DE2143834C3 - Verfahren zur Einstellung der Dotierstoffkonzentration von Halbleitern beim Zonenscheiden - Google Patents
Verfahren zur Einstellung der Dotierstoffkonzentration von Halbleitern beim ZonenscheidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Dotiersioffkonzentration von Halbleitern der im
Oberbegriff des im Patentanspruch angegebenen Gattung.
Es ist bekannt, einem Dotierungssystem mit Hilfe von
Magnetventilen genau definierte Mengen eines Dotierstoffes zuzuführen (Solid State Technology, Oktober
1966, S. 54), wodurch sich durch Steuerung der Gasströme und Verunreinigungen während der Ablagerung
und Diffusion gleichmäßige Diffusionsparameter bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten erreichen
lassen.
Ein Verfahren zur Einstellung der Dotierstoffkonzentration von Halbleitern der angegebenen Gattung ist
aus der US-PS 31 08 073 bekannt; bei diesem Verfahren wird ein definiertes Gemisch aus Inertgas und
gasförmigem Dotierstoff der Zonenschmelzkammer während eines Schmelzzonendurchganges bei konstantem
Druck zugeführt. Dabei wird vor dem Dotiervorgang der Partialdruck des Dotierstoffes stufenweise auf
den gewünschten Wert gebracht, während die Dotierung selbst unter konstantem Druck erfolgt.
In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß es bei diesem Verfahren insbesondere bei einer Änderung der
eingestellten Dotierstoffkonzentration zu starken Schwankungen der erreichten Konzentration kommen
kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung der Dotierstoffkonzentration
der angegebenen Gattung zu schaffen, das auch bei einer Änderung der gewünschten Dotierstoffkonzentration
sofort Halbleiter mit der richtigen Konzentration liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen
Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Überlegungen: Bei dem bekannten Verfahren
zur Einstellung der Dotierstoffkonzentration von Halbleitern wird der Druck des zugeführten Gemisches
aus Intergas und gasförmigen Dotierstoff stufenweise geändert, wenn Halbleiter mit anderer Dotierstoffkonzentration
hergestellt werden sollen. Dabei macht sich jedoch ein sogenannter »Speichereffekt« bemerkbar;
denn es läßt sich nicht vermeiden, daß sich ein Teil des Inertgases, aber auch des Dotierstoffes, durch Adsorption
an den Wänden des Gaszuführsystems bzw. der Zonenschmelzkammer ablagert, wobei die adsorbierte
Menge vom Gasdruck des Systems abhängt. Wird nun der Gasdruck gesenkt, wie es bei dem bekannten
Verfahren beispielsweise bei einer Verringerung der Dotierstoffkonzentration erforderlich ist, so kommt es
zu einer Desorption des abgelagerten Gases, die sich wiederum in einer Änderung des der Zonenschmelzkammer
zugeführten Gasgemisches und damit der erreichten Dotierstoffkonzentraiion bemerkbar macht
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt jedoch nun die Änderung der Dotierstoffkonzentration
nicht mehr wie bei dem bekannten Verfahren durch eine Änderung des Druckes, sondern durch eine entsprechende
Einstellung der Zeitspanne, in der der Zonenschrnelzkammer das Gemisch aus Inertgas und gasförmigen
Dotierstoff zugeführt wird, während der Druck in der Zonenschmelzkammer unverändert bleibt Auf diese
Weise läßt sich der erwähnte, auf die Adsorption des Gases in dem Gaszuführsystem bzw. der Zonenschmelzkammer
zurückzuführende Speichereffekt vermeiden, da bei konstant gehaltenem Druck immer ein Gleichgewichtszustand
zwischen der Gasatmosphäre und den an den Wänden adsorbierten Substanzen herrscht. Dieser
Gleichgewichtszustand bleibt auch bei einer Änderung der Dotierstoffkonzentration erhalten, da hierbei, wie
