DE1113682B - Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Halbleitermaterial aus einer an einem Rohr haengenden Schmelze - Google Patents
Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Halbleitermaterial aus einer an einem Rohr haengenden SchmelzeInfo
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Description
Es ist bekannt, daß Halbleiter für elektrische Halbleitervorrichtungen
in vielen Fällen in Form von Einkristallen vorliegen müssen. Zur Herstellung von Einkristallen
aus elektrischen Halbleitern, wie Germanium, Silizium oder intermetallischen Verbindungen,
sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden, bei denen mittels eines Kristallkeimes ein Einkristall aus
einer Schmelze des Halbleitermaterials gezogen wird. Bei diesen Verfahren ist es oft schwierig, Verunreinigungen
der Schmelze durch das Tiegelmaterial zu vermeiden. Für Halbleiter mit sehr hohem Schmelzpunkt,
z. B. Silizium, haben sich diese Verfahren nicht bewährt. Man ist daher mehr und mehr zu dem
sogenannten tiegelfreien Ziehverfahren übergegangen. Dieses besteht darin, daß entweder ein mehrkristalliner
Stab aus dem Halbleitermaterial ohne Verwendung eines Tiegels zonenweise geschmolzen wird oder
daß ein frei aufgestellter Einkristallkeim durch kontinuierliche Zugabe von Halbleitermaterial auf die
erhitzte Oberfläche des Kristalls weitergezüchtet wird. Die Zugabe des Halbleitermaterials kann entweder
durch Aufschmelzen eines Stabes oder Pulvers aus dem Halbleitermaterial erfolgen oder durch eine
chemische Reaktion auf der Oberfläche des erhitzten Keims, beispielsweise durch thermische Zersetzung
oder durch Reduktion von entsprechenden Halbleiterverbindungen mit einem Reduktionsmittel, z. B.
Wasserstoff.
Obwohl diese tiegelfreien Verfahren große Vorteile bieten, da eine Verunreinigung des Halbleiters weitgehend
vermieden wird, haben sich bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens andere Schwierigkeiten
ergeben, die bei den Verfahren, bei denen ein Einkristall aus einer in einem Tiegel befindlichen
Schmelze gezogen wird, nicht auftreten.
An Hand der Fig. 1 und 2 sollen diese Schwierigkeiten näher erläutert werden.
In Fig, 1 ist ein tiegelfreies Verfahren zur Herstellung von Einkristallen schematisch dargestellt,
während Fig. 2 das Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze zeigt.
Der Einkristallstab 1 nach Fig. 1 wird in seinem oberen Teil 2 durch eine geeignete Heizvorrichtung,
ζ. B. durch Induktionsheizung, geschmolzen, und die Schmelze wird durch Zugabe des polykristallinen
Materials 3 laufend ergänzt. Dabei werden entweder der Stab 1 oder die Heizvorrichtung so bewegt, daß
sich das Halbleitermaterial am unteren Rande der Schmelze verfestigt und der einkristalline Stab nach
oben weiterwächst. Bei dem Verfahren nach Fig. 2 befindet sich die Schmelze 2 des Halbleitermaterials
im Tiegel 5, und ein Einkristallkeim 1, der mit der
Verfahren zum Ziehen von Einkristallen,
insbesondere aus Halbleitermaterial
aus einer an einem Rohr hängenden Schmelze
aus einer an einem Rohr hängenden Schmelze
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dr. Fritz Günter Adam, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Schmelze zunächst in Berührung gebracht wurde, wird langsam nach oben aus der Schmelze gezogen,
wobei er weiterwächst.
Es hat sich gezeigt, daß bei dem tiegelfreien Veras fahren nach Fig. 1 an Stelle von EinkristaUen häufig
mehrkristalline Stäbe erhalten werden. Dies ist natürlich unerwünscht, da in den meisten Fällen nur Einkristalle
brauchbar sind. Es hat sich gezeigt, daß geringe Mengen von unlöslichen Bestandteilen, z. B.
Stäubchen aus Siliziumkarbid, die auf die Schmelze 2 gelangen, an den Rand der Wachstumsfläche wandern
und diese Erscheinung hervorrufen. Dadurch läßt es sich auch erklären, daß, nachdem eine Zeitlang
ein Einkristall gewachsen ist, an einer bestimmten Stelle plötzlich eine Trennfläche auftritt und der
Halbleiter mehrkristallin wird. Diese Schwierigkeiten treten, wie sich gezeigt hat, bei den Tiegelziehverfahren
nach Fig. 2 nicht auf, da die störenden Partikeln im allgemeinen an den Rand der Schmelze wandern
und nicht an die Wachstumsfläche. Die störenden Teilchen sind in den Fig. 1 und 2 mit 4 bezeichnet.
