DE2514824A1

DE2514824A1 - Verfahren zum gezielten einbringen von dotierungsstoffen in halbleiterkristallen beim tiegelfreien zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2514824A1
Application number: DE19752514824
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Dr Muehlbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1975-04-04
Publication date: 1976-10-14
Also published as: JPS51123062A; PL101699B3; GB1483883A; IT1058513B; DD125474A6; BE840358R; DK105876A; LU74104A1

Description

Verfahren zum gezielten Einbringen von Dotierungsstoffen in HaIbleiterkristallen_beim_tiegelfrei6n_Zonenschmelzen_z

(Zusatz zuin Patent VPA 73/1145 (Patentanmeldung P 23 38 338.2)

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum gezielten Einbringen von -Dotierungsstoffen beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines in einem Hezipienten befindlichen, senkrecht an seinen beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei dem die Schmelzzone von einer den Halbleiterstab umschließenden Induktionsheizspule erzeugt und der Dotierstoff direkt der Schmelzzone zugeführt wird, und bei dem als Dotierstoffquelle ein, mit einer vorgegebenen Dotierung versehener, als Dünnstab ausgebildeter Halbleiterkristallstab verwendet wird, wobei der Dünnstab entsprechend dem gewünschten Dotiergrad mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit der Schmelzzone genähert und dort in den Halbleiterstab eingeschmolzen wird.

Der dotierte Dünnstab wird nach dem im Hauptpatent beschriebenen Verfahren durch eine Rohrleitung im Rezipienten von der Seite aus der Schmelzzone zugeführt, wobei zum Erzeugen der Schmel'zzone eine als Flachspule ausgebildete, mit einem Rohreinsatz für die Zuführung des dotierten Dünnstabes versehene Induktionsheizspule verwendet wird.

Durch die Verwendung eines dotierten Dünnstabes als Dotierstoffquelle kann die Dotierung eines gegebenen Halbleiterkristallstabes beim tiegelfreien Zonenschmelzen in Schutzgasatmosphäre oder auch

VPA 9/-110/4077

Edt-12 3am

609842/08 2

25H824

in Vakuum genau dosierbar eingestellt werden. Die Dotierung ist abhängig

1. von der Dotierung des Lünnstabes,

2. von der Dicke bzw. den Querschnitt des Dünnstabes und

3. von der Vorschubgeschwindigkeit des dotierten Dünnstabes.

Da diese drei Parameter genau einstellbar sind, läßt sich auf einfache Yieise auch die gezielte Dotierung des Halbleiterkristallstabes durchführen.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer Verbesserung des bekannten Verfahrens, ",vobei eine noch homogenere Verteilung des Dotierstoffes sowohl in axialer als auch in radialer Richtung im zonengezogenen Halbleiterkristallstab gewährleistet wird.

Zur lösung dieser Aufgabe wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, welches gegenüber des im Hauptpatent beanspruchten Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der dotierte Dünnstab durch den hohlen Vorratsstabteil der Schnelzzone zugeführt wird. Es liegt iis Haaraen der Erfindung, daß als Vor rat as tab teil ein dickwandiges Rohr aas des entsprechenden Halbleitermaterial, verwendet wird.

einer Weiterbildung des Erfindungsgeäanirens ist auch vorgesehen, als Torratsstabteil einen Haibleiterraaterialstab zu verwenden., der eine Längsbohrung aufweist, deren Burchr.esser des Durchmesser des dotierten Dünnstabes angepaßt ist, Durch die exakte Anpassung wird erreicht, daS die Dotierung sehr genau eingestellt werden kann.

VPA 9/110/4077

609842/0827

-3- 25H824

Zev dotierte Lünnste.b weist einen Durchmesser in Bereich von 2 bis ¹O mm auf; seine Verschubgesclrvindigkeit in Yorratshalbleiterstab wird zweeknäSigerweise auf einen Bereich von 1 bis 10 mm/min eingestellt. 13er Dotierprozei? wird vorzugsweise, um Überschläge zwischen Spule und Stab zu vermeiden, :in Schutzgasatmosphäre, insbesondere in Argonatmosphäre, bei leichtem Überdruck durchgeführt.

Un eine noch bessere ."Ourchmischung in der Schmelze zu erreichen, empfiehlt es sich, den dotierten Dunnstab oder den hohlen Yorratsstabteil oder auch beide in Rotation um ihre Längsachsen zu verse tzen.

•eitere "Einzelheiten des Verfahrens nach dei· Lehre der Erfindung sind in: folgenden Ausführungsbeispiel und der in der Zeichnung befindlichen Figur noch näher erläutert.

^Lb'

Ir. einen für das tiegelfreie Zonenschmelzen vorgesehenen Rezipienten 1 befindet sich ein, senkrecht in die obere Stabhalterung 2 eingespannter, zunächst noch undotierter Yorratshalbleiterstab 3 au.3 Silicium, der eine Längsbohrung 4 von etwa 5 mm Durchmesser aufweist. In die untere Stabhalterung 5 ist ein, an einen Siliciumeinkristall 6 angeschmolzener Keimkristall 7 eingespannt. Eine als Flachspule ausgebildete Induktionsheizspule 3 erzeugt eine Schmelz-ZGK.S 9, aus der der dotierte Siliciumeinkristallstab 6 gezogen wird. Lurch den hohlen Vorratsstabteil 3 -sowie durch dessen Stabhalterung ■an Λ durch die hohle, an der Stabhalterung 2 befestigte Y'elle 10 wird in den Rezipienten 1 vakuumdicht ein dotierter Siliciumdünnibtab 11 eingeführt, welcher aus einem etwa 4 mm dicken phosphordotierten Siliciunkristallstab mit einem spezifischen elektrischen .Widerstand von 0,7-Q. cm besteht. Der dotierte Dünnstab 11 wird an seinen oberen Ende mit einen ferromagnetischen Kern 12, welcher mit einer Isolationsschicht 13 überzogen ist, verbunden. Der ferromagnetische Kern 12 ist mit außerhalb des Rezipienten 1 angeordneten I.:itneh"erelektronagneten 14 gekoppelt, so daß der dotierte Dünnstab 11 mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit der-Schmelz-

