CS256526B1 - Způsob dotování krystalů křemíku při vysokofrekvenční letmé pásmové tvorbě - Google Patents

Abstract

Řeěení se týká způsobu dotováni krystalů křemíku při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě reakční plynné dotující látky s roztaveným křemíkem. Podstata spočívá v tom, že plynná dotujíoi látka se dávkuje do proudu argonu a s ním přivádí k povrohu roztaveného pásma ve formě diskrétních, periodicky se oppkujíoíoh dávek v podobě pulsů o výěoe pulsu odpovídající okamžité konoentraoi plynné dotující látky v proudu argonu a o době pulsu 0,1 s až 100 s, po níž následuje prodleva o nulové koncentraci plynné dotujíoi látky. Při frekvenci pulsů 0,005 Hz až 5 Hz je poměr doby pulsu k opakovači době pulsu v rozsahu 1 : 2 až 1 t 1 000

Description

Vynález se týká způsobu dotování krystalů křemíku při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě reakcí plynné dotující látky s roztaveným křemíkem v ochranném průtočném argonu.

Pro výfobu polovodičových součástek je zapotřebí polovodičového křemíku ve formé krystalů a definovaným obsahem električky aktivní příměsi. Zmíněné polovodičové součástky většinou obsahují jako základní součást tenkou křemíkovou destičku vyrobenou rozřezáním válcového krystalu křemíku kolmo k jeho ose, přičemž průměr destičky je shodný s průměrem krystalu. Obsah elektricky aktivní příměsi v krystalu křemíku je definován jeho rezistivitou, takže potřeba definovaného obsahu elektricky aktivní příměsi je totožná s požadavkem minimální odchylky od nominální rezi3tivity. Pro výrobu polovodičových krystalů křemíku metodou vysokofrekvenční letmé páanoré tavby v ochranném průtočném prostředí argonu ee používá vstupního polykrystalického materiálu, který má úejčastěji koncentraci příměsi definovánu hormí přípustnou mezí koncentrace nebo výjimečně povolenou odchylkou od koncentrace nominální. V obou případech dochází k disproporcím mezi obsahem příměsi v surovině a potřebnou kohcentrací příměsi ve finálním krystalu křemíku. Obsah žádané příměsi je třeba upravovat některým ze známých způsobů obohacování polovodičového křemíku žádanou příměsí, obecně známých pod. pojmem dotování.

• 256526

- 2 Je známa řada způsobů dotování krystalů křemíku aplikovaných při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě v ochranném průtočném prostředí argonu využívajících k dotaci různých chemických látek, které obsahují atomy žádané příměsi. Tyto látky jsou v různé ' formě, plynné, kapalné nebo pevné přiváděny do blízkosti roztaveného pásma, kde při vysokých teplotách reagují s taveným křemíkem a volné atomy příměsi difundují do roztaveného pásma. Stupeň dotování je ovládán řízením množství přiváděné dotující látky, ředěním ochraným nereagujícím mediem, změnou tense par v závislosti na teplotě a pod.

Uvedené známé způsoby dotování mají některé nevýhody, které souvisejí s extremními podmínkami při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě, kde často dochází k fluktuacím teplotních podmínek, k tepelnému rozkladu a snížení účinnosti dotující látky a k ukládání dotující látky a zplodin rozkladu na stěny zařízení a na vlastní tavený ingot křemíku, což všechno vede ke snížení přesnosti a reprodukovatelnosti procesu dotování.

Další známý.způsob dotování krystalů křemíku fosforem z tepelného rozkladu fosfinu odstraňuje z části nevýhody výše uvedených způsobů dotování tak, že bezprostředně k povrchu roztaveného pásma křemíku se v průběhu tavby přivádí úzký proud argonu s definovaným obsahem fosfinu jako dotující látky.

Tím je dosaženo reprodukovatelného přestupu fosforu do roztaveného· pásma a je značně zvýšena účinnost dotování a využití dotovací látky.

Nevýhodou této metody je snižování přesnosti a reprodukovatelnosti dotování při požadavku nízké hladiny příměsí v křemíku vlivem nedostupné citlivosti a přesnosti zařízení pro měření a stabilizaci malých průtoků plynů a vlivem samovolného rozkladu silně zředěných dotujících látek v zásobníku.

