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DE3701811A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines einkristalls - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines einkristalls

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DE3701811A1
DE3701811A1 DE19873701811 DE3701811A DE3701811A1 DE 3701811 A1 DE3701811 A1 DE 3701811A1 DE 19873701811 DE19873701811 DE 19873701811 DE 3701811 A DE3701811 A DE 3701811A DE 3701811 A1 DE3701811 A1 DE 3701811A1
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DE
Germany
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melt
crucible
single crystal
silicon
contained
Prior art date
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Withdrawn
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DE19873701811
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English (en)
Inventor
Osamu Haida
Fukuo Aratani
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.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of DE3701811A1 publication Critical patent/DE3701811A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • C30B15/02Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • 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
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305Stirring of the melt

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Einkristalls und eine dafür verwendete Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Czoch­ ralski-Verfahren zum Züchten eines Einkristalls einer anor­ ganischen Verbindung oder eines Halbleitermaterials wie hoch­ reines Silicium, Galliumarsenid u.ä. und eine dafür verwen­ dete Vorrichtung.
Das Czochralski-Verfahren zum Züchten von Einkristallen ist ein Verfahren, bei dem der Einkristall gezüchtet wird durch Hochziehen aus einer Schmelze des Materials in einem Schmelztiegel an einem Impfkristall. Dieses Verfahren wird bei der industriellen Fertigung von Halbleiter-Einkristallen wie hochreinem Silicium, Galliumarsenid u.ä. weitverbreitet praktiziert, weil das Verfahren geeignet ist für die Her­ stellung eines Einkristallkörpers von großem Durchmesser. Das Verfahren hat jedoch ein Problem, wenn ein Halbleiter, z.B. ein mit einem Dotierungselement wie Phosphor, Bor u.ä. dotierter Halbleiter, z.B. Siliciumeinkristall gezüchtet werden soll durch Hochziehen aus einer Siliciumschmelze, die das gewünschte Dotierungselement gelöst in der Schmelze ent­ hält. Besonders ist dabei das Phänomen des Auskristallisie­ rens des Dotierungsmittels mehr oder weniger unvermeidbar, so daß die Konzentration des Dotierungsmittels in der in dem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze allmählich zunimmt, wäh­ rend der Prozeß des Wachstums des Einkristalls fortschreitet, wobei ein vermindertes Volumen der Schmelze im Schmelztiegel hinterlassen wird. Entsprechend ist es üb­ lich, daß die Verteilung der Dotierungskonzentration über den ganzen Körper eines mit einem solchen Verfahren gezüch­ teten Einkristalls nicht einheitlich ist und vom oberen Ende zum unteren Ende zunimmt gemäß einem großen Gradienten des spezifischen Widerstandes, der vom oberen Ende zum unteren Ende abnimmt.
Es wurde kürzlich eine Lösung des oben beschriebenen Pro­ blems beschrieben in US Patent 42 82 184 und US-Patent 44 10 494 durch George Fiegle et al im Zusammenhang mit dem Czochralski-Einkristallzüchten von Silicium. Gemäß dem Vor­ schlag wird ein Schmelztiegel zum Schmelzen, in dem das poly­ kristalline Silicium zur Bildung einer Schmelze geschmolzen wird, getrennt von dem Kristallzüchtungsschmelztiegel einge­ richtet und die Siliciumschmelze, die in dem Schmelztiegel zum Schmelzen gebildet wird, wird zu dem Kristallzüchtungs­ schmelztiegel durch ein die beiden Schmelztiegel verbrücken­ des Leitungsrohr mit einer solchen Rate überführt, daß die Volumenabnahme der Schmelze in dem Kristallzüchtungsschmelz­ tiegel kompensiert wird, um die Zunahme der Dotierungskon­ zentration in der in dem Kristallzüchtungsschmelztiegel ent­ haltenen Schmelze zu verhindern. Dieses Verfahren ist je­ doch vom praktischen Standpunkt nicht brauchbar aufgrund von Nachteilen wie der Schwierigkeit bei der Temperaturregelung des Leitungsrohrs der Schmelze und der hohen Kosten für die komplizierte Vorrichtung als auch für das Heizen und die Temperaturregelung der beiden getrennten Schmelztiegel.
