DE10340753A1

DE10340753A1 - Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE10340753A1
Application number: DE10340753A
Authority: DE
Inventors: Makoto Odawara Shimosaka; Sunao Sagamihara Abe
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US7077905B2; US20050257736A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Ziehen eines Einkristalls mit einer Strahlungsabschirmung (11) angegeben. Die Vorrichtung (1) kann die Geschwindigkeit des Kristallwachstums verbessern, selbst wenn die Strahlungsabschirmung (11) aus einem Material auf Graphitbasis besteht und mit Siliziumkarbid beschichtet ist. Die Vorrichtung (1) kann kostengünstig hergestellt werden und die Wärmeisolationseigenschaften verbessern. Die Vorrichtung erzeugt keine Risse durch Wärmespannungen, selbst bei erheblicher Größe. Bei einer Innenecke einer an dem Basismaterial gebildeten Krümmung ist mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, insbesondere auf eine Vorrichtung, die eine verbesserte Strahlungsabschirmung aufweist.

Im Allgemeinen wird ein Siliziumeinkristall hauptsächlich für ein Substrat für eine Halbleitereinurichtung verwendet. Ein solcher Siliziumeinkristall wird aus polykristallinem Silizium gemäß dem Czochralski-Verfahren (im Folgenden CZ-Verfahren) hergestellt.

In 8 ist eine Vorrichtung 21 zum Ziehen eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des CZ-Verfahrens dargestellt, die eine Kammereinrichtung 22, einen Quarzglastiegel 23 und eine Heizung 24 aufweist. Der Quarzglastiegel 23 befindet sich innerhalb der Kammereinrichtung 22. Die Heizung 24 ist so angeordnet, dass sie den Quarzglastiegel 23 umgibt. In den Quarzglastiegel 23 wird Polysilizium-Material eingefüllt, aufgeheizt und dann mittels der Heizung 24 geschmolzen. Nachdem ein Keimkristall 26, der an einer Keimkristallaufnahme 25 befestigt ist, in einer Siliziumschmelze M eintaucht, wird die Keimkristallaufnahme 25 gezogen, um einen Einkristall Ig zu züchten, während die Keimkristallaufnahme 25 und der Quarzglastiegel 23 rotieren.

Bei diesem Verfahren des Ziehens des Einkristalls gemäß dem CZ-Verfahren verdampfen Siliziumoxide und fließen von der Siliziumschmelze M als eine Folge der Reaktion von Quarzglastiegel 23 und Siliziumschmelze M. Da solche Siliziumoxide einen erheblichen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Einkristallzüchtung bei dem Aufwachsen des Siliziumeinkristalls Ig haben, müssen sie aus der Kammereinrichtung 22 wirksam entfernt werden.

Für diesen Zweck ist eine Strahlungsabschirmung 27 oberhalb des Quarzglastiegels 23 angeordnet, um den aufgewachsenen Siliziumeinkristall Ig zu umgeben. Die Strahlungsabschirmung 27 schirmt die Wärmestrahlung ab, die von der Heizung 24 und der Schmelze M auf den Siliziumeinkristall Ig ausgeübt wird, um ein Kühlen des Siliziumeinkristalls Ig zu unterstützen, um einen Temperaturgradienten zu vergrößern, der die Geschwindigkeit des Ziehens des Einkristalls beeinflusst. Ferner hat die Strahlungsabschirmung 27 die Funktion, den Gasfluss zu kontrollieren, mit dem inertes Gas G, das über eine Öffnung 28 zugeführt wird, von einem Umfang des Siliziumeinkristalls Ig über die Mitte und die Peripherie des Quarzglastiegels 23 zu Öffnungen 30 fließt. Hier ist die Öffnung 28 an einem oberen Teil der Kammereinrichtung 22 vorgesehen, um inertes Gas zuzuführen, während die Öffnungen 30 an dem Boden 29 der Kammereinrichtung 22 vorgesehen sind, um inertes Gas abzuführen. So wird die Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls verbessert, indem Siliziumoxide, die von der Schmelze M erzeugt werden, oder Metalldampf, der von einem Graphittiegel 31 usw. erzeugt wird, abgeführt wird, wobei es sich jeweils um Gase handelt, die das Einkristallwachstum behindern.

