DE3035267C2

DE3035267C2 -

Info

Publication number: DE3035267C2
Application number: DE3035267A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Atsugi Kanagawa Jp Suzuki; Nobuyuki Isawa; Yasunori Ohkubo; Kinji Sagamihara Kanagawa Jp Hoshi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1992-06-11
Also published as: FR2465802A1; AT398582B; GB2059932B; IT8024803A0; ATA473180A; CA1177367A; NL8005228A; SE8006569L; DE3035267A1; GB2059932A; US4619730A; IT1141064B; FR2465802B1; US4622211A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation von elektrisch leitenden, flüssigen Materialien gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Wenn beispielsweise Siliciumkristalle nach der Czochralski-Methode gezüchtet werden, ergeben sich stets thermische Konvektionsströmungen in der Siliciumschmelze, da die Siliciumschmelze bei etwa 1420°C die kritische Rayleigh-Zahl übersteigt. Dies hat zur Folge, daß die Oberfläche der Siliciumschmelze vibriert, so daß die Dicke der Grenzschicht der Feststoff/Flüssigkeits-Grenzfläche des gezüchteten Materials sich ändert. Hierdurch erfolgt in dem gezüchteten Kristall eine mikroskopische Wiederauflösung, was zu einer unregelmäßigen Regregation von Verunreinigungen, dem Auftreten von Wirbeln oder dergleichen in dem in dieser Weise gezüchteten Kristall führt.

Weiterhin reagiert die Siliciumschmelze unter der Einwirkung ihrer thermischen Konvektionsströmung mit der Oberfläche eines aus Quarz (SiO₂) gefertigten Tiegels, so daß Sauerstoff, einer der Bestandteile des Quarztiegels, sich in der Siliciumschmelze löst. Im allgemeinen enthalten die in dieser Weise hergestellten Kristalle etwa 10¹⁸ Sauerstoffatome pro cm³. Bei der Temperatur, bei der die thermische Oxidation bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, durchgeführt wird, beispielsweise, bei 1000°C, beträgt die Löslichkeit des Sauerstoffs in der Siliciumschmelze etwa 3 × 10¹⁷ Atome pro cm³. Demzufolge wird während des üblichen Heizprozesses der Sauerstoff übersättigt, so daß eine Ausfällung des Sauerstoffs erfolgt. Das in dieser Weise ausgefällte Material liefert Keime, die Versetzungsschleifen, Stapelfehler und dergleichen verursachen. Weiterhin verursacht die Ausfällung von SiO₂ ein Verwerfen oder eine Verformung der Halbleiterplättchen bzw. -scheiben (wafer) bei dem während der Herstellung dieser Bauteile durchgeführten Heizzyklus.

Wie oben beschrieben zeigen die nach der Czochralski-Methode gezogenen Siliciumkristalle Probleme, wie eine mikroskopische Schwankung der Verunreinigungsverteilung, die bandartige Regregation von Sauerstoff, das Auftreten von Wirbeln, Fehlern und dergleichen. Im Gegensatz dazu sind die nach dem Zonenschmelzverfahren hergestellten Siliciumkristalle weniger durch das Tiegelmaterial verunreinigt und ihre Sauerstoffkonzentration beträgt weniger als 10¹⁶ Atome pro cm³. In diesem Fall wird wenig Sauerstoff ausgefällt. Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall jedoch weniger als 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt, werden Verschiebungen in dem Kristall begünstigt, was das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterbauteile stört.

Die US-PS 34 64 812 beschreibt ein horizontales Verfestigungsverfahren. Die Verfestigungszone und der feste Kristall stehen in direktem Kontakt mit der Wandung des Behälters bzw. Tiegels. Durch die Anwendung eines einseitig gerichteten stationären Magnetfeldes wird die Konvektionsströmung in der Flüssigkeit verringert, um hierdurch einheitlichere Verfestigungsprodukte zu erhalten.

Die GB-PS 11 43 543 bezieht sich auf ein horizontales Zonenschmelzverfahren und zielt darauf ab, durch Anlegen eines stationären Magnetfeldes des Auftreten von "Wachstumsstreifen" und "Widerstandsstreifen" in dem verfestigten Produkt zu verhindern. Dies folgt nur durch Beeinflussung des Auftretens von Temperaturschwankungen.

Die DE-OS 26 19 965 befaßt sich mit einem Verfahren zur kontrollierten Einstellung der Sauerstoffkonzentration in Siliciumkristallen, die aus einer in einem Siliciumtiegel enthaltenen Schmelze gezogen werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Siliciumtiegel einer Vorbehandlung unterzogen wird, um die Oberflächeneigenschaften der Innenwandungs-Siliciumfläche, die mit der Schmelze in Kontakt steht, so abzuändern, daß sich in der Schmelze während des Kristallabziehprozesses eine erhöhte Sauerstoffkonzentration einstellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung derart zu verbessern, daß die oben angesprochenen Nachteile nicht auftreten, welches ein stabiles Kristallwachstum mit wenig Wachstumsbändern unter Bildung einheitlicher Kristalle durch Verringerung der thermischen Konvektionsströmung der Schmelze ermöglicht und die Reaktion des geschmolzenen Siliciums mit einem beispielsweise aus Quarz gefertigten Tiegel verringert und die Ausbildung von Wellen auf der Oberfläche der Schmelze als Folge externer mechanischer Vibration ohne das Auftreten von durch Sauerstoffausfällung verursachten Verschiebungsschleifen verhindert.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch. Der Unteranspruch betrifft eine bevorzugte Ausführungsform dieses Erfindungsgegenstandes.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Kristallisation von Siliciumkristallen oder auch von Halbleiterverbindungen, wie GaAs, welche für die Herstellung von Halbleiterbauteilen eingesetzt werden, weil nur eine geringe Auflösung und Reaktion des Tiegelmaterials in dem flüssigen Material erfolgt. In dieser Weise können Halbleiterkristalle mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt werden, die für Bauteile mit hoher Durchlagsspannung oder für schnelle Transistoren des MOS-Typs verwendet werden können.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der Czochralski-Methode, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Temperatur einer Schmelze in einem Behälter in einem Abstand von 3 cm von der Wand wiedergibt;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der relativen Rotationsgeschwindigkeit zwischen Tiegel und Kristall und der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall wiedergibt;

Fig. 4 eine Kurve, die die Änderung der Sauerstoffkonzentration eines Querschnitts eines in der <100<-Richtung gezogenen Siliciumkristalls bei Anlegung und bei Nichtanlegung eines Magnetfelds verdeutlicht;

Fig. 5 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Stärke des an die Schmelze angelegten Magnetfeldes und der Sauerstoffkonzentration eines aus der Schmelze gezogenen Kristalls wiedergibt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall in seiner Längsrichtung zeigt;

Fig. 7 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Anzahl der Heizzyklen eines Halbleiterplättchens und seiner Verformung wiedergibt;

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die Verteilung des spezifischen Widerstandes eines mit Phosphor dotierten Kristalls in seiner radialen Richtung verdeutlicht; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die Verteilung des spezifischen Widerstandes eines mit Bor dotierten Kristalls in seiner Längsrichtung wiedergibt.

Die treibende Kraft, die eine Konvektionsströmung in einer Schmelze verursacht, steht mit der Rayleigh-Zahl N_Ra in Beziehung. Wenn man die Gravitationsbeschleunigung als g, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schmelze als α, die Temperaturdifferenz der Schmelze in lateraler Richtung (in der ein Magnetfeld angelegt wird) als ΔT, den inneren Durchmesser eines Tiegels, in dem die Schmelze vorliegt, als D, die kinematische Viskosität der Schmelze als ν und den thermischen Diffusionskoeffizienten als k bezeichnet, ergibt sich die Rayleigh-Zahl N_Ra wie folgt:

N_Ra = g · α · ΔT · D³/ν · k (1)

Wenn die Rayleigh-Zahl niedriger ist als der kritische Wert (etwa 2 × 10³) ist die Konvektionsströmung im wesentlichen eine laminare Strömung, so daß die Schmelze stabil ist; wenn die Rayleigh-Zahl jedoch den kritischen Wert übersteigt, wird die Konvektionsströmung nach und nach unregelmäßig, so daß die Schmelze bewegt wird. Mit größerem Durchmesser des Tiegels gewinnen große Rayleigh-Zahlen an Bedeutung. Beispielsweise beträgt sie etwa 10⁷ wenn D den Wert 20 cm beträgt und das Gewicht der Siliciumschmelze etwa 30 bis 50 kg beträgt.

In jüngster Zeit sind Halbleiterplättchen oder -scheibchen (wafer) mit einem großen Durchmesser (beispielsweise 12 cm) erforderlich geworden, so daß es von Bedeutung ist, bei der Herstellung guter Halbleiterplättchen die Konvektionsströmung der Schmelze zu unterdrücken.

