DE10204178A1

DE10204178A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE10204178A1
Application number: DE10204178A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Von Ammon
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2022-02-02
Also published as: DE10204178B4; JP3955826B2; JP2003226595A; US20090084669A1; US20030145781A1; US8221550B2; US7655089B2; US20100158783A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, bei dem Anteile einer Schmelze, die von einer Ziehspule flüssig gehalten wird, auf einem Impflingskristall unter Bildung des wachsenden Einkristalls erstarren, und Granulat geschmolzen wird, um das Wachstum des Einkristalls zu unterhalten, wobei das schmelzende Granulat verzögert zur Schmelze geleitet wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einer Einrichtung, die ein Vermischen des geschmolzenen Granulats und der Schmelze verzögert.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial durch eine Methode, die sich vom bekannten Zonenziehen (Fz-Verfahren) im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass polykristallines Granulat anstelle eines polykristallinen Vorratstabes das Material für das Wachstum des Einkristalls liefert. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die zur Herstellung des Einkristalls geeignet ist.

Ein Verfahren der gleichen Gattung ist bereits aus der DE-195 38 020 A1 bekannt. Das Granulat wird in einem Behälter geschmolzen und einer Schmelze zugeführt, die sich auf dem wachsenden Einkristall befindet. Das Wachstum des Einkristalls wird durch ein Gleichgewicht von der Schmelze zugeführtem, § geschmolzenem Granulat und erstarrenden Anteilen der Schmelze aufrechterhalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung von versetzungsfreien Einkristallen insbesondere mit Durchmessern von 200 mm und darüber zu ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, bei dem Anteile einer Schmelze, die von einer Ziehspule flüssig gehalten wird, auf einem Impflingskristall unter Bildung des wachsenden Einkristalls erstarren, und Granulat geschmolzen wird, um das Wachstum des Einkristalls zu unterhalten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das schmelzende Granulat verzögert zur Schmelze geleitet wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls, mit einem über dem wachsenden Einkristall angeordneten Behälter und einer Transporteinrichtung zum Zuführen von Granulat in den Behälter, und einer Aufschmelzspule zum Schmelzen des Granulats, und einer Ziehspule zum Halten einer Schmelze auf dem wachsenden Einkristall, wobei das schmelzende Granulat durch Öffnungen im Behälter und der Ziehspule unter Ausbilden eines Schmelzenhalses zur Schmelze gelangt, und erstarrende Anteile der Schmelze das Wachstum des Einkristalls unterhalten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Behälter eine Einrichtung aufweist, die ein Vermischen des geschmolzenen Granulats und der Schmelze verzögert.

Das vorgestellte Verfahren erlaubt die Herstellung von Einkristallen mit der Charakteristik von zonengezogenem Material zu Kosten, die weit unter den für Fz-Material liegenden Kosten liegen. Das den Rohstoff für das Kristallwachstum liefernde polykristalline Granulat ist wesentlich billiger, als die für das Fz-Verfahren benötigten polykristallinen Vorratsstäbe. Zudem können polykristalline Vorratsstäbe kaum in einer Qualität und Größe bereitgestellt werden, um Einkristalle mit Durchmessern von 200 mm und darüber herstellen zu können. Doch selbst wenn dies gelingt, ist der Ziehprozeß für Einkristalle mit solchen Durchmessern wegen der gleichzeitig aufzuschmelzenden und zu kristallisierenden Massen nur schwer zu kontrollieren. Die Folge sind geringe Ausbeuten an versetzungsfreien Einkristallen, die wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig sind.

