DE1419656C

DE1419656C - Method for doping a rod-shaped body made of semiconductor material, in particular made of silicon, with boron

Info

Publication number: DE1419656C
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Chem. Dr. 8011 Vaterstetten Reuschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-11-23

Description

Halbleiteranordnungen wie Gleichrichter, Transistoren, Photodioden, Vierschichtanordnungen u. dgl. bestehen meistens aus einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, z. B. aus Silicium, Germanium oder einer intermetallischen Verbindung der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des Periodensystems, auf den Elektroden, z. B. durch Legieren, aufgebracht sind.Semiconductor arrangements such as rectifiers, transistors, photodiodes, four-layer arrangements and the like. usually consist of an essentially single-crystal semiconductor body, e.g. B. made of silicon, germanium or an intermetallic compound of III. and V. or II. and VI. Group of the periodic table, on the electrodes, e.g. B. by alloying, are applied.

Zu ihrer Herstellung werden in größeren Mengen Halbleitermaterialien mit definierten Eigenschaften benötigt. Diese werden deshalb hoch gereinigt, z. B. durch tiegelfreies Zonenschmelzen, und anschießend entweder in diesem hoch gereinigten Zustand oder nach der Zufügung von definierten Dotierungszusätzen zu Halbleiteranordnungen verarbeitet. Semiconductor materials with defined properties are used in large quantities for their production needed. These are therefore highly cleaned, e.g. B. by crucible-free zone melting, and then processed into semiconductor arrangements either in this highly purified state or after the addition of defined doping additives.

Bei einem derartigen Dotierungsverfahren wird auf einem dünnen, stabförmigen Körper aus Halbleitermaterial, welcher stark dotiert ist, undotiertes Halbleitermaterial abgeschieden und anschließend durch tiegelfreies Zonenschmelzen die Dotierungskonzentration über den gesamten Querschnitt des so entstandenen Halbleiterstabes vergleichmäßigt. Für diese und auch für andere Zwecke wird ein hochdotiertes Ausgangsmatcrial benötigt, das beispielsweise dadurch gewonnen wird, daß der Halbleiterstab mit einem Verunreinigungsstoff in fester Form, beispielsweise mit einem Stück Bor, abgerieben wird (vgl. österreichische Patentschrift 211 874).In such a doping process, on a thin, rod-shaped body made of semiconductor material, which is heavily doped, deposited undoped semiconductor material and then the doping concentration over the entire cross-section of the so resulting semiconductor rod evened out. For this and also for other purposes, a highly endowed Required starting material, which is obtained, for example, that the semiconductor rod rubbed off with a solid contaminant such as a piece of boron (see Austrian patent specification 211 874).

Neben dem erwähnten Verfahren zum Einbringen von Bor in einen stabförmigen Körper aus Halbleitermaterial ist noch ein anderes Verfahren bekanntgeworden. Hierbei wird ein Bor enthaltender Glasfaden auf einen Halbleiterstab aufgeschmolzen und dieser danach dem tiegelfreien Zonenschmelzen unterworfen (vgl. österreichische Patentschrift 209 955).In addition to the mentioned method for introducing boron into a rod-shaped body made of semiconductor material Another method has become known. Here, a boron-containing Glass thread is melted onto a semiconductor rod and this is then melted into the crucible-free zone subject (see Austrian patent specification 209 955).

Die bekannten Verfahren erfordern eine Vielzahl von anschließenden Zonenzügen, um eine einigermaßen gleichmäßige Bordotierung über den gesamten Halbleiterstab zu erhalten.The known methods require a large number of subsequent zone trains in order to achieve a reasonably to obtain uniform boron doping over the entire semiconductor rod.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren eines stabförmigen Körpers aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium, mit Bor, durch Aufbringen von Bor auf den stabförmigenThe present invention relates to a method for doping a rod-shaped body made of semiconductor material, in particular made of silicon, with boron, by applying boron to the rod-shaped

so Körper und anschließendes tiegelfreies Zonenschmelzen desselben. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Bor mit einer Korngröße von 5 bis 500 μ verwendet wird und daß das Borpulver in eine Längsnut des stabförmigen Halbleiterkörpers eingebracht wird. Vorzugsweise wird ein Borpulver mit einer Korngröße von 50 bis 100 μ verwendet.so body and subsequent crucible-free zone melting same. This method is characterized according to the invention that powdered boron with a grain size of 5 to 500 μ is used and that the boron powder in a longitudinal groove of the rod-shaped Semiconductor body is introduced. Preferably, a boron powder with a grain size of 50 to 100 μ used.

Borpulver mit geringerer Korngröße, z. B. staubförmiges Borpulver, weist den Nachteil auf, daß die sich an Luft bildenden Nitridhäute ein Einbringen des Bors in das stabförmige Halbleitermaterial erschweren. Bornitrid, welches mit in einen Halbleiterstab, ζ. B. aus Silicium oder aus Germanium, eingedrungen ist, erweist sich ferner beim Einkristallzüchten als schädlich.Boron powder with a smaller grain size, e.g. B. powdered boron powder has the disadvantage that the Nitride skins that form in air make it difficult to introduce the boron into the rod-shaped semiconductor material. Boron nitride, which is included in a semiconductor rod, ζ. B. made of silicon or germanium, penetrated is also found to be harmful in single crystal growth.

Andererseits ist auch der Korngröße nach oben eine Grenze gesetzt, da große Borkörner beim Aufschmelzen des Halbleitermaterials Mischkristalle mit diesen bilden. Es ist deshalb bei großen Korngrößen ein sehr langsames Schmelzen notwendig, weil sonst Legierungen, die sich aus dem Bor und dem Halbleitermaterial bilden, ebenfalls das Einkristallwachstum verhindern.
An Hand eines Ausführungsbeispieles, aus dem weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervorgehen, soll die Erfindung näher erläutert werden. In einen Halbleiterstab, beispielsweise einen SiIiciumstab, von etwa 100 g Gewicht, wird eine Nut eingebracht, z. B. eingefräst, welche parallel zur Längsachse des Stabes verläuft. Etwa 200 mg Bor werden mit Wasserglas angerührt und diese Mischung in die Nut eingebracht. Anschließend wird der Halbleiterstab langsam auf etwa 900° C aufgeheizt und auf dieser Temperatur etwa 3 Stunden belassen.On the other hand, there is also an upper limit to the grain size, since large boron grains form mixed crystals with them when the semiconductor material melts. Very slow melting is therefore necessary for large grain sizes, because otherwise alloys that are formed from the boron and the semiconductor material will also prevent single crystal growth.
The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment from which further details and advantages of the invention emerge. A groove is made in a semiconductor rod, for example a silicon rod, weighing about 100 g, e.g. B. milled, which runs parallel to the longitudinal axis of the rod. About 200 mg of boron are mixed with a glass of water and this mixture is introduced into the groove. The semiconductor rod is then slowly heated to about 900 ° C. and left at this temperature for about 3 hours.

Hierdurch wird die Feuchtigkeit des Wasserglases und chemisch gebundenes Wasser beseitigt, welche beim anschließenden Zonenschmelzen schädlich wären.This removes the moisture from the water glass and chemically bound water, which would be harmful during the subsequent zone melting.

Danach wird eine Schmelzzone durch den gesamten Halbleiterstab geführt, worauf sich eine glasige Schlacke an der Oberfläche des Halbleiterstabes aus den Resten des Wasserglases bildet. Diese Schlacke wird anschließend entfernt, beispielsweise abgekratzt, und danach mindestens eine weitere Schmelzzone durch den Halbleiterstab geführt. Nach dieser Behandlung weist das Halbleitermaterial, welches vorher einen spezifischen Widerstand von etwa 100 bis 500 Ohm · cm besaß, einen spezifischenThen a melting zone is passed through the entire semiconductor rod, whereupon a glassy one Forms slag on the surface of the semiconductor rod from the remnants of the water glass. This Slag is then removed, for example scraped off, and then at least one more Melting zone passed through the semiconductor rod. After this treatment, the semiconductor material which previously had a specific resistance of about 100 to 500 ohm · cm, a specific

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Widerstand von 4 · 10~³ Ohm · cm auf. Der Halb- hierbei als vorteilhaft erwiesen, diesen Einkristallleiterstab ist also mit Bor hochdotiert. impfung erst beim zweiten Zonendurchgang anzu-Zweckmäßigerweise wird der Halbleiterstab in be- schmelzen bzw. erst beim zweiten Zonendurchgang kannter Weise durch Ansetzen eines einkristallinen den Startpunkt der Schmelzzone in diesen Impfling Impflings in einen Einkristal! verwandelt. Es hat sich 5 zu verlegen.Resistance of 4 · 10 ~ ³ ohm · cm. The semi-conductor has proven to be advantageous here, so this single crystal conductor rod is highly doped with boron. inoculation not until the second zone pass-expediently, the semiconductor rod is melted in the manner known or not until the second zone pass by attaching a monocrystalline to the starting point of the melting zone in this seeded part of the seeded part into a single crystal! transformed. It has to be 5 misplaced.

Claims

Patent claims:

1. Method of doping a rod-shaped !! Body made of semiconductor material, in particular made of Silicon, with boron, by applying boron to the rod-shaped semiconductor body and then applying it crucible-free zone melting of the same, characterized in that powdery Boron with a grain size of 5 to 500 u is used and that the boron powder in a Longitudinal groove of the rod-shaped conductor body is introduced.

2. The method according to claim I, characterized in that a boron powder with a grain size from 50 to 100 u is used.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the boron powder with Water glass mixed and then introduced into the longitudinal groove of the rod-shaped semiconductor body will.

4. The method according to claims 1 to 1, characterized in that the semiconductor body after introducing the mixture of boron powder and water glass by slowly heating of the semiconductor body heated to about 900 ^ C and at this temperature for several hours is left and that then the semiconductor body is zone melted.

5. The method according to claim 4, characterized in that after the first pass the melting zone through the semiconductor body from the slag originating from the water glass removed from the semiconductor body and then carried out at least one zone passage will.