AT400848B

AT400848B - Vorrichtung zum züchten eines einkristalls

Info

Publication number: AT400848B
Application number: AT0247085A
Authority: AT
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1996-03-25
Also published as: DE3530231C2; SE8503935L; FR2569430A1; GB8520574D0; GB2163367A; FR2569430B1; NL193666C; CA1290654C; JPH0357072B2; MY101257A; IT8521977A0; GB2163367B; ATA247085A; NL8502286A; IT1200719B; SE467258B; SE8503935D0; NL193666B; JPS6153187A; DE3530231A1

Description

AT 400 848 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalles nach dem Czochralski-Verfahren, mit einem Tiegel zur Aufnahme des Kristallmaterials, einer Heizeinrichtung, die in einem oberen Bereich stärker heizt als in einem unteren und einer Zieheinrichtung.

Eine solche Einrichtung wurde z.B. durch die JP 56 45 890 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung ist die Heizeinrichtung zweigeteilt und ihr unterer Teil wird nur mit soviel Leistung versorgt, daß im unteren Bereich des Tiegels das zu ziehende Material zwar stark erhitzt wird, jedoch nicht geschmolzen wird. Solange der Tiegel noch relativ hoch gefüllt ist, befindet sich die Schmelzenoberfläche im Bereich des oberen Teils der Heizeinrichtung. Wenn jedoch eine größere Menge an Material gezogen worden ist, fällt die Oberfläche schließlich in den Bereich des unteren Teils der Heizeinrichtung. Es treten dann verstärkt Probleme auf, wie sie im folgenden anhand der Fig.13 sowie 10A und 10B näher erläutert werden.

Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung zur Anwendung des Czochralski-Verfahrens z.B. zum Ziehen eines Siliziumeinkristalls. Geschmolzenes Einkristallmaterial liegt innerhalb eines Quartztiegels, der sich in einem Graphittiegel befindet, der als Halterung für den Quartztiegel dient. Die Halterung, also der Graphittiegel, un damit ihm der Quartztiegel mit dem zu ziehenden Material werden mit Hilfe einer Heizeinrichtung erhitzt, die den Graphittiegel umgibt. Durch eine Spannvorrichtung wird aus dem geschmolzenen Material ein stabförmiger Einkristall gezogen, dessen Wachstumsprozeß durch einen Kristallkeim eingeleitet worden ist. Beim Ziehen des Einkristalls aus der Kristallschmelze werden die beiden Tiegel einerseits und der Einkristall anderseits mit Hilfe einer Welle bzw. der Spannvorrichtung in zueinander entgegengesetzten Richtungen mit konstanter Geschwindigkeit gedreht. Die Welle ist mit dem Boden des Graphittiegels verbunden. Dieser kann durch die Welle auch angehoben werden, so daß die Heizeinrichtung immer in einer bestimmten Position in bezug auf die Oberfläche der Kristallschmelze gehalten wird.

Beim Czochralski-Verfahren läßt sich die maximiale Wachstumgsgeschwindigkeit Vmax des Einkristalls durch die nachfolgend angegebene Gleichung unter der Annahme beschreiben, daß die Festkörper-Flüssigkeits-Grenzfläche zwischen dem Einkristall und der Kristallschmelze eben ist und kein Temperaturgradient in radialer Richtung des Einkristalls existiert:

Vmax = k dT h.p dX

Hierbei sind k die thermische Leitfähigkeit des Einkristalls, h die Schmelzwärme, p die Dichte und dT/dX der Temperaturgradient im Einkristall im Bereich der Festkörper-Flüssigkeits-Grenzfläche. Da in der obengenannten Gleichung die Größen k, h und p durch die Eigenschaften des Materials festgelegt sind, ist es erfoderlich, den Wert dT/dX zu vergrößern, wenn die Wachstumsgeschwingkeit Vmax erhöht werden soll. Bei dem mit der Vorrichtung gemäß Fig. 13 ausführbaren Verfahren wird der Wert dT/dX ständig vermindert, da der zunehmend längere Einkristall immer mehr Strahlungswärme aufnimmt. Um dieses Verringern des Wertes dT/dX zu vermeiden, ist es bekannt, z.B. aus DE 30 05 492 A1, den Einkristall mit einem Wärmeschutzkörper oberhalb der Schmelzenoberfläche zu umgeben.