Es wäre natürlich ein wünschenswerter Weg, daß die Volumenab­ nahme der Siliciumschmelze in dem Kristallzüchtungsschmelz­ tiegel im Verlauf des Hochziehens des Einkristalls kompen­ siert wird, indem man direkt eine ergänzende Menge an körni­ gem polykristallinem Silicium oder geschmolzenem Silicium in den Schmelztiegel einführte, ohne einen getrennten Schmelz­ tiegel zum Schmelzen und ein Leitungsrohr für die Schmelze zu verwenden. Beim Suchen von Möglichkeiten für das oben erwähnte Verfahren wurden jedoch keine aussichtsreichen Er­ gebnisse erhalten aufgrund der in großem Ausmaß zugenommenen Variation der Dotierungskonzentration und damit des spezifi­ schen Widerstandes des so gezüchteten Einkristallkörpers.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung beim oben erwähnten Czochralski-Verfahren des Einkristallzüchtens anzugeben, bei dem die Volumenabnah­ me der Schmelze in dem Kristallzüchtungsschmelztiegel kompen­ siert werden kann durch direktes Einführen des polykristal­ linen Ausgangsmaterials in den Schmelztiegel ohne den Nach­ teil einer zugenommenen Variation der Dotierungskonzentra­ tion innerhalb des Einkristallkörpers.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen ei­ nes Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren durch Hoch­ ziehen des Einkristalls an einem Impfkristall aus einer in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze beinhaltet daher:
  • (a) Anlegen eines magnetischen Wanderfeldes an die in dem Schmelztiegel enthaltene Schmelze; und
  • (b) Einführen des polykristallinen Ausgangssiliciums in die in dem Schmelztiegel enthaltene Schmelze.
Die vorliegende Erfindung gibt auch eine Vorrichtung für die Herstellung eines Einkristalls durch das Czochralski-Verfah­ ren an, um den Einkristall an einem Impfkristall aus einer in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze hochzuziehen, gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet:
  • (1) einen Schmelztiegel, in dem die Schmelze enthalten ist;
  • (2) eine Einrichtung zum Beheizen der in dem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze;
  • (3) eine Einrichtung zum Anlegen eines abwärts wandernden magnetischen Feldes an die in dem Schmelztiegel enthal­ tene Schmelze, wobei die Einrichtung den Umfang der Seitenwände des Schmelztiegels umgibt; und
  • (4) eine Einrichtung zum Einführen des polykristallinen Ausgangssiliciums von oben in die in dem Schmelztiegel enthaltene Schmelze.
Die oben erwähnte Einrichtung (3) zum Anlegen eines magne­ tischen Wanderfeldes an die Schmelze in dem Schmelztiegel beinhaltet einen Elektromagneten, der die Seitenwände des die Schmelze enthaltenden Schmelztiegels umgibt und eine elektrische Energieversorgung zum Versorgen des Elektroma­ gneten mit einem Niederfrequenz-Wechselstrom.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen axialen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zum Czochralski-Einkristall­ züchten;
Fig. 2 und 3 in schematischer Darstellung jeweils einen axialen Querschnitt einer anderen Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Czochralski-Einkristallzüchten;
Fig. 4 und 5 jeweils eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Czochralski- Einkristallzüchten, bei der eine Einrichtung vor­ gesehen ist zur Kompensation der Volumenabnahme der Schmelze in dem Kristallzüchtungsschmelztiegel durch Einführen einer ergänzenden Menge des Aus­ gangsmaterials der Schmelze;
Fig. 6 eine Darstellung der Stromlinien der Schmelze in dem Schmelztiegel während des Hochziehens eines Einkristalls daraus;
Fig. 7 eine Auftragung, die die Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb der Ebene des Wafers zeigt, der durch Zerschneiden aus dem Ein­ kristall von hochreinem Silicium entnommen wurde, das in jedem der Beispiele und der Vergleichsbei­ spiele hergestellt wurde, als Funktion des magne­ tischen Wanderfeldes.
