DE1261119B - Verfahren zum Ziehen von NPN- oder PNP-Silicium- oder Germaniumeinkristallen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche KL: 12 g-17/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 261119
K39630IVc/12g
9. Januar 1960
15. Februar 1968

Verfahren zum Ziehen von NPN- oder PNP-Silicium- oder Germaniumeinkristallen aus einer Schmelze sind bekannt, wobei zur Erzielung der Schichten wechselnder Leitfähigkeit jeweils eine Umdotierung der Schmelze erfolgt. Da die Umdotierung durch Zusatz von Störstoffen erfolgt, steigt hierbei jeweils die Störstoffkonzentration der Schmelze an, so daß nach diesem Verfahren die Schmelze nicht wiederholt verwendet werden kann.

Ferner ist das sogenannte Stufenziehen bekannt, wo man Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit durch Änderung der Ziehgeschwindigkeit erhält. Dieser Effekt beruht darauf, daß die Segregationskonstante des P-Störstoffes und des N-Störstoffes jeweils von der Ziehgeschwindigkeit abhängt. Der Leitungstyp einer jeder Zone hängt dabei von der Größe der Ziehgeschwindigkeit und die Länge einer jeden Zone von der Zeit ab, während der die betreffende Ziehgeschwindigkeit eingehalten wird.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens werden die Störstoffe jeweils der Schmelze zugesetzt, in der sie sich gleichmäßig verteilen. Während dieser Verteilung der Störstoffe in der Schmelze erfolgt das Ziehen des Einkristalls jeweils mit der vorgesehenen Ziehgeschwindigkeit. Mindestens während der Anfangsperiode einer jeden Ziehstufe ändert sich die Störstoffverteilung innerhalb der Schmelze im Sinne der Einstellung eines Gleichgewichtszustandes. Dies bedingt, daß die Störstoffkonzentration sich über den Querschnitt des Einkristalls ändert, so daß beim fertigen Einkristall das Störstellenprofil über den Querschnitt unterschiedlich ist. Infolgedessen haben aus dem Einkristall ausgeschnittene Halbleiterkörper verschiedene Eigenschaften, insbesondere eine unterschiedliche Basisdicke, je nachdem, aus welchem Querschnittsbereich diese Halbleiterkörper ausgeschnitten sind. Durch die in der Praxis auftretende Diffusion ergibt sich eine weitere Uneinheitlichkeit des Störstellenprofils über den Querschnitt.

Bei einem Verfahren zum Ziehen von NPN- oder PNP-Silicium- oder Germaniumeinkristallen aus einer Donatoren und Akzeptoren enthaltenden Schmelze unter Anwendung verschiedener aufeinanderfolgender Ziehgeschwindigkeiten, wobei zunächst ein Keimkristall des ersten Leitfähigkeitstyps mit der Schmelze in Berührung gebracht und nach Herstellung der Zwischenzone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps so aus der Schmelze gezogen wird, daß wieder der anfangs vorhandene Leitfähigkeitstyp erzeugt wird, ergeben sich aber innerhalb des gesamten Querschnittes homogene Einkristalle, wenn erfindungsgemäß die Zwischenzone bei der Ziehgeschwin-

Verfahren zum Ziehen von NPN- oder
PNP-Silicium- oder Germaniumeinkristallen

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, Tokio

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Meier, Patentanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:
Masami Tomono, Tokio;
Shoji Tauchi, Fujisawa-Shi;
Hiroshi Kodera,
Kogo Sato, Tokio (Japan)

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 22. Januar 1959 (1522),
vom 20. Mai 1959 (15 796)

digkeitO erzeugt wird, so daß weder ein Wachsen noch ein Schmelzen des mit der Schmelze in Berührung gebrachten Kristalls erfolgt und die Dotierstoffe ausschließlich durch Diffusion in den Kristall eingebaut werden, wobei solche Donatoren-Akzeptoren-Paare verwendet werden, daß der den Typ der Zwischenzone bestimmende Dotierstoff gegenüber dem anderen Dotierstoff die größere Diffusionskonstante besitzt.

Nach der Erfindung nutzt man also im wesentlichen nur die unterschiedliche Größe der Diffusionskonstanten der Donatoren-Akzeptoren-Paare aus. Dabei kommt es vor Beginn der Diffusionsstufe zu einer einheitlichen Verteilung der Störstoffe innerhalb der Schmelze, so daß man über den gesamten Querschnitt des Einkristalls ein jeweils gleiches Störstellenprofil erhält. Dadurch wird die jeweils mittlere Zone des mehrschichtigen Aufbaus gleichmäßig, und ihre Dicke läßt sich vorherbestimmen. Insbesondere kann man diese mittlere Zone sehr dünn ausbilden.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor Erzeugung der Zwischenstufe zunächst ein kleiner Teil des Einkristalls geschmolzen.

Dieses Schmelzen erfolgt vorzugsweise durch Erhöhung der Schmelzentemperatur. Während dieses Aufschmelzens erfolgt einerseits eine gleichmäßige

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Verteilung der Störstoffe innerhalb der Schmelze, und andererseits wird eine frische Grenzfläche zwischen der festen und flüssigen Phase geschaffen, von der dann die Diffusion in der beschriebenen Weise ausgeht. Dadurch erreicht man eine weitere Vergleichmäßigung und Verbesserung der Störstellenverteilung innerhalb des Einkristalls.

Beispiel

Ein Einkristall aus Germanium wird in üblicher Weise aus der Schmelze nach oben gezogen. Sodann wird die Ziehgeschwindigkeit auf etwa 0,1 mm/min verringert und eine geeignete Menge Gallium und Antimon in die Germaniumschmelze eingebracht. Hierbei wird die Ofentemperatur gleichzeitig um etwa 3 bis 10⁰C erhöht, und es werden 15 bis 20 Sekunden benötigt, um die Temperatur der Germaniumschmelze zu erhöhen. Während dieser Zeitspanne sollte der Kristall etwa 0,03 mm hochgezogen werden und wachsen. Es tritt ein Schmelzen des Kristalls in einer Stärke von etwa 0,2 bis 0,5 mm auf Grund der Temperaturerhöhung der Schmelze ein. Sodann wird die Ofentemperatur etwa 20 bis 30 Sekunden konstant gehalten, so daß im wesentlichen kein weiteres Wachsen oder Schmelzen des Einkristalls eintritt. In dieser Zeit diffundieren die Störstoffe aus der Schmelze durch die Grenzfläche zwischen der festen und der flüssigen Phase in den Einkristall aus Germanium. Dann wird die Ofentemperatur schnell mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 100° C/min abgesenkt, und das Herausziehen des Einkristalls wird mit hoher Geschwindigkeit beendigt. Damit wird ein Einkristall erhalten, bei dem an den Kennkristall die Kollektorzone, daran die N-leitende Basiszone, die durch die Diffusion des Antimons aus der Schmelze in die Kollektorzone gebildet wird, und an die Basiszone die Emitterzone angewachsen ist. Der Germaniumschmelze können auch bereits vorher Gallium und Antimon zugesetzt worden sein.

Während der Diffusion diffundiert hauptsächlich Antimon aus der Schmelze in den Einkristall aus Germanium, da die Diffusionskonstante des Antimons in Germanium etwa 200fach größer ist als diejenige des Galliums.

Für die Herstellung eines Siliciumeinkristalls wird im wesentlichen dieselbe Arbeitsweise angewandt. Es kann z. B. ein N-leitender Siliciumeinkristall mit einer

35 spezifischen Leitfähigkeit von 1 ßcm, der Antimon als Störstoff enthält, als Keimkristall und eine Siliciumschmelze, der Gallium und Arsen in gleichmäßiger Verteilung zugesetzt worden ist, verwendet werden. Da die Diffusionskonstante von Gallium im Siliciumkristall um den Faktor 15 größer als diejenige von Arsen ist und da die Konzentration von Gallium in der Schmelze derart gewählt ist, daß seine Konzentration im Kristall größer als diejenige des Antimons wird, entsteht eine P-leitende Zwischenzone.

Durch Einstellung einer ausreichend hohen Ziehgeschwindigkeit wird sodann die N-leitende Emitterzone erzeugt, was auf der höheren Segregationskonstanten von Arsen beruht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ziehen von NPN- oder PNP-Silicium- oder Germaniumeinkristallen aus einer Donatoren und Akzeptoren enthaltenden Schmelze unter Anwendung verschiedener aufeinanderfolgender Ziehgeschwindigkeiten, wobei zunächst ein Keimkristall des ersten Leitfähigkeitstyps mit der Schmelze in Berührung gebracht und nach Herstellung der Zwischenzone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps so aus der Schmelze gezogen wird, daß wieder der anfangs vorhandene Leitfähigkeitstyp erzeugt wird, dadurchgekennzeichnet, daß die Zwischenzone bei der Ziehgeschwindigkeit 0 erzeugt wird, so daß weder ein Wachsen noch ein Schmelzen des mit der Schmelze in Berührung gebrachten Kristalls erfolgt und die Dotierstoffe ausschließlich durch Diffusion in den Kristall eingebaut werden, wobei solche Donatoren-Akzeptoren-Paare verwendet werden, daß der den Typ der Zwischenzone bestimmende Dotierstoff gegenüber dem anderen Dotierstoff die größere Diffusionskonstante besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erzeugung der Zwischenstufe zunächst ein kleiner Teil des Einkristalls geschmolzen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 964 708; USA.-Patentschrift Nr. 2 851 341.

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