DE2012454A1 - Verfahren zum Herstellen von ver setzungsfreien Halbleitereinknstallen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von ver setzungsfreien HalbleitereinknstallenInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description
Verfahren zum Herstellen von versetzungsfreien HaIb-
IeItereinkristallen
Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zum Herstellen von
versetzungsfreien Halbleitereinkristailstäben, insbesondere
Sllieiumeinkristallstäben, mit Durchmessern größer als 40 mm
durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrechtstehenden, an seinen Enden gehalterten Halbleiterstabes in einem Keziplenten
in einer Schutzgasatmosphäre und mit einer den
Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule»
Es Ist bekannt, mit Hilfe von Keimkristallen polykristalline
Siliciumstäbe in Einkristalle zu verwandeln, indem man eine
Schinelzzone von dem Ende, an dem der Keimkristall angesetzt
ist, zu dem anderen Ende des Siliciumstabes wandern läßt« Der Siliciumstab wird hierbei meist senkrechtstehend in zwei
Halterungen eingspannt, wobei die eine Halterung während des Zonenschmelzens in Rotation um die Stabachse'versetzt
wird, so daß ein symmetrisches Aufwachsen des erstarrenden Materials gewährleistet wird ο _
Einkristalle, die in dieser Weise durch tiegelfroies Zonenschmelzen
hergestellt worden sind, zeigen meist noch zahlreiche
Versetzungen, Zwillingsbildungen und andere Kristallfehlero
-
Die auftretenden Versetzungen können vermindert werden, wenngemäß
der DAS 1 Ϊ28 413 ein Keimkristall mit einem wesentlich
geringeren Querschnitt als der Siliciumstab angeschmolzen ■
wird und der Siliciumquerschnitt an der Übergangsstelle vom
Keimkristall zum Siliciumstab durch zeitweiliges Auseinanderbewegen der Stabenden eingeschnürt wird und von dieser EIn-
VPA 97MQ/0003 Edt/Fl
209808/1S41
BAD ORIGINAL
schmirimguütelle au;j bis aum Erreichen dcü vollen Quer.-xjmiii !;j
dec Silieiuinu baboij die Geüchv/indigkeit der Schuol^L'oi^ -tcii^
vermindert; und schließlich die ochme.lz^ono durch den Siliciumstab
mit einer Geschwindigkeit kleine-r alo 7 !'!n7;.;!!;. hindurchgesogen
wird,
Eine weitere Möglichkeit, die Vernetzungen in eine.':; r:unenge^ogenen
Kristall herabzusetzen, wird dadurch gegeben, dai3
eine hochgereiiiigte SchutzgasKümo-ohUre, inobeüoiulore V/aouer stoff,
verwendet v;ird ~ϊ~Δ ν.:>. lie^inic-nton ein Druck oingoütolli
wird, wolchor ^^vinx-or i;.?t" aiii der Atnosphiirendrucl:, Doch
treten hier oft durch dao Sch-i+rguö bedingte '.Va^a er?.; toffeinschlihiBe
im Krictallmafcerial auf, die die Verv/endungrjfähißlcoit
beeinträchtigen, Solciie YTariserüfcoxfschlieren sind koagulierte
Leerstellen im Siliciuingit tor, die sich mit Wa es or;.; tuff beladen
und bei Verwendung den gefertigten Kristallin;;terials
2UV '.Veiter'/erax'buitiiug su HalbloiterbauelemcK·1;-^:! die Sperr·
eigenschaften von pn-Übergängen eiiieblicli herabsetzen. Bei
Yei-.vemU;ng von Argon als Schutzgas bei nonnaloin Druck und
darunter macht sich eier in Argon enthaltoiv:. und ni^ht durch
auf die Reinheit Jeü Sinkri;-: fcallrstabec bemerkbar, Außerdem
eiio-Btohen bei 7ei .vjnaung von AiV-.-n al:: Schut;--'.ga:; ;■.·": den mit
eloktri.^:-he Über^chlägo, .vulche yieii obonfallü aclr:(ilich auf .;
Krioctll.rualitjlt ü>:5:; durcri -iä;.· tiegolf roic: Z jnen;j-;::i _o i.zen gewcaiieiirfii
kristall insu S'-Hb,:;; uur:v ir.;: ;ü.
