DE4213097A1 - Zuführvorrichtung für Dotierungsstoffe für eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkristallen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkristallen nach dem Czochralski-Verfahren, insbesondere eine Zuführvor­ richtung für Dotierstoffe zur Einstellung bzw. Anpas­ sung des Dotierungsgrades der Siliziumschmelze.

Bei der Herstellung von Siliziumeinkristallen wird häufig das sogenannte Czochralski-Verfahren (im fol­ genden CZ-Verfahren genannt) eingesetzt, bei dem ein Impfkristall in die in einem Quarzschmelztiegel be­ findliche Siliziumschmelze getaucht und unter Drehung gezogen wird.

Bei diesem Verfahren werden der Siliziumschmelze zur Steuerung des spezifischen Widerstandes eines Silizi­ umeinkristalls vorab Dotierungsstoffe, wie z. B. Phos­ phor- oder Boratome zugesetzt. Die Segregationskoeffi­ zienten dieser Elemente sind jedoch kleiner als 1, so daß die Dotierungsdichte der Siliziumschmelze beim Ziehen des Siliziumeinkristalls erhöht wird.

Dadurch steigt der Dotierungsgrad im Siliziumeinkri­ stall allmählich vom Kopf zum Ende hin an, so daß der größte Teil des Kristalls den Anforderungen an den Wi­ derstand nicht entspricht.

Zur Lösung dieses Problems ist das kontinuierliche CZ-Verfahren bekannt, bei dem unter kontinuierlicher Zu­ fuhr von Siliziumausgangsmaterial in den Tiegel eine entsprechende Dotierungsstoffmenge zugeführt wird, so daß der Dotierungsgrad der Siliziumschmelze konstant gehalten und der spezifische Widerstand des Silizi­ umeinkristalls entlang seiner Längsrichtung gleichmä­ ßig gestaltet wird.

Es sind für die Zuführung von Dotierungsstoffen be­ reits Verfahren bekannt, z. B. eines, bei dem das zuzu­ führende Ausgangsmaterial vorab mit einem Dotierstoff gemischt wird oder bei einem anderen ein Siliziumstab, der einen Dotierungsstoff enthält, in die Silizium­ schmelze getaucht wird.

Diese Verfahren werfen allerdings Probleme auf, d. h. beim ersten das der Gleichmäßigkeit des Mischens und bei dem zweiten das der Schwankung bei der Schmelz­ menge unter anderem aufgrund der Welligkeit der Sili­ ziumschmelze, was eine genaue Steuerung der zugeführ­ ten Dotierstoffmenge erschwert.

Zur Lösung dieser Probleme wird in dem offengelegten japanischen Patent 2-18377 eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 als Verfahren zur Unterteilung des Inneren eines Schmelztiegels durch ein Quarzelement offenbart, bei dem unter kontinuierlicher Zufuhr von Siliziumaus­ gangsmaterial auf die Außenseite des Quarzelementes eine quantitativ und periodisch entsprechende Menge des Dotierungsstoffes der Außenseite des Quarzelemen­ tes zugeführt wird.

In der Fig. 5 stellt Bezugsziffer (30) eine Vorrich­ tung für die Zufuhr von Dotierungsstoffen dar, (31) einen in Schräglage angeordneten, oben offenen Zylin­ der, (32) einen Kolben, (33) eine über einen Stab (34) mit dem Kolben (31) verbundene Antriebseinheit, (35) ein Dotierstoffzuführrohr und (36) Dotierstoff-Sub­ strate.

Die Dotierungsstoff-Zuführvorrichtung ist derart ge­ staltet, daß die Chips (36), die durch Schneiden von Siliziumscheibchen mit bekanntem Dotierungsgrad in eine regelmäßige Form hergestellt wurden, vom Zylinder (31) einzeln vorgeschoben werden und durch das Dotie­ rungsstoff-Zufuhrrohr (35) in die Siliziumschmelze im Materialzufuhrabschnitt fallen.

In dem US-Patent 4,696,716 wird ebenfalls eine Vor­ richtung für die Zufuhr von Dotierungsstoffen offen­ bart (Fig. 6 und 7), sie weist jedoch einen anderen Aufbau auf.

