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DE1175445B - Process for the formation of preferably narrow orientation facets on a semiconductor single crystal rod - Google Patents

Process for the formation of preferably narrow orientation facets on a semiconductor single crystal rod

Info

Publication number
DE1175445B
DE1175445B DEI15852A DEI0015852A DE1175445B DE 1175445 B DE1175445 B DE 1175445B DE I15852 A DEI15852 A DE I15852A DE I0015852 A DEI0015852 A DE I0015852A DE 1175445 B DE1175445 B DE 1175445B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crystal
rod
melt
single crystal
facets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEI15852A
Other languages
German (de)
Inventor
James Smart Hanson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IBM Deutschland GmbH
Original Assignee
IBM Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IBM Deutschland GmbH filed Critical IBM Deutschland GmbH
Publication of DE1175445B publication Critical patent/DE1175445B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.:Boarding school Cl .:

Deutsche Kl.:German class:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Number:
File number:
Registration date:
Display day:

40d-3/00Pai40d-3 / 00Pai

NeuesNew

1175 445
115852 VI a/40d
30. Dezember 1958
6. August 1964
1175 445
115852 VI a / 40d
December 30, 1958
August 6, 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von vorzugsweise schmalen Orientierungsfacetten an einem Halbleiter-Einkristallstab, insbesondere aus Germanium, welche bevorzugte Kristallflächen, insbesondere [lll]-Kristallflächen, optisch erkennbar machen, während der Herstellung des Stabes durch Ziehen aus der Schmelze bei der Temperatur des Schmelzpunktes des Halbleiters.The invention relates to a method for forming preferably narrow orientation facets a semiconductor single crystal rod, in particular made of germanium, which preferred crystal faces, in particular [lll] crystal surfaces, make it visually recognizable during the manufacture of the rod Pulling from the melt at the temperature of the melting point of the semiconductor.

An den meisten Stäben findet man Oberflächenabschnitte, die als »Anflächungen« zu bezeichnen sind. Eine nähere Betrachtung dieser Anflächungen ergibt, daß sie aus einer Vielzahl von Stufen, ähnlich der Stufenfolge einer Treppe, bestehen, bei welcher die Stufentrittflächen von weitgehend ebenen, reflektierenden Oberflächen oder Facetten gebildet sind, die parallel zu einer [lll]-Ebene verlaufen. Die Anflächung eines Stabes besteht jeweils aus ein, zwei oder bis zu mehreren hundert Facetten.Most of the bars have sections of the surface that can be referred to as "flats". A closer look at these flats reveals that they consist of a multitude of stages, similar to the Sequence of steps of a staircase, in which the step treads of largely flat, reflective Surfaces or facets are formed which run parallel to a [III] plane. The flattening a rod consists of one, two or up to several hundred facets.

Es ist bereits ein Verfahren zur Orientierung eines einkristallinen Stabes vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1 108 944), das in Zusammenhang mit der Aufschneidung des Stabes in Halbleiterkörper für Halbleiterbauelemente, wie etwa Dioden und Transistoren, benutzt wird, die gewisse Ebenen parallel zu bestimmten kristallographischen Ebenen aufweisen. Dieses bereits vorgeschlagene Verfahren schließt den Gebrauch optischer Reflexionen an den Oberflächen kleiner Bereiche oder Facetten des Stabes ein.It is already a method of orienting one single crystal rod has been proposed (German Patent 1 108 944), which in connection with cutting the rod into semiconductor bodies for semiconductor components such as diodes and transistors, is used, which have certain planes parallel to certain crystallographic planes. This previously proposed method includes the use of optical reflections on the Surfaces of small areas or facets of the rod.