Die .iuxV;::.;"'Li, die der vorii-::-.-;;---nrlen Anmeldung c.ugran;V;liegt,
besteht .her nichi: ri'.ir in Jer Hoi-u tel Lung von vor^.-'vc^Uiigufreifiju
Kvi::talijnH'".<-;.L-LMl, aondr'rn cugloicii a;i'h in a^r Her-HteLlun·;
von ver^etcurK-f roieu Kr:h; tal Lrfcüb'-n ;:rl t rulntiv
gr;jiiem i:.;·. Lytallqu.-r:-:. hni ti;, d. h., mit Dur chi:ier;nern über 40 mni
Kr itirai L: täbe jnit relativ großem Kri; tallv|uox'.;chni 11 lassen
•sich herstellen uuimIi das cogenannto Aufa tauchverfaliren, bc;i
dem der uuukrii.italliiiierende Stabteil einen größeren Durchmos-oer als der Schmelazone zugeführte Stabteil ^Vorrafcoütab■
VPA 9. no ü003 209808/1541 - 3 -
BAD ORIGINAL
• aufweist« Eine Abwandlung dieses Verfahrens wird in der
DAS 1 218 404 "beschrieben, v/oTdei die Dicke, des aus der
Schmelze wieder erstarrenden Stabteils über die lichte AVeite
der Heizeinrichtung hinaus durch die unterschiedlichen Geschwind
igke it en der Halterungen des Halbleiterstabes vergrößert
wird und zusätzlich die sich drehende Halterung des wieder erstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung
seitlich verschoben wird. Diese seitliche Verschiebung, auch
als Exzentrizität bezeichnet, bewirkt gegenüber dem einfachen Aufstauchverfahren eine Vergleiehmäßigung der Temperatur
der Schmelzzonec
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, nämlich versetzungsfreie
Kristalle mit großem Kristallquerschnitt herzustellen, wird durch eine sinnvolle Kombination der bekannten Verfahren
imd Vorrichtungen gelöst, wobei es von großer Wichtigkeit ist,
daß bei diesen kombinierten Verfahren die geeigneten Kristallwaehstumsbedingungen
eingestellt werden»
Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Zonensehmelzprozeß
in einer Argonatraosphäre bei leichtem Überdruck durchgeführt wird, daß als Keimkristall ein Einkristall mit
einem wesentlich geringeren Querschnitt als der- Halbleiterstab
angeschmolzen wird, wobei der Querschnitt an der Übergangsstelle vom Keimkristall ziim Halbleiterstab durch zeitweiliges Auseinanderbewegen
der Stabenden mit einer Geschwindigkeit vom maximal 30 mm/min. urd einer Drehgeschwindigkeit von 10 - 40 TJpM.
mit einer Einschnürung versehen wird, daß-'weiterhin zur Ie-.heizung
der Schmelz zone' eine einwindige Induktionsheizüpule mit
geerdeter lüittelanzapfung verwendet wird, und daß zur Vergrößerung
des Durehmessers des auc der Schmelze wieder erstarrenden
Halbleiterstabes die sich drehende Halterung des wiedererstarrten Stabteils relativ zur Heizeinrichtung um einen'
Betrag ran 6-12 mm seitlich verschoben wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Druck der Argonatmosphäre
auf 0,8 - 1,5 at., vorzugsweise bei Ziehbeginn auf 1,05 at«,.einzustellenc Als Keimkristall wird vorteilhafterweise
ein Zinkristallstab von 4,5 - 5 mm 0 verwendet, v/elcher in
(111)-Richtung gezogen ist und eine Fehlorientierung von
ca. 1,5° aufweist.
Um die Überschlagsneigung zwischen der Induktionsheizspule und dem Halbleiterstab in der Argonatmosphäre beim tiegelfreien
Zonenschmelzen zu vermeiden, wird an der Induktionahoizspule
eine geerdete Mittolanzapfung, welche den Stab und den mittleren Windungsteil der Spule auf gleiches elektrisches Potential
bring, vorgesehen. Außerdem weist die Spule eilten in einem
zur Stabachse senkrechten Ebene langgestreckten Querschnitt auf. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Verhältnis
Außendurchmesser zu Innendurchmesser der Induktionsheizspule mindestens zwei beträgt. Der Spulenrand soll den unteren Stabrand
überragen, so daß eine nach innen gerichtete Wirkung des Feldes auf die Schmelzflüssigkeit vorhanden ist und sich ein gerader
Kristallstab ohne Abtropfen auobildet.
