专利名称：用于掺杂半导体材料的方法
技术领域：
本发明涉及用于掺杂半导体材料的方法。
背景技术：
在电子和光电领域中，控制半导体材料的结晶基体内存在的掺杂杂质的量是重要的。面临着制造含有所需浓度的电活性杂质的半导体材料的困难，工业上已经选择消除电活性杂质以获得非常弱地掺杂的材料。一旦所述材料摆脱这些杂质，使其成型并然后使用其它技术再次掺杂，这确保更好地控制掺杂剂的水平。该制造方法是冗长且昂贵的，因为其需要消除将随后以所需浓度再次引入的掺杂剂杂质。当要向半导体材料中引入掺杂剂时，在结晶之前，将这些掺杂剂引入到熔融原料中或者在熔融步骤前的原料中。但是，在这两种情况中，结晶半导体材料中的掺杂剂的最终量不总是对应于放在坩埚中的量。通常使用不同的用于引入掺杂剂的方法，但是这些方法都和污染的风险和/或控制所引入的掺杂剂的精确量的问题有关。同样地，掺杂剂在坩埚中的分布不均匀，就所关注的半导体材料中的电性能而言，这导致不均衡。
发明内容
确定的是，存在提供易于实施、经济且确保良好地控制所引入的掺杂剂的量的用于掺杂半导体材料的方法的需求。
根据本发明的方法特征在于以下事实:该方法包括以下步骤:-提供包含所述半导体材料原料的坩埚，-将掺杂剂材料置于闭合牺牲容器(recipient)中，该牺牲容器由所述半导体材料形成，-使该坩埚的内容物熔融。
由本发明的具体实施方案的以下描述，其它优点和特征将变得更清楚地明晰，所述具体实施方案仅为了非限制性的示例目的给出且示于附图中，其中单一的图以示意性方式以剖面表示拥有牺牲容器的包含半导体材料原料的坩埚。
具体实施例方式如图1中所示，坩埚I包括底部2和侧壁3。以半导体材料原料4填充坩埚I。所述半导体材料例如为硅、硅-锗合金、Sic、II1-V或I1-VI型二元化合物(如GaAs或CdTe)、或者II1-V或I1-VI型三元化合物(如AlGaAs或HgCdTe)。取决于目标技术领域，半导体材料原料4包含良好限定的电活性掺杂剂杂质水平。限定这些杂质水平，以提供与所选择的应用相适合的固体半导体材料。对于微电子型应用，半导体材料原料4非常弱地掺杂。对于光电型应用，半导体材料原料4可含有更多的掺杂剂杂质。在熔融之前，原料4中的杂质分布是无约束的(free)。原料4可包含与更强掺杂的半导体材料块邻接的非常弱地掺杂的半导体材料。原料4还可包含在坩埚I内的一个或多个掺杂剂材料块。为了在出口处获得在结晶材料中的所需掺杂剂浓度，对原料4进行分析以测量存在的半导体材料的量、存在的掺杂剂的量、以及将要引入的杂质的量。该步骤可在装入料熔融前的任意时刻进行。将含有一种或多种掺杂剂材料6的闭合牺牲容器5置于在i甘祸I内的半导体材料原料4中。在具体实施方案中,将多个闭合牺牲容器5置于原料4中。所述容器可以任意方式分布，或者可选择所述容器的分布以从一开始熔融就获得非常良好的均匀性。存在于原料中的另外的牺牲容器可包含与所述牺牲容器相同的掺杂剂或掺杂剂混合物。在另一实施方案中，另外的牺牲容器包含不同于所述牺牲容器的掺杂剂。
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包含相同掺杂剂或不同掺杂剂的若干容器5a、5b的使用提高在熔融装入料中的均匀性。这还使得能够使用具有不同熔融温度的容器5a、5b，从而使得掺杂剂能够逐渐引入到原料中或者避免同时引入两种不同的掺杂剂。于是，使用呈现出彼此不同的熔融温度的牺牲容器5是有利的。容器5是供作牺牲的，因为其将熔融以形成将产生结晶半导体材料的液态原料4的一部分。牺牲容器5由形成原料4的一部分的材料形成。构成闭合容器5的材料优选为待熔融的半导体材料。该半导体材料可掺杂或未掺杂。但是，由别的材料例如由待引入的掺杂杂质形成闭合容器5也是可能的。在优选实施方案中，牺牲容器5由这样的材料形成，所述材料呈现出与待熔融的原料4的主要成分的熔融温度接近或相等的熔融温度。这样，在被足够量的源自原料4的熔融材料包围和/或覆盖之前，牺牲容器5不劣化(退化，degrade)。在优选方式中，还选择牺牲容器5的尺寸，使得在存在足够量的熔融材料时发生掺杂剂材料6的释放。容器的尺寸取决于掺杂剂的粒度测定(granulometry)。在优选方式中，容器5的体积为几立方毫米至几立方厘米。但是，更大的尺寸也是可用的，即使以若干容器5工作变得优选。一旦已经将半导体材料原料4置于具有包含一种或多种掺杂剂的闭合容器5的坩埚I中，使原料4熔融。牺牲容器5也熔融，这释放出置于容器5内的掺杂剂6。