Aparato y método de suministro dopante granular
Descripción general
 Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato y un método de suministro de dopante granular que pueda introducir cuantitativamente un dopante granular con buena trabajabilidad. ] Consta de un crisol con un anillo de partición o en el horno de calentamiento en forma de crisol, el tirar del silicio de cristal único desde el interior de la partición, en el aparato para la producción de un silicio de cristal único mediante el suministro de un silicio materia prima hacia el exterior de la partición, horizontal un disco que tiene un eje de rotación, fijo a lo largo de la periferia exterior del disco, un tubo curvado que tiene el otro extremo un extremo de la cual está cerrada se abre, y el tubo de embudo cerca del disco inferior, un extremo está conectado al tubo de embudo, el otro extremo está en la forma de gránulos de dopaje dispositivo de suministro de agente constituido por un tubo de alimentación dispuesto cerca de la masa fundida de silicio de la partición fuera del crisol, adicionalmente a la tubería curvada con antelación rellenando un dopante pregranulado, disco Se gira lentamente alrededor del eje de rotación para ajustar la cantidad del dopante granular que se suministrará a la masa fundida de silicio fuera de la partición.
Campo técnico
La presente invención proporciona un aparato para la fabricación de un silicio de cristal único por el método Czochralski, se refiere a partículas dispositivo de suministro de agente dopante y un método para ajustar la concentración de dopante de la masa fundida de silicio.
Antecedentes de la técnica
La producción de un silicio de cristal único (en adelante a veces simplemente referido como un solo cristal), utilizando el cristal de siembra de la masa fundida de silicio a cabo en el crisol que tira de un solo cristal, el método de llamada (método CZ) Czochralski se practica ampliamente Ha sido hecho. De esta manera, para el propósito de controlar la resistividad del cristal único de silicio, silicio, un dopante tal como se añade antimonio con antelación en la masa fundida de silicio para el boro de semiconductor de tipo p, como un semiconductor de tipo n. Sin embargo, estos agentes de dopado, cuando la masa fundida de silicio se coagula como un único cristal, se incorpora en el cristal único a una velocidad constante, el resto permanecen en la masa fundida de silicio. La reducción de la masa fundida de silicio debido a que el cristal único de tracción, la concentración de dopante en la masa fundida de silicio se incrementa, también la concentración de dopante en el cristal único que se tira para esto, aumenta gradualmente hacia la cola de un solo cristal de la cabeza. Así, la resistividad del cristal único también se cambia, la conductividad para cada oblea en la fabricación de una oblea de silicio será diferente, si los requisitos de calidad de la oblea de silicio es apretado, el rendimiento de obleas utilizables por debajo del 50% Algunas veces sucede.
Bajo tales circunstancias, así como materiales cargados acordes con la cantidad de tracción del cristal único de silicio a la masa fundida de silicio en el crisol, cuantitativamente el dopante se cargó siempre constante la concentración de nivel y dopante líquida de la masa fundida de silicio , Y se ha propuesto un método y un aparato para fabricar un solo cristal de silicio que satisfaga este requisito. De aquí en adelante, se describirá principalmente un aparato de suministro del dopante en el aparato anterior. Como un ejemplo de dispositivo de suministro de agente dopante mencionado anteriormente en el documento JP 61 163188 y JP 'método de dope de impurezas en el cristal único de silicio método tirando' se da a conocer. La presente invención, una relación de silicio dopado varillas finas en alta pureza y dispuesta en un horno de calentamiento para formar un silicio varillas delgadas de silicio en estado fundido una delgada barra de silicio de cristal único de silicio de alimentación de un bucle eléctrico. El silicio varilla delgada se sumergió en la masa fundida de silicio mientras que la detección del contacto entre la superficie del líquido de las varillas delgadas de silicio y la masa fundida de silicio por el bucle eléctrico, en el que para ajustar la concentración de dopado de la masa fundida de silicio.
Como método de ajuste de la cantidad de suministro de agente de dopado más exactamente, se da a conocer el documento JP-A-2 18 377, el dopaje dispositivo de suministro de agente que utiliza un agente dopante en forma de chip. Este método, el agente dopante en forma de chip al cilindro de antemano por el llenado en una fila, se obtiene dejando cargaron en un crisol en base número por extrusión de pistón.
