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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren und eine Dotierungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Für das Züchten eines Einkristalls unter Verwendung des CZ-Verfahrens ist ein Verfahren zum Injizieren von Germanium (Ge) als sekundärem Dotierungsmittel zusätzlich zu einem primären Dotierungsmittel wie etwa rotem Phosphor (P) und Arsen (As) bekannt.
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Weil Ge bei einer normalen Temperatur fest ist, lässt man das Ge gewöhnlich direkt in eine Halbleiterschmelze in einem Schmelztiegel fallen.
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Wenn man jedoch ein festes Material direkt in eine Halbleiterschmelze fallen lässt, verspritzt die Halbleiterschmelze, wobei die dadurch erzeugten Verunreinigungen an einer Kammer oder einem Ofen dann während des Hochziehens eines Kristalls abfallen können, wodurch die Einkristallisierung behindert wird. Wenn weiterhin ein festes Material in die Halbleiterschmelze fällt, wird ein Gas zusammen mit dem Ge eingeführt und werden Nadellöcher erzeugt, wodurch die Ausbeute der Einkristalle vermindert wird.
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Das Patentdokument 1 schlägt vor, dass ein Dotierungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt wie etwa Ge in ein Injektionsrohr für ein Dotierungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt geladen wird, das eine Seitenwand, einen hermetisch gedichteten oberen Teil und ein Gitternetz an einem unteren Teil aufweist, wobei das Injektionsrohr mit einem darin enthaltenen Dotierungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt in eine Halbleiterschmelze getaucht wird, sodass das Dotierungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt durch die Wärme der Halbleiterschmelze geschmolzen wird und mit der Halbleiterschmelze gemischt wird (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1).
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Patentdokument 1:
JP 2004-137140 A
- Weiterer Stand der Technik zu Dotierungsmittel-Injektionsverfahren und Dotierungsvorrichtungen wird in der Japanischen Veröffentlichungsschrift JP S59-156993 A offenbart.
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Beschreibung der Erfindung
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Problemstellung der Erfindung
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Weil gemäß der Technik aus dem Patentdokument 1 der obere Teil und die Seitenwand des Dotierungsmittel-Injektionsrohrs hermetisch gedichtet sind und deshalb kein Gas aus dem Dotierungsmittel-Injektionsrohr austreten kann, kann die Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel spritzen, wenn das Dotierungsmittel-Injektionsrohr eingetaucht wird.
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Weil der obere Teil und die Seitenwand des Dotierungsmittel-Injektionsrohrs hermetisch gedichtet sind, kann Halbleiterschmelze in das Dotierungsmittel-Injektionsrohr gesaugt werden, wenn das Injektionsrohr nach oben gezogen wird. Wenn sich die Halbleiterschmelze anschließend verfestigt, kann das Dotierungsmittel-Injektionsrohr Risse bekommen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren und eine Dotierungsvorrichtung anzugeben, die ein Verspritzen einer Halbleiterschmelze und eine Verunreinigung in einer Hochziehvorrichtung während des Injizierens eines Dotierungsmittels für eine Dotierung der Halbleiterschmelze mit Ge vermeiden können.
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Problemlösung
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Das oben beschriebene Problem wird gelöst durch ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Dotierungsvorrichtung gemäß Anspruch 3. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Dotieren einer Halbleiterschmelze mit Germanium (Ge) folgende Schritte: Laden des Ge in einem festen Zustand in eine Dotierungsvorrichtung, die umfasst: eine Dotierungsmittelhalterung zum Halten des Ge, das bei einer normalen Temperatur fest ist und sich in der Nähe der Oberfläche der Halbleiterschmelze verflüssigt, wobei die Dotierungsmittelhalterung ein Verbindungsloch aufweist, um das verflüssigte Ge nach unten auszugeben, einen Abdeckungsteil zum Abdecken des durch die Dotierungsmittelhalterung gehaltenen Ge, und eine Lüftungsöffnung an dem Abdeckungsteil, die eine Verbindung nach außen herstellt; Verflüssigen des Ge, das in dem festen Zustand in die Dotierungsvorrichtung geladen wird, während die Dotierungsvorrichtung auf einer vorbestimmten Höhe über der Oberfläche der Halbleiterschmelze gehalten wird; und Dotieren der Halbleiterschmelze mit dem aus dem Verbindungsloch fließenden verflüssigten Ge.
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Die vorbestimmte Höhe, auf der das Ge durch die Dotierungsmittelhalterung gehalten wird, wird vorzugsweise derart bestimmt, dass sich die Temperatur des Ge dem ,Schmelzpunkt annähert. Wenn zum Beispiel die Temperatur der Halbleiterschmelze 1412 Grad Celsius beträgt, wird die Höhe vorzugsweise derart bestimmt, dass das Ge den Schmelzpunkt von 958,8 Grad Celsius erreicht.