Bezugsziffer (40) der Fig. 6 und 7 bezeichnet eine Dotierstoff-Zufuhrvorrichtung mit trichterförmigem Silo (41) und schräg angeordnetem, mit dem Silo (41) über eine Rohrverbindungsöffnung (47) verbundenem Rohr (42). Ein Auslaßrohr (48) des Rohrs (42) ist über einen offenen Ablauf (43) mit dem Rohr (42) verbunden; im Rohr (42) ist ein Kolben (44), der von einem An­ triebsstab (45) angetrieben wird, angeordnet.

Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, werden in der Do­ tierstoff-Zuführeinrichtung (40) kugelförmige Stücke (46) als Dotierungsstoff eingesetzt.

Allerdings kann der Dotierstoff nur schwer in eine re­ gelmäßige Form und feststehende Konzentration gebracht werden, so daß der Dotierungsgrad schwer genau zu fas­ sen ist.

Außerdem müssen die Dotierstoff-Stücke (36) der Fig. 5 für ihren Einsatz in dieser Vorrichtung nicht nur einzeln übereinander in dem Silo (41) angeordnet werden, sondern es muß auch ein Kolben (44) eingesetzt werden, der dünner ist als die Dicke der Chips, und das ist praxisfern.

Da in der Vorrichtung nach dem offengelegten japani­ schen Patent 2-18377 die durch genaues Schneiden der Siliziumscheibchen erhaltenen Siliziumchips (36) als Dotierungsstoff eingesetzt werden, haben die Splitter an sich eine hohe quantitative Eigenschaft, weil sie bezüglich Konzentration und Gewicht gleich sind, und es zudem möglich ist, daß die Chips immer einzeln her­ unter fallen. Dadurch kann der Dotierungsgrad der Si­ liziumschmelze exakt gesteuert werden.

Aufgrund der jüngsten Tendenz, die Länge und den Durchmesser von Siliziumeinkristallen zu steigern, hat sich die erforderliche Menge an Dotierungsstoff erheb­ lich erhöht, so daß bei dieser Vorrichtung entweder der Dotierungsgrad der Chips erhöht oder der Zylinder verlängert werden muß, um diesen Anforderungen zu ent­ sprechen.

Da jedoch im ersten Fall die Dotierstoff-Chips durch Schneiden von Siliziumscheibchen hergestellt werden, gibt es bei der Herstellung von Siliziumeinkristall­ produkten mit hohem Dotierungsgrad, aus denen die Chips geschnitten werden, ebenso eine Begrenzung wie bei der Erhöhung der Dotierungsdichte der Chips. Zudem kommt es bei der Anwendung von Dotierstoff-Stücken mit hoher Konzentration zu stärkeren Schwankungen des Do­ tierungsgrades der Siliziumschmelze bevor und nachdem ein Chip eingebracht wurde, und der Kristall weist keinen gleichmäßigen Widerstand mehr auf.

Im zweiten Fall muß, zusätzlich zur Länge des Zylin­ ders, auch die Kammer mit druckreduzierter Atmosphäre zur Unterbringung der Dotierungsstoff-Zufuhrvorrich­ tung vergrößert werden, außerdem ist die den Kolben stützende Welle kleiner als der Durchmesser des Zylin­ ders oder die Größe der Chips, so daß die Festigkeit ein neues Problem aufwirft.