Un ejemplo de uso de un dopante granular es la Patente de Estados Unidos Nº 4.696.716. Esto incluye un disco que tiene una pluralidad de huecos en la circunferencia exterior, una carcasa para pagar este disco, se compone de un tubo de transporte, deje llenos de uno en agente dopante uno de partículas a cada uno de los huecos, que este disco se hace girar por busca para descargar el dopantes de partículas una por una, o se compone de una tolva para almacenar el agente dopante en partículas, y la tubería de transporte a que bajo su, un pistón que se mueve en el tubo de transporte, el el pistón está recíprocamente aquellos para tratar de cumplir el agente particulado dopaje en la tolva, uno por uno, o un eje que tiene una pluralidad de huecos, un tubo pasa el eje, se compone de un tubo de transporte, granular dejar dopantes lleno uno para cada hueco, el eje busca para descargar uno por agente dopante uno de partículas por deslizamiento a través de los tubos, además, tiene un tabique en forma de espiral Un eje, un tubo pasa el eje, se compone de un tubo de transporte, la descarga de los dopantes de partículas una por una entre la partición de cada avance llena, uno por agente dopante uno de partículas por gira el eje Qué intentar hacer, etc. se revelan.
Tarea de solución
JP 61 163188 invención da a conocer en JP, en el momento de la fusión por inmersión de la varilla delgada de silicio en la masa fundida de silicio, debido a la ondulación en el nivel de líquido de la masa fundida de silicio, las variaciones en la fusión de las varillas delgadas de silicio Hay un problema Con el fin de absorber esta variación, es concebible aumentar la cantidad de inmersión mediante la reducción de la concentración de dopante de la varilla delgada de silicio, cuando se aplica a los dispositivos, una cantidad sustancial de las varillas delgadas de silicio continuamente Existen muchos problemas técnicamente difíciles, tales como la carga de varillas de silicio y la coagulación de la masa fundida de silicio como se esperaba en la superficie de fusión.
Además, en la invención descrita en JP-A 2 18 377 describe, es susceptible de dopantes regulares y cuantitativos agregados mediante el uso de un chip de dopante, el coste para producir un propio dopante en forma de chip- Además de esto, también hay un problema de viabilidad al llenar el cilindro en el cilindro. Por lo tanto, es preferible usar un dopante granular en lugar de un dopante similar a un chip. Sin embargo, agente particulado dopaje es generalmente menos de diámetro 0,5 mm 2 mm, ya que la forma cerca de un mecanismo de esfera descrita en JP-A 2 18377 JP Como agente dopante chip como no se puede aplicar.
También, la patente de EE.UU. el mecanismo descrito en la No. 4.696.716, si los agentes de dopado en forma de partículas tienen un tamaño de partícula esté a una relativamente grande constante, morder o la obstrucción de la unidad de accionamiento se producirá, las impurezas en la masa fundida de silicio No solo causará contaminación, sino que también existe la posibilidad de que se vuelva inoperable. Además, que el llenado de los agentes de dopado en forma de partículas en uno por uno vacío es inapropiado pobre trabajabilidad para pequeños dopantes de partículas como se describe anteriormente.
Un método de mezclado de antemano la cantidad de agentes de dopado en forma de partículas requeridas material en partículas suministrado al único cristal de tracción también es concebible, pero una mezcla uniforme, tanto para la distribución del tamaño de partícula es diferente, no se puede esperar. Por lo tanto, es necesario idear nuevamente un mecanismo para agregar gradualmente el dopante particulado a la masa fundida por separado del silicio de materia prima granular que se suministra. La presente invención usa un agente de dopaje de partículas, y para obtener una buena trabajabilidad cuantitativamente aparato de suministro de agente dopante de partículas y un método capaz de introducir dopante.
Solución
La presente invención comprende un bote que tiene una partición de la en el horno de calentamiento en forma de anillo, la que tirar del cristal único de silicio desde el interior de la partición, en el aparato para la producción de un silicio de cristal único mediante el suministro de un silicio materia prima hasta el exterior de la partición, un disco que tiene un eje horizontal de rotación, fijo a lo largo de la periferia exterior del disco, uno de cuyos extremos está cerrado, y el tubo doblado cuyo otro extremo está abierto, y el tubo de embudo próxima por debajo del disco, un extremo del tubo de embudo Y un tubo de alimentación conectado en el otro extremo del mismo a la masa fundida de silicio fuera de la partición del crisol, donde la longitud del tubo curvado es 5 es de 185 grados, el área de sección transversal del tubo curvado es de 30 400 veces más grande que el área de sección transversal más grande de partículas de agente de-flop para ser llenado dentro de un disco, la curva, el material del tubo de embudo de cristal de cuarzo, silicio o teflón Además, Un dispositivo de suministro de agente particulado dopaje, en el que el material es vidrio de cuarzo o silicio.
