DE1121223B - Process for the production of semiconducting bodies for semiconductor arrangements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit Teilen von verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenem Leitfähigkeitstyp durch tiegelfreies Zonenschmelzen, bei dem ein stabförmiger Halbleiterkörper an einer Stelle mittels einer Hochfrequenzspule erhitzt und geschmolzen wird und die geschmolzene Zone durch den Körper geführt wird.The invention relates to a method for producing a semiconductor body with parts of various types Conductivity and / or different conductivity types through crucible-free zone melting in which a rod-shaped semiconductor body is heated and melted at one point by means of a high-frequency coil and the molten zone is passed through the body.

Ziel des Verfahrens nach der Erfindung ist eine einfache Herstellung von Teilen verschiedenen Leitfähigkeitstyps und/oder verschiedener Leitfähigkeit bei einem solchen Körper. Diese Teile sind im allgemeinen durch sogenannte p-n-Übergänge getrennt. Aus den erhaltenen Körpern werden nach dem Zerteilen in Stücke Halbleiteranordnungen, wie z. B. Kristalldioden, Transistoren und Photozellen, hergestellt. The aim of the method according to the invention is a simple one Manufacture of parts of different conductivity types and / or different conductivity with such a body. These parts are generally separated by so-called p-n junctions. From the bodies obtained, after cutting into pieces, semiconductor devices, such as. B. Crystal diodes, transistors and photocells.

Nach einem bekannten Verfahren, insbesondere zum Reinigen des Materials, wird an der Seite eines runden Stabes eine geschmolzene Zone erzeugt, die sich bis über die Mittellinie des Stabes erstreckt und danach schraubenlinienförmig durch den Stab hindurchgeführt wird.According to a known method, in particular for cleaning the material, is on the side of a round rod creates a molten zone that extends beyond the center line of the rod and is then passed helically through the rod.

Dieses Verfahren erfordert eine verwickelte Apparatur und ist wenig geeignet zur Herstellung eines Körpers mit Teilen von verschiedenem Leitfähigkeitstyp. This method requires intricate equipment and is unsuitable for making one Body with parts of different conductivity types.

Nach einem anderen bekannten Verfahren wird eine Oberflächenschicht eines halbleitenden Körpers, der auf einer gegebenenfalls gekühlten Halterung liegt, stellenweise z. B. durch die Strahlung eines in der Nähe des Oberflächenstücks angeordneten Heizkörpers geschmolzen.According to another known method, a surface layer of a semiconducting body, which lies on a possibly cooled holder, in places z. B. by the radiation of a arranged in the vicinity of the surface piece radiator melted.

Dar Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Körper in innigem Kontakt mit der kühlenden Halterung steht, wodurch Verunreinigungen in den Halbleiterkörper gelangen können. Außerdem sind besondere Maßnahmen notwendig, um auch den relativ großen Teil der Oberfläche, der im Kontakt mit der Halterung steht, der Oberflächenbehandlung zugänglich zu machen. Auch durch den auf hoher Temperatur befindlichen Heizkörper können Verunreinigungen in die geschmolzene Zone oder in den Halbleiterkörper hineingelangen.The disadvantage of this method is that the body is in intimate contact with the cooling Holder is standing, whereby impurities can get into the semiconductor body. Also are special measures are necessary to also cover the relatively large part of the surface that is in contact with the bracket is available to make the surface treatment accessible. Also because of the high temperature The heating element located there can contaminate the melted zone or the semiconductor body get in.

Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit Teilen von verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenem Leitfähigkeitstyp durch tiegelfreies Zonenschmelzen, bei dem ein stabförmiger Halbleiterkörper an einer Stelle mittels einer Hochfrequenzspule erhitzt und geschmolzen wird und die geschmolzene Zone durch den Körper geführt wird, Verfahren zur Herstellung
von halbleitenden Körpern
für HalbleiteranordnungenThese disadvantages of the known methods are provided by a method for producing a semiconductor body with parts of different conductivity and / or different conductivity type by crucible-free zone melting, in which a rod-shaped semiconductor body is heated and melted at one point by means of a high-frequency coil and the melted zone is passed through the body will, method of manufacture
of semiconducting bodies
for semiconductor arrangements

Anmelder:Applicant:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 29. August 1957 (Nr. 220 353)Claimed priority:
Netherlands of August 29, 1957 (no.220 353)

Jan Goorissen, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt wordenJan Goorissen, Eindhoven (Netherlands),
has been named as the inventor

vermieden, indem gemäß der Erfindung die Energiezufuhr durch die Hochfrequenzspule nur so groß ist, daß an der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine diesen Halbleiterkörper ringförmig umgebende geschmolzene Zone erzeugt wird, die längs des nicht geschmolzenen Kernes des Halbleiterkörpers derart geführt wird, daß der Halbleiterkörper eine aus der geschmolzenen Zone segregierte Oberflächenschicht erhält.avoided by, according to the invention, the energy supply through the high-frequency coil is only so great, that on the surface of the semiconductor body a ring-shaped surrounding this semiconductor body melted Zone is generated along the non-melted core of the semiconductor body in such a way it is performed that the semiconductor body has a surface layer segregated from the melted zone receives.

Dieses Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil der geringen Gefahr der Verunreinigung des Halbleitermaterials und den weiteren Vorteil, daß zu seiner Durchführung eine für das tiegelfreie Zonenschmelzen übliche Apparatur verwendet werden kann, z. B. die von P. H. Keck, und M. J. E. Golay in Physical Review, 89 (1953), S. 1297, beschriebene.This method according to the invention has the advantage of low risk of contamination of the semiconductor material and the further advantage that for its implementation one for the crucible-free zone melting Usual apparatus can be used, e.g. B. that of P. H. Keck, and M. J. E. Golay in Physical Review, 89: 1297 (1953).

Dadurch, das der geschmolzenen Zone mindestens eine aktive Verunreinigung beigegeben wird oder die Behandlung in einem mindestens eine aktive Verunreinigung enthaltenden Raum ausgeführt wird, kann auf einfache Weise der Leitfähigkeitstyp und/oder die Leitfähigkeit der Außenschicht(en) gegenüber denen des untenliegenden Materials geändert werden. Dasselbe ist auch möglich durch Wahl der Verhältnisse derart, daß aktive Verunreinigungen aus der Zone oder aus der Außenschicht, z. B. durch Ausdiffun-By adding at least one active impurity to the molten zone or the Treatment is carried out in a space containing at least one active impurity in a simple way the conductivity type and / or the conductivity of the outer layer (s) with respect to them of the material below can be changed. The same is also possible by choosing the proportions such that active contaminants from the zone or from the outer layer, e.g. B. by diffusion

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dieren, entfernt werden. Dies wird an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.dated, to be removed. This is illustrated by the following Embodiments explained in more detail.

Die geschilderte Bearbeitung des Stabes kann gegebenenfalls wiederholt werden, zweckmäßig derart, daß jede folgende Schicht dünner als die vorangehende ist.The described processing of the rod can be repeated if necessary, expediently in such a way that that each subsequent layer is thinner than the previous one.

Das Verfahren nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Eine Anzahl dieser Abwandlungen _r sowie die Vorrichtung, mit deren Hilfe sie ausgeführt werden, werden an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher beschrieben.The method according to the invention can be carried out in various ways. A number of these modifications _r as well as the device with the aid of which they are carried out are described, for example, in more detail with reference to a drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen Teil der Vorrichtung, mit deren Hilfe das Verfahren ausführbar ist;Fig. 1 shows schematically in section a part of the device with the aid of which the method can be carried out is;

Fig. 2 bis 5 zeigen schematisch im Schnitt halbleitende Körper, die z. B. mit diesem Verfahren hergestellt werden können;Fig. 2 to 5 show schematically in section semiconducting body z. B. produced with this process can be;

Fig. 6 ist ein Schnitt im größeren Maßstab einer aus dem in Fig. 2 dargestellten Körper hergestellten Photozelle;FIG. 6 is a larger-scale section of one made from the body shown in FIG Photocell;

Fig. 7 ist eine Draufsicht einer aus dem Körper nach Fig. 5 gesägten Scheibe aus halbleitendem Material.Figure 7 is a top plan view of a semiconducting disc sawn from the body of Figure 5 Material.

Zur Ausführung der Erfindung kann die bekannte, von Keck und Golay beschriebene Vorrichtung verwendet werden, die im wesentlichen aus einem feuerfesten, z. B. aus Quarz bestehenden Rohr 1 besteht, in dem ein zweckmäßig aus monokristallinem Material bestehender Stab 2 angeordnet ist. Dieser Stab kann vorher in der gleichen oder einer entsprechenden Vorrichtung hergestellt worden sein. Ringsum das Rohr 1 ist eine Spule 3 angeordnet, die mit einem nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Diese Spule kann in bezug auf den Stab 1 auf und ab bewegt werden, wie durch Pfeile angedeutet. Durch das Quarzrohr kann ein Gas hindurchgeführt werden.To carry out the invention, the known device described by Keck and Golay can be used, consisting essentially of a refractory, e.g. B. consists of quartz tube 1, in which an expediently made of monocrystalline material rod 2 is arranged. This Rod can have previously been manufactured in the same or a corresponding device. A coil 3 is arranged around the pipe 1, which is connected to a high-frequency generator (not shown) connected is. This coil can be moved up and down with respect to the rod 1, as indicated by arrows indicated. A gas can be passed through the quartz tube.

Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich von dem bekannten mit einem solchen Apparat auszuführenden Verfahren darin, daß das mittels der Spule 3 erzeugte Feld derart geregelt und schwächer als üblich eingestellt wird, daß der Stab ausschließlich an der Außenseite geschmolzen wird. Es entsteht dann ein Stab mit zwei oder mehr koaxialen Teilen, deren Eigenschaften verschieden gewählt werden können. In Fig. 1 ist die geschmolzene Zone mit 4, der aus dieser Zone segregierte Teil mit 5 und der nicht geschmolzene Kern mit 6 bezeichnet. Der ganze Stab bleibt im allgemeinen monokristallin.The method according to the invention differs from the known one with such an apparatus The method to be carried out is that the field generated by the coil 3 is regulated in such a way and is weaker it is set as usual that the rod is melted exclusively on the outside. It arises then a rod with two or more coaxial parts, the properties of which are chosen differently can. In Fig. 1, the molten zone is indicated by 4, the part segregated from this zone is indicated by 5 and the Unmelted core is denoted by 6. The whole rod generally remains monocrystalline.

Es folgen einige Beispiele:Here are a few examples:

Beispiel I (Fig. 2)Example I (Fig. 2)

Ein Stab aus p-leitendem Germanium wird auf die geschilderte Weise in einem inerten Gas, ζ. Β. Helium, behandelt, dem der Dampf von mindestens einem Donator, wie z. B. Antimon, Arsen oder Phosphor, beigegeben worden ist. Der Dampfdruck und die Behandlungsdauer werden derart gewählt, daß Überkompensation auftritt und ein η-leitender Außenteil 5 entsteht.A rod made of p-conducting germanium is immersed in an inert gas in the manner described, ζ. Β. Helium, treated, which the steam from at least one donor, such as. B. antimony, arsenic or phosphorus, has been added. The vapor pressure and the duration of treatment are chosen so that overcompensation occurs and an η-conductive outer part 5 is formed.

Beispiel II (Fig. 3)Example II (Fig. 3)

Nahe bei dem Ende eines Stabes aus n-leitendem Germanium wird eine ringförmige Oberflächenzone 4 geschmolzen. Dem geschmolzenen Material wird eine geringe Menge eines Akzeptors, z. B. Indium, Gallium oder Aluminium, beigegeben, anschließend die Heizquelle und der Stab relativ zueinander so bewegt, daß eine segregierte p-leitende Oberflächenschicht 5 entsteht.An annular surface zone 4 is formed near the end of a rod made of n-type germanium melted. A small amount of an acceptor, e.g. B. indium, gallium or aluminum, added, then the heating source and the rod are moved relative to one another in such a way that that a segregated p-conductive surface layer 5 is formed.

Beispiel III (Fig. 4)Example III (Fig. 4)

An einem Stab aus Silizium, das einen gewissen Gehalt an Bor und einen höheren Gehalt an Antimon hat, wird eine flüssige Zone 4 längs der Oberfläche gezogen. Dabei dampft das Antimon teilweise aus und wird von einem inerten Gasstrom abgeführt. Im ίο segregierten Teil 5 wir der praktisch unverändert gebliebene Borgehalt überwiegen, so daß die segregierte Schicht 5 p-leitend ist.On a rod made of silicon, which has a certain content of boron and a higher content of antimony a liquid zone 4 is drawn along the surface. The antimony is partially evaporated in the process and is removed by an inert gas stream. In ίο segregated part 5 we have remained practically unchanged Boron content predominate, so that the segregated layer 5 is p-conductive.

Beispiel IV (Fig. 5)Example IV (Fig. 5)

Ein Stab aus p-leitendem Germanium wird im Apparat angeordnet, und eine Zone 4 wird geschmolzen. Der geschmolzenen Zone wird Indium beigegeben, und zugleich wird Antimondampf in das Rohr 1 (Fig. 1) eingeführt. Dieser Dampf wird durch die ge-A rod of p-type germanium is placed in the apparatus and zone 4 is melted. Indium is added to the molten zone and at the same time antimony vapor is drawn into the pipe 1 (Fig. 1) introduced. This steam is generated by the

ao schmolzene Zone 4 bis in die Außenteile des festen Kernes 6 hineindiffundieren, so daß durch Überkompensation eine dünne Schicht aus η-leitendem Germanium 7 entsteht. Die segregierte Außenschicht 5 ist infolge des der geschmolzenen Zone 4 beigegebenen Indiums wieder p-leitend.ao melted zone 4 diffuse into the outer parts of the solid core 6, so that by overcompensation a thin layer of η-conductive germanium 7 is created. The segregated outer layer 5 is as a result of the indium added to the melted zone 4, it is again p-conductive.

