DE10040970B4

DE10040970B4 - Wärmeschutzvorrichtung und Kristallziehgerät unter Einsatz derselben

Info

Publication number: DE10040970B4
Application number: DE10040970A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Harada; Yoji Suzuki; Senlin Fu; Hisashi Furuya
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP3709494B2; JP2000247776A; DE10040970A1

Abstract

Wärmeschutzvorrichtung, mit der ein Kristallziehgerät zum Ziehen eines Silicium-Einkristallrohlings (25) aus einer Siliciumschmelze (12), die sich in einem Quarztiegel (13) mit einer von einem Heizgerät (18) umgebenen peripheren Außenfläche befindet, ausgestattet ist, die aufweist:
ein rohrförmiges Teil (37) zur Verwendung zum Umschließen eines Silicium-Einkristallrohlings (25), der nach oben gezogen und gezüchtet wird, zur Unterbindung von Strahlungswärme aus dem Heizgerät (18) zu dem Silicium-Einkristallrohling (25), wovon ein unteres Ende über einer Oberfläche der Siliciumschmelze (12) in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist;
eine horizontale Bodenwand (42), die über eine Außenwand (45) mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist und über eine Innenwand (43) mit einer vertikalen Wand (44), die in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) angeordnet ist und parallel zu einer Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) oder in einem Winkel von –30° bis +30° bezüglich der Achse des zu...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzvorrichtung, die in einem Kristallziehgerät zum Ziehen und Züchten eines Silicium-Einkristallrohlings aus einer Schmelze (im folgenden auch als Kristallziehgerät bezeichnet) vorgesehen ist, und ferner ein Kristallziehgerät unter Einsatz einer solchen Wärmeschutzvorrichtung.
2. Beschreibung der dazugehörigen Technik
Bis jetzt wurden bereits in vielen Veröffentlichungen verschiedene Geräte zum Ziehen und Züchten von Silicium-Einkristallrohlingen beschrieben. Hiervon offenbart beispielsweise die geprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 57-40119 (1982) ein Kristallziehgerät, das eine Kammer mit einem Quarztiegel, in dem sich eine Siliciumschmelze befindet, und eine zwischen einer Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings und einer Innenfläche des Quarztiegels vorgesehene Wärmeschutzvorrichtung aufweist, so dass der Rohling von der Wärmeschutzvorrichtung umschlossen ist. D. h. die Wärmeschutzvorrichtung weist ein rohrförmiges Element auf, das die Peripherie des nach oben zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings umgibt, und ist zur Unterbindung der Wärmeabstrahlung von einem Heizgerät über der Oberfläche der Siliciumschmelze in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet. Beim stufenweisen Ziehen des Siliciumkristalls aus der Siliciumschmelze sinkt der Flüssigkeitsspiegel der Siliciumschmelze unter Exposition einer peripheren Innenwand des Quarztiegels ab. Die Wärmeabstrah lung von der peripheren Innenfläche des exponierten Quarztiegels wird an die periphere Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings abgestrahlt. Somit blockiert das wärmedämmende Element eine solche Abstrahlung und verhindert, dass sich die Wärmeabstrahlung bis zur peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings ausdehnt, so dass der Silicium-Einkristallrohling während des Ziehschrittes unter einer beschleunigten Verfestigung hiervon schnell abgekühlt werden kann.
Zusätzlich offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 8-325090 (1996) ein rohrförmiges Element in der Art der Wärmeschutzvorrichtung, das als mehrschichtige Struktur ausgelegt ist, die ein Basismaterial und ein Deckelement aufweist. Das Basismaterial ist ein Graphit oder dergleichen mit Hitzebeständigkeitseigenschaft bei einer dieser Strahlung entsprechenden Temperatur. Andererseits ist das Deckelement aus Quarz oder dergleichen mit einem im Vergleich zum Basismaterial geringen thermischen Abstrahlvermögen hergestellt. Ein solcher Aufbau der Wärmeschutzvorrichtung steigert die Effektivität der Unterbindung von Wärmeabstrahlung von Tiegel und Heizgerät zum Silicium-Einkristallrohling durch Bedecken des Basismaterials mit hohem thermischen Abstrahlvermögen mit dem Deckelement, das ein thermisches Abstrahlvermögen aufweist, das geringer ist als das Abstrahlvermögen des Basismaterials. Folglich kann die Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristallrohlings aus der Schmelze durch die beschleunigte Abkühlung des Silicium-Einkristallrohlings erhöht werden, so dass die Produktivität für den Silicium-Einkristallrohling gesteigert werden kann.
Die in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 8-325090 (1996) offenbarte Wärmeschutzvorrichtung des Kristallziehgerätes verursacht die ungleichmäßige Temperaturverteilung in einem der Siliciumschmelze benachbarten Teil des Silicium-Einkristallrohlings. Das bedeutet, im Zentrum eines solchen Teils kann die maximale Temperatur festgestellt werden, während die Temperatur vom Zentrum nach außen abnimmt und an der äußeren Peripherie dieses Teils ein plötzlicher Temperaturabfall festgestellt wird. Es ist einsehbar, dass die Temperaturdifferenz zwischen Zentrum und äußerer Peripherie des Silicium-Einkristallrohlings durch Vergrößerung des Durchmessers des Silicium-Einkristallrohlings weiter vergrößert werden kann. Darum besteht die Möglichkeit, dass als Folge der oben beschriebenen Temperaturdifferenz in dem Silicium-Einkristallrohling eine Wärmespannung hervorgerufen werden kann.
US 60 36 776 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen, wobei eine Wärmeschutzvorrichtung so ausgebildet ist, dass sich ein adiabatischer Zylinder nach unten von der Innenkante des Randes der Wärmeschutzvorrichtung erstreckt und den Einkristall umgibt. Eine ähnliche Wärmeschutzvorrichtung wird in der JP 11-240790 A offenbart. Die ältere Anmeldung WO 00/50671 A1 offenbart eine Wärmeschutzvorrichtung für ein Kristallziehgerät, die einen äußeren Reflektor und einen inneren Reflektor aufweist, die so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen eine Isolationskammer liegt. Die ebenfalls ältere Anmeldung DE 100 06 589 A1 offenbart ein Hitzeschild für eine Czochralski-Zugvorrichtung, das ein ringförmiges Hitzeschild-Gehäuse mit einer inneren und äußeren Hitzeschutz-Wand aufweist, die vertikale Wände sind. US 60 27 562 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß der Czochralski-Methode, bei dem der Einkristall unter bestimmten Temperatur- und Zeitbedingungen gezüchtet wird. Die ältere DE 100 55 648 A1 betrifft Czochralski-Ziehapparate zur Herstellung von Einkristall-Siliciumrohlingen, mit einem ringförmig gestalteten Hitzeschild-Gehäuse, das voneinander getrennte, innere und äußere Hitzeschild-Gehäusewände in einer bestimmten Ausgestaltung umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeschutzvorrichtung bereitzustellen, die in einem Kristallziehgerät zum Ziehen und Züchten eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze unter Erhalt eines Silicium-Einkristallrohlings vorgesehen ist.
