DE1218412B - Verfahren zum Herstellen von einkristallinem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

BOIj

Deutsche KL: 12 g-17/18

Nummer: ' . 1218 412

Aktenzeichen: S 90831IV c/12 g

Anmeldetag: 29. April 1964

Auslegetag: 8. Juni 1966

Einkristallines Halbleitermaterial kann man z. B. durch tiegelfreies Zonenschmelzen oder durch Ziehen aus der Schmelze nach Czochralski herstellen. Ein Verfahren zum Herstellen von einkristallinem Halbleitermaterial, bei dem ein einkristalliner Keimkristall, insbesondere ein dentritisch gewachsener Keimkristall, in eine beheizte Schmelze des Halbleitermaterials getaucht und aus dieser herausgezogen wird, kann insbesondere bei der Behandlung von hochschmelzendem Halbleitermaterial, ζ. Β. Silicium, ίο verbessert werden, indem der Keimkristall und damit auch der wachsende Einkristall von der Heizeinrichtung völlig unbeeinflußt bleibt, wenn erfindungsgemäß eine ringförmige Schmelze durch unmittelbare Einwirkung einer Heizeinrichtung nur an einem Teil bzw. Teilen ihres Umfangs und fortlaufende Drehung auch der wachsende Einkristall von der Heizeinrichder Schmelze um ihre Ringachse erzeugt wird, und wenn der Einkristall an einer nicht der unmittelbaren Heizeinwirkung ausgesetzten Stelle aus der Schmelze ao gezogen wird. Damit wird ein ungestörtes Aufwachsen des Einkristalls und eine verbesserte Kristallqualität ermöglicht.

Die Temperatur an der Eintauchstelle des Keimkristalls kann genau geregelt werden. Wird die Schmelze an dem Punkt, an dem ihr Wärme zugeführt wird, 10 bis 20° C über den Schmelzpunkt des betreffenden Materials erhitzt, so nimmt, da sich die Schmelze fortlaufend von der Stelle bzw. den Stellen der unmittelbaren Heizeinwirkung fortbewegt, ihre Temperatur mit der Entfernung von diesem Punkt oder diesen Punkten ab. Man kann sich also, im Umfangsrichtung der ringförmigen Schmelze gesehen, einen Punkt mit einem beliebigen Temperaturwert aussuchen. Wichtig ist in diesem Zusammen- hang auch, daß man die Heizwirkung so einstellen kann, daß die Schmelze beim Hineinlaufen in die Stelle der unmittelbaren Heizeinwirkung bereits unterkühlt ist, so daß auch vorher schon Stellen mit Unterkühlung vorliegen.

Wenn man einen dendritischen Keimkristall, z.B. aus Silicium, also einen Einkristall mit einer Zwillingsebene, in die Schmelze taucht, so zeigt das daran anwachsende Halbleitermaterial ebenfalls dendritisches Wachstum, wenn die Schmelze unterkühlt ist. Taucht man einen dendritischen Keimkristall in der Weise in die unterkühlte Schmelze, daß die Ziehrichtung, die senkrecht zur Oberfläche der Schmelze liegt, der 211-Richtung entspricht, so bildet· sich bei raschem Herausziehen ein Knopf an dem Keimdendriten, von dem ausgehend ein durch zwei Dendritenstränge seitlich begrenztes Band von etwa Verfahren zum Herstellen von einkristallinem
Halbleitermaterial

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld (OFr.) - -

5 bis 10 mm Breite und 50 bis 200 μ Dicke einkristallin aufwächst

An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung in perspektivischer Darstellung und in der Fig.2 im Schnitt dargestellt.

Innerhalb eines Tiegels 2 kann das Halbleitermaterial in Form von körnigem Material 3 angeordnet sein. Der Tiegel 2 kann z. B. aus Graphit, Quarz oder aus dem zu behandelnden Halbleitermaterial bestehen. Der Tiegel 2 ist vorzugsweise kreisrund und drehbar gelagert und wird während des Verfahrens um seine Mittelachse gedreht. Mit Hilfe einer Heizeinrichtung wird ein Teil des Halbleitermaterials geschmolzen. Die Heizeinrichtung kann, wie im Beispiel der F i g. 1 und 2, aus einer Heizspule 4 bestehen, die an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist, der die Spule mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von etwa 0,5 bis 5 MHz speisen kann. Die Heizeinrichtung ist, bezogen auf die Drehachse des Tiegels 2, ruhend oberhalb des Tiegels angeordnet. Durch die Drehung des Tiegels wandert eine kreisringförmige Zone des Halbleitermaterials 3 ständig unter der Heizeinrichtung 4 vorbei. Durch die Heizwirkung wird diese Zone erschmolzen und bildet eine ringförmige Schmelzes. Gegebenenfalls kann auch eine Umkehrung der Bewegung vorgesehen sein, indem der Tiegel ruhend angeordnet wird und die Heizeinrichtung bzw. der Wirkungsbereich der Heizeinrichtung sich auf einer kreisringförmigen Bahn über dem Halbleitermaterial 3 bewegt.

