DE112007000120T5

DE112007000120T5 - Verfahren zum Injizieren eines Dotierungsmittelgases

Info

Publication number: DE112007000120T5
Application number: DE112007000120T
Authority: DE
Inventors: Yasuhito Hiratsuka Narushima; Fukuo Hiratsuka Ogawa; Shinichi Hiratsuka Kawazoe; Toshimichi Hiratsuka Kubota
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-11-27
Also published as: JP2008087991A; US20090145350A1; WO2008038693A1

Abstract

Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Injizieren eines Gases eines verdampften Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel, umfassend:
abwechselndes Drehen des Tiegels im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse, welche in einer Strömungsrichtung des Dotierungsmittelgases verläuft; und
Blasen des Dotierungsmittelgases gegen die Halbleiterschmelze, während der Tiegel gedreht wird.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Injizieren eines Gases eines verdampften Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel.
Technischer Hintergrund
Um den Widerstandswert von Halbleiterwafern abzustimmen, wurde bislang herkömmlicherweise eine Dotierung mit einem Dotierungsmittel, wie etwa Phosphor oder Arsen, davon vorgenommen, bevor Rohblöcke während eines Zuchtvorgangs eines Silizium-Einkristalls gezüchtet wurden. Das Dotieren wird durch Injizieren eines Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel durchgeführt.
Als Dotierungsmittel sind flüchtige Dotierungsmittel und nichtflüchtige Dotierungsmittel bekannt. Wenn ein flüchtiges Dotierungsmittel, wie etwa Arsen oder roter Phosphor, verwendet wird, wird das flüchtige Dotierungsmittel in einer Dotierungsvorrichtung aufgenommen, welche einen Behälter umfaßt, dessen unteres Ende mit einer Rohrleitung zum Leiten von Gas versehen ist. Das flüchtige Dotierungsmittel darin wird durch Bewegen des unteren Endes des Behälters näher zu einer Oberfläche der Halbleiterschmelze vergast, so daß Dotierungsmittelgas durch die Rohrleitung in die Halbleiterschmelze injiziert wird. Ferner kann gemäß einer traditionellen Technik ein unteres Ende der Rohrleitung in die Halbleiterschmelze getaucht werden, wenn dies notwendig ist, wodurch weniger Dotie rungsmittelgas zum Entweichen nach außen gelassen wird (siehe Patentschriften 1 und 2).

[Patentschrift 1] JP-A-2001-253791
[Patentschrift 2] JP-A-2004-137140

Offenbarung der Erfindung
Probleme, welche durch die Erfindung gelöst werden sollen
Obgleich das Dotierungsmittelgas durch die Verfahren des Injizierens eines flüchtigen Dotierungsmittels gemäß den Patentschriften 1 und 2 in die Halbleiterschmelze injiziert werden kann, ist die Geschwindigkeit, mit welcher das Dotierungsmittel durch die gesamte Halbleiterschmelze diffundiert, jedoch so langsam, daß eine Dotierungsmittelgasschicht mit einer hohen Konzentration an der Oberfläche der Halbleiterschmelze gebildet wird, gegen welche das Dotierungsmittelgas aus der Rohrleitung geblasen wird.
Demgemäß erfolgte bislang zu dem Zeitpunkt des Beginnens des Züchtens von Rohblöcken, wobei eine Dotierungsvorrichtung abgenommen wird, eine Ausgasung des Dotierungsmittels in der Schicht mit einer hohen Konzentration aus angrenzenden Rohblockoberflächen, wodurch verhindert wird, daß das Dotierungsmittel ausreichend in der Halbleiterschmelze diffundiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Injizieren eines Dotierungsmittels zu schaffen, wodurch ein Dotierungsmittelgas ausreichend in einer Halbleiterschmelze diffundieren kann, wenn die Halbleiterschmelze mit einem flüchtigen Dotierungsmittel dotiert wird.
Hilfsmittel zum Lösen der Probleme
Ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Injizieren eines Gases eines verdampften Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel, wobei das Verfahren umfaßt:
abwechselndes Drehen des Tiegels im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse, welche in einer Strömungsrichtung des Dotierungsmittelgases verläuft; und
Blasen des Dotierungsmittelgases gegen die Halbleiterschmelze, während der Tiegel gedreht wird.
Gemäß diesem Aspekt wird ein in einer Dotierungsvorrichtung, welche einen Behälter umfaßt, dessen unteres Ende mit einer Rohrleitung zum Leiten eines Dotierungsmittelgases versehen ist, aufgenommenes flüchtiges Dotierungsmittel durch Wärme von einer Halbleiterschmelze vergast, wenn die Dotierungsvorrichtung näher zu einer Oberfläche der Halbleiterschmelze bewegt wird, so daß das Dotierungsmittelgas gegen die Oberfläche der Halbleiterschmelze geblasen wird.