Aus der oben gegebenen Zusammenfassung der Erfindung wird verständlich, daß die vorliegende Erfindung im engeren Sinne aus dem Anlegen eines magnetischen Wanderfeldes an die in einem Schmelztiegel enthaltene Siliciumschmelze besteht, während das polykristalline Ausgangsmaterial des geschmolze­ nen Siliciums in die Schmelze in dem Schmelztiegel in der Umgebung der Seitenwände des Schmelztiegels eingeführt wird. Dieses erfindungsgemäße Verfahren bedeutet einen großen Un­ terschied zu den Verfahren des Standes der Technik für das Czochralski-Einkristallzüchten von Silicium, die in Fig. 4 erläutert sind, bei denen eine Einrichtung vorgesehen ist für die Kompensation der Volumenabnahme der Schmelze in dem Schmelztiegel durch Einführen des Ausgangsmaterials der Schmelze in die Schmelze.
Bei dem in Fig. 4 erläuterten Verfahren wird z.B. das Volu­ men der in dem Kristallzüchtungsschmelztiegel 3 enthaltenen Schmelze 4 allmählich vermindert, während der Einkristall 1 wächst, indem er hochgezogen wird aus der Schmelze 4, wo­ durch die Volumenabnahme der Schmelze 4 kompensiert wird durch kontinuierliches Überführen der in einem weiteren Schmelztiegel enthaltenen Schmelze 4 a, d.h. dem Schmelztiegel zum Schmelzen 3 a durch das Leitungsrohr 12 für die Überführung der Schmelze 4 a mit der Syphonmethode. Das polykristalline Silicium 2 als Ausgangsmaterial der Schmelze 4 a in dem Schmelztiegel 3 a wird allmählich in die Schmelze 4 a geschmolzen mit einer solchen Rate, daß der Oberflächen­ pegel der Schmelze 4 a in dem Schmelztiegel 3 a konstant ge­ halten werden kann. Dieses Verfahren wäre tatsächlich wirk­ sam und aussichtsreich beim Verhindern der Zunahme der Do­ tierungskonzentration der Schmelze 4 und dadurch im wachsen­ den Einkristallkörper 1, wenn nicht die vorstehend beschrie­ benen Nachteile wären. Fig. 5 erläutert weiter das Verfahren der direkten Einführung des polykristallinen Siliciums 2 in die in dem Schmelztiegel 3 enthaltene Schmelze 4, woraus der Einkristall 1 hochgezogen wird. Dieses Verfahren liegt auch außerhalb der Anwendbarkeit, aufgrund der viel zu großen Variation in der Dotierungskonzentration innerhalb der Ra­ dialebene des auf diese Weise gezüchteten Einkristalls. Die Gründe dafür sind vermutlich die folgenden:
Wie in Fig. 6 erläutert, wird in der in dem Schmelztiegel 3 enthaltenen Schmelze 4 ein thermischer Konvektionsfluß 13 erzeugt. Beim Stand der Technik wird der thermische Konvek­ tionsfluß 13 durch den Ausgleich mit dem Zwangs-Konvektions­ fluß 14, der durch Rotieren des wachsenden Einkristalles um die Vertikalachse erzeugt wird, daran gehindert, die fest/flüssige Grenzschicht 15 zu erreichen.
Weil der thermische und der Zwangs-Konvektionsfluß 13 und 14 jeweils einen turbulenten Fluß mit unvermeidbaren Fluktuatio­ nen darstellen, kann jedoch ein Teil des thermischen Konvek­ tionsflusses 13 möglicherweise manchmal die fest/flüssige Grenzschicht 15 erreichen. Wenn die fest/flüssige Grenz­ schicht 15 von einem Strom des thermischen Konvektionsflus­ ses 13 erreicht wird, der die Stelle passiert, an der das polykristalline Siliciummaterial 2 in die Schmelze 4 einge­ führt wird, ist es entsprechend vorstellbar, daß die Dotie­ rungskonzentration an der Oberfläche des wachsenden Einkristalls 1, die von einem Strom des thermischen Konvek­ tionsflusses 13 erreicht wird, wesentlich geringer als in den anderen Teilen der Oberfläche sein kann.