Zudem ist das Stapeln und Beladen der einzelnen Do­ tierstoff-Chips in den sehr langen Zylinder ausgespro­ chen schwierig.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die Mängel des Standes der Technik überwunden. Der vorliegenden Er­ findung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Einsatz in ei­ ner Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkri­ stallen nach dem kontinuierlichen CZ-Verfahren, bei dem Ausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt wird und Siliziumeinkristalle mit einem entlang der Längsrich­ tung des Kristalls gleichmäßigen Widerstand herge­ stellt werden, eine Vorrichtung für die Zufuhr von Do­ tierungsstoffen bereitzustellen, die außerordentlich große Mengen dieser Dotierungsstoffe bei Bedarf und in der erforderlichen Menge der Siliziumschmelze zuführt, von der eigentlichen Vorrichtung entfernt werden kann und eine kompakte Bauweise aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Zuführung von Dotierungsstoffen für eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumein­ kristallen nach dem kontinuierlichen CZ-Verfahren, bei dem das Innere eines Schmelztiegels durch ein Quarz­ element unterteilt wird, so daß der Außenseite des Quarzelementes kontinuierlich Ausgangsmaterial und Do­ tierstoff-Substrate, die durch Schneiden von Siliziumscheibchen mit bekanntem spezifischem Wider­ stand in eine regelmäßige Form erhalten werden, zuge­ führt werden, bereitstellt, wobei dieser Dotierstoff- Speiseapparat umfaßt: eine eigentliche Dotierungs­ stoff-Zuführvorrichtung, eine Kassette für Dotier­ stoff-Substrate, die in Schrägstellung und einfach entfernbar auf der eigentlichen Vorrichtung angebracht und mit einer Vielzahl von Rillen versehen ist, so daß sie mit Zwischenstücken verschiedener Dicke und mit den Chips beschickt werden kann, einen Kolben und eine Kolbenantriebsvorrichtung, so daß die Dotierstoff- Chips einzeln aus der Kassette fallen, ein Zählwerk für die Dotierstoff-Stücke, das an der Seite eines Do­ tierstoff-Zuführrohres angebracht ist, um die Anzahl der in die Siliziumschmelze im Materialzuführbereich gefallenen Dotierungsstoff-Stückchen zu erfassen, so­ wie eine Steuereinheit für die Regelung der Zufuhrge­ schwindigkeit, die Signale von einer Ausgangsmaterial- Zufuhreinrichtung und der Zählvorrichtung für die Do­ tierstoff-Stückchen zur Steuerung der Kolbenarbeit empfängt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist die er­ findungsgemäß eingesetzte Kassette für die Dotier­ stoff-Chips zwei oder mehrere Rinnen auf, wobei die Breite jeder Rille an einem Ende abnimmt, so daß sie das untere Ende bildet, wenn die Kassette in die Vor­ richtung eingesetzt wird, um das Herabfallen der sich in jeder Rinne befindenden Abstandsstücke zu verhin­ dern.

Zwischenstücke verschiedener Dicke sind jeweils in die Rillen eingesetzt, die Dotierstoff-Chips sind auf je­ dem der Zwischenstücke gestapelt.

Da die Kassette von der eigentlichen Apparatur ent­ fernt werden kann und die obere Oberfläche der Kas­ sette im Gegensatz zu dem Zylinder der in Fig. 5 dar­ gestellten konventionellen Vorrichtung offen ist, wird der Beladungsvorgang mit den Chips bedeutend verbes­ sert.

Durch die Bildung einer Vielzahl von Nuten in der Kas­ sette wird diese mit der Dotierstoff-Zuführvorrichtung als Einheit in kompakter Form montiert, wobei wesent­ lich mehr Chips eingesetzt werden können.

Da bei einer derartigen Vorrichtung Verschmutzung durch Fremdkörper im Dotierungsstoff so weit wie mög­ lich vermieden werden muß, kann die Kassette für die Dotierstoff-Stücke der erfindungsgemäßen Zuführvor­ richtung aus Kieselglas oder Silizium hergestellt sein; sie kann ferner aus der eigentlichen Zuführvor­ richtung für Dotierungsstoffe entfernt und somit einer Routinesäuberung unterzogen werden.

Durch die schräge Montage der mit den Chips beladenen Kassette auf der eigentlichen Dotierungsstoff-Zuführ­ vorrichtung und langsames Antreiben des Kolbens von der unterhalb angebrachten Antriebseinheit werden die Chips angestoßen und fallen herunter; dabei wird die Zahl der fallenden Stückchen von der Zählvorrichtung, die auf dem Dotierstoffzuführungsrohr angebracht ist, erfaßt und die Antriebseinheit bei Erreichen der ange­ setzten Menge angehalten.

