NL8005228A

NL8005228A - Werkwijze voor het bewerken van de overgang in vaste toestand.

Info

Publication number: NL8005228A
Application number: NL8005228A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1981-03-24
Also published as: FR2465802A1; SE8006569L; DE3035267A1; IT8024803A0; DE3035267C2; GB2059932B; US4619730A; IT1141064B; AT398582B; CA1177367A; FR2465802B1; US4622211A; GB2059932A; ATA473180A

Description

, *' * Br/Bl/lh/1166

Werkwijze voor het bewerken van de overgang in vaste toestand.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een werkwijze voor het bewerken van de overgang in vaste toestand van vloeibaar materiaal en is meer in het'bijzonder gericht op een werkwijze voor het bewerken van de overgang 5 in de vaste toestand, die toegepast wordt bij een methode voor de kristalgroei uit een gesmolten materiaal met een voldoend elektrisch geleidend vermogen.

Indien men bijvoorbeeld silicium volgens de Czochralski methode tot kristallen laat aangroeien treedt in 10 de siliciumsmelt steeds stroming op door thermische convectie omdat silicium bij een temperatuur.van ongeveer 1420°C smelt en het kritische Rayleigh-g'etal wordt overschreden.

Het oppervlak van de siliciumsmelt wordt daarom getrild, waardoor de dikte van de grenslaag aan het grensvlak tussen 15 vast en vloeibaar in het aangroeiende materiaal aan fluctuatie onderhevig is. In het aangroeiende kristal treedt op dit moment op microscopische schaal een weer-oplossen. op. In het op deze wijze tot aangroeien gebrachte kristal treden zo lokale defecten op, zoals een onregelmatige segregatie van 20 verontreinigingen, wervels en dergelijke.

Tengevolge van de stroming door thermische convectie van de siliciumsmelt reageert deze siliciumsmelt eveneens met het oppervlak van een uit kwarts (Si02) vervaardigde kroes, waardoor zuurstof, die êên van de bestanddelen van de 25 kwartskroes is, in de siliciumsmelt oplost. In het algemeen bevat het op deze wijze gevormde kristal zuurstof in een 18 3 hoeveelheid van ongeveer 10 atomen/cm . Bij een temperatuur, waarbij de thermische oxidatie uitgevoerd wordt bij een proces voor de vervaardiging van halfgeleiderinrichtingen, 30 bijvoorbeeld een temperatuur van 1000°C, bedraagt de oplos- 17 baarheid van zuurstof in de siliciumsmelt ongeveer 3 x 10 atomen/cm . Tijdens het gebruikelijke verhittingsproces is dus sprake van een oververzadiging aan zuurstof, waardoor een o η n r 9 9 fi -2- precipitatie van zuurstof optreedt. De op deze wijze geprecipiteerde materialen vormen kernen, die aanleiding geven tot lusvormige dislokaties, roosterfouten en dergelijke.

Verder geeft de precipitatie van SiC^ in een halfgeleider-5 plaatje aanleiding tot kromtrekken bij de verhittingscyclus tijdens het produktieproces daarvan.

Zoals bovenstaand is opgemerkt geven de volgens de Czochralski methode vervaardigde siliciumkristallen aanleiding tot problemen, zoals een microscopische fluctuatie 10 van de verontreinigingverdeling, een bandvormige segregatie van zuurstof, wervels, defecten enz. Een volgens de methode met de lopende smeltzone vervaardigd siliciumkristal is daarentegen minder verontreinigd met een kroesmateriaal en 16 de zuurstofconcentratie daarvan bedraagt minder dan 10 15 atoom/cm . In dit geval treedt weinig precipitatie van zuurstof op. Wanneer de zuurstofconcentratie in een kristal 17 3 echter minder wordt dan 1 x 10 atomen/cm , treedt een ander probleem op, namelijk het probleem, dat een dislokatie in het kristal de neiging bezit zich voort te zetten, hetgeen 20 tot moeilijkheden leidt tijdens het produktieproces van een halfgeleiderinrichting.