Es ist deshalb der Sinn des erfindungsgemäßen Verfahrens, den thermischen Konvektionsfluß 13 zu minimieren, der die fest/flüssige Grenzschicht an der Oberfläche des wachsenden Einkristalls 1 erreicht. In dieser Hinsicht wurde in unerwar­ teter Weise gefunden, daß der thermische Konvektionsfluß 13 der Schmelze 4 unterdrückt werden kann, wenn ein magneti­ sches Wanderfeld an die Schmelze 4 im Schmelztiegel 3 ange­ legt wird, um der Schmelze 4 eine Abwärts-Antriebskraft zu geben. Weiterhin wurde experimentell belegt, daß die Varia­ tion der Dotierungskonzentration innerhalb einer Radialebene des Silicium-Einkristalls 1 von unerwünschter Zunahme be­ freit wird, wenn die ergänzende Menge an polykristallinem Silicium oder geschmolzenem Silicium in die Schmelze 4 ein­ geführt wird in der Umgebung der Wände der Schmelztiegels 3 unter Unterdrückung der thermischen Konvektion der Schmelze in der oben beschriebenen Weise mit Anlegen eines magneti­ schen Wanderfeldes an die Schmelze.
Im einzelnen besteht der Sinn des erfindungsgemäßen Verfah­ rens in der Einführung einer ergänzenden Menge des Ausgangs­ materials zur Schmelze, das fest oder flüssig sein kann, in die in einem Schmelztiegel enthaltene Schmelze, während ein magnetisches Wanderfeld an die Schmelze angelegt wird, so daß der aufsteigende thermische Konvektionsfluß in der Schmelze in der Umgebung der Wände des Schmelztiegels unter­ bunden oder vermindert wird oder vielmehr in der Schmelze ein Abwärtsfluß erzeugt wird unter einer Abwärtskraft, die mehr als ausreichend ist, um den Aufwärtsfluß der Schmelze durch thermische Konvektion außer Kraft zu setzen.
Die Fig. 1, 2 und 3 stellen jeweils in schematischer Wei­ se eine axiale Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Czochralski-Einkristallzüchten dar, in der der Einkristall 1 gezüchtet wird durch Hochziehen aus der Siliciumschmelze 4, die in einem Schmelztiegel 3 enthalten ist, der umgeben und beheizt wird von einem Heizelement 5. Diese Anordnung des Schmelztiegels 3 und Heizelements 5 ist in einer Kammer 7 enthalten, mit einem Hitzeschild 6, der zwischen der Kammerwand und dem Heizelement 5 liegt, um die Kammerwand vor der Strahlungswärme zu schützen. Die Kammer 7 ist umgeben von einer zylindrischen Magnetspule 8, die ein an die Schmelze in dem Schmelztiegel anzulegendes magneti­ sches Wanderfeld erzeugt, um dieser eine Abwärts-Antriebs­ kraft zu geben. Das polykristalline Silicium 2 als Ausgangs­ material der Schmelze 4 wird in die Schmelze 4 in geeigneter Weise eingeführt. Wie in Fig. 1 erläutert ist, kann das poly­ kristalline Silicium 2 z.B. in Form eines Stabes unmittelbar in die Schmelze 4 mit einer gesteuerten Rate eingebracht werden. Alternativ wird wie in Fig. 2 erläutert das untere Ende des Stabes aus polykristallinem Silicium 2 mit Photo­ strahlen wie z.B. einer Laserstrahlung durch das Fenster 8 bestrahlt, um geschmolzen zu werden und in Tropfen in die darunterliegende Schmelze 4 mit einer gesteuerten Raten zu fallen. Eine andere, in Fig. 3 erläuterte Ausführungsform zeigt, daß körniges polykristallines Silicium 10 in die Schmelze 4 durch das Zuführungsrohr 11 eingebracht werden kann. Somit wird eine ergänzende Menge des Ausgangs-Silicium­ materials entweder in fester Form oder in flüssiger Form zur Schmelze hinzugegeben, so daß die Volumenabnahme der Schmel­ ze 4 in dem Schmelztiegel 3 ausgeglichen wird und eine wirk­ same Verhinderung erreicht werden kann gegen die Zunahme der Dotierungskonzentration in der Schmelze 4. Selbstverständ­ lich ist die Einrichtung der Photostrahlen zum Schmelzen des polykristallinen Siliciumstabes an dessen unterem Ende durch das Fenster 9 in Fig. 2 nicht auf einen Laser beschränkt, sondern kann z.B. eine Xenonlampe sein in Verbindung mit einer geeigneten Zusammenführungseinrichtung wie einem Para­ bolspiegel und optischem Linsensystem.
Nachfolgend werden das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung durch Beispiele detaillierter beschrieben.
Beispiel 1
Eine in Beispiel 1 schematisch dargestellte Vorrichtung wur­ de verwendet für das Czochralski-Einkristallzüchten eines mit Phosphor dotierten Halbleitersiliciums vom n-Typ. Die Frequenz des magnetischen Wanderfeldes betrug 100 Hz und das Magnetfeld wurde im Bereich von 20 bis 200 Gauss verändert.
Zum Vergleich wurden die Vergleichsbeispiele 1 und 2 durch­ geführt in Abwesenheit des magnetischen Wanderfeldes, mit bzw. ohne ergänzende Zugabe des polykristallinen Siliciumma­ terials zur Schmelze im Schmelztiegel.
In Beispiel 1 und in Vergleichsbeispiel 2 wurden der wach­ sende Einkristall 1 und der Schmelztiegel 3 mit 20 bzw. 2 Umdrehungen pro Minute in entgegengesetzten Richtungen ro­ tiert, während der wachsende Einkristall 1 und der Schmelz­ tiegel 3 im Vergleichsexperiment 1 mit 20 bzw. 10 Umdrehun­ gen pro Minute in entgegengesetzten Richtungen rotiert wur­ den. Das Einführen der ergänzenden Menge des polykristalli­ nen Siliciums zur Schmelze in dem Schmelztiegel wurde in einem Augenblick gestartet, in dem sich der Prozeß des kri­ stallinen Wachstums nach Vervollständigung des die Schulter bildenden Schrittes (shouldering step) im stationären Zu­ stand befand und wurde mit einer Rate fortgesetzt, die die Hälfte der Rate des Hochziehens des Einkristalls relativ zum Gewicht betrug, oder in anderen Worten mit einer Rate, die ausreichend war, um die Hälfte der Volumenabnahme der Schmel­ ze in dem Schmelztiegel auszugleichen. In Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2, bei denen die ergänzenden Zugabe des polykristallinen Siliciums durchgeführt wurden, wurde je­ weils die Menge des ursprünglich in den Schmelztiegel einge­ brachten polykristallinen Materials im Vergleich zum Ver­ gleichsbeispiel 1 vermindert, im Hinblick auf die nachfolgend eingeführte ergänzende Menge, so daß ein Einkri­ stallkörper derselben Länge nach Vervollständigung des Pro­ zesses des kristallinen Wachstums in jeder dieser drei Ver­ suche erhalten werden konnte.
Die so gezüchteten Einkristallkörper des Halbleitersiliciums wurden der Messung der Verteilung des spezifischen Widerstan­ des entlang der axialen Richtung des Hochziehens unterzogen, um den durch die ergänzende Zugabe des polykristallinen Si­ liciummaterials zur Schmelze in dem Schmelztiegel erhaltenen Effekt zu untersuchen. Es wurden Vergleiche angestellt zwi­ schen dem Verhältnis der Länge des Einkristallkörpers, in dem die Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb ±33% lag, mit der Gesamtlänge seines geraden zylindrischen Teiles unter Nichtberücksichtigung der Schulter und des Schwanzes. Die Ergebnisse waren, daß das Verhältnis in Ver­ gleichsbeispiel 1 60% betrug, während das Ergebnis in je­ weils Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 immerhin 80% be­ trug. Es ist deshalb klar, daß die Variation des spezifi­ schen Widerstandes des Einkristallsiliciums entlang der axia­ len Richtung in hohem Ausmaß vermindert werden kann durch die ergänzende Zugabe des polykristallinen Siliciummaterials zur Schmelze während des Prozesses des kristallinen Wachs­ tums.