tubo Además, un método para producir un silicio de cristal único mediante el uso del aparato anterior, un disco que tiene un eje horizontal de rotación, fijo a lo largo de la periferia exterior del disco, uno de cuyos extremos está cerrado, doblado cuyo otro extremo está abierto a, deje rellenada previamente con dopante de partículas, y en el que el disco por rotación lenta alrededor de un eje de rotación, ajustando el suministro de dopante granular a la partición del silicio exterior derretir granular un proceso de suministro de agente de dopaje, después de llenar el agente particulado dopaje al tubo curvado, antes de iniciar la tracción del silicio de cristal único, gire lentamente disco, para detectar el agente particulado dopaje principio caído, este punto Se utiliza como el punto de partida de la rotación del disco durante la extracción del cristal único.
Dado que el aparato según la presente invención se construye como se describió anteriormente, preliminarmente llena de agente particulado dopaje en las curvas, que se hace girar lentamente el disco alrededor del eje de la unidad de accionamiento, agente dopante en partículas, intermitente Aunque lo es, cae poco a poco de acuerdo con el ángulo de rotación, y se vierte en la masa fundida de silicio a través de la tubería de introducción. Cuando se detiene la rotación del disco, se detiene la introducción del dopante granular y el dopante granular se puede suministrar de manera simple y cuantitativa.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de un aparato para la fabricación de un cristal único de silicio que tiene un aparato de suministro de dopante granular de acuerdo con la presente invención, la Fig. 2 es un diagrama esquemático de una realización de un dispositivo de suministro de agente particulado dopaje.
1 y 2, 1 es un crisol hecho de vidrio de cuarzo, se pone en movimiento vertical y rotación puede apoyar miembro de grafito apoyado crisol 2 a 3. 4 es un miembro dispuesto concéntricamente en forma de anillo partición en el crisol 1, la parte inferior está provista de un agujero de circulación 5 en el que la masa fundida de silicio 6 se mueve, la superior ligeramente expuesta desde la superficie del líquido de la masa fundida de silicio 6 Haciendo. Mediante este miembro de partición 4, se forma una porción de crecimiento de cristal individual A en el lado interno y se forma una porción de suministro de materia prima B en el lado exterior. 7 de silicio de cristal único tirado del único cristal en crecimiento sección A, 8 alambre, 9 calentador proporcionado en la periferia exterior del crisol de grafito 2, 10 es una cámara del horno. 11 es un alimentador del silicio materia prima 13, el otro extremo del tubo de guía 12 de los cuales un extremo está en contacto con el dispositivo de suministro 11 está dispuesto en la proximidad de la superficie del líquido de la masa fundida de silicio 6 de la parte de suministro de materia prima B.
20 es un dispositivo de partículas de suministro de agente de dopaje de acuerdo con la presente invención, 21 es tubo doblado que se fija a la periferia exterior del disco 22, 23 es un eje de rotación. En el dibujo, la sección transversal del tubo curvado 21 es circular, agente dopante en partículas puede ser llenado, puede ser cualquier forma que no hay ningún problema en la expulsión debido a la rotación. Estos están alojados en una segunda cámara 24 provista en la parte superior de la cámara 10. El número de referencia 27 indica un embudo que está dispuesto para recibir el dopante granular que cae con la rotación del disco 22. 25 es un tubo de inyección de dopante que pasa a través de la cámara 10, un extremo del cual está conectado al tubo de embudo, el otro extremo está dispuesto cerca del nivel de líquido de la masa fundida de silicio 6 de la parte de suministro de materia prima B. El número de referencia 26 indica un dopante particulado cargado en el tubo doblado 21. El número de referencia 28 indica un sensor de paso, que puede controlar la caída del dopante granular. Por cierto, curva 21, el disco 22, el tubo de embudo 27, tubo de inyección 25 es un material que no impurezas nocivas es ocurre en características del cristal único (por ejemplo, vidrio de cuarzo, silicio, teflón, vidrio de cuarzo o silicio porque tubería de alimentación expuesto a altas temperaturas Es deseable usar el mismo material. árbol rotativo 23 también está hecho de cuarzo Sin problemas de resistencia, el Teflon de acero o de silicio, es deseable revestir un teflón tales, incluso aunque no se utilizan.
