DE2234515C3 - Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem Widerstand - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem WiderstandInfo
- Publication number
- DE2234515C3 DE2234515C3 DE19722234515 DE2234515A DE2234515C3 DE 2234515 C3 DE2234515 C3 DE 2234515C3 DE 19722234515 DE19722234515 DE 19722234515 DE 2234515 A DE2234515 A DE 2234515A DE 2234515 C3 DE2234515 C3 DE 2234515C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rod
- melting
- less
- diameter
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/28—Controlling or regulating
- C30B13/30—Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
50
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von (11 l)-orientierten Halbleitereinkristallstäben
mit zur Stabmitte hin abfallendem spezifischem ^ Widerstand durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines
senkrecht an seinen beiden Enden gehalterten, dotierten Halbleiterkristallstabes mit einer den Stab ringförmig
umschließenden, die Schmelzzone erzeugenden, induktiven Heizeinrichtung, bei dem von einem (lil)orienticrten
Keimkristall ausgehend die Schmelzzone in Richtung der Stabachse des Vorratsstabteils bewegt
wird.
Es ist bekannt, Einkristallstäbe durch tiegelfreies Zonenschmelzen herzustellen, indem mit Hilfe von M
Keimkristallen polykristalline Halbleiterstäbe, insbesondere Siliciumstäbe. dadurch in Einkristalle übergeführt
werden, daß man eine Schmelzzone von dem Ende, an dem der Keimkristall angesetzt ist, zu dem anderen
Ende des Halbleiterstabes (Vorratsstabteil) wandern läßt. Der Halbleiterstab wird hierbei meist senkrecht
stehend in zwei Halterungen eingespannt, wobei mindestens die eine Halterung während des Zonenschmelzens
in Rotation um die Stabachse versetzt wird, so daß ein symmetrisches Aufwachsen des erstarrenden
Materials gewährleistet ist
Im allgemeinen ist es wünschenswert, Einkristallstäbe
für die Fertigung von Halbleiterbauelementen herzustellen, welche in bezug auf ihren radialen Widerstandsverlauf
sehr gleichmäßige Werte aufweisen, d. h., bei der Herstellung dieser Kristallstäbe wird eine sehr gute
Durchmischung der Schmelze während des tiegelfreien Zonenschmelzen angestrebt, damit die Dotierungsstoffverteilung möglichst homogen über den Querschnitt
des Siliciumkristallstabes erfolgt.
Für die Herstellung von Halbleitermaterial für die Fertigung von speziellen Halbleiterbauelementen, z. B.
von überkopfzündbaren Thyristoren, wird ein Halbleitergrundmaterial verwendet, welches vorzugsweise
aus (lll)-orientierten Siliciumkristallscheiben besteht,
die in der Mitte der Kristallscheibe einen gezielten Einbruch des elektrischen spezifischen Widerstands (ρ)
aufweisen. Für andere Leistungsbauelemente ist es z. B. vorteilhaft, bei homogenem ρ-Verlauf in der Scheibenmitte
einen gezielten Randanstieg des spezifischen Widerstandes zu haben.
Die F i g. 1 und 2 der Zeichnung zeigen Widerstandsprofile, wie sie für überkopfzündfeste Thyristoren
(Fig. 1) und für Hochleistungsdioden (Fig.2) verwendet
werden. Dabei ist als Ordinate der spezifische elektrische Widerstand ρ in Ohm · cm und als Abszisse
der Radius der Kristallscheibe aufgetragen. Die parallel zur Ordinate verlaufende gestrichelte Linie soll die
Scheibenmitte anzeigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die in den F i g. 1 und 2 aufgezeigten Widerstandsprofile durch
tiegelfreies Zonenschmelzen in Hatbteitereinkristallstäben,
insbesondere in versetzungsfreien (lli)-orientierten
Siliciumeinkristallen, zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Achsenversetzung
Vorratsstabteil: Halbleiterkristallstab auf kleiner als 10% des Durchmessers des herzustellenden Halbleiterkristallstabes,
die Ziehgeschwindigkeit auf höchstens 33 mm/min und die Drehgeschwindigkeit der unterer.
Stabhalterung auf einen höheren Wert als die der oberen Stabhalterung eingestellt werden.
Vorzugsweise liegt die Ziehgeschwindigkeit im Bereich von 0,2 bis 2 mm/min.
Folgende, in der F i g. 3 dargestellte Überlegungen haben zu dem Verfahren gemäß der Lehre der
Erfindung geführt: Es ist bekannt, daß beim Ziehen von (Ill)-orientierten Siliciumkristallen mit zur Schmelze
konvex gewölbter Phasengrenze sich eine (111)-Facette
ausbildet, insbesondere dann, wenn der Stab konzentrisch gezogen wird. Diese vornehmlich in der Stabmitte
befindliche Facette wird um so größer sein, je ungestörter der Kristall wachsen kann. Sie ist beim
versetzungsfreien Kristall besonders prägnant ausgebildet. Dies rührt daher, daß beim versetzungsfrei
wachsenden Kristall die für die Bildung eines Kristallisationskeims auf der Facette notwendige Unterkühlung
größer ist als beim versetztingsbehafteten Silicium. Die Versetzungen wirken auf der (11 i)-Facette quasi als
Kristallisationskeime, bevor der starke Unterkühlungsgrad erreicht ist, der für verseuungsfrei wachsende
Stäbe charakteristisch ist. Die Atomschiebt beginnt
vorzeitig lateral (horizontal) vorzuschießen; die Facette ist in diesem Fall klein.
Es ist ferner bekannt, daß im Facettenbereich der Dotierstoff in größerer Konzentration in den Kristall
eingebaut wird als außerhalb der Facette. Dies bedeutet einen Einbruch des spezifischen Widerstandes des
Stabes im Bereich dieser(l 11)-Facette.
Da Thyristursilicium bevorzugt versetzungsfrei hergestellt
wird, ist die Facette und damit auch der ι ο
ρ-Einbruch besonders tief und räumlich weit ausgedehnt Mit dem Bezugszeichen 1 in Fig.3 ist der
wachsende Siliciumkristall bezeichnet, mit 2 die Schmelze; die Linie 3 zeigt den Verlauf der Schmelzisothermen
an und die Linie 4 die Phasengrenze fest-flüssig. Der Pfeil 5 gibt die Wachstumsrichtung des
Kristall* in (111)-Richtung an.
Häufig schließt sich an einen der Schmelze zu konvex gewölbten facettierten Innenbereich 6 der Grenzfläche
am Rand noch ein ringförmiger konkaver Bereich 7 an. Es wurde festgestellt, daß sich auch hier längs dieses
Ringes 7 meist ein Dotierstoffmaximum befindet, das von Nachteil bei der Bauelementehersteilung ist.
Wünscht man einen begrenzten ρ-Einbruch in der Stabmitte, wie er bei den überkopfzuzündenden
Thyristoren vorhanden sein soll, so kann dieser, wie durch die Lehre der Erfindung vorgesehen, durch eine
Beeinflussung der Form der Grenzfläche fest-flüssig erzielt werden.
Fig.4 zeigt die Form der fest-flüssig-Phasengrenze,
wie sie durch die Erfindung erreicht wird. Dabei is> wieder mit dem Bezugszeichen 1 der rekristallisierte
Siiiciumkristall und mit 2 die Siliciumschmelze bezeichnet Die Linie 8 zeigt den Verlauf der Schmelzisothermen
und die Linie 9 die Phasengrenze fest-flüssig. Außer der in der Mitte auftretenden (Ul)-Facette 10, deren
Breite durch die Merkmale gemäß der Lehre der· Erfindung beeinflußt wird, sind keine weiteren Facetten
zu erwarten. Die in Fig.3 im Randbereich 7 vorhandenen Nebenminima im ρ-Profil sind verschwunden.
