<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
'P.roc444 de 4op&8 de matériaux semi-conducteurs*
EMI1.2
la présente invention concerne un proc?VA5 de do- page 4t ,..,t4:r:1aux seii-oonduoteurs en chauffant des agent* 414ment&:1re. de dopait.
Un procédé courant classique actuellement ut111,4 pour doper des matériaux nomî-conductouro tel que le ellî- oium ou le germanium est comme suit 8 On utilise comme base pour y déposer une !!M(.tiM "II1:1-00n4uot:r:l.o. pure une tige mince fortement dopée d'un matériau oemï-conductour de façon à former une ±roue* tige.
EMI1.3
On étire ensuite la tige en tige$ mince$ dont on utilise
EMI1.4
chacun* comme une base en vue du dépôt d'une quantité auppld-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
contgire de matière eemi-conductrice pure.
Les grosses tiges ainsi formas sont ensuite étirées en tiges mince* et on y dépose dessus une quantité supplémentaire de matière demi- conductrice, On raffine par zones les grosses tiges ainsi
EMI2.2
toï'm6e9 pour obtenir le niveau approprié d'agent de dopage.
Ce procédé prenante l'inconvénient d'être inoott- ;aâe= rt nécessite le stockage d'une grande quantité de tiges y;aent divers niveaux d'agent de dopage. @ Un second procédé connu pour doper des matériaux consiste à mettre en contact le matériau fondu avec un compose de l'agent de dopage. En général, on
EMI2.3
3f4,u;te des hyd=,to,,halogénures ou autres composée volatils de l'agent de dopage pour les décomposer au contact du maté-
EMI2.4
##-# riau fondu. gour mettre en oeuvre ce procédé, on fait pas- der continuellement Dur le semi-conducteur fondu un courant du coapoae volatil de dopage dilué avec un gaz inerte.
Bien que ce procédé évite les stades incommodes du premier procède, il présente plusieurs inconvénients. Bn premier lieu, le ré-
EMI2.5
glagè de la concentration de l'agent de dopage au contact du
EMI2.6
matériau fondu exige un réglage preoit dt la quantité du composé qu'on ajoute à la zone reaotionnelle.
Wn plue, ce procéda exige de diluer le composé de dopage avec un gaz inerte qui est en lui-même souvent une source de conte-
EMI2.7
Kimvtion, "nfiMt oe procédé introduit toujours des matières ètruebreu ûma la zone de dopt.ge# à savoir l'autre produit de la ddaorapoaition dit compose, comme l'halogène, l'hydro- gène, cto, qui peut alors réagir avec le matériau semi-condueteur.
Un troisième procédé ooneiete a ajouter l'agent de dopage à une charge fondue du matériau semi-conducteur dans un creuset. L'agent de dopage est alors étiré en une tige* Les difficultés que l'on rencontre sont la contamina-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
tion h partir C' ""y-'Uiet et Me diatributitn k':>tt u...:rcft de l'agent de dopage le long de la tige, ce qui dormi un profil de résistance variable.
Le principal but de l'invention est de fournir un procédé de dopage de matériaux qui est plue économique que les précédente, qu'on peut plan facilement re- produire et plue facilement régler ce qui donne un profil à
EMI3.2
résistance uniforme dans le corps du Matériau eemi-oonducteur.
L'invention et propose en outre de fournir un procède qui convient particulièrement pour produire des nomi-conducteuxe présentant une réaiativité extrêmement faible par un procède applicable à l'échelle industrielle et facilement reproduo- tible.
L'invention concerne un procède de dopage de maté- riaux semi-conducteurs minéraux élémentaire , qui consiste.
