DE2327085A1 - Vorrichtumg zum dotieren von halbleitermaterial beim tiegelfreien zonenschmelzen - Google Patents
Vorrichtumg zum dotieren von halbleitermaterial beim tiegelfreien zonenschmelzenInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 2 8. MA! 1973
Berlin und München . Wittelsbacherplatz 2
VPA
Vorrichtung zum Dotieren von Halbleitermaterial /beim tiegelfreien
Zonenschmelzen.
Die vorliegende Patentenmeldung "bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Dotieren von. Halbleitermaterial, insbesondere von Silizium, beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines senkrecht an seinen Enden gehalterten Halbleiterstabes mit
einer Induktionsheizspule, die den Halbleiterstab ringförmig umgibt, und einer im Bereich der Induktionsheizspule
angeordneten Dotierdüse, durch die der Dotierstoff der
Schmelzzone zugeführt wird. ·
Die Dotierung von Halbleiterstäben erfolgt im allgemeinen
beim Abscheiden des Halbleitermaterials aus der Gasphase mittels thermischer und/oder Byrolytischer Zersetzung einer
gasförmigen Verbindung des Helbleitermaterials am erhitzten
stabförmigen Tränrerkörper des gleichen Materials. Dabei
werden die Dotierstoffe den gasförmigen Verbindungen des
Hälbleiter'naterials beigemischt und am Trägerköroer mit-zersetzt»
Die so hergestellten Kriställstäbe sind polykristallin und müssen in einem anschließenden ZonenschmelzprozeS in den
einkristallinen Zustand übergeführt werden. Dabei ändert
sich die Dotierstoffkonzentration oft in unkontrollierbarer Weise und es müssen sehr viel höhere Dotierstoffkonzen- .
trationen eingestellt werden, damit die gewünschte Dotier-
VPA 9/110/3025 Edt/Hoh " - 2 ~
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stoffkonzentration im Endprodukt, evtl. nach mehreren Zonendurchgängen,
noch enthalten ist. Diese Verfahren sind zeitraubend und ungenau; die dazu verwendeten Vorrichtungen
arbeiten bei nur einigermaßen befriedigenden Ergebnissen mit großem Aufwand.
Aus den DT-OS 2 016 574 und 2 020 182 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dotieren von Halbleitermaterial
beim tiegelfreien Zonenschmelzen bekannt, wobei die Dotierst
off verbindung, z.B. in Form von Phosphornitrilochlorid,
mittels eines Trägergasstroras direkt auf die Schmelzzone
geblasen wird. Dabei ist die Induktionsheizspule mit einer Dotierdüse kombiniert.
Bei wechselndem Durchmesser der zum Zonenschmelzen vorgesehenen Halbleiterkristallstäbe und der verwendeten
Induktionsheizspulen ändert sich auch in ungünstiger Weise der Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Dotierdüse
und der Oberfläche des zu dotierenden Halbleiterkristallstabes. Damit ist es nicht mehr möglich, die Konzentration
des Dotierstoffes im Halbleiterkristallstab noch einstellbar zu steuern.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zu schaffen, durch
die es möglich ist, auf einfache und rationelle V/eise auch bei wechselndem Durchmesser des zonenzuschmelzenden Halbleiterkristallstabes
- wie es sich beispielsweise bei Streck-Stauch-Prozessen ergibt - noch eine einstellbare Dotierst
off konzentrat! on längs des Stabes zu erzielen.
VPA 9/1-^0/3025 - 3 -
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Zur lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
welche dadurch .gekennzeichnet ist, daß die Dotierdüse
bezüglich des Abstandes ihrer Austrittsöffnung zum Halbleiterstab verstellbar ausgebildet ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß zur Einstellung des
Abstandes auf der Dotierdüse ein Nonius angebracht ist, welcher zweckmäßigerweise in Stabdurchmesserangaben geeicht
ist..
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß entweder die Dotierdüse in der Dotiergaszuführung
verschiebbar angeordnet oder mit der Dotiergaszuführung
verschraubbar ausgebildet ist.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der lehre der Erfindung ist die Dotiergaszuführung im Bereich
der Dotierdüse mit der .Induktionsheizspule fest verbunden, beispielsweise verschweißt ader verlötet. Dadurch
liegt der Ort dieser Düse relativ zur Heizspule fest. Außerdem kommt man durch diese Anordnung näher an die
Schmelzzone heran. Bei dieser .Anordnung läßt sich die Dotiergas
zuführung, d.h. der Kanal, durch welchen das mit dem Trägergas beladene Dotiergas über die Düse der Schmelze
zugeführt wird, mit den Kühlwasser- und Stromanschlüssen der Spule kombinieren. Durch diese konstruktiv besonders günstige
Anordnung wird erreicht, daß dss Dotiergas bis zur Schmelze gekühlt wird und sich nicht vorzeitig zersetzen
kann.
VPA 9/110/3025 . - 4 -
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Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung ist die Dotie.rdüse während
des Zonenschmelzens durch Antriebsmittel von außen verstellbar,
so daß auf einfache Weise eine stufenlose oder auch eine Stufendotierung über die Stablänge erreicht
werden kann. Dies kann sowohl mittels eines Antriebsmotors als auch von Hand erfolgen. Auf diese Weise ist
es möglich, automatisch ein vorgegebenes Dotierprogramm ablaufen zu lassen.
Die Dotierdüse wird zweckmäßigerweise aus Quarz, Keramik
oder einem hochschmelzenden Metall wie beispielsweise
Stahl gefertigt.
Mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung gelingt es in einfacher und reproduzierbarer Weise, bei einem einmaligen
Zonendurchgang Halbleiterkristallstäbe mit unterschiedlichen Stabdurchmessern mit einer konstanten und genau einstellbaren
Dotierstoffkonzentration herzustellen. Die Vorrichtung ist sowohl für das Zonenschmelzen in Schutzgasatmosphäre, als
auch im Vakuum für eine beliebige Auswahl von Dotierungsstoffen geeignet«
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen und der in der Zeichnung
befindlichen Figuren 1 und 2 noch näher erläutert. In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung die Anordnung
einer Dotierdüse zu einem zonenzuschmelzenden Halbleiterkristallstab gezeichnet. Bei der Darstellung dieser Figur
wurde auf die Abbildung aller für die Erfindung nicht wesentlichen
Teile , wie Trägergas- und Dotierstoffquelle,
VPA 9/110/3025 - 5 -
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Stab- und Spulenhalterungen sowie, die Zönenschmelzkammer:
selbst, verzichtet. Fig. 2 zeigt im Schnitt den mechanischen Antrieb an der Dotierdüse.
In Fig. 1 wird ein.aus dem Vorratsstabteil 2 und dem rekristallisierten
Stabteil 3 bestehender Siliziumkristallstab 1 einem Zonenschmelzprozeß unterworfen, indem mittels
einer mehrwindige Induktionsheizspule 4 (welche auch eine einwindige Flachspule sein kann) eine Schmelzzone 5 durch
den Stab 1 geführt wird. Dabei wird von einem undotierten · Siliziumstab ausgegangen. Im Bereich der Induktionsheizspule 4 wird über eine mit einer Düse 6 versehene Dotiergaszuführung 7, welche aus einem Quarzrohr besteht, ein
mit einer Dotierstoffverbindung, beispielsweise Phosphornitrilochlorid,
beladener Trägergasstrom-aus Argon mit einer
bestimmten Strömungsgeschwindigkeit auf die Schmelzzone 5
geblasen (s. Pfeil 8). Die Dotierdüse 6 ist mit der aus
dem Quarzrohr bestehenden Dotiergaszuführung 7 mittels eines Gewindes 9 verschraubt und weist zur genauen Einstellung des Abstandes ihrer Austrittsöffnung 10 zur Oberfläche
des geschmolzenen Stabes (5) einen Nonius 11 auf,
der in Stabdurchmesserangaben geeicht ist. Mittels eines an die Dotiergaszuführung 7 angebrachten Zeigers 1.7 wird
die Justierung vorgenommen. Dadurch kann für den jeweiligen Stabdurchraesser der jeweils richtige Abstand der Austrittsöffnung zur Oberfläche des Stabes eingestellt werden.
Damit wird erreicht, daß die Dotierstoffkonzentration
längs des Stabes genau eingehalten werden kann und damit der spezifische Widerstand des hergestellten Siliziumelnkristalletabes
den gewünschten Anforderungen weitgehend entspricht.. ,
VPA 9/110/3025 - 6 -
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Der mechanische,Antrieb wird, wie in Pig. 2 dargestellt,
ist, dadurch bewerkstelligt, daß die gewünschte Bewegung
von außen (siehe Pfeil 12) über ein in die Zonenschmelzkamraerwand 13 beweglich eingeführtes Gestänge 14 mittels
eines auf das Gestänge aufgesetztem Zahnrad 15 auf ein,
auf die Dotierdüse 6 aufgesetztes Zahnrad 16 übertragen wird. Diese Bewegung kann von Hand,aber auch über einen
Motor erfolgen (nicht dargestellt). Mit dem Bezugszeichen ist der Nonius, der in Stabdurchmesserang'aben geeicht ist,
bezeichnet, mit 7 die Dotiergaszuführung und mit 17 der für
die Justierung notwendige Zeiger.
9 Patentansprüche
2 Figuren
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VP6 Q/11 oAnPR . - 7 -
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Dotieren von Halbleitermaterial, insbesondere von Silizium, beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines senkrecht an seinen Enden gehalterten Halbleiterstabes
mit einer Induktionsheizspule, die den Halbleiterstab ringförmig umgibt, und einer im Bereich
- der Induktionsheizspule angeordneten Dotierdüse, durch
die der Dotierstoff der Schmelzzoiie zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß -die Dotierdüse bezüglich
des Abstandes ihrer Austrittsöffnung zum Halbleiterstab verstellbar ausgebildet ist. .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Abstandes auf der Dotierdüse
ein. Nonius angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ·
der Nonius in Stabdurchmesserangaben, geeicht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierdüse in der Dotiergaszuführung verschiebbar
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierdüse mit der Dotiergaszuführung versehraubbar
ist.
VPA 9/1ΐ0/3025 · - 8 -
k 0 9 8 5 1 / 0 9 3 8
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotiergaszuführung im Bereich der Dotierdüse mit der Induktionsheizspule fest verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch -1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierdüse während des Zonenschraelzens durch Antriebsmittel von außen verstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - daß ein auf der Dotierdüse aufgesetztes Zahnrad,
Schneckenrad oder Kegelrad verwendet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierdüse aus Quarz, Keramik oder einem hochschmelzenden Metall gefertigt ist.
VPA 9/1*0/7025
409851 /0938
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| Date | Code | Title | Description |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |