DE1191789B

DE1191789B - Method for drawing preferably single-crystal semiconductor rods

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.Method for pulling preferably single-crystal semiconductor rods It has been shown that the drawn from a melt in a crucible Semiconductor rods have a large number of dislocations. These lattice errors work in the further processing of the semiconductor material produced by the crucible pulling process in semiconductor devices, such as. B. transistors or diodes, disturbing. These dislocations are on a plastic deformation of the still hot semiconductor crystal pulled from the melt traced back. The cause of these deformations is the radial temperature gradient im Semiconductor rod, which is formed by radiation of the crystal pulled from the crucible trains.

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.It is already known both over the one facing the drawn rod Part of the melt and just above the melt a z. B. as an annular disc to arrange trained heat shield.

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.Furthermore, the radiation and thus the radial radiation is already known To reduce temperature gradients by the fact that the rod by one after at the top pulls a cone-shaped tapering screen through it. This measure to reduce however, the radial temperature gradient also reduces the one that is effective along the rod axis Temperature gradient. However, this axial temperature gradient is necessary to those during the solidification of the semiconductor material, i.e. those during the formation of the rod dissipate released heat of fusion. By reducing this axial temperature gradient the amount of heat of fusion dissipated is also reduced. This has a diminution the maximum possible pulling speed result.

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.Dislocations in the drawn member are now avoided or their number is significantly reduced and at the same time the maximum possible pulling speed very large if used for pulling preferably single-crystal semiconductor rods a melt located in a crucible, the semiconductor rod according to the invention initially by reducing the radial temperature gradient and subsequently by a the axial temperature gradient enlarging zone is drawn. By means of a partial In the coil protruding heat shield a particularly useful device for implementation of the method according to the invention given that the heat shield and over this a cylindrical cooling jacket is arranged.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient das in der Zeichnung dargestellte und im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel.For a more detailed explanation of the invention, the one shown in the drawing is used and the embodiment described below.

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 a z. B. made of graphite crucible 1 is the melt 2 of the semiconductor material, so z. B. a germanium or silicon melt. The semiconductor material is heated by a high-frequency coil 5 and kept at the temperature necessary for drawing. To reduce the axial temperature gradient of the drawn rod, a cylindrical screen 3, which serves as a radiation protection and is provided with a viewing slit 4 for observing the drawing process, is arranged on the crucible. The screen consists z. B. of molybdenum or tantalum or another material reflecting the thermal radiation. This screen prevents the radiation of heat from the semiconductor rod pulled through the screen while the method is being carried out. Above this radiation protection 3, a preferably cylindrical cooling jacket 7 and 9 is arranged, which is of a coolant, for. B. water, is flowed through. The seed holder 8 serves to hold the single crystal, which is immersed in the melt 2 at the beginning of the process and on which the melt crystallizes when it is pulled out, so that a single crystal semiconductor rod is produced. The pull shaft 10 can also be rotated while pulling. By adding dopants to the melt during drawing, pn junctions can also be produced in a manner known per se.

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.At the height of the cooling jacket 7 there is a large radial temperature gradient in the semiconductor rod, but the crystal is already there when it gets into the cooling zone cooled so far that no plastic deformation and thus no formation of dislocations occurs more.

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.The improvement in the physical properties of the semiconductor material produced by the method according to the invention can be seen from the comparison values given below. Rods were drawn in which the radial temperature gradient is neither reduced nor the axial one increased. The number of dislocations was 40,000 per square centimeter. In addition, the semiconductor rod produced in this way has fine grain boundaries. If only one radiation protection is used during drawing and thus the radial temperature gradient is reduced, the number of dislocations is reduced, but at the same time the axial temperature gradient is reduced so that the maximum possible drawing speed is only about 2 mm in. In a rod drawn by the method according to the invention, the number of dislocations is 3000 to 5000 per square centimeter. It has no fine grain boundaries. In addition, the maximum pulling speed increases to about 3 mm / min.

Claims

Claims: 1. Method for pulling, preferably single-crystal Semiconductor rods from a melt in a crucible, in which the rod is pulled through a zone reducing the radial temperature gradient in the rod, characterized in that the semiconductor rod initially through the radial temperature gradient reducing and subsequently by increasing the axial temperature gradient Zone is drawn.

2. Device for pulling semiconductor rods from one in one by a high-frequency coil heated crucible located melt with a partially Heat shield protruding into the coil for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the heat shield (3) partially protruding into the coil cylindrical and arranged over this a cylindrical cooling jacket (7) is. Documents considered: German Patent No. 944 209; German Publication No. 1051806, 1044 768.