DE1032852B - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Halbleiterkristallen nach dem Kristallziehverfahren aus der Schmelze - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Halbleiterkris-tallen nach dem Kristallziehverfahrdn- aus der Schmelze Es ist bekannt, Übergänge zwischen Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, vorzugsweise entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise p-n-oder n-p-n-tYbergänge od. dgl. durch Ziehen eines Kristalls, vorzugsweise Einkristalls, aus der Schmelze herzustellen, indem während des Ziehens dieSchmeize jeweils mit Zusätzen von Donatoren oder Akzeptoren versehen wird. Nach diesem Verfahren können verhältnismäßig einfache Übergänge von beispielsweise positiv zu negativ leitenden Zollen hergestellt werden. Beim Versetzen der Schmelze mit einem Donator oder Akzeptor wird jedoch die Leitfähigkeit des Halble,iters verändert. Wenn nun mehrere positiv und negativ leitende Schichten hintereinander hergestellt werden sollen, ist es jedesmal notwendig, den bestehenden Leitfähigkeitszustand der Schmelze durch einen entsprechend höheren, -entgegengesetzte Leitfähigkeit verursachenden Zusatz überkompensieren. Dies bewirkt, daß bei jedem Umdotieren der Halbleiterschmelze die Leitfähigkeit in erhöhtem Maße verändert wird.
• Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers, bei dem ein Keinikörper aus der Schmelze gezogen wird während die Dotierung der Schmelze geändert wird, ist es bekannt, geschrnolzenes Halbleitermaterial aus einem Vorratsbehälter, der geheizt wird, nachfließen zu lassen, das geschmolzene Material kann aus dem Ziehgefäß in einen weiteren, über ein Ventil angeschlossenen Behälter abgelassen werden. Eine Zirkulation der Schmelze läßt sich mit einer geeigneten Pumpe von dem zweiten Behälter in den ersten Vorratsbehälter zurück vornehmen, wobei das Halbleitermaterial durch Reinigungskammern geleitet werden kann.
• Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, das beim Einkristallziehen die Herstellung verschieden dotierter Schichten ermöglicht, ohne daß eine dauernde Zunahme der Leitfähigkeit nach zeitlicher Reihenfolge der Schichten eintritt.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen -nach dem Kristallziehverfahren aus der Schmelze mit einem oder mehreren Übergängen zwischen Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und Leitungstyp, bei dem das geschmolzene Halbleitermaterial auf mindestens zwei miteinander verbundene- unterschiedliches Volumen aufweisende Gefäße anigeteilt ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Dotierung der Schmelze mit Donatoren oder Akzeptoren und das Ziehen des Kristalls in dem das kleine Volumen aufweisenden Gefäß vorgenommen wird.
• Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Gesamtschmelze, die sich in- dem -das große Volumen aufweisenden Gefäß befindet, -verhältnismäßig wenig beeinflußt wird. Durch- geeignete Durchführung - des Verfahrens ist es hierbei möglich, auch symmetrische-Transistoren, beispielsweise Imit'symmetrischell p-n-P.L oder ii-p-n-Übergängen, herzustellen. Das Verfahreft ist besonders dann von Vo#ii#il, *wen n* eine noch größere Anzahl von übergän'g#h z -wischen Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit, Wegebenenfalls unter Ei ' nfügung von eigenleitende'n Bier'eichen hergestellt werden sollen. Insbesondere -können n-p-n-p-Sc ' hichten auf diese Weise n#it großer 'Vollkommenheit ufid Gleichmäßigkeit hergest#Ilt ; 'werden, Gemäß einer besonderen' 'Ausb;ildung des Erfin"-dungsgedankens können dtd*beiden Teilgefäße sowohl bei einem Niederfrequenz'#lhduktion*sofen mit Eisen- . kern als auch bei einem Häffifrequenz-Induktionsofen, ohne Eisenkern auf einfache' Weise hergestellt werden. Es sind aber Mittel' vorzusehen, welche dW Schmelze aus dem Teil96f#iß'mit große m> Volumen# gleichmäßig in das Teilgefäß mit kleinem Volumen überführen, gegebenenfalls --itÜ Umlaufverfahren. Es ist vorgesehen, daß die SeInnelze aus dem das größeW Volumen aufweisende Gefäft, in das >zweite, das kleinere Volumen aufweisen'de-#Gefäß hineingeführt und aus 'dem -zweiten in das - emte Gefäß zurückgeführt' wird,»so daß aus der durchs.U#menden Scflmelze der Kristall gezogen wird. Gemäß einer weiteren Ausbildung wird das Volumen des kleineren Gefäßes so bemessen, daß beim Ziehvorgang praktisch alles sich in dem das kleinere Volumen aufweisenden Gefäß vorhandene Schmelzmaterial verbraucht wird, so daß zwischen den beiden Teilgefäßen nur ein Zufluß vom das größere Volumen aufweisende Gefäß zu dem das kleinere Volumen aufweisende Gefäß besteht, ohne Rücklauf von Halbleitermaterial zu dem das größere Volumen aufweisende Gefäß.
• Eine weitere Ausführung sieht vor, daß die Schmelze aus mindestens zwei großes Volumen aufweisenden Gefäßen abwechselnd oder gleichzeitig herausgeführt und mit dem das kleinere Volumen aufweisenden Gefäß in Verbindung gebracht wird.
• In den Fig. 1 bis 4 sind einige Ausführungsformen der Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.
• 1 bedeutet den Querschnitt durch ein Schmelzgefäß, das in bekannter Weise erhitzt wird und das gemäß der Erfindung aus einem großen Volumenteil V, und einem kleinen Teil V, besteht, die miteinander durch zwei Zu- und Abführungskanäle in Verbindung stehen. 2 bedeutet eine Wicklung, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes dient, welches eine Durchrührung der Metaltschmelze bzw. Halbleiterschmelze bewirkt, welche sich unter dem Einfluß dieser Rüh#rwirkung in das Volumen T,#, und von dort wieder zurück in das Volumen V, bewegt. Aus dem Gefäßt-eil V2 wird in an sich bekannter Weise ein Kristall 3 in Richtung des Pfeiles 4 gezogen. Der Kristall 3 ist in der Zeichnung in die Zeichenebene geklappt dargestellt, sie müßte an sich ans der Zeichenebene senkrecht herausgeführt erscheinen. Die Dotierung bzw. Umdotierung der im Gefäßteil V2 befindlichen Schmelze mit Donatoren und Akzeptoren geschieht in der an sich üb- lichen Weise durch Zusatz des Donators oder Akzeptors in fest-er oder flüssiger Form. Gegebenenfalls kann man auch eine Dotierung aus der Gasphase vornehmen. Da der größte Teil des mit dem Donalor oder Akzeptor versetzten Metalls der im Volumen V., befindlichen Schmelze beim Kristallziehen verbrauchi wird und nur ein gewisser Rest in den Gefäßteil V, wieder zurückfließt, wird das Gesamtvolumen der Schmelze nicht wesentlich mit den Zusätzen verunreinigt-. so daß die Umdotierung von p- in n- oder n- in p-Leitfähigkeit nur durch geringe Zusätze möglich wird.
• In Fig. 2 ist eine Ausführungsform im Querschnitt dargestellt, bei der das kleine Volumen V, konzentrisch in dem großen Gefäßteil V, angeordnet ist.
• In Fig. 3 ist die gleiche Anordnung in Draufsicht dargestellt. 6 und 5 bedeuten Halterungsorgane für den kleineren Gefäßteil V., 7 und 8 sind Schlitze des Gefäßteils V., durch die die Schmelze aus dem Gefäßteil V, in den Gefäßteil V, bzw. durch diesen hindurchströmen kann. Das Hindurchströmen wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel mechanisch mittels eines Rührers 9 bewirkt. Die Pfeile 10 und 11 deuten die Strömungsrichtung der Schmelze durch den kleineren Gefäßteil V, an. Damit der Spiegel 12 der Schmelze nicht unter den Boden des kleinen Gefäßteils V2 sinkt, ist vorgesehen, daß dem Gefäßteil V, von Zeit zu Zeit bzw. dauernd Halbleitermaterial in fester oder flüssiger Form nachgeliefert wird.
• Eine weitere Ausführungsform ist in Fig, 4 beispielsweise dargestellt. Bei dieser Anordnung ist zunächst davon ausgegangen, daß kein Umlauf, sondern eine Zuströmung von Schmelze stattfindet, 19 deutet in Draufsicht den Kristall an, der nach oben-aus der Zeichenebene herausgezogen wird. Es sind in diesem Fall zwei große Vorratsgefäße V, und V4 vorgesehen, die groß gegenüber dem Ziehraum 13 sind. V4 ist mit n-leitendem und V, mit p-leitendem Materiaa vorsehen; beide Gefäße können abwechselnd durch Zuführungsleitungen 15 und 16, welche mit geeigneten Verschlüssen, Hähnen u. dgl. versehen sind, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, abwechselnd an das Ziehgefäß 13 angeschlossen werden. Das Ziehgefäß ist derart bemessen, daß jeweils so viel Schmelze beim Ziehen verbraucht WiTd, wie aus den Gefäßen V, und V4 zuströmt. Die Zuführungen 15 und 16 können entweder von Hand oder durch einen besonderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Stenermechanismus automatisch nach vorher eingestelltem Rhythmus betätigt werden.
• Das Aus:Ciihrungsbeispiel läßt sich ohne Schwierigkeit in ein Umlaufverfahren umwandeln, indem entsprechende Rückläufe 17 und 18 zwischen dem Gefäß 13 und den beiden Vorratsschmelzbehältnissen VS und V4 angeordnet werden.
• Auch kann beispielsweise noch eine bereits vehrgeschlageneRührvorrichtung vorzugsweise magnetischer Art vorgesehen sein. Der Transport der Schmelze in das kleine, als Ziehraum dienende Teilgefäß kann gegebenenfalls mit denselben, zum RühTen dienen-den Mitteln bewirkt werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen nach dem Kristallziehverfahren aus der Schmelze mit einem oder mehreren Übergängen zwischen Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und Leitungstyp, bei dem das geschmolzene Halbleitermaterial auf wenigstens zwei miteinander verbundene, unterschiedliches Volumen aufweisende Gefäße aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Schmelze mit Donatoren und/oder Akzeptoren und das Ziehen des Kristalls in dem das kleinere Volumen aufweisenden Gefäß vorgenommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze aus dem ersten, das größere Volumen aufweisenden Gefäß in das zweite, das kleinere Volumen aufweisenden Gefäß hineingeführt und aus dein zweiten in das erste Gefäß wieder zurückgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze aus mindestens zwei größere Volumen aufweisenden Gefäßen abwechselnd oder gleichzeitig herausgeführt und mit dem das kleine Volumen aufweisenden Gefäß in# Verbindung gebracht wird. 4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere größere Volumen aufweisende Gefäße mit dem das kleinere Volumen aufweisenden Gefäß nach Art der kommunizierenden Röhren verbunden sind. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Schmelze durch die Oberfläche aus einem in Gasphase befindlichen Donator oder Akzeptor geschieht. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß dus zum Ziehen dienende Gefäß kleineren Volumens innerhalb des größeren Gefäßes angeerdnet ist und mit diesem durch geeignete Öffnungen, beispielsweise## einem oder mehreren Schlitzen, in Verbindung steht. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mechanisch und/oder elektromagnetisch wirkende Mittel vorgesehen sind, die Transport und/oder Rühren der Schmelze bewirken. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrif t Nr. 894 293; deutsche Auslegeschrift T 8148 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 24. Mai 1956); deutsche Patentanmeldung W 5787 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 21. Februar 1952).