DE112008001913B4

DE112008001913B4 - Halbleitereinkristallproduktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112008001913B4
Application number: DE112008001913.4T
Authority: DE
Inventors: Ayumi Suda; Naoji Mitani
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP5186684B2; JP2009035455A; DE112008001913T5; US20100212588A1; WO2009016911A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitereinkristalls, bei der ein inertes Gas in einen Ofen eingeführt und ein Halbleitereinkristall, der mit einem Dotanden dotiert ist, im Inneren des Ofens hergestellt wird, während das Gas in dem Ofen aus einem Auslass über eine Vakuumleitung abgeführt wird, undbei dem ein Halbleitereinkristall mit einem geringen Widerstand von 0,02 Ωcm oder weniger, der mit einem flüchtigen Dotanden in einer hohen Konzentration dotiert ist, und ein Halbleitereinkristall mit einem Widerstandswert höher als derjenige des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand in dem Ofen hergestellt wird, wobei die Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls aufweist:- eine Hochdruckofenvakuumleitung und eine Normaldruckofenvakuumleitung, die unabhängig voneinander und parallel zueinander vorgesehen sind, mit dem Auslass verbunden sind und das Gas in dem Ofen abführen;- ein Normaldrucksteuerventil, das in der Normaldruckofenvakuumleitung vorgesehen ist und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Hochvakuumbereichs auf einen Druckwert zwischen 0,1 und 13,3 kPa reguliert;- ein Hochdrucksteuerventil, das in der Hochdruckofenvakuumleitung vorgesehen ist, eine Öffnungsfläche hat, die kleiner gewählt ist als diejenige des Normaldrucksteuerventils und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Niedervakuumbereichs auf einen Druck zwischen 13,3 und 93,3 kPa reguliert;- Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks im Inneren des Ofens;- Steuermittel, eingerichtet zum Steuern des Normaldrucksteuerventils und zum Steuern des Hochdrucksteuerventils; und- ein Steuerpaneel, eingerichtet zur Eingabe eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand oder eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand, wobeidie Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit niedrigem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Normaldrucksteuerventil geschlossen halten, und eine Öffnungsfläche des Hochdrucksteuerventils so steuern, dass der geringe Widerstandswert des Halbleitereinkristalls erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts, unddie Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit hohem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Hochdrucksteuerventil geschlossen halten und eine Öffnungsfläche des Normaldrucksteuerventils so steuern, dass der höhere Widerstandswert des Einkristallhalbleiters erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinkristallproduktionsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung, bei der ein inertes Gas in einen Ofen eingeführt wird und ein mit einem Dotanden dotierter Halbleitereinkristall im Inneren des Ofens erzeugt wird, während das Gas in dem Ofen über einen Auslass (Abgang) über eine Vakuumleitung abgeführt wird.
STAND DER TECHNIK
(Übliche Technologie)
In den letzten Jahren hat sich ein Bedarf an einer Herstellung von Siliziumwafern zur Verwendung in diskreten Halbleiterbauteilen und dergleichen, insbesondere Siliziumwafern mit geringem Widerstand, die elektrische Eigenschaften vom N-Typ haben und mit einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden dotiert sind, mit einer hohen Ausbeute ergeben.
Beispiele von flüchtigen Dotanden vom N-Typ, auf die hier Bezug genommen wird, beinhalten Antimonium Sb, roten Phosphor P und Arsen As. Der geringe Widerstand ist ein Widerstandswert gleich oder geringer als 20/1000Ωcm.
1 zeigt eine Ausbildung einer üblichen Siliziumeinkristallproduktionsvorrichtung 1. Die übliche Vorrichtung ist konstruiert zum Herstellen von Siliziumwafern, die eine Konzentration haben, die geringer ist als und einen Widerstand, der höher ist als die des oben beschriebenen Siliziumwafers mit hoher Konzentration und geringem Widerstand, beispielsweise einem Wafer mit einem Widerstandswert von oder höher als 1Ωcm.