Uvedené nedostatky dosud známých způsobů odstraňuje způsob dotování krystalů křemíku při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě reakcí plynné dotující látky s roztaveným křemíkem v ochranném průtočném prostředí argonu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že plynná dotující látka se dávkuje do proudu argonu a s ním přivádí k povrchu roztaveného pásma ve formě diskrétních periodicky se opakujících dávek v podobě pulsů o výšce pulsu odpovídající okamžité koncentraci plynné

dotující látky v proudu argonu a o době pulsu 0,1 s až 100 s, po níž následuje prodleva o nulové koncentraci plynné dotující látky, přičemž při frekvenci pulsů 0,005 Hz až 5 Hz je poměr doby pulsu k opakovači době pulsu v rozsahu 1 : 2 až 1 s 1000·

Výhody navrženého způsobu dotování krystalů křemíku spočívají v tom, že během pásmové tavby je povrch roztaveného pásma ve etyku s plynným prostředím, jež obsahuje definovanou, periodicky se měnící koncentraci dotující látky, jejíž průměrná hodnota odpovídající stupni dotování se v průběhu tavby reguluje v závislosti na vstupní koncentraci (dotujícího prvku a s ohledem na finální koncentraci dotujícího prvku v krystalu křemíku. Pokud opa-kovací doba pulsních dávek je dostatečně krátká vzhledem k odezvě dotujícího systému, nemá periodicita dodávání dotující látky podstatný vliv na axiální homogenitu dotování. Plynná dotující látka se přivádí k povrchu roztaveného pásma křemíku ve formě dávek v podobě pulsů o okamžité koncentraci podstatně větší, než je průměrná hodnota koncentrace, což umožňuje používat dotujících látek ve větších koncentracích, kde ještě nedochází k patrnému samovolnému rozkladu v zásobníku, případně větších prxitoků plynné dotující látky, zajistitelných běžně dostupnými zařízeními.

Další výhoda navrženého způsobu dotování krystalů křemíku oproti dosud známým způsobům spočívá v tom, že převádí měření a regulaoi průtoku dotující látky na měření a regulaci času, konkre'tně regulaci poměru doby pulsu k opakovači době pulsu, což je operativnější, přesnější a vhodnější pro zařazení do automatizovaných systémů řízených mikroprocesory.

Příklad provedení.

Dotování krystalu křemíku průměru 41 až 43 mm při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě v ochranném prostředí argonu o průtoku 1 1/min rychlostí posuvu 3,5 mm/min na požadovanou .koncentraci fosforu odpovídající rezistivitě 60 ohmem se provádí přiváděním dávek fosfinu v podobě pravoúhlých pulsů o koncentraci 0,5 ppm k povrchu roztaveného pásma, přičemž při frekvenci pulsů 0,01 Hz je poměr doby pulsu k opakovači době pulsu 1 : 10.

Využití vynálezu umožňuje přesné a reprodukovatelné dotování krystalů křemíku v širokém rozsahu koncentrací dotujícího prvku v křemíku s možností napojení na automatizované systémy řízené mikroprocesory. V případě dotování křemíku fosforem z tepelného rozkladu fosfinu se zvyšuje hranice reprodukovatelností metody na spodní mez koncentrace fosforu v křemíku odpovídající rezistivitě 300 úhrnem.

Claims (1)

1. Způsob dotování krystalů křemíku při vysokofrekvenční letmé pásmové tavbě reakcí plynné dotující látky a roztaveným křemíkem v ochranném průtočném prostředí argonu, vyznačený tím, že plynná dotující látka se dávkuje do proudu argonu a s ním přivádí k povrchu roztaveného pásma ve formě diskrétních periodicky se opakujících dávek v podobě pulsů o výšce pulsu odpovídající okamžité koncentraci plynné dotující látky v proudu a^rgonu a o době pulsu 0,1 s až 100 s, po níž následuje prodleva o nulové koncentraci plynné dotující látky, přičemž při frekvenci pulsů 0,005 Hz až 5 Hz je poměr doby pulsu k opakovači době pulsu v rozsahu 1 :2 až 1 : 1000.