DD144571A1 - ARRANGEMENT FOR REDUCING CARBON CONTENT IN SEMICONDUCTOR METALS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung - Anordnung zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in Halbleitermetallen - bezieht sich insbesondere auf die Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in hochreinem Silizium, das nach dem Czochralskiverfahren hergestellt wird. Diese Aufgabe, den Kohlenstoffgehalt im Silizium zu senken, wird dadurch geloest, dass die obere Begrenzung des das Schmelzgut enthaltenden Quarztiegels 2 einen als Aufnahme- und Stuetzvorrichtung ausgebildeten Graphittiegel 3 bis zu 50 mm ueberragt, dass der Zwischenraum zwischen Strahlungszylinder 4 und der Reaktorwand 7 hermetisch abgedichtet ist, dass das feste Schmelzgut das Niveau des oberen Randes des Quarztiegels 2 nicht uebersteigt und dass das Schmelzgut waehrend des Aufschmelzprozesses durch ein die Ziehwelle konzentrisch umgebendes Rohr 1 mit Inertgas beaufschlagt wird. Der Zwischenraum zwischen Strahlungszylinder 4 und der Reaktorwand 7 ist durch einen Graphitring und zusaetzlich durch Graohitfilz 6 abgedichtet. Mit der Erfindung wird ein Kohlenstoffgehalt von 5*10 exp 16 A/cm exp 3 im Reinstsilizium erreicht.The invention - Arrangement for reducing the carbon content in semiconductor metals - refers in particular to the reduction of the carbon content in high-purity silicon, which is produced by the Czochralskiverfahren. This task of reducing the carbon content in silicon is achieved by the fact that the upper boundary of the quartz crucible 2 containing the melting material projects beyond a graphite crucible 3 designed as a receiving and supporting device up to 50 mm, that the space between the radiation cylinder 4 and the reactor wall 7 hermetically is sealed, that the solid melt material does not exceed the level of the upper edge of the quartz crucible 2 and that the melt during the melting process is acted upon by a concentric surrounding the pulling tube 1 with inert gas. The space between the radiation cylinder 4 and the reactor wall 7 is sealed by a graphite ring and additionally by Graohitfilz 6. With the invention, a carbon content of 5 * 10 exp 16 A / cm exp 3 is achieved in ultrapure silicon.

Description

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a.) Eitel der; Erfindung;a.) Eitel of; Invention;

Anordnung zur Reduzierung des. Kohlenstoßfgehaltea in Halbleitermetallen.Arrangement for reducing carbon impact content in semiconductor metals.

b) J^wendungs gebiet der Erfindungb) Area of application of the invention

BIe Erfindung betrifft eine iLnordnung zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes: in Halbleitermetallen, insbesondere in hochreinem. SiliziunL, das. nach dem. Czochrals- kiverfahren hergestellt wird.The invention relates to an arrangement for reducing the carbon content: in semiconductor metals, in particular in highly pure. SiliziunL, the. After the. Czochrals- Kiverfahren is produced.

c) Charakterisierung der bekannten technischen Lösungenc) characterization of the known technical solutions

Bei der Herstellung, von Halbleitersilizium. nach dem Czochralski verfahr en wird das durch thermische Zersetzung an dünnen Stäben, so genannten Seelen, abgeschiedene Silizium, in Qiiarztiegel gefüllt und. darin, auf geschmolzen. Anschließend wird durch Eintauchen eines Keimkristalls, in die Schmelze und langsames» Herausziehen desselben ein Einkristall hergestellt. Die dünnwandigen und wenig stabilen Quarztiegel werden zur Vermeidung, von Zerstörungen in als. Aufnahme- und Stützvorrichtung, ausgebildete Tiegel aus reinstem Graphit gestellt. Graphit hat auf Grund seiner porösen Struktur die Eigenschaft, Yerunre inigungen aufzunehmen. Durch die beim Schmelzen und Einkristallziehen des. Siliziums erforderlichen hohen. Temperaturen werden diese "Verunreinigungen zum. Teil wieder flüchtig und können ebenso wie Kohlenstoff, der bei hohen Temperaturen als Eolge derIn the production of semiconducting silicon. According to the Czochralski method, the silicon deposited by thermal decomposition on thin rods, so-called souls, is filled in quartz crucibles and. in it, on melted. Subsequently, by immersing a seed crystal in the melt and slowly pulling it out, a single crystal is produced. The thin-walled and less stable quartz crucibles are used to avoid destruction in as. Receiving and supporting device, trained crucibles made of the purest graphite. Due to its porous structure, graphite has the property of absorbing disturbances. By the melting and single crystal pulling of the. Silicon required high. Temperatures become volatile again and can be used as well as carbon, which at high temperatures as a consequence of the

Keaktion zwischen. Quarz, und (^aphit, C + SiCL —-> GO * SiO, über die Gasphase in das aufgeschmolzene Silizium, gelangen. Um diese Dehler zu vermeiden und um sowohl den Kohlenstoffanteil au. senken, als. auch, stabilere und mehrfach-verwendbare Siegel anwenden zu. können j hat es nicht an Versuchen gefehlt, [tiegel aus anderes. Materialien zum. Beispiel aus Tantal oder Platin, bei der linkristallzüehtung. anzuwenden.. Auf Grand ökonomischer. Vorteile-.wurde jedoch bisher bei der. Sinkriatall aüchtung. die Verarbeitung in,-'Quarz.tieg,eln und die Verwendung voa.Grrapbittiegeln· als StütsLvorriclitung, beibehalten. Um. die Hacntiile, die bei dar'Verwendung: von Graphittiegeln bestehen., auszuschalten» werden Graphittiegel aus hochreinem Graphit, verwendet. Eine Aufnahme von Verunreinigungen beziehungsweise von Kohlenstoff, in die 'Siliziumsehmelae ist jedoch niGh'fc auszuschließen« Mit dea bisher bekannten Verfahren wird. Halbleitersilizium, mit einem Kohlenstoffgehalt von 5 · 10 A/cm^ hergestellt*Keat between. Quartz, and (^ aphite, C + SiCl -> GO * SiO) through the gaseous phase into the molten silicon, to avoid these dehler and to lower the carbon content as well as, more stable and reusable It has not been lacking in attempts to apply [crucibles from other materials to, for example, tantalum or platinum, in the case of link crystallization.] However, to date, major advantages have been found in the Sinkriatall approach. ... the processing, - 'Quarz.tieg Pedal and voa.Grrapbittiegeln use · than StütsLvorriclitung maintain order Hacntiile that at dar'Verwendung: consist of graphite crucibles, turn off "graphite crucibles are made of high purity graphite, used A. However, inclusion of impurities or of carbon in the silicon compounds is not to be excluded. "With previously known methods, semiconductor silicon having a carbon content of 5 · 10 A / cm 2 is produced tellt *

d) Ziel der Erfindung.d) Object of the invention.

Ziel der Erfindung ist, es, den Kohlenstoffgehalt in hochreinem Silizium, das nach dem Czochralski verfahren " hergestellt wird, zu senken.The aim of the invention is to lower the carbon content in high purity silicon produced by the Czochralski process.

e) Darlegung des Wesens der Erfindunge) Presentation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung, den Kohlenstoffgehalt in. Halbleiter Silizium-, das nach dem. Gzochralskiverfahren hergestellt wird,zu senken, wird dadurch erreicht, daß der Rand des das. Schmelzgut enthaltenden.Riegels 2 den als Halte- und Stützvorrichtung ausgebildeten Graphittiegel 3, bis etwa 50 mm'oder mehr überragt, daß der Zwischenraum zwischen S.trahlungszylinder A und Re.aktorwand 7 hermetisch abgedichtet ist und daß in an sichThe object of the invention, the carbon content in. Semiconductor silicon, which after the. Gzochralskiverfahren is lowered, is achieved in that the edge of the. Melt-containing.Riegelels 2 dominated by the holding and supporting device graphite crucible 3, to about 50 mm'oder more dominates that the space between S.trahlungszylinder A and Re.aktorwand 7 is hermetically sealed and that in itself