Das flüchtige Dotierungsmittel kann Arsen, roter Phosphor und ähnliches sein.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden durch abwechselndes Drehen des Tiegels, welcher die Schmelze enthält, im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn geeignete Änderungen von Konvektionsströmungen in der Halbleiterschmelze in dem Tiegel erzeugt, wodurch die Diffusion des geblasenen Dotierungsmittelgases gefördert wird. Bei dieser Anordnung kann verhindert werden, daß eine Ausgasung des Dotierungsmittels, welches von der Oberseite der Schmelze her injiziert wurde, erfolgt, wodurch das Dotierungsmittel-Absorptionsvermögen verbessert wird.
Bei dem Verfahren gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Dotierungsmittelgas-Versorgung vorzugsweise durch ein flüchtiges Dotierungsmittel, welches in einer Dotierungsvorrichtung aufgenommen ist, welche einen Behälter umfaßt, dessen unteres Ende mit einer Rohrleitung zum Leiten des Dotierungsmittelgases zu der Halbleiterschmelze versehen ist, und das Dotierungsmittelgas wird aus einem distalen Ende der Rohrleitung gegen die Halbleiterschmelze geblasen.
Gemäß dem Aspekt kann die Rohrleitung der Dotierungsvorrichtung zum Blasen des Dotierungsmittelgases in die Halbleiterschmelze getaucht werden oder nicht.
Bei einer Anordnung, wobei die Rohrleitung in die Halbleiterschmelze getaucht wird, wird vorzugsweise die Rohrleitung der Dotierungsvorrichtung selbst darin eingetaucht, wenn eine einrohrige Rohrleitung verwendet wird, während vorzugsweise lediglich ein äußeres Rohr der Rohrleitung darin eingetaucht wird, wenn eine zweirohrige Rohrleitung verwendet wird.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Blasen des Dotierungsmittelgases aus einem distalen Ende der Rohrleitung gegen die Halbleiterschmelze aufgrund der Diffusion davon entlang der Oberfläche der Halbleiterschmelze verhindert werden, daß das Dotierungsmittelgas, welches gegen die Oberfläche der Halbleiterschmelze geblasen wird, aus dem Tiegel ausströmt, wodurch die Injektion des Dotierungsmittelgases in die Halbleiterschmelze gefördert wird.
Bei dem Verfahren gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich eine Änderungsgeschwindigkeit einer Rotati onsgeschwindigkeit (Drehzahl) des Tiegels pro Zeiteinheit in einem Bereich von 1 U/min bis 10 U/min.
Wenn sich die Änderungsgeschwindigkeit unterhalb von 1 U/min befindet, ist die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit derart langsam, daß die Konvektionsströmungen in der Halbleiterschmelze durch abwechselndes Drehen des Tiegels nicht ausreichend geändert werden können.
Demgegenüber ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit 10 U/min überschreitet, die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit derart groß, daß die Halbleiterschmelze der Änderung nicht folgen kann und die Konvektionsströmungen in der Schmelze nicht ausreichend erzeugt werden können.
Demgemäß können die Konvektionsströmungen durch Einstellen der Änderungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 1 U/min bis 10 U/min in der Halbleiterschmelze in dem Tiegel ausreichend erzeugt werden, wodurch zu einer ausreichenden Diffusion des injizierten Dotierungsmittelgases in der Halbleiterschmelze beigetragen wird.
Ein oberer Grenzwert der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von –20 U/min bis 20 U/min, wobei vorausgesetzt sei, daß eine Richtung im Uhrzeigersinn als positiv definiert ist, während eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn als negativ definiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht, welche eine Anordnung einer Zuchtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht, welche eine Anordnung einer Dotierungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt.
3 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht, welche eine Zuchtvorrichtung gemäß einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels darstellt.
4 ist ein Kurvendiagramm, welches Wirkungen von Beispielen und Vergleichsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung kontrastierend verdeutlicht.
5 ist ein Kurvendiagramm, welches Wirkungen von Beispielen und Vergleichsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung kontrastierend verdeutlicht.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
[1] Gesamtanordnung einer Zuchtvorrichtung 1
Eine Zuchtvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, welche in 1 dargestellt ist, umfaßt einen Zuchtvorrichtungskörper 3 und eine Dotierungsvorrichtung 2.
Der Zuchtvorrichtungskörper 3 umfaßt eine Kammer 30, einen Tiegel 31, welcher in der Kammer 30 angeordnet ist, ein Heizelement 32 zum Erwärmen des Tiegels 31 durch Wärmeabstrahlung, einen Zuchtabschnitt 33, eine Abschirmung 34 und einen wärmeisolierenden Zylinder 35.
Ein inertes Gas, wie etwa Argon, wird von oben nach unten in die Kammer 30 injiziert. Ein in der Kammer 30 angewandter Druck, welcher steuerbar ist, wird generell auf 5332 Pa oder mehr und 79980 Pa oder weniger festgelegt, um eine Dotierung durchzuführen.
Der Tiegel 31, welcher polykristallines Silizium (ein Material für einen Halbleiterwafer) zu Siliziumschmelze schmilzt, umfaßt einen mit einem Boden versehenen zylindrischen ersten Tiegel 311, welcher aus Quarz hergestellt ist, und einen zweiten Graphit-Tiegel 312, welcher außerhalb des ersten Tiegels 311 angeordnet ist, zum Aufnehmen des ersten Tiegels 311.
Der Tiegel 31, welcher durch eine Lagerungswelle 36, welche um deren Mittelachse drehbar und anhebbar ist, gelagert ist, wird entsprechend der Drehung der Lagerungswelle 36 gedreht.
Eine Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) des Tiegels 31 ist in einem Bereich von –20 U/min bis 20 U/min einstellbar, wobei vorausgesetzt sei, daß in Draufsicht auf den Tiegel 31 eine Richtung im Uhrzeigersinn als positiv definiert ist, während eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn als negativ definiert ist. Eine Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit kann kontinuierlich von 0 U/min bis 10 U/min geändert werden.
Das Heizelement 32, welches außerhalb des Tiegels 31 angeordnet ist, erwärmt den Tiegel 31, um das Silizium darin zu schmelzen.
Der Zuchtabschnitt 33, welcher über dem Tiegel 31 angeordnet ist, ist mit einem Keimkristall bzw. der Dotierungsvorrichtung 2 bestückt. Der Zuchtabschnitt 33 ist drehbar und anhebbar.
Der wärmeisolierende Zylinder 35 ist geeignet angeordnet, um den Tiegel 31 und das Heizelement 32 zu umgeben.
Die Abschirmung 34 ist eine Wärmedämmungsabschirmung zum Abschirmen von Abstrahlungswärme, welche von dem Heizelement 32 zu der Dotierungsvorrichtung 2 hin abgestrahlt wird. Die Abschirmung 34, welche geeignet angeordnet ist, um die Dotierungsvorrichtung 2 zu umgeben und eine Oberfläche der Schmelze zu bedecken, ist konisch, wobei deren untere Öffnung kleiner als deren obere Öffnung ist.
[2] Anordnung einer Dotierungsvorrichtung 2
Die Dotierungsvorrichtung 2 ist eine Vorrichtung zum Verdampfen eines festen flüchtigen Dotierungsmittels und zum Dotieren der Siliziumschmelze in dem Tiegel 31 mit dem verdampften Dotierungsmittel.
Das Dotierungsmittel kann beispielsweise roter Phosphor, Arsen oder ähnliches sein.
Wie in 2 dargestellt, umfaßt die Dotierungsvorrichtung 2 ein äußeres Rohr 21, ein inneres Rohr 22, welches innerhalb des äußeren Rohrs 21 angeordnet ist, und ein Wärmeabschirmungselement 23.
Das äußere Rohr, welches mit einem Boden versehen und zylindrisch ist, wobei dessen unteres Ende geöffnet ist, während dessen oberes Ende geschlossen ist, umfaßt einen oberen Abschnitt 211 zum Bereitstellen einer oberen Endfläche und einen seitlichen Abschnitt 212, welcher von einem Außenumfang des oberen Abschnitts 211 ausgehend nach unten verläuft. Es sei bemerkt, daß der seitliche Abschnitt 212 des äußeren Rohrs 21 zylindrisch ist und daß transparentes Quarz ein beispielhaftes Material für das äußere Rohr 21 ist.
Eine Höhenausdehnung T des äußeren Rohrs 21 beträgt beispielsweise 450 mm, und ein Durchmesser R des seitlichen Abschnitts 212 des äußeren Rohrs 21 befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von 100 mm oder mehr und dem 1,3-fachen eines Durchmessers eines Kristalls, welcher gezüchtet werden soll, oder weniger.
Der obere Abschnitt 211 des äußeren Rohrs 21 ist mit einer Halterung 24 versehen, welche von dem oberen Abschnitt 211 nach oben hervorsteht. Durch Anbringen der Halterung 24 an dem Zuchtabschnitt 33 der Zuchtvorrichtung 1 wird das äußere Rohr 21 durch die Zuchtvorrichtung gehalten (siehe 1).
Der obere Abschnitt 211 des äußeren Rohrs 21 bedeckt einen später beschriebenen Aufnahmeabschnitt 221 des inneren Rohrs 22 von oben her. Die obere Oberfläche 211 dient als Gebläsestrahl-Sperrelement zum Verhindern, daß das oben erwähnte inerte Gas, welches in der Kammer 30 von oben nach unten (anders ausgedrückt, von der Oberseite des Aufnahmeabschnitts 221 zu dessen Unterseite) fließt, direkt gegen den Aufnahmeabschnitt 221 geblasen wird.
Das innere Rohr 22 umfaßt den Aufnahmeabschnitt 221 und einen zylindrischen Abschnitt 222, welcher zur Verbindung damit mit dem Aufnahmeabschnitt 221 verbunden ist. Ein Material des inneren Rohrs 22 kann beispielsweise transparentes Quarz sein.
Der Aufnahmeabschnitt 221, welcher ein festes flüchtiges Dotierungsmittel aufnimmt, ist ein hohler säulenförmiger Abschnitt.
Der Aufnahmeabschnitt 221 umfaßt einen im wesentlichen ebenen kreisförmigen oberen Abschnitt 221A, einen unteren Abschnitt 221B, welcher derart angeordnet ist, daß dieser dem oberen Abschnitt 221A zugewandt ist, und einen seitlichen Abschnitt 221C, welcher zwischen den Außenumfängen des oberen Abschnitts 221A und des unteren Abschnitts 221B angeordnet ist.
Die Mitte des unteren Abschnitts 221B ist mit einer Öffnung versehen. Ein festes Dotierungsmittel wird auf dem unteren Abschnitt 221B um die Öffnung angeordnet. Wenn das feste flüchtige Dotierungsmittel verdampft wird, wird das Dotierungsmittelgas durch die Öffnung ausgestoßen. Ein Umfang der Öffnung ist mit einer Fallsperrwand 221B1 zum Verhindern, daß das feste Dotierungsmittel herausfällt, versehen.
Das Dotierungsmittel, welches in dem Aufnahmeabschnitt 221 aufgenommen wird, wird vorzugsweise in einer Position angeordnet, wo die Temperatur die Sublimationstemperatur des Dotierungsmittels erreicht, da, wenn sich der Aufnahmeabschnitt 221 nahe bei der Schmelze befindet, die hohe Temperatur davon die Wärmeisolationswirkungen beeinträchtigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Dotierungsmittel beispielsweise etwa 300 mm von der Oberfläche der Schmelze entfernt angeordnet.
Der seitliche Abschnitt 221C ist mit einem Halterungsstück (mehreren Halterungsstücken) 221C1 versehen, welches (welche) im Querschnitt im wesentlichen T-förmig ist (sind), wobei das Halterungsstück (die Halterungsstücke) von dem Aufnahmeabschnitt 221 nach außen hervorsteht (hervorstehen). Durch Anordnen des Halterungsstücks (der Halterungsstücke) 221C1 auf einer Halterung (mehreren Halterungen) 212A, welche an einem Innenumfang des äußeren Rohrs 21 ausgebildet ist (sind), wird das innere Rohr 22 durch das äußere Rohr 21 gelagert.
Der zylindrische Abschnitt 222, welcher als Rohrleitung zum Leiten des Dotierungsmittelgases, welches in dem Aufnahmeabschnitt 221 verdampft wird, zu der Oberfläche der Schmelze dient, ist ein säulenförmiges Element, wobei dessen oberes und unteres Ende geöffnet sind. Das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 222 ist mit der Öffnung des unteren Abschnitts 221B des Aufnahmeabschnitts verbunden.
Ein Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 222 ist kleiner als der des äußeren Rohrs 21, so daß ein Spalt zwischen einem Außenumfang des zylindrischen Abschnitts und einem Innenumfang des äußeren Rohrs 21 ausgebildet ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt der zylindrische Abschnitt 222 einen ersten zylindrischen Abschnitt 222A, welcher mit der Öffnung des Aufnahmeabschnitts 221 verbunden ist, und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 222B, welcher derart mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 222A verbunden ist, daß dieser davon ausgehend nach unten verläuft.
Der erste zylindrische Abschnitt 222A ist einstückig mit dem Aufnahmeabschnitt 221 ausgebildet, während dieser getrennt von dem zweiten zylindrischen Abschnitt 222B ausgebildet ist.
Der erste zylindrische Abschnitt 222A ist mit einer Vielzahl ringförmiger Nuten 222A1 versehen, welche entlang einer Umfangsrichtung des ersten zylindrischen Abschnitts 222A ausgebildet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Nuten 222A1 ausgebildet. Die Nuten 222A1 dienen zum Lagern der später beschriebenen Wärmeabschirmungsplatten 231 des Wärmeabschirmungselements 23.
Der zweite zylindrische Abschnitt 222B weist einen Durchmesser in einem Bereich von 20 mm oder mehr und 150 mm oder weniger auf. Aufgrund der Tatsache, daß der zweite zylindrische Abschnitt 222B bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Element ist, weist dessen Öffnung zum Ausstoßen des Dotierungsmittelgases gleichfalls einen Durchmesser in dem Bereich von 20 mm oder mehr und 150 mm oder weniger auf. Wenn das äußere Rohr 21 das innere Rohr 22 hält, steht ein unteres distales Ende des äußeren Rohrs 21 weiter als ein unteres distales Ende des zweiten zylindrischen Abschnitts 222B nach unten (zu der Schmelze hin) hervor.
Das Wärmeabschirmungselement 23 dient zum Bedecken des Aufnahmeabschnitts 221 von unten her und schirmt die Abstrahlungswärme von der Schmelze ab, so daß das flüchtige Dotierungsmittel nicht unnötig verdampft wird. Das Wärmeabschir mungselement 23 weist eine Vielzahl (beispielsweise fünf) im wesentlichen ebener kreisförmiger Wärmeabschirmungsplatten 231 auf.