Bei der üblichen Vorrichtung 1 wird ein inertes Gas in einen CZ-Ofen 2 eingeführt und ein Siliziumeinkristallingot, das mit einem Dotanden dotiert ist, wird in dem CZ-Ofen 2 hergestellt, während die Abfuhr des Gases in den Ofen über Auslässe (Ausgänge) 4, 5 über eine Normaldruckofenvakuumleitung erfolgt.
In dem CZ-Ofen 2 wird ein Siliziumeinkristallingot, der mit einem Dotanden dotiert ist, aus der Schmelze gezogen und durch ein CZ (Czochralski) Verfahren gezüchtet.
Ein hohes Vakuum wird in dem Ofen 2 durch Abschotten des Inneren des CZ-Ofens 2 gegenüber der externen Umgebung beibehalten. Argongas wird als ein inertes Gas in den CZ-Ofen 2 eingeführt und von den Auslässen (Abgängen) 4, 5 des Ofens 2 von einer Vakuumpumpe abgeführt. Infolgedessen ist der Druck im Inneren des Ofens 2 auf einen vorgegebenen Wert reduziert.
Eine Mehrzahl von Verdampfungen werden in dem CZ-Ofen 2 bei dem Vorgang des Einkristallziehens erzeugt (1 batch).
Das Innere des CZ-Ofens 2 wird sodann durch die Vakuumpumpe 3 evakuiert und das Gas im Inneren des CZ-Ofens 2 wird gemeinsam mit den Verdampfungen über die Normaldruckofenvakuumleitung 10 abgeführt. Infolgedessen werden Verdampfungen aus dem Inneren des CZ-Ofens 2 entfernt. Ein Normaldrucksteuerventil 11 ist in der Normaldruckofenvakuumleitung 10 vorgesehen. Mit dem Normaldrucksteuerventil 11 wird der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 innerhalb eines Druckbereichs reguliert, der dem Normalvakuumbereich (im Folgenden als „normaler Ofendruckbereich“ bezeichnet) entspricht, insbesondere in einem Bereich von 0.1 bis 13.3. kPa, reguliert. Ein Siliziumeinkristallingot wird sodann gezogen und gezüchtet unter Beibehalten des Drucks im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einen gewünschten Pegel innerhalb des normalen Ofendruckbereichs, wodurch ein Siliziumeinkristallingot (im Folgenden als „Produkt bei normalem Ofendruck“ bezeichnet) hergestellt wird.
Wenn ein Siliziumeinkristallingot mit geringem Widerstand, das in einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ dotiert ist, unter Verwendung der oben beschriebenen üblichen Vorrichtung 1 erzeugt wird, muss der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 unter Verwendung des Normaldrucksteuerventils 11 geeignet reguliert werden, um den oben beschriebenen Normalbereich des Ofendrucks zu steuern.
(Übliche Technologie, die in Patentdruckschriften beschrieben wird)
Das Patentdokument 1 beschreibt eine Erfindung, nach der die Kohlenstoffkonzentration in einem Kristall durch Regulieren des Drucks im Inneren eines Ofens gesteuert wird, wenn eine Halbleitereinkristallverbindung durch ein mit einer Flüssigkeit abgeschlossenes Czochralski-Verfahren (LEC) gezogen und gezüchtet wird.
Das Patentdokument 2 beschreibt eine Erfindung, nach der die Sauerstoffkonzentration auf einer Schmelzfläche durch Regulieren eines Umgebungsdrucks, der in Berührung mit der Schmelze ist, wenn ein Siliziumeinkristall mittels eines CZ-Verfahrens gezogen und gezüchtet wird, gesteuert wird.
Das Patentdokument 3 beschreibt eine Erfindung, nach der die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Schmelzfläche eines inertes Gases, das zwischen einer Gasführung im Inneren eines CZ-Ofens und der Schmelze gesteuert wird durch Regulieren des Drucks im Inneren des CZ-Ofens, wenn ein Siliziumeinkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen und gezüchtet wird.