Im Gebrauch dieses Verfahrens stieß man aber insofern auf Schwierigkeiten, als nicht alle Stäbe Facetten zeigten. Nach dem älteren deutschen Patent 1 108 944 ist es dann notwendig, durch Anwendung ausgewählter Ätzverfahren Facetten zu erzeugen.Difficulties were encountered in using this method in that not all of the rods were used Facets showed. According to the earlier German patent 1 108 944 it is then necessary by application selected etching processes to produce facets.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einkristalliner Stäbe für die Fabrikation von Halbleitervorrichtungen, wie Dioden und Transistoren, besteht darin, daß man einen Impfkristall in die Mutterschmelze, z. B. aus Germanium, einfügt und daß man dann den Impfkristall langsam aus der Schmelze herauszieht, wobei gleichzeitig die Schmelze weitgehend auf der Schmelztemperatur des Materials gehalten wird. Dadurch wächst am Kristallkeim entsprechend der kristallographischen Orientierung des Keimes ein Kristall. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Ziehrichtung so genau wie möglich mit einer gewünschten kristallographischen Achse zusammenfallend gehalten wird.A well-known method of making single crystal rods for the fabrication of semiconductor devices, like diodes and transistors, consists in putting a seed crystal in the mother melt, z. B. of germanium, and that one then slowly pulls the seed crystal out of the melt, at the same time the melt is largely kept at the melting temperature of the material will. As a result, it grows on the crystal nucleus in accordance with the crystallographic orientation of the nucleus a crystal. In general, it is advantageous if the drawing direction is as precise as possible with a desired crystallographic axis is kept coincident.

Auf die Bildung der Orientierungsfacetten während der Herstellung eines Stabes wirken mehrere Faktoren ein. Ein wichtiger Faktor ist die Besonderheit des Ofens, in welchem der Stab erzeugt wird.Several have an effect on the formation of the orientation facets during the manufacture of a rod Factors. An important factor is the particularity of the furnace in which the rod is produced.

Verfahren zur Bildung von vorzugsweise
schmalen Orientierungsfacetten an einem
Halbleiter-Einkristallstab
Method of forming preferably
narrow orientation facets on one
Semiconductor single crystal rod

Anmelder:Applicant:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49
IBM Germany Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mb H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:
James Smart Hanson,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Named as inventor:
James Smart Hanson,
New York, NY (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1957V. St. v. America December 31, 1957

(706449)(706449)

Die öfen zur Herstellung gezogener Stäbe neigen gewöhnlich zur Bildung zylindrischer Stäbe. Man hat gefunden, daß einige Öfen Stäbe liefern, welche fast vollständig zylindrisch sind, bei denen aber Facetten fehlen. Die Besonderheiten sind offenbar durch die Ofenkonstruktion bestimmt, und es ist unmöglich, bevor der Ofen gebaut und in Betrieb genommen ist, sogleich vorauszusagen, ob seine Konstruktion im Sinne einer Forderung der Facettenbildung durchgeführt ist.The ovens for making drawn rods usually tend to form cylindrical rods. Man has found that some ovens provide bars which are almost entirely cylindrical, but which are Facets are missing. The specifics are apparently determined by the furnace design, and it is impossible to predict immediately before the furnace is built and put into operation whether its construction is carried out in the sense of a requirement for faceting.

Ein anderer sich auf die Facettenbildung auswirkender Faktor besteht in einem übermäßigen Winkelfehler zwischen der Ziehrichtung des Stabes aus der Schmelze und der gewünschten kristallographischen Achse des Stabes. So hergestellte Stäbe haben sehr wenige oder sogar überhaupt keine Facetten.Another factor affecting faceting is an excessive angular error between the direction in which the rod is pulled out of the Melt and the desired crystallographic axis of the rod. Bars made in this way have a lot few or no facets at all.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren zur Bildung von Orientierungsfacetten an einem Halbleiter-Einkristallstab während der Herstellung des Stabes durch Ziehen aus der Schmelze zu schaffen. Dabei soll dieses Verfahren unabhängig von der Ofenkonstruktion und von größeren Winkelfehlern zwischen Ziehachse und der bevorzugten Kristallachsenrichtung mit Erfolg betrieben werden können.The object on which the invention is based is now to provide an improved method of formation of orientation facets on a semiconductor single crystal rod during the manufacture of the rod to create by pulling from the melt. This process should be independent of the furnace design and larger angular errors between the pull axis and the preferred crystal axis direction can be operated with success.

♦09 639/303♦ 09 639/303

Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Facetten für irgendeine gewünschte Ziehachse herstellbar sind.A particular object of the invention is to provide a method with which facets for any desired pull shaft can be produced.