Durch die Wärmeschutzvorrichtung läßt sich der steile Temperaturabfall an der äußeren Peripherie eines Silicium-Einkristallrohlings, der aus der Siliciumschmelze gezogen wird, verhindern, wobei die Erzeugung von Wärmespannung in dem Silicium-Einkristallrohling unterbunden wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kristallziehgerätes zum Ziehen und Züchten eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze unter Erhalt eines Silicium-Einkristallrohlings. Das Gerät weist eine Wärmeschutzvorrichtung auf, durch die sich der steile Temperaturabfall an der äußeren Peripherie des Silicium-Einkristallrohlings, der aus der Siliciumschmelze gezogen wird, verhindern läßt, wobei die Erzeugung von Wärmespannung in dem Silicium-Einkristallrohling unterbunden wird.
Beim ersten Aspekt der Erfindung werden eine Wärmeschutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und eine Wärmeschutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 2 bereitgestellt.
Hier kann die Höhe "H" der vertikalen Wand im Bereich von 10 mm bis d/2 liegen, wobei "d" für den Durchmesser des Silicium-Einkristallrohlings steht.
Hier kann der Abstand zwischen der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings und der vertikalen Wand im Bereich von 10 mm bis 30 mm liegen.
Hier kann die Beziehung zwischen dem Durchmesser "D1" der Unterkante des rohrförmigen Teils, dem Innendurchmesser "D2" des Quarztiegels und dem Durchmesser "d" des Silicium-Einkristallrohlings durch 1,65d < D1 < D2 angegeben sein.
Hier kann das rohrförmige Teil mit nach unten stufenweise abnehmendem Durchmesser ausgebildet sein.
Hier kann das rohrförmige Teil ein rohrförmiges Innenteil, ein rohrförmiges Außenteil und ein in den Raum zwischen rohrförmigem Innenteil und rohrförmigem Außenteil eingefülltes wärmedämmendes Element aufweisen.
Hier kann mindestens ein ringförmiges Wärmeaustauscherelement mit einer peripheren Außenkante, die mit dem rohrförmigen Teil oder der schrägen Außenwand verbunden ist, und einer peripheren Innenkante, die verbunden ist mit der vertikalen Wand oder der schrägen Innenwand, in Querrichtung im Inneren des abstehenden Teils ausgebildet sein.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung werden ein Kristallziehgerät gemäß Patentanspruch 9 und ein Kristallziehgerät gemäß Patentanspruch 10 bereitgestellt.
Demgemäß vermag die Erfindung die Probleme zu lösen, dass in der herkömmlichen Wärmeschutzvorrichtung die Temperaturverteilung in einem der Siliciumschmelze naheliegenden Abschnitt des Silicium-Einkristallrohlings nicht gleichmäßig ist, wobei im Zentrum eines solchen Abschnittes die Maximaltemperatur festgestellt wird, während die Temperatur vom Zentrum zur Außenseite stufenweise abnimmt und eine plötzliche Temperaturabnahme an der äußeren Peripherie dieses Abschnittes festgestellt wird. Erfindungsgemäß kann andererseits die Wärmeabstrahlung von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings durch die vertikale Wand des abstehenden Teils reflektiert oder durch die Temperatur des abstehenden Teils, die durch die Wärmeabstrahlung aus der Silicium-Hochtemperaturschmelze beträchtlich zunimmt, verhindert werden. Somit verhindert das abstehende Teil die steile Abnahme der Temperaturen des peripheren äußeren Teilabschnittes des Silicium-Einkristallrohlings. Folglich kann die Temperaturverteilung vom Zentrum zum peripheren äußeren Teilabschnitt eines solchen Rohlings praktisch gleichmäßig sein. D. h. das abstehende Teil gestattet einen vertikalen Wärmegradienten in dem Silicium-Einkristallrohling, wobei die radiale Temperaturverteilung in jedem Teil hiervon im Wesentlichen gleichmäßig ist. Somit kann als Ergebnis der Verhinderung der auf den Silicium- Einkristallrohling ausgeübten Wärmespannung, die Erzeugung von Schlupf und erster Platzverschiebung in dem resultierenden Produkt verhindert werden.
Erfindungsgemäß gestattet die kegelförmige Decke, dass ein durch den Raum zwischen dem äußeren peripheren Teilabschnitt des Silicium-Einkristallrohlings und der peripheren Außenfläche des rohrförmigen Teils nach unten strömendes Inertgas glatt in den Raum zwischen der Siliciumschmelze und dem abstehenden Teil eingeleitet werden kann. Somit verhindert das wärmedämmende Teil effektiv die Temperaturabnahme des äußeren peripheren Teilabschnittes des Silicium-Einkristallrohlings durch Akkumulation von Strahlungswärme aus der Siliciumschmelze zu dem abstehenden Teil.
Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen hiervon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht der Querschnittsansicht eines Kristallziehgerätes zum Ziehen und Züchten eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils (angegeben durch den Pfeil "A" in 1) einer Wärmeschutzvorrichtung des in 1 gezeigten Kristallziehgerätes;
3 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Wärmeschutzvorrichtung eines Kristallziehgerätes zum Ziehen und Züchten eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Querschnittsansicht einer Wärmeschutzvorrichtung mit einem rohrförmigen Element mit in Richtung seines unteren Endes stufenweise abnehmendem Durchmesser;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Wärmeschutzvorrichtung mit einem rohrförmigen Element, das mit wärmedämmendem Material gefüllt ist;
6 ist eine Querschnittsansicht einer Wärmeschutzvorrichtung, die sowohl Boden-Innenwände als auch Boden-Außenwände aufweist; und
7 ist ein Graph, der die Änderung in G/Gc bezüglich des radialen Abstandes vom Zentrum eines Silicium-Einkristallrohlings erläutert, wobei "G" den Mittelwert eines Temperaturgradienten entlang der äußeren Peripherie des Silicium-Einkristallrohlings in vertikaler Richtung von der Oberfläche einer Siliciumschmelze bis zu einer Höhe von 30 mm über der Schmelze angibt und "Gc" den Mittelwert eines Temperaturgradienten entlang des Zentrums des Silicium-Einkristallrohlings in vertikaler Richtung von der Oberfläche einer Siliciumschmelze bis zu einer Höhe von 30 mm über der Schmelze angibt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun eine bevorzugte erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Kristallziehgerät zum Ziehen und Züchten eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Gerät 10 der Ausführungsform weist eine Kammer 11 auf, in der ein Quarztiegel 13 angeordnet ist, in dem sich eine Siliciumschmelze 12 befindet. Die Außenfläche des Quarztiegels 13 ist mit einem Gra phitträger 14 bedeckt. Die Unterseite des Quarztiegels 13 ist am oberen Ende einer Trägerachse 16 über den Graphitträger 14 koaxial befestigt, während das untere Ende der Trägerachse 16 an einen Antriebsmechanismus 17 mit einem ersten Drehmotor (nicht gezeigt), der den Quarztiegel 13 in eine Drehbewegung versetzt, und einem Doppelhubmotor (nicht gezeigt), der den Quarztiegel 13 in eine Auf- und Abbewegung versetzt, angeschlossen ist. Darum kann sich der Quarztiegel 13 zuzüglich zu der Auf- und Abbewegung in eine bestimmte Richtung drehen. Die Außenfläche des Quarztiegels 13 ist von einem Heizgerät 18 in einem bestimmten Abstand dazwischen umgeben. Außerdem ist das Heizgerät 18 von einem wärmedämmenden Zylinder 19 umgeben. Bei der Herstellung einer Siliciumschmelze 12 ist das Heizgerät 18 für das Aufheizen und Schmelzen des gesamten hochreinen polykristallinen Siliciummaterials, das sich in dem Quarztiegel 13 befindet, verantwortlich.