Das in der genannten DE-195 38 020 A1 beschriebene Verfahren vermeidet zwar die Probleme, die die Herstellung und der Einsatz polykristalliner Vorratsstäbe bereiten, es ist jedoch nicht zur Herstellung versetzungsfreier Einkristalle geeignet, weil vom Granulat stammende Partikel, allzu leicht zur Grenzfläche zwischen der Schmelze und dem wachsenden Einkristall gelangen und das versetzungsfreie Wachstum des Einkristalls beenden können.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, indem vorgeschlagen wird, das Zuführen des Granulats zur Schmelze zu verzögern, so dass Granulat möglichst erst dann zur Schmelze gelangen kann, wenn es vollständig aufgeschmolzen worden ist. Zu diesem Zweck werden Maßnahmen getroffen, die den Weg des schmelzenden Granulats zur Schmelze verlängern und/oder für noch nicht vollständig geschmolzenes Granulat eine Barriere darstellen. Das schmelzende Granulat muß vorzugsweise eine Wegstrecke von mindestens 25 mm, besonders bevorzugt 50 mm zurücklegen, bis es die Schmelze erreicht. Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass Maßnahmen vorgeschlagen werden, die einen unkontrollierten Einbau von Sauerstoff in den Einkristall wirksam vermeiden. Andererseits kann der Schmelze über dem wachsenden Einkristall kontrolliert Sauerstoff zugeführt werden, beispielsweise, indem auf der Schmelze ein Ring aus SiO₂ platziert wird. Ein geeigneter Ring ist beispielsweise in der US-5,089,082 offenbart.

Zum Schmelzen des Granulats und zum Ziehen des Einkristalls werden jeweils Hochfrequenzspulen eingesetzt. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Ziehspule und die Aufschmelzspule induktiv entkoppelt sind, also die von der Ziehspule bereitgestellte Energie zwar zur Kontrolle des Wachstums des Einkristalls, nicht aber zum Aufschmelzen von Granulat verwendet wird. Ein solches Entkoppeln kann schon durch genügend Abstand der Ziehspule vom Boden des Behälters, dem das Granulat zugeführt wird, realisiert werden.

Zu Beginn des Verfahrens wird eine Schmelze auf einem Impflingskristall in vergleichbarer Weise erzeugt, wie dies auch beim Fz-Verfahren üblich ist. Das Volumen der Schmelze, die anfänglich nur aus einem Schmelztropfen besteht, wird durch Schmelzen von Halbleitermaterial vergrößert. Parallel dazu werden Anteile der Schmelze dazu gebracht unter Ausbilden eines wachsenden Einkristalls zu erstarren, indem der Impflingskristall unter Drehen langsam abgesenkt wird. In einer ersten Phase läßt man den Einkristall zu einem Konus wachsen. Später wird der Durchmesser des Einkristalls konstant gehalten, wodurch der größte Teil des Einkristalls ein zylinderförmiges Erscheinungsbild erhält. Das zur Herstellung von Einkristallen mit Durchmessern von 200 mm und darüber benötigte Halbleitermaterial wird insbesondere beim Ziehen des zylinderförmigen Abschnitts im Wesentlichen von polykristallinem Granulat geliefert, das mit Hilfe der Aufschmelzspule geschmolzen wird, wobei das schmelzende Granulat verzögert der Schmelze zugeführt wird. Um Partikel vom wachsenden Einkristall fernzuhalten, wird zweckmäßigerweise dafür gesorgt, dass der Raum um den Behälter staubdicht vom Raum um den wachsenden Einkristall getrennt ist. Neben baulichen Maßnahmen, die eine solche Trennung fördern, wird zweckmäßigerweise während der Herstellung des Einkristalls ein Gasstrom, bestehend beispielsweise aus Inertgas wie Argon, von unten durch die Ziehspule nach oben geschickt.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Unterstützung von Figuren ausführlicher beschrieben. Gleichartige Merkmale sind mit den selben Bezugszahlen versehen. Die Fig. 1 bis 4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 5 ist eine Aufschmelzspule in Draufsicht dargestellt, die für einen Einsatz in einer Anordnung gemäß Fig. 4 besonders geeignet ist. In den weiteren Ausführungen ist Silicium als besonders bevorzugtes Halbleitermaterial genannt.