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Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird das Ge in die Dotierungsvorrichtung geladen und durch die Wärme der Halbleiterschmelze in der Dotierungsvorrichtung verflüssigt. Dann wird das verflüssigte Ge durch das Verbindungsloch für eine Dotierung in die Halbleiterschmelze injiziert. Weil dabei die Lüftungsöffnung an dem Abdeckungsteil der Dotierungsvorrichtung vorgesehen ist und eine Verbindung nach außen herstellt, kann der Druck in dem durch den Abdeckungsteil umgebenen Innenraum und in einem Außenraum eingestellt werden, um eine Ansammlung des verflüssigten Ge zu verhindern. Das verflüssigte Ge kann also schnell über das Verbindungsloch in die zu dotierende Halbleiterschmelze injiziert werden. Außerdem ist der Innenraum des Abdeckungsteils, der das Ge in der Dotierungsmittelhalterung bedeckt, wegen der Lüftungsöffnung nicht hermetisch gedichtet. Es wird also nach dem Abtropfen des Ge keine Halbleiterschmelze in die Dotierungsvorrichtung gesaugt, sodass also die Dotierungsvorrichtung keine Risse bekommt.
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Bei der oben beschriebenen Anordnung wird das Verbindungsloch vorzugsweise in die Halbleiterschmelze getaucht, während das Ge verflüssigt wird und/oder während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird.
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Indem das Verbindungsloch in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, während das Ge verflüssigt wird und/oder während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird, wird die Halbleiterschmelze nicht verspritzt. Deshalb wird die Hochziehvorrichtung nicht verunreinigt, wie es der Fall ist, wenn das Ge in einem festen Zustand oder ähnliches direkt in die Halbleiterschmelze injiziert wird.
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In der Anordnung gemäß dem Aspekt der Erfindung wird das Leitungsrohr vorzugsweise in die Halbleiterschmelze getaucht, während das Ge verflüssig wird und/oder während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird.
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Indem das Leitungsrohr während der Verflüssigung des Ge in eingetaucht wird, wird die Halbleiterschmelze nicht verspritzt, wenn das Ge, das während des Eintauchens des Verbindungslochs in der Halbleiterschmelze verflüssigt wird, in die Siliziumschmelze tropft. Dadurch kann eine Verunreinigung des Ofens verhindert werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren zum Dotieren einer Halbleiterschmelze mit Germanium (Ge) folgende Schritte: Laden des Ge in einem festen Zustand in eine Dotierungsvorrichtung, die umfasst: eine Dotierungsmittelhalterung zum Halten des Ge, das bei einer normalen Temperatur fest ist und sich in der Nähe der Oberfläche der Halbleiterschmelze verflüssigt, wobei die Dotierungsmittelhalterung ein längliches Verbindungsloch aufweist, um das verflüssigte Ge nach unten auszugeben, einen Abdeckungsteil zum Abdecken des durch die Dotierungsmittelhalterung gehaltenen Ge, und ein Leitungsrohr, das unter der Dotierungsmittelhalterung vorgesehen ist, um das aus dem Verbindungsloch fließende verflüssigte Ge zu der Oberfläche der Halbleiterschmelze auszugeben; Verflüssigen des Ge, das in dem festen Zustand in die Dotierungsvorrichtung geladen wird, während die Dotierungsvorrichtung an einer vorbestimmten Höhe über der Oberfläche der Halbleiterschmelze gehalten wird; und Dotieren der Halbleiterschmelze mit dem aus dem Verbindungsloch durch das Leitungsrohr fließenden verflüssigten Ge.
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Es ist zwar nicht erforderlich, dass das Leitungsrohr in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, während das Ge verflüssigt wird oder die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird, wobei das Leitungsrohr aber vorzugsweise in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, während das Ge verflüssigt wird oder während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird. Am besten wird das Leitungsrohr in die Halbleiterschmelze eingetaucht, während das Ge verflüssigt wird und während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird. Wenn übrigens das Verbindungsloch nicht eingetaucht wird, ist vorzugsweise das Leitungsrohr vorgesehen, um eine Verunreinigung des Ofens durch ein Verspritzen aufgrund des Tropfens des verflüssigten Ge in die Halbleiterschmelze zu verhindern.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Ge in die Dotierungsvorrichtung geladen und durch die Wärme der Halbleiterschmelze in der Dotierungsvorrichtung verflüssigt. Dann wird das verflüssigte Ge durch das Leitungsrohr zu der Halleiterschmelze ausgegeben. Die Halbleiterschmelze wird dabei im Gegensatz zu einer Anordnung für ein direktes Fallen des festen Ge in die Halbleiterschmelze nicht verspritzt, sodass die Einkristallisierung in der Hochziehvorrichtung nicht beeinträchtigt wird. Und weil nur das untere Ende der Dotierungsvorrichtung in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, mischen sich keine Verunreinigungen in die Halbleiteschmelze.
