DE1077187B - Process for the production of single crystals from semiconducting materials - Google Patents

Process for the production of single crystals from semiconducting materials

Info

Publication number
DE1077187B
DE1077187B DEV15395A DEV0015395A DE1077187B DE 1077187 B DE1077187 B DE 1077187B DE V15395 A DEV15395 A DE V15395A DE V0015395 A DEV0015395 A DE V0015395A DE 1077187 B DE1077187 B DE 1077187B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
melt
crucible
melting
single crystals
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEV15395A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Phys Erich Schoene
Dr Matthias Falter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WERK fur BAUELEMENTE DER NACH
Original Assignee
WERK fur BAUELEMENTE DER NACH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WERK fur BAUELEMENTE DER NACH filed Critical WERK fur BAUELEMENTE DER NACH
Priority to DEV15395A priority Critical patent/DE1077187B/en
Publication of DE1077187B publication Critical patent/DE1077187B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus halbleitenden Stoffen Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus Halbleiterstoffen be# kannt, wobei ein einkristalliner Zuchtkeim in die Schmelze des Halbleitermaterials eingetaucht und dann langsam aus der Schmelze gezogen wird, so daß ein Teil der Schmelzoberfläche angehoben wird und beim Erstarren gleichmäßig in der Orientierung des Impfkeimes kristallisiert.Process for the production of single crystals from semiconducting materials There are already various methods of producing single crystals from semiconductor materials be # known, whereby a single-crystalline seed in the melt of the semiconductor material immersed and then slowly withdrawn from the melt, so that part of the The surface of the enamel is raised and the orientation is uniform when it solidifies of the seed crystallizes.

Bei den bisher bekannten Verfahren ist es nachteilig, daß öfters »Umschläge« sowie hohe Versetzungsdichten auftreten, d. h., beim Ziehen des Einkristalls ergeben sich Störungen im Wachstum, wobei Orientierungswechsel entstehen. Diese Erscheinungen treten insbesondere bei Halbleitern mit hohem Schmelzpunkt auf. Ferner besteht die Schwierigkeit, aus Schmelzen halbleitender Verbindungen Einkristalle zu ziehen, wenn, z. B. bei AlSb, eine Komponente bei der Schtnelztemperatur einen hohen Dampfdruck aufweist und der Dampf sich an den kälteren Teilen der Apparatur niederschlägt. Dadurch wird das stöchiometrische Verhältnis in der Schmelze gestört, weil die eine Komponente immer -,vieder aus der Schmelze in den, Dampfzustand tritt.In the known method, it is disadvantageous that often "envelopes" and high dislocation densities occur d. That is, when pulling the single crystal, disturbances in growth arise, with changes in orientation occurring. These phenomena occur in particular with semiconductors with a high melting point. Furthermore, there is the difficulty of pulling single crystals from melts of semiconducting compounds if, for. B. AlSb, a component at the melting temperature has a high vapor pressure and the vapor is reflected on the colder parts of the apparatus. This disrupts the stoichiometric ratio in the melt, because one component always - and again from the melt into the vapor state.

Um die Einkristallziehvorgänge ohne Störungen ablaufen zu lassen, d. h. um eine gleichmäßige und versetzungsarme Anordnung der Teilchen zu ei-reichen, ist es notwendig, daß drei Bedingungen eingehalten werden: Das Schmelzen des Halbleitermaterials muß im Tiegel eine reine und von erkennbaren Verunreinigungen, wie Häutchen od. dgl., freie Oberfläche haben.In order to allow the single crystal pulling operations to proceed without disturbance, i. H. In order to achieve a uniform and low-dislocation arrangement of the particles, it is necessary that three conditions are met: The melting of the semiconductor material must have a clean surface in the crucible that is free of recognizable impurities, such as skin or the like.

Es muß ferner an der Phasengrenze, d. h. an der Grenzfläche zwischen Kristall und Schmelze, ein großer vertikaler Temperaturgradient vorhanden sein.It must also be at the phase boundary, i.e. H. at the interface between crystal and melt, a large vertical temperature gradient must be present.

Weiterhin darf kein radialer, d. li. längs der Phasengrenzfläche verlaufender Temperaturgradient vorhanden sein.Furthermore, no radial, i. left be present along the phase boundary running temperature gradient.

Die Einhaltung dieser Bedingungen wird im folgenden beispielsweise für Silizium untersucht.Compliance with these conditions is exemplified below studied for silicon.