Der genannte Gradient dT/dX, und mit ihm die Wachstumsgeschwindigkeit, läßt sich auch durch Vermindern der Temperatur der Heizeinrichtung erhöhen. Wie jedoch anhand der Fig. 10A und 10B zu erkennen ist, tritt eine Verfestigung der Kristallschmelze in demjenigen Bereich auf, in dem ihre Oberfläche an die Tiegelwand stößt, wenn die Heizleistung zu sehr verringert wird. Die Temperatur im Zentralbereich der Kristallschmelze ist dann zwar noch so hoch, daß dort das Material geschmolzen bleibt, ein kontinuierlicher Ziehvorgang zum Bilden des Einkristalls ist jedoch nicht mehr möglich. Die Temperaturverteilung in Richtung der Zentralachse der Schmelzflüssigkeit ist in Fig. 10B dargestellt. Der Temperaturverlauf im Querschnitt ist aus Fig.lOA erkennbar. Es gilt Ti<T2<T3 mit T4 = T2 und T5 = T3.

Wird ein Strahlungsschirm über der Einkristallschmelze angewendet, wie dies z.B. aus der japanischen Patentschrift 58-1080 bekannt ist, läßt sich eine Wachstumsgeschwindigkeit von 2mm/min erzielen.

Ziel der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, mit der sich ein Einkristall mit hoher Geschwindigkeit züchten läßt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Heizeinrichtung in vertikaler Richtung in mehr als zwei Abschnitte unterteilt ist, die in ihrer Heizleistung einstellbar und wahlweise abschaltbar sind, und ein Wärmeschutzkörper oberhalb der Oberfläche geschmolzenen Materials um einen gezogenen Kristall herum angeordnet ist.

Da bei einer Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß der Erfindung die Heizeinrichtung so aufgebaut ist, daß ein Bereich des Tiegels, in dem die Oberfläche der Flüssigkeit am Tiegel liegt, mit einer größeren Wärmemenge stärker erhitzt wird, als dies in anderen Bereichen des Tiegels der Fall ist, kann ein 2

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Erstarren der Flüssigkeit in Bereichen verhindert werden, in denen die Flüssigkeitsoberfläche am Tiegel anliegt, wenn eine niedrige Temperatur der Heizeinrichtung festgelegt wird. Gegenüber einer herkömmlichen Vorrichtung ist es daher möglich, ein Hochgeschwindigkeitswachstum des Einkristalls zu erreichen, ohne einen fehlerhaften Kristall zu erzeugen und ohne die Qualität des Einkristalls zu beeinträchtigen.

Letzteres wird dadurch unterstützt, daß oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen Materials ein Wärmeschutzkörper angeordnet ist, um die Wärme abzuschirmen, die sonst von der Heizeinrichtung auf den gezogenen Einkristall einwirken würde.

Die Heizeinrichtung besteht vorteilhafterweise aus einem zylindrischen, leitenden Material, das mit mehreren oberen Rillen und mehreren unteren Rillen versehen ist, wobei sich beide in axialer Richtung der Heizeinrichtung erstrecken und beide abwechselnd in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung der Heizeinrichtung liegen, wobei das zylindrische Material in seinem oberen Bereich vorzugsweise mit einem konischen Bereich versehen ist.

Die Heizeinrichtung kann auch aus einem zylindrischen, leitenden Material bestehen, das an jedem oberen Ende einer jeden unteren Rille weiters mit gegabelten Rillen versehen ist. Bei einer weiteren Abart besteht die Heizeinrichtung aus einem zylindrischen, leitenden Material, das mit mehreren oberen Rillen und mehreren unteren Rillen versehen ist, wobei sich beide in axialer Richtung der Heizeinrichtung erstrecken und beide abwechselnd in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangrichtung der Heizeinrichtung liegen, wobei der obere Bereich des Wärmeerzeugers mit zumindest einem gekrümmt eingeschnittenen Bereich versehen ist, um die Querschnittsfläche der Heizeinrichtung zu verkleinern.

