DE2012086C3

DE2012086C3 - Verfahren zum Herstellen von versetzungsfreien, dicken Siliciumeinkristall stäben

Info

Publication number: DE2012086C3
Application number: DE19702012086
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8551 Pretzfeld Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-13
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1974-05-16
Also published as: GB1295409A; NL7103203A; DE2012086A1; DK124800B; DE2012086B2; FR2084557A5

Description

wird und in der zweiten Zone (Endzone) in Argonatmosphäre bei 1,05 at Druck durch Aufstauchen, d. h.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- durch Annahern der Stabenden (nach Patent len von versetzungsfreien, dicken Siliciumeinkristall- 40 1 218 404 und 1 14« 525), zu einem versetzungsfrean stäben durch tiegelfreies Zonenschmelzen in einem Einkristall mit einem Kristallstabdurchmesser \on Rezipienten rr^;>. einer Schutzgasatmosphäre und mit 4* mm vereckt wird.

einer den Stab ringförmig uir.gebcnden Induktions- Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah-

heizspule, bei dem von einem durch Niederschlagen rens erfolgt in einer, in der Figur abgebildeten, für von Silicium aus der Gasphase auf einem erhitzten 45 vertikales Zonenschmelzen geeigneten Apparatur.
Siliciumkörper hergestellten polykristallinen Silici- In der Figur ist ein Rezipient mit 1 bezeichnet. Im

umstab ausgegangen wird. Decke' und im Boden des Rezipienten 1 ist je eine

Zum Ziehen von versetzungsfreien Einkristallstä- Simmeringdichtung2 und 3 vorgesehen, die eine vaben kann man nicht direkt polykristalline Halbleiter- kuumdichte Durchführung der Antriebswellen 4 stäbe verwenden, welche durch Niederschlagen von 50 und 5 für den kristallinen Stab 6 sicherstellen. Der Halbleitermaterial aus der Gasphase auf erhitzten kristalline Stab 6, insbesondere ein Halbleiterstab, Trägerkörpern aus dem gleichen Material, hergestellt beispielsweise aus Silicium, ist in Halterungen? worden sind. Diese Stäbe müssen erst noch einem und8 gehaltert. Die Halterungen? und8 können in Zonenschmelzprozeß unterworfen werden. Dieser Richtung der Stabachse bewegt und um ihre Achse Prozeß wurde bisher im Vakuum durchgeführt. Das 55 gedreht werden. Die Schmelzzone 9 wird von einer Verfahren liefert zwar hochgereinigtes Halbleiterma- Induktionsheizspule 10, vorzugsweise einer Ringterial, hat aber den Nachteil, daß neben der Verwen- spule mit einer Windung, erzeugt. Die Induktionsdung einer teueren Hochvakuumeinrichtung bei do- heizspule 10 kann ortsfest sein und durch eine Seiüertem Material der Doterstoff sehr !eicht abdamp- tenwand des Rezipienten vakuumdicht hindurchgefen kann. Außerdem läßt sich ein Beschlagen der 60 führt sein. Die Halterung 11 der Induktionsheizspule Apparatur durch die Behandlung im Vakuum kaum 10 kann als koaxiale Halterung ausgebildet sein, die vermeiden, was zur Folge haben kann, daß solche sowohl zur Zuführung des Stroms als auch des Kühl-Niederschläge in die Schmelze gelangen und dort zu mediums, vorzugsweise Wassers, dient. An der ge-Kristallisationsstörungen führen. Es ist auch bekannt, genüberliegonden Seitenwand des Rezipienten 1 ist das Zonenschmelzen von Halbleiterstäben in einer 65 ein Schaufenster 12 angeordnet. Das Wasserstoffgas Schutzgasatmosphäre durchzuführen. Dabei können gelangt bei der Durchführung der Vorzone aus einem jedoch Gaseinschlüsse im Material üuiireten. Vorratsbehälter 13 über ein Leitungssystem 14 in

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten den Rezipienten 1. Im Leitungssystem i4 befindet

sich ein Reduzierventil IS, ein Absperrventil 16 sowie ein Druckmesser 17. Der im Behälter 13 befindliche Wasserstoff ist hochrein. Durch Diffusion durch Palladium und/oder durch Ausfrieren kann man das Wasserstoffgas sehr leicht reinigen, so daß der Reinheitsgrad mindestens 99,99 ^s/o beträgt. Auch ein Reinheitsgrad von 99,999 */o ist leicht zu erreichen.