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Weil das Verbindungsloch die Form eines länglichen Lochs aufweist, wird das verflüssigte Ge nicht aufgrund einer Oberflächenspannung oder ähnlichem in der Dotierungshalterung gehalten. Das verflüssigte Ge kann also schnell zu der Halbleiterschmelze ausgegeben werden.
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Indem das Leitungsrohr in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, während das Ge verflüssigt wird und/oder während die Halbleiterschmelze mit dem verflüssigten Ge dotiert wird, kann die Verflüssigung des Ge beschleunigt werden. Wenn außerdem das verflüssigte Ge durch das Leitungsrohr in die Halbleiterschmelze getropft wird, kann eine Verunreinigung des Ofens aufgrund eines Verspritzens der Schmelze verhindert werden, wodurch die Prozeduren zum Injizieren des Dotierungsmittels vereinfacht werden.
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In der oben beschriebenen Anordnung umfasst die Dotierungsvorrichtung vorzugsweise eine Lüftungsöffnung, die an dem Abdeckungsteil vorgesehen ist und eine Verbindung nach außen herstellt.
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Weil bei dieser Anordnung der Innenraum des Abdeckungsteils, der das Ge in der Dotierungsmittelhalterung abdeckt, nicht hermetisch gedichtet ist, kann verhindert werden, dass das verflüssigte Ge einfach aufgrund eines Druckablasses in dem Innenraum abtropft. Außerdem wird nach dem Abtropfen keine Halbleiterschmelze in die Dotierungsvorrichtung gesaugt, sodass die Dotierungsvorrichtung keine Risse bekommt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Dotierungsvorrichtung zum Dotieren einer Halbleiterschmelze mit Germanium (Ge): eine Dotierungsmittelhalterung zum Halten des Ge, das bei einer normalen Temperatur fest ist und sich in der Nähe der Oberfläche der Halbleiterschmelze verflüssigt, wobei die Dotierungsmittelhalterung ein Verbindungsloch aufweist, um das verflüssigte Ge nach unten auszugeben; einen Abdeckungsteil zum Abdecken des durch die Dotierungsmittelhalterung gehaltenen Ge; und ein Leitungsrohr, das unter der Dotierungsmittelhalterung vorgesehen ist, um das aus dem Verbindungsloch fließende verflüssigte Ge zu der Oberfläche der Halbleiterschmelze auszugeben; wobei das Verbindungsloch die Form eines länglichen Lochs aufweist.
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In der oben beschriebenen Anordnung ist der Abdeckungsteil vorzugsweise mit einer Lüftungsöffnung versehen, die eine Verbindung nach außen herstellt.
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Die Dotierungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung kann vorteilhaft auf ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren gemäß dem weiter oben beschriebenen Aspekt der Erfindung angewendet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Anordnung einer Hochziehvorrichtung gemäß einer ersten, nicht beanspruchten, Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 2 zeigt eine Anordnung einer Dotierungsvorrichtung gemäß der ersten, nicht beanspruchten, Ausführungsform.
- 3A ist eine Ansicht, die ein Dotierungsverfahren, das die Dotierungsvorrichtung gemäß der ersten, nicht beanspruchten, Ausführungsform verwendet, erläutert.
- 3B ist eine Ansicht, die das Dotierungsverfahren, das die Dotierungsvorrichtung gemäß der ersten, nicht beanspruchten, Ausführungsform verwendet, erläutert.
- 4 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Anordnung einer Hochziehvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 5 zeigt eine Anordnung einer Dotierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 6 zeigt eine Anordnung eines Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils in der Dotierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 7 zeigt eine Anordnung eines Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils in der Dotierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 8 ist eine Ansicht, die ein Dotierungsverfahren, das die Dotierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet, erläutert.
- 9 ist ein Kurvendiagramm, das Vorteile der Ausführungsform erläutert.
- 10 ist ein weiteres Kurvendiagramm, das Vorteile der Ausführungsform erläutert.
- 11A ist eine Ansicht, die ein Dotierungsverfahren, das eine Dotierungsvorrichtung gemäß einer Modifikation verwendet, erläutert.
- 11B ist eine Ansicht, die ein Dotierungsverfahren, das eine Dotierungsvorrichtung gemäß einer Modifikation verwendet, erläutert.