Bei einer noch weiteren Abart besteht der Wärmeerzeuger aus einem zylindrischen, leitenden Material, das mit mehreren oberen Rillen und mehreren unteren Rillen versehen ist, wobei sich beide in axialer Richtung des Wärmeerzeugers erstrecken und beide abwechselnd in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung des Wärmeerzeugers liegen, wobei der obere Bereich der Heizeinrichtung mit mehreren rechteckig eingeschnittenen Bereichen versehen ist, um die Querschnittfläche der Heizeinrichtung zu verkleinern.

Besonders vorteilhaft ist es, die Heizeinrichtung zwischen einer Magnetanordnung anzuordnen.

Die Erfindung ist aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, die jedoch keine Einschränkung auf eine bestimmte Ausführungsform darstellen soll und nur zur Erläuterung und zum Verständnis dient.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Zuchten eines Einkristalls gemäß dieser Erfingung;

Fig.2 den vergrößerten Schrägriß einer Heizeinrichtung, der mit der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls von Fig.1 verwendet wird;

Fig.3 ein Diagramm, in dem das Verhältnis der fehlerhaften Schichtungsdichte und der Sauerstoffkonzentration innerhalb des gezüchteten Einkristalls dargestellt ist;

Fig. 4 bis 6 Schnitte durch entsprechende Abarten der Heizeinrichtung, der bei der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß dieser Erfindung verwendet wird;

Fig. 7 den Grundriß einer Abart der Heizeinrichtung, der mit der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß dieser Erfindung verwendet wird;

Fig. 8 und 9 Schnitte durch andere Ausführungsformen der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß dieser Erfindung;

Fig. 10A eine Modellansicht, in der die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung von Isothermen dargestellt ist;

Fig. 10B ein Diagramm, in dem die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls in Richtung der Mittelachse der Flüssigkeit gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist;

Fig. 11A eine Modellansicht, in der die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls gemäß dieser Erfindung unter Verwendung von Isothermen dargestellt ist;

Fig. 11B ein Diagramm, in dem die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls gemäß dieser Erfindung in Richtung der Mittelachse der Flüssigkeit dargestellt ist;

Fig. 12A eine Modellansicht, in der die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls in einer Abart dieser Erfindung bei einem anliegenden Magnetfeld unter Verwendung von Isothermen dargestellt ist;

Fig. 12B ein Diagramm, in dem die Temperaturverteilung der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls in einer Abart dieser Erfindung bei einem anliegenden Magnetfeld in Richtung der Mittelachse der Flüssigkeit dargestellt ist; und

Fig. 13 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß dem Stand der Technik, die das CZ-Verfahren verwendet. 3