Ferner wird eine saubere Atmosphäre eingehalten, indem die Strahlungsabschirmung 27 aus einem Material auf Graphitbasis hergestellt wird und an seiner Oberfläche mit Siliziumkarbid oder dgl. beschichtet wird.

Bei den in jüngster Zeit verwendeten großen Siliziumeinkristallen wird auch die Strahlungsabschirmung 27 groß. Deshalb führt eine Verbesserung der Wirksamkeit der Abschirmung der Wärmestrahlung (was bisher ein angestrebtes Ziel im Stand der Technik war) zu einer Vergrößerung der Temperaturunterschiede in der Strahlungsabschirmung 27 selbst. Dadurch vergrößern sich Wärmespannungen in der Strahlungsabschirmung 27.

Falls, wie oben erwähnt, die Oberfläche der Strahlungsabschirmung aus einer Siliziumkarbid-Beschichtung auf einem Material auf Graphitbasis besteht, verursachen die Wärmespannungen zwischen diesen beiden Materialien eine Kompression und eine Ausdehnung als Folge der Unterschiede zwischen den Charakteristi ken des Materials auf Graphitbasis und Siliziumkarbid. Falls diese die Zugfestigkeit des Graphitmaterials übersteigen, besteht die Gefahr der Erzeugung von Rissen. Falls Risse erzeugt werden, fallen Verunreinigungen, die von dem Material auf Graphitbasis usw. erzeugt sind, in die Schmelze und kontaminieren diese, wodurch der Reinheitsgrad des Einkristalls verschlechtert wird. Ferner führt dies zum Anhaften von Partikeln an dem Einkristall; was ein Problem verursacht und die Produktivität beim Ziehen des Einkristalls erheblich verringert.

Um solche Probleme zu lösen, ist es vorgeschlagen worden, die Festigkeit zu verbessern, indem die Dicke der Strahlungsabschirmung vergrößert wird. Da dies jedoch zu einer Vergrößerung des toten Gewichts der Strahlungsabschirmung führt, wird dies sehr teuer und ist nicht erwünscht. Ferner wird die Wärmekapazität der Strahlungsabschirmung groß, was zu einem Ergebnis führt, das der Wirkung der Strahlungsabschirmung zuwiderläuft.

Ferner ist aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-884 eine Einkristallziehvorrichtung bekannt, bei der die meisten Oberflächen auf einer Außenwand eines herkömmlichen konischen Rektifikationsrohrs (Strahlungsabschirmung) gekrümmt ausgebildet sind. Ferner sind in der Einkristallziehvorrichtung eine Anzahl von Schaufeln vorgesehen, um einen turbulenten Fluss zu vermeiden, um einen Halbleitereinkristall einer guten Qualität zu erhalten. Jedoch hat das konische Rektifikationsrohr gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-884 einen Zylinder, der vertikal ansteigt und von einem Boden des konischen Rektifikationsrohrs mit spitzen Winkeln verläuft, um so den Einkristall zu umgeben. Falls somit die Oberfläche des konischen Rektifikationsrohrs aus Graphitmaterial mit Siliziumkarbid be schichtet wird, führt infolge der Unterschiede der Materialcharakteristika zwischen dem Material auf Graphitbasis und der Siliziumkarbidschicht Wärmespannungen zwischen beiden Materialien zu einer Kompression und einer Expansion. Falls diese die charakteristische Festigkeit des Materials auf Graphitbasis übersteigen, besteht die Gefahr der Erzeugung von Rissen. Ferner kann infolgedessen, dass der Zylinder vertikal und mit einem spitzen Winkel angeordnet ist, kein horizontales Teil für eine Wärmeabschirmung erzeugt werden, die die Abschirmwirkung verbessert.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-119089 ist ferner eine Wärmeabschirmung mit einem konischen Teil, einem horizontalen Teil und einem Trommelteil sowie mit einem Wärmeisolationsmaterial bekannt. Der konische Teil weist eine Innenfläche als Wärmeabschirmung auf und hat eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form und eine Öffnung zur Durchführung eines Einkristalls. Der horizontale Teil steht mit einem Boden des konischen Teils in Verbindung, erstreckt sich von dem Boden des konischen Teils aus radial horizontal und liegt der Oberfläche der Schmelze gegenüber. Der Trommelteil hat eine zylindrische Form, liegt einer Innenoberfläche des Quarzglastiegels gegenüber und