Die seitliche Verschiebung der sich drehenden Halterung wiedererstarrten Stabteils, d. h. die Exzentrizität, wird gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbciopiel nach der
Lehre der Erfindung bei 40 mm Stabdurchmcsaer auf 8,0 mm
eingestellt ο
Bei einer Ziehgeschwindigkeit von 3 mm/min, und einer Rotationsgeschwindigkeit
der Halterung dec wiedererstarrton Stabteils von 10-30 UpM. können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
Kristallstäbe hergestellt v/erden, welche Kristallstabdurchmesser von 40 mm und darüber aufweisen. Dabei wird beispielsweise
von einem Halbleiterat ab ausgegangen, welcher einen Durchmesser von 30 - 40 mm aufweist und während dec Zonenziehprozesses
nicht gedreht wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten worden an einem Ausführungsbeispiel anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur noch
näher erläutert. In der Figur iot im Schnitt ein Kristallstab
wahren! des tiegollo^en Z.onen^chm.clsens in einem P.ezipienten
dargestellt»
\ · μ Λ Λ Λ Λ η ι « r / λ BAD ORIGINAL
VPA 9/11Ο-ΌΟΟ3 209808/1541 _5^
In einem Siliciumstab 2, an dessen unterem Ende ein Keimkristall
5 angeschmolzen ist, der einen wesentlich geringeren
.Querschnitt als der Siliciumstab 2 hat (4,5 - 5 mn 0) und eine flaschenhalsartige Einschnürung 6 aufweist, wird mit
Hilfe einer mit Hochfrequonzstrom gespeisten Induktionsheizspule
3 eine Schmelzzone 4 erzeugt, d.ie durch Äufwärtsbewegen
der Heizspule 3 durch den Kristallstab 2 der Länge nach durchgezogen
wird ο
,Der Keimkristall 5 besteht aus einen Einkristallstab, welcher ■
in M-11j[ -Richtung gezogen ist und eine Pehlorientierung
von ca. 1,5 aufweist. Er wird an den Siliciumstab 2 so angeschmolzen,
daß bei.einer Ziehgeschwindigkeit von maximal
30 mm/min ο und einer Drehgeschwindigkeit von 25 UpI.L eine
flaschenhalsförmige Einschnürung oder Verjüngung 6 von ca».
25 mm Xänge und 2,5 mm β entsteht. Dann wird die Zichgeechwindigkeit
auf 3 mm/min, und die Rotationsgeschwindigkeit der
Halterung 8 des wiedererotarrten Stabteils 2a auf 15 UpII. eingestellt und gleichseitig die sich drehende Halterung 8 relativ
zur Heizeinrichtung um 8 mm seitlich verschoben. Diese als
Exzentrizität bezeichnete Größe ist mit dem Bezugszeichen , gekennzeichnet* Durch diese Maßnahme wird eine Vergrößerung
des Durchmessers des unteren Stabteils 2a erreicht. Zur Beheizung der Schmelzzone 4 wird eine einwindige Induktionsheinspule
3 verwendet,welche einen Spuleninncndurchmesser
von 29 mm und einen Spulenaußendurchmesser von 70 mm aufweist"
und eine geerdete Mittelanzapfung 20 besitzt. Die Spulendurchmesser
können je nach gewünschten Kristallstabdurchmesser 25 - 35 mm für den Innendurchmeeser und 60 - 90 mm
für den Außendurchmesser betragen. Die Induktionsheizspule ist durch eine Seitenwand des Rezipionten 1 vakuumdicht hindurchgeführt.
. ' " "'. ■
Im Deckel und im Boden des Recipienten ist je eine Simmeringdichtung
10 und 11 vorgesehen, die eine vakuumdichte Durchführung
der Antriebswellen 12 und 13 für den Slliciurastab
sicherstellen. Der Siliciumstab 2 ist in Halterungen 8 und gehaltert. Insbesondere die Halterung 8 kann in Richtung der
9/110/0003 2tftO8/15 41 · BAD ORse^AL - 6 -
Stabachse bewegt und um ihre Achse gedreht v/erdenc In der
Seitenwand des Rezipienten 1 ist ein"Schaufenster 19 angeordnet:
Bei Ziehbeginn wird im Rezipienten 1 ein Argondruuk von ca.
1,0 at, eingestellt» Dies geschieht in der Weise, daß das
Argon aus einem Vorratsbehälter 14- über ein Leitungssystem
in den Rezipienten 1 gelangt. Im Leitungssystem 15 befindet
sich ein Reduzierventil 16, ein Absperrventil 17 sowie ein Druckmesser 18« Das Reduzierventil 16 wird geöffnet und durch
Betätigen des Dosiervenils 17 am Druckmesser 18 der gewünschte Druck eingestellt.
Der als Vorratsstab dienende Siliciumstab 2 weist einen Stabquerschnitt von 36 mm auf.
