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TECHNISCHES
GEBIET
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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.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Verfahren
zur Herstellung von Einkristall-Silizium schließen das CZ-Verfahren ein.
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1 zeigt
eine Beispielstruktur einer das CZ-Verfahren verwendenden Vorrichtung 1 zur
Einkristallzüchtung
zeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Somit
ist es nicht erstrebenswert, eine zusätzliche Halteeinrichtung zum
Hochziehen des großen
und schweren Blocks aus Einkristall-Silizium vorzusehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusätzlich wird
auch nur die Temperatur des Impfkristalls 14 angehoben
und wird die Temperatur der Schmelze 5 nicht beeinflußt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls
gemäß einer
Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls
zeigt, die sich von der in 1 gezeigten
unterscheidet;
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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;
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5 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Durchmesser eines
Impfkristalls und einer zulässigen
Temperaturdifferenz zeigt;
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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
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7 ist
ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Temperatur
am vorderen Ende des Impfkristalls in Abhängigkeit von der Reflektorbreite ändert.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
ZUR DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Vorrichtung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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1 ist
ein Diagramm, das eine Seite der Struktur einer Ausführungsform
zeigt.
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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.
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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.
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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.
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Ein
Wärmeisolator 13 ist
zwischen dem Hauptheizgerät 9 und
der Innenwand des CZ-Ofens 2 angeordnet.
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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.
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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.
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Die
Drehwelle 10 kann in einer vertikalen Richtung angetrieben
werden und kann den Quarztiegel 3 zu einer gewünschten
Position vertikal bewegen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
in 2 gezeigte Vorrichtung 1 zum Ziehen eines
Einkristalls kann anstelle der Vorrichtung 1 zum Ziehen
eines Einkristalls von 1 verwendet werden.
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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.
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Erstes Beispiel
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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.
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Die
zulässige
Temperaturdifferenz ΔT
ist eine Temperaturdifferenzobergrenze, bei der keine Versetzungen
in den Impfkristall 14 eingebracht werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Danach
wird die Leistung des Zusatzheizgeräts 9 abgeschaltet
(0 kW).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Drittes Beispiel
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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.
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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.
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Viertes Beispiel
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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.
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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.
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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.
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Fünftes Beispiel
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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.
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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.
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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.
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Sechstes Beispiel
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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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.
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Zusammenfassung
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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.