DE1115714B

DE1115714B - Verfahren zur Herstellung von einkristallinem Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1115714B
Application number: DES65068A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Konrad Reuschel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-09-23
Filing date: 1959-09-23
Publication date: 1961-10-26
Also published as: GB915883A

Description

Verfahren zur Herstellung von einkristallinem Halbleitermaterial Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen, hochgereinigten Halbleiterstabes für elektronische Zwecke aus einem polykristallinen Stab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls, bei dem die Schmelzzone mehrfach, jeweils beginnend von der Anschmelzstelle des Keimkristalls, in einer Richtung durch den Halbleiterstab hindurchgeführt wird und bei dem der Beginn eines der auf das Anschmelzen als nächste folgenden Zonendurchgänge von der Anschmelzstelle weg in den Keimkristall verlegt wird. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens nach dem Hauptpatent und besteht darin, daß die Schmelzzone nach dem Anschmelzen des Keimkristalls an den Halbleiterstab von der Anschmelzstelle weg in den Keimkristall hineinbewegt und dort mit dem ersten Zonendurchgang begonnen wird. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß unerwünschte Kristallversetzungen, die beim Anschmelzen des Keimkristalls an den Halbleiterstab entstehen, schon vor Beginn des eigentlichen Zonenschmelzprozesses weitgehend wieder beseitigt werden.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ein einkristalliner Impfling 11, welcher an einem Halbleiterstab 12 angeschmolzen ist, wird in einer Haltevorrichtung, welche aus einem Keramikzylinder 14 und einer Zentriervorrichtung 13 besteht, mit Hilfe mehrerer am Stabumfang gleichmäßig verteilter, federnder Molybdänstreifen 13 gehaltert und kann über eine Welle 17, welche mittels einer Schraube 16 an der Zentriervorrichtung 15 festgeschraubt ist, in Drehung versetzt werden. Der obere Teil des Stabes 12 und seine Halterung sind in der Zeichnung weggelassen. Mit einer Heizvorrichtung, welche aus einer mit hochfrequentem Wechselstrom gespeisten Heizspule 18, die vorteilhaft als Flachspule ausgeführt ist, und den Stromzuführungen 19 besteht, kann der Stab in einer schmalen Schmelzzone 20 geschmolzen werden.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Impfling 11 mit dem Halbleiterstab 12 an der mit einer strichpunktierten Linie 21 bezeichneten Stelle zusammengeschmolzen. Beim Anschmelzvorgang bleibt somit die Schmelzzone an der Anschmelzstelle über eine verhältnismäßig lange Zeit stehen. Eine solche »stehende« Schmelzzone führt in der Regel zu unerwünschten Veränderungen der Gitterstruktur im angrenzenden Teil des Keimkristalls. Sobald die Schmelze von Impfling und Stab ineinander verflossen ist, wird der Impfling 11 über die Welle 17 in Drehung versetzt. Nach Beendigung des Anschmelzvorganges wird die Schmelzzone durch Hinunterbewegen der Heizspule 18 nach unten in den Impfling hineingezogen bis zu einer Stelle 22, an welcher die Kristallstruktur vom Anschmelzvorgang praktisch nicht mehr beeinflußt wird und sie daher eine größere Vollkommenheit aufweist. Unmittelbar anschließend wird die Schmelzzone wieder nach oben durch die Anschmelzstelle 21 hindurchgeführt und damit der erste Zonendurchgang durch den Halbleiterstab 12 eingeleitet.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die Schmelzzone von dem Bereich mit den Kristallversetzungen, nämlich von der Anschmelzstelle am Ende des Impflings, in einen Bereich des Impflings bewegt wird, in dem keine Kristallversetzungen vorhanden sind, und daß an dieser Stelle mit dem ersten Zonendurchgang begonnen wird, bevor sich durch eine stehende Schmelzzone neue Kristallstörungen bilden können. Es hat sich deshalb als zweckmäßig erwiesen, mit dem ersten Zonendurchgang unmittelbar ohne Verzögerung zu beginnen, sobald die Schmelzzone genügend weit in den Keimkristall hineinbewegt worden ist. Bei Halbleiterstäben von etwa 12 bis 15 mm Dicke weist der Keimkristall etwa 3 cm von der Anschmelzstelle entfernt nur noch vernachlässigbar geringe Kristallversetzungen auf.
Es wurde durch Versuche bestätigt, daß Halbleiterstäbe, die beispielsweise nach dem früheren Vorschlag mit gezielter Dotierung hergestellt werden, nach diesem Verfahren durch einen Zonendurchgang in einen Einkristall verwandelt werden können.
Das Verfahren nach der Erfindung hat sich in solchen Fällen als besonders vorteilhaft erwiesen, in denen ein dotierter polykristalliner Halbleiterstab in einen Einkristall verwandelt werden soll. Ferner kann es vorteilhaft angewendet werden bei der Herstellung von Stäben mit gezielter Dotierung, bei dem eine vorgegebene Dotierungskonzentration durch das Zonenschmelzen gleichmäßig über das Stabvolumen verteilt und das Halbleitermaterial dabei in einen Einkristall verwandelt werden soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen, hochgereinigten Halbleiterstabes für elektronische Zwecke aus einem polykristallinen Stab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls, bei dem die Schmelzzone mehrfach, jeweils beginnend von der Anschmelzstelle des Keimkristalls, in einer Richtung durch .den Halbleiterstab hindurchgeführt wird und bei dem der Beginn eines der auf das Anschmelzen als nächste folgenden Zonendurchgänge von der Anschmelzstelle weg in den Keimkristall verlegt wird, nach Patent 1 080 973, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anschmelzen des Keimkristalls an den Halbleiterstab mit dem ersten Zonendurchgang im Keimkristall begonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone mindestens 2 cm, vorzugsweise 3 cm weit in den Keimkristall hineinbewegt wird.