Bezogen auf die Dicke der eingesetzten Dotierstoff- Chips, können zu diesem Zeitpunkt durch geeignete Aus­ wahl der Dicke der jeweiligen in die Nuten eingesetz­ ten Zwischenstücke die Dotierstoff-Chips nacheinander einzeln von denjenigen in den ersten Reihen abgeworfen werden, ohne daß Chips gleichzeitig aus den verschie­ denen Rillen herunterfallen, so daß die Dotierstoff- Stückchen exakt zugesetzt werden können.

Durch diese Bauweise können mit der erfindungsgemäßen Zuführvorrichtung für Dotierungsstoffe außergewöhnlich hohe Mengen an Dotierungsstoffen zugesetzt werden.

Dadurch kann bei der Herstellung von Siliziumeinkri­ stallen nach dem CZ-Verfahren, bei dem das Ausgangsma­ terial kontinuierlich zugeführt wird, ein Siliziumein­ kristall mit in Längsrichtung des Kristalls einheitli­ chem Widerstand erhalten werden, indem der Silizium­ schmelze von Zeit zu Zeit die erforderliche Dotier­ stoffmenge zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Zuführvorrichtung für Dotierungs­ stoffe ist daher sehr vielseitig, hat einen einfachen Aufbau und wird in kompakter Form eingebaut, so daß die Vorrichtung zur Steigerung der Länge und des Durchmessers von Kristallen eingesetzt werden kann, ohne daß die Konstruktion des bestehenden Schmelzofens beeinflußt wird; zudem ist die Beladung mit den Chips durch das Einsetzen der Dotierstoff-Stückchen in die Kassette, die abnehmbar auf der eigentlichen Dotie­ rungsstoff-Zuführvorrichtung angebracht ist, einfach; durch die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung wird eine gute Ausbeute erzielt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegen­ den Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Zuführung von Dotierungsstoffen.

Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung für die Zuführung von Dotie­ rungsstoffen.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Bei­ spiels einer Vorrichtung zur Herstellung von Silizi­ umeinkristallen nach dem kontinuierlichen CZ-Verfah­ ren, die mit der erfindungsgemäßen Zuführungsvorrich­ tung für Dotierungsstoffe ausgestattet ist.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bezie­ hung zwischen dem Dickenunterschied zwischen den in den Rillen der Kassette für die Dotierstoff-Chips be­ findlichen Abstandsstücke und der Wahrscheinlichkeit darstellt, daß Dotierstoff-Chips einzeln herunter fal­ len.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer kon­ ventionellen Zuführvorrichtung für Dotierungsstoffe.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weite­ ren konventionellen Zuführvorrichtung für Dotierungs­ stoffe.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Zuführ­ vorrichtung für Dotierungsstoffe nach Fig. 6.

Bei den Fig. 1 und 2 handelt es sich um eine sche­ matische Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zuführungsvorrichtung für Dotierungsstoffe, Fig. 3 stellt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkristallen nach dem kontinuierlichen CZ-Verfahren dar, die mit einer erfindungsgemäßen Zu­ führungsvorrichtung für Dotierungsstoffe ausgestattet ist.

Bezugsziffer (1) der Fig. 1 bis 3 bezeichnet einen Schmelztiegel aus Quarz, der durch einen Graphittiegel (2) gestützt wird, der seinerseits drehbar auf einem Sockel (3) gelagert ist.

Der Quarzschmelztiegel (1) wird durch ein ringförmiges Trennelement (4), welches ebenfalls aus Quarz herge­ stellt ist, in einen Einkristallwachstumsabschnitt (A) und einen Materialzuführungsabschnitt (B) unterteilt.

In diesem Zusammenhang ist die kleine Öffnung (5) für den Durchfluß der Siliziumschmelze (6) zu beachten. Bezugsziffer (7) bezeichnet einen aus der Silizium­ schmelze (6) gezogenen Siliziumeinkristall, (9) eine an der Außenseite des Graphittiegels (2) angebrachte Heizvorrichtung und (10) eine Schmelzofenkammer.

