CS200385B1 - ) způsob výroby krystalických polovodičových materiálů, zejména monokrystalů křemíku s definovaným obsahem dotující příměsi - Google Patents

Description

Pro přípravu polovodičových krystalických materiálů, například křemíku, metodou visuté pásmové tavby se používá vstupního materiálu ve tvaru přibližně válóového ingotu, který má koncentraci příměsi definovánu bud horní přípustnou mezi koncentrace nebo povolenou odchylkou od koncentrace nebo povolenou odchylkeu od koncentrace nominální.V obou případech dochází k disproporcím mezi skutečným obsahem příměsi a aktuální potřebou přesně definované koncentrace, požadované pro vyráběnou polovodičovou součástku a je třeba obsah žádané příměsi upravovat některým ze známých způsobů obohacování polovodičových materiálů žácanou příměsí, obecně známých pod pojmem dotování. '

200 385

Je známa řada způsobů dotování polovodičových krystalických materiálů aplikovaných při visutá pásmové tavbě, kdy tavený polovodičový kryt je rozdělen roztaveným pásmem na dvě nezávisle upevněné a pohyblivé čésti, využívající k dotaci různých chemických sloučenin, které obsahují atomy žádané příměsi.Tyto látky jsou v různé formě, kapalné nebo pevné přiváděny do blízkosti roztaveného pásma, kde při vysokých teplotách reagují s dotovaným polovodičovým materiálem a volné atomy příměsi difundují do roztaveného pásma.Stupeň dotování je ovládán řízením množství přiváděné látky, ředěním ochranným nereagujícím mediem, změnou ten ze par v závislosti na teplotě apod.

Po provedené pásmové tavbě, sloužící k homogenizování a dotování polovodičového materiálu, následuje další tavba potřebné pro převedení dotovaného materiálu na monokrystal.

Uvedené znémé způsoby dotování mají následující nevýhody, které souvisejí s teplotními podmínkami při visuté pásmové tavbě, kde reálné rychlosti posuvu roztaveného pásma v závislosti na podmínkách tavby, průměru taveného ingotu apod., se pohybují obvykle v rozsahu 2 až 6 mm /min. Při takto pomalém procesu dochází často k fluktuacím teplotních podmínek pásmové tavby, k tepelnému rozkladu a snížení účinnosti dotující látky a'k ukládání dotující látky a zplodin rozkladu na stěny zařízení a na vlastní tavený ingot, což všechno vede k snížení přesnosti a reprodukovatelnosti procesu dotování.Další nevýhodou známých způsobů dotování je výrazná distribuce aktivních příměsí podél taveného ingotu vlivem rozdělovacího efektu při uvedených nízkých rychlostech posuvu roztaveného pásma.

Nevýhody uvedených způsobů dotování metodou visuté pásmové tavby odstraňuje způsob podle vynálezu, který vychází z dosud známých způsobů dotování, kde dotující látky jsou v růz\ né formě v řízeném množství přiváděny do blízkosti roztaveného pásma a úkol je řešen tak, že polovodičový ingot se přetaví jedním průchodem povrchově roztaveného pásma o výšce nejvíce 10 mm, vytvořeného ve tvaru prstence po obvodu ingotu rychlosti posuvu nejméně 10 mm/ min.za studeného řízeného přivádění dotující látky do blízkosti taveniny, načež se přetaví nejméně jedním průchodem pásma roztaveného v celém průřezu ingotu při současném růstu monokrystalu, přičemž se polovodičovým ingotem otáčí kolem osy.

Prostřednictvím zdroje ohřevu se vytvoří pouze nízké povrchové roztavené pásmo o výšce nejvíce 10 mm tak, že tavený ingot je ve své horní části pohyblivě upevněn a možností axiálního posuvu a rotace kolem osy.Po celém obvodu ingotu nebe na části obvodu bodově vytvořené roztavené pásmo je vlivem své malé výšky velmi stabilní, což umožňuje svýšiť rychlost posuvu roztaveného pásma na hodnotu nejméně 10 mm/min., při čemž směr shora dolů je často z hlediska stability a dosažitelné maximální rychlosti posuvu roztaveného pásma výhodnější směru zdola nahoru.Současná rotace taveným ingotem kolem avé osy mé často příznivý vliv na stabilitu roztaveného pásma.

Popsaným postupem se povrchová část polovodičového ingotu průchodem roztaveného pásma obohatí žádanou příraěsí a následujícím jedním nebo více průchody roztaveného pásma celým průřezem ingotu se provede homogenizace obsahu příměsi a převedení na monokrystal.