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Bezugszeichenliste
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1 ... Hochziehvorrichtung; 2 ... Vorrichtungskörper; 3, 4, 5 ... Dotierungsvorrichtung; 20 ... Kammer; 21 ... Schmelztiegel; 22 ... Heizeinrichtung; 23 ... Hochziehteil; 24 ... Abschirmung; 25 ... Wärmeisolationszylinder; 26 ... Haltewelle; 31 ... Abdeckungsteil; 32 ... Dotierungsmittelhalterung; 33 ... Leitungsrohr; 34 ... Halterung; 41 ... Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil; 42 ... Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil; 43 ... Führung; 44 ... Halterung; 211 ... erster Schmelztiegel; 212 ... zweiter Schmelztiegel; 311 ... Hohlschaft; 312 ... Deckel; 313 ... Lüftungsöffnung; 321 ... Verbindungsloch; 411 ... Hohlschaft; 412 ... Boden; 412A ... Klaue; 413 ... Deckel; 413A ... Öffnung; 414 ... Vorsprung; 421 ... Zylinderkörper; 421A ... Vorsprung; 421B ... Lüftungsöffnung; 422 ... Dotierungsmittelhalterung; 422A ... Verbindungsloch; 431 ... Hohlschaft; 432 ... Deckel; 433 ... Verbindungsvorsprung; D ... Ge-Dotierungsmittel; D1 ... primäres Dotierungsmittel; D2 ... sekundäres Dotierungsmittel; H ... Höhe; H1 ... Höhe; H2 ... Höhe; S ... Siliziumschmelze.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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[Erste nicht beanspruchte Ausführungsform]
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Gesamtanordnung
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1 zeigt eine Anordnung einer Hochziehvorrichtung 1 gemäß einer ersten, nicht beanspruchten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Hochziehvorrichtung 1 umfasst einen Hochziehvorrichtungskörper 2 und eine Dotierungsvorrichtung 3.
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Der Hochziehvorrichtungskörper 2 umfasst eine Kammer 20, einen Schmelztiegel 21, der in der Kammer 20 angeordnet ist, eine Heizeinrichtung 22 zum Heizen des Schmelztiegels 21 durch Wärmestrahlung, einen Hochziehteil 23, eine Abschirmung 24 und einen Wärmeisolationszylinder 25.
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Ein Edelgas wie etwa ein Argongas wird von oben nach unten in die Kammer 20 eingeführt. Der Druck in der Kammer 20 kann gesteuert werden.
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Wenn eine Dotierung durchgeführt wird, beträgt der Druck in der Kammer 20 zwischen 5332 Pa und 79980 Pa.
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Der Schmelztiegel 21 wird verwendet, um polykristallines Silizium zu einer Halbleiterschmelze zu schmelzen, aus der ein Halbleiter erzeugt wird. Der Schmelztiegel 21 umfasst: einen ersten Schmelztiegel 211, der aus Quarz ausgebildet ist und die Form eines Zylinders mit einem Boden aufweist; und einen zweiten Schmelztiegel 212, der aus Graphit ausgebildet ist und außerhalb des ersten Schmelztiegels 211 angeordnet ist, um den ersten Schmelztiegel 211 aufzunehmen. Der Schmelztiegel 21 wird durch eine Haltewelle 26 gehalten, die sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht.
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Die Heizeinrichtung 22 ist an der Außenseite des Schmelztiegels 21 angeordnet und heizt den Schmelztiegel 21, um das Silizium in dem Schmelztiegel 21 zu schmelzen.
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An dem Hochziehteil 23, der über dem Schmelztiegel 21 angeordnet ist, ist ein Seed-Kristall oder die Dotierungsvorrichtung 3 montiert. Der Hochziehteil 23 kann gedreht werden.
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Der Wärmeisolationszylinder 25 ist derart angeordnet, dass er den Schmelztiegel 21 und die Heizeinrichtung 22 umgibt.
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Die Abschirmung 24 ist eine Wärmeblockierungsabschirmung, die von der Heizeinrichtung 22 zu der Dotierungsvorrichtung 3 gestrahlte Strahlungswärme abschirmt. Die Abschirmung 24 umgibt die Dotierungsvorrichtung 3 und bedeckt die Oberfläche der Schmelze. Die Abschirmung 24 weist die Form eines Kegels auf, dessen untere Öffnung kleiner als die obere Öffnung ist.
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Anordnung der Dotierungsvorrichtung 3
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Die Dotierungsvorrichtung 3 dient dazu, festes Germanium (Ge) zu verflüssigen und das verflüssigte Germanium (Ge) in die in dem Schmelztiegel 21 geschmolzene Siliziumschmelze zu injizieren. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Dotierungsvorrichtung 3 einen Abdeckungsteil 31, eine Dotierungsmittelhalterung 32, ein Leitungsrohr 33 und eine Halterung 34. Ein oberes Ende der Halterung 34 ist an dem Hochziehteil 23 des Vorrichtungskörpers 2 befestigt (siehe 1).
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Wenn ein Dotierungsmittel in den Vorrichtungskörper 2 injiziert wird, schützt der Abdeckungsteil 31 das in dem Vorrichtungskörper aufgenommene Dotierungsmittel. Der Abdeckungsteil 31 umfasst einen zylinderförmigen Hohlschaft 311, dessen beide Enden geöffnet sind, und einen Deckel 312, der eine obere Endfläche des Hohlschafts 311 bedeckt.