Bezugsziffer (11) bezeichnet eine Aufgabeeinrichtung für das Siliziumausgangsmaterial (13), welches durch das Materialzufuhrrohr (12) in den Materialzuführungs­ abschnitt (B) eingebracht wird.

Bezugsziffer (20) bezeichnet eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Zufuhr von Dotierungsstoffen, (21) eine in Schrägstellung angeordnete Kassette für die Dotierstoff-Stücke, (22) einen Kolben, der einer Harke entsprechend die gleiche Zahl Zinken wie die Kassette (21) für die Dotierstoff-Chips Rillen aufweist. (23) bezeichnet eine Antriebseinheit für den Kolben (22), die mit diesem über eine Welle (24) verbunden ist. Diese Bestandteile befinden sich innerhalb der Kammer (10a) der Vorrichtung für die Zufuhr von Dotierungs­ stoffen.

Bezugsziffer (26) bezeichnet Dotierstoff-Stückchen, mit denen die Kassette (21) beladen ist. Da als Rohma­ terial für die Dotierstoff-Stücke Siliziumscheibchen verwendet werden, ist ihr Widerstand und ihre Dicke sehr genau bekannt, zudem sind sie präzise in quadra­ tische Stücke geschnitten, wodurch sie sehr einheit­ lich gestaltet sind. Die Dotierungsstoff-Stücke (26) werden durch das Zuführungsrohr (25) in den Material­ zuführungsabschnitt (B) eingebracht.

Die Anzahl der zugeführten Dotierungsstoff-Chips (26) wird von einer Zählvorrichtung (28) erfaßt.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß bei dieser Zuführungsvorrichtung für Dotierungsstoffe die direkt mit den Dotierstoff-Stückchen (26) in Berührung kom­ menden Teile aus Materialien hergestellt sind, die zu diesen Chips (26) eine geringe Reibung aufweisen und keine unerwünschten Verunreinigungen verursachen, d. h. die Kassette (21) für die Dotierstoff-Stücke ist aus Kieselglas oder reinem Polykristall- oder Einkristall-Si­ lizium und das Zuführrohr (25) aus Kieselglas herge­ stellt.

Anhand der oben beschriebenen Bauweise wird im folgen­ den das Verfahren für die Zuführung von Dotierungs­ stoffen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (20) be­ schrieben.

Zunächst wird der Kolben (22) zurückgezogen und die Kassette (21) für die Dotierstoff-Chips von der ei­ gentlichen Vorrichtung (20) für die Zuführung von Do­ tierungsstoffen entfernt.

Die Kassette (21) weist eine Vielzahl von Nuten für die Aufnahme der Dotierstoff-Stückchen (26) auf; die Breite jeder Rille ist an einem Ende schmaler und dient als unteres Ende, wenn die Kassette (21) in schräger Stellung auf die eigentliche Vorrichtung (20) für die Zuführung von Dotierungsstoffen angebracht wird. Diese Breite wird derart festgelegt, daß der Ha­ ken des Kolbens hindurchgeht das Zwischenstück (29) jedoch nicht.

Die Siliziumzwischenstücke (29), die unterschiedliche Dicken aufweisen, sind in diesen Bereichen der Rillen entsprechend eingesetzt und die Dotierstoff-Stückchen (26) auf diesen Abstandstücken (29) gestapelt. Danach wird die Kassette (21) schräg auf die Vorrichtung für die Zuführung von Dotierungsstoffen montiert.

Durch langsames Vorschieben des Kolbens (22) über die Antriebseinheit (23) fallen die Dotierungsstoff-Chips (26) herunter. Dabei werden die Dotierungsstoff-Chips (26) insgesamt nach oben geschoben, so daß sie, da die Leerstücke (29) in den jeweiligen Rillen unterschied­ lich dick sind, nacheinander einzeln aus der Kassette (21), beginnend mit den an den vorderen Enden liegen­ den Chips, herausfallen. Die Chips werden in dieser Weise in den Materialzuführungsabschnitt (B) im Schmelztiegel (1) durch das Dotierstoff-Zuführungsrohr (25) eingebracht.