erwähnt, nicht der Druck in dem Gaszuführsystem bzw. in der Zonenschmelzkammer, sondern nur die Zeitspanne
geändert wird, in der dieses Gemisch zugeführt wird. Wollte man bei dem bekannten Verfahren den
erwähnten »Speichereffekt« ausschalten, so mußte die sogenannte »Einschwingzeit« berücksichtigt werden,
d. h., bei einer Erhöhung oder Err.'edrigung der Dotierstoffkonzentration mußte eine gewisse Zeitspanne
gewartet werden, bis sich wieder ein stabiler Gleichgewichtszustand eingestellt hatte. Da jedoch
keine exakten Werte für diesen neuen Gleichgewichtszustand bekannt waren, war dieses Verfahren immer mit
einer gewissen Ungenauigkeit behaftet; außerdem dauerte die Einschwingzeit, insbesondere bei starken
Konzentrationsänderungen, immer relativ lange, so daß das bekannte Verfahren einen schlechten Wirkungsgrad
hatte. Durch die hier beanspruchten Maßnahmen kann jedoch praktisch schlagartig die eingestellte Dotierstoffkonzentration
in relativ weiten Grenzen geändert
■to werden, ohne daß es zu der oben erwähnten
Ungenauigkeit kommt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfühlungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit zwei Gasmischkammern, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Gasmischkammer.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Mischen von Gasen, mit der die Dotierstoffkonzentration von
Halbleitern in einer Zonenschmelzkammer 12 eingestellt werden kann. Durch ein Fenster 14 in der
Zonenschmelzkammer 12 ist ein länglicher Halbleiterstab 16 zu erkennen, der durch ein übliches Zonenschmelzverfahren
gereinigt worden ist, bei dem der Halbleiterstab 16 relativ zu einer Hochfrequenz-Heizspule
18 bewegt wird. Die Zonenschmelzkammer 12 wird kontinuierlich mit einem Schutzgas, einem Edelgas,
über eine Zuleitung 67 und zusätzlich mit einem Gasgemisch aus Edelgas und einem gasförmigen
Dotierstoff beschickt, und zwar über eine Rohrleitung 20, die in der Nähe der Schmelzzone 17 des
Halbleiterstabes 16 in die Zonenschmelzkammer 12 ragt. Die Schutzgase und ihre Steuerung sollen im
folgenden noch im einzelnen erläutert werden. Die Schutzgase verdrängen vor jeder Zonenreinigung, bei
der die Heizspule 18 über die Länge des Halbleiterstabes 16 geführt wird, die Luft und andere Gase aus der
Zonenschmelzkammer IZ
Die Vorrichtung zur Zuführung des Schutzgases und des gasförmigen Dotierstoffes weist einen druckgeregelten
Vorratsbehälter 22 für ein Edelgas sowie einen druckgeregelten Vorratsbehälter 24 für einen gasförmigen
Dotierstoff auf. Der Behälter 22 kann beispielsv. eise ι ο
Argon, der Behälter 24 beispielsweise reines Phosphingas
(zur η-Dotierung) PH3 oder ein Gasgemisch aus Phosphingas und einem bestimmten Edelgas, beispielsweise
Argon, enthalten. Mit dem Begriff »gasförmige Dotierstoffe«, wie er hier verwendet wird, um das Gas
im Behälter 24 zu beschreiben, ist also entweder ein reiner, gasförmiger Dotierstoff oder ein gasförmiger
Dotierstoff gemeint, der durch ein bestimmtes Edelgas verdünnt ist.
Eine Gasleitung 26 vom Vorratsbehälter 22 dient zur Leitung eines bestimmten Edelgases, z. B. Argon. Es
strömt durch die Gaszuleitung 28, über ein Steuerventil 30 und eine Bodeneinrichtung 34 in eine erste
Kammer 32 zum Mischen von Gasen. Eine weitere Gasleitung 36 verbindet den Vorratsbehälter 24 mit der
ersten Mischkammer 32 über die Zuleitungen 41 bzw. 42. Die Gasleitung 41 ist für geringe Durchsatzmengen
ausgelegt und ragt über ein Steuerventil 38 und eine Blendeneinrichtung 40 in eine öffnung der Kammer 32.