Das Silizium wird meist in Quarztiegeln geschmolzen. Es treten jedoch aus dem Quarz schon unterhalb des Erweichungspunktes Si02#bämpfe aus, die sich auf den kühleren Teilen und damit auf den Siliziumstücken niederschlagen und nach dem Schmelzen auf der Oberfläche ein dünnes Häutchen bilden. Die Verwendung anderen Tiegelmaterials scheitert an den Reaktionsmöglichkeiten mit dem Silizium, so bildet sich z. B. bei Verwendung von Graphittiegeln Siliciumcarbid. Der Niederschlag der Si02-Dämpfe auf dem Schmelzgut wird verhindert, wenn man den Tiegel nur im unteren Teil mit Siliziumstücken anfüllt und den Tiegel im inneren Ofen hält. Beim Eintauchen des Zuchtkeimes in die Schmelze ist jedoch der notwendige große Temperaturgradient senkrecht zur Phasengrenzfläche nicht vorhanden.The silicon is mostly melted in quartz crucibles. It does occur, however from the quartz already below the softening point Si02 # blast out which is the cooler parts and thus precipitate on the silicon pieces and after Melting on the surface to form a thin membrane. Using others Crucible material fails to react with the silicon, so it forms z. B. when using graphite crucibles silicon carbide. The precipitation of the Si02 vapors on the melting material are prevented if the crucible is only in the lower Fills the part with pieces of silicon and holds the crucible in the inner furnace. When immersed of the cultivation germ in the melt is the necessary large temperature gradient not present perpendicular to the phase interface.

Urn einen hohen Temperaturgradienten senkrecht zur Phasengrenzfläche zwischen Schmelze und Einkristall zu bekommen, wurde bereits vorgeschlagen in der Halterung des Zuchtkeimes Kühlwasser durchzuleiten und zu kühlen. Dies ist jedoch schwierig und bedeutet einen komplizierten apparativen Aufwand, weil dabei gleichzeitig die für die Züc.htung notwendigen Bewegungen des Zuchtkeimes einzuhalten sind. Es wurde festgestellt, daß der Temperaturgradient in dem Maße abnahm, wie der Kristall wuchs, da die Wärmeleitung des Halbleitermaterials gering ist und die Schmelze sich auch nach unten senkt.Urn a high temperature gradient perpendicular to the phase interface Getting between melt and single crystal has already been proposed in the Bracket of the breeding germ to pass through cooling water and to cool it. However, this is difficult and means a complicated outlay in terms of equipment because it takes place at the same time the movements of the breeding germ required for breeding must be observed. It it was found that the temperature gradient decreased as the crystal decreased grew because the heat conduction of the semiconductor material is low and the melt is also lowers down.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird z. B. Wasserstoffgas aus ringförmig angeordneten Düsen zur Spülung auf das gezogene Material geblasen-. Hierbei wird zwar ein ausreichend großer vertikaler Temperaturkoeffizient erzielt, gleichzeitig entsteht j edoch ein bedeutender radialer Temperaturkoeffizient, der unerwünscht ist.In another known method, for. B. blown hydrogen gas from ring-shaped nozzles for flushing onto the drawn material. Although in this case, a sufficiently large vertical temperature coefficient is achieved, at the same time creates j edoch a significant radial temperature coefficient, which is undesirable.

Es ist ferner bekannt, bei der Herstellung von Einkristallen aus Verbindungen mit leichtflüchtigen Anteilen mit einem Z-weitemperaturofen zu arbeiten, um die Gefäßwandungen und die Teile außerhalb, des Schmelzgefäßes auf einer Temperatur oberhalb der Kondensations- bzw. der Sublimationstemperatur zu halten. Die Heizvorrichtung wird dazu in eine Mehrzahl aufgeteilt, wovon eine die Schmelze auf Temperatur hält, die übrigen Heizeinrichtungen halten die Teile der Schmelzeinrichtung auf einer Temperatur oberhalb des Kondensations- bzw. Sublimationspunktes, die mit den leichtflüchtigen Anteilen in Berührung kommen. Es wird somit die Verringerung einer Komponente in der Schmelze vermieden; es wird jedoch kein konstanter großer vertikaler Temperaturkoeffizient erzielt.It is also known in the manufacture of single crystals from compounds to work with volatile components in a Z-wide temperature oven in order to reduce the The walls of the vessel and the parts outside of the melting vessel are at one temperature to be kept above the condensation or sublimation temperature. The heater is divided into a plurality, one of which keeps the melt at temperature, the other heating devices keep the parts of the melting device on one Temperature above the condensation or sublimation point, the come into contact with the volatile components. There will thus be the reduction one component avoided in the melt; however, it does not become a constant large one vertical temperature coefficient achieved.