erstreckt sich vertikal. Das Wärmeisoliermaterial ist in ein hohles Teil eingefüllt, das von dem Trommelteil, dem konischen Teil und dem horizontalen Teil begrenzt ist. Ferner ist ein Verbindungsteil zwischen dem horizontalen Teil und dem Trommelteil in Form einer runden Ecke z.B. eines kreisbogenförmigen Teils gebildet, um so einen Durchmesser zur Mittellinie des Einkristalls zu reduzieren. Ferner ist es mit ringförmigen, mit Rändern versehenen oder geflanschten Rändern versehen, die sich von den betreffenden unteren Enden des konischen Teils und des Trommelteils radial und horizontal nach außen erstrecken. Das hohle Teil zur Aufnahme des Wärmeisolationsmaterials ist ferner von einer zylindrischen Aufnahme begrenzt, die sich von den Ringrändern nach unten erstreckt. Da jedoch bei der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-119089 das Wärmeisolationsmaterial anfangs in die Strahlungsabschirmung eingebettet wird, ist es schwierig, die Menge des Wärmeisolationsmaterials in Abhängigkeit von der Verwendung zur Einstellung einer Temperaturzone einzustellen. Ferner ist es schwierig, die Geschwindigkeit des Einkristallwachstums zu verbessern. Da ferner die Strahlungsabschirmung schwerer wird, verschlechtert sich die Handhabbarkeit. Ferner erzeugt das Gewicht auf einem oberen Ende desselben leicht Risse, und die Kosten der Strahlungsabschirmung werden hoch.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls anzugeben, die die Geschwindigkeit des Einkristallwachstums verbessern kann, selbst wenn die Strahlungsabschirmung aus einem Material auf Graphitbasis besteht und mit Siliziumkarbid beschichtet ist. Die Vorrichtung soll ferner möglichst auf kostengünstige Weise hergestellt werden können und eine verbesserte Isolationscharakteristik aufweisen. Die Vorrichtung soll möglichst keine Risse infolge von Wärmespannungen erzeugen, selbst bei erheblicher Größe.

Um die obige Aufgabe zu erreichen, wird gemäß einer Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls angegeben, mit einer Kammereinrichtung, einem in der Kammereinrichtung angeordneten Tiegel, einer Heizung zum Heizen eines Materials, das in dem Tiegel aufgenommen ist, so dass das Material schmilzt, mit einer Strahlungsabschirmung, die in der Kammereinrichtung vorgesehen ist, um einen Bereich, in dem ein Einkristall gezogen wird, zu umgeben, um den Gasfluss von inertem Gas, das zugeführt wird, zu regulieren, wobei ein Keimkristall in das Schmelzmaterial eingetaucht wird, um den Einkristall zu ziehen, wobei die Strahlungsabschirmung aus einem Material auf Graphitbasis besteht, das mit Siliziumkarbid beschichtet ist, wobei die Strahlungsabschirmung einen Hauptabschirmungskörper, ein horizontales Teil und ein ansteigendes Teilaufweist, wobei der Hauptabschirmungskörper so angeordnet ist, dass er den Einkristall umgibt und aus einem hohlen Rohr geformt ist, wobei sich das horizontale Teil nach innen und im Wesentlichen nach innen und im Wesentlichen horizontal in Bezug auf die Oberfläche des Schmelzmaterials vom Hauptabschirmungskörper aus erstreckt und aus einer Ringform besteht, wobei das ansteigende Teil um den Einkristall nach oben ansteigt und aus einer Ringform gebildet ist, wobei eine erste Krümmung zwischen dem Hauptabschirmungskörper und dem horizontalen Teil gebildet ist, eine zweite Krümmung zwischen dem horizontalen Teil und dem ansteigenden Teil gebildet ist, und wobei jede der ersten und zweiten Krümmungen eine innere Ecke mit einer gekrümmten Fläche besitzt. Somit wird selbst bei einer Strahlungsabschirmung, die aus einem Material auf Graphitbasis besteht und mit Siliziumkarbid beschichtet ist, eine Vorrichtung realisiert, die die Geschwindigkeit des Einkristallwachstums vergrößern kann und die mit geringen Kosten hergestellt werden kann. Ferner erzeugt die Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Spannungen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Graphit und Siliziumkarbid. Ferner erzeugt die Vorrichtung keine Risse infolge von Wärmespannungen selbst bei erheblicher Größe.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich ein Aufnahmeteil von einem oberen Ende des Hauptabschirmungskörpers aus nach außen, wobei das Aufnahmeteil ringförmig ausgebildet ist, und wobei eine dritte Krümmung mit einer gekrümmten Oberfläche zwischen dem Hauptabschirmungskörper und dem Aufnahmeteil gebildet ist.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jede gekrümmte Oberfläche aus einem Kreisbogen oder einem elliptischen Bogen im Querschnitt gesehen gebildet, wobei die gekrümmte Oberfläche einen Krümmungsradius von 5 mm oder mehr besitzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmeisolationsmaterial mit einer Ringform von dem Hauptabschirmungskörper, dem horizontalen Teil und dem ansteigenden Teil gehalten. Dies führt zu einer leichten Aufnahme des Wärmeisolationsmaterials, einer leichten Vergrößerung der Dicke des Wärmeisolationsmaterials, einer Verbesserung der Wärmeuisolationscharakteristik und zur Vermeidung von herabtropfenden Partikeln oder Fragmenten auf die Schmelze, selbst wenn sie von dem Wärmeisolationsmaterial herrühren.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abdeckung zum Abdecken des Wärmeisolationsmaterials vorgesehen, wobei die Abdeckung in eine Mehrzahl von Ringen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aufgeteilt ist. Indem die Ringelemente miteinander kombiniert werden, kann so der Temperaturbereich leicht angepasst werden, was die Geschwindigkeit des Kristalluwachstums verbessert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Hauptabschirmungskörper und das horizontale Teil in einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet, und das horizontale Teil und das ansteigende Teil im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls;
2 eine schematische Ansicht eines Teils der Strahlungsabschirmung, die für die erste Ausführung der Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls verwendet ist;
3 eine schematische Darstellung eines Teils der für die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls verwendeten Strahlungsabschirmung;
4 eine schematische Darstellung des Betriebs der Strahlungsabschirmung gemäß der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls;
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls;
6 eine schematische Darstellung eines Teils der bei der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls verwendeten Strahlungsabschirmung;
7 eine schematische Darstellung eines Teils der für die zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls verwendeten Strahlungsabschirmung und
8 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls.
Es wird nunmehr eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, weist eine Vorrichtung 1 zum Ziehen des Einkristalls gemäß der gegenwärtigen Erfindung eine Kammereinrichtung 2, einen Quarzglastiegel 3, einen Graphittiegel 4, eine Heizung 5 und eine drehbare Welle 7 auf. Der Quarzglastiegel 3 ist in der Kammereinrichtung 2 zur Aufnahme eines Halbleitermaterials angeordnet. Der Graphittiegel 4 nimmt den Quarzglastiegel 3 auf. Die Heizung 5 umgibt den Graphittiegel 4 und heizt das Halbleitermaterial in dem Quarzglastiegel 3 auf, um es in die Schmelze M umzusetzen. Die drehbare Welle 7 durchsetzt einen Boden 6 der Kammereinrichtung 2. Die drehbare Welle 7 ist an dem Graphittiegel 4 befestigt. Ein Motor (nicht dargestellt) ist mit der drehbaren Welle 7 zu deren Antrieb verbunden. Eine Hebeeinrichtung (nicht dargestellt) ist vorgesehen, um die drehbare Welle 7 anzuheben oder abzusenken.
Ferner ist in der Vorrichtung 1 ein Ziehdraht 10 an dem oberen Teil des Quarzglastiegels 3 vorgesehen. Der Ziehdraht 10 weist eine Keimkristallaufnahme 9 zum Halten eines Keimkruistalls 8 auf, der zum Ziehen des Einkristalls verwendet wird. Der Ziehdraht 10 ist von dem in der Figur nicht dargestellten Motor angetrieben und an einer drahtaufnehmenden Vorrichtung in einer aufwickelbaren oder freigebbaren Weise befestigt.