Beim Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist es von Bedeutung, daß beim konzentrischen Ziehen die
Achsenversetzung während des Zonenschmelzen kleiner als 10% des Durchmessers des herzustellenden
Halbleiterkristallstabes eingestellt wird.
Dies bedeutet für einen Stabdurchmesser von 50 mm eine Achsenversetzung von kleiner als 5 mm, vorzugsweise
kleiner als 4 mm bei Stabdurchmessern von 35 bis 45 mm. Die Abweichung von der (lll)-Orientierung so
sollte unter 1,5 Grad liegen.
Als besonders vorteilhaft für die Ausbildung der gewünschten Form der Phasengrenze hat sich eine
Nachbeheizung des Randbereiches des aus der Schmelze
rekristallisierten Stabes erwiesen. Diese Nachbeheizung kann induktiv oder durch IR-Strahlung erfolgen
Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der Lehre der
Erfindung der Vorratsstabteil in Nähe der Schmelzspule gekühlt wird, beispielsweise mittels eines aus Argon
bestehenden Gasstroms.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Durchmesserverhältnis
Vorratsstabteil D: Einkristallstab d auf
größer als 0,6 und kleiner als 2, vorzugsweise auf i3 :1,
eingestellt wird. Das Verhältnis Schmelzzonenhöhe h: Stabdurchmesser d sollte größer als 03 und kleiner
als 1 sein, das heißt, bei einem Einkristallstabdurchmesser von 30 mm wird zweckmäßigerweise eine Schmelzzonenhöhe
von 25 mm, bei einem Stabdurchmesser von 45 mm eine Schmelzzonenhöhe von 26 mm und bei
einem Stabdurchmesser von 70 mm eine Schmelzzonenhöhe von 28 bis 30 mm eingestellt
Des weiteren läßt sich auch die gemäß der Erfindung gewünschte Breite der Facette ir· .Stabmitte dadurch
erzeugen, daß die Drehgeschwindigkeit der unteren Stabhalterung im Vergleich zur oberen Stabhalterung
sehr viel schneller eingestellt wird, das heißt, die Drehgeschwindigkeit des untenliegenden Keimkristalls
wird beispielsweise auf einen Bereich von 10 bis 100 UpM eingestellt, während für den obenliegenden
Vorratsstabteil eine Umdrehungsgeschwindigkeit von kleiner als 10 UpM gewählt wird. Dies bedeutet, daß bei
einem Siliciumeinkristallstab vom gewünschten Stabdurchmesser
von beispielsweise 33 mm eine Rotationsgeschwindigkeit des oberen Stabteils von 5 UpM und
des unteren Stabteils von 35 UpM eingestellt wird. Für einen Stabdurchmesser von 45 mm gelten für den
unteren Stabteil 15 UpM, für den oberen Stabteil 5 UpM und für einen Kristallstabdurchmesser von
18 mm wird unten eine Rotationsgeschwindigkeit von 90 UpM eingestellt, während sich die obere Stabhalterung
nicht dreht.
