DE1094710C2 - Verfahren zur Zuechtung von Einkristallen durch tiegelfreies Zonenschmelzen - Google Patents
Verfahren zur Zuechtung von Einkristallen durch tiegelfreies ZonenschmelzenInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:
AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:
PATENTSCHRIFT:
kl. 12g 17/10
INTERNAT. KL. B 01 j
19. FEBRUAR 1958
15. DEZEMBER 1960
20. F E B R U A R 1969 WEICHTAB VON
AUSLEGESCHRIFT
(S 57004 IV c/12 c)
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 τβ// 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 τβ// 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 da-,
durch 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 Schmolzzonc mehrfach über die gesamte Stablänge von einem linde zum anderen geführt.
Bei Verwendung von Keimkristallen mit etwa dem gki-Verfahren zur Züchtung von Einkristallen
durch tiegelfreies Zonenschmelzen
Patentiert für:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen
Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, 8551 Pretzfeld, 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:
d Ί
40 Der Temperaturgradient (7- = Stablänge) ist in dem
dL
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 Temperatur-
gradient bewirkt aber thermische Spannungen im Einkristall und dadurch Gitterstörungen, was wiederum zu
einer A^erringerung der Lebensdauer der Minoritätsträger
führt.
Weiter kommt noch hinzu, daß Verunreinigungen im Keimling über die Verschmelzstelle auch in den Stab
eindiffmidieren. Aus einem Keimling bestimmter Verunreinigungskonzentrationen
können also um so größere Mengen von Verunreinigungen übertreten, je größer sein
Querschnitt und damit der Ubergangsquerschnitt ist.
909 608 1813
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 Einkristalls zu erzielen. Es ergab sich eine Erhöhung der
Lebensdauer re// der Minoritätsträger, eine Stabilisierung
hoher re//-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)
- 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. 1 014 332.0 IW 671/20! 17. M (W 408/1813 2.69)
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