In der Anordnung gemäß Fig. 1 befindet sich ein topfähnlicher, drehbarer und in axialer Richtung verschiebbarer Behälter 1 über einer Ziehspule 2. Der Behälter besteht aus SiO₂, beispielsweise Quarz und besitzt wie die Ziehspule eine kreisförmige Öffnung 3 im Zentrum. Sein Innenraum ist durch konzentrische Quarzwände 4 in mehrere, vorzugsweise mindestens drei Bereiche aufgeteilt, die ein Kanalsystem bilden. Die einzelnen Bereiche sind durch Öffnungen 6 so miteinander verbunden, dass der Weg, vom äußeren Bereich bis zur zentralen Öffnung 3 des Behälters möglichst lang wird und beispielsweise mäanderförmig gestaltet ist. In den Bereichen befinden sich einzelne oder mehrere, parallel geschaltete Windungen einer Hochfrequenzspule, die zum Aufschmelzen des Granulats dient und daher als Aufschmelzspule 5 bezeichnet wird. Im äußeren Bereich, in den das Granulat 11 zugeführt wird, sind die Spulenwindungen mit Abdeckungen 12 aus Quarz abgedeckt, um einen Kontakt des Granulats mit der metallischen Oberfläche der Aufschmelzspule zu vermeiden. Die Quarzwände 4 sind im äußeren Bereich so gestaltet, dass das über eine Transporteinrichtung 10 zugeführte Granulat 11 nicht in die inneren Bereiche gestreut werden kann.
In die zentrale Öffnung 3 des Behälters ragt ein Stab 7 aus Silicium, an dem das flüssige Silicium durch das Innenloch der Ziehspule 2 unter Ausbilden eines Schmelzenhalses 18 nach unten zur Schmelze 8 auf dem wachsenden Einkristall 9 ablaufen kann. Der Stab ist drehbar und sowohl axial wie radial verschiebbar. Die Drehachse des Behälters 1 ist um einen kleinen Winkel α gekippt, wodurch sichergestellt ist, dass der Stab immer an der gleichen Stelle relativ zur Ziehspule 2 benetzt wird. Durch radiales Verschieben der Ziehspule kann das Ablaufen von schmelzflüssigem Material aus einem Schmelzensee 17 im Behälter 1 zur Schmelze 8 kontrolliert werden.
Um zu verhindern, dass Staubpartikel zur Schmelze 8 gelangen können, sollte der Raum, in dem der Einkristall gezogen wird, möglichst staubdicht vom Raum abgetrennt sein, in dem sich der Behälter befindet. Es ist daher zweckmäßig, dass der sichelförmige Spalt zwischen dem Stab 7 und dem Rand der zentralen Öffnung 3 im Behälter möglichst eng ist, und dass ein Gasstrom durch den Spalt nach oben gerichtet ist, der das Eindringen von Staub in den Ziehraum behindert.
Die Herstellung eines Einkristalls beginnt damit, dass zunächst im Behälter 1 eine geringe Menge Silicium aufgeschmolzen und flüssig gehalten wird. Der Stab 7 hat in dieser Phase noch keine Berührung mit dem erzeugten Schmelzensee 17. Anschließend wird der Stab durch die zentrale Öffnung 3 im Behälter und das Innenloch der Ziehspule nach unten gefahren und in bekannter Weise mit dem Impflingsziehen begonnen, indem auf der unteren Spitze des Stabs mit Hilfe der Ziehspule 2 ein Schmelztropfen erzeugt wird und ein Impflingskristall an diesen Schmelztropfen angesetzt wird. Der Stab hat in diesem Moment die Funktion des Vorratsstabs beim Fz-Verfahren. Zunächst wird durch weiteres Aufschmelzen des Stabs und beginnendes Absenken des Impflingskristalls ein einkristalliner Anfangskonus mit einer darauf liegenden Schmelze von ausreichend großem Volumen erzeugt. Dann wird der Stab zusammen mit der Ziehspule synchron so verschoben, dass das im Behälter geschmolzene Material mit dem Stab in Kontakt tritt und so flüssiges Silicium am Stab entlang zum Schmelzenhals 18 und von dort zur Schmelze 8 auf dem wachsenden Einkristall 9 gelangen kann. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird Granulat 11 dem Behälter entsprechend dem Bedarf zugeführt und aufgeschmolzen. Das Wachstum des Einkristalls wird jetzt im Wesentlichen mit geschmolzenem Granulat unterhalten.
Die Größe der axialen Verschiebung des Behälters 1 relativ zur Aufschmelzspule 5 regelt das Maß der Ankopplung von geschmolzenem Granulat an das HF-Feld dieser Spule. Damit und mit der Wahl der HF-Leistung läßt sich das Aufschmelzverhalten des Granulats beeinflussen. Vorteilhaft für das Regelverhalten kann auch eine Verschiebung des Behälters relativ zur Ziehspule sein. Wird der Abstand zur Ziehspule groß, erfolgt von unten keine Energieeinkopplung in den Schmelzensee aus geschmolzenem Granulat mehr und Silicium friert am Boden des Behälters aus. Wird die Form der Ziehspule zusätzlich so modifiziert, dass auf der Benetzungsseite, wo die Ziehspule an den mit flüssigen Silicium benetzten Stab angrenzt, eine Ausbuchtung nach oben angeformt ist, friert an dieser Stelle wegen der lokal höheren Energieeinkoppelung kein Silicium auf dem Behälterboden aus. Das geschmolzene Granulat kann deshalb weiterhin störungsfrei zur Schmelze ablaufen, während gleichzeitig die direkte Berührungsfläche des geschmolzenen Granulats mit dem aus SiO₂ bestehenden Behälterboden durch die Schicht von gefrorenem Silicium minimiert wird. Dadurch können der Sauerstoffeintrag in die Schmelze und die Entstehung von SiO in erheblichem Maße reduziert werden.
In der Anordnung gemäß Fig. 2 besteht der Behälter 1 aus einer Platte aus Silicium, die im Zentrum eine rohrförmige Öffnung 3 aufweist, die von einem nach unten gezogenen Rohrstück 13 geschaffen wird. Die Platte ist drehbar gelagert, vorzugsweise auf drei, die Platte am Rand abstützende Räder 14, die auch als Drehantrieb dienen. Die Platte 1 und das angeformte Rohrstück 13 werden von unten beziehungsweise von der Seite durch eine Kühleinrichtung 15, beispielsweise eine wassergekühlte Metallplatte, gegen eine direkte Einkopplung des HF-Feldes der Ziehspule 2 geschützt, so dass ein Aufschmelzen der unteren Seite der Platte 1 und der Außenseite des Rohrstückes durch die Ziehspule verhindert wird. Außerdem wirkt die Metallplatte als Wärmesenke, die die von der Aufschmelzspule 5 in der Platte erzeugte Wärme abführt. Die Aufschmelzspule ist über der Platte angeordnet. Die zentrale Öffnung 3 in der Platte und die Innenseite des angeformten Rohrstückes 13 werden durch eine zusätzliche Energiequelle, beispielsweise eine als Linse 16 vereinfacht dargestellte Strahlungsheizung, beheizt, um ein Einfrieren des zur Schmelze fließenden, geschmolzenen Granulats und des sich ausbildenden Schmelzenhalses 18 zu vermeiden. Der sich in der Platte und dem angeformten Rohrstück aufbauende thermische Gradient stellt sicher, dass sich auf der Oberseite der Platte ein stabiler Schmelzensee 17 bildet und die Innenseite des Rohrstücks schmelzflüssig bleibt, während der Boden der Platte und die Außenseite des angeformten Rohrstückes fest bleiben. Das Rohrstück 13 ist unten vollständig durch flüssiges Silicium des Schmelzenhalses 18 verschlossen. In den durch Anschmelzen der Oberseite der Platte und durch Schmelzen von Granulat gebildeten Schmelzensee 17 ragen konzentrische Quarzringe 4, die wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 Bereiche definieren, die durch Öffnungen 6 so miteinander verbunden sind, dass sich ein mäanderförmiger Weg ausbildet, den das geschmolzene Granulat überwinden muß, bevor es zur Schmelze 8 gelangen kann. Die Zuführungseinrichtung 10 und die Abdeckungen 12 haben die gleichen Funktionen wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Zusätzlich übernimmt die innerste Abdeckung durch eine entsprechende, bauliche Ausgestaltung die Funktion, zugeführtes Granulat daran zu hindern, direkt in den inneren Bereich der Platte zu gelangen.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche mit Quarz und damit der Sauerstoffeintrag in die Schmelze 8 weiter reduziert ist und dass das Aufschmelzen des Granulats 11 und das Ziehen des Einkristalls elektromagnetisch vollständig entkoppelt sind. Dadurch kann die Ziehspule 2 allein im Hinblick auf den Ziehvorgang optimiert werden. Auch die Regelung wird stabiler. Die innere Schmelzoberfläche des Schmelzenhalses 18 am Ende des Rohrstücks 13 wirkt darüber hinaus wie eine Barriere für einzelne, noch nicht vollständig aufgeschmolzene Granulatkörner, da diese solange auf der Oberfläche treiben, bis sie aufgeschmolzen sind. Es ist nahezu ausgeschlossen, dass solche Partikel an die Wachstumsfront des Einkristalls gelangen und Versetzungen im Kristallgitter hervorrufen können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich der Raum mit dem wachsenden Einkristall 9 sehr gut staubdicht gegen den Raum mit der Platte 1 abdichten läßt, da die beiden Räume nur durch einen engen Ringspalt zwischen der Metallplatte 15 und der Platte 1 verbunden sind. Die staubdichte Trennung der Räume kann durch ein Schutzschild 19 noch verstärkt werden.