Obgleich die Anzahl der Wärmeabschirmungsplatten 231 geeignet festgelegt werden kann, um einer Gasflußgeschwindigkeit zu entsprechen, welche auf Basis einer Sublimationsgeschwindigkeit des Dotierungsmittelgases, welches gegen die Schmelze geblasen wird, von 10 bis 50 g/min berechnet wird, ist es erforderlich, daß eine Flußgeschwindigkeit des Gases, welches durch das untere Ende des zylindrischen Abschnitts 222 strömt, größer als eine Flußgeschwindigkeit eines Verdampfungsmaterials ist, welches aus der Schmelze verdampft.
Die Wärmeabschirmungsplatten 231 weisen Außendurchmesser auf, welche im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des äußeren Rohrs 21 sind. Die Mitten der Wärmeabschirmungsplatten 231 sind mit Löchern 2311 versehen, in welche der zylindrische Abschnitt 222 eingeführt wird. Die Wärmeabschirmungsplatten 231 sind im wesentlichen horizontal angeordnet, um den Spalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt 222 des inneren Rohrs 22 und dem äußeren Rohr 21 abzuschirmen und im wesentlichen parallel zueinander zu verlaufen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können Wärmeabschirmungsplatten 231A, welche benachbart zu der Schmelze angeordnet sind, von den fünf Wärmeabschirmungsplatten 231 beispielsweise aus einem Kohlenstoff-Isoliermaterial hergestellt sein. Das Kohlenstoff-Isoliermaterial wird beispielsweise durch Versetzen eines Materials, wie etwa eines thermoplastischen Harzes, mit Kohlefasern ausgebildet, wobei das Material durch Erwärmen und Brennen des Materials unter Vakuum bzw. in einer Atmosphäre aus inertem Gas gehärtet werden kann.
Im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeabschirmungsplatten 231A kann beispielsweise ein Material verwendet werden, dessen Leitfähigkeit 20 W/m·°C bei 1412°C beträgt.
Von den fünf Wärmeabschirmungsplatten 231 können drei Wärmeabschirmungsplatten 231B, welche benachbart zu dem Aufnahmeabschnitt 221 angeordnet sind, aus trübem Quarz hergestellt sein. Trübes Quarz wird beispielsweise durch Versehen eines Quarzglases mit vielen feinen Bläschen ausgebildet.
Im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeabschirmungsplatten 231B kann beispielsweise ein Material verwendet werden, dessen Wärmeleitfähigkeit 8 W/m·°C bei 1412°C beträgt.
Die Vielzahl der Wärmeabschirmungsplatten 231 ist in der Reihenfolge der zwei Wärmeabschirmungsplatten 231A und der drei Wärmeabschirmungsplatten 231B von dem unteren Ende der zylindrischen Abschnitte 222 ausgehend angeordnet.
Die Wärmeabschirmungsplatten 231A sind derart durch das äußere Rohr 21 gelagert, daß Vorsprünge 212B, welche an Innenseiten des äußeren Rohrs 21 ausgebildet sind, die Außenumfänge der Wärmeabschirmungsplatten 231A lagern. Eine Wärmeabschirmungsplatte 231A (231A1), welche sich am nächsten bei der Schmelze befindet, ist beispielsweise 80 mm über dem unteren distalen Ende des zylindrischen Abschnitts 222 angeordnet.
Eine Wärmeabschirmungsplatte 231A2 über der Wärmeabschirmungsplatte 231A1 ist beispielsweise etwa 170 mm über dem unteren distalen Ende des zylindrischen Abschnitts 222 angeordnet. Daher ist ein Spalt von etwa 90 mm zwischen der Wärmeabschirmungsplatte 231A1 und der Wärmeabschirmungsplatte 231A2 ausgebildet.
Demgegenüber sind die Wärmeabschirmungsplatten 231B durch das innere Rohr 22 derart gelagert, daß die Umfänge der Löcher 2311 durch die Nuten 222A1 des ersten zylindrischen Abschnitts 222A des zylindrischen Abschnitts 222 des inneren Rohrs 22 gelagert sind.
Von den drei Wärmeabschirmungsplatten 231B ist eine Wärmeabschirmungsplatte 231B1, welche sich am nächsten zu der Schmelze befindet, beispielsweise etwa 250 mm über dem unteren distalen Ende des zylindrischen Abschnitts 222 angeordnet.
Eine Wärmeabschirmungsplatte 231B2 über der Wärmeabschirmungsplatte 231B1 ist beispielsweise etwa 10 mm über der Wärmeabschirmungsplatte 231B1 angeordnet.
Ferner ist eine Wärmeabschirmungsplatte 231B3 über der Wärmeabschirmungsplatte 231B1 beispielsweise 10 mm über der Wärmeabschirmungsplatte 231B2 angeordnet. Anders ausgedrückt, sind Spalte mit einer vorbestimmten Größe zwischen den Wärmeabschirmungsplatten 231B ausgebildet.
Die Entfernung zwischen der Wärmeabschirmungsplatte 231B1 und dem Aufnahmeabschnitt 221 beträgt beispielsweise 30 mm.