Patentdokument 4 beschreibt eine Kristallproduktionsvorrichtung bei der die Konzentration von Sb in Siliziumschmelzen durch Regelung des Drucks über der Schmelze beeinflusst werden kann, um den Widerstand über die gesamte Länge des Einkristalls konstant zu halten.
Patentdokument 5 beschreibt eine Halbleiter-Einkristallproduktionsvorrichtung, die ein Gasführungssystem mit einem Bypass umfasst. Dabei offenbart Patentdokument 5 eine Bypassleitung und ein zu öffnendes oder zu schließendes Ventil, wodurch eine Entleerung des Ofens innerhalb einer kurzen Zeit möglich ist.

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegung Nr. JP H09-221390 A .
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegung Nr. JP H07-232990 A .
Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegung Nr. JP H05-70279 A .
Patentdokument 4: US 5 129 986 A
Patentdokument 5: JP 2001-278698 A .

Die Erfinder haben unter Verwendung der üblichen Vorrichtung 1 den Versuch gemacht, einen Siliziumeinkristallingot mit einem geringen Widerstand, der mit einer hohen Konzentration eines flüchtigen Dotanden dotiert ist, herzustellen und haben die nachfolgenden Probleme festgestellt, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben.
Um ein Siliziumeinkristallingot, das mit einer hohen Konzentration mit einem volatilen Dotanden in einem CZ-Ofen 2 herzustellen, ist es erforderlich, die Verdampfung des Dotanden aus der Schmelze aufgrund der Flüchtigkeit des Dotanden zu verhindern. Während der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 nicht erhöht wird, schreitet die aktive Verdampfung aus der Schmelze in dem Ziehvorgang voran, eine große Menge des Gases, das den Dotanden beinhaltet, wird abgeführt und der Widerstandswert in dem Siliziumeinkristallingot ändert sich und wird höher als der gewünschte Wert.
Entsprechend ist es notwendig, das übliche Normaldrucksteuerventil 11 zu verwenden und den Druck im Inneren des SZ-Ofens 2 auf einen Druckbereich von 13,3 bis 93,3 kPa (im Folgenden hier als „Vakuumbereich“ bezeichnet) zu regulieren, der größer ist als der Normalofendruckbereich, wodurch das Verdampfen von flüchtigen Dotanden verhindert wird und die Dotanden und die Dotandenkonzentration in dem Siliziumeinkristallingot auf einem hohen Konzentrationspegel zu halten.
Das Normaldrucksteuerventil 11 ist im Wesentlichen ein Drucksteuerventil, das zur Steuerung in dem Normalofendruckbereich (0,1 - 13,3 kPa) geeignet ist und so ausgebildet ist, dass es eine Regulierung mit einer guten Steuerbarkeit in dem Normaldruckbereich ausführt. Aus diesem Grund mindert sich die Steuerbarkeit signifikant, wenn das Normaldrucksteuerventil 11 zur Regulierung in dem Vakuumbereich (13,3 - 93,3 kPa) verwendet wird, in der das Ausmaß des Vakuums geringer ist und der Druck höher ist als derjenige in dem Normalofendruckbereich. Die Druckfluktuationen in dem Inneren des CZ-Ofens 2 nimmt zu, die Menge des von der Schmelze verdampften Dotanden verdampft und der Widerstandswert oder die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristallingot variiert signifikant. Infolgedessen kann der Wert des Siliziumeinkristallingots nicht auf den gewünschten geringen Widerstandswert stabilisiert werden, die Qualität des Siliziumeinkristallingots mit geringem Widerstand, der bei einer hohen Konzentration mit dem flüchtigen Dotanden vom N-Typ (im Folgenden in geeigneter Weise als „Produkt bei hohem Ofendruck“ bezeichnet, kann zunehmen und die Ausbeute der Produktion kann erhöht werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das Vorgenannte entstanden, es ist ein erstes durch die Erfindung zu lösendes Problem, die Qualität eines Halbleitereinkristalls, das in einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ mit geringem Widerstand zu verbessern und die Ausbeute des Einkristalls durch Steuern des Drucks im Inneren des Ofens mit einer guten Steuerbarkeit zu erhöhen.
