DE10222595A1

DE10222595A1 - Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings

Info

Publication number: DE10222595A1
Application number: DE10222595A
Authority: DE
Inventors: Hong-Woo Lee; Joon-Young Choi; Hyon-Young Cho
Original assignee: Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2001-06-16
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-03-13
Also published as: US20020191667A1; JP2003012394A; US6574264B2; CN1195107C; CN1392296A; KR20020096097A; TW591127B

Abstract

Ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings, das einen Graphittiegel, in dem ein Quarztiegel plaziert ist, eine Antriebsachse, die mit einem unteren Teil des Graphittiegels verbunden ist, um den Graphittiegel zu drehen und nach oben und unten zu bewegen, um den Graphittiegel zu tragen, ein Heizelement zum Heizen des Graphittiegels und eine isolierende Wand, um den Graphittiegel, die Heizeinrichtung und teilweise die Antriebsachse vor der äußeren Umgebung zu schützen und thermisch zu isolieren, umfaßt. Die Antriebsachse umfaßt einen Hohlachsenteil, der ein hohles Innneres aufweist, einen Isolierachsenteil, der an dem unteren Ende des Hohlachsenteils angebracht ist, um eine Wärmeübertragung zu vermeiden, und einen Zylinderachsenteil, der an dem unteren Ende des Isolierachsenteils angebracht ist. Der Aufbau der Antriebsachse reduziert das Temperaturgefälle in dem geschmolzenen Silizium, was eine einheitliche Wärmeverteilung für eine erhöhte Siliziumrohlingsqualität verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings und insbesondere auf ein Gerät, bei dem die Antriebsachse eines Graphittiegels modifiziert ist.

Ein perfekter Wafer ist zur Herstellung einer hochintegrierten Schaltungsvorrichtung gemäß der Entwicklung von Halbleiterschaltungsvorrichtungen erforderlich. Um einen derartigen qualitativ hochwertigen Siliziumwafer zu erzeugen, wird auch ein qualitativ hochwertiger einkristalliner Siliziumrohling benötigt. Bei bekannten Geräten zum Aufwachsen eines einkristallinen Siliziumrohlings wird weitverbreitet ein Czochralski-Aufwachsverfahren verwendet.

Ein Aufwachsgerät gemäß dem Stand der Technik, wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt einen Graphittiegel 33, in dem ein Quarztiegel 32, der geschmolzenes Silizium 34 enthält, plaziert ist. Eine Antriebsachse 36 ist mit einem unteren Teil des Graphittiegels 33 verbunden, um den Graphittiegel zu drehen und nach oben und unten zu bewegen, um den Graphittiegel 33 zu tragen. Eine Heizeinrichtung 35 erwärmt den Graphittiegel 33, wobei eine äußere Kammer 38, die eine isolierende Wand 37 aufweist, den Graphittiegel 33, die Heizeinrichtung 35 und teilweise die Antriebsachse 36 vor einer äußeren Umgebung schützt und thermisch isoliert. Die gepunkteten Linien zeigen isotherme Linien zum Markieren einer Temperaturverteilung an.

Ein derartiges Gerät zum Aufwachsen eines einkristallinen Siliziumrohlings gemäß dem Stand der Technik verwendet die Antriebsachse, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine obere Achse der Antriebsachse 10 wird durch ein Verarbeiten einer Graphitsäule hergestellt, in der an dem oberen Teil der Antriebsachse 10 eine Höhle 11 gebildet ist, wobei eine Auflage 12 gebildet ist, um mit dem Graphittiegel 33 gekoppelt zu sein. Der untere Teil 13 der Antriebsachse ist zylindrisch gebildet, um mit einer Dreheinrichtung sowie einer Hebeeinrichtung (Zylinder) zur Auf- und Abbewegung gekoppelt zu sein.