A continuación, se describirá un método para suministrar el aparato de suministro de dopante granular configurado como se describió anteriormente. Apertura del tubo doblado 21 se ajusta primero para estar por encima, para llenar la cantidad requerida de partículas de dopante 26 canciones canal. Entonces hace girar el árbol giratorio 23 lentamente, para detectar el inicio a caer partículas de dopante 26 en el sensor de paso 28, el punto de partida de la operación de alimentación. Después de determinar el punto de partida, detenga la rotación del disco. Cuando se carga el dopante en forma de partículas 26 según el arrastre del cristal único, el eje giratorio 23 gira lentamente. Cuando el dopante granular 26 excede el ángulo de reposo en el tubo doblado 21, cae una cierta cantidad de caída. Por lo tanto, a pesar de la rotación continua del árbol giratorio 23, el suministro es intermitente periódicamente y cuantitativamente. La cantidad que debe suministrarse a la vez, el área de sección transversal cuando la curva de corte 21 en la dirección radial del disco 22 depende de (en lo sucesivo, denominado simplemente como el área de la sección transversal.). La Figura 3 es un diámetro máximo de los dopantes de partículas que se muestran cuando el 0,6 mm, y el área de la sección transversal, la relación entre la cantidad de agente dopante en partículas suministrados a la vez. Como se puede ver a partir de esta figura, la cantidad suministrada de una vez de acuerdo con el aumento en el área de sección transversal también aumenta linealmente. Cuando el área de la sección transversal es demasiado pequeño, ya que el agente dopante en partículas 26 se hace imposible tubo canción obstruido suministrado se requiere 30 veces el área de la sección transversal de la superficie de sección transversal máxima de al menos partículas de dopante 26. Además, si el área de sección transversal de 400 veces o menos de la superficie de sección transversal máxima del dopante de partículas 26, así como la cantidad suministrada en un tiempo de más, se convierte en una mayor variación en la cantidad de suministro, la concentración de dopante en la masa fundida de silicio No se puede controlar La carga de agente de dopado en partículas 26 depende del área de la sección y la longitud del tubo doblado 21, pero cuando el ángulo central de la periferia de arco se solapa con el tubo curvado 21 y el disco 22 es de 5 grados o menos, el dopante granular y lleno Todos a la vez salen y no los usan. Además, cuando el ángulo central del arco de más de 190 grados, se produce agente particulado dopaje sea girado mucho el disco 22 no puede ser descargado permanece en el tubo doblado 21. Por otro lado, si excede los 185 grados, se presentan inconvenientes en el funcionamiento de modo que es difícil llenar el tubo curvado con el dopante. Por lo tanto, es deseable seleccionar un tamaño óptimo del tubo curvado 21 según el tamaño de partícula y la cantidad del dopante granular 26.
Un método de fabricación de un solo cristal de silicio que tiene el dispositivo 20 de suministro dopante granular como se describió anteriormente se describirá de la siguiente manera. En primer lugar, se carga un policristal de silicio a granel en un crisol 1, y se calienta y se funde con un calentador 9. En este momento, el nivel de líquido de la masa fundida de silicio 6 de la parte de crecimiento A de cristal único y la porción de fusión de materia prima B se mantiene al mismo nivel. Entonces, un cristal de siembra dispuesto en el extremo distal del alambre 8 (no mostrado) se reduce y, después del contacto con la superficie del líquido de la masa fundida de silicio 6 en el único cristal en crecimiento sección A, cuando se tira gradualmente mientras gira el silicio columnar El monocristal 7 se cultiva. En este momento, la cantidad de silicio material de 13 acorde con la cantidad de tracción del cristal único de silicio 7 a través del tubo de guía 12 del dispositivo de suministro 11 para el suministro de la unidad de suministro de materia prima B. Material de silicio 13 alimentado en parte de la misma después de la fusión se mueve cristal gradualmente sola creciente porción A a través de un agujero de comunicación 5, para mantener la superficie del líquido siempre constante. Por otro lado, el agente de-flop, correspondiente a la entrada de materia prima o tirando de peso, mediante la rotación del eje giratorio 23, para introducir una cantidad predeterminada de materia prima porción de suministro B del crisol 1. Como resultado, la concentración de dopante en la masa fundida de silicio se mantiene constante. Para el método de funcionamiento del dispositivo de partículas dopaje de suministro de agente 20, la entrada de materia prima o la cantidad de tracción y constantemente supervisado, se considera un método de operación intermitente, la velocidad de rotación como el suministro de agente dopante que acaba de terminar cuando se termina la tira Se puede esperar un efecto suficiente incluso con solo ajustar. Es decir, la entrada de materias primas o la cantidad de tracción y similares se pueden omitir del controlador de la con el mismo suministro de control de aparato y un dopante asociado, es posible obtener el efecto deseado en el aparato de una estructura muy simple. Además, en términos de viabilidad, se ha mejorado mucho. Al llenar el dopante convencional en forma de chip-(JP-2 18 377 da a conocer) fue de más de 30 minutos a 40 minutos en el trabajo de llenado. Por otro lado, en el caso de la presente invención, es posible llenar el tubo curvado 22 con el agente dopante particulado mediante la operación de 12 minutos.