An das obere Ende der Kammer 11 schließt sich ein zylindrisches Gehäuse 21 an, an dem ein Ziehelement 22 vorgesehen ist. Das Ziehelement 22 weist auf: einen Ziehkopf (nicht gezeigt), der in horizontaler Position am oberen Ende des Gehäuses 21 drehbar angeordnet ist; einen zweiten Drehmotor (nicht gezeigt) zum Drehen des Ziehkopfes; ein Drahtseil 23, das vom Kopf bis zum Rotationszentrum des Quarztiegels 13 herabhängt; und einen Ziehmotor (nicht gezeigt), der in dem Kopf zum Auf- und Abwickeln des Drahtseils 23 angebracht ist. Am unteren Ende des Drahtseils 23 ist ein Kristallkorn 24 befestigt, um das Korn 24 in die Schmelze 12 einzutauchen und das Korn 24 anschließend langsam aus der Schmelze 12 herauszuziehen. Der Kristall, der gezogen wird, wird gedreht, um unter Erhalt eines Silicium-Einkristallrohlings 25 ein gleichmäßiges Kristallwachstum zu gewährleisten.
Außerdem ist die Kammer 11 mit einem Gaszuführ- und Gasabführelement 28 verbunden, das auf der Seite des Silicium-Einkristallrohlings 25 in der Kammer 11 ein Inertgas zuführt und das Inertgas auf der Seite der peripheren Innenfläche des Quarztiegels 13 in der Kammer 11 abführt. Das Gaszuführ- und Abführele ment 28 weist ein Zuführrohr 29 und ein Abführrohr 30 auf. Das Zuführrohr 29 weist ein Ende, das über eine periphere Wand des Gehäuses 21 mit dem Inneren der Kammer 11 in Verbindung steht, und das andere Ende, das an einen Tank (nicht gezeigt) zur Aufnahme des oben beschriebenen Inertgases angeschlossen ist, auf. Andererseits weist das Abführrohr 30 ein Ende, das über den Boden der Kammer 11 mit dem Inneren der Kammer 11 in Verbindung steht, und das andere Ende, das an eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen ist, auf. Sowohl die Zuführ- als auch die Abführrohre 29, 30 sind mit einem ersten und einem zweiten Strömungsventil 31 bzw. 32 zum Regulieren der durch diese Rohre 29, 30 strömenden Inertgasmenge ausgestattet.
Eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) des Ziehmotors ist mit einem Drehkodierer (nicht gezeigt) ausgestattet, während der Antriebsmechanismus 17 mit einem Gewichtssensor (nicht gezeigt) und einem Linearkodierer (nicht gezeigt) ausgestattet ist. Der Gewichtssensor weist ein Gewicht der Siliciumschmelze 12 in dem Quarztiegel 13 nach, und der Linearkodierer weist eine Position der Trägerachse 16 während ihrer Auf- und Abbewegung nach. Die Nachweis-Ausgaben des Rotationskodiereres, des Gewichtssensors und des Linearkodiereres sind mit Kontrolleingaben eines Kontrollers (nicht gezeigt) gekoppelt. Ferner sind die Kontrollausgaben des Kontrollers mit dem Ziehmotor des Ziehelementes 22 bzw. dem Doppelhubmotor des Antriebsmechanismus gekoppelt. Außerdem besitzt der Kontroller einen Speicher (nicht gezeigt), der eine erste und eine zweite Karte speichert. Die erste Karte enthält Daten über eine Länge des Drahtseils 23, das abhängig von der Nachweis-Ausgabe des Drehkodierers aufgewickelt wird (d. h. um eine Länge des durch Ziehen des Kristalls aus der Siliciumschmelze 12 zu bildenden Silicium-Einkristallrohlings 25). Andererseits enthält die zweite Karte Daten über den Flüssigkeitsspiegel der Siliciumschmelze 12 in dem Quarztiegel 13 in Abhängigkeit von der Nachweis-Ausgabe des Gewichtssensors. Um das Niveau der Siliciumschmelze 12 in dem Quarztiegel zu halten, ist der Kontroller zur Kontrolle des Doppelhubmotors der Tiegel-Antriebseinrichtung 17 auf der Basis des Nachweissignals des Gewichtssensors ausgelegt.
Zwischen der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings 25 und der peripheren Innenfläche des Quarztiegels 13 ist eine Wärmeschutzvorrichtung 36 angeordnet, so dass der Rohling 25 von der Wärmeschutzvorrichtung 36 eingeschlossen ist. Die Wärmeschutzvorrichtung 36 umfaßt: ein rohrförmiges Teil 37 zur Unterbindung der Strahlungswärme von dem zylindrisch geformten Heizgerät 18; einen Flanschabschnitt 38, der mit dem oberen Rand des rohrförmigen Teils 37 verbunden ist und nach außen fast horizontal absteht. Der Flanschabschnitt 38 ist auf dem wärmedämmenden rohrförmigen Teil 19 befestigt, um die Wärmeschutzvorrichtung 36 in der Kammer 11 anzubringen. Die Wärmeschutzvorrichtung 38 ist aus einem Material hergestellt, das ausgewählt ist aus Molybdän (Mo), Wolfram (W), und Kohlenstoff (C), SiC-beschichtetem Graphit oder dergleichen. Das rohrförmige Teil 37 kann so sein, dass jeder Teil entlang seiner Achse denselben Durchmesser aufweist. Alternativ kann das rohrförmige Teil 37 mit einer kegelförmigen Struktur mit stufenweiser Abnahme seines Durchmessers vorgesehen sein. Bei dieser Ausführung ist das rohrförmige Teil zudem so ausgelegt, dass es die durch 1,65d < D1 < D2 dargestellte Beziehung zwischen Außendurchmesser "D1" des unteren Endes des rohrförmigen Teils 37, Innendurchmesser "D2" des Quarztiegels 13 und Durchmessers "d" des Silicium-Einkristallrohlings erfüllt.
Das in 2 gezeigte rohrförmige Teil 37 ist so, dass es entlang seiner Achse den gleichen Durchmesser für jeden Abschnitt aufweist und ein nach innen abstehendes Teil 41 aufweist, das an seinem unteren Ende entlang des Randes ausgebildet ist. Das abstehende Teil 41 weist eine Bodenwand 42, eine vertikale Wand 44 und eine Deckenwand 46 auf. Die Bodenwand 42 ist in der Draufsicht wie ein auf den zu züchtenden Kristall passenden Ring geformt. Wie in der Figur gezeigt, ist eine Außenkante der ringförmigen Bodenwand 42 mit dem unteren Rand des rohrförmigen Teils 37 verbunden und verläuft horizontal bis in die Nähe der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings 25. Andererseits ist die Innenkante der Bodenwand 42 mit der vertikalen Wand 44 verbunden. Die Deckenwand 46 verläuft wie die Oberfläche eines Kegelstumpfes mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach oben. Wie in der Figur gezeigt, ist eine schräge Innenwand 43 als Kreuzung zwischen vertikaler Wand 44 und Bodenwand 42 vorgesehen. Die schräge Innenwand 43 verläuft ebenfalls wie die Oberfläche eines Kegelstumpfes mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach oben. Andererseits ist eine schräge Außenwand 45 als Kreuzung zwischen dem rohrförmigen Teil 37 und der Bodenwand 42 vorgesehen. Die schräge Außenwand 45 verläuft wie die Oberfläche eines Kegelstumpfes mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach unten. Die Neigung θ bzw. α der schrägen Innen- bzw. Außenwand 43 bzw. 45 ist nicht größer als 80° und liegt bezüglich der Unterseite der Bodenwand 42 vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30°.
