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.Method for distributing foreign matter components in semiconductor rods
by a crucible-free zone melting process There has already been a process for remelting
a semiconductor rod, e.g. B. to clean or equalize the concentration level
of the impurities present in the rod, suggested in which only at
its ends. A semiconductor rod held in a vertical position extends over the rod cross-section
extending from the adjoining solid rod parts due to surface tension
released molten zone generated and gradually from the one. up to that
other end of the rod by a relative movement between the rod and the die
molten zone generating heat source is moved .. As in this process
no vessel walls come into contact with the enamel zone, let them pass through a
If necessary, iterated application of this process can achieve degrees of purity that
with the previously known zone melting process in which the material to be remelted
in one. The shuttle that was held could not be reached.
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.The invention relates to a method for distributing the from
Foreign material components absorbed in the base material in a rod made of semiconductor base material
by crucible zone melting, the melting zone preferably being upright
arranged, held at both ends. Rod is guided. This. procedure
is according to the invention for the targeted distribution of the to be introduced into the semiconductor rod
Foreign matter applied to certain zones of the rod (doping).
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.The foreign substance, for example a donor or an acceptor, can
be introduced into the body before starting the melting process. To this
Purposes can be the rod at the desired. Spot drilled or milled and there
with a corresponding. Dose of a donor or acceptor can be provided. As soon
If this point is melted by the melting zone, it becomes that in the direction of travel
The crystal area lying in the melting zone is mixed with the donor or acceptor,
during the previously remelted and already. part of the rod froze free of it
remain. If you put two pills in exactly the right distance between them, so
that the melting zone z. B. first the acceptor and immediately thereafter the acceptor
detected again overcompensating donor, so forms in the semiconductor rod
a thin p-layer in the otherwise n-conductive material. The thickness of the p-layer
is essentially determined by the distance between the pills, i.e. of the path difference, with
which they are reached one after the other from the melting zone.
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.However, the foreign substance can also be introduced during the melting process
and is then passed through the melting zone moving in the rod over a certain amount
Zone width distributed. This can be done by using the same rod material
the correspondingly dosed pills determining the conductivity at a suitable time
Result in the melting zone presses, encloses, collapses or otherwise suitable
Way. Instead of adding the foreign substance in solid form, adding
also in gas farm - if necessary by sudden temporary admixture to
surrounding protective atmosphere - are effected.
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 all embodiments, the following essential point is made
to be observed. If the foreign substance were only added in extremely small quantities,
so it would be transported to the end of the rod by the zoning process
and are immediately eliminated from the material in this way.
It is therefore important to ensure that the admixture is in a higher degree of concentration
is added, so that the proposed per se for cleaning or for crystal pulling
Zone melting process not for removing, but just for dispersing the
a single. Place added admixture over a certain zone width of the
Semiconductor rod leads.
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.In the drawing, 1 denotes a pre-cleaned germanium rod which is arranged vertically between two holders 2 and 3. 4 denotes a bore into which a certain dose of a material which acts as a donor with respect to the germanium is introduced. A corresponding dose of an acceptor is located in a second bore 5. 6 is a heating ring that is able to melt the semiconductor rod in zones. The heating ring is slowly moved in the direction of arrow 7. The bracket 2 performs during. of the successive, zone-wise melting process a rotation in the direction of arrow 8. In addition, the holder 2 is connected to a vibrator. So that a vibration in the sense of the double arrow 9 takes place. As soon as the. If the melting zone generated by the heating ring 6 sweeps over the points 4 and 5, the substances introduced there are dispersed within certain zones of the semiconductor rod. Last traces of unwanted impurities are also transferred to the lower one. End of the rod 1 transported. The rod 1 can. also be arranged horizontally.
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.The invention is not restricted to the exemplary embodiment. That
Process according to the invention can be found in the described. Embodiments
at the same time also for cleaning or for crystal pulling, d. H. to convert the
Make use of the crystal structure of the semiconducting rod. So z. B. the one to be treated
Rod made of sintered, possibly pre-cleaned semiconductor material,
which may be layered in a corresponding way. Depending on the one to be exploited
Sometimes there are some effects, sometimes the other advantages of the zone melting process
according to the invention of various importance. It is therefore the choice of the various
in the exemplary embodiments. measures according to the needs of the
respective application in detail. Case to meet.