DE1191789B

DE1191789B - Verfahren zum Ziehen von vorzugsweise einkristallinen Halbleiterstaeben

Info

Publication number: DE1191789B
Application number: DES70987A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Wolfgang Henning; Dipl-Phys Dr Heinz Dorendorf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-10-25
Filing date: 1960-10-25
Publication date: 1965-04-29

Description

Verfahren zum Ziehen von vorzugsweise einkristallinen Halbleiterstäben Es hat sich gezeigt, daß die aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze gezogenen Halbleiterstäbe eine große Zahl von Versetzungen aufweisen. Diese Gitterfehler wirken bei der Weiterverarbeitung des nach dem Tiegelziehverfahren hergestellten Halbleitermaterials in Halbleiteranordnungen, wie z. B. Transistoren oder Dioden, störend. Diese Versetzungen sind auf eine plastische Verformung des noch heißen aus der Schmelze gezogenen Halbleiterkristalls zurückzuführen. Ursache dieser Verformungen ist der radiale Temperaturgradient im Halbleiterstab, der sich durch Abstrahlung des aus dem Tiegel gezogenen Kristalls ausbildet.
Es ist bereits bekannt, sowohl über dem dem gezogenen Stab zugewandten Teil der Schmelze als auch kurz oberhalb der Schmelze einen z. B. als Ringscheibe ausgebildeten Wärmeschirm anzuordnen.
Weiter ist bereits bekannt, die Abstrahlung und damit den radialen Temperaturgradienten dadurch zu vermindern, daß man den Stab durch einen sich nach oben kegelförmig verjüngenden Schirm hindurchzieht. Diese Maßnahme zur Verringerung des radialen Temperaturgradienten reduziert aber auch den längs der Stabachse wirksamen Temperaturgradienten. Dieser axiale Temperaturgradient ist jedoch notwendig, um die bei der Erstarrung des Halbleitermaterials, also die bei der Bildung des Stabes frei werdende Schmelzwärme abzuführen. Durch Verringerung dieses axialen Temperaturgradienten wird also auch die abgeführte Menge der Schmelzwärme verringert. Dies hat eine Verminderung der maximal möglichen Ziehgeschwindigkeit zur Folge.
Nun werden Versetzungen im gezogenen Stab möglichst vermieden bzw. ihre Zahl wesentlich herabgesetzt und gleichzeitig die maximal mögliche Ziehgeschwindigkeit sehr groß, wenn zum Ziehen von vorzugsweise einkristallinen Halbleiterstäben aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze der Halbleiterstab erfindungsgemäß zunächst durch die den radialen Temperaturgradienten vermindernde und nachfolgend durch eine den axialen Temperaturgradienten vergrößernde Zone gezogen wird. Mittels eines teilweise in die Spule ragenden Wärmeschirms eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dadurch gegeben, daß der Wärmeschirm und über diesem ein zylindrischer Kühlmantel angeordnet ist.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient das in der Zeichnung dargestellte und im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel.
In einem z. B. aus Graphit bestehenden Tiegel 1 befindet sich die Schmelze 2 des Halbleitermaterials, also z. B. eine Germanium- oder Siliziumschmelze. Das Halbleitermaterial wird durch eine Hochfrequenzspule 5 aufgeheizt und auf der zum Ziehen notwendigen Temperatur gehalten. Auf dem Tiegel ist zur Verminderung des axialen Temperaturgradienten des gezogenen Stabes ein zylindrischer, als Strahlungsschutz dienender Schirm 3 angeordnet, der mit einem Sehschlitz 4 zur Beobachtung des Ziehvorgangs versehen ist. Der Schirm besteht z. B. aus Molybdän oder Tantal oder einem anderen die Wärmestrahlung reflektierenden Material. Durch diesen Schirm wird die Wärmeabstrahlung des während der Durchführung des Verfahrens durch den Schirm gezogenen Halbleiterstabes unterbunden. Oberhalb dieses Strahlungsschutzes 3 ist ein vorzugsweise zylindrischer Kühlmantel 7 und 9 angeordnet, der von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchflossen wird. Der Keimhalter 8 dient zur Aufnahme des Einkristalls, der zu Beginn des Verfahrens in die Schmelze 2 eingetaucht wird und an den beim Herausziehen die Schmelze ankristallisiert, so daß ein einkristalliner Halbleiterstab entsteht. Die Ziehachse 10 kann während des Ziehens auch gedreht werden. Durch Zugabe von Dotierungsstoffen in die Schmelze während des Ziehens können in an sich bekannter Weise auch pn-Übergänge hergestellt werden.
In der Höhe des Kühlmantels 7 herrscht zwar ein großer radialer Temperaturgradient im Halbleiterstab, doch ist der Kristall, wenn er in die Kühlzone gelangt, bereits so weit abgekühlt, daß keine plastische Verformung und damit keine Bildung von Versetzungen mehr auftritt.
Die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitermaterials ist aus den im folgenden gegebenen Vergleichswerten zu entnehmen. Es wurden Stäbe gezogen, bei denen weder der radiale Temperaturgradient vermindert noch der axiale erhöht wird. Die Anzahl der Versetzungen betrug 40000 pro Quadratzentimeter. Außerdem weist der so hergestellte Halbleiterstab Feinkorngrenzen auf. Verwendet man beim Ziehen nur einen Strahlungsschutz und vermindert so den radialen Temperaturgradienten, so ist zwar die Zahl der Versetzungen verringert, gleichzeitig wird jedoch auch, der axiale Temperaturgradient so verringert, daß die maximal mögliche Ziehgeschwindigkeit nur etwa 2 mm in. beträgt. Bei einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gezogenen Stab beträgt die Anzahl der Versetzungen 3000 bis 5000 pro Quadratzentimeter. Er weist keine Feinkorngrenzen auf. Außerdem erhöht sich die maximale Ziehgeschwindigkeit auf etwa 3 mm/Min.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Ziehen von vorzugsweise einkristallinen Halbleiterstäben aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze, bei dem der Stab durch eine den radialen Temperaturgradienten im Stab vermindernde Zone gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstab zunächst durch die den radialen Temperaturgradienten vermindernde und nachfolgend durch eine den axialen Temperaturgradienten vergrößernde Zone gezogen wird.
2. Vorrichtung zum Ziehen von Halbleiterstäben aus einer in einem durch eine Hochfrequenzspule erhitzten Tiegel befindlichen Schmelze mit einem teilweise in die Spule ragenden Wärmeschirm zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der teilweise in die Spule ragende Wärmeschirm (3) zylindrisch ausgebildet und über diesem ein zylindrischer Kühlmantel (7) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 944 209; deutsche Auslegeschriften Nr.1051806,1044 768.