Ferner umfasst die Vorrichtung eine Strahlungsabschirmung 11, die so angeordnet ist, dass sie eine Ziehzone oberhalb des Quarzglastiegels 3 umgibt, um einen Fluss von inertem Gas G zu kontrollieren, und ist mit einer Öffnung 11a₁ versehen. Ein Einkristall Ig durchdringt die Öffnung 11a₁ . Ferner ist an einem oberen Teil der Kammereinrichtung 2 eine Öffnung 12 vorgesehen, um inertes Gas zuzuführen, während an einem Boden 6 der Kammereinrichtung 2 Öffnungen 13 vorgesehen sind, um inertes Gas auszugeben.
Wie in 2 dargestellt, ist die Strahlungsabschirmung 11 aus Graphitmaterial mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und mit einer guten Wärmeisolationseigenschaft hergestellt. Eine Oberfläche der Strahlungsabschirmung 11 ist mit Siliziumkarbid beschichtet, um eine saubere Atmosphäre einzuhalten.
Die Strahlungsabschirmung 11 hat einen Hauptabschirmungskörper 11a, einen horizontalen Teil 11b, einen ansteigenden Teil llc und einen Befestigungsteil 11d. Der Hauptabschirmungskörper 11a hat die Form eines hohlen Rohres, z.B. eine hohle Konusform, und weist die Öffnung 11a₁ auf, die so angeordnet ist, dass sie den Einkristall Ig umgibt. Der horizontale Teil 11b hat eine Ringform und erstreckt sich von dem Hauptabschirmungskörper 11a nach innen und im Wesentlichen horizontal. Der ansteigende Teil 11c hat eine Ringform und erstreckt sich von dem horizontalen Teil 11b entlang des Einkristalls nach oben. Der Befestigungsteil 11d hat eine Ringform und erstreckt sich von dem Hauptabschirmungskörper 11a nach außen. Obwohl der Hauptabschirmungskörper 11a bei dieser Ausführung um einen Winkel A gegenüber einer vertikalen Linie X geneigt ist (vgl. 6), ist der Winkel A nicht auf den in 6 gezeigten begrenzt. Zum Beispiel kann der Hauptabschirmungskörper 11a in Form eines Rohres, eines Konus, eines Zylinders oder in anderer Form ausgeführt sein. Der horizontale Teil 11b kann mit einer ebenen Fläche oder einer gekrümmten Fläche ausgebildet sein.
Der horizontale Teil 11b steht mit dem Hauptabschirmungskörper 11a über eine Krümmung 11ab (erste Krümmung) in Verbindung. Der ansteigende Teil 11c ist mit dem horizontalen Teil 11b über eine Krümmung 11bc (zweite Krümmung) verbunden. Ferner ist der Befestigungsteil lld mit dem Hauptabschirmungskörper über eine Krümmung 11ad (dritte Krümmung) verbunden. Hierbei ist jeweils eine Innenecke 11bc ₁ der Krümmung 11bc und eine Innenecke 11ad ₁ der Krümmung llad auf einer gekrümmten Fläche gebildet, die z.B. einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Jeder Radius R₂, R₃ von der Mitte O₂, O₃, nämlich jeder Krümmungsradius beträgt 5 mm oder mehr (vgl. 6). Ferner ist die Krümmung llab auf einer gekrümmten Fläche mit einem Querschnittsabschnitt mit elliptischer Krümmung gebildet. Eine Innenecke 11ab _l ist ferner auf einer gekrümmten Fläche mit einem elliptischen Querschnitt gebildet. Der Radius R₁ vom Zentrum O₁ ist 100 mm oder größer, z.B. 150 mm (vgl. 6). Falls jeder Abstand R₁, R₂ vom Zentrum O₂, O₃ auf 5 mm oder mehr eingestellt wird, tritt keine Spannung auf, und es ergeben sich infolge einer Differenz der Temperaturausdehnungskoeffizienten zwischen Graphit und Siliziumkarbid keine Risse. Falls jeder Abstand R₂, R₃ kleiner als 5 mm ist, ergeben sich Spannungen infolge der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Graphit und Siliziumkarbid, und Risse treten auf. Ferner ist, soweit notwendig, eine gekrümmte Oberfläche mit R von 5 mm oder mehr an einer Außenecke jeder Krümmung und des Endes des Basismaterials ausgebildet.
