DE959479C

DE959479C - Method for pulling semiconductor crystals from a melt for electrically asymmetrically conductive systems with locally different concentrations of impurities

Info

Publication number: DE959479C
Application number: DES30360A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Dorendorf; Dr Heinz Henker; Dipl-Phys Dr Anton Jaeger; Dipl-Phys Dr Franz Kerkhoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-09-23
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1957-03-07

Description

Verfahren zum Ziehen von Halbleiterkristallen aus einer Schmelze für elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme mit örtlich verschieden großer Störstellenkonzentration Elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme enthalten Halbleiter, wie z. B. Germanium oder Silizium oder auch Mehrstofsysteme, beispielsweise Verbindungen von Elementender III. und V. Gruppe oder auch der Il. und VI. Gruppe des Periodischen Systems. Bei Einrichtungen mit Germanium und Silizium ist die Anzahl der in das Gitter eingebauten Störatome und ihre Art bestimmend für ihre Wirkungsweise. Die Herstellung eines Halbleiters mit definiertem Stör.stellengehalt ist in einfacher Weise so durchzuführen, daß man eine Schmelze des hochgereinigten Halbleiterstoffes mit einer entsprechenden Menge jenes Stoffes versetzt, der die Störstellen bildet. Aus dieser Schmelze lassen sich Kristalle mit verhältnismäßig gleichbleibendem Störstellengehalt ziehen.Process for pulling semiconductor crystals from a melt for Electrically asymmetrically conductive systems with locally differently large concentration of impurities Electrically asymmetrical conductive systems contain semiconductors such. B. Germanium or silicon or multicomponent systems, for example compounds of elements of the III. and V. Group or the Il. and VI. Group of the periodic table. at Facilities with germanium and silicon is the number of those built into the grid Interfering atoms and their type determine their mode of action. The making of a Semiconductors with a defined content of impurities can be carried out in a simple manner in such a way that that a melt of the highly purified semiconductor material with a corresponding Amount of the substance that forms the imperfections. Let out of this melt Crystals with a relatively constant content of impurities pull themselves.

Es ist nun häufig erwünscht, den Störstellengehalt in einem solchen Halbleiter örtlich verschieden zu gestalten, beispielsweise ihn stetig zu-oder abnehmen zu lassen, oder ihn auch sprunghaft zu ändern, weil sich mit solchen Halbleitern bestimmte Wirkungen erzielen lassen. Insbesondere bei der Herstellung sogenannter p-n-Verbindungen, worin also der Störstellengehalt innerhalb eines einheitlichen Halbleiters sprunghaft wechselt, kommt es darauf an, eine genau vorher bestimmte Menge von Störatomen an örtlich verschiedenen Stellen vorzusehen. Das gleiche gilt in übertragenem Sinne für Mehrstoffsysteme, bei denen es darauf ankommt, die Zusammensetzung des Mehrstoffhalbleiters örtlich verschieden zu gestalten und ebenfalls eine stetige oder sprunghafte Änderung vorzusehen.It is now often desirable to determine the impurity content in such a To design semiconductors locally differently, for example to increase or decrease it continuously to let go, or to change it by leaps and bounds, because dealing with such semiconductors allow certain effects to be achieved. Especially in the production of so-called p-n compounds, in which the impurity content is within a uniform Semiconductor changes by leaps and bounds, it depends on a precisely determined one Provide amount of impurity atoms at different locations. The same goes for in transferred Sense for multi-substance systems, which are important matters to make the composition of the multicomponent semiconductor locally different and also to provide a constant or abrupt change.

Es ist bekannt, derartigie Halbleiter mit örtlich verschiedenem Störstellengehalt dadurch herzustellen, daß man während des Ziehens des Kristalls aus der Schmelze deren Zusammensetzung ändert, was jedoch ein verhältnismäßig ungenaues Verfahren ist, das nicht gestattet; längs der Längenausdehnung des gezogenen Halbleiterkristalls genau vorher bestimmte Störstellengehalte vorzusehen.It is known to have such semiconductors with locally different impurity content to be prepared by, during the pulling of the crystal from the melt their composition changes, which, however, is a relatively imprecise method is that not allowed; along the length of the pulled semiconductor crystal precisely predetermined impurity levels to be provided.

Es ist weiterhin bekannt, in einen festen Halbleiterkristall Störatome bei zweckmäßig erhöhter Temperatur eindiffundieren zu lassen. Auch dies führt zu den genauen gewünschten Konzentrationswerten. Schließlich hat man auch versucht, Halbleiterteile mit verschiedenem Störstellengehalt zusammenzufügen. Dieses Verfahren ist äußerst unzweckmäßig, da es niemals zu dem gewünschten. Einkristall führt und an der Grenzlinie derartig gestörte Kristallgitter erzeugt, daß solche Einheiten-nur für wenige Zwecke brauchbar sind.It is also known that impurity atoms are present in solid semiconductor crystals to diffuse in at an appropriately elevated temperature. This too leads to the exact desired concentration values. After all, one also tried Assemble semiconductor parts with different impurity content. This method is extremely inexpedient as it never becomes the desired one. Single crystal leads and at the borderline such disturbed crystal lattices produced that such units-only are useful for a few purposes.

Die Erfindung betrifft eine neue Art zum Ziehen von Halbleiterkristallen mit ungleichförmiger Störstedlenverteilung bzw. bei Mehrstofkhalbleiter mit ungleichförmiger Komponentenverteilung aus einer Schmelze für elektrische unsymmetrische Halbleiteranordnungen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterkristall aus einer die verschiedenen Störstellen bzw. Komponenten von vornherein enthaltenden Schmelze gezogen wird und daß zwischen Schmelze und bereits gezogenem Halbleiterkristall eine elektrische Spannung gelegt wird, welche bezüglich Richtung und Größe derart geändert wird, daß die Störstellen bzw. Komponenten sich in den Halbleiterkristall in gewünschter Weise ungleichförmig einbauen.The invention relates to a new way of pulling semiconductor crystals with non-uniform Störstedlen distribution or with multicomponent semiconductors with non-uniform Component distribution from a melt for electrical asymmetrical semiconductor arrangements. The essential feature of the invention is that the semiconductor crystal from one containing the various imperfections or components from the outset Melt is drawn and that between the melt and already drawn semiconductor crystal an electrical voltage is applied, which in terms of direction and size such is changed so that the impurities or components are in the semiconductor crystal install non-uniformly in the desired manner.

Die in der Schmelze enthaltenen Fremdatome besitzen ein anderes Volumen und einen anderen Ionisierungsgrad als die Atome der Halbleiterschmelze.The foreign atoms contained in the melt have a different volume and a different degree of ionization than the atoms of the semiconductor melt.

Aus diesem Grunde wirkt jedes Fremdatom wie ein Bereich mit anderer Ladungsdichte. Das in der Schmelze herrschende elektrische Feld übt daher auf die Fremdatome eine Kraft aus, die der Wärmebewegung überlagert ist. Aus ' diesem Grunde besteht eine, abhängig von der Polarität und der Größe des Feldes, geringe Wanderungsgeschwindigkeit, so daß sich ein Konzentrationsunterschied in Richtung des Feldes ergeben muß. Bei richtiger Polarität entsteht dann beispielsweise an der Phasengrenze zwischen festem Kristall und Schmelze eine höhere Konzentration als in der Schmelze. Es ist also somit möglich, den Störstellengehalt: jeweils in der aaskristallisierenden Schicht zu steuern und gegenüber den benachbarten Teilen zu ändern. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen Halbleiterkristall zu ziehen, bei dem sich längs seiner Längenausdehnung ein stetig zu- oder abnehmender Störstellengehalt ausbildet. Es ist jedoch auch möglich, Halbleiterkörper zu bilden, bei denen der Störstellengehalt durch Änderung der Richtung und Größe der angelegten elektrischen Spannung spzunghaft verändert ist. Das gleiche gilt auch für Mehrstoffhalbleiter hinsichtlich ihrer jeweiligen Zusammensetzung, weil bei diesen der Einfluß des elektrischen Feldes ebenfalls vorhanden ist, und zwar noch größer, weil sich in dieser Schmelze Ionen mit verschiedenen Vorzeichen befinden.For this reason, each foreign atom acts like an area with another Charge density. The electric field prevailing in the melt therefore acts on the Foreign atoms generate a force that is superimposed on the heat movement. For this reason there is a low migration speed, depending on the polarity and the size of the field, so that there must be a difference in concentration in the direction of the field. at correct polarity then arises, for example, at the phase boundary between solid Crystal and melt have a higher concentration than in the melt. So it is thus possible the impurity content: in each case in the aascrystallizing layer to control and to change with respect to the neighboring parts. This is how it is, for example possible to pull a semiconductor crystal in which it extends along its length forms a steadily increasing or decreasing content of impurities. However, it is too possible to form semiconductor bodies in which the impurity content is changed the direction and magnitude of the electrical voltage applied suddenly changes is. The same also applies to multicomponent semiconductors with regard to their respective Composition, because the influence of the electric field is also present in these is, and even greater, because this melt contains ions with different Sign.

' Es liegt auf der Hand, daß, da sich das elektrische Feld in beliebiger Weise verschieden groß und auch verschieden gerichtet einstellen läßt, Halbleiterkristalle mit sehr feiner Abstufung in ihrem Störstellengehalt in immer wiederkehrender Weise gefertigt werden können. Es ist sogar möglich, die gewünschte Abstufung des Störstellengehaltes mehrmals im gleichen- Halbleiterkristall vorzusehen, d. h., das gleiche Störstellenspektrum mehrmals hintereinander anzuordnen, wenn man die Feldbedingungen in Rücksicht auf die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls entsprechend ändert. Auch ist dies insbesondere deswegen möglich, weil die Halbleiterschmelze nicht wie bei .den bekannten Verfahren durch laufenden Zusatz weiterer Störstellen laufend verändert wird, vielmehr handelt es sich um eine Schmelze gleicher Zusammensetzung; lediglich an der Stelle der Kristallbildung beim Ziehen des Halbleiterkristalls kann durch die Feldbeeinflussung eine verschieden hohe Konzentration der Störstellen gebildet werden.'It is obvious that, since the electric field is arbitrary Way can be set differently large and also differently directed, semiconductor crystals with a very fine gradation in their impurity content in a recurring manner can be manufactured. It is even possible to have the desired gradation of the impurity content to be provided several times in the same semiconductor crystal, d. i.e., the same spectrum of impurities to be arranged several times in a row if one considers the field conditions the pulling speed of the crystal changes accordingly. Also this is special therefore possible because the semiconductor melt is not as in the known processes is continuously changed by the continuous addition of further disturbances, rather acts it is a melt of the same composition; only at the point of crystal formation When pulling the semiconductor crystal, one can change due to the influence of the field high concentration of imperfections are formed.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Method of pulling. Semiconductor crystals with non-uniform impurity distribution or, in the case of multicomponent semiconductors, with non-uniform component distribution from a melt for electrically asymmetrical, conductive semiconductor arrangements, characterized in that the semiconductor crystal is drawn from a melt containing the various impurities or components from the start and that between the melt and the already drawn semiconductor crystal electrical voltage is applied, which is changed in terms of direction and size in such a way that the impurities or components incorporate non-uniformly in the semiconductor crystal in the desired manner.

2. The method according to claim r, characterized characterized in that the electrical voltage in consideration of the pulling speed of the semiconductor crystal is changed accordingly.

3. The method according to claim z or 2, characterized in that the imperfections or components are so non-uniform be built into the semiconductor crystal that a steadily increasing or decreasing The content of impurities or components in the semiconductor crystal arises. q .. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the defects or ' Components are built into the semiconductor crystal non-uniformly in such a way that a sudden change in the content of impurities or components in the semiconductor crystal arises. 5. The method according to any one of claims i to q., Characterized in that that the imperfections or components are so non-uniform in the semiconductor crystal must be built in so that zones with different conduction types arise in this. 6. The method according to any one of claims i to 5, characterized in that the non-uniform Distribution of impurities or components in the semiconductor crystal in multiple ways is effected in a recurring manner.