De uitvinding heeft daarom ten doel een nieuwe werkwijze te verschaffen voor het bewerken van de overgang in vaste toestand van een vloeistof in een houder.

25 Tevens heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen voor het bewerken van de overgang in vaste toestand, waarbij op het in een kroes aanwezige vloeibare materiaal, zoals een smelt, oplossing en dergelijke, een veld wordt aangelegd in een richting dwars op de kroes (hori-30 zontale). ten einde daardoor de stroming door convectie van de smelt of oplossing te onderdrukken en zo het oplossen van de betreffende component van de kroes in de smelt of oplossing tegen te gaan.

Verder heeft de uitvinding ten doel een werkwijze 35 te verschaffen voor het bewerken van een kristallisatie, waarbij in het geval een siliciumkristal tot aangroeiing wordt gebracht volgens de Czochralski methode op een silicium-smelt een magnetisch veld wordt aangelegd om de stroming 8005228 -3- door thermische convectie daarvan te verminderen en daardoor een stabiele kristalgroei op uniforme wijze met weinig of geen groeibanden te bewerkstelligen.

Bovendien heeft de uitvinding ten doel een werk-5 wijze te verschaffen voor het bewerken van een kristallisatie, die toegepast wordt bij de produktie van een halfgeleider-inrichting, waarbij de reaktie van gesmolten silicium met een uit kwarts vervaardigde kroes wordt verminderd en zo de zuurstofconcentratie in een door aangroeiing verkregen kris-10 tal wordt verlaagd, hetgeen ertoe zal leiden, dat weinig precipitatie van zuurstof optreedt, die tijdens het produktie-proces van een halfgeleiderinrichtingldefecten veroorzaakt, minder kromtrekken optreedt van een halfgeleiderplaatje, dat geschikt is om bij een fotoproces te worden gebruikt, 15 slechts een geringe spreiding van de specifieke weerstand in het plaatje optreedt alsmede het langere gebruiksduur wordt bereikt zodat de inrichtingen uniforme karakteristiek bezit en de stroom daarin bij afwezigheid van belichting wordt verminderd.

20 Tevens heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen voor het bewerken van de overgang in vaste toestand, doe toegepast kan worden bij de produktie van een kristal of een legering, die uit meer dan twee typen materialen met een verschillend soortelijk gewicht bestaat, omdat 25 de stroming door convectie in de gesmolten materialen wordt onderdrukt.

Verder heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen, die toegepast kan worden bij het laten aangroeien van lintvormige kristallen omdat in het oppervlak 30 alsmede in de temperatuur van de smelt of oplossing minder fluctuatie optreedt.

Bovendien heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen, die toegepast kan worden bij de kristalgroei van een halfgeleiderverbinding, zoals GaAs en derge-35 lijke, omdat slechts weinig oplossen van een component van de kroes (Si) in_het vloeibare materiaal, optreedt.

Eveneens heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen, die toegepast kan worden bij de ver- -4- vaardiging van een halgeleiderkristal met een hoge specifieke weerstand, zoals toegepast wordt voor een inrichting met een hoger doorslagspanning of een met hoge snelheid werkende transistor van het MOS-type.

5 Volgens een aspect van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het bewerken van de overgang in vaste toestand, waarbij uitgegaan wordt van een vloeibaar materiaal in een houder en op het vloeibare materiaal een in één richting gericht stationair magnetisch veld wordt aange-]10 legd, zodat het oplossen van ten minste één elementair materiaal van de houder in het vloeibare materiaal in hoofdzaak door diffusie daarvan zal plaatsvinden.