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Im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungnen wird nunmehr eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß dieser Erfindung beschrieben. Dabei sind die gleichen oder ähnliche Bauteile und Bauelemente wie in Fig. 13 mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wobei die Aufgaben dieser Bauelemente dort weggelassen sind, wo dies nicht notwendig erscheint. Ähnlich wie bei der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls von Fig. 13 wird auch in Fig. 1 bei der Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls dieser Erfindung die Flüssigkeit 3 aus geschmolzenem Silizium in einen Quarztiegel 2 gegeben, der innerhalb eines Graphittiegels 1 angeordnet ist. Eine Graphit Heizeinrichtung sowie ein Wärmeschutz-(Wärmeisolations)-Material 9 sind jeweis so angeordnet, daß sie den Tiegel 1 unschließen. Weiters sind mehrere Kühlmäntel 10a, 10b und 10c so angeordnet, daß sie das Wärmeschutzmaterial 9 umschließen. Im Kühlmantel 10b ist ein Fenster 12 ausgebildet, um den Zustand des gezogenen Einkristalls 6 beobachten zu können. Am Boden des Kühlmantels 10a ist ein Ablaßrohr 13 angeordnet, um ein inertes Gas (atmosphärisches Gas) abzulassen, das von oben in die Mäntel 10a, 10b und 10c eingeleitet wird. Im unteren Teil des Tiegels 1 ist eine Welle 8 angeordnet, die lose durch eine Öffnung 10d läuft, die am Boden des Kühlmantels 10a ausgebildet ist, um den Tiegel 1 in Drehung zu versetzen und anzuheben/abzusenken. Das untere Ende der Heizeinrichtung 4 ist an einer Ringplatte 14 befestigt. Am unteren Teil dieser Ringplatte 14 sind zwei Wellen 15 angeordnet, die lose durch zwei Öffnungen 10e und 10f laufen, die am Boden des Kühlmantels 10a ausgebildet sind, um die Heizeinrichtung 4 anzuheben/abzusenken. Andererseits ist über der Flüssigkeit des geschmolzenen Einkristalls 3 ein zylindrischer Molybdän-Wärmemantelkörper 16 angeordnet, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des gezogenen Einkristalls 6 ist. Über dem Wärmemantelkörper 16 wird ein Kristallkeim 5 von einem Spannfutter 7 gehalten, das am unteren Ende einer Ziehwelle 17 befestigt ist, so daß auf Grund dieses Kristallkeims 5 ein stabförmiger Einkristall 6 gezüchtet werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Aufbau der Heizeinrichtung 4. Die Heizeinrichtung 4 besteht aus einem leitenden Material, z.B. Graphit, das in Form eines Zylinders mit einem konischen Bereich 4a am oberen Teil ausgebildet wird. Die Heizeinrichtung 4 ist mit einer Vielzahl von oberen Rillen 4b und einer Vielzahl von unteren Rillen 4a versehen, wobei sich beide in axialer Richtung der Heizeinrichtung 4 erstrecken und beide abwechselnd in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung der Heizeinrichtung 4 angeordnet sind. Weiters sind die oberen Enden der unteren Rillen 4c gegabelt, um zwei kurze Rillen 4d und 4e zu bilden, die unter einem Winkel von 45* zur Rille 4c verlaufen. Durch jeden Bereich, der von den oberen und unteren Rillen 4b und 4a bestimmt wird, fließt Strom, um durch den Stromwärmeverlust Wärme zu erzeugen.

Um den Einkristall 6 über dem Kristallkeim 5 von der Flüssigkeit 3 aus geschmolzenem Silizium-Material unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls zu züchten, werden die beiden Tiegel 1 und 2 von der Welle 8 beispielsweise im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt, wobei der gezüchtete Einkristall 6 von der Welle 17 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn in Drehung versetzt wird, oder umgekehrt. Weiters wird die Ziehwelle 17 mit Hilfe eines Antriebs (nicht dargestellt) allmählich angehoben, um den Einkristall 6 zu ziehen. Zusätzlich werden beide Tiegel 1 und 2 allmählich angehoben, so daß die Oberfläche der Flüssigkeit 3 zur Heizeinrichtung 4 in einem vorgegebenen gegenseitigen Lageverhältnis gehalten werden kann.

Die oben beschriebene Vorrichtung besitzt folgende Vorteile: Da die konischen Bereiche 4a in den oberen Bereichen der Heizeinrichtung 4 ausgebildet sind und sich zusätzlich an den oberen Enden der unteren Rillen 4c gegabelte Rillen 4d und 4e befinden, sind die Querschnittsflächen gegenüber anderen Bereichen der Heizeinrichtung 4 klein. Im besonderen sind die Querschnittsflächen in der Nähe der gegabelten Rillen 4d und 4e ziemlich klein. Wenn daher durch die Heizerzeuger 4 Strom fließt, werden die konischen Bereiche 4a 4 auf eine höhere Temperatur erhitzt, als dies bei anderen Bereichen der Heizeinrichtung 4 der Fall ist. Anders ausgedrückt: Die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich 3a, der der Höhe des konischen Bereichs 4a entspricht, in der die Oberfläche der geschmolzenen Flüssigkeit 3 an der Innenwand des Tiegels 2 anliegt, und dem Maximalwert innerhalb der Flüssigkeit 3 (siehe Fig. 11A und 11B) ist im Vergleich zum herkömmlichen Fall (siehe Fig. 10A und 10B) klein.

