DE10392918T5 - Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters und Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters und Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters Download PDF

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Susumu Hiratsuka Maeda
Hiroshi Hiratsuka Inagaki
Shigeki Hiratsuka Kawashima
Shoei Hiratsuka Kurosaka
Kozo Hiratsuka Nakamura
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend:
vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entspricht, gemäß der Beziehung, und
Einstellung einer Temperatur, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines großen und schweren Einkristallhalbleiters ohne Versetzungen, wenn ein CZ(Czochralski-Verfahren)-Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters, wie zum Beispiel Einkristall-Silizium, verwendet wird.
  • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
  • Verfahren zur Herstellung von Einkristall-Silizium schließen das CZ-Verfahren ein.
  • 1 zeigt eine Beispielstruktur einer das CZ-Verfahren verwendenden Vorrichtung 1 zur Einkristallzüchtung zeigt.
  • Ein Quarztiegel 3, dessen Außenseite mit einem Graphittiegel 11 bedeckt ist, ist in einem Behälter 2 zum Ziehen eines Einkristalls oder einem CZ-Ofen 2 angeordnet. Polykristallines Silizium (Si) wird zum Schmelzen im Quarztiegel 3 erwärmt. Nachdem das Schmelzen stabilisiert ist, zieht ein Ziehmechanismus 4 ein Einkristall-Silizium (Einkristall-Siliziumblock) 6 aus der Schmelze 5. Genauer gesagt, wird eine Ziehwelle 4a abgesenkt und wird ein Impfkristall 14, der von einer Impfklemme 4c an einem vorderen Ende der Ziehwelle 4a gehalten wird, in die Schmelze 5 getaucht. Nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 übergegangen ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Das Einkristall-Silizium 6 wächst, wenn der von der Impfklemme 4c gehaltene Impfkristall 14 hochgezogen wird. Der Quarztiegel 3 während des Hochziehens von einer Drehwelle 10 gedreht. Die Ziehwelle 4a des Ziehmechanismus 4 dreht sich in einer entgegengesetzten Richtung zur oder in derselben Richtung wie die Drehwelle 10.
  • Während des Verfahrens (1 Charge) zum Ziehen eines Einkristalls werden im Behälter 2 zahlreiche verdampfte Materialien erzeugt. Dann wird Argon (Ar)-Gas 7 zum Behälter 2 zum Ziehen eines Einkristalls gegeben und gemeinsam mit den verdampften Materialien aus dem Behälter 2 abgelassen, um die verdampften Materialien aus dem Behälter 2 zu entfernen und den Behälter 2 zu reinigen. Die Zufuhrdurchflußmenge des Argongases 7 wird für jeden Einzelchargenprozeß bestimmt.
  • Eine Wärmeabschirmplatte 8 (Gasrektifikationskolonne) ist über dem Quarztiegel 3 und um das Einkristall-Silizium 6 angeordnet, um das Gas 7 im Behälter 2 zum Ziehen eines Einkristalls zu rektifizieren, zu einer Oberfläche 5a der Schmelze 5 zu führen und das Einkristall-Silizium 6 von einer Wärmequelle abzuschirmen. Ein Abstand (Spalt) G zwischen dem unte ren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzeoberfläche 5a wird geeignet festgelegt.
  • Wenn das Einkristall-Silizium 6 durch das CZ-Verfahren gezogen wird, besteht eines von unvermeidbaren Problemen in einer "Versetzung", die im Impfkristall zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn der Impfkristall in die Schmelze getaucht wird. Die Versetzung wird aufgrund einer Wärmebelastung induziert, die im Impfkristall 14 verursacht wird, wenn der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 getaucht wird. Wenn die Versetzung über einen Einschnürabschnitt, der an einem unteren Abschnitt des Impfkristalls 14 ausgebildet ist, kontinuierlich übertragen und in das Einkristall-Silizium 6 eingebracht wird, das mit dem angehobenen Einschnürabschnitt erzeugt wird, kann dieses Einkristall-Silizium 6 nicht für eine Halbleitereinrichtung verwendet werden. Somit ist es notwendig, die Versetzung zu beseitigen.
  • Entsprechend gilt allgemein, daß ein Einschnürprozeß zum fortschreitenden Zusammenziehen des Einschnürabschnitts auf einen Durchmesser von ungefähr 3 bis 5 mm in dem ersten Schritt des Ziehprozesses durchgeführt wird, um die Versetzung, die in den Impfkristall 14 zu dem Zeitpunkt eingebracht wird, wenn der Impfkristall in die Schmelze getaucht wird, aus dem Impfkristall 14 zu entfernen, nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 getaucht ist.
  • In den vergangenen Jahren ist jedoch die Herstellung eines großen Silizium-Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr verlangt worden und muß ein großer und schwerer Block aus Einkristall-Silizium hochgezogen werden, ohne daß damit irgendein Problem verbunden ist. Wenn ein Durchmesser des Einschnürabschnitts auf ungefähr 3 bis 5 mm durch das Einschnürverfahren zusammengezogen wird, wird die Versetzung beseitigt, aber ist der Durchmesser zu klein, so daß der große und schwere Block aus Einkristall-Silizium nicht hergestellt werden kann, ohne daß damit das Problem verbunden ist, daß der Kristall hinabfällt oder dergleichen.
  • Hier kann eine zusätzliche Halteeinrichtung vorgesehen werden, um das Einkristall-Silizium 6 zu halten und zu ziehen und zu verhindern, daß der Block aus Einkristall-Silizium aufgrund von Zerbrechen des Einschnürabschnitts hinabfällt.
  • Aber das Hinzufügen einer derartigen zusätzlichen Halteeinrichtung zur vorhandenen Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls bringt die Erhöhung der Anzahl von Teilen mit sich und erhöht die Kosten für die Vorrichtung. Man vermutet auch, daß technische Schwierigkeiten verbunden sind, da keine Technik zum sicheren Halten des Einkristall-Silizium 6 entwickelt worden ist. Wenn die mechanische Halteeinrichtung vorgesehen wird, kann im übrigen eine Kontamination, wie zum Beispiel Metallpulver, in den CZ-Ofen 2 eingeführt werden und kann nicht sichergestellt werden, daß das Innere des CZ-Ofens 2 eine reine Umgebung aufweist.
  • Somit ist es nicht erstrebenswert, eine zusätzliche Halteeinrichtung zum Hochziehen des großen und schweren Blocks aus Einkristall-Silizium vorzusehen.
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 11-189488 offenbart die folgende Technologie, so daß ein großer und schwerer Block aus Einkristall-Silizium ohne Reduzierung des Einschnürabschnitts hochgezogen werden kann:
    • a) Der Abstand (Spalt) G zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzeoberfläche 5a ist erhöht, um Strahlungswärme vom Heizgerät zum Erwärmen der Schmelze 5 im Quarztiegel 3 in einer großen Menge zum Impfkristall 14 hinzuzugeben, um die Temperatur des Impfkristalls 14 anzuheben, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 reduziert wird und in den Impfkristall 14 durch eine Wärmebelastung eingebrachte Versetzungen reduziert werden.
    • b) Ein Schlitz ist im Graphittiegel 11 ausgebildet, um Strahlungswärme vom Heizgerät zum Erwärmen der Schmelze 5 im Quarztiegel 3 in einer großen Menge zum Impfkristall 14 hinzuzugeben, um die Temperatur des Impfkristalls 14 anzuheben, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 reduziert wird und in den Kristall 14 durch eine Wärmebelastung eingebrachte Versetzungen reduziert werden.
    • c) Es ist eine zusätzliche Heizeinrichtung angeordnet, die durch einen Verfahrmechanismus vertikal beweglich ist, wobei die zusätzliche Heizeinrichtung an der Seite des Impfkristalls 14 im Einschnürprozeß angeordnet wird, um den Impfkristall 14 zu erwärmen und seine Temperatur auf 1380°C bis 1480°C anzuheben, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 reduziert wird und in den Impfkristall 14 durch eine Wärmebelastung eingebrachte Versetzungen reduziert werden. Als ein Testergebnis wurde der Einschnürabschnitt nicht zerbrochen, wenn der Impfkristall 14 einen Durchmesser von 8 mm oder 14 mm aufwies.
  • Anhand der obengenannten a) und b) ist erkennbar, daß es ratsam ist, die Temperatur des Impfkristalls 14 anzuheben, wobei aber kein Vorschlag hinsichtlich eines quantitativen Werts vorliegt, auf den die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben werden muß.