以该方式，将掺杂剂杂质6引入到在坩埚I内的熔融浴中。坩埚I的全部内容物熔融并用于形成结晶半导体材料。使用包含至少一种掺杂剂杂质6的闭合牺牲容器5是特别有利的。掺杂剂杂质6可处于纯物质态或合金态。当牺牲容器5呈现出与其余原料4的熔融温度相同或基本相同的熔融温度时，掺杂剂材料6直接引入到熔融原料4中。这大大减小在以下情况下的掺杂剂材料蒸发的问题:当坩埚I出现温度梯度时，例如，当待引入呈现比构成原料的半导体材料的熔融温度低的熔融温度的掺杂剂时。该实施方案可通过使牺牲容器5是气密地密封的而改善。当使坩埚I位于处于低于大气压的压力和甚至真空下的外壳(腔室，enclosure) 7内时，使用密封的容器是甚至更加有利的。出于示例的目的，当工作压力为大气压至10_5毫巴时，该实施方案是特别有利的。当试图引入具有高的饱和蒸气压的掺杂剂6如镓或磷时，在低压下工作是困难的或者甚至是不可能的。于是，可在降低的压力下(典型地在前面限定的压力范围内)进行原料4的升温以消除寄生(parasitic)杂质，并然后在较高的压力下进行熔融以防止特意引入到原料4中的掺杂剂杂质6的蒸发。由于掺杂剂杂质6直接置于熔融浴中，因而更好地控制其在半导体材料中的引入。这由于损耗降低而导致最终材料中存在的掺杂剂的量的更高的精确性，而且导致熔融浴内的掺杂剂的更高的均匀性以及因此结晶材料的更高的均匀性。此外，在熔融步骤之前将掺杂剂杂质6引入到坩埚I中，在熔融方法期间引入掺杂剂杂质6不再是必须的，这消除在引入杂质(例如通过棍)时污染的风险。这还导致可用于进行原料4的熔融的设备的简化。包含掺杂剂6的牺牲容器5可用于大量技术中，包括向坩埚中引入固体物质、该固体物质的熔融和后者的凝固。可将常规的半导体材料掺杂剂引入到牺牲容器5中，例如硼、磷、镓、铟和锗。在有利的方式中，在容器5中封装呈现出与其余原料相比的低熔点和/或呈现出与所述熔融方法不相适合的平衡蒸气压的掺杂剂。通过任意适当的技术制造牺牲容器5,例如通过敲打(tap)构成原料4的半导体材料块，或者借助于另外的机械加工技术。牺牲容器5可由纯材料、合金或者掺杂材料形成。牺牲容器5中所含的掺杂剂6是与容器材料不同的材料。在优选方式中，掺杂剂6是纯的或基本上纯的材料。在优选实施方案中，将牺牲容器5布置于原料4内，而不是与底部2、侧壁3以及装入料的顶部接触。在甚至 更优选的方式中，将牺牲容器5布置在待熔融的原料4的顶部三分之一和底部三分之一之间。这使得能够达到与原料4相比牺牲容器5的延迟熔融。此外，还可使容器位于底部三分之一中以防止容器太容易地漂浮。在可选的实施方案中，在熔融步骤后，将牺牲容器置于原料中。以该方式，在装入料熔融之后引入掺杂剂。如在该不同的实施方案中，容器可引入彼此不同的掺杂剂或者掺杂剂混合物以防止寄生反应。容器使得能够在变为熔融态之前将掺杂剂更好地引入到原料的中心中。就减少通过蒸发损耗的掺杂剂的量而言，可获得具有非常低且非常良好地控制的添加掺杂剂浓度的结晶半导体材料。
权利要求
1.用于掺杂半导体材料的方法，特征在于，该方法包括以下步骤: -提供包含所述半导体材料原料(4)的坩埚(1)， -将掺杂剂材料(6)置于闭合牺牲容器(5)中，该牺牲容器(5)由所述半导体材料形成， -将该容器(5)放入该坩埚(I)中， -使该坩埚(I)的内容物熔融。
2.权利要求1的方法，特征在于该闭合牺牲容器(5)是气密地密封的。
3.权利要求1和2之一的方法，特征在于将该坩埚(I)置于在低于大气压的压力下操作的外壳⑵中。
4.权利要求1-3中任一项的方法,特征在于使该闭合牺牲容器(5)位于该半导体材料原料(4)的底部三分之一中。
5.权利要求1-4中任一项的方法，特征在于该方法包括使用另外的牺牲容器(5a、5b)。
6.权利要求5的方法，特征在于该牺牲容器(5a)和该另外的牺牲容器(5b)呈现出不同的熔融温度。
全文摘要
根据本发明，将半导体材料的进料(4)置于坩埚(1)中。将包含掺杂剂材料(6)的密封牺牲容器(5)置于所述坩埚(1)内。使所述坩埚(1)的内容物熔融，从而导致所述掺杂剂引入到熔融材料的浴中。在低压下进行升温。
文档编号C30B11/04GK103119206SQ201180039656
公开日2013年5月22日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月16日
发明者M.福斯特, E.福尔蒙德, J.斯塔德勒, R.艾恩豪斯, H.劳夫雷 申请人:阿波朗.索拉尔公司, 希尔特罗尼克斯公司