DE112005000715B4

DE112005000715B4 - Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112005000715B4
Application number: DE112005000715.4T
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiro Iida; Akiko Noda; Junsuke Tomioka
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: US7390361B2; KR20070001203A; DE112005000715T5; US20070215038A1; JPWO2005095680A1; JP4773340B2; KR101072664B1; TW200535981A; TWI281695B; WO2005095680A1

Abstract

Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung, welche das Czochralski-Verfahren benutzt und eine Kammer (2) aufweist und einen Tiegel (3) zum Sammeln von Schmelze des Rohstoffs eines Halbleitereinkristalls sowie mehrere Heizelemente (4), die zum Heizen und Schmelzen des Rohstoffs außerhalb des Tiegels vertikal angeordnet sind, umfasst, wobei um den Außenumfang der Heizelemente (4) ein wärmeisolierender Werkstoff (5) bereitgestellt ist, der eine Struktur mit einer vorgeschriebenen Dicke aufweist, um die Innenseitenflächen der Kammer (2) sowie deren Boden zu bedecken, wobei in einem Raum zwischen dem Tiegel und dem wärmeisolierenden Werkstoff (5) eine Wärmeabschirmung (20, 21; 24, 25; 80) bereitgestellt ist, welche die gegenseitige Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen (4) unterdrückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung für einen Siliziumeinkristall oder dergleichen, der einen Werkstoff für einen Halbleiterwafer bereitstellt; insbesondere betrifft sie eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung, die ein Czochralski-Verfahren benutzt.
STAND DER TECHNIK
Für integrierte Halbleiterschaltungen wird ein Siliziumwafer mit einer vorgeschriebenen Sauerstoffkonzentration benötigt, um Schutz gegen Schwermetallkontaminationen zu bieten oder die verschiedenen Qualitätsarten und die Ausbeute zu verbessern, und der Siliziumeinkristall, bei welchem es sich um einen Werkstoff für einen solchen Siliziumwafer handelt, kann mit einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung hergestellt werden, welche das Czochralski-Verfahren benutzt (nachstehend als „CZ-Vorrichtung” bezeichnet).
Bei dieser CZ-Vorrichtung wird ein Rohstoff für den Einkristall in einen Tiegel eingefüllt, der im Innern einer Kammer angeordnet ist, und in die Kammer wird reaktionsträges (inertes) Spülgas eingeleitet, während der Rohstoff mit einem außerhalb des Tiegels bereitgestellten Heizelement erhitzt und geschmolzen wird. Ein Keimkristall wird ganz in diese geschmolzene Schmelze eingetaucht und hernach nach oben gezogen und gleichzeitig gedreht, um an seinem unteren Ende einen Einkristall zu züchten.
Der größte Teil der Sauerstoffmenge in dem unter Verwendung der obenerwähnten CZ-Vorrichtung hergestellten Siliziumeinkristall stammt aus dem als Werkstoff für den Tiegel benutzten Quarz.
Anders gesagt: An einer Kontaktfläche, an welcher die Siliziumschmelze und die Innenoberfläche des Tiegels bei hoher Temperatur miteinander in Kontakt stehen, reagiert der Quarz (SiO₂) in dem Tiegelwerkstoff stets mit dem Silizium (Si) in der Schmelze, und flüchtiges Siliziumoxid (SiO) wird als eluierter Sauerstoff von der Tiegeloberfläche in die Schmelze eluiert. Dieser eluierte Sauerstoff wird von der Oberfläche der Schmelze als flüchtiges SiO verdampft, während er durch die erzwungene Konvektion der Schmelze aufgrund der Drehung des Tiegels, die thermische Konvektion aufgrund der Temperaturverteilung in dem Tiegel und der Schmelze in dem Tiegel (nachfolgend als „Temperaturverteilung im Tiegel” bezeichnet) und dergleichen gerührt wird, und ein Teil des eluierten Sauerstoffs wird an die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls, der nach oben gezogen wird, transportiert und in den Einkristall aufgenommen.
Es sei angemerkt, daß während der tatsächlichen Herstellung des Siliziumeinkristalls die in den Einkristall aufgenommene Sauerstoffmenge auf komplizierte Weise von diversen Herstellungsbedingungen abhängt, wie etwa von der SiO-Reaktionsgeschwindigkeit, den Spülgasbedingungen, der Restmenge der Schmelze, den Heizbedingungen des Heizelements und dergleichen, so daß es äußerst schwierig ist, den Einkristall mit hoher Ausbeute innerhalb einer vorgeschriebenen Sauerstoffkonzentration herzustellen.
Als Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in einem Siliziumeinkristall sind herkömmlich bereits ein das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit des Tiegels und der Sauerstoffkonzentration in der Schmelze berücksichtigendes Verfahren, ein das Verhältnis zwischen Druck, Durchflußrate, Fließgeschwindigkeitsbedingungen des Spülgases und der verdampften SiO-Menge beachtendes Verfahren, ein dem angelegten Magnetfeld im Tiegel und der Sauerstoffkonzentration in der Schmelze Beachtung schenkendes Verfahren und dergleichen vorgeschlagen und implementiert worden.
In der Patentliteratur 1 bis 4 werden ferner als vielversprechendes Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentration, das die obenerwähnten Verfahren ersetzen kann, ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, die nachstehend umrissen werden und mehrere Heizelemente benutzen, um die obenerwähnte „Temperaturverteilung im Tiegel” und dadurch auch die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall, der nach oben gezogen wird, zu steuern.
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Vorrichtung, bei welcher mehrere Heizelemente vertikal in Stufen am seitlichen Umfang des Tiegels entlang bereitgestellt sind und jedes dieser Heizelemente gemäß dem Fortschritt beim Hochziehen des Einkristalls auf angemessene Weise mit elektrischem Strom versorgt wird, wodurch die eluierte Sauerstoffmenge und die Sauerstoffelutionsregion geeignet gesteuert werden, um die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs zu halten. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß während der ersten Hälfte des Einkristall-Herstellungsprozesses die Schmelze am Boden des Tiegels für eine Weile verfestigt wird, um die Menge des vom Boden des Tiegels eluierten Sauerstoffes zu steuern.
Die Patentliteratur 2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls mit der beabsichtigten Sauerstoffkonzentration mit hoher Ausbeute durch Unterdrücken der eluierten Sauerstoffmenge am Boden des Tiegels, indem mehrere Heizelemente vertikal in Stufen am seitlichen Umfang des Tiegels entlang bereitgestellt werden und der Oberflächenpegel der Schmelze innerhalb der Heizregion für das oberste Heizelement gehalten wird, während das Verhältnis zwischen der Leistung des obersten Heizelements und der Leistung aller anderen Heizelemente auf einen vorgeschriebenen Wert oder höher gesetzt und die Temperatur am Boden des Tiegels immer unter der Temperatur im oberen Abschnitt des Tiegels gehalten wird.
Die Patentliteratur 3 offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein Abschirmglied aufweist, das zur feinen Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium dient, indem die Leistungen mehrerer Heizelemente, die am seitlichen Umfang und am Boden des Tiegels entlang bereitgestellt sind, unabhängig voneinander gesteuert werden, wodurch von dem obenerwähnten Abschirmglied verhindert wird, daß die Hochtemperaturregion in der Schmelze auf die Hochtemperaturseite zu verschoben wird.
Die Patentliteratur 4 offenbart eine Erfindung zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall, indem vertikal an der Seite des Quarztiegels entlang in drei Stufen Heizelemente bereitgestellt werden, der elektrische Widerstand für die jeweiligen Heizelemente variiert wird und die jeweiligen Heizelemente von einer gemeinsamen Stromversorgung mit elektrischem Strom versorgt werden, wodurch die in den jeweiligen Heizelementen erzeugte Wärmemenge variiert wird.

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Auslegeschrift Nr. 62-153191
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 3000923
Patentliteratur 3: Japanisches Patent Nr. 2681115
Patentliteratur 4: Japanische Patentanmeldungs-Auslegeschrift Nr. 2001-39792
DE 42 04 777 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen mit einem Schmelztiegel, der von einem wärmeisolierenden Werkstoff umgeben ist, wobei Heizelemente außerhalb der Seitenwände des Schmelztiegels liegen. Der Schmelztiegel seinerseits ist in einer Kammer aufgenommen. Oberhalb des Schmelztiegels liegt eine Wärmeabschirmung aus Graphit.
