DE1257754B

DE1257754B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Dendriten aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1257754B
Application number: DEF38870A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ryosuke Namazu; Dipl-Ing Tatuo Honda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1963-01-29
Filing date: 1963-01-29
Publication date: 1968-01-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Dendriten aus Halbleitermaterial Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Dendriten aus Halbleitermaterial haben den Nachteil, daß es normalerweise nicht möglich ist, Dendriten mit zwei gleichmäßig ausgebildeten Flächen mit glatter Struktur zu erhalten. Der Grund hierfür ist in der Tatsache zu suchen, daß die im Inneren des Dendriten befindliche Zwillingsebene sich nicht bis an den Rand des Kristalls erstreckt.
Dieser Nachteil kann bei einem Verfahren zum Herstellen von Dendriten aus Halbleitermaterial durch Ziehen aus der Schmelze, bei dem das Halbleitermaterial in einem Tiegel in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur, die ungefähr der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials entspricht, geschmolzen, ein Keimkristall in die Schmelze eingetaucht, die Schmelze bis zum Eintreten einer Unterkühlung abgekühlt und der Keimkristall dann nach oben gezogen wird, wobei der an den Keimkristall anwachsende Dendrit durch Erhöhung von Ziehgeschwindigkeit und/oder Temperatur der Schmelze verjüngt wird, vermieden werden, indem erfindungsgemäß vor der Erhöhung von Ziehgeschwindigkeit und/oder Temperatur der Schmelze der Dendrit mit konstanter Geschwindigkeit gezogen wird, bis er eine vorher festgelegte Länge erreicht und der Dendrit so weit verjüngt wird, daß sich die im Inneren des Kristalls befindliche Zwillingsebene zumindest in einem Teil des Kristalls bis an dessen Oberfläche erstreckt.
Es ist zwar bekannt, zur Erzielung einer Verjüngung eines Dendriten Ziehgeschwindigkeit bzw. Temperatur der Schmelze zu ändern. Dabei wird aber die Kristalldicke beliebig herabgesetzt und die Verjüngung so weit fortgeführt, wie es zur Anpassung an den Abmessungen der herzustellenden Bauelemente als wünschenswert erscheint. Im Fall der Erfindung hingegen wird die Verjüngung des dendritischen Kristalls genau so weit fortgeführt, bis sich die normalerweise im Innern des Kristalls befindliche Zwillingsebene zumindest in einem Teil bis an den Rand erstreckt.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Steuerung des Ziehvorgangs durch Änderung der Ziehgeschwindigkeit bei konstanter Temperatur der Schmelze.
Bei einer anderen Vorrichtung ist zur Steuerung des Ziehvorgangs der Ablauf eines bestimmten Temperatur-Zeit-Programms bei konstanter Ziehgeschwindigkeit vorgesehen.
Darüber hinaus kann die Steuerung des Ziehvorgangs durch eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Änderung der Temperatur der Schmelze erfolgen.
Dafür können eine Präzisionsgeschwindigkeitssteuereinrichtung oder eine automatische Temperaturregeleinrichtung bzw. beide Einrichtungen gleichzeitig und aufeinander abgestimmt vorgesehen sein.
Weitere Einzelheiten gehen aus dem in den F i g. 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor.
In F i g. 1 ist ein Blockschema der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Anordnung dargestellt. Das Rechteck 1 entspricht dabei dem zum Schmelzen des Halbleitermaterials vorgesehenen Tiegel, der von einer Schutzgasatmosphäre umgeben ist, und einer Vorrichtung zum Anheben bzw. Entfernen des entstehenden Dendriten, Rechteck 2 einer Heizeinrichtung zum Erhitzen des Tiegels auf die erforderliche Temperatur, beispielsweise einem Hochfrequenzgenerator oder einem Widerstandsofen. Die Steuerung der Tiegeltemperatur erfolgt durch das automatische Temperaturregelgerät, das durch das Rechteck 3 angedeutet ist. Rechteck 4 schließlich entspricht einer Präzisionssteuereinrichtung zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Diagramm ist die Ziehgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Die Strecke t, entspricht der ersten Phase des Wachstumsprozesses, in der der Dendrit mit konstanter Ziehgeschwindigkeit aus der Schmelze gezogen wird. Dann wird die Ziehgeschwindigkeit während der Zeit t, bis zu einem Wert erhöht, bei dem das Breitenwachstum des Kristalls nur so groß ist, daß sich die im Inneren des Kristalls gelegene Zwillingsebene bis zu beiden seitlichen Begrenzungsflächen des Kristalls erstreckt. Diese Geschwindigkeit wird während der Zeit t3 beibehalten. Dann wird während der Zeit t4 die Ziehgeschwindigkeit wieder so weit herabgesetzt, daß ein verstärktes Breitenwachstum des Dendriten stattfindet. Die Erniedrigung der Ziehgeschwindigkeit darf jedoch nur so weit erfolgen, daß das Wachstum der im Inneren des Kristalls gelegenen Zwillingsebene senkrecht zur Richtung des Dendritenwachstums nicht gestört wird. Zweckmäßigerweise beträgt die Ziehgeschwindigkeit 30 bis 350 mm/min.
