DE3513629A1

DE3513629A1 - Anordnung zum einbringen von festen dotierstoffen in eine schmelzzone

Info

Publication number: DE3513629A1
Application number: DE19853513629
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. 8000 München Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1986-10-23

Description

Anordnung zum Einbringen von festen Dotierstoffen in
eine Schmelzzone Die Anmeldung bezieht sich auf eine Anordnung zum Einbringen von Dotierstoffpillen in die Schmelzzone eln* einem Rezipienten tiegellos zu schmelzenden Halbleite stabes mit einer außerhalb des Rezipienten angoranete;, die Pillen aufnehmenden Kammer und einem gasdicht durch die Rezipientenwand gehenden, auf die Schmelze zielenden Zuführungsrohr.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise im US-Pate-4 270 972 beschrieben worden. Mit dieser Anordnung kann der Halbleiterstab gezielt durch feste Dotierstoffe dotiert werden, indem der feste Dotierstoff in Pillen form durch das Zuführungsrohr direkt in die Schmelzzone eingebracht wird. Auf der anderen Seite mündet das Zuführungsrohr in eine Verteilerkammer, in die die Pillen gegeben werden. Da das Innere des Rezipienten entweder mit Schutzgas gefüllt oder weitgehend evakuiert ist, ergibt sich das Problem, die die Dotierstoffpillen aufnehmende Kammer so auszubilden, daß eine Veränderung der Atmosphäre im Inneren des Rezipienten verhindert wird. Damit ergeben sich Abdichtprobleme in der Kammer selbst.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der genannten Gattung so weiterzubilden, daß ein Abdichten der Kammer auf einfache und zuverlässige Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kammer eine Schleusenkammer mi einer Einlaßöffnung und einer Ausiaßöffnung isa, daß auf der Einlaßöffnung außen ein erstes steuerbares Ventil unter Druck aufsitzt, daß ein zweites steuerbares Ventil im Inneren der Schleusenkammer unter Druck auf der Auslaßöffnung aufsitzt, daß die Einlaß- und die Auslaßöffnung jeweils am tiefsten Punkt einer auf der Außenseite bzw. der Innenseite der Schleusenkammer liegenden Vertiefung angeordnet ist, und daR die Schleusenkammer einerseits über die Auslaßöffnung und das Zuführungsrohr mit dem Inneren des Rezipienten und andererseits über eine Zuleitung mit einer Vakuumquelle oder einer Inertgasquelle verbunden ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip der direkten Dotierung mit Dotierstoffpillen, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Anordnung gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine Abwandlung einer Einzelheit nach Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Prinzip einer Anordnung zum tiegellosen Zonenschmelzen eines Halbleiterstabes dargestellt. Der Rezipient ist mit 1 bezeichnet, in seinem Inneren ist ein Halbleiterstab 2 um seine Vertikalachse drehbar und längs seiner Längsachse verschiebbar gelagert. Die Schmelzzone ist mit 3 bezeichnet; der besseren Übersichtlichkeit halber wurde die Heizspule weggelassen. In der Wand des Rezipienten sitzt gasdicht ein Zuführungsrohr 4, das auf die Schmelzzone 3 zielt. Das Zuführungsrohr 4 ist mit einer Kammer 5 verbunden, die eine Einlaßöffnung 6 für die Dotierstoffpillen aufweist. In die Öffnung 6 gegebene Dotierstoffpillen durchlaufen die Kammer 5 und bewegen sich durch Schwerkraft durch das Zuführungsrchr 4 @@@ Schmelze 3, wo sie schmelzen und in das Halbleitenmaterial eingebaut werden. Die Kammer 5 ist derart aufgebs daß die Außenatmosphäre keinen Zutritt zum Inneren 3ci; Rezipienten 1 hat.
In Fig. 2 sind die Einzelheiten der Kammer 5 im cht.
dargestellt. Die Kammer hat ein Gehäuse 8, in de@ ei@ Schleusenkammer 9 angeordnet ist. Die Schleusenkammer hat eine Auslaßöffnung 10 und eine Einlaßöfnung 1. Die Einlaßöffnung 11 liegt höher als die Auslaßöffnung 10 Die Auslaßöffnung 10 ist mittels eines Ventils 12 -erschlossen, das unter Federdruck von innen auf der 10 aufsitzt. Die Einlaßöffnung 11 ist mittels eines Ven tils 13 verschlossen, das von außen unter Federdruck auf der Einlaßöffnung 11 aufsitzt. Die Auslaßöffnung 10 ist über ein Zuführungsrohr 14 mit dem Inneren des R@zipienten verbunden. Die Schleusenkammer 9 ist über ein Rohr 15 und ein Absperrventil 16 mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe oder einer Inertgasquelle verbunden Beim Zonenschmelzen unter Schutzgas wird die Luft im Rezipienten vor Beginn des Zonenschmelzens abgepumpt. Bei geöffnetem Ventil 12 und geschlossenem Absperrventil 16 werden auch die Schleusenkammer 9 und die Einlaßöffnung 11 evakuiert. Zum Zonenschmelzen wird dann der Rezipient und über das geöffnete Ventil 12 auch die Schleusenkammer 9 mit Schutzgas von leichtem Überdruck gefüllt. Nun wird das Ventil 12 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet. Damit wird die Schleusenkammer 9 mit Schutzgas geflutet, das durch das Ventil 16 unter leichtem Überdruck zugeführt wird.