Die Gasleitung 42 ist für große Durchsatzmengen ausgelegt und über ein Steuerventil 44 und eine
Blendeneinrichtung 46 mit einer Öffnung in der Mischkammer 32 verbunden.
Das Gemisch aus Dotierungsgas und Edelgas strömt aus der ersten Mischkammer 32 unter einem im
wesentlichen konstanten Druck über die verbindende Gasleitung 48 zu einem steuerbaren Solenoid-Dreiwege-Ventil
50. Das Solenoid-Ventil 50 wird mittels einer Induktionsspule 52, die periodisch von einer geeigneten
elektronischen Steuereinrichtung 53 gesteuert wird, geschaltet, wie noch zu zeigen ist. Die Steuereinrichtung
53 kann in einer üblichen Art so eingestellt sein, daß das Dotierungsgemisch aus der Zuleitung 48 und über das
Ventil 50 in die Gasleitung 54 bei einer bestimmten Konzentration während einer vorgegebenen Zeitspanne
eines Durchlaufs oder Arbeitszyklus strömt. Die Zeitspanne wird gemäß der gewünschten Konzentration
von Fremdatomen und damit dem spezifischen Widerstand de- dotierten Halbleiterstabes 16 gewählt.
Während dieser vorgegebenen Zeitspanne des Arbeitszyklus wird das Gemisch aus Edelgas und Dotierungsgas von der ersten Mischkammer 32 in eine zweite
Mischkammer 58 geleitet, wo es noch stärker mit Edelgas, z. B. Argon, das über das Steuerventil 60 und
die Blendeneinrichtung 64 zuströmt, verdünnt. Das Gasgemisch in der zweiten Mischkammer 58 wird über
eine Gasleitung 68 und über das damit verbundene Dotierungsrohr 20 in die Nähe der Schmelzzone 17
geleitet (siehe F i g. 1). Die Menge an Dotif>rungsgas, die
durch das Dotierungsrohr 20 strömt, wird im Verhältnis zum Gasdruck in deti Gasleitungen 26 und 36 eingestellt.
Die Zeitspanne, in der p-oder n-Dotierungsatome durch das Dotierungsrohr 20' tatsächlich in die Kammer 12
zum Zonenreinige'i geleitet werden, wird von der
Steuereinheit 53 eingestellt. Die Steuerung der Dotierung des HalbleiWrstrtbes 16 wird unten in seinen
Einzelheiten erläutert.
Wünscht man, daß keinerlei Dotierungsstoffe über die
Gasleitung 54 in die zweite Mischkammer 58 gelangen, wird das Solenoid-Ventil 50 durch induktive Ansteuerung
so eingestellt, daß seine T-förmige Öffnung um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Nun wird das
Dotierungsgas in der Leitung 48 in die Gasauslaßleitung 56 geleitet und gelangt auf diese Weise nicht in die
Kammer 12 zum Zonenschmelzen.
Vor einem Schmelzzonendurchlauf wird das Edelgas in der Leitung 26 über das Steuerventil 65 und die
Blendeneinrichtung 66 in eine Schutzgasleitung 67, die in die Kammer 12 mündet, geleitet. Das Edelgas, z. B.
Argon, wird als Schutzgas benützt, bzw. um im wesentlichen die gesamte Luft und andere Gase aus der
Kammer 12 zu verdrängen, um damit den Sauerstoffgehalt in der Kammer 12 beim Zonenschmelzen auf einen
Mindestwert zu bringen. Die typische Durchsatzmenge für Schutzgas bewegt sich zwischen 0,3 und 0,45 m3 pro
Minute, wobei das Edelgas kontinuierlich durch die Kammer 12 zum Zonenschmelzen strömt und sie über
die Auslaßleitung 69 und das Auslaßsteuerventil 70 verläßt. Der typische Wert des Druckes während des
Zonenreinigens in der Kammer 12 liegt in der Größenordnung von 0,072 kg/cm2 Überdruck und kann
vom Gasdruck der Vorratsbehälter 22 und 24 und den verschiedenen Ventileinrichtungen wie üblich gesteuert
werden.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Ausführungsform
gemäß F i g. 1 beispielsweise näher erläutert.