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Der Deckel 312 kann von dem Hohlschaft 311 gelöst werden, um ein Dotierungsmittel aufzunehmen. Die Halterung 34 ist auf einer oberen Fläche des Deckels 312 ausgebildet.
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Weiterhin ist eine Lüftungsöffnung 313 an einer lateralen Seite des Hohlschafts 311 vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Abdeckungsteils 31 herzustellen.
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Die Dotierungsmittelhalterung 32 hält das in dem Abdeckungsteil 31 aufgenommene Ge-Dotierungsmittel. Die Dotierungsmittelhalterung 32 ist ein kegelförmiger Trichter, der eine untere Endfläche des Hohlschafts 311 des Abdeckungsteils 31 bedeckt. Ein kreisförmiges Verbindungsloch 321 ist an einer unteren Mitte dieses Kegels ausgebildet.
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Das Verbindungsloch 321 weist einen Porendurchmesser auf, der kleiner als der Korndurchmesser des Ge-Dotierungsmittels ist, um zu verhindern, dass das Ge-Dotierungsmittel in dem festen Zustand nach unten fällt. Wenn jedoch der Porendurchmesser des Verbindungslochs 321 zu klein ist, kann das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel unter Umständen aufgrund der Oberflächenspannung des verflüssigten Ge-Dotierungsmittels nicht vollständig in den Schmelztiegel 21 injiziert werden.
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Wenn das feste Ge-Dotierungsmittel in der Dotierungsmittelhalterung 32 verflüssigt ist, gibt das Leitungsrohr 33 das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel zu der Siliziumschmelze aus, ohne dass das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel verspritzt wird. Das Leitungsrohr 33 weist die Form eines Zylinders auf, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Abdeckungsteils 31 ist. Ein oberes Ende des Leitungsrohrs 33 ist an einem Außenumfang des Kegels der Dotierungsmittelhalterung 32 befestigt.
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Der Abdeckungsteil 31, die Dotierungsmittelhalterung 32 und das Leitungsrohr 33, die jeweils in der Dotierungsvorrichtung 3 enthalten sind, sind alle aus einem transparenten Quarz ausgebildet und werden unter Anwendung von Wärme oder auf ähnliche Weise miteinander verbunden.
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Ge-Dotierungsmittel-Injektionsverfahren unter Verwendung der Hochziehvorrichtung 1
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Dotieren einer Siliziumschmelze S mit einem Ge-Dotierungsmittel D unter Verwendung der Hochziehvorrichtung 1 beschrieben.
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Zuerst wird der Deckel 312 des Abdeckungsteils 31 entfernt, um das Ge-Dotierungsmittel D in einem festen Zustand zu laden. Das Ge-Dotierungsmittel D wird auf die Dotierungsmittelhalterung 32 geklebt und durch diese gehalten.
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Dann wird der Deckel 312 an dem Hohlschaft 311 befestigt und wird die Dotierungsvorrichtung 3 an dem Hochziehteil 23 des Vorrichtungskörpers 2 befestigt.
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Dann wird die Position des Hochziehteils 23 des Vorrichtungskörpers 2 vertikal eingestellt, um ein unteres Ende des Leitungsrohrs 33 der Dotierungsvorrichtung 3 in die Siliziumschmelze S zu tauchen, sodass das Ge-Dotierungsmittel D um eine vorbestimmte Höhe H von der Oberfläche der Siliziumschmelze S wie in 3A gezeigt beabstandet ist.
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Die Höhe H wird vorzugsweise derart bestimmt, dass sich die Temperatur des Ge dem Schmelzpunkt annähert, um das Ge-Dotierungsmittel durch die Wärme der Siliziumschmelze S zu verflüssigen. Insbesondere ist das Ge-Dotierungsmittel im festen Zustand vorzugsweise derart von der Oberfläche der Siliziumschmelze S beabstandet, dass es den Schmelzpunkt von ungefähr 958,8 Grad Celsius erreicht.
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Wenn das Ge-Dotierungsmittel D aufgrund einer Oberflächenspannung nicht durch das Leitungsrohr nach unten fließt, obwohl das Ge-Dotierungsmittel weitgehend verflüssigt ist, wird die Dotierungsvorrichtung 3 weiter gesenkt, um das Verbindungsloch 321 der Dotierungsmittelhalterung 32 in die Siliziumschmelze S zu tauchen und das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel D in die Siliziumschmelze S einzudiffundieren. Wenn das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel D korrekt von dem Verbindungsloch 321 durch das Leitungsrohr 33 nach unten fließt, muss das Verbindungsloch 321 nicht in die Siliziumschmelze S getaucht werden.
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Nachdem das Ge-Dotierungsmittel D injiziert wurde, wird die Siliziumschmelze S mit einem primären Dotierungsmittel wie etwa rotem Phosphor oder Arsen dotiert.
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[Zweite Ausführungsform]
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für Komponenten verwendet, die identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform sind, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird.