Es ist bekannt, daß wenn ein Magnetfeld an eine Flüssigkeit mit guter elektrischer Leitfähigkeit anlegt, die effektive Viskosität des Materials hoch wird, da die das Magnetfeld durchlaufende bewegte Flüssigkeit durch das Lenz'sche Gesetz einer Kraft unterliegt, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Materials verläuft.

Die Viskosität einer Siliciumschmelze beträgt 8 × 10^-3 g/cm · s, was weniger ist als die von Wasser bei 20°C. Wenn an die Siliciumschmelze ein Magnetfeld von 0,2 T (2000 Gauß) angelegt wird, beträgt ihre effektive Viskosität 10 g/cm · s.

Wenn man die kritische Rayleigh-Zahl als N_Ra ^c bezeichnet, so ergibt sich die folgende Gleichung:

N_Ra ^c = τ²M² (2)

in der M für die dimensionslose Hartmann-Zahl steht, die der Stärke des Magnetfeldes proportional ist. Wenn das Magnetfeld angelegt wird, nimmt die kritische Rayleigh-Zahl einen hohen Wert an. Beispielsweise beträgt sie bei einem Magnetfeld von 0,15 T (1500 Gauß) etwa 9 × 10⁷, so daß die oben angesprochene Rayleigh-Zahl von 10⁷ kleiner ist, wodurch die Konvektionsströmung unterdrückt wird. Um lediglich das Bewegen oder Rühren der Flüssigkeit zu unterdrücken, genügt es ein Magnetfeld von einigen hundert Gauß an die Flüssigkeit oder das Fluid anzulegen.

Die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung in der Schmelze beträgt 5 bis 10 mm/s wenn kein Magnetfeld an die Schmelze angelegt wird und ist zu klein um gemessen werden zu können, wenn ein Magnetfeld mit einer Stärke von 0,4 T (4000 Gauß) an die Schmelze angelegt wird.

In dem Maß, in dem das Bewegen oder das Rühren der Schmelze durch die Anwendung des Magnetfeldes verschwindet, ist die treibende Kraft, die zu der Bewegung der Atome eines in der Lösung für das Kristallwachstum gelösten Materials beiträgt, lediglich die Diffusion. Als Ergebnis davon ergibt sich eine dicke und stabile Diffusionsgrenzschicht. Weiterhin wird die Reaktion der Siliciumschmelze mit dem Quarztiegel gemäß der Gleichung Si+SiO₂ → 2 SiO unterdrückt und der gelöste Sauerstoff wird nicht durch die Konvektionsströmung sondern lediglich durch Diffusion und die Feststoff/Flüssigkeits-Grenzfläche gefördert. Somit wird die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall verringert.

Es ist bekannt, daß man beim Züchten von InSb-Kristallen unter Anwendung eines horizontalen Systems ein Magnetfeld an die Schmelze anlegen kann, um darin auftretende thermische Konvektionsströmungen zu unterdrücken (Journal of Applied Physics, Vol. 37 (1966) 2021, US-PS 34 64 812 und Nature, Vol. 210 (1966) 933). Es wurde weiterhin versucht beim Züchten von In-Kristallen nach der Czochralski-Methode ein Magnetfeld anzuwenden (Journal of Materials Science, Vol. 5 (1970) 822). Bei diesem Experiment wurde jedoch beobachtet, daß zwar die Viskosität der Schmelze erhöht und die thermische Konvektionsströmung in der Schmelze verringert werden, daß jedoch auch die Gleichmäßigkeit der Verunreinigungsverteilung und die Stabilität der Schmelzoberfläche durch die Anwendung des Magnetfeldes verschlechtert wurden. Somit wurde berichtet, daß die Anwendung eines Magnetfeldes bei der Czochralski-Methode keine Vorteile bringt. Als Folge davon wurde später beim Kristallzüchten kein Magnetfeld mehr angelegt.

Im folgenden sei die Erfindung näher anhand eines Beispiels erläutert, das die Anwendung der Czochralski-Methode zum Züchten von Siliciumkristallen beschreibt, wobei die thermische Konvektionsströmung in der Siliciumschmelze erfindungsgemäß durch Anlegen eines einseitig gerichteten stationären Magnetfeldes an die Siliciumschmelze verringert wird.