Zur Erzeugung von Einkristallen aus der Schmelze ist es ferner bekannt, um den aus der Schmelze gezogenen Stab zumindest im unteren Bereich in Achsrichtung einen reflektierenden, nach oben sich kegelförmig verjüngenden Schirm anzuordnen. Hierbei wird zwar ein günstiger radialer Temperaturgradient erreicht, aber die Einhaltung eines konstanten großen vertikalen Temperattirkoeffizienten ist nicht gewährleistet.For the production of single crystals from the melt, it is also known around the rod drawn from the melt, at least in the lower area in the axial direction to arrange a reflective screen that tapers conically at the top. A favorable radial temperature gradient is achieved here, but compliance a constant large vertical temperature coefficient is not guaranteed.

Bei allen diesen Verfahren ist es nachteilig, daß beim Schmelzen des Halbleiterinaterials der Tiegelinhalt nicht auf gleicher Temperatur wie der Tiegel gehalten wird, so daß sich Dämpfe aus dem Tiegelmaterial auf der Schmelze niederschlagen.In all of these processes, it is disadvantageous that when melting the Semiconductor material, the contents of the crucible are not at the same temperature as the crucible is held so that vapors from the crucible material are deposited on the melt.

Diese Mängel werden vermieden, wenn zur Herstellung eines Einkristalls aus einem halbleitenden Stoff erfindungsgemäß vor dem Eintauchen des Keimes der Tiegel mit der Schmelze gegenüber der Heizung etwas gehoben und die Oberfläche der Schmelze während des Ziehens in einer konstanten Entfernung von der Wärmequelle gehalten wird.These shortcomings are avoided when producing a single crystal of a semiconducting material according to the invention before the dipping of the germ The crucible with the melt is slightly raised opposite the heater and the surface of the Melt at a constant distance from the heat source during the pulling process is held.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird gewährleistet, daß das zu schmelzende Gut während des Schmelzens auf einer nicht wesentlich niederen Temperatur gehalten wird als das Tiegelmaterial, so daß austretende Dämpfe aus dem Tiegelmaterial sich nicht auf dem Schmelzgut niederschlagen können. Zur Züchtung des Einkristalls wird die Schmelze so weit aus dein Bereich des Ofens herausgehoben, daß der eintauchende Zuchtkeim von dein Ofen nicht wesentlich erwärmt und so der gewünschte Temperaturgradient erreicht wird.The inventive method ensures that the to melting goods during melting at a not significantly lower temperature is held as the crucible material, so that escaping vapors from the crucible material cannot condense on the melt material. For growing the single crystal the melt is lifted so far out of your area of the furnace that the immersed The germ of the oven is not significantly heated and so the desired temperature gradient is achieved.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung benötigt, die es gestattet, den Tiegel gegenüber der Wärmequelle zu bewegen. Solche Vorrichtungen sind an sich bekannt.A device is used to carry out the method according to the invention required, which allows the crucible to move relative to the heat source. Such Devices are known per se.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Abbildungenheispielsweise erläutert.The subject matter of the invention is exemplified with reference to the figures explained.

Abb. 1 zeigt eine Einkristallzüchtungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter Darstellung im Schnitt. Als Behälter dient ein Quarzrohr 1 das oben und unten mit je einem wassergekühlten Messingschliff 2 und 3 versehen ist. Seitwärts aus dem Rohr entspringt ein Ansatz 4, der einen Schliffkern 5 trägt und mit einer Glashülle abgeschlossen ist, die ein Einblickfenster 6 aus temperaturbeständigem Glas enthält. Der obere Messingschliff 2 enthält eine Buchse7, durch die die Ziehstange 6 durchgeführt ist, die den Keimhalter 9 mit dem Zuchtkeim 10 trägt. In dem Quarzrohr 1 bE- finden sich mehrere Vorsprünge 11, auf denen der Ofen 12 ruht. Der Ofen 12 enthält ohnische Widerstände als Wärmequelle. Die Anschlüsse für die Ileizspirale sind durch die Einschmelzungen 13 aus--geführt.Fig. 1 shows a single crystal growing device for carrying out the method according to the invention in a simplified representation in section. A quartz tube 1 serves as a container, which is provided with a water-cooled brass joint 2 and 3 each at the top and bottom. A projection 4 rises sideways from the tube, which has a ground joint 5 and is closed with a glass envelope which contains a viewing window 6 made of temperature-resistant glass. The upper brass joint 2 contains a bush 7 through which the pull rod 6 , which carries the germ holder 9 with the cultivated germ 10, is passed. In the quartz tube 1 bE there are several projections 11 on which the furnace 12 rests. The furnace 12 contains without resistances as a heat source. The connections for the Ileizspirale are carried out through the seals 13 .

