DE1208739B - Verfahren zum Ziehen von einkristallinem Siliziumkarbid - Google Patents
Verfahren zum Ziehen von einkristallinem SiliziumkarbidInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
COIb
Deutsche KL: 12 i-31/36
Nummer: 1208 739
Aktenzeichen: J 24946IV a/12 i
Anmeldetag: 17. Dezember 1963
Auslegetag: 13. Januar 1966
In neuerer Zeit hat die Bedeutung von SiC bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen für die
Elektrotechnik stark zugenommen. Die Vorzüge dieser Substanz als Material für Halbleiterelemente, die im
wesentlichen in seiner hohen Schmelztemperatur und seiner chemischen Passivität liegen, wirken sich bei der
Verarbeitung jedoch nachteilig aus. Als besonders erschwerend wirkt sich die Tatsache aus, daß SiC nicht
wie andere bekannte Halbleiter als Stab aus der Schmelze gezogen werden kann, da SiC bei etwa
23000C aus der festen unmittelbar in die gasförmige
Phase übergeht. Das Ziehen von SiC-Stäben aus einer SiC enthaltenden Schmelze war bisher auch nicht
möglich, da SiC mit den bisher als geeignet erachteten Lösungsmitteln nur sehr schlecht in Lösung geht.
So ist es bisher nicht gelungen, einkristalline Stäbe aus einer aus Si und SiC bestehenden Schmelze zu ziehen,
da die Löslichkeit des SiC in Si selbst bei 17000C nur etwa 2% beträgt. Es war bisher nur möglich, kleine
SiC-Kristallite als Einschlüsse in Si zu gewinnen. Derartige
Kristallite sind aber zur Herstellung von HaIbleiterelementen
nur bedingt zu gebrauchen.
Um die Herstellung der zur rationellen Fertigung von Halbleiterelementen erforderlichen relativ großen
1 nd homogenen Einkristalle aus SiC zu ermöglichen, vird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Ziehen
von einkristallinem SiC vorgelegt, bei dem in metallischem Chrom gelöstes SiC in einem SiC-Tiegel unter
der Wirkung eines Laser- oder Elektronenstrahles örtlich auf Temperaturen zwischen 1650 und 1800° C
erwärmt und der erwärmte Bereich mit einem SiC-Keim in Kontakt gebracht wird, der, vorzugsweise
unter Drehung, langsam aus der Schmelze gezogen wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß das durch das
Ziehen des SiC-Kristalls angereicherte Chrom in Richtung der höheren Temperatur von der Kristallisationsfront
abwandert und, bedingt durch den bei der dort herrschenden hohen Temperatur bestehenden
niedrigen Dampfdruck, durch Übertritt in die Gasphase teilweise ausscheidet.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß der aus SiC bestehende Tiegel relativ kalt bleibt, während die zur
Durchführung des Ziehvorganges erforderliche Temperatur, bedingt durch die in geeigneter Weise gesteuerte
Strahlung, auf die inneren Bereiche der Schmelze in unmittelbarer Nachbarschaft der Kristallisationsfront
beschränkt bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird die Temperatur des Tiegels
zwischen 1550 und 165O0C, die Temperatur des die Kristallisationsfront umgebenden örtlich erwärmten
Bereiches zwischen 1700 und 1800°C und die Tem-Verf ahren zum Ziehen von einkristallinem
Siliziumkarbid
Anmelder:
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen
Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49
Als Erfinder benannt:
Dr. Wolf gang Liebmann, Sindelf ingen (Württ.); Dr. Werner Spielmann, Dachtel, Post Deufringen
peratur der Kristallisationsfront zwischen 1650 und 17500C gehalten. Als besonders vorteilhaft hat es sich
erwiesen, daß die Tiegeltemperatur auf 16000C, die Temperatur des örtlich erwärmten Bereiches auf
175O0C und die Temperatur an der Kristallisationsfront auf 17000C eingestellt wird. Die Ziehgeschwindigkeit
beträgt zweckmäßigerweise 1 mm/h. Durch geeignete, zusätzliche Erwärmung des SiC-Tiegels ist es
möglich, den SiC-Gehalt der SiC-Cr-Schmelze dadurch konstant zu halten, daß das SiC des Tiegels in
einem solchen Ausmaß in die SiC-Cr-Schmelze übergeht, daß das Verhältnis SiC: Cr konstant bleibt.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch
einen Tiegel und eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Mit 1 ist ein aus SiC bestehender Tiegel bezeichnet, in dem sich eine aus 87% Cr und 13% SiC bestehende
Schmelze 2 befindet, deren Temperatur etwa 165O0C beträgt. Diese Schmelze wird durch zwei mittels der
Elektronenquellen 6 und 7 erzeugten Elektronenstrahlen 13 und 14 auf etwas über 1700° C erwärmt.