Dabei sollten die Abstandsstücke (29) vorzugsweise so breit wie möglich sein, solange zwischen dem Abstands­ stück (29) und den Rillenwänden keine Reibung ent­ steht. Die Länge jeder Seite der Dotierstoff-Stücke (26) sollte vorzugsweise nicht weniger als 70% der Breite der Rillen betragen und schmaler sein als die Breite der Abstandsstücke (29), so daß die Chips rich­ tig gestapelt sind und keine Reibung zwischen Chip und Rillenwänden entsteht.

Andererseits darf der schiefe Winkel bei der Montage der Kassette (21) für die Dotierstoff-Chips auf die eigentliche Vorrichtung nicht kleiner als 10 Grad von der horizontalen Ebene sein, um das Herabfallen von Chips aufgrund von Erschütterungen und dergleichen bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens zu vermeiden. Der Winkel sollte vorzugsweise 20 Grad oder mehr betragen, wenn die Dicke der Chips nicht kleiner als 0,4 mm und nicht größer als 0,5 mm beträgt. Damit die Chips an den vordersten Enden aus der Kassette fallen, reicht andererseits ein Winkel von weniger als 80 Grad aus, da die Reibung zwischen den Chips äußerst gering ist.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Dickenunter­ schied der Abstandsstücke in den Rillen der die Do­ tierstoff-Stücke enthaltenden Kassette (21) und der Wahrscheinlichkeit, daß die Dotierstoff-Chips (26) einzeln herausfallen.

Die Figur zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen, durchgeführt durch Beladen mit dem Dotierungsstoff. 1 mm dicke Chips (26) wurden in die zwei Nuten der Kas­ sette (21) für Dotierstoff-Chips eingelegt und der Dickenunterschied zwischen den Abstandsstücken in den Rillen in vielfacher Weise geändert und Dotierungsstoff-Chips zugeführt. Dabei ist anzumerken, daß der schiefe Winkel der Kassette (21) 40 Grad und die Geschwindigkeit der Kolben-Vorwärtsbewegung 1,5 mm/min beträgt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist bei geringer Verände­ rung der Stückdicke die Lage der Dotierstoff-Stückchen an den vordersten Enden der jeweiligen Rillen im we­ sentlichen gleich und die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Chips gleichzeitig herunterfallen groß, wohingegen bei einer Schwankung der Stückdicke von 0,2 mm und mehr die Wahrscheinlichkeit, daß die Dotierungsstoff-Chips einzeln herunterfallen im wesentlichen 1 beträgt. Dar­ aus ergibt sich, daß zur Erzielung einer genauen Ein­ zelabgabe der Dotierstoff-Chips der Unterschied in der Dicke zwischen den Abstandsstücken in den Rillen, d. h. der Unterschied der Lage zwischen den Dotierungsstoff- Chips, mit 0,2 mm oder mehr ausgewählt werden muß.

Wenn z. B. die Kassette (21) mit vier Rillen ausgebil­ det ist und Dotierungsstoff-Stückchen von 1 mm Dicke eingesetzt werden, wenn der Dickenunterschied zwischen den Abstandsstücken in den Rillen mit 0,25 mm oder 1/4 der Chipdicke gewählt wird, beträgt der Unterschied zwischen der Dicke des dünnsten Abstandsstücks plus einem Chip sowie die Dicke des dicksten Abstandsstücks 0,25 mm, und somit erfüllen alle Abstandsstücke zuein­ ander die oben beschriebene Bedingung. Anders ausge­ drückt heißt das, daß die Dotierstoff-Chips sukzessive aus den vier Rillen einzeln in regelmäßigen Abständen herunterfallen.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet: wenn die An­ zahl der Rillen in der eingesetzten Kassette (21) für die Stückchen des Dotierungsstoffs n beträgt, darf zur Erfüllung der oben genannten Bedingung die Dicke der Dotierstoff-Chips (26) nicht kleiner als 0,2×n mm betragen.

Bei hoher Geschwindigkeit der Kolbenvorwärtsbewegung erhöht sich jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Chips gleichzeitig herunterfallen. Die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung muß 10 mm/min oder weniger betra­ gen.