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Nachdem in der ersten Ausführungsform das Ge-Dotierungsmittel verflüssigt und unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 3 in die Siliziumschmelze S injiziert wurde, wird die Siliziumschmelze S mit dem primären Dotierungsmittel wie etwa rotem Phosphor oder Arsen dotiert.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der ersten Ausführungsform, dass wie in 4 gezeigt eine Dotierungsvorrichtung 4 verwendet wird, um gleichzeitig ein primäres Dotierungsmittel D1 wie etwa roten Phosphor oder Arsen, das bei einer normalen Temperatur fest ist und in der Nähe des Schmelzpunkts des Siliziums verdampft, und ein Ge-Dotierungsmittel D2 als sekundäres Dotierungsmittel D2 zu injizieren.
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Anordnung der Dotierungsvorrichtung 4
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Wie in 5 gezeigt, umfasst die Dotierungsvorrichtung 4 einen Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41, einen Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42, eine Führung 43 und eine Halterung 44. Der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 ist unter dem Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 vorgesehen. Die Führung 43 bedeckt eine Außenseite des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 und des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42. Die Halterung 44 ist auf einer oberen Fläche der Führung 43 vorgesehen. Ein oberes Ende der Halterung 44 ist an dem Hochziehteil 23 der Hochziehvorrichtung 1 befestigt (siehe 4).
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Der Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41, der das primäre Dotierungsmittel D1 aufnimmt, weist die Form eines Zylinders mit einem Boden auf.
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Insbesondere umfasst der Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 wie in 6 gezeigt einen zylinderförmigen Hohlschaft 411, einen Boden 412, der eine untere Endfläche des Hohlschafts 411 bedeckt, und einen Deckel 413, der auf einer oberen Endfläche des Hohlschafts 411 vorgesehen ist.
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Eine Vielzahl von Vorsprüngen 414 stehen von einem oberen Außenumfang des Hohlschafts 411 vor.
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Der Boden 412 bedeckt die untere Endfläche des Hohlschafts 411 und hält das darin aufgenommene primäre Dotierungsmittel D. Eine Vielzahl von hakenförmigen Klauen 412A stehen von einem unteren Umfang des Bodens 412 nach unten vor.
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Der Deckel 413 bedeckt die obere Endfläche des Hohlschafts 411, wobei eine Öffnung 413A im wesentlichen in der Mitte des Deckels 413 ausgebildet ist, damit ein Dotierungsmittelgas nach unten ausgegeben werden kann, wenn das primäre Dotierungsmittel D1 verdampft wird.
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Wie in 7 gezeigt, umfasst der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42: einen Zylinderkörper 421, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Hohlschafts 411 des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 ist; und eine Dotierungsmittelhalterung 422, das an einem mittleren Teil in dem Zylinderkörper 421 vorgesehen ist. Ein unterer Teil des Zylinderkörpers 421, der unter der Dotierungsmittelhalterung 422 vorgesehen ist, definiert ein Leitungsrohr, und ein oberer Teil des Zylinderkörpers 421 definiert einen Abdeckungsteil zum Aufnehmen des Ge-Dotierungsmittels D2.
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Der Zylinderkörper 421 weist die Form eines Zylinders auf, dessen obere und untere Enden geöffnet sind. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 421A sind an einem oberen Ende eines Außenumfangs des Zylinderkörpers 421 vorgesehen. Weiterhin ist eine Lüftungsöffnung 421B an dem unteren Teil des durch die Dotierungsmittelhalterung 422 unterteilten Zylinderkörpers 421 vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Zylinderkörpers 421 herzustellen.
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Die Dotierungsmittelhalterung 422 wird durch zwei Platten gebildet, die angeordnet sind, um eine vertiefte Form zu bilden. Der Winkel zwischen den beiden Platten beträgt zum Beispiel 90 Grad. Ein Raum ist an einem unteren Ende der Platten der Dotierungsmittelhalterung 422 vorgesehen, um ein Verbindungsloch 422A vorzusehen.
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Das Verbindungsloch 422A ist ein längliches Loch, das sich in einer diametralen Richtung des Zylinderkörpers 421 erstreckt. Übrigens ist die Breite des Verbindungslochs 422A kleiner gewählt als der Korndurchmesser des Ge-Dotierungsmittels D2. Zum Beispiel beträgt die Breite des Verbindungslochs 411A ungefähr 3 mm. Wenn die Breite des Verbindungslochs 422A zu klein ist, kann das Ge-Dotierungsmittel aufgrund der Oberflächenspannung des verflüssigten Ge-Dotierungsmittels nicht vollständig in den Schmelztiegel 21 injiziert werden.
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Die Führung 43 verhindert, dass das von oben nach unten in der Hochziehvorrichtung 1 fließende Gas direkt auf den Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 gespritzt wird, und führt das durch die Verdampfung des primären Dotierungsmittels D1 erzeugte Dotierungsmittelgas in die Siliziumschmelze S. Die Führung 43 umfasst einen Hohlschaft 431 und eine Abdeckung 432.