Für ein Verfahren zur Bildung von vorzugsweise schmalen Orientierungsfacetten an einem Halbleiter-Einkristallstab, insbesondere aus Germanium, welche bevorzugte Kristallflächen, insbesondere [lll]-Kristallflächen, optisch erkennbar machen, während der Herstellung des Stabes durch Ziehen aus der Schmelze bei der Temperatur des Schmelzpunkts des Halbleiters besteht danach die Erfindung darin, daß nach dem Erreichen der gewünschten Länge des gezogenen Einkristallstabes im Ziehprozeß durch rasche Herabsetzung der Temperatur der Schmelze um etwa 10 bis 20° C und/oder durch Herabsetzung der Ziehgeschwindigkeit eine Ausweitung der Grenzfläche am unteren Ende des Stabes herbeigeführt und der Halbleiter-Einkristall danach plötzlich aus der Schmelze genommen wird.For a process for the formation of preferably narrow orientation facets on a semiconductor single crystal rod, in particular from germanium, which has preferred crystal faces, in particular [III] crystal faces, Make it visually recognizable during the manufacture of the rod by pulling it out of the Melt at the temperature of the melting point of the semiconductor, the invention consists in that after reaching the desired length of the drawn single crystal rod in the drawing process rapid reduction in the temperature of the melt by about 10 to 20 ° C. and / or by reducing it the pulling speed caused an expansion of the interface at the lower end of the rod and the semiconductor single crystal is then suddenly removed from the melt.

Wesentlich ist dabei, daß die Bedingungen bzw. Zustände bei der Kristallbildung geändert werden, ehe der Kristall aus der Schmelze gezogen wird, um so ein nach außen gerichtetes Ausweiten der Oberfläche des gewöhnlich am Unterteil zylindrischen Kristalls zu erzeugen. Dieses Ausweiten sollte jedoch ziemlich klein sein, z. B. etwa 0,13 bis 0,25 mm in radialer Breite. Dies wird vorteilhaft in dem gewünschten Umfang durch eine rasche und ausreichende Herabsetzung der Temperatur der Schmelze für eine genügend lange Zeit erreicht. Bei einigen Materialien kann die Kristallausweitung auch durch Reduktion der Ziehgeschwindigkeit des Kristalls aus der Schmelze gebildet werden.It is essential that the conditions or states are changed during crystal formation, before the crystal is pulled from the melt, so as to expand the surface in an outward direction of the crystal, which is usually cylindrical at the bottom. However, this expansion should be quite small, e.g. B. about 0.13 to 0.25 mm in radial width. This becomes beneficial in that desired extent by a rapid and sufficient lowering of the temperature of the Melt reached for a long enough time. For some materials, the crystal expansion can also be formed by reducing the pull rate of the crystal from the melt.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings.

F i g. 1 ist eine geometrische Darstellung eines Oktaeders, dessen Flächen die [lll]-Kristallflächen wiedergeben;F i g. 1 is a geometric representation of an octahedron, the faces of which are the [lll] crystal faces reproduce;

F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Gerätes, welches für die optische Orientierung des einkristallinen Stabes verwendet wird;F i g. 2 shows a schematic representation of the device which is used for the optical orientation of the single crystal rod is used;

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung für einen üblichen Kristall-Ziehprozeß;F i g. Fig. 3 is a schematic illustration for a common crystal pulling process;

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung für einen bevorzugten Verfahrensschritt zur Durchführung des Erfindungsgedankens;F i g. 4 is a schematic illustration for a preferred method step for carrying out the inventive concept;

F i g. 5 zeigt einen weiteren und wesentlichen Verfahrensschritt gemäß der Erfindung;F i g. 5 shows a further and essential method step according to the invention;

F i g. 6 zeigt im Aufriß und zum Teil im Schnitt einen einkristallinen Stab, der nach der Erfindung hergestellt wurde;F i g. Figure 6 shows, in elevation and partly in section, a single crystal rod made in accordance with the invention was produced;

F i g. 7 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Teil des Stabes nach Fig. 6;F i g. 7 shows a part on an enlarged scale the rod of Figure 6;

Fig. 8 gibt einen Ausschnitt aus dem Grundriß des in Fig. 7 dargestellten Stabes wieder.Fig. 8 gives a detail from the plan of the rod shown in Fig. 7 again.