  • Entsprechend dem oben beschriebenen c) wird der Impfkristall 14 auf die Temperaturen von 1380°C bis 1480°C angehoben, aber wenn der Impfkristall 14 auf eine derart hohe Temperatur angehoben wird, kann der Impfkristall 14 schmelzen, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird, und kann der Durchmesser des Impfkristalls 14, bevor er in die Schmelze eingetaucht wird, zusammengezogen werden. Es besteht auch eine Möglichkeit, daß das vordere Ende des geschmolzenen Impfkristalls in die Schmelze 5 hinabfällt und die Konzentration einer Dotiersubstanz in der Schmelze 5 ändert und von einem Zielkristallwiderstand abgewichen wird. Wenn die Temperatur auf ein derart hohes Niveau angehoben wird, kann im übrigen der Quarztiegel verformt werden, und könnte der Kristall verformt werden, während er gezogen wird, und wird die Wahrscheinlichkeit groß, daß Versetzungen in den Kristall eingebracht werden. Mit anderen Worten stellen 1380°C bis 1480°C, auf die die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben wird, überspezifizierte Werte bei der Beseitigung der Versetzungen dar.
  • Im übrigen ist anhand des oben beschriebenen c) ersichtlich, daß der Einschnürabschnitt nicht zerbrochen wird, wenn der Impfkristall 14, der den Durchmesser von 8 mm oder 14 mm aufweist, auf die Temperaturen von 1380°C bis 1480°C angehoben wird, aber wird eine kritische Beziehung zwischen dem Durchmesser des Impfkristalls 14 und der Temperatur des Impfkristalls 14, daß der Einschnürabschnitt nicht zerbrochen wird, nicht klar gezeigt.
  • Entsprechend dem oben beschriebenen a) ist die Erhöhung der Spaltstrecke G zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzeoberfläche 5a effektiv; jedoch stellt dieser Abstand G einen Parameter dar, der die Menge von Sauerstoff begrenzt, die von der Schmelzeoberfläche 5a verdampft, und wird die in das Einkristall-Silizium 6 eingebrachte Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Größe des Spaltes G beeinflußt. Somit können die in das Einkristall-Silizium 6 eingebrachten Versetzungen, wenn der Spalt G vergrößert wird, beseitigt werden, aber wird auch die Sauerstoffkonzentration im Einkristall-Silizium 6 beeinflußt, wobei möglicherweise die Eigenschaften eines Elements oder einer Einrichtung wesentlich beeinflußt werden. Wenn die Größe des Spaltes G geändert wird, wird auch die Temperatur der Schmelze 5 beeinflußt. Somit ist es nicht erstrebenswert, eine Technik zur Einstellung des Spaltes G einzusetzen.
  • Wenn der Schlitz im Graphittiegel 11 gemäß dem oben beschriebenen b) ausgebildet wird, kann die Temperatur der Schmelze 5 angehoben werden. Somit ist es nicht erstrebenswert, die Technik zur Ausbildung des Schlitzes im Graphittiegel 11 einzusetzen.
  • Entsprechend dem oben beschriebenen c) erhöht die Hinzufügung des Verfahrmechanismus und der zusätzlichen Heizeinrichtung zur vorhandenen Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Ein kristalls die Anzahl von Teilen und erhöht sie die Kosten der Vorrichtung. Somit ist es nicht erstrebenswert, die Technik der Anordnung von genanntem neuem Verfahrmechanismus und zusätzlicher Heizeinrichtung einzusetzen, um lediglich den Impfkristall 14 zu erwärmen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen großen und schweren Einkristallhalbleiter zu ziehen, ohne eine wesentliche Änderung an einer bestehenden Vorrichtung vorzunehmen, ohne die Sauerstoffkonzentration des Einkristallhalbleiters oder die Temperatur des Schmelze zu beeinflussen und ohne die Temperatur des Impfkristalls mehr als notwendig anzuheben.
  • Die erste Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend:
    vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entspricht, gemäß der Beziehung, und
    Einstellung einer Temperatur, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  • Gemäß der ersten Erfindung wird die Beziehung L1, L2, L3 zwischen der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT und dem Durchmesser D des Impfkristalls 14 vorab so festgelegt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall 14 eingebracht werden, wie dies in 5 gezeigt ist.
  • Die zulässige Temperaturdifferenz ΔT, die mit dem Durchmesser D des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls 14 übereinstimmt, wird gemäß den Beziehungen L1, L2, L3 bestimmt.
  • Zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls 14 in die Schmelze 5 wird die Temperatur so eingestellt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz ΔT fällt.
  • Da kritische numerische Werte der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT zur Vermeidung des Einbringens der Versetzungen in den Impfkristall 14 als die Beziehungen L1, L2, L3 klar bestimmt werden, kann gemäß der ersten Erfindung das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden, ohne die zulässige Temperaturdifferenz ΔT mehr als notwendig abzusenken, nämlich ohne die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als notwendig anzuheben. Somit kann der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert werden, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Außerdem kann eine Wärmebelastung auf den Quarztiegel 3 reduziert werden.
  • Die zweite Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend:
    vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, dem Durchmesser des Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entspricht, gemäß der Beziehung;
    Einstellung einer Temperatur derart, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  • Gemäß der zweiten Erfindung werden die Beziehungen L1, L2, L3 zwischen der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT, dem Durchmesser D des Impfkristalls 14 und der Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 vorab so festgelegt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze die zulässige Temperaturdifferenz ΔT wird, bei der, wie in 5 gezeigt, keine Versetzungen in den Impfkristall 14 eingebracht werden. Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 derselbe ist, ändert sich die Beziehung, wie durch L1, L2, L3 gekennzeichnet, entsprechend dem Anstieg der Fremdbestandteilkonzentration C wie C1, C2, C3 und wird zulässige Temperaturdifferenz ΔT groß.
  • Gemäß den Beziehungen L1, L2, L3 wird die zulässige Temperaturdifferenz ΔT bestimmt, die dem Durchmesser D des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls 14 und der Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 entspricht.
  • Ferner wird die Temperatur so eingestellt, daß zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls 14 in die Schmelze 5 die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz ΔT fällt.
  • Gemäß der zweiten Erfindung werden die kritischen numerischen Werte der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT zur Vermeidung des Einbringens der Versetzungen in den Impfkristall 14 als die Beziehungen L1, L2, L3 bestimmt, so daß das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden kann, ohne die zulässige Temperaturdifferenz ΔT mehr als nötig abzusenken, nämlich ohne die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als nötig anzuheben. Im übrigen kann eine Wärmebelastung auf den Quarztiegel 3 reduziert werden. Somit kann der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert werden, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 derselbe ist, kann gemäß der zweiten Erfindung die zulässige Temperaturdifferenz ΔT durch Erhöhen der Konzentration des Fremdbestandteils (zum Beispiel Bor B) im Impfkristall 14 erhöht werden. Somit kann das Einbringen der Versetzungen verhindert werden, während der Anstieg der Temperatur des Impfkristalls 14 auf einen kleineren Wert abgebremst wird.
  • Die dritte Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in eine Schmelze und Ziehen des Kristalls, umfassend:
    vorheriges Festlegen einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeit punkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    Bestimmung der Konzentration des Fremdbestandteils gemäß dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze gemäß der Beziehung;
    Einstellung der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall derart, daß die Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall nicht unter die vorab festgelegte Konzentration des Fremdbestandteils fällt.
  • Gemäß der dritten Erfindung werden die Beziehungen L1, L2, L3 zwischen der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT, dem Durchmesser D des Impfkristalls 14 und Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 vorab so festgelegt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT fällt, bei der, wie in der 5 gezeigt, keine Versetzungen in den Impfkristall 14 eingebracht werden. Wenn die zulässige Temperaturdifferenz ΔT dieselbe ist, ändert sich die Beziehung, wie durch L1, L2, L3 angezeigt, wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14, wie durch Dl, D2, D3 angezeigt, zunimmt und die Fremdbestandteilkonzentration C, wie durch C1, C2, C3 angezeigt, zunimmt.
  • Ferner werden gemäß den Beziehungen L1, L2, L3 der Durchmesser D3 des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls 14 und die Fremdbestandteilkonzentration C3 entsprechend der Temperaturdifferenz ΔT 0 zwischen im Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Kristalls in die Schmelze bestimmt.
  • Außerdem wird die Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 so eingestellt, daß die Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 nicht unter die vorab festgelegte Fremdbestandteilkonzentration C3 fällt.
