AT211874B - Verfahren zur Herstellung eines Stabes aus niederohmigem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung eines Stabes aus niederohmigem
Halbleitermaterial 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stabes aus niederohmigem Halbleitermate- rial, insbesondere Silizium, für elektrische Halbleiteranordnungen mit durch gezielte Dotierung vorbe- stimmte, Leitfähigkeit unter Anwendung des Zonenschmelzverfahrens. Erfindungsgemäss wird auf einem
Halbleiterstab mit gegebener Verunreinigungskonzentration weiteres Halbleitermaterial derselben Art zweckmässig durch Reduktion einer gasförmigen Verbindung desselben in solcher Menge, wie sie sich aus der vorgeschriebenen Leitfähigkeit ergibt, abgeschieden, und die Verunreinigungskonzentration des so ver- dickten Halbleiterstabes wird anschliessend durch vorzugsweise tiegelfreies Zonenschmelzen über den gan- zen Stabquerschnitt vergleichmässigt. 



   Bei den andern Verfahren zur Herstellung einer gezielten, gleichmässigen Dotierung eines vorhandenen Halbleiterstabes mit einer gewichtsmässig genau bestimmten Menge Verunreinigungsmaterial wären besondere Einrichtungen, beispielsweise Elektrolysebäder, Verdampfungseinrichtungen u. dgl. mit geeigneten Steuer- und Überwachungsvorrichtungen erforderlich. Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gelöst, aus einem beliebig dotierten Stabe, nachdem seine Verunreinigungskonzentration beispielsweise durch Widerstandsmessung festgestellt ist, mit vorhandenen Einrichtungen beispielsweise für die Gewinnung von Reinstsilizium durch Abscheidung aus einer gasförmigen Verbindung und mit bekannten Einrichtungen zum Zonenschmelzen ein resultierendes einkristallines Material mit einer gewünschen Verunreinigungskonzentration herzustellen.

   Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es die Herstellung von dotierten Halbleiterstäben mit um mehrere   Zehnerpoten-   zen niedrigerer Verunreinigungskonzentration aus Ursprungsstäben mit höherer Konzentration unabhängig von der Genauigkeit der Herstellung dieser dotierten Ursprungsstäbe ermöglicht. 



   Die Dotierung des Ursprungsstabes erfolgt vorteilhaft nach einem früher vorgeschlagenen Verfahren dadurch, dass Dotierungsmaterial, insbesondere Bor enthaltendes Glas, durch einen Erwärmungsvorgang auf die Oberfläche eines Siliziumstabes aufgeschmolzen und anschliessend im Zonenschmelzverfahren über den Stabquerschnitt gleichmässig verteilt wird. Nach diesem Verfahren lässt sich durch Auswahl des Gehaltes an Dotierungsstoff im Glas und der Stärke des verwendeten Glasfadens eine ausreichende Menge Verunreinigungsstoff in den Halbleiterstab übertragen. Nach einem andern Verfahren wird ein Verunreinigungsstoff elektrolytisch in gleichmässiger Schichtdicke auf die Oberfläche eines Halbleiterstabes aufgebracht und danach im Zonenschmelzverfahren über den Stabquerschnitt gleichmässig verteilt.

   Dadurch kann man einen extrem niederohmigen Stab mit sehr gleichmässiger Dotierung seines gesamten Volumens erhalten. 



   Die Schwierigkeit, einen vorher festgelegten Leitfähigkeitswert durch die Dotierung zu erreichen, besteht bei diesen genannten Verfahren darin, dass die erforderliche Menge an zuzufügendem Dotierungsstoff nur unter schwierigen Bedingungen genau eingehalten werden kann, und dass die möglichen Abweichungen von einer errechneten Dotierung erhebliche Abweichungen von der gewünschten Leitfähigkeit zur Folge haben können. Solche Abweichungen können mit Hilfe des neuen Verfahrens beseitigt werden, da es eine Herabsetzung der Verunreinigungskonzentration in einem vorher festgelegten Verhältnis ermöglicht. Dabei kann die Verunreinigungskonzentration in einer Stufe,   z. B.   im Verhältnis bis zu 1 : 50, herabgesetzt werden.

   Dies entspricht beispielsweise einem Durchmesser von 3 mm des Ursprungsstabes und einer Ver- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 dickung auf einen Durchmesser von 21 mm. 



   Zur Herstellung einesso dünnen Ursprungsstabes von beispielsweise 3 mm Durchmesser besteht bekanntlich die Möglichkeit, aus einem dickeren   Halbleiterstabe   mit bereits festgestellter Verunreinigungskonzentration : einen dünnen Stab zu ziehen, indem beim Zonenschmelzen die Stabenden stetig ausein- anderbewegt werden. Auf diese Weise kann man einen solchen Querschnitt des Ursprungsstabes erhalten, dass sich durch das Aufwachsen bis zu einem   bestimmtenvorgegebenen   Querschnitt des fertigen Stabes eine Verminderung der Verunreinigungskonzentration auf einen vorgeschriebenen Wert ergibt. 