In Fig. 1 ist ein Oktaeder gezeigt, dessen Ecken mit A, B, C, D, E und F bezeichnet sind. Alle Oberflächen eines solchen Oktaeders entsprechen den [lll]-kristallographischen Ebenen. Die durch die Vierecke ABDE, ACEF und BCDF bestimmten Ebenen sind unter dem Namen kristallographische [100]-Ebenen bekannt. Das in Fig. 1 gezeigte Oktaeder kann als die Darstellung eines idealen Perfektkristalls aus bestimmten Stoffen einschließlich Germanium angesehen werden.In Fig. 1 an octahedron is shown, the corners of which are labeled A, B, C, D, E and F. All surfaces of such an octahedron correspond to the [III] crystallographic planes. The planes determined by the quadrangles ABDE, ACEF and BCDF are known under the name crystallographic [100] planes. The octahedron shown in Fig. 1 can be viewed as the representation of an ideal perfect crystal made of certain substances including germanium.

Während der Bildung des Kristalls aus irgendeinem kristallisierten Stoff neigt er äußerst leicht dazu, in bestimmten Richtungen zu wachsen. Im Falle des Germaniums tendiert er, in Richtungen zu wachsen, welche die [lll]-Ebenen als äußere Flächen erhalten. Bei der Züchtung von Germaniumkristallen für Transistoren ist es wesentlich, daß die Stäbe einkristallin sind, d. h., daß sie einem einzigen Kristallgitter durch den gesamten Kristall hindurch folgen. Die Verfahren zur Herstellung der Germaniumkristalle, welche laufend in Gebrauch sind, sind insbesondere wegen ihrer Anpassungsfähigkeit für die Erzeugung von einkristallinen Strukturen ausgewählt worden. Während die nach diesen Verfahren hergestellten Kristalle gelegentlich polykristalline Anteile haben, welche im Falle des Transistors als Ausschuß ausscheiden mußten, sind die Hauptteile der so erzeugten Kristalle nichtsdestoweniger einkristallin. During the formation of the crystal from any crystallized substance, it tends extremely easily to become in certain directions to grow. In the case of germanium, it tends to grow in directions which receive the [lll] planes as outer surfaces. When growing germanium crystals for For transistors, it is essential that the rods are single crystalline; that is, they have a single crystal lattice follow through the entire crystal. The process for the production of germanium crystals, which are constantly in use, are in particular because of their adaptability for the Production of monocrystalline structures has been selected. While those produced by this process Crystals occasionally have polycrystalline components, which in the case of the transistor are rejected had to separate out, the main parts of the crystals so produced are nonetheless monocrystalline.

Es ist wesentlich, daß einige Transistoren hergestellt werden, bei denen bestimmte Flächen parallel zu einer [lll]-Fläche des Kristalls liegen. Um eine solche Parallelität sicherzustellen, muß die Lage der [lll]-Flächen genau ermittelt werden können.It is essential that some transistors be made with certain faces parallel to a [III] face of the crystal. To ensure such parallelism, the location of the [III] surfaces can be precisely determined.

Eine Achse, die lotrecht zu einer [lll]-Fläche liegt, wird nachstehend als [lll]-Achse bezeichnet. In F i g. 1 ist die Y-Y'-Achse eine solche Achse, da sie senkrecht zur Fläche ABC steht. Man beachte, daß es einen Satz von drei ebenen Flächen gibt, welche den Dreiecken ACD, ABF und BCE gleichgesetzt sind und welche bei Verlängerung der [lll]-Achse im selben Punkt schneiden und gleiche Winkel mit der [lll]-Achse in jenem Punkt bilden. Dieser Winkel ist annähernd 19%° und ist in der Zeichnung als Winkel α angegeben.An axis that is perpendicular to a [III] surface is hereinafter referred to as a [III] axis. In Fig. 1, the Y-Y ' axis is such an axis because it is perpendicular to the surface ABC . Note that there is a set of three planar surfaces which are equated to the triangles ACD, ABF and BCE and which, when the [III] axis is extended, intersect at the same point and at equal angles with the [III] axis at that point form. This angle is approximately 19% ° and is indicated in the drawing as angle α.