  • Wenn die zulässige Temperaturdifferenz ΔT dieselbe ist, wird gemäß der dritten Erfindung der Durchmesser D des Impfkristalls 14 durch Erhöhen der Fremdbestandteilkonzentration C im Impfkristall 14 so erhöht, daß das Einbringen der Versetzungen verhindert werden kann und ein großer und schwerer Einkristallhalbleiter durch Einstellen der Fremdbestandteilkonzentration C ohne Steuerung der Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze, nämlich der Temperatur des Impfkristalls 14 hochgezogen werden kann.
  • Die vierte Erfindung stimmt mit der ersten Erfindung, der zweiten Erfindung oder der dritten Erfindung überein, wobei der Einkristallhalbleiter ohne Durchführung eines Einschnürprozesses zur fortschreitenden Reduzierung des Durchmessers des Einkristallhalbleiters gezogen wird, nachdem der Impfkristall in die Schmelze eingetaucht ist.
  • Gemäß der vierten Erfindung kann das Einbringen der Versetzungen beendet werden, ohne daß der Impfkristall 14 reduziert wird, um kleiner als der in 5 gezeigte Durchmesser D zu sein, so daß kein Einschnürprozeß notwendig ist. Somit wird die Herstellzeit für den Block 6 aus Einkristall-Silizium gesenkt und wird eine zum Halten des großen und schweren Silizium-Einkristalls fähige Stärke nur durch den Einschnürabschnitt erhalten.
  • Die fünfte Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel, Eintauchen eines Impfkristalls in die Schmelze und Ziehen des Impfkristalls dar, umfassend:
    eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um einzeln eine Menge von auf den Tiegel angewandter Wärme einzustellen, worin:
    eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls vorhergehend so bestimmt wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entsprechende zulässige Temperaturdifferenz gemäß der Beziehung bestimmt wird;
    jeweilige Mengen von Wärme, die von der Vielzahl von Heizeinheiten angewandt wird, zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze so gesteuert werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz fällt.
  • Eine sechste Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel, Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in die Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend:
    eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um eine auf den Tiegel angewandte Wärmemenge einzeln einzustellen, worin:
    eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall vorherig so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    die zulässige Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entspricht, gemäß der Beziehung bestimmt wird, und
    einzelne von der Vielzahl von Heizeinheiten angewendete Wärmemengen zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze so gesteuert werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die bestimmte zulässige Temperaturdifferenz fällt.
  • Eine siebte Erfindung entspricht der fünften Erfindung oder der sechsten Erfindung, wobei die Vielzahl von Heizeinheiten Heizeinheiten ist, die an jeweiligen Positionen außerhalb des Tiegels vertikal angeordnet sind, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze durch Vermindern oder Abschalten einer Leistung einer an einer unteren Seite angeordneten Heizeinheit auf die zulässige Temperaturdifferenz oder darunter eingestellt wird.
  • Gemäß der fünften Erfindung wird sie gemäß den in 5 gezeigten Beziehungen L1, L2, L3 in derselben Weise wie in der ersten Erfindung so gesteuert, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT fällt, so daß das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden kann, ohne daß die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als notwendig angehoben wird, und kann der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert werden, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird.
  • Gemäß der sechsten Erfindung wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 derart gesteuert, daß sie in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT gemäß den in 5 gezeigten Beziehungen L1, L2, L3 in derselben Weise wie in der zweiten Erfindung fällt, so daß das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden kann, ohne daß die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als notwendig angehoben wird, und wird der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Darüber hinaus kann die Wärmebelastung auf den Quarztiegel 3 auch vermindert werden. Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 derselbe ist, kann im übrigen die zulässige Temperaturdifferenz ΔT durch Erhöhen der Konzentration des Fremdbestandteils (z.B. Bor B) im Impfkristall 14 in derselben Weise wie in der zweiten Erfindung erhöht werden, so daß das Einbringen der Versetzungen verhindert werden kann, während der Anstieg der Temperatur des Impfkristalls 14 auf einen kleineren Wert abgebremst wird.
  • Außerdem wird das Hauptheizgerät 9 gemäß der fünften Erfindung, der sechsten Erfindung und der siebten Erfindung an der Seite des Quarztiegels 3 angeordnet und wird das Zusatzheizgerät (untere Heizgerät) 19 an der Unterseite des Quarztiegels 3, wie in 1 gezeigt, angeordnet, und werden die Leistungen der Heizgeräte 9, 19 separat gesteuert. Das Hauptheizgerät 9 und das Zusatzheizgerät 19 werden im allgemeinen für die Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls zur Herstellung des großen und schweren Einkristall-Siliziumblocks 6 angeordnet, um die Schmelze 5 am Erstarren auf dem Boden des Tiegels 3 zu hindern und die Verteilung der Sauerstoffkonzentration im Einkristall-Silizium 6 zu steuern. Die Leistungen des Hauptheizgerätes 9 und des Zusatzheizgerätes 19 werden so gesteuert, daß die Temperatur der Schmelze 5 eine Zieltemperatur wird.
  • Zu dem Zeitpunkt, wenn der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht wird, wird die Leistung des Zusatzheizgerätes 19, wie in 6 gezeigt, abgeschaltet (0 kW). So wird die Leistung des Hauptheizgerätes 9 angehoben, um die Temperatur der Schmelze 5 auf einer Zieltemperatur zu halten. Somit wird die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben und wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 eingestellt, damit sie in die anhand der in 5 gezeigten Beziehungen bestimmte Temperaturdifferenz ΔT fällt.
  • Gemäß der fünften Erfindung, der sechsten Erfindung und der siebten Erfindung können die für die vorhandene Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls allgemein vorgesehenen Heizgeräte 9, 19 so verwendet werden, wie sie sind, und ist es nicht notwendig, ein neues Heizgerät oder dergleichen zum alleinigen Erwärmen des Impfkristalls 14 zuzufügen, so daß verhindert werden kann, daß die Anzahl von Teilen zunimmt, und können die Vorrichtungskosten reduziert werden.
  • Zusätzlich wird auch nur die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben und wird die Temperatur der Schmelze 5 nicht beeinflußt.
  • Eine achte Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, worin:
    eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    die zulässige Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entspricht, gemäß der Beziehung bestimmt wird, und
    ein Wärmereflektor in der Nähe des Impfkristalls angeordnet ist, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die bestimmte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  • Eine neunte Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel; Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in die Schmelze, und Ziehen des Impfkristalls, umfassend:
    eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um eine auf den Tiegel angewandte Wärmemenge einzeln einzustellen, worin:
    eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden;
    die zulässige Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entspricht, gemäß der Beziehung bestimmt wird; und
    ein Wärmereflektor in der Nähe des Impfkristalls so angeordnet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die bestimmte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  • Gemäß der achten Erfindung wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 in derselben Weise wie in der ersten Erfindung gesteuert, damit sie in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT gemäß den in 5 gezeigten Beziehungen L1, L2, L3 fällt, so daß das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden kann, ohne die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als notwendig anzuheben, und wird der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Zusätzlich wird die Wärmebelastung auf den Quarztiegel 3 vermindert.
  • Gemäß der neunten Erfindung wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 in derselben Weise wie in der zweiten Erfindung gesteuert, damit sie in die zulässige Temperaturdifferenz ΔT gemäß den in 5 gezeigten Beziehungen L1, L2, L3 fällt, so daß das Einbringen der Versetzungen in den Impfkristall 14 verhindert werden kann, ohne die Temperatur des Impfkristalls 14 mehr als notwendig anzuheben, und wird der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Zusätzlich kann die Wärmebelastung auf den Quarztiegel 3 vermindert werden. Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 derselbe ist, kann außerdem die zulässige Temperaturdifferenz ΔT durch Erhöhung der Konzentration des Fremdbestandteils (z.B. Bor B) im Impfkristall 14 in derselben Weise wie in der zweiten Erfindung angehoben werden, so daß das Einbringen der Versetzungen verhindert kann, während der Anstieg der Temperatur des Impfkristalls 14 auf einen kleineren Wert abgebremst wird.
  • Gemäß der achten Erfindung und der neunten Erfindung ist ein Wärmereflektor 4d in der Nähe des Impfkristalls 14 montiert, wie dies in 3 gezeigt ist, und wird Strahlungswärme von der Schmelze 5 und dem Heizgerät 9 gemeinsam zu dem Impfkristall 14 vom Wärmereflektor 4d gegeben und wird Strahlung vom Impfkristall 14 unterdrückt, so daß die Temperatur des Impfkristalls 14 nur erhöht wird, und gibt es keine große Beeinflussung der Temperaturänderung der Schmelze 5.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zeigt, die sich von der in 1 gezeigten unterscheidet;
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Montieren eines Reflektors zeigt;
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, bevor ein Impfkristall in eine Schmelze eingetaucht wird;
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Durchmesser eines Impfkristalls und einer zulässigen Temperaturdifferenz zeigt;
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Abstand von einem vorderen Ende eines Impfkristalls und einer Temperatur auf der Mittelachse des Impfkristalls zeigt, und
  • 7 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Temperatur am vorderen Ende des Impfkristalls in Abhängigkeit von der Reflektorbreite ändert.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der Vorrichtung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Seite der Struktur einer Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls gemäß der Ausführungsform mit einem CZ-Ofen (Kammer) 2 als ein Einkristall-Ziehbehälter versehen. Die Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls von 1 ist eine Vorrichtung, die zur Herstellung eines großen und schweren Einkristall-Siliziumblocks 6 geeignet ist.
  • Ein Quarztiegel 3 zum Schmelzen eines Startmaterials aus polykristallinem Silizium und Aufbewahren als Schmelze 5 ist im CZ-Ofen 2 angeordnet. Der Quarztiegel 3 ist mit einem Graphittiegel 11 bedeckt. Ein Hauptheizgerät 9, das Wärme erzeugt, um das polykristalline Silizium-Material im Quarztiegel 3 zu schmelzen, ist außerhalb des und nahe des Quarztiegels 3 angeordnet. Ein Zusatzheizgerät (unteres Heizgerät) 19, das den Boden des Quarztiegels zusätzlich erwärmt, um zu verhindern, daß die Schmelze 5 auf dem Boden des Quarztiegels 3 erstarrt, ist unter dem Quarztiegel 3 angeordnet. Die Ausgangsleistungen (Leistung; kW) des Hauptheizgeräts 9 und des Zusatzheizgeräts 19 werden einzeln gesteuert, und die auf die Schmelze 5 angewandten Wärmemengen werden einzeln eingestellt. Nachdem zum Beispiel eine Temperatur der Schmelze 5 detektiert wird, wird die detektierte Temperatur als ein Rückkopplungswert verwendet, und werden die jeweiligen Leistungen des Hauptheizgeräts 9 und des Zusatzheizgeräts 10 so gesteuert, daß die Temperatur der Schmelze 5 als eine Zieltemperatur bestimmt wird.
  • In der Ausführungsform wird die Schmelze 5 von den Heizgeräten 9, 19 extern erwärmt, aber sind die Heizgeräte nicht auf die Heizgeräte beschränkt, sondern können irgendwelche Heizeinrichtungen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Induktionsheizverfahren oder Heizen durch Laserstrahlung verwendet werden.
  • Ein Wärmeisolator 13 ist zwischen dem Hauptheizgerät 9 und der Innenwand des CZ-Ofens 2 angeordnet.
  • Ein Ziehmechanismus 4 ist über dem Quarztiegel 3 angeordnet. Der Ziehmechanismus 4 enthält eine Ziehwelle 4a und eine Impfklemme 4c an einem vorderen Ende der Ziehwelle 4a. Der Impfkristall 14 wird von der Impfklemme 4c gehalten.
  • Polykristallines Silizium (Si) wird erwärmt, um im Quarztiegel 3 zu schmelzen. Wenn die Schmelze 5 eine stabile Temperatur aufweist, bewirkt der Ziehmechanismus 4 das Ziehen des Einkristall-Siliziums (Einkristall-Siliziumblock) 6 aus der Schmelze 5. Genauer gesagt, wird die Ziehwelle 4a abgesenkt und wird der von der Impfklemme 4c am vorderen Ende der Ziehwelle 4a gehaltene Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht. Nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingeführt ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Das Einkristall-Silizium 6 wächst, wenn der von der Impfklemme 4c gehaltene Impfkristall 14 angehoben wird. Beim Hochziehen wird der Quarztiegel 3 mit einer Anzahl von Umdrehungen ω1 von einer Drehwelle 10 gedreht. Die Ziehwelle 4a des Ziehmechanismus 4 dreht mit der Anzahl von Umdrehungen ω2 in einer entgegengesetzten Richtung oder derselben Richtung wie die Drehwelle 10.
  • Die Drehwelle 10 kann in einer vertikalen Richtung angetrieben werden und kann den Quarztiegel 3 zu einer gewünschten Position vertikal bewegen.
  • Das Innere des CZ-Ofens 2 wird durch Abschirmen des Inneren des Ofens 2 von der Außenluft auf Vakuum (z.B. ungefähr 20 Torr) gehalten. Genauer gesagt wird Argongas 7 als ein inertes Gas zum CZ-Ofen 2 zugeführt und durch eine Auslaßöffnung des CZ-Ofens 2 herausgepumpt. Somit wird das Innere des Ofens 2 auf einen vorgeschriebenen Druck dekomprimiert.
  • Während des Einkristall-Ziehprozesses (1 Charge) werden zahlreiche verdampfte Materialien im CZ-Ofen 2 erzeugt. Somit wird der CZ-Ofen 2 durch Zuführen des Argongases 7 zum CZ-Ofen 2 und Ablassen desselben gemeinsam mit den verdampften Materialien aus dem CZ-Ofen 2 zum Entfernen der verdampften Materialien aus dem Inneren des CZ-Ofens 2 abgelassen. Die Zuführdurchflußmenge des Argongases 7 wird für jeden Schritt in der Einzelcharge bestimmt.
  • Die Schmelze 5 nimmt ab, wenn das Einkristall-Silizium 6 hochgezogen wird. Eine Kontaktfläche zwischen der Schmelze 5 und dem Quarztiegel 3 ändert sich, wenn die Schmelze 5 abnimmt, und die Menge von gelöstem Sauerstoff aus dem Quarztiegel 3 ändert sich. Diese Änderung hat Auswirkungen auf die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall-Silizium 6, das gezogen wird. Zur Verhinderung kann das polykristalline Silizium-Material oder das Einkristall-Silizium-Material weiter in den Quarztiegel 3, in dem die Schmelze 5 abgenommen hat, nach oder während des Ziehens gegeben werden.
  • Eine nahezu umgekehrte kegelstumpfartige Wärmeabschirmplatte 8 (Gasrektifikationszylinder) ist über dem Quarztiegel 3 und um das Einkristall-Silizium 6 angeordnet. Die Wärmeabschirmplatte 8 wird vom Wärmeisolator 13 gehalten. Die Wärmeabschirmplatte 8 führt das Argongas 7, das als das Trägergas von oben in den CZ-Ofen 2 zugeführt wird, zur Mitte der Schmelzeoberfläche 5a, ermöglicht Passieren durch die Schmelzoberfläche 5a und führt zum Randabschnitt der Schmelzoberfläche 5a. Außerdem wird das Argongas 7 gemeinsam mit dem aus der Schmelze 5 verdampften Gas durch eine an einem unteren Teil des CZ-Ofens 2 ausgebildete Auslaßöffnung abgelassen. Somit kann die Gasdurchflußmenge an der Schmelzoberfläche stabilisiert werden und kann aus der Schmelze 5 verdampfter Sauerstoff in einem stabilen Zustand gehalten werden.
  • Die Wärmeabschirmplatte 8 isoliert den Impfkristall 14 und das Einkristall-Silizium 6, das von dem Impfkristall 14 gezogen wird, von Strahlungswärme und schirmt sie davon ab, die von den Hochtemperaturabschnitten, wie zum Beispiel dem Quarztiegel 3, der Schmelze 5 und dem Hauptheizgerät 9 erzeugt wird. Die Wärmabschirmplatte 8 verhindert, daß der Fremdbestandteil (z.B. Siliziumoxid) und dergleichen, der im Ofen erzeugt wird, am Einkristall-Silizium 6 anhaftet und das Wachstum des Einkristalls beeinträchtigt. Der Spalt G zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzoberfläche 5a kann durch vertikales Bewegen der Drehwelle 10 zur Änderung der vertikalen Position des Quarztiegels 3 eingestellt werden. Zusätzlich kann der Spalt G durch vertikales Bewegen der Wärmeabschirmplatte 8 durch ein Hebelwerk eingestellt werden.
  • Die in 2 gezeigte Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls kann anstelle der Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls von 1 verwendet werden.