Ander doelstellingen, aspecten en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit een volgende be-15 schrijving, die gegeven wordt aan de hand van de bijgaande tekening, waarin

Figuur 1 een schematisch beeld toont van een inrichting voor het uitvoeren van de Czochralski methode, waarop de uitvinding wordt toegepast; 20 Figuur 2 een grafiek toont, waaruit de tempera tuur van de smelt in een houder blijkt op een afstand van 3 cm van de wand daarvan;

Figuur 3 een grafiek toont, waaruit het verband tussen een relatieve omwentelingssnelheid van een kroes en 25 een kristal en de zuurstofconcentratie in een kristal blijkt;

Figuur 4 een grafiek toont, waaruit de zuurstof-concentratie in dwarsrichting van een siliciumkristal blijkt, dat in de (100) richting is getrokken overgaande van een aangelegd magnetisch veld op het niet-aanleggen daarvan; 30 Figuur 5 een grafiek toont, waaruit het verband tussen de sterkte van het op de smelt aangelegde magnetische veld en de zuurstofconcentratie in een uit de smelt vervaardigd kristal blijkt;

Figuur 6 een grafiek toont, waaruit de verdeling 35 van de zuurstofconcentratie in een kristal blijkt in de lengterichting daarvan;

Figuur 7 een grafiek toont, waaruit het verband tussen het aantal verhittingcycli van een plaatje en de ver- 8005228 -5- vorming daarvan blijkt;

Figuur 8 een grafiek toont, waaruit de verdeling van de specifieke weerstand van een met fosfor gedoteerd kristal blijkt in de richting van de straal daarvan; en 5 Figuur 9 een grafiek toont, waaruit de verdeling van de specifieke weerstand van een met boor gedoteerd kristal blijkt in de lengterichting daarvan.

Voor een goed begrip van de uitvinding zal eerst een algemene beschrijving worden gegeven van het gebied, 10 waarop de uitvinding betrekking heeft.

De stuwende kracht, die in een smelt een stroming door convectie veroorzaakt, houdt verband met het Rayleigh-getal N„ . Wanneer de zwaartekrachtversnelling aangeduid wordt als g, the thermische uitzettingscoefficient van de smelt 15 als o(, het temperatuurverschil van de smelt in de laterale richting (waarlangs een magnetisch veld wordt aangelegd) als Δ T, de inwendige diameter van een kroes, waarin de smelt verkeert, als D, de kinematische viscositeit van de smelt als Ϋ, en de thermische diffusieeoefficient als k, kan het 20 Rayleigh--ge tal NRa als volgt worden uitgelegd NRa = g . 9< . AT.D3/v.k .......(1) .

In het geval het Rayleigh-getal beneden de kriti- 3 sche waarde daarvan (ongeveer 2 x 10 ) ligt, is de door convectie veroorzaakte stroming in de smelt een bij benadering 25 laminaire stroming en is de smelt dus stabiel, maar indien het Rayleigh-getal de kritische waarde daarvan overschreidt, wordt de door convectie veroorzaakte stroming geleidelijk onregelmatig zodat de smelt als het ware in geroerde toestand verkeert. Indien de diameter van de kroes groot wordt vormt 30 een hoog Rayleigh-getal een probleem. Zo bedraagt het Rayleigh- 7 getal bijvoorbeeld ongeveer 10 in het geval D = 20 cm en het gewicht van de siliciumsmelt ongeveer 30-50 kg bedraagt.

Sinds kort zijn plaatjes met een grote diameter (bijvoorbeeld 12 cm) vereist, zodat het van belang is de 35 door convectie veroorzaakte stroming in de smelt te onderdrukken wil men-een goed plaatje vervaardigen.

Het is bekend, dat indien een magnetisch veld op een tot stroming in staat zijnd medium met een goed elektrisch -6- geleidingsvermogen wordt aangelegd/ de effectieve viscositeit daarvan hoog wordt, omdat het bewegende medium, dat het magnetische veld doorloopt, volgens de wet van Lenz onderhevig is aan een kracht onder een rechte hoek ten opzichte van de 5 bewegingsrichting.