Zur Aufnahme des Schmelzgutes, z. B. der Siliziumstücke, dient der Schmelztiegel 14. Der Tiegel hängt an einer Art Kurbelwelle 15, die durch einen Rohrstutzen 16 in die Quarzröhre 1 ragt und mittels einer Stopfbuchse 17 in #äem wassergekühlten Messingschliff 18 gehaltert wird. Der gesamte Vorgang muß in einer inerten Gasatmosphäre ablaufen. Zu diesem Zweck wird durch den Schlauchansatz 19 gereinigtes Wasserstoffgas in das Quarzrohr hineingedrückt und durch den Schlauchansatz 20 wieder abgeführt.To accommodate the melt, z. B. the silicon pieces, the crucible 14 is used. The crucible hangs on a type of crankshaft 15, which protrudes through a pipe socket 16 into the quartz tube 1 and is held by means of a stuffing box 17 in # äem water-cooled brass ground joint 18. The entire process must take place in an inert gas atmosphere. For this purpose, purified hydrogen gas is pressed into the quartz tube through the hose attachment 19 and discharged again through the hose attachment 20.

Der Arbeitsablauf beginnt mit dem Schmelzen der Siliziumstücke 21 in dem Quarztiegel 14, wobei der Tiegel ganz in den Ofen 12 gesenkt wird, um einen Niederschlag von Si 0.-Dämpfen an der. Oberseite der Siliziumbrocken 21 zu vermeiden.The workflow begins with the melting of the silicon pieces 21 in the quartz crucible 14, the crucible being lowered all the way into the furnace 12 by one Precipitation of Si 0 vapors on the. Avoid top of the silicon chunks 21.

Nach dem Schmelzen des Siliziums wird der Tiegel entsprechend Abb. 2 von der Stellung 22 in die Stellung 23 angehoben und der Zuchtkeirn an der Ziehstange in die Schmelze eingetaucht, wobei die Siliziumschinelze genauestens auf der Schmelztemperatur gehalten wird. Der Zuchtkeim wird. danach mit einer sehr geringen Geschwindigkeit aus der Schmelze gezogen, um einen geordneten Kristallisationsprozeß einzuleiten. Die noch störenden Einflüsse eines geringen Temperaturgradienten radial zur Phasengrenzfläche zwischen Einkristall und Schmelze werden durch eine rotierende und eine schwingende Bewegung el längs der Achse des Zuchtkeimes ausgeglichen, wie es von anderen Einkristallzieheinrichtungen bekannt ist. Während des Ziehvorganges wird der Tiegel durch die als Kurbel wirkende Hebevorrichtung so unterbrochen angehoben, daß die Oberfläche der Schmelze von Anfang bis Ende des Einkristallziehprozesses immer auf gleicher Höhe über dem Ofen bleibt.After melting of the silicon, the crucible according to Fig. 2 is raised from the position 22 to the position 23 and the immersed Zuchtkeirn by the pulling rod in the melt, the exact Siliziumschinelze is maintained at least the melting temperature. The germ of breeding will. then drawn from the melt at a very low speed in order to initiate an orderly crystallization process. The still disruptive influences of a low temperature gradient radially to the phase interface between the single crystal and the melt are compensated for by a rotating and an oscillating movement el along the axis of the growth nucleus, as is known from other single crystal pulling devices. During the pulling process, the crucible is lifted intermittently by the lifting device acting as a crank so that the surface of the melt always remains at the same height above the furnace from the beginning to the end of the single crystal pulling process.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls aus der Schmelze mittels eines in die Schmelze getauchten und langsam herausgezogenen Keimes, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintauchen des Keimes der Tiegel mit der Schmelze gegenüber der Heizung etwas gehoben und daß während des Ziehens die Oberfläche der Schmelze in einer konstanten Entfernung von der Wärmequelle gehalten wird. In Betracht gezogene Druckschriften-Deutsche Patentschrift Nr. 944 209; deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 769, 1051806; britische Patentschrift Nr. 784 617. Claim: A method for pulling a single crystal from the melt by means of a nucleus dipped into the melt and slowly extracted, characterized in that the crucible with the melt is raised slightly in relation to the heater before the nucleus is dipped in and that the surface of the melt is in at a constant distance from the heat source. Considered publications-German Patent No. 944 209; German Auslegeschriften No. 1 044 769, 1051806; British Patent No. 784,617.
DEV15395A 1958-11-13 1958-11-13 Process for the production of single crystals from semiconducting materials Pending DE1077187B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEV15395A DE1077187B (en) 1958-11-13 1958-11-13 Process for the production of single crystals from semiconducting materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEV15395A DE1077187B (en) 1958-11-13 1958-11-13 Process for the production of single crystals from semiconducting materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1077187B true DE1077187B (en) 1960-03-10