In diesen Bereich wird zunächst der SiC-Keim 11 eingetaucht, der in der Klammer 10 an der in 8 geführten
Schraubenspindel 9 befestigt ist. Durch Drehung der Spindel 9 wird der Keim 11 unter ständiger Drehimg
aus der Schmelze 2 so langsam nach oben gezogen, daß das Chrom in Richtung auf den von den
Elektronenstrahlen 13 und 14 auf etwas über 17000C erwärmten Bereich 4 der Schmelze abwandert, der die
Kristallisationsstelle halbkugelförmig umgibt. Dabei entsteht der aus einkristallinem SiC bestehende Stab 12.
Die Elektronenstrahlen 13 und 14 werden dabei so geführt, daß sie auf der Oberfläche der Schmelze einen
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kreisförmigen Bereich bestreichen. Die Intensität der Elektronenstrahlen wird dabei so gesteuert, daß die
Temperatur der Schmelze im Bereich der mit der punktierten Linie 4 angedeuteten Halbkugel bedingt
durch die Wärmeabstrahlung des Tiegels und die Wärmeabstrahlung des durch die besagte Halbkugelfläche
eingeschlossenen Teiles der Oberfläche der Schmelze ein Maximum beträgt und in Richtung auf
die durch die punktierten Linien 3 und 5 angedeuteten Halbkugeln abfällt, um im Bereich des Si-Stabes 12,
also im Kristallisationsbereich, etwa 1700° C zu betragen. Das durch den Ziehvorgang angereicherte Cr
wandert in Richtung der höheren Temperatur, also in den Bereich der durch die punktierte Linie 4 angedeuteten
Halbkugel ab und geht dabei teilweise in die Gasphase über, da der Dampfdruck des Cr bei der genannten
Temperatur nur etwa 2 mm Quecksilber beträgt. Die Temperatur des Tiegels 1 und der unteren
Bereiche der Schmelze 2 wird dabei mit Hilfe des Induktionsofens 15 so gesteuert, daß genügend SiC in
die Schmelze übergeht, um deren Gehalt an SiC konstant zu halten.
Claims (5)
1. Verfahren zum Ziehen von einkristallinem SiC, dadurch gekennzeichnet, daß in
metallischem Cr gelöstes SiC in einen SiC-Tiegel unter der Wirkung eines Laser- oder Elektronenstrahls
örtlich auf Temperaturen zwischen 1650 und 1800° C erwärmt und der erwärmte Bereich mit
einem SiC-Keim in Kontakt gebracht wird, der, vorzugsweise unter Drehung, langsam aus der
Schmelze gezogen wird. .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Tiegels zwischen
1550 und 16500C, die Temperatur des die Kristallisationsfront
umgebenden örtlich erwärmten Bereiches zwischen 1700 und 1800°C und die Temperatur
der Kristallisationsfront zwischen 1650 und 1750° C gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiegeltemperatur auf 1600°C, die
Temperatur des örtlich erwärmten Bereiches auf 1750° C und die Temperatur an der Kristallisationsfront auf 17000C eingestellt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des aus
SiC bestehenden Tiegels derart gesteuert wird, daß der Übertritt des SiC in die aus SiC und Cr bestehende
Schmelze so erfolgt, daß das Verhältnis Cr: SiC konstant bleibt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehgeschwindigkeit
1 mm/h beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 778/314 1.66 © Bundesdruclcerei Berlin
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