De viscositeit van silicium in de smelt bedraagt _3 8 x 10 g/cm.sec hetgeen kleiner is dan de viscositeit van water bij 20°C. Indien op de siliciumsmelt een magnetisch veld van 2000 Gausse wordt aangelegd, wordt de effectieve 10 viscositeit van de smelt 10 g/cm.sec.

Wanneer het kritische Rayleigh-getal aangeduid wordt als N_ c, is dit als volgt tta o o NRaC =TT U ...... (2) waarin M het dimensieloze Hartmann-getal is, dat evenredig 15 is met de grootte van het magnetische veld. Indien het magnetische Veld wordt aangelegd, wordt het kritisch Rayleigh- ‘ getal hoog, bijvoorbeeld ongeveer 9 x 10 bij een magnetisch veld van 1500 Guasse, hetgeen hoger is dan het bovenvermelde 7

Rayleigh-getal van 10 , zodat de stroming door convectie 20 wordt onderdrukt. Voor.een eenvoudige onderdrukking van de roerbeweging van het medium is het voldoende op het medium een magnetisch veld van ongeveer verscheidene honderden Gausse aan te leggen.

De snelheid van de door convectie veroorzaakte 25 stroming in de smelt bedraagt 5-10 mm/sec, indien geen magnetisch veld op de smelt wordt aangelegd, terwijl de snelheid onmeetbaar klein zal zijn indien een magnetisch veld met een sterkte van 4000 Gausse op de smelt wordt aangélegd.

Daar de roerbeweging van de smelt tengevolge van 30 het aanleggen van het magnetische veld verdwijnt blijft alléén de diffusie als stuwende kracht over, die bijdraagt tot de beweging van de atomen van de in de oplossing opgeloste stof voor de kristalgroei. Als gevolg daarvan wordt de dif-fusiegrenslaag dik genoeg om stabiel te zijn. Verder wordt 35 de reaktie van de siliciumsmelt met een kwartskroes: si + SiC>2 —^ 2SiO, onderdrukt en wordt de opgeloste zuurstof naar het grensvlak tussen vaste en vloeibare fase niet door een door convectie veroorzaakte stroming getransporteerd 8005228

*· -X

-7- maar alleen diffusie. Zo wordt de zuurstofconcentratie in het kristal verlaagd.

Op het onderhavige gebied is het bekend, dat bij een methode volgens het horizontale systeem voor het laten 5 aangroeien van een InSb kristal een magnetisch veld kan worden aangelegd op de smelt daarvan om daarin door thermische convectie veroorzaakte stroming te onderdrukken (vergelijk Journal of Applied Physics, Vol. 37, blz. 2021,(1966) d£

Amerikaans octrooischrift no. 3.464.812 en Nature, Vol. 210, 10 blz. 933, (1966)). Later is gepoogd het aanleggen van een magnetisch veld toe te passen bij het laten aangroeien van een In-kristal volgens de Czochralski methode (vergelijk Journal of Materials Science, Vol. 5, blz. 822 (1970)).

Bij deze proef werd evenwel waargenomen, dat de viscositeit 15 van de smelt werd verhoogd en dat de door thermische convectie veroorzaakte stroming in de smelt werd verminderd, maar dat door het aanleggen van dat magnetische veld de gelijkmatigheid van de verdeling van verontreinigingen en de stabiliteit van het smeltoppervlak echter minder goed werden.

20 Zo. werd vermeld dat het aanleggen van een magnetisch veld bij de Czochralski methode niet van voordeel bleek te zijn.

Daarna zijn geen pogingen ondernomen een magnetisch veld aan te leggen bij het laten aangroeien van kristallen.