Wie in 3 dargestellt, ist auf dem horizontalen Teil 11b der Strahlungsabschirmung 11 ein Wärmeisoliermaterial 11e mit einer Ringform befestigt, das von dem ansteigenden Teil 11c gehalten ist und leicht befestigt und abgenommen werden kann. Da das Wärmeisoliermaterial 11e von dem aufsteigenden Teil 11c gehalten ist, kann die Dicke des Wärmeisoliermaterials 11e leicht vergrößert werden. Ferner kann die Wärmeisoliereigenschaft verbessert werden. Falls Partikel oder Fragmente von dem Wärmeisoliermaterial lle erzeugt werden, verhindert ferner der ansteigende Teil 11c, dass diese auf die Schmelze M fallen.
Das Wärmeisoliermaterial 11e ist mit Siliziumkarbid beschichtet. Deshalb kann es Partikel am Herabfallen hindern, selbst wenn keine Deckung vorgesehen ist, um zu verhindern, dass Partikel von den Wärmeisoliermaterialien ausgehen. Ferner kann auch der Aufbau vereinfacht werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ziehen des Einkristalls mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, wird das Polysilizium-Material in den Quarz- oder Siliziumoxidtiegel 3 eingefüllt. Aus der Öffnung 12 fließt inertes Gas G in die Kammereinrichtung 2. Die Heizung 5 wird aktiviert, um den Siliziumoxidglastiegel 3 zu beheizen. Der Motor zum Drehen des Tiegels wird aktiviert, um den Siliziumoxidglastiegel 3 mit Hilfe der mit dem Motor verbundenen drehbaren Welle 7 zu drehen.
Nachdem eine bestimmte Zeit vergangen ist, wird die Draht-Dreheinrichtung in Drehung versetzt, um den Ziehdraht 10 herabzulassen. Die Keimkristallaufnahme 9 wird abgesenkt. Der Keimkristall 8 wird in Kontakt mit der Siliziumschmelze M gebracht. Der Kristall wächst und der Einkristall Ig wird gezogen.
Bei dem Verfahren des Ziehens des Siliziumeinkristalls wird inertes Gas G, das über die Öffnung 12 zugeführt wird, mit Hilfe des ansteigenden Teils 11c gut reguliert, und es gelangt zwischen die Strahlungsabschirmung 11 und den Einkristall Ig. Wärme von der Oberfläche der Schmelze des Einkristalls Ig wird durch den horizontalen Teil 11b abgeschirmt. Inertes Gas G erreicht die Oberfläche der Schmelze M. Oxide, die von der Oberfläche der Schmelze M verdampfen, werden in dem inerten Gas G aufgefangen. Inertes Gas G, das Oxide enthält, gelangt zwischen die Außenseite der Strahlungsabschirmung 11 und des Siliziumoxidglastiegels 3 und wird von den Öffnungen 13 zu dem Äußeren der Kammereinrichtung 2 ausgegeben.
Ferner schirmt die Strahlungsabschirmung 11 bei dem Ziehverfahren des Siliziumeinkristalls, wie in den 3 und 4 gezeigt, die Wärmestrahlung von der Heizung 5 und der Schmelze M auf den Siliziumeinkristall Ig ab; was eine Kühlung des Siliziumeinkristalls Ig unterstützt. So wird ein gewünschter Temperaturgradient erhalten, was notwendig ist, um den Siliziumeinkristall Ig zu ziehen. Obwohl die Strahlungsabschirmung 11 einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, wodurch sie selbst aufgeheizt wird, ist ferner die Innenecke 11bc _l der Krümmung 11bc und die Innenecke 11ad ₁ der Krümmung 11ad der Strahlungsabschirmung 11 aus Kreisbogen gebildet, wobei jeder Krümmungsradius R₂, R₃ 5 mm oder größer ist, und die Krümmung ab einschließlich der Innenecke 11ab, ist aus einer gekrümmten Oberfläche mit einer elliptischen Form gebildet, wobei der Abstand R₁ von dem Zentrum O₁ derselben 100 mm oder größer ist, z.B. 150 mm. Deshalb werden Wärmespannungen, die in der Strahlungsabschirmung 11 erzeugt werden, infolge der Unterschiede der Materialcharakteristika zwischen dem Material auf Graphitbasis und der Siliziumkarbidschicht verteilt, was verhindern kann, dass sich Risse durch Kompression und Expansion bilden. So kann die Festigkeit der Strahlungsabschirmung vergrößert werden, ohne dass die Dicke des Basismaterials der Strahlungsabschirmung 11 vergrößert wird.