Die Herstellung eines Einkristalls beginnt damit, dass zunächst ein Verschluß am unteren Ende des Rohrstückes angeschmolzen und ein Impflingskristall in der bereits beschriebenen Weise angesetzt und zu einem Konus gezogen wird. Als Verschluß kann ein in das Rohrstück eingesetztes Stück Silicium dienen oder der nach dem Ziehen eines zuvor hergestellten Einkristalls erstarrte Schmelzenhals. Der Verschluß übernimmt in dieser Hinsicht die Funktion des Stabes 7 in Fig. 1. Gleichzeitig oder anschließend werden mit Hilfe der Aufschmelzspule 5 und der Strahlungsheizung 16 die Oberseiten der Platte 1 und des Verschlusses der rohrförmigen Zentrumsöffnung aufgeschmolzen und dem wachsenden Einkristall weiteres geschmolzenes Material zugeführt. Mit steigendem Schmelzenbedarf wird dann zusätzlich Granulat nachgeführt, so dass sich ein stabiler Schmelzensee auf der Oberseite der Platte ausbildet, aus dem ein kontinuierlicher, steuerbarer Schmelzenzufluß zur Schmelze auf dem wachsenden Einkristall erfolgt.
In der Anordnung gemäß Fig. 3, die der Anordnung gemäß Fig. 2 ähnlich ist, wird auf Quarzwände, die mit dem Schmelzensee in Kontakt sind, vollständig verzichtet, so dass keine Sauerstoffdotierung des Einkristalls beziehungsweise SiO Bildung erfolgt. Stattdessen wird die Aufschmelzspule 5 im Bereich über dem Rand der rohrförmigen Öffnung so gestaltet, dass dort auf der Oberfläche der Platte 1 eine Überhöhung 20 entsteht, die eine Barriere bildet. Wird die Aufschmelzspule näher an den Schmelzensee herangeführt oder die HF-Leistung erhöht, wird geschmolzenes Material durch die abstoßende, elektromagnetische Kraftwirkung verdrängt und fließt über die Barriere in die rohrförmige Öffnung 3. Bei ausreichender Überhöhung der Barriere können Granulatkörner, die noch nicht vollständig geschmolzen sind, die Barriere aufgrund der Schwerkraftwirkung nicht überwinden. Die Barriere wirkt also wie ein Filter, der festes Halbleitermaterial zurückhält. Die Aufschmelzspule kann natürlich so gestaltet werden, dass sich mehrere, hintereinander geschaltete Barrieren auf der Platte ausbilden.
Dia Herstellung eines Einkristalls erfolgt analog der bereits zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschriebenen Vorgehensweise.