Die DE 199 59 416 C1 beschreibt ein Heizelement zum Beheizen von Schmelztiegeln zur Züchtung von Halbleiter-Einkristallen. Der Schmelztiegel ist an seinen Seiten und an seinem Boden von einem wärmeisolierenden Werkstoff umgeben, wobei der isolierte Schmelztiegel in einem Isolationsrohr sitzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Aufgaben
Es sei angemerkt, daß sich in den letzten Jahren mit der zunehmenden Diversifizierung integrierter Halbleiterschaltungen die Nachfrage nach Siliziumwafern mit einem weit größeren Sauerstoffkonzentrationsbereich, als herkömmlich nachgefragt, verstärkt hat, so daß der Bedarf an einer CZ-Vorrichtung, die Siliziumeinkristalle erzeugen kann, die eine derartige Vorgabe bei niedrigen Kosten erfüllt, gestiegen ist.
Werden in dieser Situation ein Verfahren, das die Beziehung zwischen der obenerwähnten Drehgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in der Schmelze ausnutzt, und das Verfahren, das die Spülgasbedingungen ausnutzt, eingesetzt, entsteht das Problem, daß der Bereich zum Steuern der Sauerstoffkonzentration zu schmal ist, so daß Siliziumeinkristalle des obenerwähnten weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs nicht mit guter Ausbeute hergestellt werden können.
Wird ein Verfahren eingesetzt, das einen Magnetfeldgenerator nutzt, entsteht das Problem, daß die Vorrichtung teuer ist und beträchtlichen Platz für die Installation benötigt; weiterhin sind die Wartungskosten hoch, so daß sich die Siliziumeinkristalle nicht kostengünstig herstellen lassen.
Außerdem können die in den vier obenerwähnten Literaturverweisen angegebenen Erfindungen zwar die bei den obenerwähnten Verfahren auftretenden Probleme bis zu einem gewissen Grade lösen, jedoch haben sie sich für die Herstellung von Siliziumeinkristallen des weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs, wie sie derzeit nachgefragt werden, mit hoher Ausbeute als unzulänglich erwiesen.
Bei der Verwendung einer Vorrichtung, die mehrere Heizelemente benutzt, ist es für die Herstellung von Siliziumeinkristallen des obenerwähnten weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs mit hoher Ausbeute von essentieller Bedeutung, die „Temperaturverteilung im Tiegel” aktiv zu steuern, um in einer vorgeschriebenen Menge und an einem vorgeschriebenen Ort eluierten Sauerstoff zu erzeugen und diesen eluierten Sauerstoff mittels einer adäquat ausgebildeten thermischen Konvektion zu einer vorgeschriebenen Region zu transportieren.
Bei allen in den obenerwähnten Literaturverweisen angegebenen Erfindungen überlappen sich jedoch die einzelnen Heizregionen der einzelnen benachbarten Heizelemente, und auch wenn die Leistungen der jeweiligen Heizelemente unabhängig voneinander geändert werden, kann die „Temperaturverteilung im Tiegel” nicht aktiv eingestellt werden, so daß es schwierig ist, zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls mit hoher Ausbeute über einen weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich hinweg eine präzise Steuerung durchzuführen.
Zum Beispiel wird bei dem in der obenerwähnten Patentliteratur 4 angegebenen Verfahren der Widerstandswert für ein bestimmtes Heizelement variiert, um die in dem fraglichen Heizelement erzeugte Wärmemenge zu variieren, und der Änderungsbereich der Temperaturverteilung entlang der Wachstumsrichtung des Einkristallsiliziums wird durch die Höhe der einzelnen Heizelemente und deren Anzahl bestimmt, und die „Temperaturverteilung im Tiegel” kann nicht wesentlich verändert werden. Daher ist der Bereich zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium nicht hinreichend weit, und die Ausbeute eines Halbleitererzeugnisses ist nicht zufriedenstellend.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der obenerwähnten Probleme gemacht, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung zu schaffen, welche unter Verwendung mehrerer Heizelemente zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium die Heizregionen für die mehreren, vertikal benachbarten Heizelemente lokalisiert und die Temperaturverteilung in dem Tiegel und der Schmelze in dem Tiegel mit guter Steuerbarkeit herstellt, so daß innerhalb eines vorgeschriebenen Standardbereiches der Sauerstoffkonzentration Einkristalle mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit guter Ausbaute und dennoch kostengünstig hergestellt werden können.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Um die oben dargelegte Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung bereit mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist in dem Raum zwischen einer außerhalb der mehreren Heizelemente angeordneten und den Heizelementen zugewandten Substanz und dem Tiegel, oder in der Umgebung dieses Raums, eine Wärmeabschirmung bereitgestellt, so daß die Direktionalität (Richtwirkung) der von dem Heizelement abgestrahlten Wähne verbessert werden und die Heizregion des Heizelements lokalisiert werden kann. Dadurch kann die Temperaturverteilung im Tiegel und in der Schmelze im Tiegel (die „Temperaturverteilung im Tiegel”) aktiv betrieben werden.
In einer Ausgestaltung ist, wie in 1 gezeigt, eine Wärmeabschirmung 20 so angeordnet, daß die jeweiligen Heizbereiche für benachbarte Heizelemente 4a, 4b räumlich eingegrenzt werden können, und eine Wärmeabschirmung 21 ist so angeordnet, daß die jeweiligen Heizbereiche für benachbarte Heizelemente 4b, 4c räumlich eingegrenzt werden können, so daß die Temperaturverteilung in dem Tiegel aktiv betrieben werden kann.
In einer Ausgestaltung werden die jeweiligen Heizelemente unabhängig mit elektrischer Energie versorgt, und die Wärmeabschirmung ist an einer Position in der Nähe des Bereiches angeordnet, bei dem die Menge der erzeugten Wärme im Vergleich zu der verteilten Menge der von allen Heizelementen erzeugten Wärme relativ gering ist, wodurch die Richtwirkung der Wärmestrahlung in einem vorgegebenen Bereich für das Heizelement verbessert werden kann.
In einer Ausgestaltung ist, wie in 10 gezeigt, die Wärmeabschirmung im wesentlichen im mittleren Abschnitt in der Umgebung des Außenumfangs des Heizelements im mittleren Bereich bereitgestellt, wo die im Heizelement erzeugte Wärmemenge relativ gering ist, so daß der obere Bereich des Tiegels von dem Seiten-Heizelement der oberen Stufe auf eine hohe Temperatur erhitzt werden kann, während der untere Bereich des Tiegels von dem Seiten-Heizelement der unteren Stufe auf eine hohe Temperatur erhitzt werden kann, wodurch die Richtwirkung der Wärmestrahlung von den Seiten-Heizelementen der oberen und der unteren Stufe verbessert werden kann, so daß die Temperaturverteilung im Tiegel aktiv betrieben werden kann.
In einer Ausgestaltung sind, wie zum Beispiel in 1 gezeigt, Wärmeabschirmungen 20, 21 um den gesamten Umfang des Tiegels 3 herum bereitgestellt, so daß der Wärmeabschirmungseffekt ausreichend ausgeübt werden kann.
In einer Ausgestaltung verfügt der für die Wärmeabschirmung benutzte Werkstoff über hohe Wärmeisolationseigenschaften und ist thermisch stabil, so daß die gegenseitige thermische Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen wirksam unterdrückt und die Kontaminierung des Einkristalls vermieden werden kann.