Bei dieser Ausführungsform sind das rohrförmige Teil 37 und die Wände 42, 43 und 45 als einteilige Konstruktionen geformt. Die schrägen Innen- und Außenwände 43, 45 sind so ausgelegt, dass sie jeweils die folgenden Bedingungen erfüllen. D. h. die Beziehung zwischen einem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings 25 und einem vertikalen Abstand "L1" von der Unterkante der vertikalen Wand 44 bis zur Unterseite der Bodenwand 42 ist durch 0 < L1 < d/2 dargestellt. Auch die Beziehung zwischen "d" und einem vertikalen Abstand "L2" vom unteren Rand des rohrförmigen Teils 37 bis zur Unterseite der Bodenwand 42 ist durch 0 < L2 < d/2 dargestellt. Außerdem liegt der Abstand "W1" zwischen peripherer Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings 25 und vertikaler Wand 44 im Bereich von 10 bis 30 mm und vorzugsweise im Bereich von 15 bis 20 mm. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eine Breite "W2" des abstehenden Teils 41 50 mm oder größer ist. Ein horizontaler Abstand "W3" zwischen der Innenseite der vertikalen Wand 44 und einer Innenkante der Bodenwand 42 ist größer als 0 mm, allerdings kleiner als die Breite "W2" des abstehenden Teils 41. Ebenso ist ein horizontaler Abstand "W4" zwischen der peripheren Außenfläche des rohrförmigen Teils 37 und einer Außenkante der Bodenwand 42 größer als 0 mm, allerdings kleiner als die Breite "W2" des abstehenden Teils 41.
Die vertikale Wand 44 ist so geformt, dass sie eine Höhe von 10 bis 100 mm aufweist und parallel zu einer Achse des Silicium-Einkristallrohlings 25 verläuft oder alternativ in einem Winkel von –30 bis +30° bezüglich der Achse geneigt ist. Im letzteren Fall bedeutet "–30°", dass die vertikale Wand 44 mit stufenweise abnehmendem Durchmesser in einem Winkel von 30° bezüglich der Achse nach oben verläuft, und "+30°" bedeutet, dass die vertikale Wand 44 mit stufenweise zunehmendem Durchmesser in einem Winkel von 30° bezüglich der Achse nach oben verläuft. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die vertikale Wand 44 parallel zur Achse des Silicium-Einkristallrohlings 25 verläuft. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, die vertikale Wand so auszurichten, dass sie vertikal verläuft. Die vertikalen Abstände L1, L2, der Abstand W1 und die Höhe H, die vorstehend beschrieben sind, sind übrigens in Übereinstimmung mit einem Durchmesser des zu erhaltenen Silicium-Einkristallrohlings 25 entsprechend definiert. Die kegelförmige Deckenwand 46 ist so ausgebildet, dass ihr Durchmesser nach oben stufenweise zunimmt. Zusätzlich stellt die Oberkante der Wand 46 den Kontakt mit der peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils 37 her. Die Innenseite des abstehenden Teils 41 ist von dem unteren Teil des rohrförmigen Teils 37, der Bodenwand 42, der vertikalen Wand 44 und der Deckenwand 46 unter Bildung eines abgeschlossenen Raums umschlossen, in den ein wärmedämmendes Element 47, wie aus Kohlefasern hergestelltes Filzmaterial, eingefüllt ist. Die vertikale Wand 44 und die Deckenwand 46 sind als Einstückkonstruktion zur Befestigung an der schrägen Innenwand 43 und dem rohrförmigen Teil 37 durch Schrauben oder Nägel nach dem Einfüllen des wärmedämmenden Elementes 47 in den durch den unteren Teil des zylindrischen Abschnittes 37, die schräge Außenwand 45 die Bodenwand 42 und die schräge Innenwand 43 definierten Raum ausgebildet.
Im folgenden werden die Merkmale des so aufgebauten Kristallziehgerätes zum Ziehen eines Siliciumeinkristalles beschrieben.
Bei dem herkömmlichen Kristallziehgerät, wie vorstehend beschrieben, kann die nicht gleichmäßige Verteilung der Temperatur in einem der Siliciumschmelze 12 naheliegenden Teil des Silicium-Einkristallrohlings 25 festgestellt werden, wenn er schrittweise aus der Siliciumschmelze 12 gezogen wird. Das bedeutet, die maximale Temperatur kann im Zentrum eines solchen Teilabschnittes festgestellt werden, während die Temperatur vom Zentrum zur Außenseite in Richtung des Radius des Rohlings 25 stufenweise abnimmt. Aufgrund einer großen, von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings 25 abgestrahlten Wärmemenge kann auch an der äußeren Peripherie dieses Teilabschnittes eine plötzliche Temperaturabnahme festgestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform kann eine solche Störung allerdings wie folgt vermieden werden. Die Wärmeschutzvorrichtung 36 mit dem abstehenden Teil 41 umschließt den Silicium-Einkristallrohling 25, der aus der Siliciumschmelze 12 gezogen wird.
Insbesondere befinden sich die schräge Innenwand 43 und die vertikale Wand 44 des abstehenden Teils 41 an der Stelle, an der der Teil des Silicium-Einkristallrohlings 25 gerade aus der Oberfläche der Schmelze 25 austritt, so dass die beträchtliche Strahlungswärme von der peripheren Außenfläche eines solchen Teils des Rohlings 25 unterbunden werden kann. Das bedeutet, die Strahlungswärme von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings 25 kann von der schrägen Innenwand 43 und der vertikalen Wand 44 des abstehenden Teils 41, die in unmittelbarer Nähe zu dieser Fläche angeordnet sind, reflektiert werden. Zusätzlich wird die Temperatur des abstehenden Teils 41 durch die Wärmeabstrahlung aus der Hochtemperatur-Siliciumschmelze 12 beträchtlich erhöht. Folglich kann die drastische Temperaturabnahme des äußeren peripheren Teilbereiches des Silicium-Einkristallrohlings 25 verhindert werden, und die Temperaturverteilung vom Zentrum zum äußeren peripheren Teilbereich kann praktisch gleichmäßig gemacht werden. Mit anderen Worten, gestattet das Kristallziehgerät der vorliegenden Ausführungsform einen vertikalen Wärmegradienten in dem Silicium-Einkristallrohling 25, wobei die radiale Temperaturverteilung in jedem beliebigen Teil hiervon praktisch gleichmäßig ist, so dass die Erzeugung von Schlupf und erster Platzveränderung in dem resultierenden Produkt als Er gebnis der Unterbindung von Wärmespannung, der der Silicium-Einkristallrohling 25 ausgesetzt ist, verhindert wird.
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Wärmeschutzvorrichtung 36 eines Kristallziehgerätes zum Ziehen eines Siliciumeinkristalls aus einer Schmelze gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Figur bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in 2 die gleichen Bauteile wie in 2.
