CH413800A - Tiegel zum Ziehen von Kristallen, insbesondere von Halbleiterkristallen aus der Schmelze - Google Patents

Description

  Tiegel     zurr    Ziehen von     Kristallen,        insbesondere    von     Halbleiterkristallen    aus der Schmelze    Die Erfindung betrifft einen Tiegel zum Ziehen  von Kristallen aus der Schmelze. Es sind beispiels  weise aus der deutschen Patentschrift Nr. 894 293  Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von  Kristallen durch Ziehen aus der Schmelze nach       Czochralski    bekanntgeworden. Für gewöhnlich wird  ein Keimkristall, welcher in den meisten Fällen ein  kristallin ist, in die     Schmelze    getaucht und langsam  aus der Schmelze emporgezogen, wobei das an dem  Keimkristall anwachsende Material ebenfalls ein  kristallin erstarrt.

   Die zur Durchführung des Ver  fahrens notwendige Vorrichtung besteht aus einem  Tiegel, welcher die Schmelze enthält, und welcher in  geeigneter Weise beheizt wird, sowie einer beweg  baren Halterung, welche den Keimkristall hält. Diese  Halterung muss von der Schmelze wegbewegt werden  können, damit der entstehende Kristall langsam an  den Keimkristall anwachsen kann. Die Halterung  wird für gewöhnlich in lotrechter Richtung nach  oben von der     Schmelze    wegbewegt. Zwecks Stabili  sierung und zwecks Vergleichsmässigung der Form  des entstehenden     Kristalls    kann die Halterung um  die eigene Achse gedreht werden. Selbstverständlich  kann auch der Tiegel um seine Achse gedreht wer  den, was den gleichen Erfolg verbürgt. Die gesamte  Vorrichtung kann in ein Schutzgefäss bzw.

   Vakuum  gefäss eingeschlossen sein, durch welches eine ge  eignete Umgebungsatmosphäre aufrechterhalten wird.  



  Wie sich bei durchgeführten Versuchen heraus  stellte, treten beim Ziehen aus der Schmelze ins  besondere dann Schwierigkeiten auf, wenn die  Schmelze aus einem Material besteht, welches die       Tiegelwand    sehr gut benetzt. So hat es sich z. B.  herausgestellt, dass beim Ziehen von Silizium aus       Graphittiegeln    die     Siliziumschmelze    die     Tiegelwände     sehr gut benetzt und an diesen     Tiegelwänden    hin  aufkriecht.

   Will man nun das gesamte Material aus    dem Tiegel herausziehen, so tritt entweder kurz vor  Beendigung des Ziehvorganges oder auch schon in  einem mittleren Stadium des Verfahrens die Er  scheinung auf, dass der entstehende Kristallstab nicht  mehr wie gewünscht etwa     im    mittleren Bereich des  Tiegels aufwächst, sondern in einen seitlichen Be  reich des Tiegels wandert und an einer Seitenwand  des Tiegels erstarrt. Der entstehende Kristall ist des  halb entweder verbogen oder im Falle der Drehung  der Halterung oder des Tiegels sogar zerbrochen.  In jedem Falle wirkt sich diese Erscheinung sehr  störend aus.  



  Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem die       Benetzung    der     Tiegelwand    unterdrückt wird. Die Er  findung betrifft deshalb einen Tiegel zum Ziehen  von Kristallen, insbesondere von Halbleiterkristallen,  aus der     Schmelze,    welcher erfindungsgemäss dadurch  gekennzeichnet ist, dass die     Tiegelwand    zumindest  in dem die Schmelze berührenden Bereich mit einem  Überzug aus     Siliziumnitrid    versehen ist.  



