DE1094237B

DE1094237B - Verfahren zur Verminderung der Verspannungen von Impfkristallen

Info

Publication number: DE1094237B
Application number: DEL30908A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Guenther Koehl; Dipl-Phys Edgar Richter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-07-24
Filing date: 1958-07-24
Publication date: 1960-12-08

Description

Verfahren zur Verminderung der Verspannungen von Impfkristallen Beim Bau von Halbleiteranordnungen, z. B. Transistoren-Flächengleichrichtern oder Photoelementen, geht inän im allgemeinen von Einkristallen aus, die möglichst einwandfreie Kristallstruktur aufweisen und außerdem nur die betriebsmäßig erforderlichen Verunreinigungen enthalten sollen. Es hat sich dabei die Technik entwickelt, die Einkristalle mittels eines Impfkristalles aus einem Tiegel zu ziehen oder aber mit Hilfe von tiegelfreiem Zonenschmelzen zu erzeugen. Die für beide Zwecke erforderlichen Impfkristalle wurden bisher aus möglichst einwandfreien Einkristallen derart geschnitten, daß sie an der zum Anwachsen vorgesehenen Fläche eine günstige Orientierung aufwiesen. Es ist weiterhin bekannt, die Impfkristalle vor ihrer Verwendung zu ätzen oder ihnen durch chemische oder mechanische Bearbeitung eine besondere Form zu geben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Maßnahme nicht dazu geeignet war, die Anzahl der Versetzungen in dem entstehenden Kristallgitter, die sich im wesentlichen nach den Versetzungen in dem Impfkristall richten, zu unterdrücken. Weiterhin waren diese Maßnahmen nicht dazu geeignet, etwa in dem Impfling bereits vorhandene Verspannungen zu beseitigen. Diese Verspannungen können beim Ziehprozeß weitere Versetzungen in dem gezogenen Kristall zur Folge haben. Da nun die neuen Impfkristalle stets aus derart vorher gezogenen Kristallen gewonnen werden, reichern sich die Versetzungen fortlaufend in ihnen an.
Es wurde gefunden, daß die Verspannungen von Impfkristallen, die zum Ziehen von Einkristallen bestimmt sind, vermindert werden können, wenn der Impfkristall an dem Ende, das in die Schmelze eintauchen soll, zuerst angeschmolzen und der entstandene Schmelzbereich zum Erstarren gebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Einkristallen aus Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silizium. Es kann aber auch bei allen anderen Substanzen, die ein Ziehen von Kristallen aus der Schmelze gestatten, angewendet werden. Die derart vorbehandelten Impfkristalle führen zu Einkristallen, die besonders arm an Versetzungen sind.
Bei der Ausführung des Verfahrens wird der Impfkristall zum Anschmelzen in eine gut wärmeableitende Fassung eingespannt. Man erhält dadurch die Möglichkeit, das in dem Impfkristall entstehende WärmegefälIe zu beeinflussen und zu regulieren. Es hat sich herausgestellt, daß diese Maßnahme das erfindungsgemäße Verfahren noch wesentlich verbessern kann.
Es hat sich bewährt, die Erwärmung des Impfkristalls entweder im Vakuum unter einem Elektronenstrahl oder durch Wärmestrahlung vorzunehmen. Beide Verfahren gestatten es, mit einer gerichteten Wärmewirkung zu arbeiten.
Es ist bereits bekannt, einen Impfkristall, der schon mit dem zu schmelzenden Pulver in Berührung steht, mittels Hochfrequenz an der Berührungsstelle anzuschmelzen. Bei diesem Verfahren wird das Anschmelzen vorgenommen, um das Ziehen überhaupt einleiten zu können, und weil das Ziehen dem Anschmelzen der Kontaktstelle unmittelbar folgt, werden die Verspannungen nicht beseitigt. Es ist auch bereits bekannt, das Ziehverfahren durch Entfernen des bereits gezogenen Kristalls aus der Schmelze zu unterbrechen. Es ist ersichtlich, daß diese Maßnahme sich nicht dazu eignet, die Verspannungen im Impfkristall oder in dem gezogenen Kristall zu vermindern, zumal sich die Verspannungen des ersteren dann schon auf den letzteren ausgewirkt haben.
Bei Beginn des Ziehprozesses unter Verwendung eines, wie oben angegeben, behandelten Impfkristalls wurde nur der Bereich des Impfkristalls ganz oder teilweise in die Schmelze eingetaucht, der vorher angeschmolzen worden war.
Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung ein Beispiel für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Halter bezeichnet, in den der Impfkristall 2 zur Vorbehandlung eingespannt ist. Der Halter 1 steht mit einem nicht dargestellten Wärmebehälter in thermischem Kontakt, so daß der in dem Impfkristall entstehende Temperaturgradient eingestellt werden kann. Das untere Ende des Impfkristalls 2 wird mit Hilfe eines mit 4 bezeichneten Wärmestrahlers, der beispielsweise die Form eines Topfes hat, derart erhitzt, daß sich ein Tropfen 3 ausbildet.
Der geschmolzene Bereich 3 wird durch Entfernung des Wärmestrahlers 4 derart zum Erstarren gebracht, daß er in der vorgegebenen Orientierung, gewöhnlich die 111-Ebene, wieder anwächst. Sodann wird in bekannter Weise der Impfkristall vor seiner Verwendung geätzt und mit dem angeschmolzenen Bereich 3 gemäß Fig. 2 in eine Schmelze 5 des gleichen Materials, z. B. Silizium, getaucht, die in einem Tiegel 6 enthalten ist. Dabei schmilzt zunächst der untere Teil des Bereiches 3 ab, und es bildet sich zwischen diesem Bereich 3 und der Schmelze 5 die Phasengrenze aus, an der das Kristallwachstum ansetzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Verminderung der Verspannungen von Impfkristallen, die zum Ziehen von Einkristallen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfkristall an dem Ende, das in die Schmelze eintauchen soll, zuerst angeschmolzen und der entstandene Schmelzbereich zum Erstarren gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfkristall in eine gut wärmeableitende Fassung eingespannt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift S 38055 VI/40d (bekanntgemacht am 14. 6. 1956) ; britische Patentschrift Nr. 784 617; französische Patentschrift Nr. 1132 101; USA.-Patentschrift Nr. 2 788 298.