Da weiters der konische Bereich 4a der Heizeinrichtung 4 ausgebildet ist, ist der elektrische Gesamtwiderstand der Heizeinrichtung 4 im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizeinrichtung groß, so daß Temperatur der Heizeinrichtung 4 stark ansteigt, während die Stromstärke so groß wie bei einer herkömmlichen Heizeinrichtung ist. Bei dieser Ausführungsform wird daher der durch die Heizeinrichtung 4 fließende Strom so bestimmt, daß er kleiner als bei einer herkömmlichen Heizeinrichtung ist.

Wie bereits erwähnt, ist es notwendig, den Temperaturgradient (dT/dX) innerhalb der festen Phase des Einkristalls 6 an der Feststoff/Flüssigkeits-Grenzfläche zu vergrößern, um die maximale Wachstumsgeschwindigkeit Vmax zu erhöhen. Anders ausgedrückt: Eine Verminderung der Temperatur der Heizeinrichtung 4 ist vorzuziehen, da der gezogene Einkristall von der Strahlungswärme der Heizeinrichtung 4 erhitzt 4

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Bei der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ist es möglich, ein Erstarren der Flüssigkeit im Bereich 3a zu verhindern, in dem die Oberfläche der Flüssigkeit 3 an der Innenwand des Tiegels 2 liegt, wenn die Temperatur der Heizeinrichtung 4 herabgesetzt wird, um den Temperaturgradient (dT/dX) zu vergrößern, da die oben erwähnte Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich 3a und dem Maximalwert innerhalb der Flüssigkeit 3 klein ist. Anders ausgedrückt: Die Temperatur der Heizeinrichtung 4 kann um den Wert herabgesetzt werden, so daß die Wärmestrahlung der Heizeinrichtung 4 vermindert werden kann, um den Temperaturgradient (dT/dX) zu vergrößern. Dadurch ist es möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit gegenüber der herkömmlichen Wachstumsgeschwindigkeit bis zu einem Wert von beispielsweise etwa 0,2mm/min zu erhöhen. Zusätzlich kann der Einkristall 6 fortlaufend gezüchtet werden, wodurch die Produktivität erhöht und die Fertigungskosten des Einkristalls 6 herabgesetzt werden.

Fig. 3 zeigt die fehlerhafte Schichtungsdicke. Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Dichte der fehlerhaften Schichtung innerhalb des Einkristalls 6 bei der herkömmlichen Wachstumsgeschwindigkeit von etwa 1mm/min außergewöhnlich hoch ist. Da die Dichte der fehlerhaften Schichtung sehr klein ist, wenn der Einkristall 6 mit einer Geschwindigkeit von etwa 2mm/min gezüchtet wird, ist es möglich, die Qualität des Einkristalls 6 zu verbessern.

Da weiters der Wärmemantelkörper 16 über der Flüssigkeit 3 angeordnet ist, kann eine Erwärmung des Einkristalls 6 durch die Strahlungswärme der Heizeinrichtung 4 verhindert werden. Der Temperaturgradient (dT/dX) kann daher erhöht werden, wodurch die Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls 6 vergrößert wird.

Da weiters die Querschnittsfläche des oberen Teils der Heizeinrichtung 4 kleiner als bei einer herkömmlichen Heizeinrichtung ist, ist der elektrische Gesamtwiderstand der Heizeinrichtung 4 relativ groß, so daß es möglich ist, die Flüssigkeit 3 des geschmolzenen Einkristalls auf eine Temperatur, die gleich der herkömmlichen Temperatur ist, unter Verwendung einer elektrischen Leistung zu erhitzen, die kleiner als die herkömmliche Leistung ist, so daß die Leistungsaufnahme der Heizeinrichtung 4 vermindert werden kann.