Bei der Herstellung eines Siliziumeinkristallingots mit geringem Widerstand (ein Produkt, das bei hohem Ofendruck hergestellt worden ist), das mit einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden in dem CZ-Ofen 2 dotiert ist, ist ein wichtiger Punkt derjenige, dass der aus der Schmelze verdampfte Dotand aufgrund der Flüchtigkeit des Dotanden eine amorphe Verbindung bildet und in einer großen Menge in die Vakuumleitung 10 strömt.
Wenn das Einströmen einer großen amorphen Verbindung, die den Dotanden beinhaltet, in die Vakuumleitung 10 für eine längere Zeit zugelassen wird, haftet die amorphe Verbindung an der rohrförmigen inneren Fläche der Vakuumleitung 10 an und die anklebende Substanz akkumuliert sich und kann schließlich die Rohrleitung verstopfen. Das Ankleben der amorphen Verbindung an der Rohrwandung ist für das mit hohem Ofendruck hergestellte Produkt spezifisch und das Phänomen des Anhaftens an der Rohrwandung wird nicht beobachtet, wenn ein Produkt bei Normalofendruck hergestellt wird.
Wenn die Auslassleitung 10 von der amorphen Verbindung verstopft wird oder das Drucksteuerventil 11 beschädigt ist, kann das Gas im Inneren des CZ-Ofens 2 nicht auf die Seite der Vakuumpumpe 8 abgeführt werden und der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 steigt unerwünscht an. Dies liegt daran, dass der Druck in dem Vakuumbereich von Anfang an höher ist als derjenige in dem Bereich mit Normalofendruck, das Innere in dem Ofendruck steigt plötzlich auf einen ungewünschten Druck an.
Wenn der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 unerwünscht ansteigt, kann das unter hohem Druck stehende Gas in dem CZ-Ofen 2 nach außen abströmen. Um einen solchen Gasaustritt zu verhindern, kann Sorge getragen werden zum Stoppen der Zufuhr von Inertgas, das in den CZ-Ofen eintritt.
Ein solches Verfahren kann jedoch den Anstieg des Drucks im Inneren des CZ-Ofens 2 verhindern, es kann jedoch nicht den Druck im Inneren des Ofens senken.
Wenn die Zufuhr von Argongas in den CZ-Ofen 2 gestoppt wird, nachdem der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einen ungewollten Wert, der die obere Grenze von 93,3 kPa des Vakuumbereichs übersteigt, wird das Inertgas, das in dem Ofen eingeschlossen ist, in Übereinstimmung mit der verbleibenden Menge des Inergases im Inneren des CZ-Ofens 2 erhitzt. In diesem Fall wird, da kein Gas in das Innere des CZ-Ofens 2 einströmt, kein Wärmeaustausch durch Gas im Inneren des Ofens erfolgen und das eingeschlossene Inertgas steigt in der Temperatur auch in Bereichen, die üblicherweise nicht erhitzt werden, an. Eine solche Temperaturzunahme in verschiedenen Zonen im Inneren des Ofens kann Dichtelemente verschiedener Arten etwa O-Ringe in der Ofenkammer brechen. Infolgedessen dringt Außenluft in die Ofenkammer von Bereichen der Ofenkammer mit einer schlechten Dichtung ein und erhöht den Druck im Inneren des Ofens. Das Gas, das in dem Ofen beinhaltet ist, wird so veranlasst, aus dem Ofen auszuströmen.
Da das Gas, das aus dem Ofen ausströmt eine hohe Temperatur hat, kann dieses Gas bei dem Operator Verbrennungen bewirken. Da die amorphe Verbindung, die in dem Gas beinhaltet ist, einen toxischen Dotanden, nämlich Arsen As, Antimon Sb oder dergleichen beinhaltet, kann es die Gesundheit des Operators beeinträchtigen. Das Ausströmen der amorphen Verbindung aus dem Ofen kontaminiert den Reinraum und beeinträchtigt in unerwünschter Weise die Qualität des Produkts und vermindert den Ertrag.