bekannter Weise durch ein. die Ziehwelle konzentrischumgebendes; Rohr 1 .das Sc.bmelz.gut, mährend, des. Auf schmelz-· vorganges mit einem Inertgas: beaufschlagt wird. Die hsr-» iaetischeAbdichtung ζ^^wisclaen Strahlungszylindei; und d kannbeispielsweise durch, einen Hing-aas 5 imd·'2a1safczlic.l1 durck GrapMtfilz. 6 erfolgen. Buren die beschriebene Unordnung wird eine Zwan.gsfüh~ rcaxg des Inertgas.es _? das mit einer Menge bis. znx 2000 l/a dem Schmelz gut ¥/ährend des, Aufschmelsens ¥on. obea zugeführt Y/ird, erreicht» Per Inertgaast-roa wird lait großer Gescnwindiglsieit zwischen dem. das Schmelz gut enthaltenden Gefäß, sum Beispiel einem Qnarztiegelund einem als Bälte und Stütz^orrichtung, verwendeten. Graphittiegel, und dem. Strahlungszylinder nach unten aus de hl Eeakfeorrauai. abgeführt. Dadurch werden Verunreinigungen_s insbesondere das beim Schmelzproaeß entstehende Kohlenmonoxid mit dem Inertgasstroia. weggeführt«, AußerdenL verhindert der den Graphittiegel überragende Rand des Qiiarztiegels. eine Zurückdiffusion aus dem Graphittiegel. Ein die Reduzierung des Kohlehstoffanteils im Silizium mit. bedingender 3?a3rt v/ird auch durch die Füllmenge des. Schmelzgutes im Quarztiegel erzielt, indem, dieses das. Hiveau: des oberen Randes des: Q^arztiegels nicht übersteigt'. Bei-Anwendung der beschriebenen Anordnung wird ein Kohlenstoffgehalt von/5: · 10 A/cm·^ im, Reinstsilizium erreicht. Weiterhin wird die Ökonomie dea.· Verfahrens- zur Herstellung von Halbleitersilizium, nach dem Czochralskiverfahren erheblich verbessert, da ein Einsatz von wesentlich billigeren Graphitsorten für die als Aufnahme- und. Stützvorrichtung verwendeten Graphittiegel möglieh ist.known manner by a. the pulling-wave concentrically surrounding; Pipe 1. The melting point of the melt is subjected to an inert gas during the melting process. The horseradic seal ζ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ and d may, for example, pass through a hanging-aas 5 through the grapple. 6 done. Buren the described disorder becomes a Zwan.gsfüh ~ rcaxg the inert gas _. that with a lot up. znx 2000 l / a the enamel good ¥ / uring the, refining ¥ on. obea fed Y / ird, achieved »By Inertgaast-roa, there is great latitude between the. The vessel containing the enamel is well-used, for example, as a crucible and as a cooling and supporting device. Graphite crucible, and the. Radiation cylinder down from de Eilfeorrauai. dissipated. As a result, impurities _s, in particular, the carbon monoxide produced during the melt process with the inert gas. led away, the outside of the graphite crucible protruding edge of Qiiarziegel. a back diffusion from the graphite crucible. A reduction of Kohlenhstoffanteils in silicon with. The third condition is also determined by the filling quantity of the molten metal in the quartz crucible, in that it does not exceed the level of the upper edge of the crucible. When using the described arrangement, a carbon content of / 5: · 10 A / cm · ^ in, pure silicon is achieved. Furthermore, the economics dea. Process for the production of semiconductor silicon, according to the Czochralskiverfahren significantly improved because of the use of much cheaper graphite for the than recording and. Supporting device used graphite crucible is möglieh.

f) Ausführungßbeispiel : .f) Exemplary embodiment:.

Die Erfindung soll an einem. J&isführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is intended to a. J &führungsführungs be explained in more detail.

