DE1619987B2 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF CRYSTALS, IN PARTICULAR FOR SEMICONDUCTOR DEVICES - Google Patents
PROCESS FOR THE PRODUCTION OF CRYSTALS, IN PARTICULAR FOR SEMICONDUCTOR DEVICESInfo
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- DE1619987B2 DE1619987B2 DE1967N0031338 DEN0031338A DE1619987B2 DE 1619987 B2 DE1619987 B2 DE 1619987B2 DE 1967N0031338 DE1967N0031338 DE 1967N0031338 DE N0031338 A DEN0031338 A DE N0031338A DE 1619987 B2 DE1619987 B2 DE 1619987B2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs charakterisiert ist.The invention relates to a method as characterized in the preamble of the claim.
Es ist bekannt, daß Halbleiterkristalle dadurch hergestellt werden können, daß ein Impfkristall mit einer Schmelze des Halbleiterstoffs in Berührung gebracht und dabei in der Grenzschicht ein Temperaturgradient aufrechterhalten wird, so daß der Impfkristall anwächst.It is known that semiconductor crystals can be produced by having a seed crystal with brought into contact with a melt of the semiconductor material and a temperature gradient in the boundary layer is maintained so that the seed crystal grows.
Naturgemäß kommt dieses Verfahren nur bei Stoffen, die bei akzeptierbaren Temperaturen zum Schmelzen gebracht werden können, wie Silicium und Germanium, in Frage.Naturally, this process only applies to substances that melt at acceptable temperatures can be brought into question, such as silicon and germanium.
Es ist weiterhin bekannt, daß Siliciumcarbid bei einer akzeptierbaren Temperatur aus einer geschmolzenen gesättigten Lösung in Chrom an einem Impfkristall anwachsen kann. Dieser Stoff ist als Lösungsmittel verwendbar, da das Siliciumcarbid darin gut löslich ist und dieses Lösungsmittel nicht in störendem Maße in den Kristall aufgenommen wird. Dieses Verfahren wird bei atmosphärischem Druck in einer Inertgas bei einer den Schmelzpunkt der Lösung wenig überschreitenden Temperatur durchgeführt, nämlich bei etwa 1800° C. Infolge des geringen Temperaturunterschieds zwischen dem Impfkristall und der Lösung war die Wuchsgeschwindigkeit des Kristalles in störendem Maße niedrig.It is also known that silicon carbide at an acceptable temperature from a molten saturated solution in chromium can grow on a seed crystal. This substance is called a solvent can be used because the silicon carbide is readily soluble in it and this solvent is not in a disturbing degree the crystal is absorbed. This process is carried out in an inert gas at an atmospheric pressure the temperature slightly exceeding the melting point of the solution, namely at about 1800 ° C. The growth rate was due to the small temperature difference between the seed crystal and the solution of the crystal is disturbingly low.
Dies kann dadurch wesentlich verbessert werden, daß die Kristallisierung unter einem herabgesetzten Gasdruck, bei dem das Lösungsmittel verdampft, durchgeführt wird. In der Oberflächenschicht, mit der der Impfkristall in Berührung ist, wird dann ein Übersättigungszustand verursacht, der einen wesentlich schnelleren Kristallwuchs veranlaßt.This can be significantly improved if the crystallization takes place under a reduced gas pressure, in which the solvent evaporates, is carried out. In the surface layer with which the When the seed crystal is in contact, a state of supersaturation is caused, which is much faster Crystal growth induced.
Es ist weiter bekannt, daß ein solches Verfahren auch für andere Halbleiterstoffe als Siliciumcarbid interessant ist. Dies gilt nicht nur für Halbleiterverbindungen, wie Galliumphosphid, die nicht oder sehr schwer unmittelbar aus einer Schmelze kristallisiert werden können, sondern auch für halbleitende Elementarstoffe, wie Silicium, die bei Lösung in einem niedrig schmelzenden Lösungsmittel, z. B. Zinn, bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen kristallisierbar sind.It is also known that such a method is also of interest for semiconductor materials other than silicon carbide is. This does not only apply to semiconductor compounds, such as gallium phosphide, which are not or very difficult can be crystallized directly from a melt, but also for semiconducting elementary substances, such as silicon, which when dissolved in a low melting solvent, e.g. B. tin, with proportionate are crystallizable at low temperatures.