Bei dieser Ausführungsform sind zwei ringförmige Wärmeaustauscherelemente 48 in dem abstehenden Teil angeordnet, so dass eine Außenkante eines jeden Elementes 48 mit dem rohrförmigen Teil 37 oder der schrägen Außenwand 45 verbunden ist, während eine Innenkante hiervon mit der vertikalen Wand 44 oder der schrägen Innenwand 43 verbunden ist. Wenn das wärmedämmende Element 47 in den abstehenden Teil 41 eingefüllt wird, werden mit dem wärmedämmenden Element 47 auch die Wärmeaustauscherelemente 48 in den abstehenden Teil 41 angeordnet. Das bedeutet, die Wärmeaustauscherelemente 48 werden in dem Raum angeordnet, der definiert ist durch den unteren Teilabschnitt des rohrförmigen Teils 37, die schräge Außenwand 45, die Bodenwand 42 und die schräge Innenwand 43, und dann werden die vertikale Wand 44 und die Deckenwand 46, die aus einem Stück geformt sind, an der schrägen Innenwand 43 und dem rohrförmigen Teil 37 mit Schrauben ober Nägeln befestigt. Darum queren die Wärmeaustauscherelemente 48 die Innenseite des abstehenden Teils 41, wobei ihre periphere Außenkante mit dem rohrförmigen Teil 37 und ihre Innenkante jeweils mit der vertikalen Wand 44 oder der schrägen Innenwand 43 verbunden ist.
Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Wärmeschutzvorrichtung 36 verhindert die steile Temperaturabnahme des äußeren peripheren Teilabschnittes des Silicium-Einkristallrohlings 25. Während des Prozesses des Ziehens eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze wird die vertikale Wand 44 oder die schräge Innenwand 43 durch Strahlungswärme von der peripheren Innenwand des Quarztie gels 13 oder durch Wärme aus dem Heizgerät 48 aufgeheizt. In diesem Fall gestattet das Kristallziehgerät der vorliegenden Ausführungsform eine effektive Steigerung der Temperatur sowohl der vertikalen Wand 44 als auch der schrägen Innenwand 43, indem Wärme über die Wärmeaustauscherelemente 48 von dem rohrförmigen Teil 37 oder der schrägen Außenwand 45 zu der vertikalen Wand 44 oder der schrägen Innenwand 43 abgeführt wird. Somit absorbieren die vertikale Wand 44 oder die schräge Innenwand 43, die eine Temperaturerhöhung erfahren, die Strahlungswärme von dem Siliciumeinkristall 25 unter Verhinderung des steilen Temperaturabfalls in dem äußeren peripheren Teilbereich des Silicium-Einkristallrohlings 25. Übrigens kann die Dicke eines jeden Wärmeaustauscherelementes 48 abhängig sein von der Anzahl der Wärmeaustauscherelemente 48. Vorzugsweise allerdings kann sie im Bereich von 6 bis 9 mm liegen. Weitere Angaben über die Betriebsmerkmale des Kristallziehgerätes der vorliegenden Ausführungsform entsprechen fast denjenigen der ersten Ausführungsform, so dass die sich wiederholende Beschreibung weggelassen wird.
Bei den obigen Ausführungsformen liegt übrigens das rohrförmige Teil 37 der Wärmeschutzvorrichtung 36 in Form eines zylindrischen Rohres vor. Wie in 4 gezeigt, kann es allerdings ein Hohlkörper in Form eines kreisförmigen Kegelstumpfes mit stufenweise abnehmendem Durchmesser unter stufenweiser Verjüngung nach unten sein. In diesem Fall verbreitert sich der Raum zwischen dem äußeren peripheren Teilbereich des Silicium-Einkristallrohlings 25 und der peripheren Außenfläche des rohrförmigen Teils 37 in Richtung der Siliciumschmelze stufenweise, so dass ein durch einen solchen Raum nach unten strömendes Inertgas ohne weiteres in den Raum zwischen Siliciumschmelze 12 und abstehendem Teil 41 eingeleitet werden kann. Wie in 5 gezeigt, kann alternativ das rohrförmige Teil 37 ein rohrförmiges Innenteil 37a, ein rohrförmiges Außenteil 37b und ein in den Raum zwischen rohrförmigem Innen- und Außenteil 37a, 37b eingefülltes wärmedämmendes Material 37c aufweisen. Das in einer Doppelwandstruktur des rohrförmigen Körpers 37 vorgesehene wärmedämmende Material hält Strahlungswärme von der peripheren Innenwand des Quarztiegels 13 in Richtung des Silicium-Einkristallrohlings 25 zurück.
Bei den obigen Ausführungsformen ist außerdem die schräge Innenwand 43 zwischen der vertikalen Wand 44 und der Bodenwand 42 vorgesehen, und ferner ist die schräge Außenwand 45 zwischen dem rohrförmigen Teil 47 und der Bodenwand 42 vorgesehen.
Zusätzlich kann die Bodenwand wie ein Kegel geformt sein, wie er in der in 6 gezeigten Konfiguration vorgesehen ist. Diese weist eine äußere Bodenwand 42a, wobei ihre Kante mit dem rohrförmigen Teil 37 verbunden ist, und eine innere Bodenwand 42b, wobei ihre Kante mit dem vertikalen Element 44 verbunden ist, auf. Die äußere Bodenwand 42a ist in einem Winkel α von 80° oder weniger (α > 0) bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt, wobei der Durchmesser nach unten stufenweise abnimmt. Andererseits ist die innere Bodenwand 42b in einem Winkel θ von 80° oder weniger (θ > 0) bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt, wobei der Durchmesser nach oben stufenweise abnimmt. Jede in den 4 bis 6 gezeigte Wärmeschutzvorrichtung vermag die steile Temperaturabnahme in dem äußeren peripheren Teilabschnitt des Siliciumeinkristalls 25 durch Reflektieren der Wärmeabstrahlung von dem Rohling 25 auf die vertikale Wand 44 des abstehenden Teils 41 oder durch Erhöhung der Temperatur des abstehenden Teils 41 mit der Hochtemperaturheizung 18 und der Siliciumschmelze zu verhindern.
Im folgenden werden konkrete Beispiele für die Erfindung und die Vergleichsbeispiele ausführlich erläutert.
<Beispiel 1>
Eine Wärmeschutzvorrichtung 36 eines Kristallziehgerätes zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Siliciumschmelze mit der gleichen Konfiguration wie in den 1 und 2 gezeigt, war wie folgt aufgebaut.
Ein rohrförmiges Teil 37 der Wärmeschutzvorrichtung 36 wies einen Innendurchmesser von 410 mm und eine Höhe von 420 mm auf. Ein abstehendes Teil 41, das eine schräge Außenwand 45, eine Bodenwand 42, eine schräge Innenwand 43, eine vertikale Wand 44 und eine Deckenwand 46 aufweist, war am unteren Endabschnitt des rohrförmigen Teils 37 ausgebildet. Das abstehende Teil 41 war als rohrförmige Struktur vorgesehen, in der die vertikale Wand 44 die Neigung Null (d. h. parallel zur peripheren Fläche des rohrförmigen Teils 37), einen Innendurchmesser von 250 mm und eine Höhe von 40 mm aufwies. Ein unteres Ende der schrägen Innenwand 43 war so geformt, dass es einen Innendurchmesser von 330 mm, eine Neigung "α" von 45° und einen vertikalen Abstand "L" von 40 mm aufwies. Außerdem betrug der Raum zwischen einer unteren Fläche der Bodenwand 42 und einer Fläche der Siliciumschmelze 12 35 mm, während der Raum "W1" zwischen der vertikalen Wand 44 20 mm betrug. In diesem Beispiel waren zudem sämtliche strukturellen Bauteile 37, 45, 42, 43, 44 und 46 aus einem Kohlenstoffmaterial hergestellt. Darum war das Kristallziehgerät zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze mit dem so erhaltenen Wärmeschutzelement ausgestattet, und ein solches Kristallziehgerät wurde als Beispiel 1 bezeichnet und einem Vergleichstest und der Bewertung, die nachstehend beschrieben sind, unterzogen.