Bei Einhaltung der oben genannten Bedingungen rtelingt es, einen
versetzungsfreien Einkristallstab mit einem Durchmesser von 52 mm herzustellen. Bei angepaßtem Spulendurchmesser und .
angepaßter Exzentrizität ist es auch möglich, Stäbe mit Durchmessern von 60 mm und darüber herzustellen«
10 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
9/110/0005
Claims (1)
- P a t e η t a η s ρ r ü c It e >1» Verfahren zum Herstellen von versetzungsfreien Halbleitereinkristallstäben, insbesondere. Siliciumeinkristallstäbcn, mit Durchmessern größer als 40 ram durch ticgolfreioü Zonenschmelzen eines senkrechtstehenden, an seinen Enden gchalterten Halbleiterstabes in einem Rezipienten in einer Schutzgasatmosphäre unciaait einer den Stab ringförmig umgebenden Iiidiiktionsheisspule,- dadurch gekennzeichnet, daß-der Zonen-sehmelzprozeß in einer Argonatmosphäre bei leichtem Überdruck durchgeführt wird, daß als Keimkristall ein Einkristall mit einem wesentlich geringeren Querschnitt als der Halbleiter-; stab angeschmolzen.-wird, wobei der Querschnitt an der Übergangsstelle vom Keimkristall zum Halbleiterstab durch zeitweiliges Auseinanderbev/egen der Stabenden mit einer Geschwindigkeit von maximal 30 mm/miii. und einer Drejigeschv/indigkeit von 10 - 40 ϋρΙ,Γ mit einer Einschnürung versehen wird, daß aur Beheizung der Schmelszone eine einv/indige Induktions-. hei ξ spule .mit geerdeter Mittnlanzapfung verv/eiidGt v/ird,und daß zur Tergi'ößeruiig des Durchmessers des aus der Sehmelse -wiedar. ei-starrten Halbleiterstabef3 die sich drehende Halterung des wiedererstarrteii Stabteil? relativ zur Heizeinrichtung um einen Betrag von.6 -'1.2 mm seitlich verschoben ,c Yerfah2"on na el· Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet 3 daß der Brück in der Ar{jonatmoSphäre auf 0,8 - 1,5:- at., vorzugs-v/eise '.. ..bei. 2ielibegin:i auf 1,05 at. eingestellt wird.3ο Yerfahreii nach iiiispruch 1 ,.dadurch gekennzeichnet, daß als Keimkristall ein iSinkristallstab von 4,5 - 5 mm 0 verv/endetWird, welcher in 111 -Richtung gezogen ist und eine Pehlorieiitierung von ca, 1-5° aufv/eisto4·. 'Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch 'gekennzeichnet, ds,ß eine einv/indige1 Induktionsheizspule mitVPA 9/110/0003 2 0 9 8 0 8/1541 BAD ORIGINAL ■ - 8 -- ο1LiCiU iii einer zur Stabachse senkrechten Ebene langgestreckten Querschnitt verweiidet wird.5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daf3 das Verhältnis Außendurchmesser zu Innendurchmesser der Indul:ti-.: heizspule mindestens zwei beträgt ο6c Verfahren nacli mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Verschiebung der sieh drehenden Halterung des wiedererstarrten Stabteilo, d li, die Exzentrizität, auf 8,0 mm eingestellt wird.Yo Verfahren nach nindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehgeschwindigkeit auf 3 mm/min und die Rotationsgeschwindigkeit der Halterung des wiedererstarrten Stabteils auf 10-30 UpM. eingestellt wird.8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Halbleiterstab mit einem Durchmesser von 30 - 40 mm verwendet wird.9« Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ausgangsstab bildende Stabteil während des Zonenschmelzprozesses nicht gedreht wird.10. Halbleitereinkristallstab, insbesondere Siliciumeinkristallstab, mit einem Durchmesser größer als 40 mm, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einen dor Anopriiohr 1 - n.!10/üö'j;-:209808/1541BAD ORiQSNAL
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DE19702012454 DE2012454A1 (de) | 1970-03-16 | 1970-03-16 | Verfahren zum Herstellen von ver setzungsfreien Halbleitereinknstallen |
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GB (1) | GB1285853A (de) |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE102020106291A1 (de) | 2020-03-09 | 2021-09-09 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Kristallzüchtungsvorrichtung mit beweglicher Impfkristallhalterung |
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-
1971
- 1971-03-12 FR FR7108726A patent/FR2084555A5/fr not_active Expired
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- 1971-03-16 NL NL7103509A patent/NL7103509A/xx unknown
- 1971-03-16 BE BE764332A patent/BE764332A/xx unknown
- 1971-04-19 GB GB2401571A patent/GB1285853A/en not_active Expired
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---|---|---|---|---|
DE102020106291A1 (de) | 2020-03-09 | 2021-09-09 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Kristallzüchtungsvorrichtung mit beweglicher Impfkristallhalterung |
DE102020106291B4 (de) | 2020-03-09 | 2024-02-08 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Heizvorrichtung und Verfahren zur Kristallzüchtung mit beweglicher Impfkristallhalterung |
Also Published As
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---|---|
CA962559A (en) | 1975-02-11 |
NL7103509A (de) | 1971-09-20 |
FR2084555A5 (de) | 1971-12-17 |
BE764332A (fr) | 1971-09-16 |
GB1285853A (en) | 1972-08-16 |
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