Fertige Einkristallstäbe mit örtlich eng begrenzten starken Widerstandsschwankungen (zum Beispiel durch
ρ-opikes, Striations und Nebenminimas) können für überkopfzündbare Thyristoren verwendbar gemacht
werden, wenn sie in Weiterbildung des Erfindungsgedankens möglichst nahe am Schmelzpunkt des Halbleitermaterials
in Schutzgasatmosphäre oder in Luft getempert werden. Für Siliciumeinkristallstäbe ist dabei
eine Temperung in einem Bereich von 1300 bis 14000C
im Zeitraum von fünf Stunden in einem Siliciumrohr ausreichend. Ein breiter Widerstandseinbruch in der
Stabmitte bleibt dabei erhalten; ein eng begrenzter Widerstandseinbruch wird eingeebnet
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung korkten in Siliciumeinkristallstäben in der Stabmitte
ρ-Einbrüche im Bereich von 30 bis 60% erreicht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen von (1J l)-orientierten
Halbleiterkristallstäben mit zur Stabmitte hin
abfallendem spezifischem Widerstand durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrecht an seinen
beiden Enden gehalterten, dotierten Halbleiterkristallstabes mit einer den Stab ringförmig umschließenden,
die Schmelzzone erzeugenden, induktiven Heizeinrichtung, bei dem von einem (11 l)-orientierten
Keimkristall ausgehend die Schmelzzone in Richtung der Stabachse des Vorratsstabteils bewegt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsenversetzung Vorratsstabteil: Halbleiterkristallstab
auf kleiner als 10% des Durchmessers des '5 herzustellenden Halbleiterkristallstabes, die Ziehgeschwindigkeit
auf höchstens 3,5 mm/min und die Drehgeschwindigkeit der unteren Stabhalterung auf
einen höheren Wert als die der oberen Stabhalterung eingestellt werden.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziehgeschwindigkeit von 0,2 bis
2 mm/min eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich des aus der
Schmelze rekristallisierten St&bes beheizt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsstabteil in Nähe der
Schmelzspule mittels eines Gasstroms gekühlt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeicnnet, daß das Durchmesserverhältnis
Vorratsstabteil (D): E;nkrist,-"stab (UJ auf größer als
0,6 und kleiner als 2 eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruci' 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Durchmesserverhältnis D: d auf 1,3 :1 eingestellt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Schmelzzonenhöhe
Λ: Stabdurchmesser d größer als 0,5 und kleiner als 1 eingestellt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des
untenliegenden Keimkristalls auf 10 bis 100 UpM eingestellt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des obenliegenden Vorratsstabteiles auf kleiner als
10 UpM eingestellt wird.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722234515 DE2234515C3 (de) | 1972-07-13 | 1972-07-13 | Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem Widerstand |
GB1441373A GB1375133A (de) | 1972-07-13 | 1973-03-26 | |
NL7304672A NL7304672A (de) | 1972-07-13 | 1973-04-04 | |
IT2645173A IT992610B (it) | 1972-07-13 | 1973-07-11 | Procedimento per preparare bacchet te di materiale seminconduttore monocristalline con orientamento iii presentanti una resistenza specifica decrescente verso il centro della bacchetta |
FR7325561A FR2192871B1 (de) | 1972-07-13 | 1973-07-12 | |
CA176,247A CA1009548A (en) | 1972-07-13 | 1973-07-12 | Production of (iii)-orientated semiconductor monocrystalline rods |
DK387673A DK143456C (da) | 1972-07-13 | 1973-07-12 | Fremgangsmaade til fremstilling af (111)-orienterede halvlederenkrystalstave med i retning mod stavmidten faldende specifikmodstand |
BE133465A BE802325A (fr) | 1972-07-13 | 1973-07-13 | Procede de fabrication de barreaux monocristallins semi-conducteurs a orientation (111) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722234515 DE2234515C3 (de) | 1972-07-13 | 1972-07-13 | Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem Widerstand |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2234515A1 DE2234515A1 (de) | 1974-01-24 |
DE2234515B2 DE2234515B2 (de) | 1980-07-31 |
DE2234515C3 true DE2234515C3 (de) | 1981-12-03 |
Family
ID=5850583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722234515 Expired DE2234515C3 (de) | 1972-07-13 | 1972-07-13 | Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem Widerstand |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE802325A (de) |
