CS200385B1

CS200385B1 - Method of producing crystalline semiconducting materials,especially silicon single-crystal with defined content of doping additive

Info

Publication number: CS200385B1
Application number: CS332178A
Authority: CS
Inventors: Dusan Mrazek; Ales Zborilek; Zdenek Danicek
Original assignee: Dusan Mrazek; Ales Zborilek; Zdenek Danicek
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1980-09-15

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. 'For the preparation of semiconductor crystalline materials, for example silicon, by the method of suspended band melting, the input material is in the form of approximately cylindrical ingot, which has an admixture concentration defined by either upper permissible concentration limit or allowed deviation from nominal or allowed deviation from nominal the disproportion between the actual dopant content and the actual need for a precisely defined concentration required for the semiconductor component to be manufactured, and the dopant content must be adjusted by some of the known methods of enriching semiconductor materials with the desired dopant, commonly known as doping. '

200 385200 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.A number of methods for doping semiconductor crystalline materials applied in suspended band melting are known, wherein the fused semiconductor casing is divided by a molten band into two independently fixed and movable components, utilizing to dope various chemical compounds containing atoms of the desired impurity. liquid or solids are fed near the molten zone, where at high temperatures they react with the doped semiconductor material and free admixture atoms diffuse into the molten zone. The doping stage is controlled by controlling the amount of feed, diluting with protective unreactive medium, .

Po provedené pásmové tavbě, sloužící k homogenizování a dotování polovodičového materiálu, následuje další tavba potřebné pro převedení dotovaného materiálu na monokrystal.The band-melting process used to homogenize and dope the semiconductor material is followed by the next melting required to convert the doped material to a single crystal.

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.Said known doping methods have the following disadvantages related to the temperature conditions of the suspended band melting, where the real feed rates of the molten zone depending on the melting conditions, the diameter of the fused ingot and the like are usually in the range of 2 to 6 mm / min. This slow process often results in fluctuations in bandwidth temperature conditions, thermal decomposition and reduced dopant efficiency and deposition of dopant and decomposition products on the walls of the apparatus and on the molten billet itself, all of which reduce the accuracy and reproducibility of the doping process. A further disadvantage of the known doping methods is the significant distribution of the active ingredients along the fused ingot due to the partition effect at said low molten zone feed rates.

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.The disadvantages of the above-mentioned suspended band melting methods are eliminated by the method according to the invention, which is based on the known doping methods, where the dopants are in various forms brought in a controlled amount near the molten zone and the task is solved by melting the semiconductor ingot. passing a surface-melted zone of not more than 10 mm in height in the shape of a ring around the perimeter of the ingot at a feed rate of at least 10 mm / min.for a cold controlled supply of dopant to the melt; single crystal, whereby the semiconductor ingot is rotated about an axis.

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.By means of a heating source, only a low surface molten zone of not more than 10 mm is formed so that the molten ingot is movably mounted in its upper part and is capable of axial displacement and rotation about an axis. its low heights are very stable, which allows the molten zone to increase to at least 10 mm / min, while a top-down direction is often more advantageous from bottom to top in terms of stability and achievable maximum molten zone. axes often have a favorable effect on the stability of the molten zone.

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.As described above, the surface portion of the semiconductor ingot by passing the molten zone is enriched with the desired additive, followed by homogenizing the dopant content and converting it to a single crystal by one or more molten zone passages throughout the ingot cross-section.

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.This acceleration of the doping process is at the heart of the invention and eliminates the prior art subsurface band melting methods such as thermal decomposition and reducing the effectiveness of the dopant and deposition of dopant and thermal decomposition products on the walls of the apparatus and fused ingot. The bands suppress the transfer of impurities from the beginning to the end of the fused ingot due to the partition effect.

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.A considerable advantage of the method of the invention, which is further enhanced by the above-mentioned beneficial effect, is the reduction of the required power of the heating source to 5 to 25% compared to the prior art doping processes due to small volume of molten zone formed. semiconductor ingot.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the accompanying drawing, two examples of the suspended band melting doping method of the present invention are shown, wherein FIG. FIG. 2 shows another example of a doping process with forming a molten zone at a point portion of the periphery of a fused semiconductor ingot where the dopant supply is realized by gradually melting the surface of the semiconductor ingot with a uniform amount of dopant applied in solid form.

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.According to the first example of the doping method of Fig. 1, a surface melted surface is formed on a semiconductor ingot 1, e.g. a silicon ingot, fixed in its upper part in the holder 2 in an arrangement allowing axial displacement and rotation about the ingot axis. a ring-shaped zone 4 having a height of, for example, 5 mm. Thereafter, the drive of the axial rotation and the axial displacement of the semiconductor material ingot 1 at a set speed, e.g.

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.mm / min. in the downward direction, thereby moving the molten zone 4 downwardly along the semiconductor ingot and while supplying a controlled amount of dopant in gaseous form through the tube 6 ^{, the} recrystallized surface portion 6 of the semiconductor ingot is enriched with an amount corresponding to the ingot cross-section.

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.According to the second example of the doping method of FIG. 2, a spot-melted surface zone 10 is formed on the part of the semiconductor ingot 1, for example a silicon ingot fixed at its upper part in the holder 8 in an axially displaceable arrangement by means of a heating source. 10 mm / min., without using rotation around the ingot axis, the molten zone 10 is displaced along the ingot section of the ingot. the semiconductor ingot from top to bottom while dissolving the dopant uniformly applied in solid form to the line 11 ground along the semiconductor ingot and the recrystallized portion 12 of the ingot surface is enriched with the desired impurity.

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.Each of the two examples of the doping process of the present invention is followed by remelting the ingot of semiconductor material through at least one pass of the molten zone through the entire ingot cross-section that is necessary to homogenize the dopant distribution and convert it to a single crystal of desired parameters.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Process for the production of crystalline semiconductor materials, in particular monocrystals of silicon having a defined dopant content, for example phosphorus, by the method of suspended band melting, characterized in that the semiconductor ingot is remelted by one pass of a 10 at least 10 mm / min. with the controlled feeding of the dopant to the vicinity of the melt, after which it is remelted by at least one pass of the molten zone throughout the ingot cross-section while the single crystal is growing, rotating the semiconductor ingot about an axis.