Die Einlaßöffnung @@ und die Auslaßöffnung 10 liegen jeweils am tiefster Punkt einer auf der Außenseite des Gehäuses 8 @@w auf @@ @nnenseite der Schleusenkammer 9 liegenden Vertiefung 18 bzw. 19. Diese Vertiefungen sind zweckmäßigerweise konusförmig ausgebildet. Zur Verbesserung der Dichtwirkung können die Ventile 12, 13 mit Dichtungen 20 und 21 versehen sein, die die entsprechenden Öffnungen umgeben.
Die Ventile 12, 13 werden durch Elektromagnete 22, 23 betätigt. Die Magnete haben Magnetspulen 24, 25, Anker 26, 27, Hubstangen 28 und 29 sowie Federn 30, 31. Bei Erregung der Elektromagneten werden die Anker 26, 27 gegen den Druck der Federn 30, 31 nach oben gezogen und geben entweder die Einlaßöffnung 11 oder die Auslaßöffnung 12 frei. Wird in die Vertiefung 18 eine Dotierstoffpille 17 gegeben, so wird der Elektromagnet 23 betätigt, und die Pille 17 fällt in die Kammer 9. Unmittelbar darauf fällt der Elektromagnet 23 wieder ab und der Elektromagnet 22 wird betätigt. Die Dotierstoffpille 17 fällt dann durch das Zuführungsrohr 14 und gelangt in die Schmelzzone des Halbleiterstabes. Hierbei tritt durch die Einlaßöffnung 11 Schutzgas aus, das durch das Rohr 15 ergänzt wird. Dadurch wird ein Eindringen von Luft verhindert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases wird über das Ventil 16 so eingestellt, daß die Pille 17 nicht aus der Einlaßöffnung 11 herausgeblasen wird.
Bei elektromagnetischer Betätigung empfiehlt es sich, das Gehäuse wenigstens in der Nähe der Anker aus nichtmagnetischem Werkstoff aufzubauen.
Anstelle der elektromagnetischen Betätigung der Ventile 12, 13 kann jede andere Art der Ventilbetätigung gewählt werden. In Fig. 3 ist als Beispiel ein pneumatischer Antrieb dargestellt. Dieser besteht aus einer Kammer 36, in der ein Kolben 38 angeordnet ist. Dieser ist mit einer Schubstange 37 verbunden, die am unteren Ende das Ventil 12 trägt. Oberhalb des Kolbens 38 ist ein Verbindungs- rohr 40 vorgesehen, an das Unterdruck angelegt wird Raum unterhalb des Kolbens steht über ein Rohr 41 mit der Außenatmosphäre in Verbindung. Im Ruhezusta} wird das Ventil 12 durch Druck der Feder 39 gegen die Auslaßöffnung 10 gepreßt. Bei Anlegen eines Unterdrucks an das Rohr 40 wird das Ventil betätigt. Eine entspre chende Einrichtung kann auch zur Betätigung des Ventils 13 verwendet werden.
Bei Dotierstoffen mit sehr großem Verteilungskoeffizienten empfiehlt es sich, die Dotierstoffpi lle-c anstbt reinem Dotiermaterial aus einer Legierung des Dot@er.
stoffs mit dem Halbleitermaterial her@ustel@@n.
6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zum Einbringen von Dotierstoffpillen in Gie Schmelzzone eines in einem Rezipienten tiegellos zu schmelzenden Halbleiterstabes mit einer außerhalb des Rezipienten angeordneten, die Pillen aufnehmenden Kammer und einem gasdicht durch die Rezipientenwand gehenden, auf die Schmelze zielenden Zuführungsrohr, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer eine Schleusenkammer (9) mit einer Einlaßoffnung will) und einer Auslaßöffnung (10) ist, daß auf der Einlanffnung (11) außen ein erstes steuerbares Ventil (13) unter Druck aufsitzt, daß ein zweites steuerbares Ventil (12) im Inneren der Schleusenkammer unter Druck au; der Auslaßöffnung (10) aufsitzt, daß die Einlaß- und die Puslaßöffnung jeweils am tiefsten Punkt einer auf der Außenseite des Gehäuses (8) bzw. der Innenseite der Schleusenkammer (9) liegenden Vertiefung (18, 19) angeordnet ist, und daß die Schleusenkammer (9) einerseits über die Auslaßöffnung (10) und das Zuführungsrohr (14) mit dem Inneren des Rezipienten (1) und andererseits über eine Zuleitung (15) mit einer Vakuumquelle oder einer Inertgasquelle verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ventile (12, 13) elektromagnetisch steuerbar sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schleusen kammer mindestens teilweise aus amagnetischem Metall besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ventile pneumatisch steuerbar sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vertiefungen (18, l9) und die Ventile (13, 12) konusförmig ausgebildet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Schleusenkammer (9) der gleiche Inertgasdruck herrscht wie im Rezipienten (1).