DE1056840B

DE1056840B - Verfahren zum Verteilen von Fremdstoffkomponenten in Halbleiterstaeben durch ein tiegelloses Zonenschmelzverfahren

Info

Publication number: DE1056840B
Application number: DES32194A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Siebertz; Dr Heinz Henker
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-02-14
Filing date: 1953-02-14
Publication date: 1959-05-06

Description

Verfahren zum Verteilen von Fremdstoffkomponenten in Halbleiterstäben durch ein tiegelloses Zonenschmelzverfahren Es wurde bereits ein Verfahren zum Umschmelzen eines Halbleiterstabes, z. B. zur Reinigung oder Vergleichmäßigung des Konzentrationsspiegels der in dem Stab anwesenden Verunreinigungen, vorgeschlagen, bei dem in dem nur an seinen Enden. in vertikaler Lage gehalterten Halbleiterstab eine sich über den Stabquerschnitt erstreckende, von den angrenzenden festen Stabteilen auf Grund der Oberflächenspannung freigetragene geschmolzene Zone erzeugt und allmählich von dem einen. bis zu dem anderen Ende des Stabes durch eine Relativbewegung zwischen dem Stab und der die geschmolzene Zone erzeugenden Wärmequelle verschoben wird.. Da bei diesem Verfahren keine Gefäßwände mit der Schmelzzone in Berührung kommen, lassem, sich durch eine gegebenenfalls iterierte Anwendung dieses Verfahrens Reinheitsgrade erzielen, die mit dem bisher bekannten Zonenschmelzverfahren, bei dem das umzuschmelzende Material in einem. Schiffchen, gehaltert wurde, nicht erreicht werden konnten.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verteilen der vom Grundstoff aufgenommenem Fremdstoffkomponen.ten in einem Stab aus Halbleitergrundstoff durch tiegelloses Zonenschmelzen, wobei die Schmelzzone durch den vorzugsweise aufrecht angeordneten, an beiden Enden gehalterten. Stab geführt wird. Dieses. Verfahren wird gemäß der Erfindung zum gezielten Verteilen der in den Halbleiterstab einzuführenden Fremdstoffe auf bestimmte Zonen des Stabes (Dotieren) angewendet.
Der Fremdstoff, beispielsweise ein Donator oder ein Akzeptor, kann dabei vor Einleitung des Schmelzvorganges in den Körper eingeführt werden. Zu diesem Zwecke kann der Stab an der gewünschten. Stelle angebohrt oder angefräst und dort mit einer entsprechenden. Dosis eines Donators oder Akzeptors versehen werden. Sobald diese Stelle von der Schmelzzone aufgeschmolzen ist, wird der in Wanderrichtung der Schmelzzone liegende Kristallbereich mit dem Donator bzw. Akzeptor versetzt, während der vorher umgeschmolzene und bereits. erstarrte Teil des Stabes davon frei bleibt. Legt man zwei Pillen in genau bemessenem Abstand hintereinander ein, so daß die Schmelzzone z. B. zuerst den Akzeptor und unmittelbar danach den den Akzeptor wieder überkompensierenden Donator erfaßt, so bildet sich in dem Halbleiterstab eine dünne p-Schicht im sonst n-leitenden Material aus. Die Dicke der p-Schicht wird dabei im wesentlichen vom Abstand der Pillen, d h. von der Wegdifferenz, mit der sie nacheinander von der Schmelzzone erreicht werden, bestimmt.
Die Fremdsubstanz kann aber auch während des Schmelzvorganges eingebracht werden und wird dann durch die im Stabe wandernde Schmelzzone über eine gewisse Zonenbreite verteilt. Das kann geschehen, indem man bei einheitlichem Stabmaterial die die Leitfähigkeit bestimmenden entsprechend dosierten Pillen in geeigneter zeitlicher Folge in die Schmelzzone eindrückt, einschließt, einfallen läßt oder auf sonst geeignete Weise einbringt. Anstelle der Zugabe des Fremdstoffes in fester Form kann die Zugabe auch in Gasfarm - gegebenenfalls durch plötzliches vorübergehendes Beimischen zur umgebenden Schutzatmosphäre - bewirkt werden.
Bei allen Ausfführungsformen ist folgender wesentliche Gesichtspunkt zu beachten. Würde man die Fremdsubstanz nur in äußerst geringer Menge zusetzen, so würde sie durch das Zonensahmelzverfahren an das Ende des Stabes transportiert werden und aus dem Material auf diese Weise sofort wieder ausgeschieden werden. Es ist daher darauf zu achten, daß die Beimengung in einem höheren Konzentrationsgrad zugesetzt wird, so daß das an sich zum Reinigen oder auch zum Kristallziehen vorgeschlagene Zonenschmelzverfahren nicht zum Entfernen, sondern gerade zum Dispergieren der an einer einzigen. Stelle hinzugefügten Beimischung über eine gewisse Zonenbreite des Halbleiterstabes führt.
In der Zeichnung bedeutet 1 einen vorgereänigten Germaniumstab, der zwischen zwei Halterungen 2 und 3 senkrecht angeordnet ist. 4 bedeutet eine Bohrung, in die eine gewisse Dosis eines in bezug auf das Germanium als Donator wirkenden Materials eingebracht ist. In einer zweiten Bohrung 5 befindet sich eine entsprechende Dosis eines Akzeptors. 6 ist ein Heizring, der den Halbleitexstab zonenweise zu schmelzen vermag. Der Heizring wird in. Richtung des Pfeiles 7 langsam verschoben. Die Halterung 2 führt während. des sukzessiven, zonenweisen Schmelzvorganges eine Rotation im Sinne des Pfeiles 8 aus. Außerdem ist die Halterung 2 an einen Vibrator angeschlossen., so daß eine Vibration im Sinne des Doppelpfeiles 9 stattfindet. Sobald die. von dem Heizring 6 erzeugte Schmelzzone die Stellen 4 und 5 überstreicht, werden die dort eingebrachten Substanzen innerhalb gewisser Zonen des Halbleiterstabes dispergiert. Letzte Spuren von unerwünschten Verunreinigungen werden außerdem an das untere. Ende des Stabes 1 transportiert. Der Stab 1 kann. auch waagerecht angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich in den beschriebenen. Ausführungsformen gleichzeitig auch zum Reinigen oder zum Kristallziehen, d. h. zur Umwandlung des Kristallgefüges des halbleitenden Stabes ausnutzen. So kann z. B. der zu behandelnde Stab aus gesinterten, gegebenenfalls vorgereinigten Halbleitermaterial bestehen, das unter Umständen in entsprechender Weise geschichtet ist. Je nach der auszunutzenden Wirkung sind bald die einen, bald die anderen Vorteile des Zonenschmelzverfahrens nach der Erfindung von verschiedener Bedeutung. Es ist daher die Auswahl der verschiedenen in den Ausführungsbeispielen. dargestellten Maßnahmen nach den Bedürfnissen des jeweiligen Anwendungszweckes im einzelnen. Fall zu treffen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verteilen der vom Grundstoff aufgenommenen Fremdstoffkomponenten in einem Stab aus Halbleitergrundstoff durch tiegelloses Zonenschmelzen, wobei die Schmelzzone durch den vorzugsweise aufrecht angeordneten, an beiden Enden gehalterten Stab geführt wird,, gekennzeichnet durch die Anwendung zum gezielten. Verteilen der in den Halbleiterstab einzuführenden Fremdstoffe auf bestimmte Zonen des Stabes (Dotieren).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn: zeichnet, daß der Fremdstoff, beispielsweise ein Donator oder ein Akzeptor, vor Einleitung des Schmelzvorganges in den Halbleiterkörper eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem halbleitenden Körper eine oder mehrere Bohrungen, Fräsungen oder andere geeignete Öffnungen erzeugt werden, die zur Aufnahme des Fremdstoffes dienen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper ein gegebenenfalls vorgereinigter Sinterkörper dient.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sinterkörper an einer oder mehreren gewünschten Stellen ein oder mehrere Fremdstoffe beigemengt sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdstoff der geschmolzenen Zone zugeführt wird.
7. Transistor, Phototransistor, Richtleiter, Varistor, temperaturabhängiger Widerstand oder ähnliches, aus einem Halbleiter, gegebenenfalls mit np-Zonen hergestelltes Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Material nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 510 303. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1014 332.