<Beispiel 2>
Eine Wärmeschutzvorrichtung 36 eines Kristallziehgerätes zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Siliciumschmelze derselben Konfiguration wie in 3 gezeigt, war auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 aufgebaut, mit folgender Ausnahme: Zwei ringförmige Wärmeaustauscherelemente 48 waren nämlich so vorgesehen, dass sie die Innenseite eines abstehenden Teils 41 querten, wobei die äußere periphere Kante von jedem von ihnen mit einem rohrförmigen Teil 37 verbunden war und die Innenkante von jedem von ihnen mit einer schrägen Innenwand 43 verbunden war. Darum war das Kristallziehgerät zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze mit dem so erhaltenen Wärmeschutzelement ausgestattet, und ein solches Kristallziehgerät wurde als Beispiel 2 bezeichnet und dem Vergleichstest und der Bewertung, die nachstehend beschrieben sind, unterzogen.
<Vergleichsbeispiel 1>
Eine Wärmeschutzvorrichtung 36 eines Kristallziehgerätes zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Siliciumschmelze war auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass kein abstehendes Teil 41 am unteren Endabschnitt eines rohrförmigen Teils 37 vorgesehen war (nicht in der Figur gezeigt). Darum war das Kristallziehgerät zum Ziehen eines Siliciumkristalls aus einer Schmelze mit dem erhaltenen Wärmeschutzelement ausgestattet, und ein solches Kristallziehgerät wurde als Vergleichsbeispiel 1 bezeichnet und dem Vergleichstest und der Bewertung, die nachstehend beschrieben sind, unterzogen.
<Vergleichstest und Bewertung>
Unter Anwendung eines analytischen Wärmeleitfähigkeitsprogramms wurde eine Computersimulation vorgenommen.
Zuerst simulierte der Computer die folgenden Bedingungen. D. h., die Kristallziehgeräte von Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurden jeweils zum Ziehen eines Silicium-Einkristallrohlings mit einem Durchmesser von 210 mm aus einer Siliciumschmelze verwendet. Zu dem Zeitpunkt wurde der obere Abschnitt des Rohlings 400 mm von der Oberfläche der Schmelze herausgezogen, die Temperaturverteilung in dem Silicium-Einkristallrohling wurde simuliert und unter Anwendung des analytischen Wärmeleitfähigkeitsprogramms berechnet. Anschließend berechnete der Computer die Änderungen G/Gc bezüglich des Abstandes vom Zentrum des Silicium-Einkristallrohlings bis zur peripheren Außenfläche hiervon in radialer Richtung. In diesem Fall steht "G" für einen Mittelwert der vertikalen Temperaturverteilung bezüglich eines jeden Teils des Silicium-Einkristallrohlings bis zu einer Höhe von 30 mm von der Oberfläche der Siliciumschmelze. Ferner steht "Gc" für einen Mittelwert der vertikalen Temperaturverteilung bezüglich des Zentrums des Silicium-Einkristallrohlings bis zu einer Höhe von 30 mm von der Oberfläche der Siliciumschmelze. Die durch die obige Berechnung erhaltenen Ergebnisse wurden in 7 aufgetragen.
Wie aus 7 hervorgeht, waren die Kurven, die durch Auftrag der erhaltenen G/Gc-Werte von Beispiel 1 und Beispiel 2 gebildet wurden, im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 1 leicht ansteigend. Bezogen auf Beispiel 1 bzw. Beispiel 2, konnte ferner keine steile Änderung des G/Gc-Wertes an der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings festgestellt werden. D. h. die radiale Temperaturverteilung des vertikalen Temperaturgradienten gestaltete sich fast gleichmäßig. Beispiel 1 bzw. Beispiel 2 vermögen jeweils die steile Temperaturabnahme im äußeren peripheren Teilabschnitt des Siliciumeinkristalls durch Reflexion der Wärmestrahlung von dem Rohling auf die vertikale Wand des abstehenden Teils 41 oder durch Erhöhen der Temperatur des abstehenden Teils durch das Hochtemperaturheizgerät 18 und die Siliciumschmelze zu unterbinden.
Zusätzlich gestaltete sich die radiale Temperaturverteilung des vertikalen Temperaturgradienten von Beispiel 2 gleichmäßiger als diejenige von Beispiel 1.
In diesem Fall ist es verständlich, dass sich mit dem Kristallziehgerät von Beispiel 2 die Temperatur sowohl der vertikalen Wand 44 als auch der schrägen Innenwand 43 durch Abführen von Wärme aus dem rohrförmigen Teil 37 oder der schrägen Außenwand 45 zu der vertikalen Wand 44 oder der schrägen Innenwand 43 über die Wärmeaustauscherelemente 48 effektiv erhöhen läßt. Somit unterbindet die vertikale Wand 44 oder die schräge Innenwand 43, deren Temperatur erhöht wird, ferner die Wärmeabstrahlung von dem Silicium-Einkristallrohling 25 unter Vermeidung einer steilen Temperaturabnahme in dem peripheren äußeren Teilabschnitt des Siliciumeinkristalls 25.
Erfindungsgemäß bestehen, wie vorstehend beschrieben, die Vorteile der Erfindung darin, dass eine Wärmeschutzvorrichtung mit einem abstehenden Teil, der an einem unteren Teilabschnitt eines rohrförmigen Teils ausgebildet und mit ei nem wärmedämmenden Element gefüllt ist, aufgebaut ist. Das abstehende Teil steht nach innen ab und besitzt eine in Richtung der Siliciumschmelze weisende Bodenwand. Das abstehende Teil weist eine Bodenwand, eine vertikale Wand und eine Deckenwand auf. Die Bodenwand kann ring- oder kegelförmig geformt sein, wobei eine Außenkante mit einem unteren Rand des rohrförmigen Teils verbunden ist. Die Bodenwand verläuft horizontal oder in einer bestimmten Neigung bis zu einer peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings. Die vertikale Wand ist in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings angeordnet und mit einer Innenkante der Bodenwand verbunden. Die vertikale Wand verläuft parallel zu einer Achse des Silicium-Einkristallrohlings oder in einem zuvor festgelegten Winkel bezüglich der Achse des Silicium-Einkristallrohlings. Die Deckenwand weist eine Unterkante, die mit einer Oberkante der vertikalen Wand verbunden ist, und eine Oberkante, die mit einer peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils in Verbindung steht, auf. Die Deckenwand verläuft nach oben mit stufenweise zunehmendem Durchmesser. Darum kann die Wärmestrahlung von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings durch die vertikale Wand des abstehenden Teils reflektiert oder durch die Temperatur des abstehenden Teils, die sich durch die Wärmeabstrahlung von der Hochtemperatur-Siliciumschmelze beträchtlich erhöht, unterbunden werden. Somit verhindert die Konfiguration des abstehenden Teils die steile Temperaturabnahme des äußeren peripheren Teilabschnittes des Silicium-Einkristallrohlings. Folglich kann die Temperaturverteilung vom Zentrum zum äußeren peripheren Teilabschnitt eines solchen Rohlings im Wesentlichen gleichmäßig gestaltet werden. Zusätzlich gestattet das abstehende Teil einen vertikalen Wärmegradienten in dem Silicium-Einkristallrohling, wobei die radiale Temperaturverteilung in jedem Teil hiervon praktisch gleich ist. Somit kann die Erzeugung von Schlupf und erster Platzverschiebung in dem resultierenden Produkt als Ergebnis der Unterbindung der Wärmespannung, der der Silicium-Einkristallrohling ausgesetzt ist, verhindert werden.