Mit den beim Aufschmelzen von Kontakten auf halbleitende Körper bekannten Maßnahmen, durch die p-n-Übergänge durch Ausnutzen verschiedener Löslichkeiten sowie verschiedener Diffusionsgeschwindigkeiten von Aktivatoren entstehen, können auch in diesem Fall p-n-Übergänge und Schichten von verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenem Leitfähigkeitstyp erhalten werden. Im vorliegenden Fall aber haben die Schichten eine größere Ausnehmung, so daß aus einem einzigen Stab eine große Anzahl halbleitender Vorrichtungen hergestellt werden können.With the measures known when melting contacts on semiconducting bodies, by the p-n junctions by using different solubilities and different diffusion rates generated by activators, p-n junctions and layers of different Conductivity and / or different conductivity type can be obtained. In the present case but the layers have a larger recess so that a large number can be obtained from a single rod semiconducting devices can be made.

So kann z. B. aus dem in Fig. 2 dargestellten Stab eine große Anzahl Scheiben 10 gesägt werden, von denen eine in Fig. 6 in größerem Maßstab dargestellt ist. Diese Scheibe hat eine η-leitende Randzone 11. Nachdem sie ausgesägt worden war, wurde sie mit einer η-leitenden Oberflächenschicht 12 durch Diffusion versehen. Die als Photozelle verwendbare Scheibe wurde mit Kontakten 13 und 14 ausgestattet.So z. B. from the rod shown in Fig. 2 a large number of disks 10 are sawn from one of which is shown in FIG. 6 on a larger scale. This disk has an η-conductive edge zone 11. After it was sawn out, it was coated with an η-conductive surface layer 12 by diffusion Mistake. The disc, which can be used as a photocell, was equipped with contacts 13 and 14.

Ein in Fig. 5 dargestellter Stab kann z. B. zur Herstellung von Transistoren verwendet werden, indem der Stab zunächst in Scheiben 20 geteilt wird (Fig. 7) und aus einer solchen Scheibe durch radiale Sägeso schnitte 21 Stäbchen 22 geschnitten werden, die anschließend mit Kontakten versehen werden.A rod shown in Fig. 5 can, for. B. used to manufacture transistors by the rod is first divided into disks 20 (Fig. 7) and from such a disk by radial sawing cuts 21 sticks 22 are cut, which are then provided with contacts.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers für Halbleiteranordnungen mit Teilen von verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenem Leitfähigkeitstyps durch tiegelfreies Zonenschmelzen, bei dem ein stabformiger Halbleiterkörper an einer Stelle mittels einer Hochfrequenzspule erhitzt und geschmolzen wird und die geschmolzene Zone durch den Körper geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr durch die Hochfrequenzspule nur so groß ist, daß an der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine diesen Halbleiterkörper ringförmig umgebende geschmolzene Zone erzeugt wird, die längs des nicht geschmolzenen Kernes des Halbleiterkörpers derart geführt wird, daß der Halb-1. A method for producing a semiconductor body for semiconductor arrangements with parts of different conductivity and / or different Conductivity type through crucible-free zone melting in which a rod-shaped semiconductor body is heated and melted at one point by means of a high frequency coil and the molten zone is passed through the body, characterized in that the energy supply by the high-frequency coil is only so great is that on the surface of the semiconductor body a ring-shaped surrounding this semiconductor body molten zone is generated along the non-molten core of the semiconductor body is guided in such a way that the half leiterkörper eine aus der geschmolzenen Zone segregierte Oberflächenschicht erhält.Conductor body receives a surface layer segregated from the melted zone. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzenen Zone aktive Verunreinigungen beigegeben werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the molten zone is active Impurities are added. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in dem der Stab untergebracht ist, eine aktive Verunreinigung in Dampfform enthält.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the space in which the rod contains an active impurity in vapor form. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1 095 872, 107 076;
österreichische Patentschrift Nr. 183 790.Documents considered: French Patent Nos. 1 095 872, 107 076;
Austrian patent specification No. 183 790. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen For this purpose, 1 sheet of drawings