es ist bereits ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen bekanntgeworden (DAS Nr. 1007885), bei dem die Schmelzzone von oben nach unten bewegt und am oberen Stabende eine als Warmedrossel wirkende Verengung angebracht wird. Hiedurch soll ein möglichst flacher Temperaturgradient von der Erstarrungsfront in das Innere des bereits erstarrten Halbleiterkristallstückes bewirkt werden. Über die Anzahl der Durchläufe der Schmelzzone ist nichts gesagt. Die angebrachte Verengung ist also auf alle Durchläufe der Schmelzzone zu beziehen, wenn man an das Zonenschmelzverfahren mit mehrfachem Durchlauf der Schmelzzone denkt, zumal sich die übrigen genannten Massnahmen (besondere Gestaltung der Heizspule bzw.
Halterung) nach der Natur der Sache ebenfalls auf sämtliche Durchläufe der Schmelzzone beziehen.
Demgegenüber bringt die Erfindung die neue Lehre, dass es genügt, wenn unmittelbar vor dem letzten Durchgang der Schmelzzone eine Verengung des Querschnittes des Halbleiterstabes in unmittelbarer Nähe des Keimkristalls vorgenommen wird. Dies bringt erhebliche Vereinfachungen mit sich, da die übrigen Zonendurchläufe wie gewohnt durchgeführt werden können und erst bei dem letzten Zonendurchgang die Aufmerksamkeit des mit der Arbeit Betrauten besonders beansprucht wird.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf die Durchführung des Verfahrens mit selbsttätiger Steuerung des Zonendurchlaufes durch den Halbleiterstab. Gerade hiebei bringt die Erfindung eine Verbesserung
<Desc/Clms Page number 2>
des Verfahrens, die sich auf andere Weise nicht erreichen lässt. Nach einem früheren Vorschlag (österr. Patentschrift Nr. 208928) wird nämlich bei einem Verfahren zur Züchtung von Einkristallen aus polykristallinen Halbleiterstäben durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalles der Querschnitt dieses Keimkristalles wesentlich kleiner als der des Halbleiterstabes gewählt, wodurch eine ähnliche Wirkung wie durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielt wird.
Dieses Verfahren ist aber bei selbsttätiger Steuerung des Zonendurchlaufes nicht durchzuführen, weil hiebei der Querschnitt des Keimkristalles so weit vergrössert bzw. der Querschnitt des Halbleiterstabes so weit verkleinert wird, bis beide aneinander angeglichen sind, d. h. die Querschnitte des Keimkristalles und des Halbleiterstabes gleich gross sind.
Hiebei bringt nun die Erfindung einen wesentlichen Fortschritt, da die Anlage bis zum letzten Zonendurchgang voll selbsttätig laufen kann und erst unmittelbar vor dem letzten Zonendurchgang von Hand die Verengung des Querschnittes des Halbleiterstabes eingestellt zu werden braucht, worauf der übrige Teil des Zonendurchgangs wieder selbsttätig ablaufen kann. Durch die Erfindung wird also überhaupt erst ein sinnvoller Einsatz einer selbsttätigen Steuerung bei der Anwendung einer Querschnittsverengung ermöglicht.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde :
EMI2.1
EMI2.2
Einkristall und dadurch Gitterstörungen, was wiederum zu einer Verringerung der Lebensdauer der Minori- tätsträger führt.
Weiter kommt noch hinzu, dass Verunreinigungen im Keimkristall über die Verschmelzungsstelle auch in den Stab eindiffundieren. Aus einem Keimkristall bestimmter Verunreinigungskonzentration können also umso grössere Mengen von Verunreinigungen übertreten, je grösser der Übergangsquerschnitt ist.
Es ist auch anzunehmen, dass Versetzungen aus dem Keimkristall im Stab anwachsen. Aus einem Keimkristall wachsen dementsprechend umso mehr Versetzungen in den Stab hinein, je grösser der Übergangsquerschnitt ist.
EMI2.3
LTschätzende Rolle. Ein kleiner Querschnitt weist weniger Wachstumsstörungen als ein grosser Querschnitt auf.
Bei dem mehrfachen Durchlauf der Schmelzzone durch den Stab wird die Verschmelzungsstelle zwischen Stab und Keimling jedesmal von neuem aufgeschmolzen, wodurch in vielen Fällen die Kristallqualitätdes Keimlingsnachund nach immer mehr verschlechtert wird, da jedesmal neue radiale und axiale Wärmespannungen im Keimlung auftreten. Wird nun vor dem letzten Durchlauf der Zone eine Verengung in der Nähe der Verschmelzungsstelle vorgenommen, so bessert sich die Kristallqualität an dieser Stelle beträchtlich, und diese verbesserte Kristallqualität wird auch in dem anschliessenden Stabteil erzielt.
Durch praktische Versuche sind diese Überlegungen bestätigt worden. Wird ein Längsschliff eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelten Halbleiterstabes einer Ätzgrübchenprobe unterworfen, so zeigt sich eine starke Verminderung der Ätzgrübchen an der Verengungsstelle und in dem nachfolgenden Stabteil. Da diese Ätzgrübchen (etchpits) auf das Vorhandensein von Gitterbaufehlern schliessen lassen, kann aus ihrer Verminderung auf eine Verbesserung der Kristallqualität geschlossen werden. Dies wird auch durch eine gemessene Verbesserung der Trägerlebensdauer bestätigt.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.