Der typische Gasdruck in den Leitungen 26 und 36 liegt bei 6,3 atü (732 ata) und das Dotierungsgas in der
Leitung 36 enthält von 5 bis 500 Teilchen pro Million (ppm) des Dotierungselements, z. B. Phosphor, bei
einem Gasgemisch aus Phosphin und Argon. Die Steuerventile 38 and 44 (ebenso wie die anderen
Steuerventile) arbeiten in der Art von Sperrventilen, und befinden sich entweder im geöffneten oder im
geschlossenen Zustand. Die niedrige Durchsatzmenge in der Leitung 43 ergibt sich aus der kleinen Öffnung der
Blendeneinrichtung 40, durch die ungefähr 1 Milliliter pro Minute (rnl/min) unter einem Druck von 6,3 atü zur
ersten Mischkammer 32 strömt. Durch die größere öffnung der Blendeneinrichtung 46 in der Leitung 45
mit größerer Durchsatzmenge strömen ungefähr 10 ml/min in die erste Mischkammer 32. Auf diese Weise
entstehen höhere und niedrigere Geschwindigkeiten in den beiden Leitungen 43, 45, so daß die Steuereinrichtung
53 eine hohe oder eine niedrige Geschwindigkeit zum Steuern des durch das Solenoidventil 50 während
eines Arbeitszyklus strömenden Dotierungsgases als Meßgröße verwenden kann. Der Druck in den
Gasleitungen 35, 43 und 45 beträgt ungefähr 0,07 atü ebenso wie der Druck in der ersten und zweiten
Gasmischkammer 32 und 58, wie in der Kammer 12 zum Zonenschmelzen.
Das Edelgas wird in die Mischkammer 32 über die Leitung 35 mit einem typischen Wert von 30 ml/min
geleitet. Die in die zweite Mischkammer 58 über Steuerventil 60 und Blendeneinrichtung 64 gelangende
Menge liegt in der Größenordnung von 250 ml/min. Das Edelgas reißt beim Eintreten in die Kammer 32 das über
die Leitungen 43 oder 45 in die Kammer gelangte Dotierungsgas mit. Bei Eintritt in die Kammer 58 über
die Meßblende 64 erzeugt das Edelgas die notwendige Geschwindigkeit, um das Gasgemisch in der Kammer 58
durch die Leitung 68 und das Dotierungsrohr 20 der Schmelzzone 17 zuzuführen. Das in der Mischkammer
32 vorgegebene Gasvolumen verhindert, daß, infolge des geringen Druckunterschieds zwischen der Kammer
32 und den Gasauslaßleitungen 56 und 72 eine Verzögerung der Strömung von Dotierungsgas über die
Blenden 40 und 46 in die Kammer 32 stattfindet.
