DE10007179B4

DE10007179B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff

Info

Publication number: DE10007179B4
Application number: DE10007179A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Weber; Erich Ing. Gmeilbauer; Robert Vorbuchner; Walter Neumeier; Peter Vilzmann
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: US20010015167A1; DE10007179A1; JP2001253791A; US6660082B2; JP3665577B2

Abstract

Verfahren zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, wobei die Schmelze in einem Tiegel vorgelegt wird und der Dotierstoff in einen Behälter aus SiO₂ eingebracht wird und der Behälter in die Schmelze getaucht wird, wobei der Dotierstoff nach dem Eintauchen des Behälters in die Schmelze durch eine entstehende Öffnung im Behälter in die Schmelze übertritt und der Behälter aus der Schmelze gehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zur Schmelze gerichtet ist und mit einer Halbleiterscheibe verschlossen ist, die stoffgleich mit der Schmelze ist und beim Eintauchen des Behälters in die Schmelze schmilzt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, wobei die Schmelze in einem Tiegel vorgelegt wird und der Dotierstoff in einen Behälter aus SiO₂ eingebracht wird und der Behälter in die Schmelze getaucht wird, wobei der Dotierstoff nach dem Eintauchen des Behälters in die Schmelze durch eine entstehende Öffnung im Behälter in die Schmelze übertritt und aus der Schmelze gehoben wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Die Erfindung ist bei der Herstellung von Einkristallen aus Halbleitermaterial von Vorteil, die nach der Czochralski-Methode aus einer Schmelze gezogen werden und als Grundmaterial zur Produktion von elektronischen Bauelementen dienen. Die Schmelze besteht in der Regel aus geschmolzenem Silicium, das mit einem Dotierstoff versetzt ist. Beim Einbringen des Dotierstoffs in die Schmelze kann es zu Problemen kommen, die darin bestehen, daß schmelzflüssiges Material verspritzt wird, oder der Dotierstoff aufgrund seiner Flüchtigkeit nur schwer zu kontrollieren ist. Leichtflüchtige Dotierstoffe wie Antimon oder Arsen können nicht wie beispielsweise Bor oder Phosphor zusammen mit polykristallinem Halbleitermaterial im Tiegel geschmolzen werden, da sie beim Aufschmelzvorgang ausdampfen würden. Die Zugabe dieser Dotierstoffe erfolgt daher üblicherweise erst kurz vor dem Ziehen des Einkristalls aus der Schmelze.
Die Flüchtigkeit mancher Dotierstoffe führt darüber hinaus zu einer Reihe von Problemen beim Ziehen. Unkontrollierbares Ausdampfen des Dotierstoffes führt zu Widerstandsabweichungen und damit zu unbrauchbaren Einkristallen. In der Ziehanlage und im Filtersystem scheiden sich leichtentzündliche und meist toxischen Beläge und Partikel ab, die einen erheblichen Reinigungsaufwand erfordern. Fallen während des Ziehvorganges Partikel in die Schmelze, können im Kristall Defekte entstehen, die den hergestellten Einkristall unbrauchbar machen. Es ist daher notwendig ein Dotierverfahren zu verwenden, das mit minimalen Ausdampfverlusten arbeitet.
Es gibt bereits verschiedene Veröffentlichungen, wie die WO-97/36024, die JP-62-153188 , die JP-60-171291 und die US-5,406,905 , die sich mit dem Dotieren einer Schmelze beschäftigen. In der US-5,976,245 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein den Dotierstoff enthaltender Behälter teilweise oder vollständig geschmolzen wird.
Die Erfindung stellt eine Lösung bereit, die eine Wiederverwendbarkeit des Dotierstoff-Behälters zulässt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, wobei die Schmelze in einem Tiegel vorgelegt wird und der Dotierstoff in einen Behälter aus SiO₂ eingebracht wird und der Behälter in die Schmelze getaucht wird, wobei der Dotierstoff nach dem Eintauchen des Behälters in die Schmelze durch eine entstehende Öffnung im Behälter in die Schmelze übertritt und der Behälter aus der Schmelze gehoben wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Öffnung zur Schmelze gerichtet ist und mit einer Halbleiterscheibe verschlossen ist, die stoffgleich mit der Schmelze ist und beim Eintauchen des Behälters in die Schmelze schmilzt.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, umfassend einen den Dotierstoff enthaltenden Behälter aus SiO₂ und eine mit dem Behälter verbundene Einrichtung zum Absenken des Behälters in eine Schmelze und zum Heben des Behälters aus der Schmelze, wobei der Behälter mit einer Öffnung versehen ist, die durch ein Verschlußstück versperrt ist, das stoffgleich mit der Schmelze ist und schmilzt, wenn es mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verschlußstück eine Halbleiterscheibe ist und die Öffnung zur Schmelze gerichtet ist.
Das Verfahren kann mit allen gängigen Dotierstoffen ausgeführt werden. Es eignet sich jedoch besonders zum Dotieren einer Schmelze aus Halbleitermaterial wie Silicium mit leichtflüchtigen Dotierstoffen wie Arsen oder Antimon. Das, Verfahren und drei bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung werden nachfolgend an Hand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt in drei Teilabbildungen a/b/c die zeitliche Abfolge des efindungsgemäßen Dotierens einer Schmelze mit einer Vorrichtung gemäß 3.
In 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.
3 zeigt die Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Gleichwirkende Vorrichtungsmerkmale sind mit denselben Bezugszahlen versehen.
Gemäß der ersten Teilabbildung a der 1 wird ein Behälter 1 mit Hilfe einer Einrichtung 2 in eine Schmelze 3 getaucht, die sich in einem Tiegel 4 befindet. Der Behälter und vorzugsweise die Einrichtung zum Absenken und Heben des Behälters bestehen aus SiO₂. Der Behälter verfügt über eine zunächst verschlossene Öffnung 5, die zur Schmelze gerichtet ist, vorzugsweise im Boden des Behälters, jedenfalls in einem Teil des Behälters, der in die Schmelze eintaucht. Der Behälter enthält Dotierstoff 8 und gegebenenfalls festes Material, das stoffgleich zum Schmelzenmaterial ist. Die Öffnung ist durch ein Verschlußstück 6 geschlossen, das eine Halbleiterscheibe und ebenfalls stoffgleich mit dem Schmelzenmaterial ist. Nach dem Eintauchen des Behälters in die Schmelze löst sich das Verschlußstück auf und ermöglicht dem Dotierstoff den Übertritt durch die Öffnung 5 in die Schmelze 3. Diese Situation ist in der zweiten Teilabbildung b der 1 dargestellt. In der dritten Teilabbildung c ist gezeigt, wie der Behälter anschließend aus der Schmelze gehoben wird und in den Behälter eingedrungene Anteile der Schmelze in den Tiegel zurückfließen.
Bei der Vorrichtung, die in 3 gezeigt ist, ist der Behälter 1 als geschlossene Quarzglocke ausgebildet, die nur über eine verschlossene Öffnung 5 verfügt. Überraschenderweise widersteht der Behälter trotz der geschlossenen Bauform einen mit dem Eintauchen in die Schmelze verbundenen Druckaufbau. An dem Behälter ist eine Quarzstange 2 befestigt, mit der der Behälter gehalten und bewegt werden kann. Der Behälter weist eine vergleichsweise weite, zur Schmelze gerichtete Öffnung 5 auf, durch die eingedrungene Schmelzenanteile beim Anheben des Behälters wieder ablaufen können. Die Öffnung 5 wird mit einer Halbleiterscheibe als Verschlußstück 6 verschlossen. Es ist bevorzugt, daß der Dotierstoff nicht mit festem Halbleitermaterial überschichtet wird, weil so bei vorgegebener Glockengröße mit höheren Mengen Dotierstoff dotiert werden kann. Die Vorrichtung hat schließlich noch den Vorteil, daß der Dotierstoff nur in Richtung der reaktiven Schmelze entweichen kann und die Verluste durch Ausdampfen besonders gering sind.

Claims

Verfahren zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, wobei die Schmelze in einem Tiegel vorgelegt wird und der Dotierstoff in einen Behälter aus SiO₂ eingebracht wird und der Behälter in die Schmelze getaucht wird, wobei der Dotierstoff nach dem Eintauchen des Behälters in die Schmelze durch eine entstehende Öffnung im Behälter in die Schmelze übertritt und der Behälter aus der Schmelze gehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zur Schmelze gerichtet ist und mit einer Halbleiterscheibe verschlossen ist, die stoffgleich mit der Schmelze ist und beim Eintauchen des Behälters in die Schmelze schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff mit einer Schicht aus festem Material bedeckt wird, das mit der Schmelze stoffgleich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter Arsen oder Antimon als Dotierstoff eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze durch Schmelzen von Silicium erhalten wird.
Vorrichtung zum Dotieren einer Schmelze mit einem Dotierstoff, umfassend einen den Dotierstoff enthaltenden Behälter aus SiO₂ und eine mit dem Behälter verbundene Einrichtung zum Absenken des Behälters in eine Schmelze und zum Heben des Behälters aus der Schmelze, wobei der Behälter mit einer Öffnung versehen ist, die durch ein Verschlußstück versperrt ist, das stoffgleich mit der Schmelze ist und schmilzt, wenn es mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück eine Halbleiterscheibe ist und die Öffnung zur Schmelze gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter als geschlossener Körper ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Entlüftungsöffnung besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Heben des Behälters aus der Schmelze aus SiO₂ besteht.