EMI3.3
chauffer un agent élémentaire de dopage a une température eut- fisante pour produire la tension de vapeur désirée de la va- peur de l'agent de dopage dans l'atmosphère en contact avec le matériau semi-conducteur liquide et à maintenir l'agent de dopage à cette température jusqu'à ce que la concentration
EMI3.4
de l'agent de dopage dans le matériau semi-conducteur ait at- teint le niveau désira le système liant maintenu pendant le dopage à l'état statique et la totalité des vapeurs de l'a-
EMI3.5
gent de dopage fournies au matériau sem1-aoadu.oteur provenant
du chauffage de l'agent de dopage élémentaire On entend ici par *état statique" <I\\-f11 J'1'7 . pas de circulation de gaz à travers le système pendant le dopage*
On peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention dans toute forme appropriée d'appareil* Un appareil qui con- vient est représenté en coupe sur le dessin annexé dans le-
EMI3.6
quel une tige 1 du t6r1au eemi-conducteur est maintenue à chaque extrémité par des pinces 2, la tige étant enfermée
<Desc/Clms Page number 4>
dans un récipient 3 en un matériau approprié, comme le quartz.
On maintient une zone liquide 4 dans la tige du matériau semi- conducteur à l'aide d'une bobine de chauffage 6 à haute fré- qucen, On déplace la bobine ou la tige de façon que la une liquide 4 parcoure la tige d'une extrémité à l'autre).
On désigne cette opération tous le nom de "passe".
Dans certaine cas la tige peut être dopée et transformée à sa forme finale en une seule passe
On place l'ensemble de l'appareil dans un four ap- proprié 6 qui maintient le récipient 3 à la température vou- lue de sorte que l'agent de dopage 7 qui est contenu dans un récipient 8 fournisse la concentration appropriée de vapeurs de l'agent de dopage à la zone liquide 4. On peut chauffer le four 6 par tout moyen approprié, par exemple au gaz ou à l'élec- tricité.
Pour mettre en oeuvre ce procédé de l'invention, on fait en général le vide dans le récipient 3 puis on le ferme avant le chauffage. Ainsi, les seules vapeurs réactives venant au contact de la zone fondue 4 sont celles qui sont fournies par l'élément choisi comme agent de dopage. Il n'existe aucune matière étrangère pendant le dopage. On place alors le réci- pient fermé dans le four 6 et le chauffe de sorte que la tem- pérature ambiante du système fournisse la tension de vapeur désirée de l'agent de dopage dans le récipient. On excite en- suite la bobine de façon qu'une zone fondue du matériau semi- conducteur se forme près d'une extrémité de la tige. On change ensuite la position relative de la bobine et de la tige afin que la zone fondue parcoure la tige d'un bout a l'autre.
L'agent de dopage est absorbé dans la zone liquide. Si on le désire, on peut changer la concentration de l'agent de dopage pendant le dopage en changeant la tempéraure ambiante du récipient. On peut ainsi faire varier la quantité d'agent
<Desc/Clms Page number 5>
de dopage sur toute la longueur de la tige de façon uni- forme.
On peut appliquer le procédé de l'invention avec n'importe quel matériau semi-conducteur élémentaire, tel que le silicium ou le germanium. Lorsqu'on emploie ces ma- tériaux, on peut appliquer la technique classique de zone dite à nacelle dans laquelle le matériau semi-conducteur est placé dans une nacelle en graphite et chauffé jusqu'à oe qu'il fonde. L'agent de dopage *et dane un récipient séparé, comme représenté sur le dessin, et la vapeur de l'agent de dopage est absorbée dans le matériau semi-conducteur li- quide. On peut régler la concentration en agent de dopage en réglant la température du récipient.
Le procédé de l'invention est applicable pour le dopage de matériaux poly- ou mono-cristalline. En fait, si la concentration de l'agent de dopage le permet, on peut de- per et transformer en un moon-cristal en une seule opéra- tion. C'est-à-drie qu'on peut doper une tige polycristaline et la transformer en un mono-cristal en une ou deux pannes de la zone fondue le long de la tige. Toutefois, lorsque la quantité de l'agent de dopage fournie au matériau semi-con= duteu empêche la formation de mono-cristaux, on peut en- suite enlever le matériau du système et le raffiner par zones par les techniques classiques.Par exemple, on peut raffiner par zones le matériau soue vide ou dans une atmos- phère d'argon ou autre gaz inerte.
On peut appliquer le procédé de l'invention avec n'importe lequel en matières de dopage du commerce. Evidem- ment, cette matière doit donner une tension de vapeur appro- priée à une température inférieure au point de ramollisse- ment du récipient contenant le matériau. Comme exemples d'agents de dopage qui conviennent, on peut mentionner les
<Desc/Clms Page number 6>
agents de dopage du type N tels que le phosphore, l'arsenic et l'antimoine, et les agents de dopage du type P comme le gallium et l'indium.
Les matériaux préparés par le procédé de l'inven- tion sont utiles comme dispositifs semi-conduetus, comme dès transistors, des diodes, etc.
Les exemples suivants ne sont donnés qu'à titre illustatif et non limitatif de l'invention.
Exemple 1. -
On place une tige de mono-cristal de silicium entre des pinces dans une chambre en quartz. On place de l'arsenic élémentaire dans la chambre, où l'on fait le vide et qu'on ferme ensuite hermétiquement. On chauffe alors la chambre à 600 C. ce qui produit une tension de vapeur de 1 atmosphère d'arsenic dans la chambre. On place alors une bobine haute fréquence autour de la chambre chauffée et on l'excite de façon à produire une zone fondue au bas de la tige de sili- cium.
On abaisse ensuite la chambre à travers la bobine de façon que la zone fondue progresse de bas en haut de la ti- ge. Apres une passe dans l'atmosphère d'arsenic, on enlevé la tige de la chambre refroidie et on le raffine par zones par'le procédé classique dans une atmosphère d'argon. Apres chaque traversée de la zone fondue dans l'appareil de raffi- nage par zones, on détermine la résistivité de la tige en divers points de la tige et on les enregistre sur le tableau ci-dessous.
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
TABMAU ,1 !2!t.tVtrtL - ph!1l. ±!
EMI7.2
Haut Centre Extrémité" Type de en$*- .mM jpMa # 1K-¯ efloasian,,,,,
EMI7.3
<tb> Initial** <SEP> Monocristal <SEP> (P) <SEP> 50 <SEP> 20 <SEP> 100
<tb>
<tb> Après <SEP> une <SEP> pause
<tb>
EMI7.4
en atmosphère Pol;y-cr1atal (X) 0,003 0,01-0,02 0,00' d' arsenic.
EMI7.5
<tb>
Après <SEP> la <SEP> pre-
<tb>
EMI7.6
mière passe en atmosphère ecly-cristal (N) 0,003 0,0025 0,0023
EMI7.7
<tb> d'argon <SEP> la
<tb>
<tb> température
<tb>
<tb>
<tb> ambiante.
<tb>
<tb>
<tb>
Sème <SEP> panne-
<tb>
EMI7.8
atmosphère poly-cristal (9) 0,006 0,0061 0,0062
EMI7.9
<tb> d'argon
<tb>
EMI7.10
3bme passe Mono-cristal (N) 0,0011 0,0045 0,0034 4ème passe 14*no-crïotai (N) 0,07 . 0,0068 0,0041 s 5bme paons Mono-cristal (N) 0,027 0,010 0,0050
EMI7.11
*la tige * été dopée initialement poUf donner du .i:Lic1wa du type *. # '";
*## '#'*,' Bxeaalt $me On & scellé une tige en Bilioiiuo ïoieKtHia dans une chambre en quart* mise eoua v!4# M<9 0.0' 8 en.1- rOn d'arseni0 métallique* On a battît* là eheuabra' "0 0 pour établir une tension de vapé1 otable 4..r,.nlc on oon- tact avec le silicium. On a alors excité la bobine haute fréquence et établi la zone liquide sur la tige* On déplacé la zone liquide de bas en haut, comme dans 1 exemple 1.
Après
<Desc/Clms Page number 8>
une telle palle, on a refroidi l'appareil et enlevé la tige du récipient en quarts et raffiné par sono$ dans un atmoe-
EMI8.1
phbre d'argon par le procède élastique. Il a fallu procéder à quatre panses de la zone fondue avant de former un mono- cristal.
On a alors enlevé la tige de l'appareil et déter- miné la résistivité à la surface et au centre de la tige sur toute la longueur, comme le montre le tableau ci-dessous* @ TABLEAU 1 il
EMI8.2
Distance à Rdoïotivîté à, la Béilatirité au contre partir de 1 t IX" ourtace trimité d'en- semenoement 1¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ t 2 1,95 x 10.2 1,9 x 10.2 4 1,25 x 10.2 1,15 x 10.2 6 0,98 x 10-2 0,84x10' 8 0089 m lr2 0,68 x 10"2 Dans chaque cas le silicium était du type N.
EMI8.3
Bxea'ple - à..
On a employé une tige de silicium poly-orïatallin non dopé dans cet essai. On l'a scellée dans un récipient en quarts comme ci-dessus avec de l'antimoine métallique. On a alors chauffé le récipient a 860 0 environ et excité la bo-
EMI8.4
bine haute fréquence de façon a, faire parcourir la tige par la zone fondue une foie, comme dans l'exemple ,. Apres avoir terminé le dopage, on a enlevé la tige du récipient puis on l'a raffinée par zones par un procédé classique.
La tige
EMI8.5
a été transformée en un mono-cristal à la seconde passe pen- dent le raffinage par tonespet on a déterminé la résistivité de la tige en mono-cristal sur sa surface et en son centre
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
1 diverties distances à partir de ltextrémité d'eneeeonoMwnt. les résultats $ont consignée dans le tableau o1-de.eou..
ZAÎMUU Ili
EMI9.2
Distance à par. Résistivité à la Résistivité au tir de ltoxtré- auxtace contre mité deenuemen- çement (om). ) , r. M .. t ¯L ir ... ,#
EMI9.3
<tb> 0,168 <SEP> 0,128
<tb>
<tb> 0,073 <SEP> 0,076
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,042 <SEP> 0,036
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0,028 <SEP> 0,025
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0,025 <SEP> 0,022
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 0,020 <SEP> 0,011
<tb>
Le silicium étant du type N.
EMI9.4
BSSBM-jt.-
Cet exemple fait ressortir la sûreté du procède de 1'invention pour obtenir une résistivité variable réglée à
EMI9.5
divers endroits le long d'une tige en silicium mono-cristal- lin.
On a celle" une tige en silicium mono-crietalUn de profil de résistivité connu dans une chambre en quartz mine noue v:l.., avec une quantité suffisante d'antimoine mdta111- que, de façon à maintenir saturée de vapeurd'antimoine l'at0 mosphère de la chambre en contact avec la tige de silicium.
On a fait varier la température du récipient pendant le dopage afin que la zone fondue soit au contact de la vapeur d 'anti- moine à diverses températures ambiantes. Ceci, naturellement, a fait varier la concentration absolue d'antimoine au contact du silicium fondu de sorte que diverses quantités d'antimoine ont été absorbées dans le silicium à diverses distance@ à par- tir de l'extrémité de la tige.
Au début, on a chauffé le récipient à 870 C. On a alors excité la bobine haute fréquence afin que la zone fon-
<Desc/Clms Page number 10>
due parcoure la tige d'une distance de 2 à 4 cm à partir de l'extrémité d'ensemencement. On a alors désexcité la bobine
EMI10.1
et réglé à 61O C la température du récipient. On a déplacé alors le récipient de 1 cm et excité de nouveau la bobine de façon que la zone fondue se déplace de 6 à 8 cm à partir de
EMI10.2
1 xtxuité d'enaomencement. De la sorte le premier centisiatré et le cinquième centimètre de la tige n'étaient pas fondu*.
On a répété le processus comme le montre le tableau ci-dessous pour obtenir les résultats indiqués. Dans tous les coa, les cristaux formés à partir des diverses zones fondues étaient des mono-cristaux,
TABLEAU IV
EMI10.3
Distance à Température Résintivîté Rdoiotïvîté
EMI10.4
<tb> partir <SEP> de <SEP> l'ex- <SEP> ambiante <SEP> avant <SEP> le <SEP> apree <SEP> le
<tb>
<tb> trémité <SEP> d'en- <SEP> dopage <SEP> dopage
<tb>
EMI10.5
S.?.SM.9'!!L i i : i m # n ¯ . i j i #....ii.i , I... -I 1...
L # ###- i i -in pas de zone 2-4 67000 111(P) 0,003-0,002(1)
EMI10.6
<tb> 5 <SEP> pas <SEP> de <SEP> sont
<tb>
<tb> 6-8 <SEP> 61000 <SEP> 164(P) <SEP> 0,033 <SEP> (N)
<tb>
<tb> 9-10 <SEP> pas <SEP> de <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
EMI10.7
11-13 56000 224(P) 00025(X)
EMI10.8
<tb> 14 <SEP> pas <SEP> de <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb> 15-17 <SEP> 51000 <SEP> 271(P) <SEP> 0,34(N)
<tb>
<tb> 18 <SEP> pas <SEP> de <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb> 20-22 <SEP> 49000 <SEP> 298 <SEP> (P) <SEP> 65,0(N)
<tb>
Exemple 5.
On a obtenu un excellent dopage en utilisant le phosphore comme agent de dopage selon le processus de l'exem- ple l.
<Desc/Clms Page number 11>
On a obtenu des résultats équivalente en mainte- nant du germanium à l'état fondu dans une nacelle en graphite en contact avec des vapeurs de phosphore, dans l'appareil de l'exemple l.
Exemple, 7.-
On obtient un dopage de type P en utilisant le gal- lium pour doper du silicium selon le procédé de l'exemple 1.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
'P.roc444 of 4op & 8 of semiconductor materials *
EMI1.2
the present invention relates to a VA5 process of doing 4t, .., t4: r: 1 to the second-conductors by heating agents * 414ment &: 1re. of dopait.
A conventional current method currently used in doping nomî-conductouro materials such as ellium or germanium is as follows 8 As a base to deposit a !! M (.tiM "II1: 1-00n4uot: r : pure lo a thin rod heavily doped with an oemï-conductor material so as to form a ± wheel * rod.
EMI1.3
We then stretch the rod into a thin $ rod which we use
EMI1.4
each * as a basis for depositing a quantity auppld-
<Desc / Clms Page number 2>
EMI2.1
pure semiconductive material contiguous.
The large rods thus formed are then stretched into thin rods * and an additional quantity of semi-conductive material is deposited on them. The large rods are refined by zones as well
EMI2.2
toï'm6e9 to obtain the appropriate level of doping agent.
This method having the disadvantage of being inoott-; aâe = rt requires the storage of a large quantity of rods with various levels of doping agent. @ A second known method for doping materials consists in bringing the molten material into contact with a compound of the doping agent. In general, we
EMI2.3
3f4, u; te of hyd =, to ,, halides or other volatile compounds of the doping agent to decompose them on contact with the material
EMI2.4
## - # riau melted. In order to carry out this method, a stream of the volatile doping coapoae diluted with an inert gas is continuously passed through the molten semiconductor.
Although this process avoids the inconvenient stages of the first process, it has several drawbacks. In the first place, the re-
EMI2.5
freeze of the concentration of the doping agent in contact with the
EMI2.6
molten material requires careful adjustment of the amount of compound added to the reaction zone.
Further, this procedure requires diluting the doping compound with an inert gas which in itself is often a source of content.
EMI2.7
Kimvtion, "nfiMt this process always introduces materials to the dopt.ge zone # namely the other product of the ddaorapoaition called compound, such as halogen, hydrogen, cto, which can then react with the semi-conductive material.
A third method involves adding the doping agent to a molten charge of the semiconductor material in a crucible. The doping agent is then stretched into a rod * The difficulties that we encounter are the contamination
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
tion from C '"" y-'Uiet and Me diatributitn k':> tt u ...: rcft of the doping agent along the rod, which slept a variable resistance profile.
The main object of the invention is to provide a method of doping materials which is more economical than the previous ones, which can be easily reproduced and more easily adjusted which gives a profile to
EMI3.2
uniform resistance in the body of the semi-conductive material.
The invention and further proposes to provide a process which is particularly suitable for producing nomi-conductors exhibiting extremely low reactivity by a process applicable on an industrial scale and easily reproducible.
The invention relates to a method of doping elementary inorganic semiconductor materials, which consists of:
EMI3.3
heating an elemental doping agent to a neutralizing temperature to produce the desired vapor pressure of the doping agent vapor in the atmosphere in contact with the liquid semiconductor material and to maintain the doping agent. doping at this temperature until the concentration
EMI3.4
of the doping agent in the semiconductor material has reached the desired level the binder system maintained during the doping in the static state and all the vapors of the a-
EMI3.5
type of doping supplied to sem1-aoadu.otor material from
of the heating of the elemental doping agent Here by * static state "<I \\ - f11 J'1'7. no gas circulation through the system during doping *
The method of the invention can be carried out in any suitable form of apparatus. A suitable apparatus is shown in section in the accompanying drawing in the accompanying drawing.
EMI3.6
which a rod 1 of the semiconductor wire is held at each end by clamps 2, the rod being enclosed
<Desc / Clms Page number 4>
in a container 3 made of a suitable material, such as quartz.
A liquid zone 4 is maintained in the rod of the semiconductor material by means of a high-frequency heating coil 6. The coil or rod is moved so that the liquid 4 passes through the rod of one end to the other).
We all designate this operation as a "pass".
In some cases the rod can be doped and transformed to its final shape in a single pass
The whole apparatus is placed in a suitable oven 6 which maintains the vessel 3 at the desired temperature so that the doping agent 7 which is contained in a vessel 8 provides the appropriate concentration of vapors of. the doping agent to the liquid zone 4. The oven 6 can be heated by any suitable means, for example with gas or with electricity.
In order to implement this process of the invention, a vacuum is generally created in the container 3 and then it is closed before heating. Thus, the only reactive vapors coming into contact with the molten zone 4 are those which are supplied by the element chosen as doping agent. There is no foreign matter during doping. The closed container is then placed in oven 6 and heated so that the ambient temperature of the system provides the desired vapor pressure of the doping agent in the container. The coil is then energized so that a molten zone of semiconductor material forms near one end of the rod. The relative position of the coil and the rod is then changed so that the molten zone travels through the rod from end to end.
The doping agent is absorbed in the liquid zone. If desired, the concentration of the doping agent can be changed during doping by changing the ambient temperature of the container. We can thus vary the amount of agent
<Desc / Clms Page number 5>
doping over the entire length of the rod in a uniform fashion.
The method of the invention can be applied with any elementary semiconductor material, such as silicon or germanium. When employing these materials, the conventional so-called nacelle zone technique can be applied in which the semiconductor material is placed in a graphite boat and heated until it melts. The doping agent * is in a separate container, as shown in the drawing, and the vapor of the doping agent is absorbed into the liquid semiconductor material. The concentration of doping agent can be controlled by controlling the temperature of the container.
The process of the invention is applicable for the doping of poly- or mono-crystalline materials. In fact, if the concentration of the doping agent allows it, one can drill and transform into a moon crystal in a single operation. That is, you can dope a polycrystaline rod and transform it into a mono-crystal in one or two purlins of the molten zone along the rod. However, when the amount of the doping agent supplied to the semiconductive material prevents the formation of monocrystals, the material can then be removed from the system and zone refined by conventional techniques. the blown material can be zoned in a vacuum or in an atmosphere of argon or other inert gas.
The method of the invention can be applied with any commercially available doping material. Obviously, this material should give an appropriate vapor pressure at a temperature below the softening point of the container containing the material. As examples of suitable doping agents, there may be mentioned
<Desc / Clms Page number 6>
N-type doping agents such as phosphorus, arsenic and antimony, and P-type doping agents such as gallium and indium.
The materials prepared by the process of the invention are useful as semiconductor devices, such as transistors, diodes, etc.
The following examples are given only as an illustration and not as a limitation of the invention.
Example 1. -
A rod of silicon mono-crystal is placed between clamps in a quartz chamber. Elemental arsenic is placed in the chamber, where it is evacuated and then sealed. The chamber is then heated to 600 ° C. which produces a vapor pressure of 1 atmosphere of arsenic in the chamber. A high frequency coil is then placed around the heated chamber and energized to produce a molten zone at the bottom of the silicon rod.
The chamber is then lowered through the coil so that the molten zone progresses from the bottom to the top of the rod. After passing through the arsenic atmosphere, the rod was removed from the cooled chamber and zone refined by the conventional method in an argon atmosphere. After each passage through the molten zone in the zone refiner, the resistivity of the rod at various points of the rod is determined and recorded in the table below.
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
TABMAU, 1! 2! T.tVtrtL - ph! 1l. ±!
EMI7.2
Top Center End "Type in $ * - .mM jpMa # 1K-¯ efloasian ,,,,,
EMI7.3
<tb> Initial ** <SEP> Single crystal <SEP> (P) <SEP> 50 <SEP> 20 <SEP> 100
<tb>
<tb> After <SEP> a <SEP> pause
<tb>
EMI7.4
in a Pol; y-cr1atal (X) atmosphere 0.003 0.01-0.02 0.00 'of arsenic.
EMI7.5
<tb>
After <SEP> the first <SEP>
<tb>
EMI7.6
mière passes in ecly-cristal atmosphere (N) 0.003 0.0025 0.0023
EMI7.7
<tb> argon <SEP> la
<tb>
<tb> temperature
<tb>
<tb>
<tb> ambient.
<tb>
<tb>
<tb>
Seme <SEP> failure-
<tb>
EMI7.8
poly-crystal atmosphere (9) 0.006 0.0061 0.0062
EMI7.9
<tb> argon
<tb>
EMI7.10
3rd pass Mono-crystal (N) 0.0011 0.0045 0.0034 4th pass 14 * no-crïotai (N) 0.07. 0.0068 0.0041 s 5bme peacocks Mono-crystal (N) 0.027 0.010 0.0050
EMI7.11
* the rod * was initially doped to give .i: Lic1wa type *. # '";
* ## '#' *, 'Bxeaalt $ me On & sealed a rod in Bilioiiuo ïoieKtHia in a quarter chamber * setting eoua v! 4 # M <9 0.0' 8 in.1- rOn of metallic arseni0 * We have beat * there eheuabra '"0 0 to establish a voltage of vapor 1 otable 4..r, .nlc on oon- tact with silicon. We then excited the high frequency coil and established the liquid zone on the rod * We moved the liquid zone from bottom to top, as in 1 example 1.
After
<Desc / Clms Page number 8>
such a blade, the apparatus was cooled and the rod removed from the quart vessel and refined by sono $ in an atmoe-
EMI8.1
argon ph tree by the elastic process. Four pansies had to be made of the molten zone before forming a single crystal.
The rod was then removed from the apparatus and the resistivity at the surface and at the center of the rod over the entire length was determined, as shown in the table below * @ TABLE 1 il
EMI8.2
Distance to Rdoïotivité à, Beilatirité against from 1 t IX "ourtace trimity of seed 1¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ t 2 1.95 x 10.2 1.9 x 10.2 4 1.25 x 10.2 1.15 x 10.2 6 0.98 x 10-2 0.84x10 '8 0089 m lr2 0.68 x 10 "2 In each case the silicon was of type N.
EMI8.3
Bxea'ple - at ..
An undoped poly-oratalline silicon rod was used in this test. It was sealed in a quart container as above with metallic antimony. The vessel was then heated to about 860 0 and the bo-
EMI8.4
bine high frequency so as to make the rod travel through the molten zone of a liver, as in the example,. After completing the doping, the rod was removed from the container and then it was zone refined by a conventional process.
The rod
EMI8.5
was transformed into a mono-crystal at the second pass during the refining by tonespet we determined the resistivity of the rod in mono-crystal on its surface and in its center
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
1 divided distances from the end of eneeeonoMwnt. the results $ reported in table o1-de.eou ..
ZAÎMUU Ili
EMI9.2
Distance to by. Resistivity to the resistance to oxtretaceous shooting against mite depletion (om). ), r. Mr .. t ¯L ir ..., #
EMI9.3
<tb> 0.168 <SEP> 0.128
<tb>
<tb> 0.073 <SEP> 0.076
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0.042 <SEP> 0.036
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0.028 <SEP> 0.025
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0.025 <SEP> 0.022
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 0.020 <SEP> 0.011
<tb>
The silicon being of type N.
EMI9.4
BSSBM-jt.-
This example demonstrates the reliability of the process of the invention to obtain a variable resistivity set at
EMI9.5
various locations along a monocrystalline silicon rod.
We have that "a mono-crietal silicon rod of known resistivity profile in a quartz chamber mine knot v: l .., with a sufficient quantity of mdta111- antimony, so as to keep saturated with antimony vapor. 'atmosphere of the chamber in contact with the silicon rod.
The temperature of the vessel was varied during the doping so that the molten zone was in contact with the antimmon vapor at various ambient temperatures. This, of course, caused the absolute concentration of antimony on contact with the molten silicon to vary so that various amounts of antimony were absorbed into the silicon at various distances from the end of the rod.
At the start, the container was heated to 870 C. The high frequency coil was then energized so that the zone melted.
<Desc / Clms Page number 10>
due travels 2-4 cm through the stem from the seed end. We then de-energized the coil
EMI10.1
and set the temperature of the container to 61O C. The container was then moved 1 cm and the coil re-energized so that the molten zone moves 6 to 8 cm from
EMI10.2
1 x starting fee. In this way the first centisiatré and the fifth centimeter of the rod were not melted *.
The process was repeated as shown in the table below to obtain the results shown. In all the coa, the crystals formed from the various melted zones were mono-crystals,
TABLE IV
EMI10.3
Distance to Temperature Resintivity Rdoiotïvité
EMI10.4
<tb> from <SEP> of <SEP> the ex- <SEP> ambient <SEP> before <SEP> the <SEP> after <SEP> the
<tb>
<tb> end <SEP> of- <SEP> doping <SEP> doping
<tb>
EMI10.5
S.?.SM.9'!!L i i: i m # n ¯. i j i # .... ii.i, I ... -I 1 ...
L # ### - i -in no zone 2-4 67000 111 (P) 0.003-0.002 (1)
EMI10.6
<tb> 5 <SEP> not <SEP> of <SEP> are
<tb>
<tb> 6-8 <SEP> 61000 <SEP> 164 (P) <SEP> 0.033 <SEP> (N)
<tb>
<tb> 9-10 <SEP> not <SEP> from <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
EMI10.7
11-13 56000 224 (P) 00025 (X)
EMI10.8
<tb> 14 <SEP> not <SEP> of <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb> 15-17 <SEP> 51000 <SEP> 271 (P) <SEP> 0.34 (N)
<tb>
<tb> 18 <SEP> not <SEP> from <SEP> zone <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb> 20-22 <SEP> 49000 <SEP> 298 <SEP> (P) <SEP> 65.0 (N)
<tb>
Example 5.
Excellent doping was obtained using phosphorus as a doping agent according to the procedure of Example 1.
<Desc / Clms Page number 11>
Equivalent results were obtained by maintaining germanium in the molten state in a graphite boat in contact with phosphorus vapors in the apparatus of Example 1.
Example, 7.-
P-type doping is obtained by using gallium for doping silicon according to the process of Example 1.