YFA 9/110/4077

-A-

25H824

KOHe 9 zugeführt und in dieser eingeschmolzen werden kann. Außerdem kann der dotierte Siliciundünnstab 11 zusätzlich auch in Undrehur.g (siehe Pfeil 15) un seine Längeachse versetzt werden. Die Öffnung für den dotierten Lünnstab 11 in der hohlen V/elle 10 ist mit einer· Deckel 16 gasdicht verschlossen.

Am He;n.pienten 1 ist sin "anoneter 17 vorgesehen, welches einen im Rezipierten herrschenden Gasdruck anzeigt, v,^relcher von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Argongasflasche über die Gaszuführung 1c erzeugt wird. Lr. Re^ipienten wird v/ährend des Dotierens ein leichter Überdruck der Argonatir.osphäre von 0,15 atü eingestellt und aufrecht erhalten.

Aus füh rung cbeispiel:

Zur Hsrstellung eines Siliciuneinkristallstabes 6 mit einem Durchmesser von 50 ran und einer Phosphor-Dotierung entsprechend einem spezifischen elektrischen ^:..'iderstand von ca. 110xi_cin v/ird. ein Silieitundünnstab 11 von 4 rnm Durchmesser verwendet, der eine Phosphor-Jc tierung von 0,7-O.cK (3,4'1O⁰ At/gr.) aufweist. Dieser Dünnstab 11 v/ird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 6 ram/nin in die Schmelzzone 9 des undotierten hochohmigen Siliciumstabes 3 (50 JiT. Aui3endurchnesser nit 5 πγί Längsbohrung; P ^> 2000-^-cm) eingeschmolzen und v/ährend des tiegelfreien Zonenschnelzens eine Ziehgesch'"indigkeit von 3 nira/nin eingestellt. Aus den Gev/icht des aufgepchnolzenen hohlen Siliciumvorratssta.bteils 3 ( 140 gr.) pro IJinute und den Gev/icht des aufgeschmolzenen dotierten Si'liciumdünnstabes 11 (1,75 g7"·) pro I-ünute errechnet sich mit dem Verdünnung sfa,k tor 0,0125 und einem eff. Verteilungskoeffizienten von 0,47 die Dotierung in Einkristall zu 2·10 ^ At/gr. Si. Der erzielten Dotierung entspricht demnach ein spezifischer V'iderstand von etwa 100 -Q. cm.

8 Patentansprüche
1 Figur

VPA 9/110/4077

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum gezielten Einbringen von Dotierungantoffen beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines in einem Re;iipienten befindlichen, senkrecht an seinen beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes, bei dem die Schmelzzone von einer den Halbleiterstab umschlies« senden Induktionsheizspule erzeugt und der I'otierstoff direkt der Schmelzzone zugeführt wird, und bei dem als Dotierst off quelle ein, mit einer vorgegebenen Dotierung versehener, ala Dünnstab ausgebildeter Halbleiterkristallstab verwendet wird, v;obei der Dünnstab entsprechend dem gewünschten Dotiergrad mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit der Schraelzzone genähert und dort in den Halbleiterstab eingeschmolzen wird nach Patent

(Patentanmeldung P 23 38 338.2 = VPA 73/1145), dadurch gekennzeichnet , daß der dotierte Dünnstab durch den hohlen Vorratsstabteil der Schmelzzone zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet , daß als Vorratsstabteil ein dickwandiges Rohr aus dem entsprechenden Halbleitermaterial verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge kenn zeichnet , daß als Vorratsstabteil ein Halbleiterstab verwendet wird, der eine Längsbohrung aufweist, deren Durchmesser dem Durchmesser des dotierten Dünnstabes angepaßt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet , daß der dotierte Dünnstab einen Durchmesser im Bereich von 2 - 10 mm aufweist.

VPA 9/110/4077

6098A2/Q827

BAD ORIGINAL

5. Verfahren r.aoh Anspruch 1 bis A, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein dotierter Lürmstab verwendet v;ird, der einen spezifischen elektrischen "./iderstand im Bereich von 10 bis 10 -C_ cm aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e k e η η zeichnet , o.aii die Vorschub^esch'windigkeit des dotierten Lünnstabes in Vorratshalbleiterstab auf einen Bereich von 1 bis 1 0 Γιπ/nin eir.gesteilt v/i rd.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis G, dadurch ge k e nn zeichnet , daß der Dcxierurozeß in Schutzgasatnosphäre, inibesondere in Ar^onai.-.Oophare, bei leichtem überdru::]; durchgeführt ^Tvird.

8. Verfahren neich Anspruch 1 bis 7, dadurch gelcenn

ζ e i c h net , daß der dotierte Dünnstab und/oder auch der hohle Vorratshalbleiterc tab in P.otation versetzt v/erden.

VPA 9/110/4077 6 Π 9 8 A ? / 0 B ? 7

BAD ORiGfNAL