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Der Hohlschaft 431 weist die Form eines Zylinders mit einem großen Durchmesser auf und umgibt den Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 und den Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42. Eine Vielzahl von Verbindungsvorsprüngen 433 sind auf einer oberen Innenfläche des Hohlschafts 431 vorgesehen.
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Der Deckel 432 weist die Form einer kreisförmigen Platte auf und bedeckt eine obere Fläche des Hohlschafts 431. Ein Außenumfang des Deckels 432 weist einen größeren Durchmesser auf als der Außenumfang des Hohlschafts 431. Die weiter oben beschriebene Halterung 44 ist im wesentlichen in der Mitte einer oberen Fläche des Deckels 432 ausgebildet.
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Der Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41, der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 und die Führung 43, die alle in der Dotierungsvorrichtung 4 enthalten sind, sind im wesentlichen aus Quarz ausgebildet. Die Vielzahl von Vorsprüngen 414 des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 und die Verbindungsvorsprünge 433 der Führung 43 können ebenfalls aus Quarz sein. Sie können aber auch aus Kohlenstoff ausgebildet sein, weil eine Oberfläche, an der Quarzkomponenten miteinander in Kontakt kommen, leicht Risse bekommen kann.
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Weiterhin sind die Klauen 412A des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 und die Vorsprünge 421A des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 unter einem Verbindungsteil der Vorsprünge 414 und der Verbindungsvorsprünge 433 angeordnet und werden einer hohen Temperatur ausgesetzt. Deshalb sind die Klauen 412A und die Vorsprünge 421A vorzugsweise aus Quarz ausgebildet.
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Montageverfahren der Dotierungsvorrichtung 4
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Um die Dotierungsvorrichtung 4 zu montieren, werden wie in 5 gezeigt die Verbindungsvorsprünge 433 der Führung 43 zu Beginn mit den Vorsprüngen 414 des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 verbunden. Dann werden die Klauen 412A auf der unteren Fläche des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 mit den Vorsprüngen 421A des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 verbunden. Dementsprechend hängt der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 an dem Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41.
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Dabei werden die Vorsprünge 421A des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 wie in 7 gezeigt in Teile eingesetzt, die wie in 6 gezeigt nicht mit den Klauen 412A des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 versehen sind, sodass die Vorsprünge 421A mit den Klauen 412A verbunden werden könne, indem der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 gedreht wird.
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Wenn der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 an dem Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 hängt, ist ein kleiner Raum zwischen einer unteren Fläche des Bodens 412 und einer oberen Endfläche des Zylinderkörpers 421 vorgesehen. Dadurch kann ein Luftfluss zwischen dem Inneren und dem Äußeren eines Teils sichergestellt werden, der einem Abdeckungsteil des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 entspricht.
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Dotierungsmittel-Injektionsverfahren unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 4
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Dotieren der Siliziumschmelze S mit dem primären Dotierungsmittel D1 und dem sekundären Dotierungsmittel D2 unter Verwendung der oben beschriebenen Hochziehvorrichtung 1 mit Bezug auf 8 beschrieben.
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Zuerst wird die Führung 43 an dem Hochziehteil 23 der Hochziehvorrichtung 1 befestigt. Dann wird das primäre Dotierungsmittel D1 in den Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 geladen und wird der Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 an der Führung 43 montiert.
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Dann wird das sekundäre Dotierungsmittel D2 in den Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 geladen und wird der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 an einem unteren Teil des Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 41 aufgehängt.
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Nachdem die Dotierungsvorrichtung 4 montiert wurde, wird der Hochziehteil 23 des Vorrichtungskörpers 2 gesenkt, um das untere Ende des Zylinderkörpers 421 des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 in die Siliziumschmelze S einzutauchen. Übrigens kann dabei das untere Ende des Hohlschafts 431 der Führung 43 eingetaucht werden oder nicht.
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Die Höhe H1, mit der das primäre Dotierungsmittel D1 von der Schmelzoberfläche beabstandet ist, ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass eine Verdampfung des primären Dotierungsmittels D1 unterstützt wird. Wenn zum Beispiel roter Phosphor verwendet wird, wird eine Höhe H1 von vorzugsweise 400 mm gewählt.
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Dagegen ist die Höhe H2, mit der das sekundäre Dotierungsmittel D2 von der Schmelzoberfläche beabstandet ist, vorzugsweise derart gewählt, dass eine Verflüssigung des sekundären Dotierungsmittels D2 unterstützt wird. Zum Beispiel beträgt die Höhe vorzugsweise ungefähr 10 bis 20 mm.