Da ferner eine der Krümmungen der gekrümmten Oberfläche mit einer elliptischen Krümmung gebildet ist, kann der Fluss von inertem Gas G geglättet werden. Inertes Gas G einschließlich der enthaltenen Oxide kann über den Auslass 13 zu der Außenseite der Kammereinrichtung 2 ausströmen. Ein Siliziumeinkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration kann gezogen werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführung der Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls gemäß der gegenwärtigen Erfindung erläutert.
Die zweite Ausführung betrifft eine Vorrichtung mit einer Abdeckung zur Abdeckung des Wärme isolierenden Materials bei der ersten Ausführung.
Zum Beispiel kann, wie in 5 gezeigt, die Strahlungsabschirmung 11A mit einer Abdeckung 11Af zur Abdeckung eines Wärmeisolisationsmaterials 11Ae versehen sein. Die Abdeckung 11Af weist eine Mehrzahl von teilbaren Ringelementen 11Af ₁, 11Af ₂ und 11Af ₃ auf, die aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten hergestellt sind, wie etwa Graphit, Quarzglas, Molybdän usw. Obwohl es bevorzugt ist, das Wärmeisoliermaterial 11Ae mit Siliziumkarbid abzudecken, muss es nicht notwendigerweise mit Siliziumkarbid abgedeckt werden, da es mit der Abdeckung 11Af abgedeckt ist. Da sich im Übrigen die anderen Bestandteile nicht von der Strahlungsabschirmung gemäß 3 unterscheiden, wird auf eine weitere Erläuterung verzichtet, und es werden dieselben Bezugsziffern verwendet.
So kann durch geeignete Kombination der Ringelemente 11Af₁ , 11Af₂ und 11Af₃ der Temperaturbereich von 1050 bis 1150°C, in dem die COP-Dichte (Kristallursprungsteilchendichte) beeinflusst wird, leicht eingestellt werden, und die Geschwindigkeit des Einkristallwachstums kann verbessert werden. Ferner verhindern es der ansteigende Teil 11Ac und die Abdeckung 11Af, dass Partikel oder Fragmente, die von dem Wärmeisoliermaterial 11Ae ausgehen, auf die Schmelze fallen.
Ferner kann eine Abdeckung 111Af, die der Form eines dicken Wärmeisoliermaterials entspricht, darauf befestigt werden (vgl. 7). Die Abdeckung 111Af kann auf die gleiche Weise wie die Abdeckung 11Af ausgebildet sein.
BEISPIEL
Gegenstand:
1. Der Siliziumeinkristall wurde mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung (Beispiel) gezogen, wozu die unten beschriebene Strahlungsabschirmung gehörte. Das Ergebnis wurde mit dem Stand der Technik (herkömmliche Vorrichtung) verglichen.
2. Der Unterschied der Wärmespannungen wurde untersucht, indem die unterschiedlichen Formen des Beispiels und der herkömmlichen Vorrichtung thermisch analysiert wurden.
Strahlungsabschirmung: Es wurde ein Kegelstumpf eines kreisförmigen Konus, bei dem eine Graphitform als Basismaterial verwendet und mit Siliziumkarbid beschichtet wurde, verwendet, wobei die Dicke ungefähr 10 mm war, eine Innenecke R 5 mm betrug (R ist 1 mm im Stand der Technik), wobei eine Innenecke R zwischen dem Hauptabschirmungskörper und dem horizontalen Teil 20 mm betrug, der Außendurchmesser 700 mm betrug, der Innendurchmesser 350 mm, und die Höhe 500 mm.
Ergebnis:
1. Bei der herkömmlichen Vorrichtung (Innenecke R beträgt 1 mm) ergeben sich Risse an der Innenecke zwischen dem horizontalen Teil und dem ansteigenden Teil. Andererseits wurde bei dem Beispiel kein Riss beobachtet.