Bei der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ist es ohne einer Einschränkung auf die oben beschriebene Ausführungsform möglich, verschiedene Abarten auf Grund des technischen Gedankens dieser Erfindung zu realisieren. Es kann beispielsweise genügen, nur den konischen Bereich 4a vorzusehen, ohne die gegabelten Rillen 4d oder 4e auszubilden. Anderenfalls ist es möglich, nur die gegabelten Rillen 4d oder 4e auszubilden, ohne den konischen Bereich 4a herzustellen. Wie Fig. 4 zeigt, ist es weiters möglich, die Querschnittsfläche der gesamten Heizeinrichtung 4 konisch auszubilden, so daß ihr oberer Bereich linear kleiner wird. Wie Fig. 5 zeigt, ist es möglich, im oberen Bereich der Heizeinrichtung 4 eingeschnittene Bereich 4f auszubilden. Wie Fig. 6 zeigt, ist es möglich, im oberen Bereich der Heizeinrichtung 4 eine Anzahl von Rillen 4g auszubilden, die unterschiedliche Tiefen besitzen. Wie Fig. 7 zeigt, ist es möglich, die Breite ti im oberen Bereich der Heizeinrichtung 4 so festzulegen, daß sie schmäler als die Breite t im unteren Bereich ist. Anderenfalls ist es möglich, den oberen Bereich der Heizeinrichtung 4 aus einem Material zu fertigen, das einen größeren spezifischen Widerstand im Vergleich zum Material besitzt, aus dem der untere Teil der Heizeinrichtung 4 aufgebaut ist.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung, bei der die Heizeinrichtung 4 in zwei Bauelemente einer oberen Heizeinrichtung 18 und einer unteren Heizeinrichtung 19 geteilt ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur der oberen Heizeinrichtung 18 höher eingestellt als die der unteren Heizeinrichtung 19. Weiters ist es in dem Fall, in dem die Flüssigkeit 3 durch Induktionswärme erhitzt wird, die von Hochfrequenzspulen erzeugt wird, möglich, die Wicklungsanzahl pro Längeneinheit im oberen Bereich der Hochfrequenzspule gegenüber dem unteren Bereich der Hochfrequenzspule zu erhöhen.

Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung, bei der ein Elektromagnet 21 in der Nähe des Kühlmantels 10a angeordnet ist, um den Einkristall 6 zu ziehen, wobei das Anlegen des Magnetfelds an die Flüssigkeit 3 des geschmolzenen Materials als MCZ-Verfahren bezeichnet wird. Da bei dieser Ausführungsform die Flüssigkeit 3, die elektrisch leitend ist, einer elektromagnetischen Kraft ausgesetzt wird, ist es möglich, die Wärmekonvektion zu unterdrücken. Da die Temperaturverteilung in der Heizeinrichtung 4 in der Temperaturverteilung in der Flüssigkeit 3 reflektiert wird, wie dies Fig. 12A und 12B zeigt, ist es in diesem Fall, in dem die Wärmekonvektion unterdrückt wird, möglich, die Temperatur der Flüssigkeit im Mittelbereich herabzusetzen, die Temperatur der Flüssigkeit im Randbereich zu erhöhen und zusätzlich die Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelbereich und dem Bereich neben der Oberfläche der Flüssigkeit 3 gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform weiter herabzusetzen. Dadurch wird es möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls 6 gegenüber der Vorrichtung zu erhöhen, bei der kein Magnetfeld angelegt wird. Obwohl das Magnetfeld in Fig. 9 seitlich zur Vorrichtung 5