Es ist ferner bekannt, einen stabförmigen Kristall aus der unteren Öffnung eines Tiegels zu ziehen,
dessen Inhalt von oben her nachgefüllt wird. Der Tiegel übt bei diesem Verfahren nur die Funktion
eines Behälters aus. Das bekannte Verfahren gehört deshalb nicht zur Gruppe der tiegelfreien Ziehverfahren.
Es wurde gefunden, daß beim Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Silizium, Germanium
oder intermetallischen Verbindungen, aus einer an einem Rohr hängenden, laufend ergänzten Schmelze
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Störungen des einkristallinen Wachstums, wie sie oben beschrieben wurden, nicht auftreten, wenn erfindungsgemäß
ein aus dem zu kristallisierenden Stoff bestehendes Rohr verwendet, das untere Ende des
Rohres geschmolzen, in bekannter Weise ein einkristalliner Keim mit der Schmelze in Berührung gebracht
und daraus der Kristall gezogen und der Schmelze weiteres Material innerhalb des Rohres zugeführt
wird.
Auf diese Weise ist es möglich, nach einem tiegelfreien Verfahren einwandfreie Einkristalle zu ziehen,
ohne daß störende Teilchen, die durch die Zugabe des Halbleitermaterials auf die Schmelze gelangen, an die
Wachstumsfläche wandern können.
Die Zugabe des Materials kann entweder in Pulverform oder auch in Stabform erfolgen oder
durch eine chemische Reaktion bzw. thermische Zersetzung an der Oberfläche der Schmelze innerhalb des
Rohres.
Zur Vergrößerung des Querschnittes der Schmelze kann innerhalb des Rohres noch ein Halbleiterstab
oder ein weiteres Rohr angeordnet sein, wodurch es möglich wird, Einkristalle von größerem Querschnitt
zu erzeugen. Das Verfahren wird zweckmäßig im Vakuum oder in einem Schutzgas durchgeführt, wobei
es vorteilhaft ist, den einkristallinen Keim während des Ziehprozesses zu drehen. Die Schmelzzone
kann z. B. in bekannter Weise durch induktive Erhitzung erzeugt werden, es ist aber auch möglich, andere
Arten der Erhitzung zu verwenden.
Gleichzeitig mit dem Halbleitermaterial können noch Dotierungsstoffe zur Erzeugung verschiedenen
Leitungstyps zugegeben werden, wie dies bereits bekannt ist.
Die Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.
In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt, während Fig. 6 eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung im
Schnitt zeigt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Rohr 6 aus Halbleitermaterial an seinem unteren
Ende geschmolzen und die Schmelze 2 mit einem einkristallinen Keim aus dem gleichen Halbleitermaterial
in Berührung gebracht. Nun wird innerhalb des Rohres 6 weiteres Halbleitermaterial in Form eines
Stabes 3 der Schmelze zugeführt und in dem Maße, wie sich die Schmelze an den Keim ankristallisiert,
ein einkristalliner Stab 1 nach unten aus der Schmelze gezogen. Es ist dabei wesentlich, daß das Volumen
der Schmelze 2 möglichst konstant bleibt. Verunreinigungen, die zu mehrkristallinem Wachstum Anlaß
geben können und die mit dem Stab 3 auf die Schmelze gelangen, bleiben innerhalb des Rohres 6
und gelangen nicht an die Wachstumsfläche zwischen dem einkristallinen Stab 1 und der Schmelze 2. Es
können deshalb keine Störungen des einkristallinen Wachstums auftreten. Das Rohr 6 wird während des
Verfahrens relativ zur Schmelze 2 oder zur Heizung nicht bewegt, so daß sich dieses Rohr nicht verbraucht
und immer von neuem verwendet werden kann.
In Fig. 4 ist eine Abwandlung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Innerhalb 6g
des Rohres 6 aus Halbleitermaterial ist ein Quarzrohr? angeordnet, durch das kontinuierlich kleine
Teilchen 8 aus Halbleitermaterial auf die Schmelze innerhalb des Rohres 6 fallen. Die Teilchen 8 aus
Halbleitermaterial können beispielsweise durch einen Vibrationsförderer aus einem Vorratsgefäß kontinuierlich
in das Rohr 7 gebracht werden. Die Schmelze wird durch die Teilchen 8 laufend in dem
Maße ergänzt, wie der Einkristall 1 aus der Schmelze nach unten gezogen wird.
Durch das Quarzrohr 7 können aber auch geeignete chemische Verbindungen des Halbleitermaterials
eingeleitet werden, die sich auf der Oberfläche der Schmelzzone 2 innerhalb des Rohres 6 thermisch zersetzen
oder durch Reaktion Halbleitermaterial abscheiden. In jedem Falle ist wesentlich, daß die Zugabe
des Halbleitermaterials innerhalb des Rohres 6 erfolgt.