Es ist zudem von Vorteil, dass eine schräge Innenwand, die mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach oben verläuft, als Kreuzung zwischen der vertikalen Wand und der Bodenwand ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Wärmestrahlung von der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings durch die schräge Innenwand reflektiert werden. Als Ergebnis kann die steile Abnahme der Temperatur des äußeren peripheren Teilbereiches des Silicium-Einkristallrohlings, insbesondere der Temperatur in der Nähe der fest-/flüssig Grenzfläche eines solchen Rohlings unterbunden werden. Zudem ist eine kegelförmige schräge Außenwand, die mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach unten verläuft, als Kreuzung zwischen dem rohrförmigen Teil und der Bodenwand ausgebildet. In diesem Fall kann die Wärmestrahlung von der Siliciumschmelze oder dem Quarztiegel durch die schräge Innenwand reflektiert werden. Als Ergebnis kann die Temperatur des abstehenden Teils weiter erhöht werden.
Es ist ferner von Vorteil, dass der Abstand zwischen peripherer Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings und vertikaler Wand im Bereich von 10 bis 30 mm liegt. In diesem Fall kann die Wärmestrahlung von einem solchen Rohling effektiv ohne Kontakt zwischen ihnen reflektiert werden.
Es ist zweckmäßig, dass mindestens ein ringförmiges Wärmeaustauscherelement, wovon eine periphere Außenkante mit dem rohrförmigen Teil oder der schrägen Außenwand verbunden ist und eine periphere Innenkante mit der vertikalen Wand oder der schrägen Innenwand verbunden ist, im Inneren des abstehenden Teils in Querrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall gestattet die Konfiguration eine effektive Zunahme der Temperatur sowohl der vertikalen Wand als auch der schrägen Innenwand, indem über die Wärmeaustauscherelemente Wärme von dem rohrförmigen Teil oder der schrägen Innenwand, die durch Strahlungswärme von der peripheren Innenwand des Quarztiegels oder durch Wärme aus dem Heizgerät erhitzt wird, zu der vertikalen Wand oder der schrägen Innenwand abgeführt wird. Somit vermindert die vertikale Wand oder die schräge Innenwand, die eine Tem peraturerhöhung erfahren, außerdem die Wärmeabstrahlung von dem Silicium-Einkristallrohling unter Verhinderung der steilen Temperaturabnahme des äußeren peripheren Teilbereiches des Silicium-Einkristallrohlings. Folglich kann die Erzeugung von Wärmespannung in dem Silicium-Einkristallrohling wirksam verhindert werden, da die steile Temperaturabnahme der peripheren Außenfläche des Silicium-Einkristallrohlings, der aus einer Siliciumschmelze gezogen wird, durch das abstehende Teil, dessen Temperatur vergleichsweise hoch ist, unterbunden werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, und der Fachwelt ist klar, dass Änderungen und Modifikationen ohne Abweichen von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten vorgenommen werden können, und darum besteht die Absicht, mit den beigefügten Ansprüchen sämtliche derartigen Änderungen und Modifikationen, die im Geist und Umfang der Erfindung liegen, abzudecken.

10: Kristallziehgerät
11: Kammer
12: Siliciumschmelze
13: Quarztiegel
14: Graphitträger
16: Trägerachse
17: Antriebsmechanismus
18: Heizgerät
19: Wärmedämmender Zylinder
21: Gehäuse
22: Ziehelement
23: Drahtseil
24: Kristallkorn
25: Silicium-Einkristallrohling
28: Gaszuführ- und Abführelement
29: Zuführrohr
30: Abführrohr
31: Erstes Strömungsventil
32: Zweites Strömungsventil
36: Wärmeschutzvorrichtung
37: Rohrförmiges Teil
37a: Rohrförmiges Innenteil
37b: Rohrförmiges Außenteil
37c: Wärmedämmendes Material
38: Flanschabschnitt
41: Abstehendes Teil
42: Horizontale Bodenwand
42a: Äußere Bodenwand
42b: Innere Bodenwand
43: Innenwand
44: Vertikale Wand
45: Außenwand
46: Deckenwand
47: Wärmedämmendes Element
48: Wärmeaustauscherelement

Claims

Wärmeschutzvorrichtung, mit der ein Kristallziehgerät zum Ziehen eines Silicium-Einkristallrohlings (25) aus einer Siliciumschmelze (12), die sich in einem Quarztiegel (13) mit einer von einem Heizgerät (18) umgebenen peripheren Außenfläche befindet, ausgestattet ist, die aufweist: ein rohrförmiges Teil (37) zur Verwendung zum Umschließen eines Silicium-Einkristallrohlings (25), der nach oben gezogen und gezüchtet wird, zur Unterbindung von Strahlungswärme aus dem Heizgerät (18) zu dem Silicium-Einkristallrohling (25), wovon ein unteres Ende über einer Oberfläche der Siliciumschmelze (12) in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist; eine horizontale Bodenwand (42), die über eine Außenwand (45) mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist und über eine Innenwand (43) mit einer vertikalen Wand (44), die in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) angeordnet ist und parallel zu einer Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) oder in einem Winkel von –30° bis +30° bezüglich der Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft, verbunden ist; eine kegelförmige Deckenwand (46), wovon eine Unterkante mit einer Oberkante der vertikalen Wand (44) verbunden ist und eine Oberkante mit einer peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach oben verläuft; und ein erstes wärmedämmendes Element (47), das in den Raum eingefüllt ist, der von dem rohrförmigen Teil (37) und der Bodenwand (42) und der vertikalen Wand (44) und der Deckenwand (46) umgeben ist; wobei die Innenwand (43), die die vertikale Wand (44) kreuzt, als mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach oben verlaufend ausgebildet ist und in einem Winkel θ von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, und so ausgebildet ist, dass die durch 0 < L1 ≤ d/2 angegebene Beziehung zwischen dem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) und dem vertikalen Abstand "L1" von der Unterkante der vertikalen Wand (44) zur Unterseite der Bodenwand (42) erfüllt ist, wobei die Außenwand (45), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, als mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach unten verlaufend ausgebildet ist und in einem Winkel α von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, und so ausgebildet ist, dass die Beziehung zwischen dem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) und dem vertikalen Abstand "L2" von der Unterkante des rohrförmigen Teils (37) zur Unterseite der Bodenwand (42) durch 0 < L2 ≤ d/2 angegeben ist.