Efecto de la invención
Como resulta evidente de la descripción anterior, la presente invención utiliza un dopante granular relativamente barato, que estaba llena en un tubo doblado que está unido a la periferia exterior del disco que tiene un eje de rotación horizontal, convenientemente a bajo coste girar lentamente Permitir el suministro cuantitativo de sustancias dopantes. Por lo tanto dejando caer en cualquier momento la masa fundida de silicio la cantidad requerida de agente de dopado en partículas, pagar una concentración de dopante de la masa fundida de silicio dentro del intervalo objetivo, es posible longitudinalmente resistividad del cristal para obtener un silicio de cristal único uniforme .
Breve descripción de los dibujos
Es una vista esquemática de un aparato para producir un cristal único de silicio que tiene un dispositivo de suministro de agente de-flop granular de acuerdo con la realización de la Figura 1 invención.
La figura 2 es una vista explicativa de un aparato de suministro de masa granular de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 3 es un gráfico que muestra la relación entre el área de la sección transversal de un tubo curvado y la cantidad suministrada a la vez desde un tubo curvado.
1 crisol
2 crisol de grafito
3 miembro de soporte
4 miembro de la partición
5 hoyos de circulación
6 Derretimiento de silicio
7 Silicon Single Crystal
8 hilos
9 Hita
10 cámaras
11 Dispositivo de suministro de material
12 Tubo de guía de material
13 Materia prima de silicio
20 Dispositivo de suministro Doppler
21 tubos doblados
22 discos
23 Eje giratorio
Cámara de 24 segundos
tubo 25-up
26 Droga de partículas
27 Tubo del lote
28 Sensor de paso
Reclamo
Consta de un crisol con un anillo o en forma de partición de la reivindicación 1 de horno, con tirando del silicio de cristal único desde el interior de la partición en forma de crisol, para producir el silicio de cristal único mediante el suministro de un silicio materia prima hasta el exterior del dispositivo de partición en un disco que tiene un eje horizontal de rotación, fijo a lo largo de la periferia exterior del disco, se abre un tubo curvado que tiene un extremo y el otro extremo está cerrado, y el tubo de embudo próxima por debajo del disco, un extremo de embudo Y una tubería de alimentación conectada a la tubería y el otro extremo de la cual está dispuesto cerca de la masa fundida de silicio fuera de la partición del crisol.
2. El aparato de suministro de dopante granular de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tubo curvado tiene una longitud de 5185 grados en un ángulo central del disco.
área de la sección de la reivindicación 3 en el que el tubo curvado es el dispositivo de suministro de agente de partículas de dopaje según la reivindicación 1, en donde dicho rango de 30 a 400 veces el área de la sección transversal máxima del agente particulado dopaje para ser llenado en el mismo.
La reivindicación 4, caracterizado porque el disco, tubo curvado, de partículas dispositivo de suministro de agente dopante según la reivindicación 1, en el que el material del tubo de embudo es de vidrio de cuarzo, silicio o teflón.
5. Dispositivo de suministro de dopante granular según la reivindicación 1, en el que el material del tubo de alimentación es vidrio de cuarzo o silicio.
Cómo reivindicación 6 que comprende un crisol con un anillo de partición o en el horno de calentamiento en forma de crisol, el tirar del silicio de cristal único desde el interior de la partición, para producir el silicio de cristal único mediante el suministro de un silicio materia prima hacia el exterior de la partición en la rotación de un disco que tiene un eje horizontal de rotación, fijo a lo largo de la periferia exterior del disco, el tubo doblado en la que el otro extremo un extremo del cual está cerrado se abre con antelación rellenando un dopante pregranulado, el disco Donde la cantidad de suministro de dopante granular a la masa fundida de silicio fuera de la partición se ajusta girando lentamente el dopante granular alrededor del eje.
Después de llenar los dopantes particulados en la reivindicación 7 en el que el tubo curvado, antes de iniciar la tracción del silicio de cristal único, un disco se hace girar lentamente mediante la detección del comienzo caído dopante de partículas, el cristal único tirando con este punto Y el punto de partida de la rotación del disco en el paso (a).
Dibujo :
Application number :1994-001688
Inventors :日本鋼管株式会社
Original Assignee :杉田晴彦、鈴木真