Ein anderer Satz von ebenen Flächen, welche durch die Dreiecke CDE, BEF und ADF gekennzeichnet sind, schneidet bei Verlängerung die [Hl]-Achse im Punkt P' mit gleichen Winkeln <*. Wenn ein Lichtstrahlenbündel auf den Kristall gerichtet und der Kristall langsam um eine [lll]-Achse gedreht wird, dann werden die an den drei gleichwinklig zu dieser Achse liegenden Flächen reflektierten Lichtstrahlen denselben Pfaden folgen, wenn sich der Kristall dreht. Durch Festlegung dreier lichtreflektierender Facetten auf der Kristalloberfläche in der Weise, daß bei der Drehung des Stabes um eine gegebene Achse das gleiche Ziel getroffen wird, kann man es einrichten, daß die Drehachse mit der [lll]-Achse zusammenfällt. Beim Schneiden des Kristalls lotrecht zu dieser Drehachse kann man es sicherstellen, daß jeder aus dem Kristall für die Transistorherstellung herausgeschnittene Würfel Oberflächen aufweist, die parallel zu einer [Hl]-Ebene liegen.Another set of flat surfaces, which are marked by the triangles CDE, BEF and ADF , intersects the [Hl] axis at point P ' with equal angles <* when elongated. If a bundle of light rays is directed onto the crystal and the crystal is slowly rotated about an [III] axis, the light rays reflected from the three surfaces at the same angle to this axis will follow the same paths when the crystal rotates. By defining three light-reflecting facets on the crystal surface in such a way that the same target is hit when the rod is rotated about a given axis, the axis of rotation can be arranged to coincide with the [III] axis. When cutting the crystal perpendicular to this axis of rotation, it can be ensured that each cube cut out of the crystal for transistor production has surfaces which lie parallel to a [Hl] plane.

Die Fig. 2 zeigt einen Kristallstab 1, der in ein optisches Gerät für die Ermittlung der [lll]-Achse des Kristalls eingebaut ist. An einem Ende des Kristalls ist eine Welle 2 mit Siegellack 3 oder Zement oder anderen geeigneten Mitteln befestigt. Die Welle 2 ist in einem Zylinder 4 durch zwei Sätze 5 und 6 von je drei Schrauben gehaltert. Der Zylinder 4 ruht in einem Paar von V-förmigen Traggestellen 7 und 8, so daß der Zylinder um seine geometrische Achse frei drehbar ist. Diese Haltevorrichtung einschließlich des Zylinders und der Schraubensätze 5 und 6 gestattet, die geometrische Achse des Stabes 1 bezüglich der Drehachse des Zylinders 4 zu verstellen oder zu kippen. Um die Einstellung bzw. die Lage der [lll]-Achse des Kristalls 1 zu bestimmen, werden aus einer passenden Quelle gerichtete Lichtstrah-FIG. 2 shows a crystal rod 1 which is inserted into an optical device for determining the [III] axis of the crystal is incorporated. At one end of the crystal is a shaft 2 with sealing wax 3 or Cement or other suitable means. The shaft 2 is in a cylinder 4 through two sets 5 and 6 held by three screws each. The cylinder 4 rests in a pair of V-shaped support frames 7 and 8, so that the cylinder is freely rotatable about its geometrical axis. This holding device including of the cylinder and the screw sets 5 and 6 allow the geometrical axis of the rod 1 to adjust or tilt with respect to the axis of rotation of the cylinder 4. About the setting or the location the [lll] axis of the crystal 1 to be determined light beam directed from a suitable source

len oder Sonnenlicht über einen Spiegel gegen die Facetten am Kristall 1 gelenkt und von dort zu einem Auffänger 10 reflektiert. Wenn drei Facetten an verschiedenen Punkten der Oberfläche eines Kristallendes gefunden werden können, deren Reflexionen das Ziel 10 treffen, wenn der Kristall gedreht wird, dann ist es bestimmt, daß der Kristall sich um eine [lll]-Achse dreht.len or direct sunlight via a mirror against the facets on the crystal 1 and from there to a receiver 10 reflected. When three facets at different points on the surface of one Crystals can be found whose reflections hit the target 10 when the crystal is rotated then it is determined that the crystal rotates about an [III] axis.