Claims

AT 400 848 B angelegt wurde, ist es weiters möglich, das Magnetfeld in Längsrichtung der Vorrichtung anzulegen. Beispiel 1 : Ein polykristallines Silizium-Material von 20kg wird in einen Tiegel mit einem Durchmesser von 30,5cm eingefüllt, wobei das Material gezogen wird, um den Einkristall 6 zu züchten, nachdem das Material geschmolzen ist. Beim herkömmlichen Verfahren erstarrte die Flüssigkeit 3 des geschmolzenen Materials bei einer Wachstumsgeschwindigkeit von 1,2mm/min im Bereich 3a, in dem die Flüssigkeitsoberfläche an die Innnenwand des Tiegels 2 grenzt. Bei dem Verfahren gemäß dieser Erfindung ist es jedoch in jenem Fall, in dem der Wärmemantelkörper 16 über der Flüssigkeit 3 angeordnet ist, möglich, den Einkristall 6 mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von 1,5mm/min zu züchten. Weiters ist es in jenem Fall, in dem der Wärmemantelkörper 16 angeordnet und zusätzlich der Heizeinrichtung 4 mit dem konischen Bereich 4a sowie den gegabelten Rillen 4d und 4e versehen ist, möglich, bei einer Wachstumsgeschwindigkeit von 2,0mm/min einen Einkristall 6 zu züchten, der einen Durchmesser von 10,16cm besitzt. Beispiel 2: Auf die gleiche Art wird ein polykristallines Silizium-Material von 20kg in einen Tiegel mit einem Durchmesser von 30,5cm eingefüllt, wobei das Material gezogen wurde, um den Einkristall 6 zu züchten, nachdem das Material geschmolzen ist. In dem Fall, in dem der Wärmemantelkörper 16 über der Flüssigkeit 3 angeordnet und zusätlich der Heizeinrichtung 4 mit dem konischen Bereich 4a sowie den gegabelten Rillen 4d und 4e versehen ist, ist es möglich, einen Einkristall 6 mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von 2,0mm/min zu züchten. Weiters ist es in jenem Fall, in dem ein Magnetfeld angelegt wird, wie es Fig. 9 zeigt, möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit bis auf 2,3mm/min zu erhöhen. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahren, mit - einem Tiegel (2) zur Aufnahme des Kristallmaterials, - einer Heizeinrichtung (4, 18, 19), die in einem oberen Bereich stärker heizt als in einem unteren und - einer Zieheinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß - die Heizeinrichtung (4; 18, 19) in vertikaler Richtung in mehr als zwei Abschnitte (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) unterteilt ist, die in ihrer Heizleistung einstellbar und wahlweise abschaltbar sind, und - ein Wärmeschutzkörper (16) oberhalb der Oberfläche geschmolzenen Materials um einen gezogenen Kristall herum angeordnet ist.
2. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (4) aus einem zylindrischen, leitenden Material besteht, das mit mehreren oberen Rillen (4a) und mehreren unteren Rillen (4b) versehen ist, wobei sich beide in axialer Richtung der Heizeinrichtung (4) erstrecken und beide abwechselnd in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung der Heizeinrichtung (4) liegen.
3. Vorichtung zum Züchten eines Einkristalles gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Material in seinem oberen Bereich mit einem konischen Bereich versehen ist.
4. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Material an jedem oberen Ende einer jeden unteren Rille (4b) weiters mit gegabelten Rillen (4d, 4e) versehen ist.
5. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der Heizeinrichtung (4) mit zumindestes einem gekrümmt eingeschnittenen Bereich (4f) versehen ist, um die Querschnittsfläche der Heizeinrichtung (4) zu verkleinern.
6. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalles gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der Heizeinrichtung (4) mit mehreren rechteckig eingeschnittenen Bereichen (4g) versehen ist, um die Querschnittsfläche der Heizeinrichtung (4) zu verkleinern. 6 AT 400 848 B
7. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalles gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des oberen Bereichs der Heizeinrichtung (4) schmäler als im unteren Bereich der Heizeinrichtung (4) ist.
8. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (4) in zwei obere und untere zylindrische, leitende Materialien geteilt ist, wobei das obere Material auf eine höhere Temperatur erhitzbar ist als das untere Material.
9. Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (4) zwischen einer Magnetanordnung (21) angeordnet ist. Hiezu 6 Blatt Zeichnungen 7