[3] Injektion eines Dotierungsmittels unter Verwendung einer Zuchtvorrichtung 1
Wenn eine Dotierung durchgeführt wird, wobei die Dotierungsvorrichtung 2 auf dem Zuchtvorrichtungskörper 3 angebracht ist, wird die Halterung 24, welche an dem äußeren Rohr 21 der Dotierungsvorrichtung 2 vorgesehen ist, an dem Zuchtabschnitt 33 des Zuchtvorrichtungskörpers 3 angebracht, und eine Position der Dotierungsvorrichtung 2 im Hinblick auf oben und unten wird derart eingestellt, daß ein distales Ende des seitlichen Abschnitts 212 des äußeren Rohrs 21 der Dotierungsvor richtung 2 in der Schmelze eintaucht, wie in 1 dargestellt.
In diesem Zustand wird der Tiegel 31 gedreht, so daß sich die Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) in einem Bereich von 1 U/min bis 10 U/min befindet, während sich eine maximale Rotationsgeschwindigkeit in einem Bereich von –20 U/min bis 20 U/min befindet. Anders ausgedrückt, wird der Tiegel 31 um eine Achse gedreht, welche entlang der Strömung des Dotierungsmittelgases in dem zylindrischen Abschnitt 222 der Dotierungsvorrichtung 2 verläuft.
Danach wird ein inertes Gas von einer Oberseite der Zuchtvorrichtung 1 zu der Schmelze geleitet. Das inerte Gas fließt entlang der Oberfläche der Schmelze.
Das inerte Gas wird während des Durchführens der Dotierung und der Zucht eines Zuchtkristalls kontinuierlich geleitet. Die Flußgeschwindigkeit des inerten Gases wird derart festgelegt, daß sich diese in einem Bereich von 50 l/min oder mehr und 400 l/min befindet.
Wenn die Flußgeschwindigkeit des inerten Gases derart festgelegt wird, daß diese 400 l/min überschreitet, kann der Aufnahmeabschnitt 221 derart übermäßig gekühlt werden, daß das Dotierungsmittel nicht verdampft werden kann oder daß das sublimierte Dotierungsmittel verfestigt werden und anhaften kann.
Das Dotierungsmittel, welches in dem Aufnahmeabschnitt 221 der Dotierungsvorrichtung 2 angeordnet ist, wird durch die Wärme von der Schmelze schrittweise sublimiert, so daß das Dotierungsmittel in Gasform aus dem zylindrischen Abschnitt 222 der Dotierungsvorrichtung 2 ausgestoßen wird, um in der Schmelze gelöst zu werden.
Konvektionsströmungen, welche durch die Drehung des Tiegels 31 in der Schmelze erzeugt werden, fördern eine Diffusion des injizierten Dotierungsmittels in der gesamten Schmelze.
Eine Temperatur der Schmelze in dem Tiegel 31 während einer Dotierung wird derart festgelegt, daß sich diese in einem Bereich eines Schmelzpunkts eines Materials der Schmelze oder eines höheren Werts und des Schmelzpunkts plus 60°C oder eines niedrigeren Werts befindet.
Wenn das Gas in der Schmelze gelöst ist, wird der Zuchtabschnitt 33 der Zuchtvorrichtung 1 von der Dotierungsvorrichtung 2 gelöst und mit dem Keimkristall bestückt. Sodann wird die Zucht des Zuchtkristalls begonnen.
[4] Abwandlung der Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann Abwandlungen und Verbesserungen umfassen, welche innerhalb eins Schutzumfangs vorgenommen werden, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst werden kann.
Obgleich das distale Ende des äußeren Rohrs 21 (der seitliche Abschnitt 212) der Dotierungsvorrichtung 2 während des Injizierens des Dotierungsmittels unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 2 gemäß den obigen Ausführungsbeispielen zum Dotieren in die Halbleiterschmelze getaucht wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Insbesondere kann, wie in 3 dargestellt, die Dotierung durchgeführt werden, wobei das äußere Rohr 21 nicht in die Halbleiterschmelze getaucht wird.
Obgleich die Dotierung durch die Doppelstruktur-Dotierungsvorrichtung 2 durchgeführt wird, welche das äußere Rohr 21 und das innere Rohr 22 umfaßt, wobei der Aufnahmeabschnitt 221 für das flüchtige Dotierungsmittel in der oberen Seite des inneren Rohrs 22 ausgebildet ist und der zylindrische Abschnitt 222 von dem Aufnahmeabschnitt 221 gemäß den obigen Ausführungsbeispielen ausgehend nach unten verläuft, braucht die Dotierungsvorrichtung zum Aufnehmen des flüchtigen Dotierungsmittels nicht notwendigerweise in der oben beschriebenen Weise angeordnet zu sein, sondern kann verschiedene Gestalten aufweisen. Anders ausgedrückt, kann, solange das Dotierungsmittelgas gegen die Halbleiterschmelze geblasen wird, während der Tiegel abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, eine beliebige Anordnung geeignet für die Dotierungsvorrichtung 2 verwendet werden.
Ferner können bestimmte Strukturen, Prozeduren und ähnliches beim Verwirklichen der vorliegenden Erfindung andere Strukturen und ähnliches sein, solange eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird.
Beispiele
Als nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt.