Die vorliegende Erfindung ergab sich im Hinblick auf das Voranstehende und ein zweites durch die Erfindung zu lösendes Problem ist das Vermeiden einer Beeinträchtigung des Operators, das Vermeiden einer Kontamination des Reinraums, eine Verbesserung der die Produktqualität und die Erhöhung des Produktertrags durch Hindern des Gases an einem Ausströmen, wenn ein Halbleitereinkristall, das in einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ dotiert ist, hergestellt wird.
Wie oben beschrieben, ist die übliche Siliziumeinkristallherstellungsvorrichtung 1, die mit dem Ziel des Herstellens des Produkts mit einem normalen Ofen konstruiert ist, nicht notwendigerweise geeignet zum Herstellen eines Produkts unter einem hohen Ofendruck. Wenn eine neue Siliziumeinkristallherstellungsvorrichtung, die geeignet ist zum Herstellen des Produkts bei hohem Ofendruck gesondert konstruiert wird, steigen die Ausrüstungskosten an und es kann unmöglich sein, die Vorrichtung in einem begrenzten Installationsraum unterzubringen.
Entsprechend ist bei einem dritten durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Problem die Ermöglichung einer Konstruktion einer Vorrichtung, die zum Erzeugen sowohl eines Produkts bei Normalofendruck und einem Produkt mit hohem Ofendruck durch eine einfache Modifikation der üblichen Siliziumeinkristallherstellungsvorrichtung 1, zum Steuern der Ausrüstungskosten und zum Ermöglichen der Unterbringung der Vorrichtung in einen begrenzten Raum geeignet ist, ohne dass ein neuer Ofen zugefügt wird.
Das Ziel des Regulierens des Drucks im Inneren des Ofens, das in den vorgenannten Dokumenten beschrieben wird, ist die Regulierung der Konzentration von Kohlenstoff in dem Kristall oder zum Steuern der Konzentration von Sauerstoff in der Schmelzfläche oder zum Steuern der Flussgeschwindigkeit des inerten Gases. Keine dieser Druckschriften betrifft eines der durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Probleme.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf:

eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitereinkristalls, bei der ein inertes Gas in einen Ofen eingeführt und ein Halbleitereinkristall, der mit einem Dotanden dotiert ist, im Inneren des Ofens hergestellt wird, während das Gas in dem Ofen aus einem Auslass über eine Vakuumleitung abgeführt wird, und
bei dem ein Halbleitereinkristall mit geringem Widerstand von 0,02 Ωcm oder weniger, der mit einem flüchtigen Dotanden mit einer hohen Konzentration dotiert ist und ein Halbleitereinkristall mit einem Widerstandswert höher als derjenige des Produkts mit geringem Widerstand in dem Ofen hergestellt wird, wobei die Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls aufweist:
- - eine Hochdruckofenvakuumleitung und eine Normaldruckofenvakuumleitung, die unabhängig voneinander und parallel zueinander vorgesehen sind, mit dem Auslass verbunden sind und das Gas in dem Ofen abführen;
- - ein Normaldrucksteuerventil, das in der Normaldruckofenvakuumleitung vorgesehen ist und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Hochvakuumbereichs auf einen Druckwert zwischen 0,1 und 13,3 kPa reguliert;
- - ein Hochdrucksteuerventil, das in der Hochdruckofenvakuumleitung vorgesehen ist, eine Öffnung hat, die kleiner gewählt ist als diejenigen des Normaldrucksteuerventils und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines niederen Vakuumbereichs auf einen Druck zwischen 13,3 und 93,3 kPa reguliert;
- - Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks im Inneren des Ofens;
- - Steuermittel, eingerichtet zum Steuern des Normaldrucksteuerventils und zum Steuern des Hochdrucksteuerventils; und