  • In der in 2 gezeigten Vorrichtung ist das Zusatzheizgerät 19 weggelassen und ist das Hauptheizgerät 9 in zweistufige obere und untere Heizgeräte 9a, 9b entlang der vertikalen Richtung des Quarztiegels 3 unterteilt. Die Heizgeräte 9a, 9b können einzeln eine auf den Quarztiegel 3 angewandte Wärmemenge, genauer gesagt Leistung, einzeln einstellen. Durch Einstellung eines Leistungsverhältnisses des oberen Heizgerätes 9a und des unteren Heizgerätes 9b wird die Schmelze 5 am Erstarren auf dem Boden des Quarztiegels 3 gehindert und wird die Verteilung einer Sauerstoffkonzentration im gezogenen Einkristall-Silizium 6 gesteuert. Gemäß der Vorrichtung in der Ausführungsform ist das Heizgerät 9 in zwei Stufen unterteilt, kann es aber in drei oder mehr unterteilt sein.
  • Erstes Beispiel
  • 5 zeigt die Beziehungen zwischen einem Durchmesser D und einer zulässigen Temperaturdifferenz ΔT als Kennlinien L1, L2, L3, worin die horizontale Achse den Durchmesser D (mm) des Impfkristalls 14 repräsentiert und die vertikale Achse die zulässige Temperaturdifferenz ΔT (K) zwischen einer Temperatur am vorderen Ende des Impfkristalls 14 und einer Temperatur der Schmelze 5 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze repräsentiert. Die Kennlinien L1, L2, L3 zeigen, daß der Impfkristalldurchmesser D und die zulässige Temperaturdifferenz ΔT im wesentlichen umgekehrt proportional zueinander sind. Mit anderen Worten nimmt eine auf den Impfkristall 14 bei Eintauchen desselben in die Schmelze ausgeübte Temperaturschockbelastung zu, wenn der Impfkristalldurchmesser D groß wird, und ist es notwendig, die zulässige Temperaturdifferenz ΔT entsprechend zu verringern.
  • Die zulässige Temperaturdifferenz ΔT ist eine Temperaturdifferenzobergrenze, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall 14 eingebracht werden.
  • Die Kennlinien L1, L2, L3 repräsentieren einen Größenunterschied einer Critical Resolved Shear Stress (CRSS; MPa), die eine Kennzahl für eine mechanische Festigkeit des Impfkristalls 14 ist. Die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) ist eine kritische Beanspruchung, bei der Versetzungen in den Kristall 14 eingebracht werden, wenn diese Beanspruchung überschritten wird. In der Figur stellt die Kennlinie L1 dar, daß die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) minimal (5 MPa) ist, stellt die Kennlinie L2 dar, daß die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) größer (10 MPa) als die Kennlinie L1 ist, und stellt die Kennlinie L3 dar, daß die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) maximal (15 MPa) ist.
  • Die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) ist in Abhängigkeit vom Typ und von der Konzentration C des zum Impfkristall 14 hinzugegebenen Fremdbestandteils variabel. Es wird in diesem Beispiel angenommen, daß Bor B als eine Art von Fremdbestandteil verwendet wird.
  • Die Critical Resolved Shear Stress (CRSS) wird groß, wenn die Konzentration C des dem Impfkristall 14 hinzugegebenen Fremdbestandteils groß wird. Die Kennlinie ändert sich, wie dies durch L1, L2 und L3 gezeigt wird, wenn die Konzentration C des zum Impfkristall 14 hinzugegebenen Fremdbestandteils, wie durch C1, C2 und C3 angezeigt, hoch wird. In 5 sind drei typische Fälle der Konzentration C des Fremdbestandteils gezeigt, und wenn sich die Konzentration C des Fremdbestandteils allmählicher und kontinuierlicher ändert, werden die Kennlinien allmählich oder kontinuierlich in Übereinstimmung damit geändert.
  • Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 zum Beispiel denselben Wert D'3 aufweist, ändert sich somit die Kennlinie, wie durch L1, L2, L3 gezeigt, wenn die Konzentration C des Fremdbestandteils, wie durch C1, C2 und C3 gezeigt, hoch wird, so daß die zulässige Temperaturdifferenz ΔT groß wird. Wenn die zulässige Temperaturdifferenz ΔT denselben Wert ΔT0 aufweist, ändert sich die Kennlinie, wie durch L1, L2, L3 gezeigt, wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14, wie durch D1, D2, D3 gezeigt, groß wird. Somit wird die Konzentration C des Fremdbestandteils zweckmäßigerweise erhöht, wie dies durch C1, C2, C3 gezeigt ist.
  • Das Bor B wurde als eine Art des Fremdbestandteils in der obigen Beschreibung verwendet, aber dieselbe Beziehung wird auch hergestellt, wenn zahlreiche Arten von Fremdbestandteilen, wie zum Beispiel Germanium Ge und Indium In abweichend vom Bor B zum Impfkristall 14 hinzugegeben werden.
  • Eine Prozedur zur Steuerung der einzelnen Leistungen des Hauptheizgerätes 9 und des Zusatzheizgerätes 19, die in 1 gezeigt sind, wird unter Bezugnahme auf die in 5 gezeigte Beziehung beschrieben werden.
  • Als erstes wird die der Konzentration C des zum Impfkristall 5 hinzugegebenen Fremdbestandteils entsprechende Kennlinie aus den in 5 gezeigten Kennlinien L1, L2, L3 ausgewählt. Wenn zum Beispiel die Konzentration C des Fremdbestandteils C3 ist, wird die Kennlinie L3 ausgewählt. Dann wird die dem Durchmesser D des Impfkristalls 5 entsprechende zulässige Temperaturdifferenz ΔT anhand der ausgewählten Kennlinie L3 bestimmt. Wenn zum Beispiel der Durchmesser D des Impfkristalls 5 D'3 ist, wird die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 anhand eines entsprechenden Punktes auf der Kennlinie L3 bestimmt. Der Durchmesser D'3 des Impfkristalls 5 kann als eine Größe bestimmt werden, die nur von einem Einschnürabschnitt ohne einen Nachteil, wie zum Beispiel Fallen aufgrund von Zerbrechen oder ohne Verwendung einer Halteeinrichtung oder dergleichen, wenn ein großer und schwerer Einkristall-Silizium-Block 6 gezogen wird oder während er nach Hochziehen gekühlt und danach entfernt wird, gehalten werden kann.
  • 4 zeigt einen Zustand, bevor der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Genau vor dem Eintauchen des durch die Impfklemme 4c gehaltenen Impfkristalls 14 in die Schmelze 5 wird das Hinunterlassen der Ziehwelle 4a angehalten und wird ein Abstand zwischen dem vorderen Ende des Impfkristalls 14 und der Schmelzoberfläche 5a auf einen vorgeschriebenen Abstand, zum Beispiel 10 mm, gehalten.
  • Danach wird die Leistung des Zusatzheizgeräts 9 abgeschaltet (0 kW).
  • 6 vergleicht eine Temperaturverteilung L4 von einzelnen Abschnitten des Impfkristalls 14, wenn die Leistung des Zusatzheizgeräts 19 auf normale 40 kW gehalten wird, und eine Temperaturverteilung L5 von einzelnen Abschnitten des Impfkristalls 14, wenn die Leistung des Zusatzheizgerätes 19 abgeschaltet wird (0 kW), wobei die horizontale Achse einen Ab stand von einer Mittelachse c vom vorderen Ende des Impfkristalls 14 zu den einzelnen Abschnitten des Impfkristalls 14 repräsentiert und die vertikale Achse eine Temperatur auf einer Mittelachse 14c des Impfkristalls 14 repräsentiert. 6 zeigt die Temperaturverteilungen L4, L5, wenn der Abstand zwischen dem vorderen Ende des Impfkristalls 14 und der Schmelzeoberfläche 5a auf 10 mm gehalten wird.