Onderstaand, zal nu een voorbeeld van de uitvin-25 ding worden beschreven, dat betrekking heeft op de toepassing van de Czochralski methode voor het laten aangroeien van siliciumkristallen, waarbij de door thermische convectie veroorzaakte stroming in de siliciumsmelt wordt verminderd door op de siliciumsmelt een in één richting gericht statio-30 nair magnetisch veld aan te leggen.

In figuur 1 is nu een schematisch beeld weergegeven van een inrichting voor het uitvoeren van de Czochralëki methode, waarop een voorbeeld van de uitvinding wordt toegepast. In figuur 1 geeft 1 een gesmolten materiaal met een 35 hoog elektrisch geleidingsvermogen aan, zoals een smelt van silicium. Deze siliciumsmelt 1 bevindt zich in een houder of kroes 2 van isolerend materiaal, zoals kwarts. Buiten de houder 2 bevindt zich een verhitter 3 voor het verhitten van οηης ?28 -8- de houder 2. In het onderhavige geval wordt een silicium één kristal 4 via een ent-éën kristal omhoog getrokken met behulp van een klembus 5. De trekstaaf met inbegrip van de klèmbus 5 is omgeven door eeh roestvrijstalen mantel 6, waardoor men 5 argongas laat circuleren. Buiten de roestvrijstalen mantel 6 bevindt zich een paar elementen voor het opwekken van een magnetisch veld/ zoals elektromagneten:?, die tegenover elkaar zijn opgesteld met hiertussen de mantel 6. In het onderhavige geval wordt de horizontale afstand tussen de polen van de 10 elektromagneten 7 zo gekozen, dat deze bijvoorbeeld 35 cm bedraagt, en bestaat de verhitter 3 uit een weerstand met een zigzagpatroon, die gevoed wordt met een gelijkstroom, waarvan de rimpelcomponenten minder dan 4% bedragen, of met een wisselstroom of pulserende gelijkstroom van meer dan 1 kHz 15 ten einde te voorkomen, dat de verhitter 3 gaat trillen.

Na verloop van 2-3 minuten, gerekend vanaf het moment, dat het magnetische veld van 4000 Gausse op de smelt 1 in de houder 2 wordt aangelegd met behulp van de elektromagneten 7, wordt de temperatuur van de smelt 1, die te voren 20 aan fluctuatie onderhevig was, stabiel en wordt het oppervlak van de smelt 1, dat te voren rimpelingen vertoonde, glad.

De temperatuurfluctuatie van de smelt bedraagt. 5-l0°C, indien op de smelt geen magnetisch veld wordt aangelegd, maar wordt 0,1-0,2°C, indien daarop wel een magnetisch veld wordt 25 aangelegd.

In figuur 2 is een grafiek weergegeven, waaruit de temperatuur van de smelt blijkt op een plaats, die 3 cm van de wand van de kroes verwijderd. Indien de warmte-over-dracht tussen de smelt en de kroes en de buitenzijde daar-30 van constant is, is de temperatuurverdeling van de smelt in de kroes constant en is de temperatuurgradient in de smelt scherp, indien daarop geen magnetisch veld wordt aangelegd.

De scherpe of abrupte temperatuurgradient in de smelt in de richting van het aangroeien van het kristal voorkomt een 35 overmatige afkoeling van de smelt.

Het-zijoppervlak van een kristalwerkstuk dat in het magnetische veld tot aangroeiing wordt gebracht, is glad, omdat de rimpelingen aan het oppervlak van de smelt alsmede «o 0 5 2 2 8 -9- de temperatuurfluctuatie daarvan gering zijn.

Bij vergelijking van dwarsdoorsneden van kristallen, die zender te worden geroteerd zijn getrokken, zijn aan de dwarsdoorsnede van kristallen, waaróp geen magnetisch 5 veld is aangelegd, duidelijk streeppatronen waarneembaar tengevolge van het verschil in verontreinigingsconcentratie, dat veroorzaakt wordt door het verschil in aangroeisnelheid, dat toe te schrijven is aan de temperatuurfluctuatie, maar is niet een dergelijk streeppatroon waarneembaar aan de dwars-10 doorsnede.van een kristal, waarop een magnetisch veld is aangelegd. Bij de kristallen, die volgens de Czochralski methode worden vervaardigd, treedt een precipitatie van zuurstof in hoge concentratie op in de vorm van het streeppatroon.