Gemäß der Erfindung kann die Temperaturverteilung in dem Tiegel für den Graphittiegel wirksam gesteuert werden, da die Wärmeabschirmung außerhalb des Graphittiegels bereitgestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist ein Diagramm, das Ergebnisse für die Sauerstoffkonzentrationen auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration aus einem Vergleichsexperiment zwischen einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Vorrichtung darstellt,
3 ist ein Diagramm, das Ergebnisse für die Sauerstoffkonzentrationen auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration aus einem Vergleichsexperiment zwischen der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Vorrichtung darstellt, 4 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ist eine Querschnitts-Entwurfsansicht zur Veranschaulichung von Wärmeabschirmungen, die Wärmeabschirmungsblocks benutzen, gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Heizelementstruktur bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
11 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Heizelementstruktur bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

A bis C, H, J: Heizregion für ein Heizelement bei der herkömmlichen Vorrichtung
D bis F, G, I: Heizregion für ein Heizelement bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
G1 bis G4: Strömungsrichtung des Spülgases
1: CZ-Vorrichtung
2: Kammer
3: Tiegel
3a: Quarztiegel
3b: Graphittiegel
3c: Kontaktfläche
4: Seiten-Heizelement
5: Wärmeisolator
M6: Spülgasrektifizierglied
7: Hochziehmechanismus
8: Siliziumschmelze
9: Tragende Welle
10: Siliziumeinkristall
14: Boden-Heizelement
20 bis 25, 80, 100: Wärmeabschirmung
20a: Wärmeabschirmungsblock

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachstehend werden anhand der Zeichnungen eine erfindungsgemäße Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung und ein nicht zur Erfindung gehörender Graphittiegel beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung zur Veranschaulichung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die CZ-Vorrichtung 1 umfaßt im Wesentlichen einen in einer Kammer 2 angeordneten Tiegel 3, ein um den Außenumfang des Tiegels 3 herum bereitgestelltes Seiten-Heizelement 4, einen um den Außenumfang des Seiten-Heizelements 4 bereitgestellten Wärmeisolator 5, ein in der Umgebung des Tiegels 3 angeordnetes Spülgasrektifizierglied 6 und einen Einkristall-Hochziehmechanismus 7.
Der Tiegel 3 weist eine doppelte Struktur auf, die einen Tiegel 3a aus Quarz (SiO₂) zum Sammeln von Siliziumschmelze 8 in dessen Inneren sowie einen Tiegel 3b aus Graphit (Kohlenstoff), der von der Gestalt her analog zu dem Quarztiegel 3a ist, welcher in diesen eingepaßt ist, umfaßt. An einer Kontaktfläche 3c befindet sich die Schmelze 8 in Kontakt mit der Innenoberfläche des Quarztiegels 3a. Außerdem wird der Boden des Tiegels 3 von einer tragende Welle 9 getragen, die drehbar und anhebbar ist, wodurch der Tiegel 3 gedreht werden kann, um eine erzwungene Konvektion der Schmelze 8 zu verursachen und die Oberfläche 8a der Schmelze während der Herstellung eines Siliziumeinkristalls 10 auf einem im Wesentlichen gleichbleibenden Niveau zu halten.
Das Seiten-Heizelement 4 umfaßt drei Heizelemente: ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c. Bei den jeweiligen Heizelementen handelt es sich um zylinderförmige Graphitheizelemente, die alle denselben Innendurchmesser und Außendurchmesser sowie eine vorgeschriebene Wanddicke aufweisen, konzentrisch mit dem Tiegel 3 um die Seite des Tiegels 3 herum angeordnet sind und dabei in vertikaler Richtung einen vorgeschriebenen Abstand zueinander einhalten. Außerdem sind sie nahe an der Außenumfangs-Seitenfläche des Graphittiegels 3b angeordnet, so daß der Tiegel 3 effizient erhitzt werden kann.
Als Werkstoff für das Heizelement zur Verwendung in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiger, von Graphit verschiedener Werkstoff benutzt werden, sofern dieser elektrisch leitfähig ist, bei Stromdurchleistung eine Heizwirkung entfaltet und nicht als Quelle von Verschmutzungen in Erscheinung tritt. Zum Beispiel kann ein C/C-Verbundwerkstoff (Kohlenstoffaser/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff) benutzt werden.
Der Wärmeisolator 5 verhindert, daß die von dem Seiten-Heizelement 4 erzeugte Wärme entweicht und dient somit dazu, den Tiegel 3 effizient zu beheizen; er weist eine Struktur mit einer vorgeschriebenen Dicke auf, um die zylindrische Innenumfangs-Seitenfläche der Kammer 2 sowie deren ebenen Boden zu bedecken.
Um den Außenumfang des Seiten-Heizelements 4 herum kann außer dem Wärmeisolator 5 auch ein Glied wie etwa ein Abgasrohr zum Entlüften des eingeleiteten Spülgases angeordnet sein. Im Folgenden wird zunächst der Fall beschrieben, daß nur der Wärmeisolator 5 um den Außenumfang des Seiten-Heizelements 4 herum angeordnet ist, und anschließend wird der Fall beschrieben, daß ein Glied wie etwa ein Abgasrohr oder dergleichen vorhanden ist.
Das Spülgasrektifizierglied 6 rektifiziert das Spülgas, das aus einer Einlaßöffnung für reaktionsträges Spülgas (nicht gezeigt) eingeleitet wurde, welche im oberen Abschnitt der Kammer 2 über der Oberfläche 8a der Siliziumschmelze bereitgestellt ist.
Der Einkristall-Hochziehmechanismus 7 weist eine Hochziehwelle 7b auf, die drehbar und anhebbar ist, und am unteren Ende der Welle kann ein Keimkristall 7a befestigt werden.
Bis zu diesem Punkt ist die erste Ausführungsform identisch mit der herkömmlichen Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung, die mehrere Heizelemente benutzt, aber im Falle der ersten Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, ist an einer Stelle in dem Zwischenraum zwischen einem Heizelement 4a und einem Heizelement 4b, die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 20 bereitgestellt, welche die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten Heizelemente räumlich begrenzt. Ebenso ist an einer Stelle in dem Zwischenraum zwischen einem Heizelement 4b und einem Heizelement 4c, die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 21 bereitgestellt, welche die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten Heizelemente räumlich begrenzt (lokalisiert).
Anders ausgedrückt: Bei der ersten Ausführungsform ist in allen Zwischenräumen (hier zwei) zwischen vertikal benachbarten Heizelementen eine Wärmeabschirmung angeordnet.
Außerdem sind die Wärmeabschirmungen 20, 21 um den gesamten Außenumfang des Tiegels 3 herum bereitgestellt.
Die Wärmeabschirmung 20 ist in der Gestalt eines Rings (Zylinders) ausgebildet, ihr Innendurchmesser ist im Wesentlichen identisch mit dem des Seiten-Heizelements 4, und ihr Außendurchmesser ist im Wesentlichen identisch mit dem Innendurchmesser des Wärmeisolators 5. Außerdem ist die Dicke (die Wanddicke) der Wärmeabschirmung 20 dergestalt eingerichtet, daß die Wärmeabschirmung 20 dergestalt angeordnet werden kann, daß ein vorgeschriebener Abstand zwischen dem unteren Ende des Heizelements 4a und der Oberseite der Wärmeabschirmung 20 und zwischen dem oberen Ende des Heizelements 4b und der Unterseite der Wärmeabschirmung 20 eingehalten wird.
Ebenso ist auch die Wärmeabschirmung 21 in der Gestalt eines Rings ausgebildet, und ihr Innendurchmesser und Außendurchmesser sind im Wesentlichen identisch mit den Durchmessern der Wärmeabschirmung 20. Außerdem ist die Dicke der Wärmeabschirmung 21 dergestalt eingerichtet, daß die Wärmeabschirmung 21 dergestalt angeordnet werden kann, daß ein vorgeschriebener Abstand zwischen dem unteren Ende des Heizelements 4b und der Oberseite der Wärmeabschirmung 21 und zwischen dem oberen Ende des Heizelements 4c und der Unterseite der Wärmeabschirmung 21 eingehalten wird.
Als Werkstoff für die Wärmeabschirmungen 20, 21 wird ein Werkstoff bevorzugt, der in einer Hochtemperaturumgebung keine Quelle für Verschmutzungen darstellt, und je höher seine Wärmeisolierungseigenschaften sind, desto bevorzugter ist der Werkstoff. Als ein solcher Werkstoff stehen Graphit oder ein Graphitfaserwerkstoff zur Verfügung, besonders bevorzugt ist jedoch eine Wärmeabschirmung, die eine Struktur aufweist, in welcher der Graphitfaserwerkstoff mit Graphit überzogen ist.