An Stelle der Heizspule 4 kann eine andere Heizquelle, z.B. in Form von Elektronenstrahlen oder Wärmestrahlen, vorgesehen sein, wobei z.B. bei

609 578/536

ruhendem Tiegel2 und Halbleitermaterials durch Bewegung der Strahlungsquelle eine Heizwirkung auf einen ringförmigen Teil des Halbleitermaterials ausgeübt wird. Gegebenenfalls können auch noch andere Heizvorrichtungen vorgesehen sein, z.B. in Form einer direkten Beheizung des Halbleitermaterials mit Hilfe eines in der Tiegelwand angeordneten Heizungssystems. Vorteilhaft wird man eine gewisse Vorheizung bis unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleitermaterials mit Hilfe einer Heizvorrichtung vorsehen, welche den Tiegel bzw. das gesamte Halbleitermaterial in dem Tiegel beheizt, und dazu eine zusätzliche Heizvorrichtung, welche die dann noch benötigte Schmelzwärme in der ringförmigen Zone zuführt. Gegebenenfalls können am Umfang der Ringzone 5 mehrere Heizeinrichtungen verteilt angeordnet sein, die gleichzeitig oder nacheinander eine Heizwirkung ausüben.

An einer von der Heizeinrichtung entfernten Stelle wird ein Keimkristall 6 in die Schmelze getaucht und aus dieser wieder hervorgezogen. Dieser Keimkristall wird durch fortlaufendes Anwachsen von Halbleitermaterial vergrößert, wodurch der gewünschte Einkristall entsteht.

In F i g. 2 ist die Vorrichtung im Schnitt dargestellt. Es ist das Halbleitermaterial 3 als körniges Pulver dargestellt. Zwischen der Schmelze 5 und dem körnigen Pulver 3 befindet sich eine wannenförmige Ringzone 7, die aus zusammengeschmolzenen bzw. zusammengesinterten Halbleiterpulver besteht. Diese wannenförmige Zone entsteht bei der Erzeugung der Schmelze von selbst.

Der Schmelze 5 wird während des Verfahrens vorzugsweise ständig neues Material zugeführt, so daß sich die Lage der Schmelze in dem umgebenden Halbleitermaterial nicht verändert und dieses Halbleitermaterial nicht aufgebraucht wird. Man kann natürlich auch ein Aufbrauchen des Halbleitermaterials vorsehen. Die Regelung der Temperatur und der anderen Verhältnisse des Verfahrens wird dadurch aber erschwert. Man führt also zweckmäßigerweise der Schmelzzone 5 fortlaufend genausoviel Material zu, wie ihr durch Entstehen des Einkristalls entzogen wird. Zu diesem Zweck wird ein oberhalb des Tiegels gehaltener Halbleiterstab 8 (F i g. 1 und 2) in die Schmelze nachgeführt. Zweckmäßig bedient man sich, wie in der Zeichnung dargestellt, der Heizeinrichtung 4, um das neu zugeführte Halbleitermaterial bereits in flüssiger Form zuzuführen. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Halbleitermaterial in anderer Form, z.B. in Stücken oder in Pulverform, zuzuführen. Zwecks genauer Regelung der Temperatur der Schmelze kann nach der Zuführstelle des neu zugegebenen Halbleitermaterials ein Temperätufmeßfühler vorgesehen sein, mit dessen Hilfe eine, in Umlaufrichtung der Schmelze gesehen, weiter nachgeordnete Heizeinrichrung gesteuert werden kann. Durch weiter nachgeschaltete Temperaturfühler kann gegebenenfalls eine Korrekturmöglichkeit vorgesehen sein. Die Temperatur der Schmelze an der Stelle, an der der Keimkristall herausgezogen wird bzw. das Ausmaß der

ίο Unterkühlung an dieser Stelle, kann durch die Drehgeschwindigkeit der Schmelze und durch Veränderung der Lage dieses Punktes eingestellt werden.

Das Halbleitermaterial kann auch in stückiger oder kompakter Form vorliegen, vorzugsweise in Form von groben Stücken, welche in ihren Querschnittsformen aneinander angepaßt sind. So kann z. B. die Halterung für die Schmelze aus sechseckigen Stabstücken zusammengesetzt werden, welche beim einkristallinen Aufwachsen von Halbleitermaterial aus

ao der Gasphase entstehen. Derartige Stäbe weisen einen Querschnitt mit der Form eines regelmäßigen Sechskants auf, so daß derartige Stabstücke wabenartig zusammengestellt werden können. In diesem Fall kann gegebenenfalls ein umgebender und zusammenhaltender Tiegel völlig eingespart werden. Vorteilhaft ist die gesamte Vorrichtung mit einem Vakuumgefäß oder Schutzgasgefäß umgeben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von einkristallinem Halbleitermaterial, bei dem ein einkristalliner Keimkristall, insbesondere ein dendritisch gewachsener Keimkristall, in eine beheizte Schmelze des Halbleitermaterials getaucht und aus dieser herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Schmelze durch unmittelbare Einwirkung einer Heizeinrichtung nur an einem Teil bzw. Teilen ihres Umfangs und fortlaufende Drehung der Schmelze um ihre Ringachse erzeugt wird und daß der Einkristall an einer nicht der unmittelbaren Heizwirkung ausgesetzten Stelle aus der Schmelze gezogen wmt --------

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze fortlaufend neues Halbleitermaterial zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial in schmelzflüssiger Form zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keimkristall an einer Stelle aus der Schmelze gezogen wird, an der die Schmelze bereits unterkühlt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 578/536 5.66 © Bundesdruckerei Berlin