Bij de uitvinding worden de kroes 2 en de klembus 15 5 voor het wegtrekken niet ten opzichte van elkaar geroteerd of slechts langzaam met een snelheid van ongeveer 0,1-0,2 r/m ten opzichte van elkaar geroteerd.

In figuur 3 is een grafiek weergegeven, waaruit het verband tussen de relatieve omwentelingssnelheid tussen 20 de kroes en de klembus voor het wegtrekken en de zuurstof-concentratie in het op deze wijze tot aangroeiing gebrachte kristal blijkt. In de grafiek van figuur 3 geeft de onderbroken lijn het geval aan, dat geen magnetisch veld wordt aangelegd, terwijl de ononderbroken lijn het geval aangeeft, 25 waarbij een magnetisch veld van 4000 Gausse wordt aangelegd.

Om zonder rotatie een kristal met een volkomen simpelvormige dwarsdoorsnede te laten aangroeien wordt de verhitter 3 onderverdeeld in een aantal verhittingsorganen, bijvoorbeeld 8 verhittingsorganen, die langs een cirkel!·) 30 buiten de kroes 2 zijn opgesteld onder een gelijke hoekaf-stand en wordt de temperatuur van elk verhittingsorgaan afzonderlijk geregeld.

In figuur 4 is een grafiek weergegeven, waaruit de vergelijkbare zuurstofconcentratie in de dwarsdoorsnede 35 van een siliciumkristal blijkt, dat in de O00) richting tot aangroeiing is gebracht, waarbij eerst het magnetische veld werd aangelegd, dat vervolgens werd uitgeschakeld.

8005 228 In 5 is een 9rafiek weergegeven, waaruit -10- het verband tussen de sterkte van een op de smelt aangelegd magnetisch veld en de zuurstofconcentratie in het kristal met een diameter van 76 mm blijkt onder omstandigheden,^waarbij het entkristal met een snelheid van 20 r/m wordt geroteerd 5 en de wegtreksnelheid 1 mm/min bedraagt. In dit geval verdwijnt bij het aanleggen van een magnetisch veld van ongeveer 1500 Gausse de door thermische convectie veroorzaakte stroming in de smelt, terwijl geen aanzienlijke wijzigingen van de zuurstofconcentratie optreden bij hogere magnetische veld-10 sterkten. Voor het onderdrukken van de rimpeling in het oppervlak van de smelt tengevolge van externe mechanische trillingen is het echter van nut een magnetisch veld van meer dan 1500 Gausse aan te leggen.

In figuur 6 is een grafiek weergegeven, waaruit 15 de verdeling van de zuurstofconcentratie in een kristal in de lengterichting daarvan blijkt. De openccirkels geven de zuurstofconcentratie aan in een kristal, dat tot aangroeiing is gebracht terwijl op de smelt daarvan geen magnetisch veld werd aangelegd, terwijl de dichte cirkels de zuurstofconcen-20 tratie aangeven in een kristal, dat tot aangroeiing is gebracht, terwijl op de smelt daarvan een magnetisch veld werd aangelegd. Het voorkeurstraject van de zuurstofconcen-tratie in het kristal bedraagt 3 x 10 - 7,5 x 10 atomen/ 3 cm wil men een zuurstofprecipitatie in het kristal en 25 kwetsbaarheid voor thermische schokken vermijden. Een kristé.1, dat onder aanlegging van een magnetisch veld tot aangroeiing is gebracht, voldoet aan deze voorwaarde. Wanneer een kristal, dat onder aanlegging van een magnetisch veld tot aangroeiing 17 is aangebracht en-.een zuurstofconcentratie van 5 x 10 ' ato- 3 30 men/cm bezit, aan thermische oxidatie wordt blootgesteld worden de door oxidatie veroorzaakte roosterfouten (OSP) en dislokatie tengevolge van zuurstofprecipitatie niet waargenomen. Het optreden van een lusvormige dislokatie door zuurstofprecipitatie geeft aanleiding tot kromtrekken en vervor-35 ming bij een plaatje, nadat het aan verhittingscycli is onderworpen.