Uvedené zrychlení procesu dotování je podstatou vynálezu a eliminuje dosud známých způobů dotování metodou běžné visuté pásmové tavby, jako jsou tepelný rozklad a sníženi účin3 nosti dotující látky a ukládání dotující látky a zplodin tepelného rozkladu na stěny zařízení a tavený ingot.Současně se vysokou rychlostí posuvu roztaveného pásma potlačí přenos příměsí od začátku ke konci taveného ingotu vlivem rozdělovacího efektu.

Značnou předností způsobu podle vynálezu, kterou se výše uvedený příznivý efekt ještě umocňuje, je snížení potřebného výkonu zdroje ohřevu na 5 až 25 % vzhledem k dosud známým způsobům dotování vlivem malého objemu vytvořeného roztaveného pásma, zvláště při vytvoření roztaveného pásma pouze na bodové části povrchu taveného polovodičového ingotu.

Na připojeném výkresu jsou zobrazeny dva příklady způsobu dotování při visuté pásmové tavbě podle vynálezu, kde na obr,-l je zobrazeno uspořádání s vytvořením roztaveného pásma po obvodu polovodičového ingotu s přívodem dotující látky v plynné formě, nakreslené v řezu rovinou procházející osou rotace ingotu. Na obr.2 je zobrazen jiný příklad způsobu dotování s vytvořením roztaveného pásma na bodové části obvodu taveného polovodičového ingotu, kde přívod dotující látky je realizován, postupnýmtavením povrchu polovodičového ingotu s rovnoměrně podél ingotu naneseným množstvím dotující látky v pevné formě.

Podle prvního příkladu způsobu dotování na obr.l se na polovodičovém ingotu 1, např. ingotu křemíku, upevněném ve své horní části v držáku 2 při uspořádání umožňujícím axiální posuv a rotaci kolem osy ingotu, vytvoří v horní Části ingotu pomocí zdroje ohřevu J povrchové roztaveno pásmo 4 tvaru prstence o výšce například 5 mm. Poté se spustí pohon osové rotace a axiálního posuvu ingotu 1 polovodičového materiálu nastavenou rychlostí, např.

mm/min.ve směru zdola nahoru, čímž se roztavené pásmo 4 posouvá podél polovodičového ingotu směrem shora dolů a za současného přivádění řízeného množství dotující látky v plynné formě trubičkou £ ^se rekrystalovaná povrchová část 6 polovodičového ingotu obohatí příměsí v množství odpovídajícím průřezu ingotu.

Podle druhého příkladu způsobu dotování na obr.2 se na polovodičovém ingotu 1, například ingotu křemíku, upevněném ve své horní části v držáku 8 při uspořádání umožňujícím axiální posuv, vytvoří v horní části polovodičového ingotu pomocí zdroje ohřevu £ bodově roztavené povrchové pásmo 10 na části povrchu ingotu nejblíže ke zdroji ohřevu o výšce nejvíce 10 mm o tvaru daném zdrojem ohřevu.Po spuštění pohotové části axiálního posuvu ve směru zdola nahoru nastavenou rychlostí např.20 mm/min., bez použití rotace kolem osy ingotu, se roztavené pásmo 10 posouvá podél polovodičového ingotu směrem shora dolů za současného rozpouštění dotující látky rovnoměrně nanesené v pevné formě na rysku 11 vybroušenou podél polovodičového ingotu a rekrystalizovaná část 12 povrchu ingotu se obohatí žádanou příměsí.

Po provedení každého z obou příkladů způsobu dotování podle vynálezu následuje přetavení ingotu polovodičového materiálu nejméně jedním průchodem roztaveného pásma celým průřezem ingotu, které je nutné k homogenizaci rozložení příměsi a převádění na monokrystal požadovaných parametrů.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob výroby krystalických polovodičových materiálů, zejména monokrystalů křemíku s definovaným obsahem dotující příměsi, například fosforu, metodou visuté pásmové tavby, vyznačený tím, že polovodičový ingot se přetaví jedním průchodem povrchově roztaveného pásma o výěce nejvíce 10 mm vytvořeného ve tvaru prstence po obvodu ingotu rychlostí posuvu nejméně 10 mm/min. za současného řízeného přivádění dotující látky do blízkosti taveniny, načež se přetaví nejméně jedním průchodem pásma roztaveného v celém průřezu ingotu při současném růstu monokrystalu, přičemž se polovodičovým ingotem otáčí kolem osy.