• Kristallziehverfahren

    Bei dieser Technik lässt man einen vorhandenen kleinen Einkristall, den man Impfkristall oder Impfling nennt, mit dem Material aus einer Silizium-Schmelze anwachsen. Dabei setzt sich dessen regelmäßige Gitteranordnung fort, so dass ein dicker Stab von monokristallinem Silizium entsteht.

    Das flüssige Silizium hält man bei einer Temperatur knapp über dessen Schmelzpunkt in einem Quartz-Tiegel und bringt den Impfkristall mit der Oberfläche in Berührung. Die Schmelze kristallisiert wegen der Abkühlung im Kontaktbereich unter den Schmelzpunkt und setzt das durch den Kristall vorgegebene Atomgitter fort. Der auf einer ständig rotierenden Stange befestigte wachsende Kristall wird nun zum stetigen Anwachsen gebracht, wenn er fortlaufend nach oben gezogen wird, ohne dass dabei die Berührung mit der Oberfläche verloren geht.

    Abb. 17: Apparatur zum Kristallziehverfahren nach Czochralski

    Der so entstehende Stab mit einkristalliner Gitteranordnung wird “Ingot” genannt. Dessen Dicke wird durch die Geschwindigkeit des Kristallziehens beeinflusst, die zwischen 3 und 20 cm/h gewählt wird. Je schneller das Ziehen abläuft, desto dünner ist dabei der Durchmesser des erzeugten Stabes.

    Mit dieser Technik hat man ein einfaches Verfahren, mit dem sich auch große Wafer erzeugen lassen. Eine Grunddotierung des Ausgangsmaterials vor dem Bearbeitungsprozess kann man einfach durch gelöste Dotierstoffe in der Schmelze erzielen, die dann während des Wachstums laufend in den Halbleiter integriert werden.

    Ein kritischer Punkt des Verfahrens liegt darin, Temperaturschwankungen im Kristallisationsbereich so gut wie möglich auszuschalten. Diese verursachen einen unregelmäßigen Aufbau und Verspannungen des Gitters. Der ganze Prozess muss wieder unter Schutzgasumgebung oder im Hochvakuum stattfinden.

    Es kann letztendlich kein hochreiner Kristall erzeugt werden, da sich Fremdstoffe aus der Tiegelwand lösen können. Außerdem konzentrieren sich die Verunreinigungen in der Schmelze zunehmend und führen so zu einer verstärkten Verschmutzung des Silizium-Stabs im unteren Bereich.