  Das     Siliziumnitrid        Si3N4    ist eine pulverige bis  pelzige Masse, welche von Schmelzen, insbesondere  Halbleiterschmelzen, z. B. Silizium, nicht benetzt  wird. Das     Siliziumnitrid    kann auf die     Tiegelwand     z. B. in folgender Weise aufgebracht werden: Man  rührt amorphes     Siliziumnitrid    mit Wasser an und       trägt    diese Masse auf die     Tiegelwand    auf. Nach dem  Austrocknen des Wassers sind die einzelnen     Sili-          ziumnitridteilchen    miteinander verfilzt und bilden  eine verhältnismässig dichte Schicht.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstel  len eines Tiegels mit einem Überzug aus Silizium  nitrid besteht darin, dass auf der     Tiegelwand    ein       Siliziumüberzug    niedergeschlagen und dann     in    Ge  genwart von Stickstoff bis zur Reaktion erhitzt wird.  So können z. B. Tiegel aus Graphit oder aus Quarz  mit derartigen Überzügen versehen werden. Durch      geeignete Reaktionsführung     1'ässt    es sich gegebenen  falls sogar erreichen, dass nur der Innenraum des  Tiegels, welcher durch die     Schmelze    berührt wird,  mit einem derartigen Überzug versehen wird. Man  kann z. B.

   Silizium auf Graphit oder Quarz bei  höheren Temperaturen aus gasförmigen     Siliziumver-          bindungen        pyrolytisch    abscheiden. Man kann aber  auch das Silizium aus entsprechenden gasförmigen  Verbindungen durch Reaktion mit einem geeigneten  Reaktionspartner in der Wärme abscheiden. So kann  man beispielsweise aus     Silicochloroform    oder     Sili-          ziumtetrachlorid    durch Reduktion mit Wasserstoff  bei höheren Temperaturen Silizium abscheiden. Die       Tiegelwand,    auf welcher das Silizium abgeschieden  werden soll, muss hierbei auf etwa 1000 bis 1100  C  erwärmt werden.

   Man kann beispielsweise die Tiegel  wand durch     Strahlung    erwärmen oder im Fall, dass  sie aus einem elektrisch leitfähigen Stoff besteht,  z. B. aus Graphit, durch direkte elektrische     Behei-          zung    oder durch induktive     Hochfrequenzheizung.     



  Selbstverständlich können auch andere Tiegel  materialien mit einer derartigen     Siliziumnitridschicht     versehen werden, z. B. Tiegel, welche aus kerami  schem Material hergestellt sind, wie z. B. aus Alu  miniumoxyd     (Sinterkorund).    Die abgeschiedene     Si-          liziumschicht    sollte etwa 5 bis     50,u    dick sein, z. B.       etwa    30 lt. Diese     Siliziumschicht    wird danach auf  etwa l300  C in     Gegenwart    von Stickstoff auf  geheizt. Die Erwärmung kann etwa 10 bis 120 Mi  nuten dauern. In dieser Zeit wird das Silizium zum  grösseren Teil in     Siliziumnitrid    umgewandelt.

   Wenn  dies erforderlich erscheint, kann die Reaktion bis zur    vollständigen Umwandlung des abgeschiedenen Si  liziums durchgeführt werden.  



  Der Hauptvorteil der erfindungsgemässen Vor  richtung besteht darin, dass der Tiegel einerseits wohl  aus den Stoffen hergestellt werden kann, welche  auch noch bei höheren Temperaturen eine genügende  Festigkeit aufweisen, dass aber anderseits die  Schmelze nicht mit diesen Stoffen in Berührung  kommt, welche andere für die Schmelze nachteilige  Eigenschaften aufweisen. So benetzen beispielsweise  Schmelzen aus Silizium, Germanium oder Aluminium  verschiedene Stoffe sehr stark, während sie     Silizium-          nitrid    so gut wie überhaupt nicht benetzen.  



  Insbesondere für Silizium mit seiner hohen  Schmelztemperatur sind nur noch wenige Stoffe als  Material für die     Tiegelwandung    geeignet, welche alle  diese unangenehme Eigenschaft aufweisen und des  halb durch den erfindungsgemäss aufgebrachten  Überzug ihrem Verwendungszweck besser angepasst  werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Tiegel zum Ziehen von Kristallen, insbesondere von Halbleiterkristallen, aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiegelwand zumindest in dem die Schmelze berührenden Bereich mit einem Überzug aus Siliziumnitrid versehen ist. I1. Verfahren zum Herstellen eines Tiegels nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Tiegelwand ein Siliziumüberzug niedergeschlagen und dann in Gegenwart von Stickstoff bis zur Reak tion erhitzt wird.