Beispiel

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung der Czochralski-Methode, die für die Durchführung des Beispiels der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die in der Fig. 1 dargestellte Bezugsziffer 1 steht für ein geschmolzenes Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie für eine Siliciumschmelze. Diese Siliciumschmelze 1 ist in einem Behälter oder einem Tiegel 2 aus einem isolierenden Material, wie Quarz, enthalten. Außerhalb des Behälters 2 ist eine Heizeinrichtung 3 angeordnet, um den Behälter 2 aufzuheizen. In diesem Fall wird ein Siliciumeinkristall 4 mit Hilfe eines Ziehspannfutters 5 aus einem Einkristallkeim gezogen. Die Ziehstange einschließlich des Spannfutters 5 ist von einem Mantel 6 aus rostfreiem Stahl umgeben, in dem gasförmigen Argon zirkuliert. An der Außenseite des Mantels 6 aus rostfreiem Stahl ist ein Paar von Magnetfeld erzeugenden Einrichtungen, wie von Elektromagneten 7 angeordnet, die einander mit dem dazwischenliegenden Mantel 6 gegenüberliegen. In diesem Fall beträgt der horizontale Abstand zwischen den Polen der Elektromagnete 7 beispielsweise 35 cm, wobei die Heizeinrichtung 3 aus einem zickzack-förmig angeordneten Widerstand besteht, der mit einem Gleichstrom mit einer Restwelligkeit von weniger als 4% oder einem Wechselstrom oder einem pulsierenden Strom mit einer Frequenz von mehr als 1 KHz versorgt wird, um ein Virbrieren der Heizeinrichtung 3 zu verhindern.

2 bis 3 Minuten nachdem ein Magnetfeld von 0,4 T (4000 Gauß) mit Hilfe der Elektromagnete 7 an die in dem Behälter 2 enthaltene Schmelze 1 angelegt wird, stabilisiert sich die zuvor schwankende Temperatur der Schmelze 1 und die zuvor Wellen aufweisende Oberfläche der Schmelze 1 wird glatt. Die Temperaturschwankungen der Schmelze betragen 5 bis 10°C ohne das angelegte Magnetfeld und lediglich noch 0,1 bis 0,2°C nach dem Anlegen des Magnetfeldes.

Die Fig. 2 verdeutlicht anhand einer Kurve die Temperatur der Schmelze an einer Position, die sich in einem Abstand von 3 cm von der Tiegelwandung befindet. Wenn die Wärmeübertragung von außen zu der Schmelze in dem Tiegel konstant ist, ist die Wärmeverteilung der Schmelze in dem Tiegel konstant, wobei der Temperaturgradient der Schmelze bei angelegtem Magnetfeld schärfer ist. Der scharfe oder abrupte Temperaturgradient in der Schmelze längs der Kristallzüchtrichtung verhindert ein zu starkes Kühlen der Schmelze.

Die Seitenoberfläche des in dem Magnetfeld gezogenen Kristallstabes ist glatt, da die Wellen auf der Oberfläche der Schmelze und ihre Temperaturschwankungen gering sind.

Vergleicht man Querschnitte von Kristallen, die ohne Drehbewegung gezogen worden sind, so lassen sich ohne weitere Streifenmuster auf den Schnitten der Kristalle feststellen, die ohne die Anwendung eines Magnetfeldes gezogen worden sind, welche Streifenmuster eine Folge sind der unterschiedlichen Verunreinigungskonzentration, die sich durch die unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeit als Folge der Temperaturschwankungen ergibt; man kann jedoch solche Streifenmuster nicht bei den Querschnitten jener Kristalle beobachten, die unter angelegtem Magnetfeld gezogen worden sind. Bei den Kristallen, die nach der Czochralski-Methode gezogen worden sind, wird stark angereicherter Sauerstoff in Form dieses Streifenmusters ausgeschieden.

Erfindungsgemäß werden der Tiegel 2 und das Spannfutter 5 relativ zueinander nicht oder nur langsam mit etwa 0,1 bis 0,2 min^-1 gedreht.

Die Fig. 3 zeigt anhand von Kurven die Beziehung zwischen der relativen Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Tiegel und dem Ziehspannfutter und der Sauerstoffkonzentration des in dieser Weise gezogenen Kristalls. Die in der Fig. 3 dargestellte gestrichelte Kurve verdeutlicht den Fall der Nichtanwendung eines Magnetfeldes, während die ausgezogene Linie für die Verfahrensführung steht, die unter Anlegung eines Magnetfeldes von 0,4 T (4000 Gauß) durchgeführt wurde.