Das Verhältnis zwischen dem Prozentsatz, Teil einer bestimmten Zeitspanne, in der das Dotierungsgas durch
die Leitung 48, das Solenoid-Ventil 50 und die Gasleitung 54 in die zweite Gasmischkammer 58 strömt,
und dem gewünschten spezifischen Widerstand des Halbleiterstabes 16, wird wie folgt eingestellt. Die
Steuereinrichtung 53 ist anfangs so eingestellt, daß das Dotieruhgsgas eine festgelegte Zeitdauer, die der
Einfachheit halber gleich der Zeit eines Durchlaufs der Schmelzzone sein kann, durch das Solenoid-Ventil 50 in
die Mischkammer 58 eingeleitet wird. Ist die Steuereinrichtung 53 z. B. so eingestellt, daß sie während einer
ausgewählten Zeitspanne, die gleich ist der für einen Reinigungsdurchlauf benötigten Zeit, zu 100 Prozent
eingeschaltet ist, kann das Dotierungsgas durch das sich in der in F i g. 1 gezeigten Stellung befindliche
Solenoid-Ventil 50 während eines vollständigen Durchlaufs der Schmelzzone in die Zonenschmelzkammer 12
gelangen. Ist die Steuereinrichtung 53 auf eine 50prozentige »Ein«-Zeit eingestellt, wird das Solenoid-Ventil
periodisch von der Steuereinrichtung 53 auf einen 50prozentigen Arbeitszyklus gesteuert und leitet das
Dotierungsgas während eines Reinigungsdurchlaufs periodisch in die Kammer 12. Die gesamte »Ein«-Zeit
der Steuereinrichtung 53, oder die Zeit, in der Dotierungsatome in die Kammer 12 über das Dotierungsrohr
20 gelangen, wird dann 50 Prozent der gesamten Zeit für einen Reinigungsdurchlauf betragen.
1st ein Durchlauf der Zonenreinigung beendet, wird der spezifische Widerstand des Halbleiterstabes 16
gernessen. Aus dem Widerstandswert ist die Zahl der Dotierungsatome pro Gramm des Halbleiterstabes 16
zu berechnen. Der spezifische Widerstand des Halbleiterstabes 16 ist gleich einer bekannten Proportionalitätskonstanten
mal dem Kehrwert der Zahl der Dotierungsatome pro Gramm Halbleitermaterial in
Stab 16. Die Proportionalitätskonstante ist für die verschiedenen benützten Dotierungsstoffe und für die
Art des zu reinigenden Haibleiterstabes, z. B. Silizium oder Germanium, unterschiedlich.
Multipliziert man den Wert Dotierungsatome pro Gramm Halbleitermaterial im Stab 16 mit der
Zuggeschwindigkeit der Zone 17 in Gramm pro Minute (die ebenfalls bekannt ist) kann der Wert der
Dotierungsatome pro Minute, die in den Halbleiterstab 16 eindringen, berechnet werden. Da in der Schmelzzone
17 nur ungefähr 70% der in die Kammer 12 über Rohr 20 gelangten Dotierungsatome absorbiert werden,
mn R der ohigp Wert. Dotierungsatome pro Minute, die
in den Halbleiterstab 16 eindringen, durch 0.7 geteilt werden, um die Zahl der in die Kammer 12 gelangten
Dotierungsatome pro Minute zu erhalten. Dieser Wert entspricht dem zuerst gemessenen spezifischen Widerstand
gemäß der 100% »Ein«-Zeit der Steuereinrichtung 53. Da der spezifische Widerstand (und damit die
Konzentration an Verunreinigungen) proportional ist sowohl der Zeitdauer der »Ein«-Stellung der Steuereinrichtung
53, wie auch der Zahl der Dotierungsatome, die in die Kammer 12 gelangen, kann der Widerstand des
Stabes 16 mittels einer Veränderung des Prozentsatzes der »Ein«-Zeit der Steuereinrichtung 53 verändert
werden. Ist die Steuereinrichtung 53 in ihrer »Ein«-Stellung.
nimmt das Solenoid-Ventil 50 die Stellung nach F i g. 1 ein, bei der das Dotierungsgas durch das Ventil
50 in die Kammer 12 zum Zonenschmelzen geleitet werden kann. Beträgt z. B. der gemessene spezifische
Widerstand des Halbleiterstabes 16 20 Ohmzentimeter, bei einer »Ein«-Zeit der Steuereinrichtung 53 von 100%
braucht man, um einen spezifischen Widerstand des Stabes von 100 Ohmzentimeter zu erzielen, nur noch
einen Bruchteil der vorher in die Kammer 12 gelangten Dotierungsatome pro Minute in die Kammer 12
einzuleiten. Für Widerstände über ungefähr 10 Ohmzentimeter
ist die Beziehung zwischen der in die Kammer
ίο 12 geleiteten Gasmenge, der in den Stab eindringenden
Atome und dem spezifischen Widerstand des Stabes linear. Im obigen Beispiel ergibt daher eine »Ein«-Zeit
von 20% eine Veränderung des spezifischen Widerstandes von 20 Ohmzentimeter auf 100 Ohmzentimeter.