Die Zahl der herunterfallenden Dotierungsstoff-Chips (26) wird von der Zählvorrichtung (28), die an dem Zu­ führrohr (25) angebracht ist, registriert und die An­ triebsvorrichtung (23) angehalten, wenn die festge­ legte Anzahl an Chips erreicht ist.

Die Vorwärtsbewegung und das Anhalten des Kolbens (22) wird von einer Steuereinheit (27) für die Zufuhrge­ schwindigkeit geregelt, welche von der Ausgangsmate­ rial-Zufuhreinrichtung (11) und dem Zählwerk (28) Si­ gnale empfängt.

Da das Zuführungsrohr (25) für die Stückchen des Do­ tierungsstoffes aus Kieselglas hergestellt ist, kann ein kompakter lichtempfindlicher Sensor als Zählwerk (28) eingesetzt werden.

Das Dotierstoff-Zählwerk (28) sollte vorzugsweise so hoch wie möglich am Dotierstoff-Zufuhrrohr (25) ange­ bracht werden, so daß, sobald ein Dotierstoff-Chip (26) aus der Kassette (21) herausgefallen ist, dieser sofort gezählt und ein Signal an die Vorrichtung (27) zur Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit abgegeben wird.

Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkristallen gemäß Fig. 3 eingesetzt, und die Kassette für die Do­ tierstoff-Chips ist mit vier Rillen ausgebildet, die jeweils eine Breite von 7 mm aufweisen. Nachdem die vier jeweils 6,5 mm breiten Abstandsstücke, die jedoch vom benachbarten Stück eine um 0,25 mm unterschiedli­ che Dicke aufweisen, eingesetzt worden sind, und die Dotierungsstoff-Chips (26), die erhalten wurden, indem Siliziumscheiben mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ωcm und einer Dicke von 1,0 mm exakt in 5×5 mm große rechteckige Stücke geschnitten wurden, in die Kassette geladen sind, wird diese in einem schiefen Winkel von 40 Grad auf die eigentliche Vorrichtung (20) für die Zufuhr von Dotierungsstoffen montiert.

Danach wird mittels der Ausgangsmaterial-Zufuhrein­ richtung (11) Siliziumausgangsmaterial (13) in den Ma­ terialzuführungsabschnitt (B) eingebracht und gleich­ zeitig der Kolben (22) mit einer Geschwindigkeit von 1,5 mm/min vorwärts bewegt, wobei jedes Mal 594 g Si­ liziumausgangsmaterial zugeführt wird und Dotierstoff- Chips (26) einzeln herunterfallen, dadurch wird ein Siliziumeinkristall mit einheitlicher Dotierungsdichte und einem Widerstand von 10 Ωcm über die Gesamtlänge hergestellt.

Dabei ist anzumerken, daß die erforderliche Anzahl an Dotierstoff-Stückchen zum Ziehen von zwei Kristallen mit einem Durchmesser von jeweils 15,24 cm (6 inches) und einer Kristallänge von 1 m 180 beträgt, der Ge­ samthub des Kolbens (22) beträgt etwa 45 mm.

Wenn in der konventionellen Vorrichtung gemäß Fig. 5 die gleichen Dotierstoff-Chips eingesetzt werden, beträgt der Gesamthub des Kolbens 180 mm, und allein der Zylinder muß etwa 200 mm lang sein. Es ist außer­ ordentlich schwierig, die Chips in einen derartig lan­ gen Zylinder (wie in Fig. 5 dargestellt) zu stapeln.

Da die Welle zum Vorschub des Kolbens von der An­ triebseinheit bis zum vorderen Ende des Zylinders etwa 300 mm lang sein muß, und auch die Kammer, in der sich die Welle befindet, 500 mm oder mehr Länge aufweisen muß, wird unter Berücksichtigung der Hubhöhe der Welle nicht nur die Vorrichtung für die Zufuhr von Dotie­ rungsstoffen und die Kammer zu ihrer Aufnahme vergrö­ ßert, sondern die Welle wird zudem in den Zylinder eingeführt, was Probleme, wie unzureichende Festigkeit aufgrund von eingeschränkter Wellendicke und Auftau­ chen von Verunreinigungen wegen des Kontakts zwischen Welle und Zylinder, aufwirft, dadurch entspricht diese Vorrichtung für die Zufuhr von Dotierungsstoffen, wie bereits erwähnt, nicht den Praxisbedingungen.