[1] Vergleich zwischen Gebläseanordnungen
Ein Vergleich wurde vorgenommen zwischen: einer Anordnung, wobei der Tiegel 31 abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde, wobei die Rotationsgeschwindigkeit davon geändert wurde, während das untere distale Ende des seitlichen Abschnitts 212 des äußeren Rohrs 21 der Dotierungsvorrichtung 2 nicht in die Schmelze in dem Tiegel 31 getaucht wurde, wie in 3 dargestellt (Beispiel 1); und einer Anordnung, wobei der Tiegel 31 mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht wurde, wie bei einer herkömmlichen Dotierung (Vergleichsbeispiel 1). Die Auswertung erfolgte auf Basis eines Dotierungsmittel-Absorptionskennwerts von Beispiel 1, welcher unter Verwendung eines Absorptionsvermögens von Vergleichsbeispiel 1 mit einem Wert von 100 (Absorptionsvermögen von Beispiel 1/Absorptionsvermögen von Vergleichsbeispiel 1 × 100) berechnet wurde.
Das Dotieren beider Anordnungen wurde unter Gasbedingungen durchgeführt, wobei der Ofendruck 59985 Pa betrug und die Argongas-Flußgeschwindigkeit 200 l/min betrug.

Die Dotierungsbedingungen und Versuchsergebnisse von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1] Tabelle 1: Erhöhung des Absorptionswerts durch Drehen des Tiegels (Gebläseanordnung)

		Vergleichsbeispiel 1	Beispiel 1
Versuchsbedingungen	Rotationsgeschwindigkeit (U/min) des Tiegels	14 FEST	14 ↔ –14
	Änderungsgeschwindigkeit (U/min/min) der Rotationsgeschwindigkeit	0	1
	Distales Ende des zylindrischen Abschnitts	Anblasen	Anblasen
Auswertung	Absorptionskennwert (%) Beispiel/Vergleichsbeispiel × 100	-	107,5

[2] Vergleich zwischen Eintauchanordnung, Gebläseanordnung und Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit
Als nächstes wurde ein Vergleich vorgenommen zwischen: einer Anordnung, wobei der Tiegel 31 abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde, während das untere Ende des seitlichen Abschnitts 212 des äußeren Rohrs 21 der Dotierungsvorrichtung 2 in die Schmelze getaucht wurde; und einer Anordnung, wobei der Tiegel mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht wurde, während das untere Ende des seitlichen Abschnitts 212 in die Schmelze getaucht wurde.
Bei Beispiel 2 wurde die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 31 derart festgelegt, daß sich diese in einem Bereich von –2 U/min bis 2 U/min befand, während die Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit auf 1 U/min festgelegt wurde.
Bei Beispiel 3 wurde die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels derart festgelegt, daß sich diese in einem Bereich von –20 U/min bis 20 U/min befand, während die Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit auf 5 U/min festgelegt wurde.
Bei Beispiel 4 wurde die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels derart festgelegt, daß sich diese in einem Bereich von –20 U/min bis 20 U/min befand, während die Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit auf 10 U/min festgelegt wurde.
In den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 wurden die Versuche unter den gleichen Bedingungen wie bei Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, außer daß die Dotierungsmittelmengen und die Ladungsmengen an die der entsprechenden Beispiele angeglichen wurden.
Die Dotierungsbedingungen und die Versuchsergebnisse der Beispiele 2 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 sind in Tabelle 2 dargestellt.
[Tabelle 2]
[3] Überlegung
Bei Vergleich von Beispiel 1 mit Vergleichsbeispiel 1 beträgt der Absorptionskennwert 107,5%, und das Dotierungsmittel-Absorptionsvermögen von Beispiel 1 wird stärker erhöht als das von Vergleichsbeispiel 1, bei welchem die Drehung mit einer konstanten Geschwindigkeit durchgeführt wurde. Es wurde beobachtet, daß die Diffusion des Dotierungsmittels in der Schmelze durch abwechselndes Drehen gefördert wurde.
Bei Vergleich der Beispiele 2 bis 4 mit den Vergleichsbeispielen 2 bis 4, wobei die Dotierung bei allen davon durch Eintauchen durchgeführt wurde, werden die Absorptionswerte wesentlich stärker erhöht als bei der Gebläseanordnung. Es wurde beobachtet, daß das Dotierungsmittel-Absorptionsvermögen der Schmelze durch Eintauchen der Rohrleitung der Dotierungsmittelvorrichtung zum Leiten des Dotierungsmittelgases in die Schmelze und durch abwechselndes Drehen des Tiegels stärker erhöht wurde.
Wie bei Beispiel 4 dargestellt, wird, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit 10 U/min beträgt, das Absorptionsvermögen auf einen niedrigeren Wert als den von Beispiel 1 vermindert. Das Absorptionsvermögen wird vermutlich aufgrund der Tatsache vermindert, daß die Schmelze in dem Tiegel der übermäßig hohen Erhöhungsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels nicht folgen kann und nicht in günstiger Weise Konvektionsströmungsänderungen erzeugen kann.