- - ein Steuerpaneel, eingerichtet zur Eingabe eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand oder eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand, wobei die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit niedrigem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Normaldrucksteuerventil geschlossen halten, und eine Öffnungsfläche des Hochdrucksteuerventils so steuern, dass der geringe Widerstandswert des Halbleitereinkristalls erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts, und die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit hohem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Hochdrucksteuerventil geschlossen halten und eine Öffnungsfläche des Normaldrucksteuerventils so steuern, dass der höhere Widerstandswert des Einkristallhalbleiters erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf:

eine Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls, bei der ein Inertgas in einen Ofen eingeführt wird und ein Halbleitereinkristall, das mit einem Dotanden dotiert ist im Inneren des Ofens hergestellt wird, während das Gas in dem Ofen aus einem Auslass über eine Vakuumleitung abgeführt wird, und
der Halbleitereinkristall mit geringem Widerstand von 0,02 Ωcm oder weniger, der mit einem flüchtigen Dotanden in einer hohen Konzentration dotiert ist und ein Halbleitereinkristall mit einem Widerstand der höher ist als derjenige eines Produkts mit geringem Widerstand in dem Ofen hergestellt wird, wobei die Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls aufweist:
- - eine Hochdruckofenvakuumleitung, eine Normaldruckofenvakuumleitung und eine Notvakuumleitung, die unabhängig voneinander und parallel zueinander vorgesehen sind, mit dem Auslass verbunden sind und das Gas in dem Ofen abführen;
- - ein Normaldrucksteuerventil in der Normaldruckofenvakuumleitung vorgesehen ist und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Hochvakuumbereichs auf einen Druckwert zwischen 0,1 und 13,3 kPa steuert;
- - ein Hochdrucksteuerventil, das in der Hochdruckofenvakuumleitung vorgesehen ist, eine Öffnung hat, die kleiner ist als diejenigen des Normaldrucksteuerventils und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Niedervakuumbereichs auf einen Druck zwischen 13,3 und 93,3 kPa steuert;
- - ein Öffnungsventil, das in der Notvakuumleitung vorgesehen ist;
- - Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks im Inneren des Ofens;
- - Steuermittel, eingerichtet zum Steuern des Normaldrucksteuerventils, zum Steuern des Hochdrucksteuerventils und zum Steuern des Öffnungsventils; und
- - ein Steuerpaneel, eingerichtet zum Eingeben eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand oder eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand, wobei die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist und ein Druck in dem Ofen, der von den Druckerfassungsmitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert nicht erreicht, dass Normaldrucksteuerventil geschlossen halten, eine Öffnungsfläche des Hochdrucksteuerventils so regulieren, dass der geringe Widerstandswert des Halbleitereinkristalls erzielt wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Werts, und das Öffnungsventil geschlossen halten, die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist und ein Druck in dem Ofen, der von den Steuermitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert nicht erreicht, das Hochdrucksteuerventil geschlossen halten, eine Öffnungsfläche des Normaldrucksteuerventils so regulieren, dass der höhere Widerstand des Halbleitereinkristalls erzielt wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Drucks, und das Öffnungsventil geschlossen halten,
und wenn ein Druck in dem Ofen, der von den Druckerfassungsmitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert erreicht, das Öffnungsventil offen gehalten wird.

Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls mit einer Hochdruckofenvakuumleitung20 zur Erzeugung eines hohen Ofenvakuums, einem Hochdrucksteuerventil 21, Druckerfassungsmitteln 50 und einem Steuermittel 40 versehen.
Die Hochdruckofenvakuumleitung20 für ein hohes Ofenvakuum führt das Gas in dem Ofen 2 aus den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 zu einer sicheren Außenseite über eine Vakuumpumpe 8 ab.