In F i g. 3 ist der Verlauf der Temperatur der unterkühlten Schmelze während des Wachstumsprozesses dargestellt. Zur Förderung des Breitenwachstums wird in dem Zeitraum t., der der Phase der Geschwindigkeitsverminderung, entsprechend dem Zeitraum t4 in F i g. 2, entspricht, die Temperatur der unterkühlten Schmelze um 1 bis 2° C erniedrigt.
In F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch einen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Dendriten dargestellt. Am unteren Ende des Keimkristalls 41, der zweckmäßigerweise aus einem gut ausgebildeten dendritischen Kriställchen mit zwei gleichmäßigen Flächen besteht, ist aus unterkühlter Schmelze der Dendrit 43 gewachsen. Dieser Dendrit zeigt zunächst eine ungleichmäßige Ausbildung seiner Flächen, die darauf beruht, daß sich die im Inneren gelegene Zwillingsebene nicht bis an den Rand erstreckt. Durch die Steuerung des Ziehvorgangs entsteht die Verjüngung 44. Die Zwillingsebene kann jetzt bis an den Rand des Dendriten weiterwachsen. Bei verminderter Ziehgeschwindigkeit erhält man dann den Dendriten 45 mit zwei gleichmäßig ausgebildeten Flächen.
In F i g. 5 ist der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Dendrit, entsprechend dem Kristall 45 in F i g. 4, im Querschnitt dargestellt. Die Flächen 51 und 52 sind gleichmäßig ausgebildet, die im Inneren des Kristalls gelegene Zwillingsebene 53 erstreckt sich bis zum Rand. Zum Vergleich damit ist in F i g. 6 ein nach herkömmlicher Art hergestellter Dendrit im Querschnitt dargestellt. Die Flächen 61 und 62 sind ungleichmäßig ausgebildet, was darauf zurückzuführen ist, daß sich die im Inneren befindliche Zwillingsebene 63 nicht bis zum Rand erstreckt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Dendriten aus Halbleitermaterial mit zwei gleichmäßig ausgebildeten Flächen durch Ziehen aus der Schmelze, bei dem das Halbleitermaterial in einem Tiegel in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur, die ungefähr der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials entspricht, geschmolzen, ein Keimkristall in die Schmelze eingetaucht, die Schmelze bis zum Eintreten einer Unterkühlung abgekühlt und der Keimkristall dann nach oben gezogen wird, wobei der an den Keimkristall anwachsende Dendrit durch Erhöhung von Ziehgeschwindigkeit und/oder Temperatur der Schmelze verjüngt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erhöhung von Ziehgeschwindigkeit und/oder Temperatur der Schmelze der Dendrit mit konstanter Geschwindigkeit gezogen wird, bis er eine vorher festgelegte Länge erreicht, und daß der Dendrit so weit verjüngt wird, daß sich die im Inneren des Kristalls befindliche Zwillingsebene zumindest in einem Teil des Kristalls bis an dessen Oberfläche erstreckt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ziehvorgangs eine Präzisionsgeschwindigkeitssteuereinrichtung vorgesehen ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ziehvorgangs eine automatische Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ziehvorgangs eine Präzisionsgeschwindigkeitssteuereinrichtung mit einer darauf abgestimmten, automatischen Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1264 318; britische Patentschriften Nr. 889 058, 894 241.