Es ist erstrebenswert, die Wärmeabschirmungen 20, 21 über mehrere tragende Stangen oder dergleichen an einem internen Teil in der Kammer 2 dergestalt zu befestigen, daß der Wärmeabschirmungseffekt nicht vermindert wird. Dies betrifft ebenso die anderen Ausführungsformen, und im Folgenden wird die diesbezügliche Erläuterung ausgelassen.
Als nächstes werden die durch die Anordnung der Wärmeabschirmungen 20, 21 erzielten funktionalen Effekte beschrieben.
Wie unter „Stand der Technik” beschrieben, können die in die herkömmliche Vorrichtung aufgenommenen mehreren Heizelemente ihre Leistung jeweils unabhängig voneinander variieren, doch die Heizregionen benachbarter Heizelemente verursachten gegenseitige thermische Interferenzen, und die Heizregionen der jeweiligen Heizelemente konnten nicht zur Temperatursteuerung lokalisiert werden.
Im Gegensatz hierzu sind im Falle der ersten Ausführungsform zwischen den benachbarten Heizelementen die Wärmeabschirmungen 20, 21 vorgesehen, wodurch die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den Heizelementen wirksam unterdrückt wird und somit die Heizregion für die jeweiligen Heizelemente für die Temperatursteuerung hinreichend lokalisiert werden kann.
Um die Heizregionen der ersten Ausführungsform und der herkömmlichen Vorrichtung zu vergleichen, zeigen die Heizelemente auf der linken Seite in 1 schematisch die Heizregionen für die jeweiligen herkömmlichen Heizelemente (gestrichelte Linien A, B, C), und die Heizelemente auf der rechten Seite zeigen die Heizregionen für die jeweiligen Heizelemente der vorliegenden Erfindung (durchgezogene Linien D, E, F). Es wird hier davon ausgegangen, daß einander entsprechende Heizelemente auf der linken und der rechten Seite jeweils dieselbe Leistung aufweisen.
Im Falle der herkömmlichen Vorrichtung in der Querschnittsansicht in 1 ist in dem Zwischenraum zwischen den jeweiligen Heizelementen oder in der Umgebung dieses Zwischenraums keine Wärmeabschirmung bereitgestellt, so daß die von den jeweiligen Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung eine kreisförmige Gestalt annimmt und die überlappenden Abschnitte zwischen den Heizregionen benachbarter Heizelemente groß sind. Im Gegensatz hierzu sind im Falle der ersten Ausführungsform die Wärmeabschirmungen 20, 21 angeordnet, wodurch die von den jeweiligen Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung eine Direktionalität (Richtwirkung) erhält, was es ermöglicht, die Heizregion zu lokalisieren und den überlappenden Abschnitt zwischen den Heizregionen benachbarter Heizelemente zu minimieren. Anders ausgedrückt: Im Falle der ersten Ausführungsform können die Wärmeabschirmungen 20, 21 die gegenseitige thermische Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen unterdrücken.
Darüber hinaus weist bei identischer Leistung jeweils entsprechender Heizelemente in den beiden Vorrichtungen das Heizelement in der ersten Ausführungsform eine Richtwirkung der Wärmestrahlung auf und kann daher im Vergleich zu dem herkömmlichen Heizelement weiter entfernte Regionen lokal erhitzen. Daher kann gemäß der ersten Ausführungsform die „Temperaturverteilung im Tiegel” im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung über eine größere und weiter entfernte Region hinweg aktiv gesteuert werden.
Unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall wie folgt über einen weiteren Bereich aktiv gesteuert werden.
Wie obenstehend beschrieben wurde, ist die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall eng mit der Elutionsmenge des in die Schmelze eluierten SiO sowie mit der Art des Transports des eluierten Sauerstoffs an die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls verknüpft.
Um unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die größtmögliche Menge eluierten Sauerstoffs in die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls aufzunehmen, können die nachstehenden Schemata eingesetzt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Kontaktfläche am Boden des Tiegels groß ist und sich die Wachstumsgrenzfläche des hochzuziehenden und zu züchtenden Einkristalls 10 in der Mitte der Oberfläche 8a der Schmelze befindet.
In anderen Worten: Der Boden des Tiegels und die Schmelze in dessen Umgebung werden lokal erhitzt, um die Reaktion zwischen dem Quarz (SiO₂) des Tiegelwerkstoffs und der Schmelze aus Silizium (Si) an der Kontaktfläche in der Umgebung des Bodens des Tiegels zu fördern, um eine höhere Menge eluierten Sauerstoffs zu erhalten. Gleichzeitig wird die Leistung der jeweiligen Heizelemente derart eingestellt, dass eine vorgeschriebene Temperaturverteilung für den Tiegel und die Schmelze im Tiegel bereitgestellt wird, damit eine thermische Konvektion ausgebildet wird, welche den eluierten Sauerstoff schnell von der Kontaktfläche des Bodens des Tiegels an die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls 10 transportiert, anstatt zuzulassen, daß er als Verdampfungssubstanz dissipiert wird.
Um umgekehrt die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall zu minimieren, kann die Leistung der jeweiligen Heizelemente dergestalt eingestellt werden, daß die Elution von Sauerstoff aus dem Boden des Tiegels unterdrückt und eine thermische Konvektion ausgebildet wird, welche so viel aus der Kontaktfläche eluierten Sauerstoff wie möglich als Verdampfungssubstanz dissipiert, um die Sauerstoffkonzentration in der Schmelze zu minimieren und gleichzeitig zu verhindern, daß der eluierte Sauerstoff schnell an die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls transportiert wird.
2 zeigt die Ergebnisse des Experiments zum Vergleich zwischen den Sauerstoffkonzentrationen des Siliziumeinkristalls auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration gemäß der oben beschriebenen Vorrichtung der ersten Ausführungsform und der herkömmlichen Vorrichtung.
In 2 drückt die Abszisse die Kristalllänge (die Verfestigungsrate) des hochgezogenen Einkristalls vom anfänglichen Wachstumsstadium (0%) bis zum Ende des Wachstums (100%) aus, und die Ordinate drückt die Sauerstoffkonzentration (einen optionalen Wert) in dem Einkristall aus. Der schraffierte Bereich drückt den Standardbereich der Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall aus, der für Wafer mit niedriger Sauerstoffkonzentration benutzt wird, wobei der Anteil des Einkristalls, der innerhalb dieses Bereichs liegt, ein fehlerfreies Stück darstellt. Die durchgezogene Linie stellt die verbesserten Daten gemäß der ersten Ausführungsform dar und die gestrichelte Linie die herkömmlichen Daten gemäß der herkömmlichen Vorrichtung.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die herkömmliche Vorrichtung auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration einen hohen Grenzwertpunkt auf, so daß die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall während des anfänglichen Wachstumsstadiums nicht innerhalb des Standardbereichs gehalten kann und erst ab einer Kristallänge von ungefähr 20% knapp ein fehlerfreie Stücke ermöglichender Abschnitt erreicht wird. Außerdem steigt die Sauerstoffkonzentration wieder an, wenn die Kristallänge ungefähr 70% erreicht, und ein danach in diesem Abschnitt produziertes Stück wird fehlerhaft.
Mit der Vorrichtung der ersten Ausführungsform dagegen kann der Grenzwertpunkt auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration im Vergleich zu der oben beschriebenen, herkömmlichen Vorrichtung abgesenkt werden, so daß der Einkristall vom anfänglichen Wachstumsstadium an fehlerfreie Stücke gewährleistet, und die Sauerstoffkonzentration wird innerhalb des Standardbereichs gehalten, bis die Kristallänge ungefähr 85% erreicht. Folglich wird die Ausbeute um ungefähr 35% verbessert.
3 zeigt die Ergebnisse des Experiments zum Vergleich zwischen den Sauerstoffkonzentrationen des Siliziumeinkristalls auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration gemäß der Vorrichtung der ersten Ausführungsform und der herkömmlichen Vorrichtung.
Wie in 3 gezeigt ist, weist die herkömmliche Vorrichtung auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration einen niedrigen Grenzwertpunkt, so daß der hochgezogene Siliziumeinkristall im anfänglichen Wachstumsstadium fehlerfrei ist, jedoch wird, da die Sauerstoffkonzentration in der Schmelze im Tiegel dazu neigt, bei wachsendem Kristall abzufallen, der Standardbereich für die Sauerstoffkonzentration verlassen, wenn die Kristallänge ungefähr 55% beträgt, und ein danach in dem Abschnitt produziertes Stück wird fehlerhaft.
Mit der Vorrichtung der ersten Ausführungsform dagegen kann auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration der Grenzwertpunkt durch das oben beschriebene Verfahren im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung angehoben werden, so daß der Bereich von der anfänglichen Wachstumsphase bis zu einer Kristallänge von ungefähr 73% fehlerfreie Stücke liefert und die Ausbeute um ungefähr 18% verbessert wird.
Somit kann gemäß der Vorrichtung der ersten Ausführungsform der Siliziumeinkristall mit einer im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung wesentlich verbesserten Ausbeute hergestellt werden, egal ob es sich um einen Kristall mit hoher Sauerstoffkonzentration oder einen Kristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration handelt. Außerdem kann ein Siliziumeinkristall hergestellt werden, der eine hohe Sauerstoffkonzentration oder eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweist, die von der herkömmlichen Vorrichtung nicht hätte bereitgestellt werden können.
Ein Siliziumeinkristall mit einer gewünschten Sauerstoffkonzentration, die zwischen dem hohen Sauerstoffkonzentrationsbereich und dem niedrigen Sauerstoffkonzentrationsbereich liegt, läßt sich herstellen, indem die Temperaturverteilung für den Tiegel und die Schmelze in dem Tiegel unter Verwendung der jeweiligen Heizelemente, welche die obenerwähnte lokale Beheizung bereitstellen können, eingestellt wird.
Mit der Vorrichtung der ersten Ausführungsform kann die Heizregion für ein spezifisches Heizelement lokalisiert werden, so daß eine Heizsteuerung durchgeführt werden kann, die effizienter als bei der herkömmlichen Vorrichtung ist, was den weiteren Vorteil bietet, daß die für die Siliziumeinkristallherstellung erforderliche Leistungsaufnahme reduziert werden kann.
[Zweite Ausführungsform]
4 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 weist eine CZ-Vorrichtung 1 der zweiten Ausführung eine Struktur auf, die einen Tiegel 3, das Seiten-Heizelement 4 (ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c), einen Wärmeisolator 5 und dergleichen im Inneren einer Kammer 2 umfaßt, wie bei der CZ-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. Komponenten, die mit denen in 1 identisch sind, werden durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung wird nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher beschrieben.
Im Falle der zweiten Ausführungsform ist an einer Stelle in der Umgebung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement 4a und dem Heizelement 4b, die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 22 bereitgestellt, welche die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten Heizelemente lokalisiert. Ebenso ist an einer Stelle in der Umgebung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement 4b und dem Heizelement 4c, die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 23 bereitgestellt, welche die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten Heizelemente lokalisiert.
Die Wärmeabschirmungen 22, 23 sind in der Gestalt eines Rings (Zylinders) ausgebildet, ihre Innendurchmesser sind im Wesentlichen identisch mit dem Außendurchmesser des Seiten-Heizelements 4, und ihre Außendurchmesser sind im Wesentlichen identisch mit dem Innendurchmesser des Wärmeisolators 5. Außerdem ist die Dicke (Wanddicke) jeder der Wärmeabschirmungen 22, 23 auf dieselbe Dicke wie bei den jeweiligen Wärmeabschirmungen 20, 21 der ersten Ausführungsform eingestellt. Der Innendurchmesser der Wärmeabschirmungen 22, 23 kann größer als der Außendurchmesser des Seiten-Heizelements 4 ausgelegt sein, um die Möglichkeit auszuschließen, daß die Wärmeabschirmungen 22, 23 mit dem Seiten-Heizelement 4 in Kontakt kommen können, oder die Dicke der einzelnen Wärmeabschirmungen 22, 23 kann größer als die der Wärmeabschirmungen 20, 21 in der ersten Ausführungsform ausgelegt sein.
Durch Bereitstellen der obenerwähnten Struktur wird der Effekt des Unterdrückens der gegenseitigen thermischen Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen im Vergleich zu der ersten Ausführungsform ein wenig abgemindert, jedoch kann die Heizregion für die jeweiligen Heizelemente im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung noch hinreichend lokalisiert werden.
Außerdem können bei der zweiten Ausführungsform die Wärmeabschirmungen 22, 23 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform einfach im Innern der Kammer 2 montiert und aus diesem ausgebaut werden, und ferner kann vorteilhafterweise die Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß die Wärmeabschirmung in Kontakt mit dem unter hoher Spannung stehenden Heizelement kommt und von diesem unter Strom gesetzt wird oder eine anomale Entladung zwischen den beiden ausgelöst wird.
[Dritte Ausführungsform]
5 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine CZ-Vorrichtung 1 in der dritten Ausführungsform weist eine Struktur auf, die einen Tiegel 3, das Seiten-Heizelement 4 (ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c), einen Wärmeisolator 5 und dergleichen im Innern einer Kammer 2 umfaßt, wie bei der CZ-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. Komponenten, die mit denen in 1 identisch sind, werden durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung wird nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher beschrieben.
Im Falle der dritten Ausführungsform ist zusammen mit einem Seiten-Heizelement an einer Stelle unter dem unteren Heizelement 4c konzentrisch um eine tragende Welle 9 ein Boden-Heizelement 14 bereitgestellt. Außerdem ist zusammen mit den Wärmeabschirmungen 20, 21, die anhand der ersten Ausführungsform erläutert worden sind, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem Boden-Heizelement 14 eine Wärmeabschirmung 24 bereitgestellt.
Das Boden-Heizelement 14 ist in der Gestalt eines Rings und mit einer vorgeschriebenen Dicke ausgebildet, sein Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser der tragenden Welle 9, und sein Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des unteren Heizelements 4c. Das Boden-Heizelement 14 ist dergestalt angeordnet, daß seine Oberseite nicht mit dem unteren Ende des Tiegels 3 in Konflikt kommt, selbst wenn der Tiegel 3 während der Herstellung des Siliziumeinkristalls angehoben wird.
Die Wärmeabschirmung 24 ist in der Gestalt eines Zylinders und mit einer vorgeschriebenen Länge ausgebildet, ihr Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser des Boden-Heizelements 14, und der Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des unteren Heizelements 4c. Die dergestalt ausgebildete Wärmeabschirmung 24 ist vertikal im Wesentlichen bis zu der Höhe der Oberseite des Boden-Heizelements 14 angeordnet und steht in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem Boden-Heizelement 14 mit der Bodenfläche des Wärmeisolators 5 in Kontakt.
Durch Schaffung der oben beschriebenen Konfiguration wird die gegenseitige thermische Interferenz zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem Boden-Heizelement 14 unterdrückt, wodurch es möglich wird, den Boden des Tiegels 3 lokal durch das Boden-Heizelement 14 zu erhitzen. Daher kann die „Temperaturverteilung im Tiegel” weiter aktiv gesteuert werden, was die Herstellung eines Siliziumeinkristalls mit der deswegen innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs gehaltenen Sauerstoffkonzentration weiter vereinfacht.
[Vierte Ausführungsform]
6 ist eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine CZ-Vorrichtung 1 in der vierten Ausführungsform weist eine Struktur auf, die einen Tiegel 3, ein Seiten-Heizelement 4, einen Wärmeisolator 5 und dergleichen im Innern einer Kammer 2 umfaßt, wie bei der CZ-Vorrichtung 1 in 1. Komponenten, die mit denen in 1 identisch sind, werden durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung wird nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher beschrieben.
Wie bei der dritten Ausführungsform weist auch die Vorrichtung der vierten Ausführungsform zusammen mit einem Seiten-Heizelement 4 (ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c) an einer Stelle unter dem unteren Heizelement 4c ein Boden-Heizelement 14 auf. Außerdem ist zusammen mit den Wärmeabschirmungen 20, 21, die anhand der ersten Ausführungsform erläutert worden sind, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem Boden-Heizelement 14 eine Wärmeabschirmung 25 bereitgestellt.
