DK143457B - Fremgangsmaade til fremstilling af (111)-orienterede halvledek modstand renkrystalstave med i retning mod stavmidten faldende specifi - Google Patents

Description

i 143457

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af (111)-orienterede halvlederénkrystalstave med ind mod stavmidten faldende specifik modstand ved digelfri zonesmeltning af en lodret, ved enderne fastholdt, 5 doteret halvlederstav med en pm staven ringformet anbragt, induktiv varmeindretning, der tilvejebringer smeltezonen, ved hvilken smeltezonen, udgående fra en (111)-orienteret kimkrystal, bevæges i retning af stavaksen for en forrådsstavdel gennem halvlederkrystalsta-10 ven.

Det er kendt at fremstille énkrystalstave ved digelfri zonesmeltning, idet polykrystallinske halvlederstave, specielt siliciumstave, ved hjælp af kimkrystaller overføres til énkrystaller ved, at man lader en 15 smeltezone vandre fra den ende, ved hvilken kimkrystallen er anbragt, til den anden ende af halvlederstaven (forrådsstavdelen). Halvlederstaven bliver herved for det meste indspændt lodret stående i to holdere, af hvilke i det mindste den ene holder bringes til at dreje 20 om stavaksen under zonesmeltningen, så at der sikres en symmetrisk dyrkning af det størknende materiale.

Almindeligvis ønskes det at fremstille énkrystalstave til fabrikation af halvlederkomponenter, hvilke stave med henblik på det radiale modstandsforløb ud-25 viser en meget ensartet værdi, dvs, at der ved fremstillingen af disse krystalstavs tilstræbes en meget god gennemblanding af smelten under den digelfri zonesmeltning, for at doteringsstoffordelingen kan ske så homogent som muligt over siliciumkrystalstavens tvær-30 snit.

Til fremstilling af halvledermateriale for fabrikation af specielle halvlederkomponenter, f.eks. tyristorer af den art, som kan tændes ved overskridelse af gennembrudsspændingen i gennemgangsretningen, anvendes 35 et halvlederudgangsmateriale, der fortrinsvis består af (111)-orienterede siliciumkrystalskiver, der ved midten af krystalskiven udviser et tilsigtet fald i den specifikke modstand p. For andre effektkomponenter er det 2 143457 f.eks. fordelagtigt, at der med et homogent p-forløb i stavmidten findes en tilsigtet randstigning af den specifikke modstand.

Fig. 1 og 2 viser modstandsprofiler, således som 5 de anvendes til de nævnte specielle tyristorer, fig. 1, og til højeffektdioder, fig. 2. Ud af ordinaten er afsat den specifikke modstand p i ohm.cm, og som abscisse er afsat afstanden fra krystalskivens midte.

Opfindelsen går ud på at tilvejebringe de i fig.

10 1 og 2 viste modstandsprofiler ved digelfri zonesmeltning i halvlederénkrystalstave, specielt i dislokationsfrie (111)-orienterede siliciuménkrystaller.

Dette opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved, at akseforskydningen mellem forrådsstavdelen og 15 halvlederénkrys tals taven ved zonesmeltningen indstilles til at være mindre end 10% af diameteren af den halvlederénkry stålstav, der skal fremstilles, at der indstilles til en trækningshastighed på mindst 3,5 mm i minuttet, og at diameterforholdet mellem forrådsstaven 20 og énkrystalstaven indstilles til at være større end 1,1.

Ifølge en udførelsesform for opfindelsen indstilles der til en trækningshastighed på fortrinsvis 5,5 mm i minuttet.

Følgende overvejelser, der er illustreret i fig.

25 3, har ført til fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Det er kendt, at der ved trækning af (111)-orienterede siliciumkrystaller med ind mod smelten konvekst hvælvet fasegrænse dannes en (111)-facet, specielt i det tilfælde, hvor staven trækkes koncentrisk. Denne 30 overvejende ved stavmidten værende facet bliver desto større jo mere uforstyrret krystallen kan vokse. Den er særlig udpræget udformet ved dislokationsfrie krystaller. Dette hidrører fra, at den til dannelsen af et krystallisationskim på facetten nødvendige underafkø-35 ling er større ved dislokationsfrit voksende krystaller end ved silicium med dislokationer. Dislokationerne indvirker på (111)-facetten omtrent som krystallisationskim før den stærke underafkølingsgrad, som er karakte- 3 U3457 ristisk for dislokationsfrit voksende stave, nås. Atomlaget begynder for tidligt at skyde sig lateralt, eller horisontalt, frem, og facetten er i dette tilfælde lille.

Det er endvidere kendt, at doteringsstofferne indr 5 bygges med større koncentration i krystallen i facetområdet end uden for facetten. Dette betyder et fald i den specifikke modstand af staven i området for denne (111)-facet. Da tyristorsilicium fortrinsvis fremstilles dislokationsfrit, er facetten og dermed også p -faldet 10 særlig dybt og rummeligt vidt udbredt.

I fig. 3 er vist den voksende siliciumkrystal 1 og smelten 2, mens linjen 3 betegner forløbet af smelteisotermen og linjen 4 fasegrænsen mellem fast og flydende tilstand. Pilen 5 angiver dyrkningsretningen 15 for krystallen i (111)-retningen.

Ofte slutter der sig til et konvekst hvælvet, facetteret indre område 6 ved grænsefladen endnu et ringformet konkavt område 7 ved randen. Dette konkave område 7 betegnes i overensstemmelse med det i stav-20 midten optrædende hovedminimum i p-profilen som sideminimum i p-profilen.Det er fastslået, at der også her langs ringen 7 findes et doteringsstofmaksimum. Opfindelsen går ud på ved påvirkning af formen af grænsefladen mellem fast og flydende tilstand at forskyde dette 25 i sideminimet liggende doteringsstofmaksimum og dermed det konkave område til stavmidten.

Fig. 4 viser formen af fasegrænsen mellem fast og flydende tilstand, således som denne opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Den rekrystalliserede silicium-30 stav er betegnet 1, og 2 betegner siliciumsmelten.

Linjen 8 angiver forløbet af fasegrænsen mellem fast og flydende tilstand, og den vandrette linje 9 skal angive den kun i stavmidten anliggende (111)-tangent.

Med pilen 10 angives krystallens dyrkningsretning 35 i (111)-retningen, dvs. at énkrystalstaven med underliggende kimkrystal vokser nedefra opefter. Diameterforholdet mellem forrådsstaven D og énkrystalstaven d er indstillet til mindst 1,1, dvs. betegnelsen D:d

Claims (3)

143457 er større end 1,1. I det viste eksempel trækkes der fra en 45 mm tyk forrådsstav en énkrystalstav med en diameter på 33 mm ved en trækningshastighed på 5,5 mm i minuttet.

5 De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilveje bragte siliciuménkrystalstave udviser et p -fald i stavmidten i et område fra 20 til 40%. Færdige énkrystalstave med stedligt snævert begrænsede, stærke modstandssvingninger kan gøres anvende-10 lige til tyristorer, der kan tændes ved overskridelse af gennembrudsspændingen i gennemgangsretningen, når de udsættes for en temperaturbehandling så nær som muligt ved smeltepunktet for halvledermaterialet i en beskyttelsesgasatmosfære eller i luft. Når halvledermate-15 rialet er silicium, er en temperaturbehandling i et område fra 1300 til 1400°C i ca. 5 timer i et siliciumrør tilstrækkelig. Et bredt modstandsfald i stavmidten forbliver herved opretholdt, mens et snævert begrænset modstandsfald bliver udjævnet. 20

1. Fremgangsmåde til fremstilling af (111)-orienterede halvlederénkrystalstave med ind mod stavmidten faldende specifik modstand ved digelfri zonesmeltning af en lodret, ved enderne fastholdt, doteret halvlederstav 25 med en om staven ringformet beliggende, induktiv varrae-indretning, der tilvejebringer smeltezonen, ved hvilken smeltezonen, udgående fra en (111)-orienteret kimkrystal, bevæges i retning af stavaksen for en forrådsstavdel gennem halvlederkrystalstaven, kendetegnet 30 ved, at akseforskydningen mellem forrådsstavdelen og halvlederénkrystalstaven ved zonesmeltningen indstilles til at være mindre end 10% af diameteren af den halv-lederénkrystålstav, der skal fremstilles, at der indstilles til en trækningshastighed på mindst 3,5 mm i 35 minuttet, og at diameterforholdet mellem forrådsstaven