Unter einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10 Ohmzentirneter ist die Beziehung als Ergebnis der
zunehmenden Konzentration von Fremdatomen im Stab 16 jedoch nicht linear. Die nichtlineare Beziehung
zwischen den vom Halbleiterstab 16 absorbierten Dotierungsatomen pro Gramm und dem spezifischen
Widerstand des Stabes 16 ist für bestimmte Dotierungsstoffe und Halbleitermaterialien auch unter 10 Ohmzentimeter
bekannt. Mit dieser Kenntnis kann die »Ein«-Zeit der Steuereinrichtung 53 für einen Widerstandswert
unter 10 Ohmzentimeter einfach berechnet werden.
Die obigen Ausführungen haben gezeigt, wie die Zahl der Dotierungsatome pro Minute, die aus dem
Vorratsbehälter 24 über die Blendeneinrichtungen 40 und 46 vor dem Eintreten in die Kammer 32 strömen,
bestimmt werden kann. Darüber hinaus ist die gesamte Durchsatzmenge durch die Leitung 48 und das
Steuerventil 50 bekannt Mit diesen beiden Mengenangaben und mit der Materialflußrate (d. h. dem Maß der
Ziehgeschwindigkeit) des Siliziums durch die Arbeitsspule 18 kann die Steuereinrichtung 53 auf die Zugabe
des gewünschten Prozentsatzes an Dotierungsatomen zur Schmelzzone 17 eingestellt werden, um die
gewünschte Dotierungskonzentration und damit den spezifischen Widerstand des Halbleiterstabes 16 zu
erzielen.
Bei einem industriellen Einsatz der Vorrichtung ist es
nicht notwendig, den Anteil an Dotierungsstoffen in Teilchen pro Million Phosphingas pro gesamtem
Gasvolumen im Behälter 24 des Dotierungsgases zu kennen. Normalerweise sind Behälter wie Behälter 24
im Handel zu kaufen. Auf ihnen sind Angaben über den Gehalt an Dotierungsstoffen in Teilchen pro Million im
Verhältnis zum Dotierungsgas- und Edelgasinhalt
so enthalten.
F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung, bei der
anstelle der zwei Gasmischkammern 32 und 58 nach F i g. 1, nur eine Mischkammer 95 verwendet wird. Nach
F ι g. 2 werden verschiedene Vorratsbehälter für Edelgas 22 und Dotierungsgas 24 verwendet, um in der
Kammer 95 das Gasgemisch für die Dotierung zu erzeugen. Das Edelgas, z. B. Argon, gelangt durch die
Gasleitung 74, ein Steuerventil 76 und eine Blendeneinrichtung 78 in die Mischkammer 95. Die Mischkammer
S5 wird von den angrenzenden Wänden der drei Gasleitungen 87, 88 und 89 gebildet. Die eigentliche
Gestalt oder Form der Kammer 95 ist für das Arbeiten der Vorrichtung nach F i g. 2 nicht wesentlich.