Der Kristall und seine Haltevorrichtung sind so aufgebaut, daß das Licht aus einem passenden Kollimator reflektiert wird von einer der erforderlichen drei Flächen am Kristall zu dem Ziel 10 hin. Der Kristall wird dann bei der Drehung des Zylinders um annähernd 120° gewendet, um die nächste flache Fläche in Position für die Reflexion zu bringen. Die Lage des reflektierten Lichtes auf dem Auffänger 10 wird eine Anzeige des Betrages und der Richtung sein, in welche die [lll]-Achse des Kristalls geschwenkt werden muß, um sie parallel zur Drehachse des Zylinders 4 zu bringen. Die Justierung der beiden Schraubensätze 5 und 6 wird diese Verschiebung herbeiführen. Der Kristall wird wieder gedreht, und zwar auf die dritte flache Fläche, die Lage des reflektierten Lichtes auf dem Auffänger 10 wird wieder beobachtet, und eine genaue Justierung der kristallographischen Achse des Stabes wird wieder gemacht.The crystal and its holder are constructed so that the light comes from a suitable collimator is reflected from one of the required three surfaces on the crystal towards the target 10. Of the When the cylinder is rotated by approximately 120 °, the crystal is then turned around to make the next flat one Position the surface for reflection. The position of the reflected light on the receiver 10 will be an indication of the amount and direction in which the crystal's [III] axis has pivoted must be in order to bring them parallel to the axis of rotation of the cylinder 4. Adjusting the two Screw sets 5 and 6 will make this shift. The crystal is rotated again, and although on the third flat surface, the position of the reflected light on the receiver 10 is again observed and a precise adjustment of the rod's crystallographic axis is made again.

Dies wird fortgesetzt, bis ein reflektierter Lichtpunkt von jeder der drei flachen Flächen der Reihe nach den gleichen Punkt auf dem Auffänger 10 trifft, wenn der Zylinder 4 gedreht wird.This continues until a point of light reflected from each of the three flat faces of the row after hitting the same point on the interceptor 10, when the cylinder 4 is rotated.

In Fig. 3 ist ein übliches Kristallziehverfahren dargestellt. Ein Kristallkeim, wie bei 11 gezeigt, wird in eine Schmelze 12 aus gleichem Material eingeführt. Die Schmelze befindet sich in einem Tiegel 13, dessen Material so gewählt ist, daß es die Schmelze nicht verunreinigt. Der Tiegel wird in einen Ofen gebracht, dessen Temperatur auf dem Schmelzpunkt des Materials gehalten wird. Der Kristallkeim wird dann langsam gedreht und langsam aus der Schmelze gezogen. Beim Herausziehen des Kristallkeims rekristallisiert das Material aus der Schmelze oder wächst am Kristallkeim an, so daß ein breiter, gewöhnlich zylindrischer Kristallstab, wie bei 14 gezeigt, entsteht.A common crystal pulling process is shown in FIG. A seed crystal as shown at 11 is introduced into a melt 12 made of the same material. The melt is in a crucible 13, the material of which is chosen so that it does not contaminate the melt. The crucible is in brought a furnace, the temperature of which is kept at the melting point of the material. Of the The seed crystal is then slowly rotated and slowly pulled out of the melt. When pulling out of the crystal nucleus, the material recrystallizes from the melt or grows on the crystal nucleus, so that a wide, usually cylindrical, crystal rod as shown at 14 is formed.

Sobald nun der Kristall 14 die gewünschte Länge erreicht hat, wird gemäß der Erfindung die Temperatur der Schmelze plötzlich um einen ausreichenden Betrag, z. B. 10 bis 20° C, herabgesetzt. Dies läuft auf eine ganz plötzliche Zunahme im Durchmesser des Stabes an der Fest-Flüssig-Berührungsfläche hinaus und bildet eine Ausweitung am unteren Ende des Stabes. Diese herabgesetzte Temperatur wird so lange gehalten, bis die Ausweitung eine gewünschte radiale Breite, vorzugsweise im Betrage von 0,13 bis 0,25 mm, erreicht hat. Sobald die verlangte Ausweitung größenmäßig erreicht ist, wird der Kristall plötzlich von der Schmelze abgehoben (vgl. Fig. 5).As soon as the crystal 14 has reached the desired length, according to the invention, the temperature the melt suddenly by a sufficient amount, e.g. B. 10 to 20 ° C, reduced. this runs on a very sudden increase in the diameter of the rod at the solid-liquid interface and forms a widening at the bottom of the rod. This lowered temperature is held until the expansion is a desired one has reached radial width, preferably in the amount of 0.13 to 0.25 mm. As soon as the requested Once the size has expanded, the crystal is suddenly lifted from the melt (cf. Fig. 5).