Der Druck im Regenten 1 wird auf einen Wert von

100 Torr eingestellt . Wasserstoffatmo-

Nach eine«,Zo«*&£%*£ ^^ _Vor. Sphäre wird der denwasse _{beMlter ersetzt}

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1,05 at Druck wiederholt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Nachteile zu vermeiden und die Kristallqualltat eines Patentansprüche: zonengeschmolzenen Stabes gegenüber bekannten Verfahren zu verbessern.

1. Verfahren zum Herstellen von versetzungs- . Diese Aufgabe wird^dur^ das er^ngsgemäfite freien, dicken Siliciumeinkristallstäben durch üe- 5 Verfahren dadurch ^^""^ί?,^^"" Cj gelfreies Zonenschmelzen in einem Rezipierten üciumstab zunächst in ^w,^^s _t ^ers _c ^to"f™°^sp°,'^e _pn^¹ mit einer Schutzgasatmosphäre und mit einer vermindertem Druck mindestens einmal zonengeden Stab ringförmig umgebenden Induktionsheiz- schmolzen wird und dann m hochgereimgu.rSchutespule, bei dem von einfm durch Niederschlagen gasatmosphäre einem weiteren Zonenschmelzprozeß von Silicium aus der Gasphase auf einem erhitz- io unterworfen wird.

ten Siliciumkörper hergestellten polykristallinen Die erste, als »Vorzone« bezeichnete: Verfahre ns-

Siliciumstab ausgegangen wird, dadurch ge- stufe liefert ein hochreines, sauerstofffreies Ausken η ζ e i c h η et, daß der polykristalline Silici- gangsmaterial, welches in der zweiten als »Endzone« umstab zunächst in Wasserstoffatmosphäre bei bezeichneten Verfabrensstufe, welche vorzugsweise vermindertem Druck mindestens einmal zonengi.- 15 in einer /ugonat^csphare durchgeführt wird, eine schmolzen wird und dann in hochgereinigter gute Ausbeute an versetzungsfreiem Knstallmateria! Schutzgasatmosphäre einem weiteren Zonen- auch bei großen Krisxallstabdurchmessern gibt. Daschmelzprozeß unterworfen wird. neben hat das Verfahren den Vorteil, daß die beim

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Ziehen in Wasserstoffatmosphare im Knstallmatenal kennzeichnet, daß in der Wasserstoffatmosphäre ao auftretenden »Wasserstoffschheren«, — weiche als ein Druck von 100 Torr eingestellt wird. koagulierte Leerstellen im Sihciumgitter auftreten,

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch die sich mit Wasserstoff beladen und bei Verwengekennzeichnet, daß beim Zonenschmelzprczeß dung des gefertigten Kristallmatenals zur Weiten erin hochgereinigter Schutzgasatmosphäre als arbeitung zu Halbleiterbauelementen die Sperreigen-Schutzgas Argon verwendet wird. »5 schäften von pn-Cbergängen erheblich herabsetzen

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch —, durch die Nachbehandlung in Argon vermieden gekennzeichnet, daß in der Argonatmosphäre ein werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Druck von 1 at eingestellt wird. teure Hochvakuumeinrichtung entfallen kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehie gekennzeichnet, daß der Zonenschmelzprozei' in 30 der Erfindung wird in der Wasserstoffatmosphäre ein Argonatmosphäre zur Erzielung eines größeren Druck von 100 Torr und in der Argonatmosphäre ein Kristallstabdurchmessers mit der Annäherung der Druck von 1 at eingestellt. Dabei wird beispielsweise Stabenden gekoppelt wird. von einem polykristallinen Siliciumstab von

35 mm 0 ausgegangen, welcher in der ersten Zone 35 (Vorzone; in Wasserstoff von 100 Torr in einen

sauerstofffreien Siliciumstab von 35 mm 0 überfühn