  • Wenn die Leistung des Zusatzheizgerätes 19 von 40 kW auf aus (0 kW) umgeschaltet wird, nimmt, wie in 6 gezeigt ist, die Leistung des Hauptheizgerätes 9 zu, um die Temperatur der Schmelze 5 auf einer Zieltemperatur zu halten. Somit wird eine größere Menge von Strahlungswärme durch die erhöhte Leistung des Hauptheizgerätes 9 an den Impfkristall 14 gegeben und wird konsequenterweise die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben. Somit nehmen die Temperaturen der einzelnen Abschnitte entlang der Mittelachse 14c des Impfkristalls 14 zu und ändert sich die Temperaturdifferenz von L4 in L5. Danach wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur am vorderen Ende des Impfkristalls 14 und der Temperatur der Schmelze 5 auf die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 eingestellt. Zum Beispiel wird die Temperatur des Impfkristalls 14 von einem Thermoelement, das mit einem Schutzschlauch bedeckt ist, oder durch Anordnen eines wärmebeständigen Elements, wie zum Beispiel einer Kohlenstoffkugel an der Position des vorderen Endes des Impfkristalls über der Schmelze 5 und Messen von deren Temperatur durch ein Strahlungsthermometer, während die Temperatur der Schmelze 5 auch detektiert wird, detektiert. Als Temperatursensor für die Schmelze 5 kann ein herkömmlicher Sensor, der zur Steuerung der Leistungen der Heizgeräte 9, 19 verwendet wird, verwendet werden. Außerdem wird die Temperaturdifferenz zwischen der detektierten Temperatur des Impfkristalls 14 und der detektierten Temperatur der Schmelze 5 als eine Ist-Temperaturdifferenz ΔT bestimmt. Andernfalls können die Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 und die Temperatur der Schmelze 5 durch eine Computersimulation zur Bestimmung der Ist-Temperaturdifferenz ΔT berechnet werden. In diesem Fall ist es notwendig, im voraus zu überprüfen, daß der durch die Simulation bestimmte Wert und die Ist-Temperaturdifferenz ΔT in einem Bereich übereinstimmen, der in der Praxis kein Problem mit sich bringt. Somit wird beurteilt, ob die gemessene Ist-Temperaturdifferenz ΔT die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 erreicht hat.
  • Das Zusatzheizgerät 19 ist in 6 ausgeschaltet, kann aber auf einen niedrigeren Wert als die gewöhnliche Leistung (40 kW) gesenkt werden. In diesem Fall, in dem die Differenz zwischen der gemessenen Ist-Temperaturdifferenz ΔT und der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 als der Rückkopplungswert verwendet wird, wird ein reduzierter Leistungswert des Zusatzheizgerätes 19 so gesteuert, daß die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 als ein Zielwert erhalten werden kann.
  • Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur am vorderen Ende des Impfkristalls 14 vor Eintauchen desselben in die Schmelze und die Temperatur der Schmelze 5 mit der anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmten zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 übereinstimmt, wird die Ziehwelle 4a abgesenkt, um den Impfkristall 14 in die Schmelze 5 einzutauchen. Nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingeführt ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Das Einkristall-Silizium 6 wächst, wenn der von der Impfklemme 4c gehaltene Impfkristall 14 angehoben wird. In diesem Fall wird der Einkristall-Siliziumblock 6 durch einen Schulterformprozeß, einen Körperformprozeß und einen Endstückprozeß ohne Anwendung eines Einschnürprozesses, nämlich ohne Durchführung eines Prozesses zur Verkleinerung des Durchmessers des Impfkristalls 14 hergestellt.
  • Gemäß diesem oben beschriebenen Beispiel werden kritische numerische Werte der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT zum Nichteinbringen von Versetzungen in den Impfkristall 14 vorangehend bestimmt offensichtlich als die Kennlinien L1, L2, L3, wird die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 gemäß den Kennlinien L1, L2, L3 bestimmt und werden die jeweiligen Leistungen des Heizgerätes 9 und des Zusatzheizgerätes 19 so gesteuert, daß die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 erhalten werden kann. Somit kann das Einbringen von Versetzungen in den Impfkristall 14 geändert werden, ohne die Temperaturdifferenz ΔT auf einen Wert mehr als notwendig zu senken, nämlich ohne die Temperatur des Impfkristalls 14 auf einen überspezifizierten Wert anzuheben. Somit kann der Impfkristall 14 am Schmelzen gehindert werden, bevor er in die Schmelze 5 eingetaucht wird, und kann der Durchmesser des Impfkristalls 14, bevor er in die Schmelze eingetaucht wird, am Abnehmen gehindert werden. Außerdem kann die Wärmebelastung auf den Quarzkristall 3 vermindert werden.
  • Wenn der Durchmesser D des Impfkristalls 14 einen Wert D'3 aufweist, wie dies in 5 gezeigt ist, kann die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 durch Erhöhen der Konzentration C des Fremdbestandteils (z.B. Bor B) im Impfkristall 14 erhöht werden. Somit kann das Einbringen von Versetzungen durch Erhöhen der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall 14 verhindert werden, um die Erhöhung der Temperatur des Impfkristalls 14 auf einen niedrigeren Wert abzubremsen.
  • In diesem Beispiel können die Heizgeräte 9, 19, die normalerweise für die herkömmliche Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls vorgesehen sind, so verwendet werden, wie sie sind, und ist es nicht notwendig, eine neue Heizeinrichtung oder dergleichen nur zum Erwärmen des Impfkristalls 14 hinzuzufügen, so daß die Anzahl von Teilen am Steigen gebremst werden kann und die Vorrichtungskosten reduziert werden können.
  • Zweites Beispiel
  • In dem oben beschriebenen ersten Beispiel wurde das Einbringen von Versetzungen durch Ansteuerung zum Ausschalten oder Senken der Leistung des Zusatzheizgerätes 19 verhindert. Statt obengenannter Steuerung kann das Einbringen von Versetzungen durch Einstellen der Konzentration C des Fremdbestandteils des Impfkristalls 14 verhindert werden.
  • Speziell wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 und der Temperatur der Schmelze 5, wie in 5 gezeigt ist, ΔT0 ist, kann der Durchmesser D des Impfkristalls 14, wie durch D1, D2, D3 gezeigt, durch Erhöhen der Konzentration C des Fremdbestandteils im Impfkristall 14, wie durch C1, C2, C3 gezeigt, erhöht werden.
  • Somit wird die der Temperaturdifferenz ΔT0 und dem Durchmesser D3 des Impfkristalls 5 entsprechende Kennlinie L3 aus den in 5 gezeigten Kennlinien L1, L2, L3 ausgewählt. Hier ist die Temperaturdifferenz ΔT0 eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 und der Temperatur der Schmelze 5, wenn die Leistung des Zusatzheizgerätes 19 auf zum Beispiel normale 40 kW, wie in 6 gezeigt, gehalten wird. Der Durchmesser D3 des Impfkristalls 14 wird als eine Größe bestimmt, die lediglich von einem Einschnürabschnitt ohne einen Nachteil, wie zum Beispiel Fallen aufgrund des Zerbrechens, oder ohne Verwendung einer Halteeinrichtung oder dergleichen, wenn ein großer und schwerer Einkristall-Silizium-Block 6 gezogen wird oder während er nach Hochziehen abgekühlt und aus dem Ofen herausgezogen wird, halten kann.
  • Dann wird der Fremdbestandteil zum Impfkristall 14 hinzugegeben, so daß die Konzentration C des Fremdbestandteils im Impfkristall 14 zur Konzentration C3 des Fremdbestandteils führt, die der ausgewählten Kennlinie L3 entspricht.
  • Der Impfkristall 14, dem der Fremdbestandteil mit der Konzentration C3 zugegeben wurde, wird zum Hochziehen des Einkristall-Siliziums 6 durch das gewöhnliche CZ-Verfahren verwendet.
  • Gemäß diesem Beispiel kann das Einbringen von Versetzungen in den Impfkristall 14 zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze verhindert werden und kann ein großer und schwerer Einkristall-Siliziumblock 6 durch Einstellen der Konzentration C des Fremdbestandteils des Impfkristalls 14 ohne Steuerung der Temperaturdifferenz ΔT hochgezogen werden.
  • Drittes Beispiel
  • Das erste Beispiel wurde an der Struktur der in 1 gezeigten Vorrichtung beschrieben, aber die Steuerinhalte des ersten Beispiels können auf die in 2 gezeigte Vorrichtungsstruktur angewandt werden.
  • In diesem Fall werden ein oberes Heizgerät 9a und ein unteres Heizgerät 9b, die in 2 gezeigt sind, anstelle des seitlichen Heizgerätes 9 und des unteren Heizgerätes 19, die in 1 gezeigt sind, verwendet, und wird dieselbe Steuerung wie im ersten Beispiel durchgeführt. Speziell wird die Leistung des oberen Heizgerätes 9a erhöht, um die Temperatur des Impfkristalls 14 durch Abschalten oder Senken der Leistung des unteren Heizgerätes 9b zu erhöhen und um die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 und der Schmelze 5 auf die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 einzustellen.