Das Hochdrucksteuerventil 21 ist in der Hochdruckofenvakuumleitung20 für ein hohes Ofenvakuum vorgesehen. Das Hochdrucksteuerventil 21 steuert den Druck im Inneren des Ofens 2 innerhalb eines Druckbereichs entsprechend dem Vakuumbereich zum Verhindern der Verdampfung eines flüchtigen Dotanden und zum Gewinnen eines Halbleitereinkristalls mit einer hohen Dotierungskonzentration.
Die Druckerfassungsmittel 50 detektieren den Druck P im Inneren des Ofens 2.
Das Steuermittel 40 steuert das Hochdrucksteuerventil 21 auf der Basis des erkannten Werts P der Druckerfassungsmittel 50, um so den Halbleitereinkristall mit dem gewünschten geringen Widerstandswert zu gewinnen (3, Schritt 101 bis 107).
In Übereinstimmung mit der beschriebenen Ausführungsformist das Hochdrucksteuerventil 21 derart konfiguriert, dass der Druck mit einer guten Steuerbarkeit in dem Vakuumbereich eingestellt werden kann. Die Steuerbarkeit des Drucks im Inneren des Ofens in dem Vakuumbereich ist erheblich verbessert gegenüber dem üblichen Drucksteuerventil 11, das in 1 gezeigt ist. Infolgedessen kann der Widerstandswert des Halbleitereinkristalls an dem gewünschten tiefen Widerstandswert, der Qualität des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand, das mit einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ, der ein Produkt mit hohem Ofendruck ist, kann verbessert werden, die Ertragsrate wird erhöht.
Nach dieser Ausführungsform sind weiter eine Notvakuumleitung 30, ein Öffnungsventil 31 und zweite Steuermittel vorgesehen.
Die Notvakuumleitung 30 ist unabhängig von der Hochdruckofenvakuumleitung 20 für den Hochofendruck und parallel dazu vorgesehen und mit den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 verbunden. Diese Vakuumleitung führt das Gas im Inneren des Ofens 2 ab.
Das offene Ventil 31 ist in der Notvakuumleitung 30 vorgesehen.
Das zweite Steuermittel steuert das Öffnungsventil 31, so dass das Öffnungsventil 31 in einem Fall geöffnet wird, in dem der Druck, der von den Druckerfassungsmitteln 50 im Inneren des Ofens einen ungewünschten Wert P2 (4, Schritte 201 bis 206) erreicht. Infolgedessen wird auch dann, wenn eine große Menge einer amorphen Verbindung, die einen Dotanden beinhaltet, in die Hochdruckofenvakuumleitung 20 strömt und die Hochdruckofenvakuumleitung 20 geschlossen wird aufgrund des Anhaftens und der Ansammlung der amorphen Verbindung oder das Hochdrucksteuerventil 21 zerstört, wodurch der Druck im Inneren des Ofens unerwünscht ansteigt, wird das Öffnungsventil 31 geöffnet und das Gas in dem Ofen 2 wird durch die Auslässe (Ausgänge) 4, 5 durch die Vakuumpumpe 8 an einen außenliegenden sicheren Ort durch die Notvakuumleitung 30 abgeführt, die unabhängig von der Hochdruckofenvakuumleitung 20 vorgesehen ist.
Nach dieser Ausführungsformkann, wenn ein Halbleitereinkristall, das mit einer hohen Konzentration mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ dotiert ist, erzeugt wird, das Ausströmen von Gas in das Äußere des Ofens 2 zuverlässig verhindert werden, eine Beeinträchtigung des Operators kann vermieden werden, eine Kontamination des Reinraums kann vermieden werden und die Produktqualität und der Produktertrag können verbessert werden.
Diese Ausführungsform kann auch eine Konfiguration aufweisen, bei der eine weitere Vakuumleitung 10 zusätzlich zu der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Notvakuumleitung 30, die in 2 gezeigt sind vorgesehen ist, und eine Konfiguration, in der nur eine nur die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Notvakuumleitung 30 vorgesehen sind, wie in 6 gezeigt.