Eine Widerstandswertsmessung wurde durch ein Verfahren mit vier Meßfühlern an zylindrischen Körperabschnitten von Rohblöcken, welche durch abwechselndes Drehen des Tiegels in der Eintauchanordnung gemäß den Beispielen hergestellt wurden, und Rohblöcken, welche durch Drehen des Tiegels mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Gebläseanordnung gemäß den Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, durchgeführt. Wie in 4 dargestellt, wiesen die zylindrischen Körperabschnitte der Rohblöcke gemäß den Beispielen an jedem Punkt einen niedrigeren Widerstandswert als die gemäß den Vergleichsbeispielen auf. Anders ausgedrückt, wurde beobachtet, daß bei den Beispielen eine wirksamere Dotierung der Schmelze mit dem Dotierungsmitteln erfolgte.
Wie in 5 dargestellt, wurde bei Betrachtung einer Beziehung zwischen der Zeit ab der Beendigung der Dotierung bis zu dem Beginn des Züchtens der Rohblöcke und dem Widerstandswert der oberen Abschnitte festgestellt, daß der Widerstandswert der oberen Abschnitte selbst dann nicht stark erhöht wurde, wenn die Zeit ab der Beendigung der Dotierung bis zu dem Beginn des Züchtens gemäß den Beispielen lang war. Anders ausgedrückt, wurde beobachtet, daß das Dotierungsmittel bei den Beispielen wirksam in die Schmelze injiziert wurde.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Injizieren eines Gases eines verdampften Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel anwendbar.
ZUSAMNENFASSUNG
Gemäß einem Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Injizieren eines verdampften Dotierungsmittelgases in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel (31) wird der Tiegel (31) abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um eine Lagerungswelle (36) gedreht, welche in einer Strömungsrichtung des Dotierungsmittelgases verläuft, so daß das Dotierungsmittelgas gegen die Halbleiterschmelze geblasen wird, während der Tiegel gedreht wird. Das Drehen des Tiegels (31) erzeugt Konvektionsströmungen in der Halbleiterschmelze darin, wodurch eine Diffusion des geblasenen Dotierungsmittels in der Halbleiterschmelze gefördert wird.
Erläuterung der Bezeichnungen

1 ... Zuchtvorrichtung, 2 ... Dotierungsvorrichtung, 3 ... Vorrichtungskörper, 21 ... äußeres Rohr, 22 ... inneres Rohr, 23 ... Wärmeabschirmungselement, 24 ... Halterung, 30 ... Kammer, 31 ... Tiegel, 32 ... Heizelement, 33 ... Zuchtabschnitt, 34 ... Abschirmung, 35 ... wärmeisolierender Zylinder, 36 ... Lagerungswelle, 211 ... oberer Abschnitt, 212A ... Halterung, 212 ... seitlicher Abschnitt, 212B ... Vorsprung, 221 ... Aufnahmeabschnitt, 221A ... oberer Abschnitt, 221B ... unterer Abschnitt, 221B1 ... Fallsperrwand, 221C ... seitlicher Abschnitt, 221C1 ... Halterungsstück, 222 ... zylindrischer Abschnitt, 222A ... erster zylindrischer Abschnitt, 222A1 ... Nut, 222B ... zweiter zylindrischer Abschnitt, 231 ... Wärmeabschirmungsplatte, 231A ... Wärmeabschirmungsplatte, 231A1 ... Wärmeabschirmungsplatte, 231A2 ... Wärmeabschirmungsplatte, 231B ... Wärmeabschirmungsplatte, 231B1 ... Wärmeabschirmungsplatte, 231B2 ... Wärmeabschirmungsplatte, 231B3 ... Wärmeabschirmungsplatte, 311 ... erster Tiegel, 312 ... zweiter Tiegel, 2311 ... Loch.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2001-253791 A [0003]
- JP 2004-137140 A [0003]

Claims

Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Injizieren eines Gases eines verdampften Dotierungsmittels in eine Halbleiterschmelze in einem Tiegel, umfassend: abwechselndes Drehen des Tiegels im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse, welche in einer Strömungsrichtung des Dotierungsmittelgases verläuft; und Blasen des Dotierungsmittelgases gegen die Halbleiterschmelze, während der Tiegel gedreht wird.
Verfahren zum Injizieren eines Dotierungsmittelgases nach Anspruch 1, wobei die Dotierungsmittelgas-Versorgung vorzugsweise durch ein flüchtiges Dotierungsmittel erfolgt, welches in einer Dotierungsvorrichtung aufgenommen ist, welche einen Behälter umfaßt, dessen unteres Ende mit einer Rohrleitung zum Leiten des Dotierungsmittelgases zu der Halbleiterschmelze versehen ist, und das Dotierungsmittelgas aus einem distalen Ende der Rohrleitung gegen die Halbleiterschmelze geblasen wird.
Verfahren zum Injizieren eines Dotierungsmittelgases nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich eine Änderungsgeschwindigkeit einer Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) des Tiegels pro Zeiteinheit in einem Bereich von 1 U/min bis 10 U/min befindet.