  • Viertes Beispiel
  • In dem ersten Beispiel und in dem dritten Beispiel werden die jeweiligen Leistungen der Mehrzahl von Heizgeräten gesteuert, um die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 einzustellen. Wenn die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Ziehen eines Einkristalls eine Vorrichtung zum Ziehen des Einkristall-Siliziums 6 durch Verwendung eines CZ-Verfahrens mit angelegtem Magnetfeld ist, kann ein an die Schmelze 5 angelegtes Magnetfeld gesteuert werden, um die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 einzustellen.
  • Speziell ist es für Fachleute auf dem Gebiet bekannt, daß in das Einkristall-Silizium 6 aufgenommene Sauerstoffkonzentration durch die in der Schmelze 5 verursachte Konvektion beeinflußt wird. Als eine Technik zur Unterdrückung der Konvektion im Quarztiegel 3 gibt es eine als CZ-Verfahren mit angelegtem Magnetfeld bezeichnete Technik. Dies ist ein Verfahren zum stabilen Züchten eines Kristalls durch Anlegen eines Magnetfeldes an die Schmelze 5 zur Unterdrückung der Konvektion in der Schmelze 5.
  • Wie in 4 gezeigt ist, wird die Konvektion in der Schmelze 5 durch Anlegen des Magnetfeldes an die Schmelze 5 in einem Zustand vor dem Eintauchen des Impfkristalls 14 in die Schmelze 5 unterdrückt. Somit wird ein Wärmeübergang in der Schmelze 5 unterdrückt und nimmt die Temperatur der Schmelze 5 ab, so daß die Leistung des Hauptheizgerätes 9 zunimmt, um die Temperatur der Schmelze 5 auf einer Zieltemperatur zu halten. Als ein Ergebnis steigt die Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 in derselben Weise wie im ersten Beispiel an und wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls und der Temperatur der Schmelze auf die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 eingestellt.
  • Fünftes Beispiel
  • Im ersten Beispiel und dem dritten Beispiel werden die Leistungen der Heizgeräte gesteuert, um die Temperaturdifferenz so einzustellen, daß sie mit der anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmten zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 übereinstimmt, aber kann sie so eingestellt werden, daß sie geringer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist.
  • Wenn eine Steuerung der Leistungen der Heizgeräte die Temperaturdifferenz keine Temperaturdifferenz werden läßt, die nicht größer als die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist, können andere zahlreiche Bedingungen geändert werden, um die Temperaturdifferenz so einzustellen, daß sie nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist. Wenn zum Beispiel einfaches Abschalten des Zusatzheizgerätes 19 nicht ergibt, daß die Temperaturdifferenz nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist, kann ein Magnetfeld, wie oben beschrieben, an die Schmelze 5 ange legt werden, um die Temperaturdifferenz so einzustellen, daß sie nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist. Außerdem wird der Quarztiegel 3 abgesenkt, um den Spalt G so zu vergrößern, daß Strahlungshitze vom Hauptheizgerät 9 effektiv zum Impfkristall 14 geleitet wird, wodurch ermöglicht wird, die Temperaturdifferenz so einzustellen, daß sie nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist. Ferner können die Anzahl von Umdrehungen ω1 der Drehwelle 10 und die Anzahl von Umdrehungen ω2 der Ziehwelle 4a (durch Anhalten des Drehens der Drehwelle 10 und der Ziehwelle 4a) geändert werden, um die Temperaturdifferenz so einzustellen, daß sie nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist.
  • Wenn der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht und als das Einkristall-Silizium 6 hochgezogen wird, ist es aber erwünscht, daß die geänderten zahlreichen Bedingungen auf zum Ziehen geeignete Werte neu eingestellt werden.
  • Sechstes Beispiel
  • In den ersten und zweiten Beispielen werden die Leistungen der Heizgeräte gesteuert, um die Temperaturdifferenz auf die zulässige Temperaturdifferenz ΔT einzustellen, aber kann der Reflektor 4d zum Reflektieren von Wärme in der Nähe des Impfkristalls 14, wie in 3 gezeigt, angeordnet werden, um die Temperaturdifferenz auf die zulässige Temperaturdifferenz ΔT durch den Reflektor 4d einzustellen.
  • 3 zeigt einen Zustand, bevor der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Die Impfklemme 4c ist mit dem Reflektor 4d versehen, der die von den Hochtemperaturabschnitten, wie zum Beispiel dem Quarztiegel 3, der Schmelze 5 und dem Hauptheizgerät 9, erzeugte Strahlungswärme reflektiert, um sie auf den Impfkristall 14 gemeinsam anzuwenden und die Strahlung vom Impfkristall 14 zu unterdrücken. Als ein Material für den Reflektor 4d wird ein Material mit hoher Festigkeit und hoher Isoliereffizienz, wie zum Beispiel ein Kohlen stoffverbundmaterial, verwendet. Es ist auch wünschenswert, ein Material mit hoher Festigkeit und hoher Isoliereffizienz, wie zum Beispiel ein Kohlenstoffverbundmaterial, als ein Material für die Impfklemme 4c zu verwenden.
  • Es wird davon ausgegangen, daß die auf den Impfkristall 14 angewandte Wärmemenge, nämlich die Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 gemäß der Breite 2W des Reflektors 4d zunimmt.
  • 7 zeigt ein Simulationsergebnis, das zeigt, daß sich die Temperatur eines vorderen Endes 14a des Impfkristalls 14 gemäß einer Größe der Breite 2W des Reflektors 4d ändert. 7 zeigt einen Fall, daß der Abstand zwischen dem vorderen Ende des Impfkristalls 14 und der Schmelzeoberfläche 5a auf einen vorgeschriebenen Abstand, z.B. 10 mm, gehalten wird.
  • In 7 repräsentiert A1, daß der Reflektor 4d nicht an der Impfklemme 4c angebracht ist, und es ist ersichtlich, daß die Temperatur des vorderen Endes 14a des Impfkristalls 14 am niedrigsten ist. A2 stellt dar, daß ein kleiner Reflektor 4'd mit einer Breite 2W an der Impfklemme 4c angebracht ist, und es ist ersichtlich, daß die Temperatur des vorderen Endes 14a des Impfkristalls 14 höher als A1 ist. Ferner stellt A3 dar, daß ein Reflektor 4d mit einer Breite 2W, die größer als A2 ist, an der Impfklemme 4c ist, und es ist ersichtlich, daß die Temperatur des vorderen Endes 14a des Impfkristalls 14 die höchste ist.
  • Anhand der Simulationsergebnisse wird der Reflektor 4d mit der Breite 2W hergestellt, der die Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 anhebt, um zu ergeben, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls und der Temperatur der Schmelze die anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmte zulässige Temperaturdifferenz ΔT1 ist, und an der Impfklemme 4c angebracht.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird danach das Absenken der Ziehwelle 4a angehalten, genau bevor der von der Impfklemme 4c gehaltene Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht wird, um den Abstand zwischen dem vorderen Ende des Impfkristalls 14 und der Schmelzeoberfläche 5a auf einem vorgeschriebenen Abstand, z.B. 10 mm, zu halten.
  • Somit wird die Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 durch den Reflektor 4d angehoben und stimmt die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 und der Temperatur der Schmelze 5 mit der anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmten zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 überein. Die Übereinstimmung mit der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 kann durch einen Temperatursensor, wie zum Beispiel ein Thermoelement, detektiert werden, und man kann annehmen, daß die Übereinstimmung mit der zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 nach Verstreichen einer vorgeschriebenen Zeit ohne Detektion durch den Temperatursensor erzielt worden ist.
  • Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorderen Endes des Impfkristalls 14 vor dem Eintauchen desselben in die Schmelze und der Temperatur der Schmelze 5 mit der anhand der in 5 gezeigten Beziehung bestimmten zulässigen Temperaturdifferenz ΔT1 übereinstimmt, wird die Ziehwelle 4a abgesenkt, um den Impfkristall 14 in die Schmelze 5 einzutauchen. Nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingeführt ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Das Einkristall-Silizium 6 wächst, wenn der von der Impfklemme 4c gehaltene Impfkristall 14 angehoben wird. In diesem Fall wird der Einkristall-Siliziumblock 6 durch einen Schulterausbildeprozeß, Körperausbildeprozeß und einen Endstückbildeprozeß ohne Durchführung des Einschnürprozesses, nämlich ohne Durchführung eines Prozesses zur Verkleinerung des Durchmessers des Impfkristalls 14 hergestellt.
