Способ получения монокристаллов кремния Советский патент 1980 года по МПК C30B13/06 

1

Изобретение относится к способам получения монсжристаллов кремния, легнрованных примесью фосфора, с заданным граничным обеднением примесного материала в радиальном направлении.g

При производстве специальных полупроводниковых приборов, например мощных зашфающих тиристоров, у которых добиваются, чтобы их блокировочные и запирающие напряжения поддерживались на одном уровне, исполь- ю зуют кристаллы кремния с однородным распределением примеси в середине пластины и определенным нарастанием удельного сопротивления по краям.

Известен способ получения кремниевых моно- |5 кристаллов с однородной примесью п-типа с помощью облучения тепловыми нейтронами. Имеющийся в кремнии естественный изотоп

Si при поглощении теплового нейтрона и выделении f- излучения переходит в неста- «jo бильный изотоп Si, который при испускании -излучения с пер14одом полураспада 2,62 ч переходит в стабильный изотоп фосфора Р. Этим достигают однородное легирование (без

полос) независимо от диаметра слнтка н его длины. Таким образом получают кремний п-тнпа с удельным сопротивлением 30 ом «см, с постоянным однородным распределением примеси.

Для повышения пробивного напряжения по краям пластины необходимо получать уменьша-. ющееся распределение прнмесн.

Цель изобретения - получение по.краю стер ня заданной в радиальном направления концентрации примеси.

Достигается это тем, что после облучения стержень подвергают зонной плавке в вакууме с использованием одновитковой катушки, диаметр которой больще диаметра стержня максимально иа 10 мм, и при глубине зоны расплава по краям стержня, равной 1/10-1УЗ диаметра стержня.

На фиг, 1 - схематическое изображение процесса зонной плавки; на фиг. 2 - характеристика удельного сопротивления исходного материала, полученного путем облучения тепловыми нейтронами; на фиг. 3 - характеристика удельного сопротивления после зонной плавки.

Устройство из исходного стержня 1 кремния, одновитковой катушки 2, соединенной с источником мощности 3. Зонную плавку ведут на глубину от 1/10 до 1/3 диаметра стержня, область Т. Зона расплава 4 с глубиной Т, меньшей чем радиус кремниевого стержня 1, перемешается, как минимум, один раз вдоль слитка с помощью иш кциоиной нагревательной катушки 2. Необходимое количество атомов фосфора, соответствующее степени и глубние гранич1юго обеднения примеси, испаряется с поверхности зоны расплава 4 при регулировании следумяцих параметров: мощности В.Ч. энергии нидукционной нагревательной катушки, формы нагревательной катушки и величины зазора между слитком и внутренней .поверх- ностью катушки, скорости перемещения зоны расплава, числа проходов зоны расплава.

Для получения характеристики с(Н1ротпвления, соответствующей фиг. 3, устаиавливают следующие параметры: диаметр слитка S3 мм;, внутреннш диаметр катущки 60 мм; высота зоны расплава 7 мм; глубина зоны расплава S мм; скорость перемешення 2 мм/мни; число зон 1.

Остаточное давление 10 тор.

Вращение стержня 2-10 об/мин.

Возможно одновременное перемещение нескольких катуишк вдоль слитка, гфичем на

них могут подаваться различные мощности. Способ применим для слитков любой кристаллографической ориентации.

На фиг. 2 и 3 в качестве оси ординат величина удельного сопротивления f , а по оси абсцисс отложено расстояние от одного края пластины до другого. Пунктнрная лнння проходит посередине пластины. Для получения кремния с характеристико соответствующей фиг. 3, кремниевый стержень подвергают зонной плавке в вакууме (10 тор).

Полученный кремний используют для создания мощных тиристоров.

Формулаизобретення

Способ получения монокристаллов кремния, легированных примесью фосфора, путем облучения тепловыми нейтронами, отличающийся тем, что, с целью получения по краю стержня заданной в радиальном направлении концентрации примеси, после облучения стержень подвергают зонной плавке в вакууме с использованием одновитковой катушки, диаметр которой больше диаметра стержня максимально на 10 мм, и при глубине зоны расплава по краям стержня, равной 1/10-1/3 диаметра стержия.

/z4