Die Antriebsachse des Einkristallaufwachsgeräts hat die Rolle des Tragens, Drehens und Aufwärts-/Abwärtsbewegens eines Tiegels, in dem geschmolzenes Silizium plaziert ist. Ein Kristallaufwachssystem, das eine Antriebsachse verwendet, die zur Herstellung einer einfachen Umdrehung entworfen ist, hängt von einer schnellen Wärmeübertragung ab, die an einem Ort auftritt, an dem die Antriebsachse und ein Kühlsystem in einer Kammer benachbart zueinander sind, wodurch aufgrund einer Umgebungsschwankung eine Instabilität eingeführt wird. Ferner wird ein Temperaturgefälle in dem geschmolzenen Silizium, das durch die Antriebsachse getragen wird, aufgrund des Wärmeverlustes durch die Antriebsachse größer, wodurch die Qualität des Kristalls abnimmt.

Das Aufwachsgerät, das eine derartige Antriebsachse gemäß dem Stand der Technik aufweist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, bewirkt einen übermäßigen Wärmeverlust durch die Antriebsachse, wenn einkristallines Silizium aufgewachsen wird, wodurch das Temperaturgefälle in dem Siliziumschmelztiegel größer wird. Das Temperaturgefälle, das sich direkt in der Qualität des aufwachsenden einkristallinen Siliziums widerspiegelt, ist ein Hauptproblem der Prozeßführung. Ferner reduziert ein Wärmefluß durch die Antriebsachse auch den thermischen Wirkungsgrad.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings zu schaffen, das die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Rohlings erleichtert.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät gemäß Anspruch 1 gelöst.

Folglich richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings, das eines oder mehrere der Probleme, die aufgrund von Einschränkungen und Nachteilen des Stands der Technik auftreten, im wesentlichen beseitigt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings zu schaffen, das in der Lage ist, eine Qualität eines einkristallinen Rohlings durch ein Vermindern des Temperaturgefälles in dem geschmolzenen Silizium durch eine Verbesserung der Antriebsachse des Siliziumaufwachsgeräts zu verbessern.

Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargestellt und teilweise für Fachleute nach der Durchsicht der folgenden Beschreibung ersichtlich oder können der Praxis der Erfindung entnommen werden. Die Aufgaben sowie weitere Vorteile der Erfindung können durch die Struktur realisiert und erzielt werden, die insbesondere in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen derselben sowie in den beigefügten Zeichnungen herausgestellt ist.

Um diese Aufgaben und weitere Vorteile zu erzielen und gemäß dem Zweck der Erfindung, wie diese hierin enthalten und allgemein beschrieben ist, umfaßt ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß der vorliegenden Erfindung einen Graphittiegel, in dem ein Quarztiegel plaziert ist, eine Antriebsachse, die mit einem unteren Teil des Graphittiegels verbunden ist, um den Graphittiegel zu drehen und nach oben und nach unten zu bewegen, um den Graphittiegel zu tragen, eine Heizeinrichtung zum Heizen des Graphittiegels und eine isolierende Wand, um den Graphittiegel, die Heizeinrichtung und teilweise die Antriebsachse vor der äußeren Umgebung zu schützen und thermisch zu isolieren. Die Antriebsachse umfaßt einen Hohlachsenteil, der ein hohles Inneres aufweist, einen Isolierachsenteil, der an dem unteren Ende des Hohlachsenteils angebracht ist, um eine Wärmeübertragung zu behindern, sowie einen Zylinderachsenteil, der an dem unteren Ende des Isolierachsenteils angebracht ist.

Vorzugsweise ist der Isolierachsenteil entworfen, um sich in einer Position, die der isolierenden Wand entspricht, zu befinden, wenn die Antriebsachse sich nach oben und unten bewegt, und ist aus einem anisotropen Isolator gebildet.

Vorzugsweise ist der Isolierachsenteil aus einer Mehrzahl anisotroper Isolatorscheiben gebildet, die aufeinandergestapelt sind.