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Wenn die Dotierungsvorrichtung 4 an der oben beschriebenen Position gehalten wird, wird das primäre Dotierungsmittel D1 durch die Wärme der Siliziumschmelze S verdampft, um ein Dotierungsgas in dem Primärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 41 zu erzeugen. Das Dotierungsgas wird über die Öffnung 413A des Deckels 413 nach außen ausgegeben. Das ausgegebene Dotierungsmittelgas wird durch den Deckel 432 der Führung 43 reflektiert und entlang des Hohlschafts 431 nach unten geführt, um zu der Siliziumschmelze S geführt und in die Siliziumschmelze S eindiffundiert zu werden.
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Weiterhin wird das sekundäre Dotierungsmittel d2 durch die Wärme der Siliziumschmelze S verflüssigt und entlang einer Innenfläche des Zylinders 421 aus dem Verbindungsloch 422A der Dotierungsmittelhalterung 422 ausgegeben, um in die Siliziumschmelze S eindiffundiert zu werden.
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Vorteile
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Die Siliziumschmelze S wurde mit dem primären Dotierungsmittel D1 (in diesem Fall roter Phosphor) und gleichzeitig mit dem sekundären Dotierungsmittel D2 in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Prozeduren dotiert. Dann wurde die dotierte Siliziumschmelze S hochgezogen, um einen Ingot zu erhalten.
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Dabei betrug die Dotierungsmenge des roten Phosphors 150 g und betrug die Dotierungsmenge des Ge 150 g, während die Ladungsmenge des Siliziums 23 kg betrug.
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Die Phosphorkonzentration eines oberen Teils des hochgezogenen Ingots relativ zu der Zielkonzentration wurde geprüft, wobei die in 9 angegebene Verteilung gemessen wurde. Es konnten keine größeren Variationen relativ zu der Zielkonzentration festgestellt werden.
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Weiterhin wurde die Ge-Konzentration des oberen Teils des hochgezogenen Ingots relativ zu der Zielkonzentration geprüft, wobei die in 10 gezeigte Verteilung gemessen wurde. Es konnten nur einige wenige Variationen relativ zu der Zielkonzentration festgestellt werden.
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Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass roter Phosphor und Ge gleichzeitig unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 4 der Ausführungsformen dotiert werden können. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Dotierung unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 4 der Ausführungsform ohne große Variationen relativ zu dem Zielwiderstand durchgeführt werden kann.
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[Modifikation der Ausführungsform(en)]
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann die nachfolgend beschriebenen Modifikationen umfassen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird Ge als sekundäres Dotierungsmittel für roten Phosphor, Arsen oder ähnliches verwendet. Wenn jedoch Bor (B) als primäres Dotierungsmittel und Ge als sekundäres Dotierungsmittel verwendet werden, wird das Bor zusammen mit einem Siliziummaterial in einen Schmelztiegel injiziert, um gelöst zu werden, wobei das Ge dann wie oben beschrieben injiziert wird.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst der Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 die Dotierungsmittelhalterung 422 mit dem länglichen Verbindungsloch 422A in der Dotierungsvorrichtung 4 für das gleichzeitige Injizieren von zwei Typen von Dotierungsmitteln, wobei die Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist.
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Insbesondere kann der sekundäre Dotierungsmittel-Aufnahmeteil 42 auch unabhängig für die Dotierung mit Ge verwendet werden. Dabei kann eine obere Endfläche des Sekundärdotierungsmittel-Aufnahmeteils 42 während der Dotierung vorzugsweise durch einen Deckel oder ähnliches geschlossen werden.
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Weiterhin wird gemäß der ersten Ausführungsform das Ge-Dotierungsmittel D unter Verwendung der Dotierungsvorrichtung 3 einschließlich des Leitungsrohrs 33 dotiert, wobei die Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist.
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Das Ge-Dotierungsmittel D kann auch unter Verwendung einer Dotierungsvorrichtung 5 dotiert werden, die wie in 11A und 11B gezeigt kein Leitungsrohr aufweist. Dabei wird die Dotierungsvorrichtung 5 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform für eine vorbestimmte Zeitdauer auf einer vorbestimmten Höhe H über der Oberfläche der Siliziumschmelze S gehalten, um das Ge-Dotierungsmittel D wie in 11A gezeigt zu verflüssigen. Nachdem das Ge-Dotierungsmittel D weitgehend verflüssigt wurde, wird das Verbindungsloch 321 in die Siliziumschmelze S eingetaucht. Dementsprechend tropft das verflüssigte Ge-Dotierungsmittel D nicht in die Siliziumschmelze S, sodass verhindert werden kann, dass das Innere der Hochziehvorrichtung durch ein Verspritzen der Flüssigkeit oder ähnliches verunreinigt wird.
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Die hier beschriebenen Aufbauten, Prozeduren und ähnliches zum Ausführen der Erfindung können auf verschiedene Weise modifiziert werden, solange die Zielsetzung der Erfindung erreicht wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die Erfindung kann auf ein Dotierungsmittel-Injektionsverfahren und eine Dotierungsmittelvorrichtung angewendet werden.