Um einen Kristall mit vollständig kreisförmigem Querschnitt ohne Drehbewegung zu ziehen, wird die Heizeinrichtung 3 in mehrere Heizeinrichtungen, beispielsweise 8 Heizeinrichtungen, aufgeteilt, die auf einem Kreis außerhalb des Tiegels 2 in gleichem Winkelabstand angeordnet sind, wobei die Temperatur einer jeden Heizeinrichtung unabhängig gesteuert werden kann.

Die Fig. 4 verdeutlicht anhand einer Kurve die Änderung der Sauerstoffkonzentration über den Querschnitt eines Siliciumkristalls, der in der <100<-Richtung gezüchtet wird, wobei während des Züchtungsvorgangs ein Magnetfeld angelegt und dann abgeschaltet wird.

Die Fig. 5 verdeutlicht anhand einer Kurve die Beziehung zwischen der Stärke des an die Schmelze angelegten Magnetfeldes und der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall, dessen Durchmesser 76 mm beträgt, wobei in diesem Fall der Impfkristall mit einer Drehzahl von 20 min^-1 gedreht wird und die Ziehgeschwindigkeit 1 mm/min beträgt. In diesem Fall verschwindet die thermische Konvektionsströmung in der Schmelze beim Anlegen eines Magnetfeldes von etwa 0,15 T (15000 Gauß), wobei bei einem größeren Magnetfeld keine wesentliche Änderung der Sauerstoffkonzentration mehr erfolgt. Demzufolge genügt es zur Unterdrückung der Ausbildung von Wellen auf der Oberfläche der Schmelze als Folge externer mechanischer Vibrationen ein Magnetfeld von mehr als 0,15 T (1500 Gauß) anzulegen.

Die Fig. 6 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall in seiner Längsrichtung. Die weißen Punkte stehen für die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall, der ohne Anlegen eines Magnetfeldes gezogen worden ist, während die schwarzen Punkte die Sauerstoffkonzentration des Kristalls wiedergeben, der unter Anlegen eines Magnetfeldes an die Schmelze gezogen worden ist. Der bevorzugte Bereich der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall beträgt 3 × 10¹⁷ bis 7,5 × 10¹⁷ Atome/cm³, um eine Sauerstoffausfällung in dem Kristall zu vermeiden und die Empfindlichkeit des Materials gegen thermische Schocks zu verringern. Durch das Züchten der Kristalle in dem Magnetfeld werden diese Bedingungen erfüllt. Wenn der Kristall, der unter Anwendung eines Magnetfeldes gezüchtet worden, und dessen Sauerstoffkonzentration 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt, thermisch oxidiert wird, sind die durch die Oxidation verursachten Stapelfehler (oxidation induced stacking faults OSF) und Verschiebungen infolge der Ausfällung von Sauerstoff nicht zu beobachten. Die Zeugung von Verschiebungsschleifen durch Sauerstoffausfällung verursachen ein Verwerfen und ein Verziehen der Halbleiterplättchen - oder -scheibchen nach der Durchführung der Wärmezyklen.

Die Fig. 7 verdeutlicht die Beziehung zwischen der Anzahl der Heizzyklen eines Halbleiterplättchens und seines Verwerfens oder seiner Verformung nachdem das Plättchen mit einem Durchmesser von 52 mm und einer Dicke von 380 µm während einer Stunde auf 1050°C erhitzt und anschließend schnell von 1100°C auf Raumtemperatur abgekühlt worden ist. In der Darstellung der Fig. 7 steht die Kurve A für einen nach der Czochralski-Methode gezüchteten Kristall, der ohne die Anwendung eines Magnetfeldes gezogen worden ist und dessen Sauerstoffkonzentration 3 × 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt, während die Kurve B für einen durch Zonenschmelzen ohne die Anwendung eines Magnetfeldes gezogenen Kristall steht, dessen Sauerstoffkonzentration 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt, während die Kurve C für einen nach der Czochralski-Methode gezogenen Kristall steht, der unter Anwendung eines Magnetfeldes auf die Schmelze gezogen worden ist und dessen Sauerstoffkonzentration 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt. Die Sauerstoffkonzentration die oberhalb des geeigneten Bereiches liegt, führt zu einer Ausfällung des Sauerstoffs in dem Halbleiterplättchen, während eine Sauerstoffkonzentration unterhalb des geeigneten Bereiches die Weitergabe von Verschiebungen nicht verhindert und gegebenenfalls zu dem Auftreten von Verwerfungen und Verformungen des Halbleiterplättchens beiträgt.