   Die vorerwähnten Möglichkeiten lassen einen besonders einfachen Weg zur Herstellung eines Ausgangsstabes mit   erhöhter Verunreinigungskonzentration   als zulässig erscheinen,   bei welchem lediglich eine   verhältnismässig grobe Dosierung erreicht wird. Ein solches Verfahren kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Halbleiterstab, insbesondere ein Siliziumstab, vor dem Dünnziehen mit Verunreinigungsstoff in fester Form,   z. B.   mit einem Stück Bor, abgeriebenwird. Der am Stab haftende Abrieb kann dann durch Zonenschmelzen gleichmässig im Stab verteilt werden. 



   Im Falle der Dotierung eines Siliziumstabes, z. B. mit Bor, besteht die Möglichkeit, den Stab durch wiederholtes Zonenschmelzen in gleicher Richtung von unerwünschten   andem   Verunreinigungen zu reinigen, ohne dass dadurch die gleichmässige Verteilung des Bors längs des Stabes wesentlich beeinträchtigt würde, da Bor im Silizium einen Verteilungskoeffizienten von etwa 0,9, also nahezu l. hat. Ausserdem kann allgemein zur Vergleichmässigung der Verunreinigungskonzentration über die Länge des verdickten Halbleiterstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen die Schmelzzone in einigen abschliessenden Durchgängen mit wechselnder Richtung bewegt werden. Das Zonenschmelzen bietet ferner bekanntlich die Möglichkeit, durch Verwendung eines einkristallinen Impflings auch den fertigen Stab in Form eines Einkristalls zu erhalten. 



   Weicht der Durchmesser des verdickten Stabes von einem vorgeschriebenen Wert ab, so kann er nachträglich beim abschliessenden Zonenschmelzen durch Strecken oder Stauchen korrigiert werden. 



   Nach dem Zonenschmelzen erhält   man Halbleitetstäbe   mit vorgegebener Verunreinigungskonzentration, mit denen das Verfahren wiederholt und dadurch erneut eine gezielte Herabsetzung der Konzentration bewirkt werden kann. Auf diese Weise kann man Stäbe oder Stabgruppen mit in beliebigen Stufen abnehmenden Verunreinigungskonzentrationen erhalten, wobei diejenige der letzten Stufe gegenüber dem Urstab im Verhältnis von mehreren Zehnerpotenzen verringert sein kann. Dies entspricht einer Vergrösserung des spezifischen Widerstandes etwa im umgekehrten Verhältnis, wie beispielsweise durch folgende schematische Zusammenstellung verdeutlicht werden möge : 
Urstab mit 0, 01 Ohm cm daraus in der 1. Stufe zirka 10 Stäbe mit 0, 1 Ohm cm   2. je 10"1    
 EMI2.1 
   g. io nio 4. in"100      Erzeugnisse der 3.

   Stufe (10 Ohm cm)   sind   z. B. fürspezielleTransistorarten, solche der 4. Stufe (1000hmcm)   z. B. für Leistungstransistoren und Fotoelemente verwendbar. 



   Das   beschriebene Dotierungsverfahren   kann grundsätzlich mit sämtlichen bekannten Dotierungsstoffen durchgeführt werden. Für die p-Dotierung haben sich ausser dem schon erwähnten Bor auch Gallium und Aluminium, für die n-Dotierung Antimon, Arsen und Phosphor als geeignet erwiesen,
PATENTANSPRÜCHE : 
 EMI2.2 

Claims (1)

1. <Desc/Clms Page number 3>

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ursprungsstab so dünn gezogen wird, dass durch das darauf abgeschiedene weitere Halbleitermaterial, dessen Menge sich nach einer gewünschten Gesamtstärke des verdickten Stabes richtet, die vorgeschriebene Verunreinigungskonzentration erzielt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheidungsprozess die Ver- unreinigungskonzentration des Ursprungsstabes erhöht wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterstab, insbesondere ein Siliziumstab, vor dem Dünnziehen mit Verunreinigungsstoff in fester Form, z. B. mit einem Stück Bor, abge- rieber wird.

   6. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der verdickte Stab beim Zonenschmelzen auf eine gewünschte Querschnittsgrösse gestaucht oder gestreckt wird.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungskonzentration durch gegebenenfalls mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte, Dünnziehen bzw. Verdickung und Vergleichmässigung, stufenweise im Verhältnis von mehreren Zehnerpotenzen verringert wird.