Es wird darauf verwiesen, daß sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung exemplarisch sind und zur Erklärung dienen und eine weitergehende Erklärung der Erfindung, wie dieselbe beansprucht wird, liefern sollen.

Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu liefern und in diese Anmeldung eingebaut sind und einen Teil derselben bilden, zeigen eines oder mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei dieselben gemeinsam mit der Beschreibung dazu dienen, die Prinzipien der Erfindung zu erklären. Es zeigen:
Fig. 1 eine Antriebsachse eines Geräts zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Antriebsachse eines Geräts zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 4 ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 2 und 4 zeigen eine Antriebsachse bzw. ein Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf die Fig. 2 und 4 umfaßt ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung einen Quarztiegel 42, in dem geschmolzenes Silizium 44 in einem Graphittiegel 43 enthalten ist. Eine Antriebsachse 46 ist mit einem unteren Teil des Graphittiegels 43 verbunden, um den Graphittiegel zu drehen und nach oben und unten zu bewegen, um den Graphittiegel 43 zu tragen. Das Gerät umfaßt ferner eine Heizeinrichtung 45 zum Heizen des Graphittiegels 43 und eine äußere Kammer 48, die eine isolierende Wand 47 aufweist, um den Graphittiegel 43, die Heizeinrichtung 45 und teilweise die Antriebsachse 46 von der äußeren Umgebung zu schützen und thermisch zu isolieren. Die gepunkteten Linien zeigen isotherme Linien zur Markierung einer Temperaturverteilung an.
Die Antriebsachse 46 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Hohlachsenteil 26, der innen einen Hohlraum 41 aufweist, einen Isolierachsenteil 25, der an dem unteren Ende des Hohlachsenteils 46 angebracht ist, um eine Wärmeübertragung zu verhindern, und einen Zylinderachsenteil 27, der an dem unteren Ende des Isolierachsenteils 25 angebracht ist.
Der Isolierachsenteil 25 ist aus einem anisotropen Isolator gebildet, wobei der Hohl- und der Zylinderachsenteil 26 und 27 aus einem graphitbasierten Material gebildet sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Isolierachsenteil 25 durch ein Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von Scheiben hergestellt, die aus anisotropen Isolatoren hergestellt sind, um eine Isoliercharakteristik zu maximieren. Wenn die Scheiben gestapelt werden, kreuzen sich die Richtungen der Materialien, um so eine Wärmeübertragung zu behindern und eine Effizienz zu maximieren. Wenn die anisotropen Isolatoren auf eine derartige Weise gestapelt sind, wird die Wärmeleitfähigkeit auf beinahe ein Zehntel der Wärmeleitfähigkeit eines isotropen Isolators reduziert. Der Ort des Isolierachsenteils 25 ist entworfen, um an einer Position, die der isolierenden Wand 47 entspricht, zu liegen, wenn sich die Antriebsachse nach oben und unten bewegt.
Der Hohlachsenteil 26 ist durch ein Bilden einer Höhle oder eines Hohlraums 21 im Inneren einer Zylindersäule aus Graphit hergestellt. Der Durchmesser des Hohlraums ist größer oder gleich 30% des Gesamtdurchmessers des Hohlachsenteils 26. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Hohlraums zwischen 50% und 70% des Gesamtdurchmessers des Hohlachsenteils 26. Je größer der Hohlraum wird, desto kleiner wird der Wärmeleitteil. So wird das Ausströmen der Wärme durch den unteren Teil so weit wie möglich verhindert, um das Temperaturgefälle des Hohlachsenteils zu reduzieren. Als ein Ergebnis wird das Temperaturgefälle des geschmolzenen Siliziums über dem Hohlachsenteil reduziert. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Größe des Hohlraums so groß wie möglich zu machen, ohne bei der mechanischen Stabilität einen Kompromiß einzugehen.
Bei dem wie oben aufgebauten Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird, während ein Verfahren des Aufwachsens eines einkristallinen Rohlings ausgeführt wird, Wärme, die von der Heizeinrichtung 45 erzeugt wird, zu dem Graphittiegel 43 geleitet und ebenfalls an die Antriebsachse 46 übertragen. Die Antriebsachse ist durch das Innere und das Äußere der isolierenden Wand 47 plaziert und ist ebenfalls mit der Antriebseinrichtung außerhalb der isolierenden Wand 47 gekoppelt. Der Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der isolierenden Wand ist sehr groß (über 1000°C). Wenn die Antriebsachse nicht wie die vorliegende Erfindung aus einem Wärmeisolator hergestellt ist, kann ein großer Wärmefluß durch die Antriebsachse nach außen fließen. Die Antriebsachse gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem anisotropen Isolator, der den Hohlachsenteil 26 mit dem Zylinderachsenteil 27 verbindet, wodurch es ermöglicht wird, daß der Isolierachsenteil 25 den Hohlachsenteil von dem Zylinderachsenteil trennt, um den Wärmeverlust zu reduzieren.
Deshalb reduziert die vorliegende Erfindung das Temperaturgefälle des geschmolzenen Siliziums in einer Heißzone in einem Quarztiegel und verbessert die einheitliche Wärmeverteilung, wodurch eine Verbesserung der Qualität eines einkristallinen Rohlings ermöglicht wird.
Folglich verbessert die vorliegende Erfindung den Wärmewirkungsgrad durch ein Reduzieren des Wärmeverlustes, senkt das Temperaturgefälle des geschmolzenen Siliziums in dem Quarztiegel und verbessert die Temperaturverteilung, wodurch die Defekte in dem Siliziumrohling wesentlich reduziert werden.