Das Dotierungsgas, das über 82, 84 und 88 in die Kammer 95 strömt, wird von einem Bauteil 92, das in der
Art eines Solenoid-Kolbens arbeitet, und zusammen mit einer Blendeneinrichtung 90 wirkt, gesteuert Das
kolbenförmige Bauteil 92 ist mit einem flachen Ende oder Kopfstück 94 verbunden, das die Menge des in die
Kammer gelangenden Gases steuert. Dieses Solenoid-Ventil mit den Bauteilen 90 und 92 hält immer einen im
wesentlichen konstanten Druck in der Kammer 95 aufrecht Dieser Druck beträgt üblicherweise 0,07 atü
und entspricht dem Druck in der Kammer 12 zum Zonenziehen. Das Solenoid-Ventil-Bauteil, einschließlich
des Kolbens 92 und der Blende 90, sowie die Größe der Kammer 95 sind so ausgelegt, daß der Kolben 92
keinen Raum zwischen den Bauteilen 90 und 92 beim Schließen des Ventils läßt. Jedes Einschließen einer
Gasmenge zwischen diesen Bauteilen hätte den nachteiligen Speichereffekt zur Folge, wie er bei der
Beschreibung der zur Zeit üblichen Vorrichtungen erwähnt wurde.
Die Steuereinrichtung 100 steuert den Kolben 92 induktiv (98), um während eines ausgewählten Prozentsatzes
einer vorgegebenen Zeitdauer Dotierungsgas in die Kammer 95 einzuleiten, damit die Konzentration der
Verunreinigungen in dem Dotierungsgemisch, das in die Kammer 12 zum Zonenziehen gelangt, unabhängig vom
Gasdruck, aber in Abhängigkeit von der Zeit gesteuert
wird. Das an die Gasleitung 68 anschließende Dotierungsrohr 20 ragt in gleicher Weise, wie nach F i g. 1
beschrieben, in die Kammer 12. Während eines Schmelzzonendurchlaufs wird die Kammer 12 kontinuierlich
mit Schutzgas beschickt, das über die Leitung 67 eintritt und die Kammer, wie gezeigt, über die Leitung
69 verläßt Es können in der Vorrichtung nach F i g. 1 zusätzliche Gasmischkammern verwendet werden, wenn das
Dotierungsgas, das in die Kammer 12 gelangt, mehr verdünnt oder seine Geschwindigkeit gesteigert werden
soll. Ferner können zusätzliche Gasleitungen, ähnlich den Leitungen 43 und 45 nach F i g. 1 eingebaut werden,
wenn zusätzliche Durchsatzmengen von Dotierungsgas für die Dotierung während eines Zonenreinigungsdurchlaufs
erforderlich sind.
Die Steuereinrichtung 53 ist vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, eine elektronische Steuerung, die auf
jeden gewünschten Arbeitszyklus eingestellt werden kann. Es wurden jedoch auch schon mechanische
Steuerungen für die Steuereinrichtung 53 verwendet
Man braucht die erste Messung des spezifischen Widerstands des Halbleiterstabes 16 bei einer »Eiin«-
Zeit der Steuereinrichtung 53 von 100% vorzunehmen, wobei die Steuereinrichtung das Soienoid-Ventii 50
während der gesamten Zeit (100%) des Schmelzzonendurchlaufs geöffnet hält, und Dotierungsgas in die
Kammer 12 zum Zonenschmelzen eingeleitet wird. Diese erste Widerstandsmessung, die als Ausgangswert
für die Berechnung der weiteren »Ein«-Zeiten der Steuereinrichtung 53 zum Einstellen des spezifischen
Widerstands dient, kann sich auch auf einen ausgewählten Arbeitszyklus, der kürzer als eine lOOprozentige
»Ein«-Zeit der Steuereinrichtung ist, beziehen. Dieser ausgewählte Arbeitszyklus kann folglich benutzt werden,
um die weiteren Widerstandswerte des Halbleiterstabes 16 und die entsprechenden »Ein«-Zeiten der
Steuereinrichtung 53 zu berechnen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Einstellung der Dotierstoffkonzenlration von Halbleitern beim Zonenschmelzen durch Zuführen eines definierten Gemisches aus Inertgas und gasförmigem Dotierstoff in die Zonenschmelzkammer bei konstantem Druck während eines Schmelzzonendurchganges, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch periodisch in die Zonenschmelzkammer geleitet wird, wobei die Gesamtzeit der Zuleitung entsprechend der angestrebten Dotierstoffkonzentration festgesetzt wird.
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NL7111957A (de) | 1972-03-06 |
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