Die Ch&Egierung des. Siliziiinieinsats-es. in den Qu.arztiegel 2. erfolgt· so,, daß kein. Silizium-Material über die Gberkante des. zur 2Lüehtang dienenden (^aphittiegeis 3 hinausragt. Weiterhim ist die Oberkante des aux Zücinverv/endeten GrapMttla^ls 3 mindestens 20 mm laieals die QuaratiegelG7DerJkante gehalten« Zu diesem Zweck werden die kandelsübl ic hen Qaaüztiegel entweder köiier gefertigt odeE¹ es. wird ein entsprecliender Qaarzriag auf die bisher.· verwendeten kleineren OjaarZut ie gel aufgesetzt« ÄuBerdem. wird der 2iwischenBäim zwisehen Strahlungsz.ylinder % und Eeaktorwand 7 herme-"feisc-h abgedichtet-5 s.o daß die während des. Aufschmelz-Torganges des Siligiumeinsataraaterials: in den Eeaktor und insbesondere auf das, Einsatamateuial gaspüite Inert gasmenge von. 200 - 2000 l/h. zwischen. Strahlungazylinder. 4 und Ziegelwand 3 nach \3nten aus. dem Eeaktor abgeführt wird. Dadurch wird eine Zwangsführung und ©ine hohe Ströiaungsgeschwindigkeit der Inert gass erzielt und das. bei der ReaktionThe Ch & Egierung of the. Siliziiinieinsats-it. into the secondary doctor's certificate 2. Silicon material extends beyond the upper edge of the aglial wall 3. Furthermore, the upper edge of the aux cement layer is finished at least 20 mm away from the edge of the quartz crucible. "For this purpose, the candies are either produced in a köiier manner ¹ ODEE it. a entsprecliender Qaarzriag the past. · used smaller OjaarZut ie gel placed "ÄuBerdem., the 2iwischenBäim zwisehen Strahlungsz.ylinder% and 7 Eeaktorwand hermetically" sealed feisc-h-5 so that during the. reflow Doorway of the siligium inerta material: into the reactor, and in particular to the inlet gas gas inert gas quantity of 200 - 2000 l / h between the radiation cylinder 4 and the brick wall 3 after the discharge of the eeactor high rate of flow of inert gas and that in the reaction

+ G —==— SiO * GQ + G - == - SiO * GQ

entstehende CG durch die veränderten gongen, mit dem. Strom der Inert gase aus dem ßeaktor abgeführt« Eine Diffusion des. GO in die Schmelze; wird verhindert und. der Kohlenstoff gehalt der Schmelze und demzufolge auch der Kohlenstoff gehalt der Siliziumeinkristalle entscheidend verringert.arising CG by the changed gongen, with the. Stream of inert gases removed from the reactor «Diffusion of the GO into the melt; is prevented and. the carbon content of the melt and consequently the carbon content of the silicon single crystals significantly reduced.

Claims (2)

Erfindungsansprucli:Erfindungsansprucli: 1.. Anordnung zur Reduzierung dee; Kohlenstoff gehaltes; . in Halbleitermetallen., insbesondere ia hochreinem Silizium bei der Kristallzüchtung nach dem Czochralski verfahren, dadurc h gekennz e ic Janet, daß die obere Begrenzung des das. Schmelzgut enthaltenden Qaarz.-'t ie gels (2) einen als Aufnahme- und Stützvorrichtung ausgebildeten Graphittiegel (3) bis au. 50 mm überragt, daß der Zwischenraum, zwischen Strahlungsrzylinder (4) und Eeaktorwand (7) hermetisch, abgedichtet ist, daß das feste Schmelzgut das Khreau des oberen Bandes; des, Quarztiegeis (2) nicht übersteigt und daS^das Schmelzgut während des Aufschmelzprczesses in aa sich bekannter Weise durch ein die Ziehv/elle konzentrisch umgebendes Eohr (1) mit einenk Inertgas, beaufschlagt wird.1 .. arrangement for reducing dee; Carbon content; , in semiconductor metals, especially high-purity silicon in the crystal growth according to the Czochralski method, this means that the upper boundary of the resin containing the melt material (2) is a graphite crucible designed as a receiving and supporting device (3) to au. 50 mm surmounts that the space between hermetic Radiationrzylinder (4) and Eeaktorwand (7) is sealed, sealed, that the solid melt the Khreau the upper band; of the quartz ingot (2) and that during the melting process the molten material is acted upon in a manner known per se by a tube (1) concentrically surrounding the drawing tube with an inert gas. 2. Anordnung 2;ur Eeduzierung; des Kohlenstoff gehalt es: in Halbiertermetallen nach Puiikt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum, zwischen StralxLungszylinder2. Arrangement 2, for reduction; of carbon it is: in halved metals according to Puiikt 1, characterized in that the space between StralxLungszylinder (4) und Reaktorwand (7) durch einen Ring aus Graphit(4) and reactor wall (7) through a ring of graphite (5) und zusätzlich durch Graphit filz (6) abgedichtet. ist.(5) and additionally sealed by graphite felt (6). is. Hierzu -f Seite Zeichnung For this purpose -f page drawing