Das Boden-Heizelement 14 ist wie bei der dritten Ausführungsform in der Gestalt eines Rings und mit einer vorgeschriebenen Dicke ausgebildet, sein Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser einer tragenden Welle 9, und der Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des Seiten-Heizelements 4. Außerdem ist das Boden-Heizelement 14 dergestalt angeordnet, daß seine Oberseite nicht mit dem unteren Ende des Tiegels 3 in Konflikt kommt, selbst wenn der Tiegel 3 während der Herstellung des Siliziumeinkristalls angehoben wird.
Die Wärmeabschirmung 25 ist in der Gestalt eines Zylinders und mit einer vorgeschriebenen Länge ausgebildet, ihr Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser des Boden-Heizelements 14, und der Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des Seiten-Heizelements 4. Die dergestalt ausgebildete Wärmeabschirmung 25 ist von dem Tiegel 3 abgehängt, wobei das obere Ende ihres Zylinders mit Umfangskantenabschnitt am unteren Ende des Tiegels 3 in Kontakt steht und das untere Ende ihres Zylinders angeordnet ist, als ob es, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem Boden-Heizelement 14, den Außenumfang des Boden-Heizelements 14 umfinge.
Durch Schaffung der obenstehend beschriebenen Konfiguration werden im Wesentlichen die gleichen Effekte wie bei der dritten Ausführungsform erzielt.
Die Wärmeabschirmungen 24, 25 müssen nicht immer auf eine zylindrische Form beschränkt sein, sondern können zum Beispiel auch eine hexagonale Geometrie aufweisen.
Bei der ersten bis vierten Ausführungsform wurde eine Betriebsart erläutert, in welcher die Seiten-Heizelemente 4 aus drei Komponenten zusammengesetzt sind, jedoch kann die Anzahl der Komponenten des Seiten-Heizelements auch zwei, vier oder mehr betragen.
Außerdem wurde bei allen Ausführungsformen in allen Zwischenräumen zwischen je zwei benachbarten Heizelementen oder in der Umgebung der jeweiligen Zwischenräume je eine Wärmeabschirmung bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Schema beschränkt, vielmehr kann angesichts der Gerätekosten, einfacherer Wartung und dergleichen auch nur zwischen zwei optional ausgewählten benachbarten Heizelementen oder in der Umgebung dieses Zwischenraums eine Wärmeabschirmung bereitgestellt werden. Zum Beispiel ist es in 1 exemplarisch möglich, die Wärmeabschirmung 20 zu entfernen und nur die Wärmeabschirmung 21 in der Anordnung zu belassen. Außerdem kann in 5 die Vorrichtung so gestaltet werden, daß sie als Wärmeabschirmung nur die Wärmeabschirmungen 21, 24 aufweist, die Wärmeabschirmung 20 aber nicht bereitgestellt ist.
Es sei angemerkt, daß alle obenerwähnten Wärmeabschirmungen unter der Annahme erläutert wurden, daß es sich bei ihnen um einstückige Strukturen handelt, jedoch kann die Wärmeabschirmung der vorliegenden Erfindung auch entlang des Umfangs des Tiegels 3 unterteilt angeordnet werden.
Als Beispiel hierfür zeigt 7 eine Querschnittsansicht entlang der Geraden P-P in 1, in welcher um den Umfang des Tiegels 3 herum vier Wärmeabschirmungsblöcke angeordnet sind, die zusammen eine Wärmeabschirmung bilden.
In derselben Figur weisen die Wärmeabschirmungsblöcke 20a eine einheitliche Geometrie auf und sind in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet.
Insbesondere kann in dem Falle, daß um den Außenumfang des Heizelements 4 herum ein Abgasrohr oder dergleichen bereitgestellt ist, die Wärmeabschirmung passend unterteilt und angeordnet werden, so dass ein Kontakt mit dem Abgasrohr oder dergleichen vermieden wird.
Selbst wenn in Folge einer solchen Unterteilung Wärmeabschirmungsblöcke bereitgestellt werden, wird doch der Tiegel 3 während der Herstellung eines Einkristalls mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit gedreht, und die thermische Ungleichförmigkeit kann hinreichend abgeschwächt werden, und die gegenseitige thermische Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen kann unterdrückt werden, was Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist. Die Geometrie, Anzahl der Unterteilungen, gegenseitigen Abstände und dergleichen für die Wärmeabschirmungsblöcke können gemäß der Geometrie des Abgasrohrs oder dergleichen und gemäß den Einkristall-Herstellungsbedingungen geeignet bestimmt werden.
Zu den Vorteilen der Verwendung der Wärmeabschirmungsblöcke zählt, daß ihre maschinelle Bearbeitung und Ausbildung einfacher als bei dem einstückigen Gegenstück ist und das Beladen der Kammer und die Wartung einfacher ausgeführt werden können.
Abhängig von der jeweiligen Situation kann ein Abschnitt des Abgasrohrs oder dergleichen mit einer Wärmeabschirmung versehen werden.
[Fünfte Ausführungsform]
Um die von benachbarten Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung wirksam zu trennen, wird die Wärmeabschirmung bevorzugt in einem Gebiet angeordnet, wo die in den Heizelementen erzeugte Wärmemenge relativ gering ist. Um die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall über einen weiten Bereich zu steuern, ist es dann vorzuziehen, daß für die oberen und unteren Bereiche des Heizelements 4 eine höhere Menge an elektrischer Leistung (erzeugter Wärme) bereitgestellt wird, während für den mittleren Bereich des Heizelements 4 eine geringere Menge an elektrischer Leistung (erzeugter Wärme) bereitgestellt wird und in dem mittleren Bereich angeordnet wird, wo die erzeugte Wärmemenge relativ gering ist, die Wärmeabschirmung angeordnet wird. Die Wärmeabschirmung muß nicht immer für den zentralen Abschnitt des Heizelements 4 bereitgestellt werden, und abhängig von der für den Einkristall erforderlichen Qualität kann der Ort der Wärmeabschirmung auf geeignete Weise bestimmt werden.
8 ist eine Entwurfsschnittzeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform, auf welche die Wärmeabschirmung der vorliegenden Anmeldung angewandt wird.
Wie in 8 gezeigt, ist bei der fünften Ausführungsform eine Wärmeabschirmung 80 im Wesentlichen im zentralen Abschnitt des von der Innenseite des wärmeisolierenden Werkstoffs 5 und der Außenseite des Seiten-Heizelements 4 gebildeten Raumes angeordnet und weist einen vorgeschriebenen Abstand zu der Außenseite des Heizelements auf. Außerdem umfaßt das Seiten-Heizelement 4 vertikal angeordnet drei Komponenten (ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c). In 8 kann auf einer Höhe unterhalb des unteren Heizelements 4c und unter dem Boden des Tiegels 3 ein ringförmiges Boden-Heizelement (nicht gezeigt) bereitgestellt sein.
Wie nachstehend beschrieben wird, ist die Wärmeabschirmung 80 in einem Bereich angeordnet, wo die erzeugte Wärmemenge auf das gesamte Heizelement bezogen vergleichsweise gering ist.
9 ist eine Entwicklungsansicht, in welcher das obere Heizelement 4a, das mittlere Heizelement 4b und das untere Heizelement 4c abgewickelt sind und eine auf die fünfte Ausführungsform angewandte Konfiguration des Seiten-Heizelements 4 gezeigt wird.
Wie in 9 gezeigt wird, werden die jeweiligen Heizelemente unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme erzeugt. Für jedes der Heizelemente ist eine unabhängige Stromversorgung bereitgestellt.
Anders gesagt: Die jeweiligen Heizelemente 4a, 4b, 4c sind mit einer positiven Elektrode 4a1, 4b1, 4c1 und einer negativen (Masse-)Elektrode 4a2, 4b2, 4c2 ausgerüstet. Indem die an die jeweiligen Heizelemente 4a, 4b, 4c angelegten Spannungen unabhängig voneinander eingestellt werden, können die erzeugten Wärmemengen, oder anders gesagt, die Erhitzungsbeträge des Tiegels 3, separat eingestellt werden.