Dementsprechend müssen dabei Dotierungsstoff-Stücke mit höherem Dotierungsgrad als bei der erfindungsgema­ ßen Vorrichtung für die Zufuhr von Dotierungsstoffen eingesetzt werden. Außerdem muß auch der Zeitabstand beim Abwerfen der Chips erhöht werden, was im Gegen­ satz zur erfindungsgemäßen Ausführungsform zu einer erheblichen Schwankung im Dotierungsgrad der Silizium­ schmelze führt.

In der vorliegenden Ausführungsform werden Zwischen­ stücke mit einer Dickenschwankung von 0,25 mm für 1,0 mm dicke Chips eingesetzt und dadurch die Dotierstoff- Chips einzeln abgeworfen, wenn z. B. im Hinblick auf Konzentration und Dicke der Chips zwei der Chips paar­ weise fallen sollen, können zwei Paare der Abstandsstücke mit unterschiedlicher Dicke zusammen als ein Paar eingesetzt werden und dadurch die Dotie­ rungsstoff-Chips im wesentlichen paarweise fallen. Dies ist eine Wirkungsweise, die bislang durch keine konventionelle Vorrichtung erzielt wurde.

Die Wirkung, die durch Veränderung der Dicke der Ab­ standsstücke erzielt wird, kann auch durch Änderung der Dicke des Kolbens (22) in den jeweiligen Rillen erreicht werden.

Claims (3)

1. Zuführungsvorrichtung für Dotierungsstoffe für eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumeinkristallen nach dem Czochralski-Verfahren, bei dem das Innere eines Schmelztiegels durch ein Quarzelement unterteilt wird, einer Außenseite des Quarzelementes kontinuier­ lich Ausgangsmaterial zugeführt wird sowie Dotier­ stoff-Chips, die hergestellt werden, indem Silizium­ scheiben eines bekannten Widerstandes in eine regelmä­ ßige Form geschnitten werden, ebenfalls der Außenseite mit hoher Präzision zugeführt werden, wobei die Vor­ richtung für die Zuführung von Dotierungsstoffen um­ faßt:
eine Kassette für Dotierstoff-Stückchen, die in schrä­ ger Stellung und leicht entfernbar auf einer eigentli­ chen Dotierstoff-Zuführvorrichtung angebracht ist, wobei diese Kassette für Dotierungsstoff-Chips eine Vielzahl von Rillen aufweist, und eine Vielzahl von Abstandsstücken mit unterschiedlicher Dicke zusammen mit den Dotierstoff-Stücken in diese Rillen gesetzt werden,
einen Kolben und eine Kolbenantriebseinheit, um die Dotierstoff-Stücke einzeln aus der Kassette für Do­ tierstoff-Chips abzugeben,
eine Zählvorrichtung für die Dotierstoff-Stücke, die an einem Seitenbereich eines Dotierstoff-Zuführrohres angebracht ist, um die Anzahl der in die Silizium­ schmelze innerhalb eines Materialzuführabschnitts ge­ fallenen Dotierstoff-Chips zu zählen, und
eine Steuereinheit für die Zuführgeschwindigkeit, wel­ che Signale von einer Ausgangsmaterial-Zufuhreinrich­ tung und dem Zählwerk der Dotierstoff-Chips erhält, um die Tätigkeit des Kolbens zu steuern.

2. Zuführungsvorrichtung für Dotierungsstoffe nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette für Dotierstoff-Stückchen auf der eigentlichen Vorrichtung in einem schiefen Winkel von 10 Grad oder mehr von ei­ ner horizontalen Ebene montiert ist.

3. Zuführungsvorrichtung für Dotierungsstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette für die Dotierstoff-Stücke aus einem Mate­ rial, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kiesel­ glas, Polykristallsilizium und Einkristallsilizium, hergestellt ist.