In der Anordnung gemäß Fig. 4 sind die konzentrischen Quarzwände der Anordnung gemäß Fig. 2 durch feste Stege 21 aus Silicium ersetzt, die von der Oberfläche der Platte 1 aufragen. Die einzelnen Windungen der Aufschmelzspule 5 sind innen relativ weit auseinander gezogen, so dass zwischen den Windungen die Platte nicht aufgeschmolzen wird und Stege übrigbleiben. Dort wo die Windungen der Aufschmelzspule durch Verbindungsstücke zusammengeführt sind, werden die Stege jedoch abgeschmolzen, so dass Öffnungen 6 zwischen den von Stegen getrennten Bereichen einen mäanderförmigen Weg eröffnen, den das schmelzende Granulat 11 überwinden muß, um zur Schmelze 8 auf dem wachsenden Einkristall 9 zu gelangen. Wird die Platte langsam gedreht, so schmilzt ein Steg ab, sobald er in den Einflußbereich eines Verbindungsstückes gerät. Gleichzeitig wird der Steg dort wieder aufgebaut, wo geschmolzenes Material dem Einflußbereich des Verbindungsstückes entzogen wird. In diesem Fall wölbt sich das geschmolzene Material, das sich auf der Platte zwischen den auseinander gezogenen Windungen der Aufschmelzspule befindet, wegen der dort vergleichsweise schwachen elektromagnetischen Kraftwirkung nach oben und erstarrt schließlich wieder.
Eine geeignet geformte Aufschmelzspule ist in Fig. 5 dargestellt. Sie weist mehrere, konzentrische Windungen 22 auf, wobei die Abstände zwischen den innen liegenden Windungen größer sind, als die Abstände, die die äußeren Windungen zueinander haben. Die Windungen sind durch Verbindungstücke 23 miteinander verbunden. Die schraffierten Flächen zwischen den weiter auseinander liegenden Windungen deuten vorhandene Stege 21 an.
Die Verwendung einer Anordnung gemäß Fig. 4 ist besonders bevorzugt, da jeder Kontakt von geschmolzenem Material mit Quarzteilen vermieden wird und ein langer, mäanderförmiger Weg realisiert werden kann, der einen Eintrag von noch nicht vollständig geschmolzenem Granulat in die Schmelze auf dem wachsenden Einkristall sicher verhindert. Teilt man die Aufschmelzspule in eine Spule für den äußeren Bereich, in den Granulat eingetragen wird und eine Spule für die Ausbildung des mäanderförmigen Weges, so kann der Schmelzenstrom unabhängig vom Aufschmelzen des Granulates gesteuert und geregelt werden. Dies ist besonders in der schwierigen Ziehphase des Konusaufbaues von Vorteil.
Die Herstellung eines Einkristalls erfolgt analog der bereits zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschriebenen Vorgehensweise.
Mit dem beanspruchten Verfahren hergestellte Einkristalle aus Silicium machen Halbleiterscheiben zugänglich, deren Defekteigenschaften besonders vorteilhaft sind. Die eingewachsenen Defekte sind selbst bei Sauerstoff-Konzentrationen von 3-9.10¹⁷ cm^-3, vorzugsweise 4-8,5.10¹⁷ cm^-3 und besonders bevorzugt 4,5-8.10¹⁷ cm^-3 kleiner als 60 nm und daher durch Wärmebehandlungen zumindest in den Bereichen, wo sie elektronische Bauelemente stören könnten, einfach zu eliminieren. Zur weiteren Verkleinerung der Größe der Defekte sowie zur Anregung einer Sauerstoffpräzipitation ist es darüber hinaus vorteilhaft den Einkristall zusätzlich mit Stickstoff zu dotieren. Eine Stickstoff-Konzentration von 1.10¹³-6.10¹⁵, vorzugsweise 1.10¹⁴-4.10¹⁵ ist zweckmäßig.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, bei dem Anteile einer Schmelze, die von einer Ziehspule flüssig gehalten wird, auf einem Impflingskristall unter Bildung des wachsenden Einkristalls erstarren, und Granulat geschmolzen wird, um das Wachstum des Einkristalls zu unterhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Granulat verzögert zur Schmelze geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Granulat durch ein Kanalsystem zur Schmelze geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Granulat durch ein mäanderförmiges Kanalsystem zur Schmelze geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Granulat auf dem Weg zur Schmelze mindestens eine Barriere überwinden muß.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Granulat eine Wegstrecke von mindestens 25 mm zurücklegen muß, bis es die Schmelze erreicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat vollständig geschmolzen der Schmelze zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen des Granulats und das Halten der Schmelze in flüssigem Zustand durch induktive Energiezufuhr erfolgt, wobei beide Vorgänge induktiv entkoppelt sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in einem äußeren Bereich eines Behälters geschmolzen wird, der über dem wachsenden Einkristall angeordnet ist, und zu einer zentralen Öffnung im Behälter und von dort zur Schmelze geleitet wird.