2. Das Ergebnis der gemessenen Wärmespannungen ist in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist, wurde bestätigt, dass die an dem Material auf Graphitbasis und der Siliziumkarbidschicht erzeugte Wärmespannung in einem Verhältnis von ungefähr 20% verteilt werden kann.
Bei der Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls gemäß der Erfindung kann die Geschwindigkeit des Einkristallwachstums verbessert werden, selbst wenn die Strahlungsabschirmung aus Material auf Graphitbasis besteht und mit Siliziumkarbid beschichtet ist. Die Vorrichtung kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden und die Wärmeisolationseigenschaften verbessern. Die Vorrichtung erzeugt keine Risse infolge von Wärmespannungen selbst bei einer erheblichen Größe.

Claims

Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls mit: einer Kammereinrichtung (2), einem in der Kammereinrichtung (2) angeordneten Tiegel (3), einer Heizung (5) zum Heizen eines in dem Tiegel (3) vorgesehenen Materials, so dass das Material (M). geschmolzen wird, eine Strahlungsabschirmung (11), die in der Kammereinrichtung (2) vorgesehen ist, um einen Bereich zu umgeben, in dem ein Einkristall (Ig) gezogen wird, um den Fluss von zugeführtem inerten Gas (G) zu regulieren, wobei ein Keimkristall (8) in dem geschmolzenen Material (M) eingetaucht wird, um den Einkristall (Ig) zu ziehen, wobei die Strahlungsabschirmung (11) aus einem Material auf Graphitbasis beschichtet mit Siliziumkarbid besteht, wobei die Strahlungsabschirmung (11) einen Hauptabschirmungskörper (11a), einen horizontalen Teil (11b) und einen ansteigenden Teil (11c) aufweist, wobei der Hauptabschirmungskörper (11a) so angeordnet ist, dass er den Einkristall (Ig) umgibt und als ein hohles Rohr ausgebildet ist, wobei sich der horizontale Teil (11b) nach innen und im Wesentlichen horizontal in Bezug auf eine Oberfläche des geschmolzenen Materials (M) vom Hauptabschirmungskörper (11a) aus erstreckt und in Ringform ausgebildet ist, wobei der ansteigende Teil (11c) sich entlang des Einkristalls (Ig) nach oben erstreckt und in einer Ringform ausgebildet ist, wobei eine erste Krümmung (11ab) zwischen dem Hauptabschirmungskörper (11a) und dem horizontalen Teil (11b) gebildet ist, wobei eine zweite Krümmung (11bc) zwischen dem horizontalen Teil (11b) und dem ansteigenden Teil (11c) gebildet ist und wobei sowohl die erste Krümmung (11ab) als auch die zweite Krümmung (11bc) eine Innenecke. (11bc _l, 11bc ₂) mit einer gekrümmten Oberfläche besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich ein Befestigungsteil (11d) von einem oberen Ende des Hauptabschirmungskörpers (11a) aus nach außen erstreckt, wobei das Befestigungsteil (11d) ringförmig ausgebildet ist, und wobei eine dritte Krümmung (11ad) mit einer gekrümmten Oberfläche zwischen dem Hauptabschirmungskörper (11a) und dem Befestigungsteil (11d) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede gekrümmte Oberfläche in der Form eines Kreisbogens oder einer Ellipse im Querschnitt ausgebildet ist, und wobei die gekrümmte Oberfläche einen Krümmungsradius von 5 mm oder mehr aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der von dem Hauptabschirmungskörper (11a), dem horizontalen Teil (11b) und dem ansteigenden Teil (11c) ein Wärmeisoliermaterial (11e) mit einer Ringform aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Abdeckung (11Af) zur Abdeckung des Wärmeisoliermaterials (11e) vorgesehen ist, wobei die Abdeckung (11Af) in eine Mehrzahl von Ringen (11Af₁ , 11Af₂ , 11Af₃ ) aufteilbar ist, die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten besitzen.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Hauptabschirmungskörper (11a) und der horizontale Teil (11b) im Wesentlichen in einem stumpfen Winkel zueinander angeourdnet sind, und der horizontale Teil (11b) und der ansteigende Teil (11c) im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.