Wenn zwischen der positiven Elektrode 4a1 und der negativen Elektrode 4a2 für das Heizelement 4a die Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch das obere Heizelement 4a, was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a wird die in dem oberen Heizelement 4a erzeugte Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der Erhitzungsbetrag für den oberen Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
Wenn weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4b1 und der negativen Elektrode 4b2 für das Heizelement 4b die Spannung der Stromversorgung für das mittlere Heizelement 4b angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch das mittlere Heizelement 4b, was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das Heizelement der mittleren Stufe wird die in dem mittleren Heizelement 4b erzeugte Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der Erhitzungsbetrag für den mittleren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
Wenn weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4c1 und der negativen Elektrode 4c2 für das Heizelement 4c die Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch das untere Heizelement 4c, was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c wird die in dem unteren Heizelement 4c erzeugte Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der Erhitzungsbetrag für den unteren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
Für das obere Heizelement 4a wird die Breite des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem unteren Heizelementabschnitt größer als die Breite c1 in dem oberen Heizelementabschnitt ist. Daher ist für das obere Heizelement 4a der untere Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang größer als der obere Heizelementabschnitt, und somit ist der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt geringer als der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt, was dazu führt, daß die in dem unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge ist.
Andererseits wird für das untere Heizelement 4c die Breite des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem oberen Heizelementabschnitt größer als die Breite c1 in dem unteren Heizelementabschnitt ist. Daher ist für das untere Heizelement 4c der obere Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang größer als der untere Heizelementabschnitt, und somit ist der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt geringer als der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt, was dazu führt, daß die in dem oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge ist.
Im Gegensatz hierzu wird für das mittlere Heizelement 4b die Breite des Stromflußpfades derart gestaltet, daß die jeweiligen Heizelementabschnitte die gleiche Breite c1 aufweisen. Um alternativ hierzu die in dem mittleren Heizelement 4b erzeugte Wärmemenge im Vergleich zu dem oberen Heizelement 4a und dem unteren Heizelement 4c zu reduzieren, kann die Breite des Stromflußpfads für das mittlere Heizelement 4b größer oder gleich der maximalen Breite (c2) des Stromflußpfads für das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c sein.
Das obenerwähnte obere Heizelement 4a, das mittlere Heizelement 4b und das untere Heizelement 4c können bezüglich der erzeugten Wärmemenge jeweils unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß zum Beispiel die in dem mittleren Heizelement 4b erzeugte Wärme dergestalt gesteuert werden kann, daß sie geringer als die in dem oberen Heizelement 4a und dem unteren Heizelement 4c erzeugte Wärmemenge ist.
Bei der in 8 gezeigten fünften Ausführungsform ist die Wärmeabschirmung 80 in der Umgebung der Außenseite des im Wesentlichen zentralen Abschnitts des mittleren Heizelements 4b angeordnet, welches dergestalt gesteuert wird, daß die darin erzeugte Wärmemenge relativ geringer als die in dem oberen Heizelement 4a und dem unteren Heizelement 4c erzeugte Wärmemenge ist.
Bei der fünften Ausführungsform wird zum Ändern der in den jeweiligen Heizelementabschnitten erzeugten Wärmemenge die Breite c des Stromflußpfads für die jeweiligen Heizelementabschnitte geändert, jedoch kann die in den jeweiligen Heizelementabschnitten erzeugte Wärmemenge zum Beispiel auch durch Ändern der Wanddicke des Stromflußpfads für die jeweiligen Heizelementabschnitte geändert werden, wobei die Breite c des Stromflußpfads für die jeweiligen Heizelementabschnitte unverändert bleibt.
In 8 sind die Heizregion gemäß der fünften Ausführungsform (durchgezogene Linie G) und die Heizregion gemäß dem herkömmlichen dreistufigen Heizelement XXX (gestrichelte Linie H) gezeigt. Bei Verwendung des herkömmlichen dreistufigen Heizelements ist die Heizregion in dem Bereich der zentralen Stufe des Heizelements nicht ausreichend getrennt, wohingegen im Falle der fünften Ausführungsform die Heizregion für das Heizelement 4 in vertikaler Richtung im Bereich der zentralen Stufe ausreichend getrennt ist und den Heizregionen für den oberen und den unteren Bereich des Heizelements 4 eine Direktionalität verliehen werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der fünften Ausführungsform die Wärmeabschirmung 80 in der Umgebung der außenseitigen Umfangsfläche des mittleren Heizelements 4b angeordnet, wodurch die Direktionalität der Wärmestrahlung für das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c verbessert werden kann. Außerdem kann die in dem oberen Abschnitt des oberen Heizelements 4a und in dem unteren Abschnitt des unteren Heizelements 4c erzeugte Wärmemenge relativ hoch gestaltet werden; so kann zum Beispiel durch geeignetes Einstellen der Wärmestrahlungsmenge des mittleren Heizelements 4b Wärmestrahlung mit hoher Direktionalität von dem oberen Bereich und dem unteren Bereich des Heizelements 4 als Ganzes bereitgestellt werden.
[Sechste Ausführungsform]
10 ist eine Entwurfsschnittzeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren Ausführungsform, in welcher die Wärmeabschirmung der vorliegenden Anmeldung benutzt wird.
In 10 ist eine Wärmeabschirmung 100 im Wesentlichen im zentralen Abschnitt des von der Innenseite des wärmeisolierenden Werkstoffs 5 und der Außenseite des Seiten-Heizelements 4 gebildeten Raumes angeordnet und weist einen vorgeschriebenen Abstand zu der Außenseite des Seiten-Heizelements 4 auf. Außerdem umfaßt das Seiten-Heizelement 4 vertikal angeordnet zwei Komponenten (ein oberes Heizelement 4a und ein unteres Heizelement 4c). In 10 kann auf einer Höhe unterhalb des unteren Heizelements 4c und unter dem Boden des Tiegels 3 ein ring-förmiges Boden-Heizelement (nicht gezeigt) bereitgestellt werden.
Wie nachstehend beschrieben wird, wird die Wärmeabschirmung 100 in einem Bereich bereitgestellt, wo die erzeugte Wärmemenge auf das gesamte Heizelement bezogen vergleichsweise gering ist.
11 ist eine Entwicklungsansicht, in welcher das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c abgewickelt sind und eine auf die sechste Ausführungsform angewandte Konfiguration des Seiten-Heizelements 4 gezeigt wird.
Wie in 11 gezeigt wird, werden die jeweiligen Heizelemente unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme erzeugt. Für jedes der Heizelemente ist eine unabhängige Stromversorgung bereitgestellt.
Anders gesagt: Das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c werden unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme erzeugt. Anders gesagt: für jedes der jeweiligen Heizelemente 4a, 4c ist eine unabhängige Stromversorgung bereitgestellt, und die jeweiligen Heizelemente 4a, 4c, sind mit einer positiven Elektrode 4a1, 4c1 und einer negativen (Masse-)Elektrode 4a2, 4c2 ausgerüstet. Indem die an die jeweiligen Heizelemente 4a, 4c angelegten Spannungen unabhängig voneinander eingestellt werden, können die erzeugten Wärmemengen, oder anders gesagt, die Erhitzungsbeträge des Tiegels 3, separat eingestellt werden.
Wenn zwischen der positiven Elektrode 4a1 und der negativen Elektrode 4a2 für das Heizelement 4a die Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch das obere Heizelement 4a, was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a wird die in dem oberen Heizelement 4a erzeugte Wärmemenge eingestellt, was bedeutet, daß der Erhitzungsbetrag für den oberen Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
Wenn weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4c1 und der negativen Elektrode 4c2 für das Heizelement 4c die Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch das untere Heizelement 4c, was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c wird die in dem unteren Heizelement 4c erzeugte Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der Erhitzungsbetrag für den unteren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
Weiterhin wird im Falle des Heizelements 4 in der sechsten Ausführungsform für das obere Heizelement 4a die Breite des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem unteren Heizelementabschnitt größer ist als die Breite c1 in dem oberen Heizelementabschnitt. Daher ist für das obere Heizelement 4a der untere Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang größer als der obere Heizelementabschnitt, und somit ist der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt geringer als der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt, was dazu führt, daß die in dem unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge ist.