In figuur 7 is een grafiek weergegeven, waaruit het verband blijkt tussen het aantal verhittingscycli van 8005228 -11- een plaatje en het kromtrekken daarvan nadat het plaatje, dat een diameter van 52 mm en een dikte van 380 jum bezit, gedurende 100 uren aan een thermische behandeling bij 1050°C is onderworpen en daarna abrupt van 10100°C tot kamertemperatuur 5 is afgekoeld. In de grafiek van figuur 7 heeft kromme A betrekking op een Czrochralski kristal, dat zonder het aanleggen van een magnetisch veld tot aangroeiing is gebracht en 1 o o waarvan de zuurstofconcentratie 3 x 10 atomen/cm bedraagt, heeft kromme B betrekking op een kristal verkregen door 10 zonesmelting bij verplaatsing van de smeltzone zonder het aanleggen van een magnetisch veld, waarvan de zuurstofconcen- 16 3 tratie 1 x 10 atomen/cm bedraagt, en heeft kromme. C betrekking op een Czochralski kristal, dat verkregen is onder aan-legging van een magnetisch veld op de smelt daarvan en waar-15 van de zuurstofconcentratie 5 x 10 atomen/cm bedraagt. Een zuurstofconcentratie boven het geschikte traject geeft aanleiding tot zuurstofprecipitatie in het plaatje, terwijl een zuurstofconcentratie beneden het geschikte traject een voortzetting van de dislokatie niet voorkomt of bijdraagt tot 20 het optreden van het kromtrekken van het plaatje.

In figuur 8 is een grafiek weergegeven, waaruit de verdeling van de specifieke weerstand van een met fosfor gedoteerd kristal in radiale richting blijkt. In de grafiek van figuur 8 geven de dichte cirkels in het bovenste gedeelte 25 de specifieke weerstanden van kristallen aan, die zonder aanlegging van een magnetisch veld tot aangroeiing zijn gebracht en geven de open cirkels in het onderste gedeelte van de grafiek de specifieke weerstanden van kristallen aan, die tot aangroeiing zijn gebracht, terwijl een magnetisch veld 30 op de smelt daarvan werd aangelegd. De deviatie van de specifieke weerstandsverdeling is in het l&atste geval kleiner dan in het eerste geval.

In figuur 9 is een grafiek weergegeven, waaruit de verdeling van de specifieke weerstand van een met boor 35 gedoteerd kristal, dat gedurende 100 uren aan een thermische behandeling bij 450°C voor het ontwikkelen van de donors is behandeld, in de lengterichting daarvan blijkt. Kromme D heeft betrekking op een kristal, dat zonder het aanleggen o λ n k o o « -12- van een magnetisch veld tot aangroeiing is gebracht en waar- 18 3 van de zuurstofconcentratie 1,1 x 10 atomen/cm bedraagt, terwijl kromme Ξ betrekking heeft op een kristal, dat onder aanlegging van een magnetisch veld tot aangroeiing wordt 17 5 gebracht en waarvan de zuurstofconcentratie 4 x 10 atomen/ 3 cm bedraagt. In het eerste geval (D) wordt de zuurstof, die een partiele segregatie in het kristal ondergaat, een verontreiniging voor het donortype en is de specifieke weerstand van het kristal microscopisch aan wisselingen onder-10 hevig. Volgens de uitvinding wordt·uitgaande van een niet-gedoteerd kristal een plaatje van het P-type verkregen met een specifieke weerstand van 200 «Slem.