Bei den üblichen Kristallziehverfahren ist der wachsende Stab in der Hauptsache im oder leicht unter dem Schmelzpunkt des Materials, während die Schmelze gewöhnlich etwas über jener Temperatur gehalten wird. Dies geschieht am besten durch Herabsetzung der Höhe der Wärmezufuhr um einen Betrag, welcher von der Ofenkonstruktion und anderen Faktoren abhängt. Es ist berücksichtigt, daß eine Temperaturherabsetzung der Schmelze von 10 bis zu etwa 20° C die besten Ergebnisse liefert. Dieser Temperaturabfall verursacht leicht Ausweitung, gefährdet aber nicht die Rekristallisation der Schmelze im Tiegel. Die verwendete Temperatur muß für diesen Zweck über dem Schmelzpunkt des Materials bleiben.In common crystal pulling processes, the growing rod is mainly in or light below the melting point of the material, while the melt is usually slightly above that temperature is held. This is best done by reducing the amount of heat supplied by an amount which depends on the furnace design and other factors. It is considered that a decrease in temperature the melt from 10 to about 20 ° C gives the best results. This drop in temperature easily causes expansion, but does not endanger the recrystallization of the melt in the crucible. The temperature used must remain above the melting point of the material for this purpose.

Während es natürlich unmöglich ist, genau zu bestimmen, was in der Grenze Flüssigkeit—Festkörper zwischen dem Stab und der Schmelze 12 geschieht, kann angenommen werden, daß dort eine starke Neigung für den Kristall herrscht, an jener Grenzstelle in Richtungen zu wachsen, welche die bevorzugten [lll]-Ebenen zu erhalten suchen. Folglich bestehen die mit jenen Ebenen zusammenfallenden Facetten ganz und gar an der Flüssig-Fest-Grenze des Kristallstabes. Wenn der Kristall langsam aus der Schmelze gezogen wird, wie im Falle der früheren Kristallziehtechnik, sind diese Facetten durch Abflachung des unteren Kristallendes undeutlich gemacht. Durch plötzliches Herausziehen des Stabes nach Bildung der Ausweitung werden die Facetten erhalten.While it is of course impossible to determine exactly what is in the liquid-solid boundary happens between the rod and the melt 12, it can be assumed that there is a strong There is a tendency for the crystal to grow at that boundary in directions which are preferred Search to get [lll] levels. Hence, those coinciding with those planes exist Facets entirely at the liquid-solid boundary of the crystal rod. When the crystal slowly comes out of the Melt is pulled, as in the case of the earlier crystal pulling technique, these facets are by flattening of the lower end of the crystal obscured. By suddenly pulling out the stick after the expansion is formed, the facets are preserved.

Die Facettenbildung wird durch das beschriebene Verfahren nach der Erfindung stark gesteigert, sogar bei Ziehrichtungen, welche weit von irgendeiner kristallographischen Achse abliegen.The facet formation is greatly increased by the described method according to the invention, even for drawing directions which are far from any crystallographic axis.

Die Steigerung der Wachstumsgeschwindigkeit, welche — wenn auch sonst unerwünscht — durch diese Ausweitungstechnik notwendig gemacht ist, ist auf das untere Ende des Stabes beschränkt. Dieses Ende wird in der üblichen Halbleitertechnik wegen kristallographischer Störungen und unerwünschter Widerstandsänderungen ausgeschieden.The increase in the rate of growth, which - albeit otherwise undesirable - through this expansion technique is made necessary is limited to the lower end of the rod. This End becomes undesirable in common semiconductor technology because of crystallographic disturbances and Resistance changes eliminated.

Obgleich in der Verkörperung der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung die Ausweitung durch Herabsetzung der Temperatur der Schmelze erreicht wird, ist es auch möglich, eine Ausweitung durch Variation anderer Schmelzzustände, z. B. durch Erniedrigung der Ziehgeschwindigkeit oder durch gleichzeitige Reduktion der Temperatur und der Ziehgeschwindigkeit, zu erreichen.Although in the embodiment of the present invention described above, the extension by Lowering the temperature of the melt is achieved, it is also possible to expand it Variation of other melting states, e.g. B. by lowering the drawing speed or by simultaneous reduction of the temperature and the drawing speed to achieve.

