DE1094710B - Verfahren zur Zuechtung von Einkristallen durch tiegelfreies Zonenschmelzen - Google Patents

Description

Für die Herstellung der Grundkörper von Halbleiteranordnungen werden in größerem Maße Einkristalle des entsprechenden Materials, z. B. Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Reihe des Periodischen Systems, benötigt. Diese werden im allgemeinen durch sogenanntes 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 erschmolzen, die man von dem Ende, an dem der Keimling sitzt, zum anderen Ende des Stabes wandern läßt (sogenanntes Zonenschmelzen, vorzugsweise tiegelfrei). Das Wiedererstarren erfolgt dann einkristallin.

Für die Anwendung der meisten Halbleiteranordnungen ist die Lebensdauer r_e// der Minoritätsträger in dem Halbleitermaterial entscheidend wichtig. Es wurde nun beobachtet, daß oft und besonders an dem Ende des durch tiegelfreies Zonenschmelzen erhaltenen Stabes, an dem der Keimling angesetzt ist, verhältnismäßig niedrige Werte von r_e// vorliegen. Die Erfindung setzt es sich zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, durch das eine bessere Qualität der gezüchteten Einkristalle erreicht wird. Demgemäß wird ein Verfahren zur Züchtung eines Einkristalls aus einem polykristallinen Halbleiterstab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls, bei dem die Schmelzzone mehrfach durch den Halbleiterstab hindurchgeführt wird, geschaffen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Keimkristall angeschmolzen wird, der einen wesentlich geringeren Querschnitt als der Halbleiterstab hat. Zweckmäßigerweise wird der Querschnitt des Keimkristalls um eine Größenordnung kleiner als der Querschnitt des Halbleiterstabes gewählt.

Zu Beginn jedes Zonendurchganges wird vorteilhaft wieder die ursprüngliche Verschmelzungsstelle von Keimling und Stab aufgeschmolzen. Nach Beendigung des Verfahrens kann der dünne Keimkristall wieder abgetrennt und zur Umwandlung eines neuen polykristallinen Halbleiterstabs in einen Einkristall verwendet werden.

Beim sogenannten Ziehen aus der Schmelze, bei dem ein Einkristallkeimling in eine in einem Tiegel befindliche Schmelze des Halbleitermaterials eingetaucht und anschließend herausgezogen wird, wobei das Halbleitermaterial an dem Keimling anwächst, kann je nach der Ziehgeschwindigkeit das anwachsende Halbleitermaterial mehr oder weniger dick sein und auch einen größeren Durchmesser als der Keimkristall aufweisen. Dieses Verfahren läßt sich aber mit dem tiegelfreien Zonenschmelzen nicht ohne weiteres vergleichen. Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird die Schmelzzone mehrfach über die gesamte Stablänge von einem Ende zum anderen geführt. Bei Verwendung von Keimkristallen mit etwa dem glei-

Verfahren zur Züchtung von Einkristallen durch tiegelfreies Zonenschmelzen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Wolf gang Keller, Pretzfel'd (OFr.),
ist als Erfinder genannt worden

chen Querschnitt wie der behandelte Halbleiterstab tritt eine mit jedem Durchgang der Schmelzzone zunehmende Verschlechterung der Kristallqualität ein, die durch die erfindungsgemäße Verwendung von Keimkristallen mit wesentlich geringerem Querschnitt vermieden werden kann.

Demgegenüber spielt beim Ziehen aus der Schmelze die Bemessung des Querschnitts des Keimlings keine so ausschlaggebende Rolle, weil sich das gesamte Verfahren in diesem einmaligen Vorgang erschöpft. Es gibt keine mehrfache Wiederholung des Aufschmelzens und damit auch keine merkliche, ständig zunehmende Verschlechterung der Stabqualität durch die Einflüsse vom Keimkristall her.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Der Temperaturgradient —- (L = Stablänge) ist in dem

auf den Keimling folgenden Stabteil um so größer, je größer der Querschnitt des Keimlings ist, da über einen großen Querschnitt viel Wärme zur Halterung des Keimlings abgeführt werden muß. Ein hoher Temperaturgradient bewirkt aber thermische Spannungen im Einkristall und dadurch Gitterstörungen, was wiederum zu einer Verringerung der Lebensdauer der Minoritätsträger führt.

Weiter kommt noch hinzu, daß Verunreinigungen im Keimling über die Verschmelzstelle auch in den Stab eindiffundieren. Aus einem Keimling bestimmter Verunreinigungskonzentrationen können also um so größere Mengen von Verunreinigungen übertreten, je größer sein Querschnitt und damit der Übergangsquerschnitt ist.

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Es ist auch anzunehmen, daß Versetzungen aus dem Keimling im Stab anwachsen. Aus Keimlingen gleicher Versetzungsdichte wachsen dementsprechend um so mehr Versetzungen in den Stab hinein, je größer der Keimlingsdurchmesser ist.

Durch praktische Versuche sind die Überlegungen, die zu der Erfindung führten, bestätigt worden. Durch die Verwendung von Keimlingen von wesentlich geringerem Querschnitt als dem des Halbleiterstabes gelang es, eine erhebliche Verbesserung der Qualität des gezogenen Einkristalle zu erzielen. Es ergab sich eine Erhöhung der Lebensdauer r_e/f der Minoritätsträger, eine Stabilisierung hoher τ_β//-Werte und eine wesentliche Erniedrigung der Etchpit-Dichten an dem Stabende, an das der Keimling angeschmolzen wurde. Da das Auftreten der sogenannten Etchpits (Ätzgrübchen) auf das Vorhandensein von Gitterbaufehlern schließen läßt, dürfte die Verminderung ihrer Dichte den stärksten Beweis für die Richtigkeit der Überlegungen bedeuten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Züchtung eines Einkristalls aus einem polykristallinen Halbleiterstab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls, bei dem die Schmelzzone mehrfach durch den Halbleiterstab hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keimkristall, der einen wesentlich geringeren Querschnitt als der Halbleiterstab hat, angeschmolzen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 894 293;
   deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 332.

   ι 009 678/203 1?.