  • Der Reflektor 4d ist an der Impfklemme 4c angebracht, aber seine Befestigungsposition ist beliebig. Außerdem ist es geeignet, wenn er in der Nähe des Impfkristalls 14 angebracht ist, so daß Strahlungswärme vom Heizgerät 9 und dergleichen gemeinsam an den Impfkristall 14 gegeben wird, und kann Wärmestrahlung vom Impfkristall 14 unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus kann eine Kerbe 4e in einem Teil des Reflektors 4d ausgebildet sein, um das vordere Ende des Impfkristalls 14, wie in 8 gezeigt, optisch zu überprüfen. Ein Zustand des Impfkristalls 14 vor Eintauchen desselben in die Schmelze und ein eingetauchter Zustand können durch eine in dem CZ-Ofen 2 ausgebildete Sichtluke und die Kerbe 4e des Reflektors 4d optisch beobachtet werden.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß diesem Beispiel die Strahlungswärme vom Heizgerät 9 und dergleichen gemeinsam an den Impfkristall 14 gegeben und wird die Wärmestrahlung vom Impfkristall 14 durch den in der Nähe des Impfkristalls 14 angebrachten Reflektor 4d unterdrückt, so daß nur die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben wird und keine große Beeinflussung der Temperaturänderung der Schmelze 5 vorliegt.
  • Entsprechend der Herstellung eines Silizium-Wafers (<100>-Achsen-Kristall) mit einer {100}-Kristallebene ist eine Technik zum Entfernen einer Gleitversetzung eingeführt worden. Wenn nämlich der Impfkristall so hochgezogen wird, daß er mit einer <100>-Kristallorientierung zur Axialrichtung des Impfkristalls übereinstimmt, können die Gleitversetzungen aus dem Einkristall-Silizium durch Durchführen des Einschnürprozesses mit allmählicher Reduzierung des Durchmessers des Einkristall-Siliziums nach Eintauchen des Impfkristalls in die Schmelze leicht entfernt werden.
  • Aber wenn der Silizium-Wafer (<110>-Achsen-Kristall) mit {110}-Kristallebene hergestellt werden soll oder wenn das Ziehen so durchgeführt wird, daß die <110>-Kristallorientierung mit der Axialrichtung des Impfkristalls übereinstimmt, hat sich herausgestellt, daß die Beseitigung der Gleitversetzungen schwierig ist, und ist keine Technik zum Entfernen der Gleitversetzungen eingeführt worden.
  • Wenn das Ziehen so durchgeführt wird, daß die <110>-Kristallorientierung mit der Axialrichtung des Impfkristalls übereinstimmt, neigen die Versetzungen dazu, im Kristallzentralabschnitt zu bleiben, was einen fehlerhaften Halbleiterbaustein verursacht, selbst wenn der Durchmesser des Einkristall-Siliziums im Einschnürprozeß beträchtlich reduziert wird. Die Gleitversetzungen können nicht beseitigt werden, wenn nicht der Durchmesser des Einkristall-Siliziums im Vergleich mit dem Fall des Ziehens des <100>-Achsen-Kristalls erheblich reduziert wird.
  • Wenn das Einkristall-Silizium 6 des <110>-Achsen-Kristalls gezogen werden soll, können somit die oben beschriebenen ersten bis sechsten Beispiele eingesetzt werden, um es mit vergrößertem Durchmesser zu ziehen.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • In den oben beschriebenen Beispielen wird angenommen, daß das Einkristall-Silizium hochgezogen wird, aber kann der zu ziehende Einkristall ein vom Silizium abweichender Halbleiter sein.
  • Zusammenfassung
  • Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters und eine Vorrichtung dafür. Ein Einkristallhalbleiter mit großem Durchmesser und großem Gewicht kann durch Verwendung einer vorhandenen Anlage ohne irgendwelche wesentlichen Änderungen daran angehoben werden, während die Sauerstoffkonzentration des Einkristallhalbleiters und die Temperatur der Schmelze nicht beeinflußt werden und während die Temperatur des Impfkristalls nicht unnötig angehoben wird. Insbesondere wird die Beziehung (L1, L2, L3) zwischen der zulässigen Temperaturdifferenz (ΔT) und dem Durchmesser (D) des Impfkristalls (14) vorab so eingestellt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall (14) zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls (14) in die Schmelze und der Schmelze (5) in die zulässige Temperaturdifferenz (ΔT) fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall (14) eingebracht werden. Gemäß der Beziehung (L1, L2, L3) wird die dem Durchmesser (D) des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls (14) entsprechende zulässige Temperaturdifferenz (ΔT) bestimmt. Die Temperatursteuerung wird so durchgeführt, daß zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls (14) in die Schmelze (5) die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall (14) und der Schmelze (5) in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz (ΔT) fällt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend: vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entspricht, gemäß der Beziehung, und Einstellung einer Temperatur, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend: vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall, so daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entspricht, gemäß der Beziehung, und Einstellung einer Temperatur, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls,umfassend: vorherige Festlegung einer Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall, so daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in eine zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; Bestimmung einer Konzentration des Fremdbestandteils, die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze entspricht, gemäß der Beziehung, und Einstellung der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall, so daß die Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall nicht unter die vorab festgelegte Konzentration des Fremdbestandteils fällt.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallhalbleiter ohne Durchführung eines Einschnürprozesses zur allmählichen Reduzierung des Durchmessers des Einkristallhalbleiters gezüchtet wird, nachdem der Impfkristall in die Schmelze eingetaucht ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallhalbleiter ohne Durchführung eines Einschnürprozesses zur allmählichen Reduzierung des Durchmessers des Einkristallhalbleiters gezüchtet wird, nachdem der Impfkristall in die Schmelze eingetaucht ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallhalbleiter ohne Durchführung eines Einschnürprozesses allmählichen Reduzierung des Durchmessers des Einkristallhalbleiters gezüchtet wird, nachdem der Impfkristall in die Schmelze eingetaucht ist.
  7. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel, Eintauchen eines Impfkristalls in die Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend: eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um eine auf den Tiegel angewandte Wärmemenge einzeln einzustellen, worin: eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entsprechende zulässige Temperaturdifferenz gemäß der Beziehung bestimmt wird; und jeweilige Wärmemengen, die von der Vielzahl von Heizeinheiten angewendet werden, zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze so gesteuert werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz fällt.
  8. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel, Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in die Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend: eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um eine auf den Tiegel angewandte Wärmemenge einzeln einzustellen, worin: eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entsprechende zulässige Temperaturdifferenz gemäß der Beziehung bestimmt ist, und jeweilige Wärmemengen, die von der Vielzahl von Heizeinheiten angewandt werden, zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze so gesteuert werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz fällt.
  9. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Heizeinheiten Heizeinheiten ist, die an jeweiligen Positionen außerhalb des Tiegels vertikal angeordnet sind, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze auf die zulässige Temperaturdifferenz oder darunter durch Verringerung oder Abschaltung einer Leistung einer an einer unteren Seite angeordneten Heizeinheit eingestellt wird.
  10. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Heizeinheiten Heizeinheiten ist, die an jeweiligen Positionen außerhalb des Tiegels vertikal angeordnet sind, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze auf die zulässige Temperaturdifferenz oder darunter durch Verringerung oder Abschalten einer Leistung einer an einer unteren Seite angeordneten Heizeinheit eingestellt wird.
  11. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Eintauchens eines Impfkristalls in eine Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, worin: eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz und einem Durchmesser des Impfkristalls vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls entsprechende zulässige Temperaturdifferenz gemäß der Beziehung bestimmt ist, und ein Wärmereflektor in der Nähe des Impfkristalls so angeordnet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
  12. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallhalbleiters durch Erwärmen einer Schmelze in einem Tiegel, Eintauchen eines Impfkristalls mit einem dazugegebenen Fremdbestandteil in die Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, umfassend: eine Vielzahl von Heizeinheiten, die außerhalb des Tiegels angeordnet sind, um eine auf den Tiegel angewandte Wärmemenge einzeln einzustellen, worin: eine Beziehung zwischen einer zulässigen Temperaturdifferenz, einem Durchmesser des Impfkristalls und einer Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall vorangehend so bestimmt wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze in die zulässige Temperaturdifferenz fällt, bei der keine Versetzungen in den Impfkristall eingebracht werden; die dem Durchmesser des in die Schmelze einzutauchenden Impfkristalls und der Konzentration des Fremdbestandteils im Impfkristall entsprechende zulässige Temperaturdifferenz gemäß der Beziehung bestimmt wird; und ein Wärmereflektor in der Nähe des Impfkristalls so angeordnet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze in die vorab festgelegte zulässige Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt des Eintauchens des Impfkristalls in die Schmelze fällt.
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