F i g. 6 zeigt einen Kristall 14, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezüchtet ist. Dieser weist eine Ausweitung 15 auf, die an der unteren Peripherie gebildet ist. Fig. 7 zeigt den Kristall 14 und die Ausweitung 15 nach Fig. 6 in stark vergrößertem Maßstab. Die Facette erscheint hier bei 16. Die Fig. 8 gibt einen Grundriß des Kristalls nach F i g. 7 wieder und zeigt die Facette 16, wie sie von unten erscheint.F i g. 6 shows a crystal 14 that is in accordance is bred with the present invention. This has an expansion 15, which is at the lower periphery is formed. FIG. 7 shows the crystal 14 and the expansion 15 according to FIG. 6 in greatly enlarged scale. The facet appears here at 16. FIG. 8 is a plan view of the Crystal according to FIG. 7 again and shows the facet 16 as it appears from below.

Es ist wesentlich, daß die Facetten für das oben beschriebene Orientierungsverfahren schmal werden. Die Facetten sollten vorzugsweise 2,38 bis 3,18 mm lang und nicht mehr als 0,25 mm breit sein. Je schmaler die Abmessungen, um so genauer wird im allgemeinen die Orientierung des Stabes.It is essential that the facets become narrow for the orientation process described above. The facets should preferably be 2.38 to 3.18 mm long and no more than 0.25 mm wide. Ever the narrower the dimensions, the more precise the orientation of the rod generally becomes.

Nachdem ein einkristalliner Stab gemäß dem beschriebenen Verfahren gebildet und seine Achse [111] genau eingerichtet worden ist, kann er danach für irgendeine gewünschte Winkelorientierung mittels eines Goniometers od. dgl. eingestellt und Halbleiterkörper herausgeschnitten werden, deren Oberflächen jede gewünschte Winkelbeziehung zur kristallographischen Achse aufweisen.After a single crystal rod is formed according to the method described and its axis [111] has been set up precisely, it can then be used for any desired angular orientation using a goniometer or the like. Set and cut out semiconductor bodies, the surfaces of which have any desired angular relationship to the crystallographic axis.

Wenn man sich des beschriebenen Verfahrens bedient, erhält man Facetten, die zuverlässig wirksam sind im optischen Orientierungsprozeß, und zwar ohne Rücksicht auf die Ofenkonstruktion und ohne Rücksicht auf den Winkel zwischen Ziehrichtung und den verschiedenen kristallographischen Achsen.If you use the method described, you get facets that are reliably effective are in the optical orientation process, regardless of the furnace design and without Consider the angle between the direction of drawing and the various crystallographic axes.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Bildung von vorzugsweise schmalen Orientierungsfacetten an einem Halbleiter-Einkristallstab, insbesondere aus Germanium, welche bevorzugte Kristallfiächen, insbesondere [lll]-KristaHflächen, optisch erkennbar machen, während der Herstellung des Stabes durch Ziehen aus der Schmelze bei der Temperatur des Schmelzpunkts des Halbleiters, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen der gewünschten Länge des gezogenen Einkristallstabes im Ziehprozeß durch rasche Herabsetzung der Temperatur der Schmelze um etwa 10 bis 20° C und/oder durch Herabsetzung1. Process for the formation of preferably narrow orientation facets on a semiconductor single crystal rod, in particular from germanium, which are preferred crystal surfaces, in particular [III] crystal surfaces, make them visually recognizable during the manufacture of the rod by drawing from the melt at the temperature of the melting point of the semiconductor, thereby characterized in that after reaching the desired length of the drawn single crystal rod in the drawing process by rapid Lowering the temperature of the melt by about 10 to 20 ° C and / or by lowering it der Ziehgeschwindigkeit eine Ausweitung der Grenzfläche am unteren Ende des Stabes herbeigeführt und der Halbleiter-Einkristall danach plötzlich aus der Schmelze genommen wird.the pulling speed caused an expansion of the interface at the lower end of the rod and thereafter the semiconductor single crystal is suddenly taken out of the melt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzliche Temperatursenkung der Mutterschmelze so lange aufrechterhalten wird, bis die Ausweitung des Einkristallstabes an der Grenzschicht Flüssigkeit—Festkörper einen Betrag von 0,13 bis 0,25 mm, radial gemessen, erreicht hat.2. The method according to claim 1, characterized in that the sudden drop in temperature the mother melt is maintained until the expansion of the single crystal rod at the liquid-solid boundary layer an amount of 0.13 to 0.25 mm, measured radially, has reached. In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 706 849, 769 426.
Considered publications:
British Patent Nos. 706 849, 769 426.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 409 639/303 7.64 © Bundesdruckerei Berlin409 639/303 7.64 © Bundesdruckerei Berlin
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