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls, mit einem über dem wachsenden Einkristall angeordneten Behälter und einer Transporteinrichtung zum Zuführen von Granulat in den Behälter, und einer Aufschmelzspule zum Schmelzen des Granulats, und einer Ziehspule zum Halten einer Schmelze auf dem wachsenden Einkristall, wobei das schmelzende Granulat durch Öffnungen im Behälter und der Ziehspule unter Ausbilden eines Schmelzenhalses zur Schmelze gelangt, und erstarrende Anteile der Schmelze das Wachstum des Einkristalls unterhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine Einrichtung aufweist, die ein Vermischen des geschmolzenen Granulats und der Schmelze verzögert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Schutzschild, der einen Raum um den Behälter staubdicht trennt von einem Raum um den wachsenden Einkristall.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, gekennzeichnet durch Abdeckungen die über der Aufschmelzspule angeordnet sind und auf die das Granulat beim Zuführen in den Behälter auftrifft.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Kühlen des Behälters.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine wassergekühlte Metallplatte, die vom Behälter durch einen engen Spalt getrennt ist und dadurch eine Strahlungs- und Konvektionskühlung bewirkt.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter um eine Drehachse drehbar gelagert ist und aus Quarz besteht und Wände aus Quarz aufweist, die den Behälterinnenraum in konzentrische Bereiche teilen, wobei diese Bereiche miteinander in Verbindung stehen und ein Kanalsystem bilden, das das schmelzende Granulat überwinden muß, bevor es zwischen der Öffnung im Behälter und einem durch die Öffnung ragenden Stab aus Halbleitermaterial zur Schmelze gelangen kann.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Behälters um einen Winkel α gekippt ist.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einer kühlbaren Platte aus Halbleitermaterial besteht und Wände aus Quarz aufweist, die den Behälterinnenraum in konzentrische Bereiche teilen, wobei diese Bereiche miteinander in Verbindung stehen und ein Kanalsystem bilden, das das schmelzende Granulat überwinden muß, bevor es durch die Öffnung im Behälter, die als Rohrstück ausgebildet ist, zur Schmelze gelangen kann, und eine Strahlungsheizung vorhanden ist zum Erhitzen einer Oberfläche des Schmelzenhalses und des durch das Rohrstück fließenden Halbleitermaterials.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einer kühlbaren, von einem Außenrand begrenzten Platte aus Halbleitermaterial besteht, und die Öffnung des Behälters als ein nach unten gerichtetes Rohrstück ausgebildet ist, das mit einem erhöhten Innenrand der Platte verbunden ist, wobei der Innenrand der Platte eine Barriere darstellt, die das geschmolzene Granulat überwinden muß, bevor es durch die Öffnung im Behälter zur Schmelze gelangen kann, und eine Strahlungsheizung vorhanden ist zum Erhitzen einer Oberfläche des Schmelzenhalses und des durch das Rohrstück fließenden Halbleitermaterials.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter um eine Drehachse drehbar gelagert ist und aus einer kühlbaren Platte aus Halbleitermaterial besteht und Stege aufweist, die unter dem Einfluß der Aufheizspule und der Drehung des Behälters ständig umgeschmolzen werden und den Behälterinnenraum in konzentrische Bereiche teilen, wobei diese Bereiche miteinander in Verbindung stehen und ein Kanalsystem bilden, das das schmelzende Granulat überwinden muß, bevor es durch die Öffnung im Behälter, die als Rohrstück ausgebildet ist, zur Schmelze gelangen kann, und eine Strahlungsheizung vorhanden ist zum Erhitzen einer Oberfläche des Schmelzenhalses und des durch das Rohrstück fließenden Halbleitermaterials.

19. Einkristall aus Silicium, gekennzeichnet durch eine Sauerstoff-Konzentration von 3-9.10¹⁷ cm^-3 und eingewachsene Defekte mit einer Größe von kleiner als 60 nm.

20. Einkristall nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Stickstoff-Konzentration von 1.10¹³-6.10¹⁵.