Claims

1. Gerät zum Aufwachsen eines Siliziumrohlings, mit folgenden Merkmalen:
einem Graphittiegel (43), in dem ein Quarztiegel (42) plaziert ist;
einer Antriebsachse (46), die mit einem unteren Teil des Graphittiegels verbunden ist, um den Graphittiegel zu drehen und nach oben und unten zu bewegen, um den Graphittiegel zu tragen, wobei die Antriebsachse einen Hohlachsenteil (26), der ein hohles Inneres aufweist, einen Isolierachsenteil (25), der an dem unteren Ende des Hohlachsenteils angeordnet ist, um eine Wärmeübertragung zu verhindern, und einen Zylinderachsenteil (27) umfaßt, der an einem unteren Ende des Isolierachsenteils angebracht ist;
einer Heizeinrichtung (45) zum Heizen des Graphittiegels; und
einer isolierenden Wand (47), um den Graphittiegel, die Heizeinrichtung (45) und teilweise die Antriebsachse vor einer äußeren Umgebung zu schützen und thermisch zu isolieren.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, bei dem der Isolierachsenteil (25) aus einem anisotropen Isolator gebildet ist.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hohl- und der Zylinderachsenteil aus einem graphitbasierten Material gebildet sind, und bei dem ein Durchmesser des Hohlraums zumindest 30% eines Gesamtdurchmessers des Hohlachsenteils (26) beträgt.

4. Gerät gemäß Anspruch 3, bei dem der Durchmesser des Hohlraums zwischen 50% und 70% des Gesamtdurchmessers beträgt.

5. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Isolierachsenteil (25) an einer Position, die der isolierenden Wand entspricht, liegt, wenn sich die Antriebsachse nach oben und unten bewegt.

6. Gerät gemäß Anspruch 2, bei dem der Isolierachsenteil (25) aus einer Mehrzahl anisotroper Isolatorscheiben gebildet ist, die aufeinander gestapelt sind.

7. Gerät gemäß Anspruch 3, bei dem der Isolierachsenteil (25) durch ein Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl anisotroper Scheiben hergestellt ist, wobei Richtungen anisotroper Isolatoren einander kreuzen.