Die Fig. 8 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Verteilung des spezifischen Widerstandes eines mit Phosphor dotierten Kristalls in radialer Richtung. In der Kurve der Fig. 8 stehen die schwarzen Punkte im oberen Bereich für den spezifischen Widerstand eines Kristalls, der ohne die Anwendung eines Magnetfeldes gezogen worden ist, während die weißen Flecken im unteren Bereich der Graphik den spezifischen Widerstand des Kristalls wiedergeben, der unter Anlegen eines Magnetfeldes an die Schmelze gezogen worden ist. Die Abweichung der Verteilung des spezifischen Widerstandes ist im letzteren Fall geringer als im ersteren Fall.

Die Fig. 9 verdeutlicht anhand einer Kurvendarstellung die Verteilung des spezifischen Widerstands in Längsrichtung eines mit Bor dotierten Kristalls, der zur Erzeugung von Donoren während 100 Stunden bei 450°C wärmebehandelt worden ist. Die Kurve D steht für den Kristall, der ohne die Anwendung eines Magnetfeldes gezogen worden ist, und dessen Sauerstoffkonzentration 1,1 × 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt, während die Kurve E die Eigenschaften eines Kristalls wiedergibt, der unter Anlegen eines Magnetfeldes gezogen worden ist und dessen Sauerstoffkonzentration 4 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt. Im Fall des ersteren Kristalls D ergibt der teilweise in dem Kristall segregierte Sauerstoff eine Verunreinigung des Donor-Typs, so daß sich der spezifische Widerstand des Kristalls mikroskopisch ändert. Erfindungsgemäß erhält man ein Halbleiterplättchen des P-Typs mit einem spezifischen Widerstand 200 Ω · cm ausgehend von einem nicht dotierten Kristall.

Wenn man ein Magnetfeld anlegt, nimmt die Dicke der Grenzschicht (Diffusionsschicht) zwischen der Feststoff/Flüssigkeits-Grenzschicht zu, wobei davon ausgegangen wird, daß beim Dotieren mit Phosphor der wirksame Segregationskoeffizient um etwa 20% gesteigert wird.

Wenn man kein Magnetfeld an die Siliciumschmelze anlegt, beträgt die Sauerstoffkonzentration der Siliciumschmelze in dem Quarztiegel, dessen Durchmesser 123 mm beträgt etwa 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ und zwar sowohl in der Mitte als auch in den Randbereichen des Tiegels, während bei Anlegen eines Magnetfeldes von 4000 Gauß an die Siliciumschmelze die Sauerstoffkonzentration der Siliciumschmelze im peripheren Bereich des Quarztiegels 9 × 10¹⁷ Atome/cm³ und im mittleren Bereich des Quarztiegels 6,6 × 10¹⁷ Atome/cm³ betragen.

Wenn erfindungsgemäß das Magnetfeld an die Siliciumschmelze angelegt wird, nimmt die Konvektionsströmung ab, so daß die Reaktion der Siliciumschmelze mit dem Quarztiegel oder das Auflösen der Tiegelbestandteile (SiO oder O) verringert wird, wobei der Sauerstofftransport nur durch Diffusion erfolgt, so daß die Transportgeschwindigkeit des Sauerstoffs bzw. die Lösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs gering werden, so daß demzufolge die Bewegung des Sauerstoffs zu der Grenzfläche zwischen dem Feststoff und der Flüssigkeit vermindert wird.

Man kann das erfindungsgemäße Verfahren auf das Züchten von Kristallen aus Metallen und die dielektrische Herstellung von Legierungen und dergleichen neben dem Züchten von Kristallen aus Halbleitermaterialien oder magnetischen Materialien anwenden.

Claims

1. Verfahren zur Kristallisation von elektrisch leitenden, flüssigen Materialien durch Ziehen eines Kristalls aus der Schmelze nach der Czochralski-Methode unter Anlegen eines einseitig gerichteten stationären Magnetfelds an das flüssige Material, bei dem man einen Behälter aus einem isolierenden Material mit dem flüssigen, elektrisch leitenden Material beschickt, dadurch gekennzeichnet, daß man die elektrische Heizeinrichtung des Behälters mit Gleichstrom mit einer Restwelligkeit von weniger als 4% oder einem Wechselstrom oder pulsierenden Strom mit einer Frequenz von mehr als 1 kHz versorgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Elements zu der Verfestigungszone durch eine Verminderung der Konvektionsströmung des flüssigen Materials gesteuert wird.