Das Lösungsmittel muß dann aber nicht nur, wie oben bereits erwähnt, eine akzeptierbare Löslichkeit des Halbleiterstoffs aufweisen und nicht in störendem Maße in den Kristall aufgenommen werden, sondern auch bei der Schmelztemperatur einen solchen hohen Dampfdruck haben, daß gegebenenfalls bei herabgesetztem Druck eine ausreichend schnelle Verdampfung des Lösungsmittels und ein schneller Kristallwuchs stattfindet. The solvent must then not only, as already mentioned above, an acceptable solubility of the Have semiconductor material and are not absorbed into the crystal to a disruptive extent, but also at the melting temperature have such a high vapor pressure that if necessary at reduced Pressure a sufficiently rapid evaporation of the solvent and rapid crystal growth takes place.
Letztere Anforderungen hinsichtlich des Lösungsmittels hat zur Folge, daß die Wahl eines Lösungsmittels zum Kristallisieren eines bestimmten Halbleiters sehr beschränkt wird und manchmal sogar kein brauchbares Lösungsmittel vorhanden sein wird.The latter requirements with regard to the solvent have the consequence that the choice of a solvent for crystallizing a particular semiconductor is very limited and sometimes even not a useful one Solvent will be present.
Die Erfindung bezweckt, diesem Nachteil zu begegnen. The invention aims to counter this disadvantage.
ίο Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Übersättigungszustand statt durch physikalisches Abtransportieren von Lösungsmittel durch Verdampfung, gegebenenfalls unter herabgesetztem Druck, in einfacher Weise auf chemischem Wege erreicht werden kann.ίο The invention is based on the knowledge that the State of supersaturation instead of the physical removal of solvents through evaporation, optionally under reduced pressure, can be achieved in a simple manner by chemical means can.
Erfindungsgemäß wird die Übersättigung und die Kristallisation dadurch herbeigeführt, daß der Atmosphäre über der Lösung ein Gas zugeführt wird, das bei der Temperatur der Schmelze mit dem Lösungsmittel reagiert und dabei eine flüchtige Verbindung bildet.According to the invention, the supersaturation and the crystallization are brought about that a gas is supplied to the atmosphere above the solution, which at the temperature of the melt reacts with the solvent and forms a volatile compound.
Diese Art und Weise des Abtransportierens von Lösungsmittel hat einen weniger beschränkenden oder wenigstens in anderem Sinne beschränkenden Einfluß auf die Wahl des Lösungsmittels als im Falle, daß dies gegebenenfalls unter herabgesetztem Druck durch Verdampfen erfolgen muß. Die meisten als Lösungsmittel in Frage kommenden Stoffe, wie Gallium bei Gallimphosphid, Silicium bei Siliciumcarbid und Zinn bei Silicium, weisen nämlich bei ihrem Schmelzpunkt einen niedrigen Dampfdruck auf. Chrom, das als Lösungsmittel für Siliciumcarbid in Frage kommt, stellt in dieser Hinsicht eine günstige Ausnahme dar. Viele der in Frage kommenden Lösungsmittel bilden aber bei ihrer Schmelztemperatur leicht mit gasförmigen Reagenzien, wie Sauerstoff, Schwefel und Halogenen, flüchtige Verbindungen, wodurch Lösungsmittel schnell der Lösung entzogen werden kann.This way of evacuating solvent is less restrictive or less restrictive at least in a different sense restrictive influence on the choice of solvent than in the case that this if necessary, must take place under reduced pressure by evaporation. Most as a solvent suitable substances, such as gallium for gallimphosphide, silicon for silicon carbide and tin in the case of silicon, namely have a low vapor pressure at their melting point. Chrome, which as Solvent for silicon carbide is a favorable exception in this regard. Many of the However, at their melting temperature, possible solvents easily form with gaseous reagents, such as oxygen, sulfur and halogens, volatile compounds, causing solvents quickly can be withdrawn from the solution.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird ein Impfkristall 1 aus Galliumphosphid auf die Oberfläche einer gesättigten Lösung 2 von 4 Mol.% Galliumphosphid in Gallium gelegt, die in einem in einem Quarzrohr 4 untergebrachten Graphitgefäß 3 in Argon atmosphärisehen Drucks mit Hilfe des Ofen 5 bei einer Temperatur von 1050° C geschmolzen gehalten wird.As shown in the drawing, a seed crystal 1 of gallium phosphide is placed on the surface of a saturated solution 2 of 4 mol.% gallium phosphide in gallium placed in a quartz tube 4 placed graphite vessel 3 in argon atmospheric pressure with the aid of the furnace 5 at a temperature is kept melted at 1050 ° C.