Im nächsten Fall wurden die Einkristallkörper in Wafer ge­ schnitten, die der Messung der Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb der Waferebene unterworfen wurden, was als Funktion des Magnetfeldes die in Fig. 7 gezeigten Ergebnisse erbrachte. Es wird aus dieser Figur klar, daß die in Beispiel 1 erhaltenen Werte der Variation des spezifi­ schen Widerstandes viel kleiner waren als die praktisch nicht akzeptierbaren großen Werte von ±17% in Vergleichs­ beispiel 2, bei dem kein magnetisches Wanderfeld an die Schmelze angelegt wurde, obwohl die ergänzende Einführung des polykristallinen Siliciums zur Schmelze während des Pro­ zesses des Einkristallwachstums in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde. Wenn man mit Vergleichsbei­ spiel 1 vergleicht, bei dem der Vorgang des Einkristallwachs­ tums herkömmlich war ohne Anlegung des magnetischen Wander­ feldes und ohne ergänzende Einführung des polykristallinen Siliciummaterials, ergibt sich weiter die Folgerung, daß die in Beispiel 1 erhaltenen Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens viel besser sind als in Vergleichsbeispiel 1, obwohl die Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb der Waferebene ungefähr gleich oder nur geringfügig kleiner als in Vergleichsbeispiel 1 ist, wenn die wesentlich bessere Einheitlichkeit des spezifischen Widerstandes entlang der axialen Richtung in Betracht gezogen wird.
Beispiel 2
Eine schematisch in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zum Czochralski-Einkristallzüchten eines Silicium-Einkristalls wurde verwendet. In diesem Falle betrug die Frequenz des magnetischen Wanderfeldes 50 Hz und die Magnetfelddichte betrug 160 Gauss. Der wachsende Einkristall 1 und der Schmelztiegel 3 wurden mit Geschwindigkeiten von 20 bzw. 10 Umdrehungen pro Minute in entgegengesetzten Richtungen ro­ tiert. Ein Stab aus polykristallinem Silicium wurde mit sei­ nem unteren Ende vertikal immer in Nähe der Oberfläche der Schmelze gehalten und das untere Ende wurde zum Schmelzen mit Laserstrahlen bestrahlt, so daß das polykristalline Si­ licium ergänzend in flüssigen Tropfen in die Schmelze mit einer solchen Rate eingeführt wurde, daß die ergänzende Ein­ führung des Siliciums die Hälfte der Volumenabnahme der Schmelze durch das Wachstum des Einkristalls ausglich.
Der so gezüchtete Silicium-Einkristall wurde der Messung des spezifischen Widerstandes entlang der axialen Richtung und innerhalb der Ebenen der Wafer unterworfen, die aus dem Ein­ kristallkörper durch Zerschneiden erhalten wurden. Die Er­ gebnisse waren, daß das Verhältnis der Länge des Einkri­ stalls, in der die Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb ±33% lag, zur Gesamtlänge des geraden zylindri­ schen Teils des Einkristalls etwa 80% betrug und daß die Variation des spezifischen Widerstandes innerhalb der Wafer­ ebene nur 4% betrug.
Die oben beschriebenen Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind anwendbar auf das Czochalski-Einkristallzüchten verschiedener Materialien außer Silicium, bei denen das Dotieren des Einkristalls durch Zugabe des Dotierungsmittels zur Schmelze durchgeführt wird. Z.B. kann, wenn ein mit dem Czochralski-Verfahren ge­ züchteter Galliumarsenid-Einkristall mit Indium oder Chrom dotiert werden soll, die Variation der Dotierungskonzentra­ tion in axialer Richtung durch die Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens oder durch die Verwendung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in hohem Ausmaß vermindert werden.

Claims (2)

1. Verfahren für die Herstellung eines Einkri­ stalls mit dem Czochralski-Verfahren durch Hoch­ ziehen des Einkristalls an einem Impfkristall aus einer in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze gekennzeichnet durch
  • a) Anlegen eines magnetischen Wanderfeldes an die im Schmelztiegel enthaltene Schmelze; und
  • (b) Einführen des polykristallinen Ausgangssi­ liciums in die in dem Schmelztiegel ent­ haltene Schmelze.
2. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit dem Czochralski-Verfahren durch Hochziehen des Einkristalls an einem Impfkristall aus ei­ ner in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmel­ ze, gekennzeichnet durch
  • (1) einen Schmelztiegel, in dem die Schmelze enthalten ist;
  • (2) eine Einrichtung zum Beheizen der in dem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze;
  • (3) eine Einrichtung zum Anlegen eines abwärts­ wandernden magnetischen Feldes an die in dem Schmelztiegel enthaltene Schmelze, die den Umfang der Seitenwände des Schmelztie­ gels umgibt; und
  • (4) eine Einrichtung zum Einführen des polykri­ stallinen Ausgangssiliciums von oben in die in dem Schmelztiegel enthaltene Schmel­ ze.
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