Zur Erzeugung von Einkristallstäben größeren Querschnittes kann eine Anordnung nach Fig. 5 verwendet
werden. Innerhalb des Rohres 6 ist beispielsweise ein Stab 6 a aus Halbleitermaterial angeordnet,
und in dem Zwischenraum zwischen dem Stab 6 a und dem Rohr 6 wird das Halbleitermaterial der
Schmelze 2 zugegeben. An Stelle des Stabes 6 a kann auch ein weiteres Rohr aus Halbleitermaterial verwendet
werden.
Fig. 6 zeigt im Schnitt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. In
einem beiderseits dicht abgeschlossenen Quarzrohr 9, das evakuiert ist oder durch das ein Schutzgas strötnt,
ist ein Träger 11 angeordnet, der den einkristallinen Stab 1 trägt. An dem Träger 10 ist das Rohr 6 aus
Halbleitermaterial befestigt. Zwischen dem Rohr 6 und dem Stab 1 befindet sich die Schmelze 2, die
durch eine Heizvorrichtung, beispielsweise durch Hochfrequenzheizung, wie sie bei 12 angedeutet ist,
auf der entsprechenden Temperatur gehalten wird. Durch das Quarzrohr 7, das konzentrisch zum Halbleiterrohr
6 angeordnet ist und bis in die Nähe der Schmelze reicht, wird das Halbleitermaterial, beispielsweise
in Form von Kügelchen 8, kontinuierlich eingebracht. In dem Maße, wie der Schmelze 2 Halbleitermaterial
zugeführt wird, wird der einkristaüine Stab 1 mittels des Trägers 11 gleichmäßig nach unten
bewegt und zweckmäßigerweise gleichzeitig gedreht. Zum Druckausgleich innerhalb und außerhalb des
Rohres 6 hat der Träger 10 eine Bohrung 10 a.
Es ist auch möglich, daß Halbleitermaterial in Form eines Stabes von unten zuzuführen und den
Einkristall aus dem Rohr zu ziehen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Silizium, Germanium oder intermetallischen
Verbindungen, aus einer an einem Rohr hängenden, laufend ergänzten Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus dem zu
kristallisierenden Stoff bestehendes Rohr verwendet, das untere Ende des Rohres (6) geschmolzen,
in bekannter Weise ein einkristalliner Keim mit der Schmelze in Berührung gebracht
und daraus der Kristall gezogen und der Schmelze weiteres Material innerhalb des Rohres zugeführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Schmelze zuzusetzende
Material in an sich bekannter Weise durch chemische Reaktion oder thermische Zersetzung
einer entsprechenden Verbindung an der Schmelzoberfläche im Rohr erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zersetzende Verbindung
der Schmelzoberfläche durch ein Quarzrohr (7) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze das Material als
Stab von unten zugeführt und der Kristall innerhalb des Rohres aus der Schmelze nach oben gezogen
wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 38055 VI/4Od (bekanntgemacht am 14. 6. 1956);
Deutsche Patentanmeldung S 38055 VI/4Od (bekanntgemacht am 14. 6. 1956);
britische Patentschrift Nr. 784 617;
Zeitschrift für Naturforschung, A, 1958, S. J 05 bis 110.
Zeitschrift für Naturforschung, A, 1958, S. J 05 bis 110.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST13702A DE1113682B (de) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Halbleitermaterial aus einer an einem Rohr haengenden Schmelze |
GB1415059A GB912838A (en) | 1958-04-26 | 1959-04-24 | Method of manufacturing monocrystals, particularly of semiconductor material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST13702A DE1113682B (de) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Halbleitermaterial aus einer an einem Rohr haengenden Schmelze |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1113682B true DE1113682B (de) | 1961-09-14 |
Family
ID=7456123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEST13702A Pending DE1113682B (de) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere aus Halbleitermaterial aus einer an einem Rohr haengenden Schmelze |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1113682B (de) |
GB (1) | GB912838A (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3996011A (en) * | 1973-11-22 | 1976-12-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for crucible-free zone melting of semiconductor crystal rods |
USRE29825E (en) * | 1973-11-22 | 1978-11-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for crucible-free zone melting of semiconductor crystal rods |
US4186046A (en) * | 1976-09-29 | 1980-01-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Growing doped single crystal ceramic materials |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB784617A (en) * | 1954-03-02 | 1957-10-09 | Siemens Ag | Improvements in or relating to processes and apparatus for drawing fused bodies |
-
1958
- 1958-04-26 DE DEST13702A patent/DE1113682B/de active Pending
-
1959
- 1959-04-24 GB GB1415059A patent/GB912838A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB784617A (en) * | 1954-03-02 | 1957-10-09 | Siemens Ag | Improvements in or relating to processes and apparatus for drawing fused bodies |
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US4186046A (en) * | 1976-09-29 | 1980-01-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Growing doped single crystal ceramic materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB912838A (en) | 1962-12-12 |
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