Family

ID=7575006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEV15395A Pending DE1077187B (en) 1958-11-13 1958-11-13 Process for the production of single crystals from semiconducting materials

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1077187B (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE944209C (en) * 1950-06-15 1956-06-07 Western Electric Co Process for the manufacture of semiconductor bodies
GB784617A (en) * 1954-03-02 1957-10-09 Siemens Ag Improvements in or relating to processes and apparatus for drawing fused bodies
DE1044769B (en) * 1955-08-26 1958-11-27 Siemens Ag Device for pulling crystals from the melt of compounds with highly volatile components
DE1051806B (en) * 1956-11-28 1959-03-05 Philips Nv Method and device for pulling up single crystals from a melt

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE944209C (en) * 1950-06-15 1956-06-07 Western Electric Co Process for the manufacture of semiconductor bodies
GB784617A (en) * 1954-03-02 1957-10-09 Siemens Ag Improvements in or relating to processes and apparatus for drawing fused bodies
DE1044769B (en) * 1955-08-26 1958-11-27 Siemens Ag Device for pulling crystals from the melt of compounds with highly volatile components
DE1051806B (en) * 1956-11-28 1959-03-05 Philips Nv Method and device for pulling up single crystals from a melt

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3005492C2 (en) Process for the production of the purest single crystals by crucible pulling according to Czochralski
DE1187098B (en) Process for the production of bodies from highly purified semiconductor material
DE1619966A1 (en) Method and device for growing semiconductor crystals
DE112010003035T5 (en) Method and apparatus for producing a semiconductor crystal, and semiconductor crystal
DE1769860A1 (en) Device for pulling dislocation-free semiconductor single crystal rods
DE4130253A1 (en) MULTI-PIECE SUPPORT BRACKET
DE1519837A1 (en) Crystal fusion
DE1719024A1 (en) Process for the production of a rod from semiconductor material for electronic purposes
DE1077187B (en) Process for the production of single crystals from semiconducting materials
DE102020127336B4 (en) semiconductor crystal growth device
DE2358300C3 (en) Device for holding a semiconductor crystal rod vertically during crucible-free zone melting
DE1209997B (en) Process for the production of single crystals from fusible material
DE2209869B1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A DISPLACEMENT-FREE SINGLE CRYSTALLINE GALLIUM ARSENIDE ROD
DE3150539A1 (en) Process for producing silicon which can be used for semiconductor components, in particular for solar cells
DE1278413B (en) Process for pulling thin rod-shaped semiconductor crystals from a semiconductor melt
DE1170913B (en) Process for the production of crystalline silicon in rod form
DE3431782A1 (en) METHOD FOR PRODUCING CRYSTALS FOR THE ELECTRONIC INDUSTRY
DE1240825B (en) Process for pulling single crystals from semiconductor material
DE1113682B (en) Method for pulling single crystals, in particular of semiconductor material, from a melt hanging on a pipe
DE1062431B (en) Method and device for remelting elongated bodies by zone melting
DE927658C (en) Process for the extraction of germanium metal
DE1913682C3 (en) Device for the production of single crystals from semiconducting compounds
DE2526072A1 (en) Crucible for single crystal growing - having inner wall with annular space filled with fusible material
DE1223351B (en) Process for pulling single crystal silicon rods
DE2336234A1 (en) Single crystal formation from melts - having radiation shield protecting growing crystal from hot melt