Wärmeschutzvorrichtung, mit der ein Kristallziehgerät zum Ziehen eines Silicium-Einkristallrohlings (25) aus einer Siliciumschmelze (12), die sich in einem Quarztiegel (13) mit einer von einem Heizgerät (18) umgebenen peripheren Außenfläche befindet, ausgestattet ist, die aufweist: ein rohrförmiges Teil (37) zur Verwendung zum Umschließen eines Silicium-Einkristallrohlings (25), der nach oben gezogen und gezüchtet wird, zur Unterbindung von Strahlungswärme aus dem Heizgerät (18) zu dem Silicium-Einkristallrohling (25), wovon ein unteres Ende über einer Oberfläche der Siliciumschmelze (12) in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist; eine Boden-Außenwand (42a), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die in einem Winkel von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, mit nach unten stufenweise abnehmendem Durchmesser; eine Boden-Innenwand (42b), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante der Boden-Außenwand (42a) verbunden ist und eine Innenkante bis in die Nähe der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft, die in einem Winkel von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, mit nach oben stufenweise abnehmendem Durchmesser; eine in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) angeordnete und mit einer Innenkante der Boden-Innenwand (42b) verbundene vertikale Wand (44), die parallel zu einer Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) oder in einem Winkel von –30° bis +30° bezüglich der Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft; eine kegelförmige Deckenwand (46), wovon eine Unterkante mit einer Oberkante der vertikalen Wand (44) verbunden ist und eine Oberkante mit einer peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach oben verläuft; und ein erstes wärmedämmendes Element (47), das in den Raum eingefüllt ist, der von dem rohrförmigen Teil (37), der Boden-Außenwand (42a), der Boden-Innenwand (42b), der vertikalen Wand (44) und der Deckenwand (46) umgeben ist.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Höhe "H" der vertikalen Wand (44) im Bereich von 10 mm bis d/2 liegt, wobei "d" für den Durchmesser des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) steht.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand „W1" zwischen der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) und der vertikalen Wand (44) im Bereich von 10 bis 30 mm liegt.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beziehung zwischen dem Durchmesser "D1" des unteren Randes des rohrförmigen Teils (37), dem Innendurchmesser "D2" des Quarztiegels (13) und dem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) durch 1,65d < D1 < D2 angegeben ist.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rohrförmige Teil (37) mit nach unten stufenweise abnehmendem Durchmesser ausgebildet ist.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rohrförmige Teil (37) ein rohrförmiges Innenteil (37a), ein rohrförmiges Außenteil (37b) und ein zweites, in den Raum zwischen dem rohrförmigen Innenteil (37a) und dem rohrförmigen Außenteil (37b) eingefülltes wärmedämmendes Element (37c) aufweist.
Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein ringförmiges Wärmeaustauscherelement (48) mit einer peripheren Außenkante, die mit dem rohrförmigen Teil (37) oder der Außenwand (45 oder 42a) verbunden ist, und einer peripheren Innenkante, die mit der vertikalen Wand (44) oder der Innenwand (43 oder 42b) verbunden ist, im Inneren des ersten wärmedämmenden Elements (47) in Querrichtung ausgebildet ist.
Kristallziehgerät zum Ziehen und Züchten eines Silicium-Einkristallrohlings (25) aus einer Siliciumschmelze (12), die sich in einem Quarztiegel (13), wovon eine periphere Außenfläche von einem Heizgerät (18) umgeben ist, befindet, das eine Wärmeschutzvorrichtung (36) enthält, die aufweist: ein rohrförmiges Teil (37) zur Verwendung zum Umschließen eines Silicium-Einkristallrohlings (25), der nach oben gezogen und gezüchtet wird, zur Unterbindung von Strahlungswärme aus dem Heizgerät (18) zu dem Silicium-Einkristallrohling (25), wovon ein unteres Ende über einer Oberfläche der Siliciumschmelze (12) in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist; eine horizontale Bodenwand (42), die über eine Außenwand (45) mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist und über eine Innenwand (43) mit einer vertikalen Wand (44), die in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) angeordnet ist und parallel zu einer Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) oder in einem Winkel von –30° bis +30° bezüglich der Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft, verbunden ist; eine kegelförmige Deckenwand (46), wovon eine Unterkante mit einer Oberkante der vertikalen Wand (44) verbunden ist und eine Oberkante mit einer peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach oben verläuft; und ein erstes wärmedämmendes Element (47), das in den Raum eingefüllt ist, der von dem rohrförmigen Teil (37) und der Bodenwand (42) und der vertikalen Wand (44) und der Deckenwand (46) umgeben ist; wobei die Innenwand (43), die die vertikale Wand (44) kreuzt, als mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach oben verlaufend ausgebildet ist und in einem Winkel θ von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, und so ausgebildet ist, dass die durch 0 < L1 ≤ d/2 angegebene Beziehung zwischen dem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) und dem vertikalen Abstand "L1" von der Unterkante der vertikalen Wand (44) zur Unterseite der Bodenwand (42) erfüllt ist, wobei die Außenwand (45), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, als mit stufenweise abnehmendem Durchmesser nach unten verlaufend ausgebildet ist und in einem Winkel α von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, und so ausgebildet ist, dass die Beziehung zwischen dem Durchmesser "d" des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) und dem vertikalen Abstand "L2" von der Unterkante des rohrförmigen Teils (37) zur Unterseite der Bodenwand (42) durch 0 < L2 ≤ d/2 angegeben ist.
Kristallziehgerät zum Ziehen und Züchten eines Silicium-Einkristallrohlings (25) aus einer Siliciumschmelze (12), die sich in einem Quarztiegel (13), wovon eine periphere Außenfläche von einem Heizgerät (18) umgeben ist, befindet, das eine Wärmeschutzvorrichtung (36) enthält, die aufweist: ein rohrförmiges Teil (37) zur Verwendung zum Umschließen eines Silicium-Einkristallrohlings (25), der nach oben gezogen und gezüchtet wird, zur Unterbindung von Strahlungswärme aus dem Heizgerät (18) zu dem Silicium-Einkristallrohling (25), wovon ein unteres Ende über einer Oberfläche der Siliciumschmelze (12) in einem bestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist; eine Boden-Außenwand (42a), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die in einem Winkel von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, mit nach unten stufenweise abnehmendem Durchmesser; eine Boden-Innenwand (42b), wovon eine Außenkante mit einer Unterkante der Boden-Außenwand (42a) verbunden ist und eine Innenkante bis in die Nähe der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft, die in einem Winkel von 80° oder weniger, allerdings nicht 0, bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, mit nach oben stufenweise abnehmendem Durchmesser; eine in einem bestimmten Abstand von der peripheren Außenfläche des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) angeordnete und mit einer Innenkante der Boden-Innenwand (42b) verbundene vertikale Wand (44), die parallel zu einer Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) oder in einem Winkel von –30° bis +30° bezüglich der Achse des zu ziehenden Silicium-Einkristallrohlings (25) verläuft; eine kegelförmige Deckenwand (46), wovon eine Unterkante mit einer Oberkante der vertikalen Wand (44) verbunden ist und eine Oberkante mit einer peripheren Innenfläche des rohrförmigen Teils (37) verbunden ist, die mit stufenweise zunehmendem Durchmesser nach oben verläuft; und ein erstes wärmedämmendes Element (47), das in den Raum eingefüllt ist, der von dem rohrförmigen Teil (37), der Boden-Außenwand (42a), der Boden-Innenwand (42b), der vertikalen Wand (44) und der Deckenwand (46) umgeben ist.