In het geval een magnetisch veld wordt aangelegd, neemt de dikte van de grenslaag (diffusielaag) aan het grens-15 vlak tussen vaste en vloeibare fase toe en wordt, naar verondersteld, de effectieve segregatieeoefficient met ongeveer 20% verhoogd bij fosfordotering.

Indien op de siliciumsmelt geen magnetisch veld wordt aangelegd bedraagt de zuurstofconcentratie in. de sili-20 ciumsmelt in de kwartskroes met een diameter.van 123 mm onge-veer 1 x 10 atomen/cm hetzij het midden hetzij in de om-treksgedeelte van de!.kroes, terwijl in het gevé.1 het magnetische veld van 4000 Gausse op de siliciumsmelt wordt aange-legd de siliciumconcentratie 9 x 10 atomen/cm , resp.

25 6,6 x 10 atomen/cm aan de omtreks- en middengedeelten van de siliciumsmelt in de kwartskroes bedraagt. Indien het magnetische veld op de siliciumsmelt wordt aangelegd, wordt daarin stroming door convectie verminderd en wordt dientengevolge de reaktie van de siliciumsmelt met de kwartskroes 30 of het oplossen van een component van de kroes (SiO of O) verminderd, opdat het zuurstoftransport .dan alleen door diffusie plaatsvindt en de transportsnelheid van de zuurstof laag wordt of de snelheid van het oplossen van zuurstof wordt waardoor de overdracht van de zuurstof aan het grens-35 vlak tussen vaste en vloeibare fase wordt verminderd.

De uitvinding kan niet alleen op de Czochralski methode worden toegepast, maar is eveneens van toepassing op elke methode waarbij een materiaal in vertikale of horizon-

β λ η κ ο *) Q

-13- tale richting tot aangroeiing wordt gebracht in de vorm van een lint (of plaat) waarbij de rimpelingen aan het oppervlak van de vloeistof en de temperatuurfluctuatie daarvan klein zijn.

5 Verder kan volgens de uitvinding in het geval bijvoorbeeld GaAs uit een oplossing daarvan in een kwarts-kroes tot aangroeiing wordt gebracht/ het oplossing van silicium en zuurstof, in de oplossing worden verminderd.

Verder kan volgens de uitvinding eveneens bij 10 het epitaxiaal laten aangroeien uit de vloeibare fase van bijvoorbeeld GaAs de door convectie veroorzaakte stroming in een Ga-oplossing worden verminderd ten einde de rimpeling aan het oppervlak daarvan te onderdrukken.

Verder kan volgens de uitvinding bij het laten 15 aangroeien van kristallen van bijvoorbeeld ferrietmateriaal volgens de Bridgman methode het oplossen van kroesmateriaal worden verminderd.

Verder kan de uitvinding worden toegepast op het laten aangroeien van metaal en de dielektrische produktie van 20 legeringen en dergelijke naast de kristalgroei van halfgeleider- of magnetisch materiaal.

Het zal duidelijk zijn, dat een deskundige op het onderhavige gebied vele modificaties en variaties na kennisname van de bovenstaande beschrijving zal kunnen toepas-25 sen zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

fi 0 0 5 2 2 8

Claims

1. Werkwijze voor het bewerken van de overga.ng in vaste toestand, met het kenmerk, dat men uitgaat van een vloeibaar materiaal in een houder en op het vloeibare materiaal een in één richting gericht stationair magnetisch veld 5 aanlegt, zodat het oplossen van ten minste één elementair materiaal van de houder in het vloeibare materiaal in hoofdzaak plaatsvindt door diffusie daarvan.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het transport van het elementaire 10 materiaal naar een zone van overgang in de vaste fase tegengaat door de stroming door convectie van het vloeibare materiaal te beperken. 8005228