DE2128506A1 - Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silicium, welche frei von Kristallversetzungen, insbesondere in Form von Swirls, sind - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterstäben, insbesondere aus Silicium, welche frei von Kristallversetzungen, insbesondere in Form von Swirls, sindInfo
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- 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
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, "β-JUR1971
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
VPA 71/1-089
Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterstäben,
insbesondere aus Silicium, welche frei von Kristallversetzungen, insbesondere in Form von swirls» sind
<
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einkristallinen
Halbleiterotäben, insbesondere aus Silicium, welche frei von Kristallversetzungen, insbesondere in Form
von swirls, sind, durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrecht an seinen Enden gehalterten Vorratsstabes, welcher
von mindestens einer in axialer Richtung verschiebbaren, die Schmelzzone erzeugenden Heizeinrichtung umgeben und in einem
Rezipienten angeordnet ist.
Es ist bekannt, polykristallines Halbleitermaterial dadurch in einen stabförmigen Einkristall überzuführen, daß man an
einem Ende des Stabes einen einkristallinen Keimkristall anschmilzt und von der Anschmelzstelle ausgehend eine Schmelzzone
mindestens einmal durch den kristallinen Stab bewegt. Dieses Zonenschmelzen wird tiegelfrei durchgeführt, d.h.,
durch den senkrecht angeordneten kristallinen Stab wird eine mit Hilfe einer den Stab umschließenden Indzktionsheizspule
erzeugte Schmelzzone hindurchbewegt.
Einkristalle, die in dieser Weise durch tiegelfreies Zonenschmelzen
hergestellt worden sind, zeigen zahlreiche, unregelmäßig verteilte Versetzungen und andere Kristallbaufehler.
Eine besondere Art von Kristallbaufehlern sind die sogenannten
swirls, das sind Leerstellennester (Flachpit-Nester) im vers"tzungsfreien
Kristall, welche die Eigenschaften von aus
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diesem Kristall gefertigten Bauelementen erheblich verschlechtern können, da sie Rekombinationszentren mit sich
selbst oder durch Anlagerung mit vorhandenen Verunreinigungen bilden. Diese swirls werden repräsentiert durch spiralige
oder wolkige Anhäufungen von flachen Ätzgrübchen und haben daher ihren Namen.
Die Beseitigung dieser swirls im versetzungsfreien Halbleitereinkristall,
insbesondere im Siliciumkristall, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Aus der japanischen Literatur T. Abe., S. Maruyana, Denki
Kagaku J55_, 1967, Seite 149, ist bekannt, diese swirls durch
Tempern zu beseitigen. Diese Methode ist jedoch nur günstig anwendbar für Kristallstäbe mit kleineren Durchmessern.
Bei großen Stabdurchmessern sind die Stabilitätsbedingungen
für die Schmelze viel kritischer als bei kleinen.
Durch die Erfindung soll die Beseitigung der swirls beim tiegelfreien Zonenschmelzen erfolgen.
Die Lösung der erfindüngsgemäßen Aufgabe sieht deshalb vor,
daß als Heizeinrichtung eine einwindige Induktionsheizspule mit so großer lichter Weite verwendet wird, daß das
Verhältnis Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes zu Innendurchmesser der Spule mindestens 1:1,25 beträgt.
Durch die Spule mit dem großen Innendurchmesser im Vergleich
zum Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes wird eine große Schmelzzonenlänge erhalten und damit der Temperaturgradient
an der Grenzfläche fest-flüssig verbessert. So wird beispielsweise beim tiegelfreien Zonenschmelzen
von versetzungsfreien Halbleiterstäben von 22 mm 0 mit einer einv/indigen Flachspule (Lochpfannkuchenspule) mit einem
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Innendurchmesser von 29»5 mm und einem Außendurchmesser
von 7ο mm das Auftreten von swirls vollkommen vermieden. .
Außerdem werden auch keine Wachstumsbeulen oder Wülste an den so hergestellten Kristallstäben "beobachtet. Diese
beiden für die Herstellung von einkristallinen versetzungsfreien Halbleiterstäben wichtigen Ergebnisse
sind auf die Vor- und Nachheizwirkung der schwach angekoppelten, stark streuenden Induktionsheizspule zurückzuführen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine Ziehgeschwindigkeit beim Zonenschmelzen von mindestens 2,6 mm/Min, einzustellen
und den Halbleiterstab während des Ziehprozesses in Umdrehungen
zu versetzen.
Aus dein in der Zeichnung in sehematischer Darstellung aufgezeigten
Anordnungsbeispiel eines aus Silicium bestehenden Halbleiterstabes mit einer diesen umgebenden Induktionsheizspule sind die für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens notwendigen Dimensionen von Induktionsheizspule
zu Durchmesser des Vorratsstabes bzw. Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes klar ersichtlich. Dabei
wird mit dem Bezugszeichen 1 der Siliciumvorratsstab, mit 2 der herzustellende Siliciumstab (Endstab), mit 3 die Schmelzzone
und mit 4 die als Flachspule ausgebildete einwindige Induktionsheizspule bezeichnet. Die nachfolgende Übersicht gibt
die Maße für Spule und Stab gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wieder.
Durchmesser Vorratsstab (1) = 27,5 mm, Durchmesser des herzustellenden Stabes (2)(Endstab) = 2o,5 mm,
Außendurchmesser (D») der Induktionsheizspule (4) = 7o mm,
Innendurchmesser (Dj) der Induktionsheizspule (4) = 29,5 mm
Höhe der Sehmelzzone = 22 mm
8 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
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Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen von einkristallihen Halbleiterstäben,
insbesondere aus Silicium, welche frei von Kristallversetzungen, insbesondere in Form von swirls, sind, durch
tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrecht an seinen Enden
gehalterten Vorratsstabes, welcher von mindestens einer in axialer Richtung verschiebbaren, die Schmelzzone erzeugenden
Heizeinrichtung umgeben und in einem Rezipienten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizeinrichtung
eine einwindige Induktionsheizspule mit so großer lichter Weite verwendet wird, daß das Verhältnis
Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes zu Innendurchmesser der Spule mindestens 1:1,25 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Flachspule ausgebildete Induktionsheizspule verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule verwendet wird, deren Verhältnis Innendurchmesser
zu Außendurchmesser mindestens 1:2 beträgt.
4· Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß· eine Ziehgeschwindigkeit beim Zonenschmelzen von
mindestens 2,6 mm/Min', eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterstab während des Ziehprozesses in Umdrehungen versetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß
der Halbleiterstab mit ca. 2o UpM. beaufschlagt wird.
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_ 5 —
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Durchmesser des Yorratshalbleiterstabes
zu Außendurchmesser der Spule auf 1:2,5 eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzonenlänge so gewählt wird, daß sie
mindestens dem Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes entspricht.
mindestens dem Durchmesser des herzustellenden Halbleiterstabes entspricht.
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Family Applications (1)
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