CA (1) | CA1009548A (de) |
DE (1) | DE2234515C3 (de) |
DK (1) | DK143456C (de) |
FR (1) | FR2192871B1 (de) |
GB (1) | GB1375133A (de) |
IT (1) | IT992610B (de) |
NL (1) | NL7304672A (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD66412A (de) * |
-
1972
- 1972-07-13 DE DE19722234515 patent/DE2234515C3/de not_active Expired
-
1973
- 1973-03-26 GB GB1441373A patent/GB1375133A/en not_active Expired
- 1973-04-04 NL NL7304672A patent/NL7304672A/xx unknown
- 1973-07-11 IT IT2645173A patent/IT992610B/it active
- 1973-07-12 DK DK387673A patent/DK143456C/da not_active IP Right Cessation
- 1973-07-12 CA CA176,247A patent/CA1009548A/en not_active Expired
- 1973-07-12 FR FR7325561A patent/FR2192871B1/fr not_active Expired
- 1973-07-13 BE BE133465A patent/BE802325A/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK143456B (da) | 1981-08-24 |
FR2192871A1 (de) | 1974-02-15 |
FR2192871B1 (de) | 1977-02-18 |
DK143456C (da) | 1981-12-28 |
GB1375133A (de) | 1974-11-27 |
IT992610B (it) | 1975-09-30 |
CA1009548A (en) | 1977-05-03 |
DE2234515A1 (de) | 1974-01-24 |
DE2234515B2 (de) | 1980-07-31 |
NL7304672A (de) | 1974-01-15 |
BE802325A (fr) | 1973-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009005837B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumdünnstäben | |
DE2752308A1 (de) | Vorrichtung zum zuechten von einkristallen aus einer schmelze bei zufuehrung von zerkleinertem chargenmaterial | |
DE10137856B4 (de) | Durch tiegelloses Zonenziehen hergestellter Einkristall aus Silicium | |
EP1866466B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer einkristallinen si-scheibe mit annähernd polygonalem querschnitt | |
DE1254131B (de) | Verfahren zur Regelung der Dicke flacher, dendritischer Kristalle aus Silicium, Germanium oder Halbleiterverbindungen beim kontinuierlichen Ziehen aus einer Schmelze | |
DE1034772B (de) | Verfahren zum Ziehen von spannungsfreien Einkristallen fast konstanter Aktivatorkonzentration aus einer Halbleiterschmelze | |
DE3805118C2 (de) | ||
EP0758689B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen | |
DE2234515C3 (de) | Verfahren zum Herstellen von (111)-orientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abfallendem spezifischem Widerstand | |
DE2234512C3 (de) | Verfahren zum Herstellen von (Umorientierten Halbleitereinkristallstäben mit zur Stabmitte abtauendem spezifischem Widerstand | |
DE102010041061B4 (de) | Kristallisationsanlage und Kristallisationsverfahren zur Herstellung eines Blocks aus einem Material, dessen Schmelze elektrisch leitend ist | |
DE2254615A1 (de) | Erzeugung eutektischer koerper durch einachsig fortschreitende erstarrung | |
DE2240301A1 (de) | Verfahren zum herstellen von halbleitereinkristallstaeben mit zur stabmitte abfallendem spezifischen widerstand | |
DE1218412B (de) | Verfahren zum Herstellen von einkristallinem Halbleitermaterial | |
DE1209997B (de) | Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus schmelzbarem Material | |
DE1719500A1 (de) | Verfahren zur Zuechtung von Einkristallen | |
DE2548050A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen eines an seinem unteren ende mit dem angeschmolzenen keimkristall versehenen halbleiterkristallstabes | |
DE2952602C2 (de) | ||
DE2227750C3 (de) | Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers aus kristallinem Material, insbesondere aus Halbleitermaterial | |
DE1805971C (de) | Verfahren zum Verandern der kristal linen Struktur eines rohrförmigen Ausgangs knstalls insbesondere aus Halbleitermate rial, durch Zonenschmelzen | |
DE2110882A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum tiegellosen Ziehen strukturell hochwertiger Einkristallstaebe aus der Schmelze eines Halbleitermaterials | |
DE2051703A1 (de) | Verfahren zum Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere aus Silicium | |
DE2035314A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Ein kristallen aus Halbleitermaterial durch tie gelfreies Zoneschmelzen, durch dieses Verfahren hergestellter Einkristall und Vorrichtung zum Durchfuhren dieses Verfah rens | |
AT241538B (de) | Verfahren zur Herstellung von aus Halbleitermaterial bestehenden Kristallen, insbesondere Einkristallen | |
DE1264399B (de) | Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |