Способ легирования монокристаллов кремния

717999 Союз Советсииа Социалистичфсиик Республик) М. Кл. В 013 17/ 7/2 3-2 б Государственйый кокит СССР ио ведам изооретеиий53) УйК публиковано 2502.80. БюлДата опубликования описа 21. 315.2 (088. 8)) Авторы иэобрет Иностранцыим Мартин и Конрад Ройше(54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ИОНОЖРИСТМКРЕМНИЯ носвиях грессивпечи вделение ный метод леаюший более равпримеси, ходного мате- нами 1.Однаьзовали для ированного галНа гиро в номер состои риала ко это получе лием. иболее пр ания, обе ое расцр,т воблу тепловы т методния кре чений ими нейтр не испомния, ле Изобретение относится к способамлегирования монокристаллов кремниягаллием путем нейтронного облучения,Легирование кристаллических стержней кремния обычно производят приосаждении его из газовой Фазы путемтермического и/или пиролитическогоразложения газообразного соединениякремния на нагретом стержнеобразномносителе,При этом легирующие вещества примешивают к газообразным соединениямкремния и разлагают на носителе.Полученные таким образом кремниевыестержни являются поликристаллическими и их необходимо переводить в мэнокристаллическое состояние путемпоследующей зонной плавки. При этомконцентрация добавленного вешествачасто изменяется неконтролируемымобразом и необходимо вводить значительно более высокие концентрациилегирующих веществ с тем, чтобы вконечном продукте (даже после нескольких зонных плавок) содержалосьнеобходимое количество легирующихвеществ. Эти способы отнимают многОвремени и не являются точными.Для изготовления р-легированногокремния часто используют галлий. сРаспределение этого легирующего вещества в кристаллической решетке кремния также не является достаточнооднородным. В особенности это отно- ,5 сится к высокоомному кремнию. Вследствие относительно малых коэФФициентов распределения желаемого однородного распределения галлия в решетке кремния очень трудно достичь. По)О лученные иэ этого материала полупроводниковые элементы не могут достичьсвоих оптимальных характеристик, таккак колебания концентрациЯ легирующего вещества образующегося при росте 1 монокристалла в процессе зояной плавки вследствие образования граней инеравномерного распределения темпе.ратур в расплаве весьма значительны,.что приводит кзаметной неоднород 20 ти в распределении сопротивлениярадиальном и аксиалъном направлен717999 где Я означает поглощение электрона 1 ч. Количество пол к-оболочки с испусканием характери- галлия 1 31044 атомостического рентгеновского излученияная концентрация акц и - облучающие нейтроны20 обраэоеания фОсфора Я- квант энергии, 7, 710 "акцепторов/"в кристалле образуется галлий. В предлагаемом с для получения однородного кристал" ривается также посл ла для облучения нейтронами моно- кристаллов при темп кристалл кремния с добавкой герма 2 1000 С в кремниевой ния подвергают дополнительной зонной по меньшей мере 1 ч плавке, при которой для достижения , однако нет необходи бднородности материала применяют из- если кристалл в дал вестные способы с ориентацией затра- тывается в конструк вочных кристаллов (111)(100)или 1.15) . с проведением высок Предусматривается также вращение 40 процессов, например кристалла кремния, содержащего гер- В данном способе маний, в процессе облучения нейтро- регулируемое введен нами. В качестве источника излуче- с хорошей точностью ния применяют известные ядерные параметров: изменен реакторы типа реактора с легкой или З 5 мания в сплаве и иэ тяжелой водой или реактор с графито- ности или времени о вым замедлителем. Применяя предлаг П р и м е р 1. Исходным матери- лось впервые получи алом является поли кристаллический ческие кремниевые ст кремниевый стержень длиной 900 мм 40 тельно больших диаме и диаметром 35 мм, который имеет распределением доба удельное сопротивление, измеренное неравномерностей. Э при высокой частоте, 900 ом см нокристаллы особенн и"проводимость р-типа, Это соответ-изготовления счетчи ствует 1,5 10 акцепторов/см . К 45 как детекторы излуч 1 Ъ 9 этому стержню добавляют 1,2 об,% гер- Формула и мания и посредством зонной плавкиСпособ легирован изготавливают сплав, содержащий гер- кремния путем облуч маний. Затем при следующей зонной кристалла тепловыми плавке в атмосФере аргона путем при- о т л и ч а ю щ и й" плавления затравочного кристалла с целью легирования ориентацией (111) изготавливают одно- и получения более о родный монокристаллический стержень, таллов с проводимо Для получения стержня с сопротив- честве исходного бе лением 500 ом см, что соответствует кремния, содержащий 2,:78 10 " акцепторов/см, его облучают 55 честве от 10 Вдо. 10 в реакторе потоком нейтронов интен- ведут с интенсивно сивностью = 2, 5 10 "т нейтронов/см. тронов/см. 2 Я. в течение 1 ч. Это приводит к изме- Источни ки нению добавки в кремнии вслед- принятые во внимани ствие образования фосфора до о 1. Акцейтованная 4,010"Здоноров/см и превращению Р 2431163, кл. В 0Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,4 Целью изобретения является легирование кремния галлием и получение более однородных кристаллов с проводимостью р-типа.Для достижения этой цели предлагает ся в каче ст ве и сходно го мат ери ала брать монокристалл кремния, содерж ащий германий в количе ст ве от 10 до 10 об.%, и вести облучение тепловыми нейтронами с интенсивностью 1-510 7 нейтронов/см.4 2Если подвергать кремний, содержащий германий, облучению тепловыми нейтронами, то согласно известной ядерной реакции:1 ое Ьу - ф Чапае - ъбо,соответствует 5, 3 104 акцепторов/см,Отсюда концентрация акцепторов (добавочное количество галлия) составляет 2, 810 акцепторов/см , чтосоответствует 500 ом см,П р и м е р 2. Исходным матери 5 Ри ,м является поликриста лическийкремниевый стержень с удельным сопротивлением 400 ом см и проводи,мостьюи-типа. Это соответствует1, 3 10"доноров/см 3.Содержание германия 3 об. , Ориентация затравки(111) . Цель - получение кристаллас проводимостью р-типа с сопротивлением 180 ом см, что соответствует7, 710 акцепторов/см.Облучение15 ведут потоком нейтронов интенсивностью 2, 510 нейтронов/см в течениеученньх атомовв/см. Полученепторов с учетомсоставляетпо со бепредусматедующий отжигературе вышетрубке в течение,Этот процессмости проводить,ьнейшем перерабативные элементыотемпературныхдиффузии.возможно такжеие примеси р-типапо изменению двухию содержания герменению интенсивблучения,авгий способ,удать монокристаллиержни относитров с однороднымвок галлия и безтн кремниевые моо необходим дляков частиц, такихения,зобретенияия монокристалловения исходногонейтрон ами,с я тем, что, скремния галлиемднородных крисстыб р-типа, в карут монокристаллгерманий в колиоб, В, и олучениестью 1-510 ней 7ин формации,е при экспертизезаявка ФР 11 д 17/40, опублик,