Andererseits wird für das untere Heizelement 4c die Breite des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem oberen Heizelementabschnitt größer als die Breite c1 in dem unteren Heizelementabschnitt ist. Daher ist für das untere Heizelement 4c der obere Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang größer als der untere Heizelementabschnitt, und somit ist der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt geringer als der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt, was dazu führt, daß die in dem oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge ist.
Ferner ist, wie in 11 gezeigt, das obere Heizelement 4a dergestalt ausgebildet, daß ein Teil des Stromflußpfads des oberen Heizelements 4a in einen Ort vordringt, der unterhalb eines dem oberen Ende des Heizelements 4c der unteren Stufe äquivalenten Orts liegt, und das untere Heizelement 4c ist dergestalt ausgebildet, daß ein Teil des Stromflußpfads des unteren Heizelements 4c in einen Ort vordringt, der oberhalb eines dem unteren Ende des Heizelements 4a der oberen Stufe äquivalenten Orts liegt.
Wenn das obere und das untere Heizelement 4a, 4c in der in 10 gezeigten sechsten Ausführungsform als Ganzes betrachtet werden, ist dadurch die in dem mittleren Bereich des Heizelements 4 als Ganzes erzeugte Wärmemenge im Vergleich zu der in dem oberen Bereich des Heizelements 4 als Ganzes erzeugten Wärmemenge und der in dem unteren Bereich des Heizelements 4 als Ganzes erzeugten Wärmemenge reduziert.
Bei der sechsten Ausführungsform ist die Wärmeabschirmung 100 in der Umgebung des im Wesentlichen zentralen Abschnitts des mittleren Bereichs angeordnet, wo die erzeugte Wärmemenge auf das gesamte Heizelement 4 bezogen relativ gering ist.
Bei der Konfiguration des Heizelements der in 11 gezeigten sechsten Ausführungsform ist die Anzahl der Schlitze nicht eingeschränkt und kann gemäß einem gewünschten Widerstandswert für das Heizelement gewählt werden.
Weiterhin werden der Abstand zwischen den das Heizelement bildenden Stromflußpfaden (die Schlitzbreite) und der Abstand zwischen dem oberen Heizelement 4a und dem unteren Heizelement 4c (der obere und der untere Heizelementabstand) bevorzugt auf zum Beispiel ungefähr 10 bis 30 mm eingestellt. Bei größeren Abständen steigt der Wärmeverlust aus dem Zwischenraum, was die Erzielung der Effekte der vorliegenden Erfindung erschwert; bei engeren Abständen steigt die Wahrscheinlichkeit von Entladungen, was einen Abbruch des eigentlichen Prozesses zur Folge haben können.
In 10 sind die Heizregion gemäß der sechsten Ausführungsform (durchgezogene Linie I) und die Heizregion gemäß dem herkömmlichen zweistufigen Heizelement (gestrichelte Linie J) gezeigt. Bei Verwendung des herkömmlichen zweistufigen Heizelements ist die Heizregion in dem mittleren Bereich des Seiten-Heizelements 4 als Ganzes nicht ausreichend getrennt, wohingegen im Falle der sechsten Ausführungsform die Heizregion in dem mittleren Bereich des Seiten-Heizelements 4 ausreichend getrennt ist und den Heizregionen für den oberen und den unteren Bereich des Seiten-Heizelements 4 eine verbesserte Direktionalität verliehen werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der sechsten Ausführungsform in der Umgebung des mittleren Bereichs des Seiten-Heizelements 4 die Wärmeabschirmung 100 angeordnet, wodurch die Direktionalität der Wärmestrahlung für das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c verbessert werden kann. Außerdem kann die in dem oberen Abschnitt des oberen Heizelements 4a und dem unteren Abschnitt des unteren Heizelements 4c erzeugte Wärmemenge relativ hoch gestaltet werden; somit kann von dem oberen Bereich und dem unteren Bereich des Heizelements 4 als Ganzes Wärmestrahlung mit hoher Direktionalität bereitgestellt werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem Raum, der von mehreren Heizelementen und einer diesen zugewandten Substanz gebildet wird, oder in der Umgebung dieses Raums, eine Wärmeabschirmung bereitgestellt, so daß die Heizregionen für die Heizelemente lokalisiert werden können. Infolgedessen kann die „Temperaturverteilung im Tiegel” aktiv gesteuert werden, was innerhalb eines vorgeschriebenen Standardbereichs der Sauerstoffkonzentration die Herstellung von Einkristallen mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit guter Ausbeute möglich macht.
Weiterhin kann im Falle der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Umbau der Vorrichtung mit geringen Kosten ausgeführt werden, ohne daß die Kammer auf besondere Weise geändert werden muß, und die Heizsteuerung kann mit hoher Effizienz erfolgen, indem die Heizregion für ein spezifisches Heizelement lokalisiert wird; somit zählt zu den Vorteilen, daß die für die Herstellung eines Einkristalls erforderliche Leistungsaufnahme im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung reduziert werden kann.
Vorstehend wurden Ausführungsformen erläutert, die für die Herstellung eines Siliziumeinkristalls benutzt werden, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern läßt sich auch auf die Herstellung von Einkristallen anderer Halbleiter anwenden, wie zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs) und dergleichen, solange dies keine Abweichung vom Gedanken der vorliegenden Erfindung zur Folge hat.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Mit der Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können Halbleitereinkristalle für Halbleiterwafer, die einen weiten Bereich Sauerstoffkonzentrationsbereich aufweisen und innerhalb eines vorgeschriebenen Standardbereichs der Sauerstoffkonzentration gehalten werden müssen, kostengünstig und stabil an den Markt geliefert werden.

Claims

Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung, welche das Czochralski-Verfahren benutzt und eine Kammer (2) aufweist und einen Tiegel (3) zum Sammeln von Schmelze des Rohstoffs eines Halbleitereinkristalls sowie mehrere Heizelemente (4), die zum Heizen und Schmelzen des Rohstoffs außerhalb des Tiegels vertikal angeordnet sind, umfasst, wobei um den Außenumfang der Heizelemente (4) ein wärmeisolierender Werkstoff (5) bereitgestellt ist, der eine Struktur mit einer vorgeschriebenen Dicke aufweist, um die Innenseitenflächen der Kammer (2) sowie deren Boden zu bedecken, wobei in einem Raum zwischen dem Tiegel und dem wärmeisolierenden Werkstoff (5) eine Wärmeabschirmung (20, 21; 24, 25; 80) bereitgestellt ist, welche die gegenseitige Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen (4) unterdrückt.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabschirmung (20, 21) in einem Spalt zwischen jedem der mehreren Heizelemente (4) bereitgestellt ist.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Heizelemente (4) unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt werden und die Wärmeabschirmung (80) in der Umgebung der außenseitigen Umfangsfläche eines mittleren Heizelementes (4b) angeordnet ist.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Bereich, wo die erzeugte Wärmemenge gering ist, bereitgestellt wird, indem für das auf der oberen Seite angeordnete Heizelement (4) der Widerstandswert für die jeweiligen Heizelementabschnitte dergestalt eingestellt wird, daß die im unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer ist als die im oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge, und für das auf der unteren Seite angeordnete Heizelement (4) der Widerstandswert für die jeweiligen Heizelementabschnitte dergestalt eingestellt wird, daß die im oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer ist als die im unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmeabschirmung (20, 21; 80) um den gesamten Umfang des Tiegels (3) herum bereitgestellt ist.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Werkstoff, aus dem die Wärmeabschirmung (20, 21; 80) besteht, einen Graphitfaserwerkstoff oder Graphit enthält.
Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Wärmeabschirmung (25) in der Gestalt eines Zylinders mit einer vorgeschriebenen Länge ausgebildet ist, ihr Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Boden-Heizelements (14) ist, der Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Seiten-Heizelements (4) ist, von dem Tiegel (3) abgehängt ist, das obere Ende des Zylinders mit Umfangskantenabschnitten am unteren Ende des Tiegels (3) in Kontakt steht und das untere Ende ihres Zylinders angeordnet ist, als ob es, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement (4c) und dem Boden-Heizelement (14), den Außenumfang des Boden-Heizelements (14) umfinge.