Anschließend wird durch das Quarzrohr 4 Chlor mit 50 ecm pro Minute durchgeleitet. Dadurch wird unter Bildung von flüchtigem Galliumchlorid Lösungsmittel (Gallium) der Schmelze entzogen, so daß in der Oberflächenschicht eine Übersättigung eintritt und der Galliumphosphid-Impfkristall mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 μΐη pro Stunde anwächstChlorine is then passed through the quartz tube 4 at 50 ecm per minute. This will take Formation of volatile gallium chloride solvent (gallium) removed from the melt, so that in the Surface layer becomes supersaturated and the gallium phosphide seed crystal occurs at a rate by more than 30 μΐη per hour increases
Mittels einer Vorrichtung der im Beispiel 1 beschriebenen Art wird eine Lösung von 5 At.% Silicium in Zinn in einem Quarzgefäß bei 900° C geschmolzen gehalten.Using a device of the type described in Example 1, a solution of 5 at.% Silicon in tin Melted in a quartz vessel at 900 ° C.
Beim Durchleiten von Salzsäuregas atmosphärischen Drucks mit einer Geschwindigkeit von 100 ecm pro Minute wächst ein auf die Lösung gelegter Silicium-Impfkristall mit einer Geschwindigkeit von 25 μηι pro Stunde an. Dieser Wuchs erfolgt wegen der Übersättigung in der Oberflächensicht, die dadurch herbeigeführt wird, daß Lösungsmittel (Zinn) in Form von flüchtichem Zinnchlorid der Lösung entzogen wird.When passing hydrochloric acid gas at atmospheric pressure at a rate of 100 ecm per Minute, a silicon seed crystal placed on the solution grows at a rate of 25 μm per Hour on. This growth occurs because of the oversaturation in the surface view that it brings about is that solvent (tin) is removed from the solution in the form of volatile tin chloride.
Wenn der Lösung durch Verdampfung in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 10 mmWhen the solution is by evaporation in an argon atmosphere at a pressure of 10 mm
Lösungsmittel entzogen wird, erreicht man bei derselben Temperatur nur einen Kristallwuchs von 10 μηι pro Stunde.Solvent is withdrawn, one reaches only a crystal growth of 10 μm per at the same temperature Hour.
Schließlich sei bemerkt, daß das Verfahren nach der Erfindung auch derart durchgeführt werden kann, daß der Impfkristall gegenüber dem Graphitbecher fixiert wird, wobei der Impfkristall dadurch wachsen kann, daß das Lösungsmittel verschwindet und der Flüssigkeitspegel im Becher dementsprechend sinkt.Finally, it should be noted that the method according to the invention can also be carried out in such a way that the seed crystal is fixed with respect to the graphite cup, the seed crystal being able to grow in that the solvent disappears and the liquid level in the cup decreases accordingly.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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