In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung konstruiert sein durch neuartiges Hinzufügen der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und des Drucksteuerventils 21 an die übliche Halbleitereinkristallvorrichtung 1 (1) und Ändern der Inhalte der Prozesse, die durch die üblichen Steuermittel 40 ausgeführt werden. Es kann so eine Vorrichtung, die zum Herstellen sowohl des Produkts bei Normalofendruck und dem Produkt mit hohem Ofendruck einfach konstruiert werden durch leichtes Ändern der üblichen Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls (1), nämlich durch neuartiges Hinzufügen der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und des Drucksteuerventils 21. Im Ergebnis können die Ausrüstungskosten kontrolliert werden und die Vorrichtung kann in einem begrenzten Installationsraum angeordnet werden, ohne dass ein zusätzlicher Ofen erforderlich ist. In diesem Fall wird ein Halbleitereinkristall mit hohem Widerstand (Produkt bei normalem Ofendruck) hergestellt durch Steuern des Normaldrucksteuerventils 11, das in der Normaldruckofenvakuumleitung 10 angeordnet ist mit den Steuermitteln 40 und Regulieren des Drucks im Inneren des Ofens 2 in derselben Weise wie bei der üblichen Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls, der in 1 gezeigt ist. Für das bei normalem Ofendruck hergestellte Produkt werden die Zugbedingungen, wie die Sauerstoffkonzentration in dem Normalofendruckbereich eingestellt. Es kann damit ein Produkt bei Normalofendruck von hoher Qualität hergestellt werden mit gutem Ertrag unter Zugbedingungen, die dieselben sind bei üblichen Zugbedingungen.
Der erste Aspekt kann auch eine Ausgestaltung beinhalten, in der eine weitere Vakuumleitung 30 vorgesehen ist, zusätzlich zu der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Normaldruckofenvakuumleitung 10, wie in 2 gezeigt, und eine Ausgestaltung, bei der nur die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Normaldruckofenvakuumleitung 10 vorgesehen sind, wie in 7 gezeigt.
In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der Erfindung sind die Notvakuumleitung 30, das Öffnungsventil 31 und das zweite Steuermittel zusätzlich zu der Ausbildung in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt vorgesehen.
Der Effekt, der mit dem zweiten Aspekt erreicht wird, ist ähnlich zu derjenigen des ersten Aspekts.
Weiter wird, in Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt, ähnlich zu der ersten beschriebenen Ausführungsform , das Öffnungsventil 31 derart gesteuert (4, Schritte 201 bis 206) das das Öffnungsventil 31 in einem Fall geöffnet wird, in dem erkannt wird, dass der Druck P im Inneren des Ofens einen ungewöhnlichen Wert P2 erreicht (von den Druckerfassungsmitteln). Wenn der Druck im Inneren des Ofens 2 sich ungewöhnlich erhöht, wird das Öffnungsventil 31 geöffnet und das Gas im Inneren des Ofens 2 wird aus den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 über die Vakuumpumpe 8 an das sichere Äußere abgeführt durch die Notvakuumleitung 30, die unabhängig von der Hochdruckofenvakuumleitung20 und der Normaldruckofenvakuumleitung 10 vorgesehen ist.
In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt kann das Ausströmen von Gas zu dem Äußeren des Ofens 2 daher zuverlässig verhindert werden, ein nachteiliger Effekt für den Operator kann vermieden werden und eine Kontamination des Reinraums kann vermieden werden, die Produktqualität und der Herstellungsertrag können verbessert werden.
Figurenliste

1 zeigt die Konfiguration der üblichen Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls.
2 zeigt die Konfiguration einer Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Steuerprozess eines Normaldrucksteuerventils und eines Hochdrucksteuerventils zeigt, diese Figur zeigt die Prozesse, die in den Steuermitteln ausgeführt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerprozess des Öffnungsventils zeigt, diese Figur zeigt die Prozesse, die in den Steuermitteln ausgeführt werden.
5 zeigt die Konfiguration einer Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt die Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
7 zeigt die Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt schematisch den Fluss des Inertgases von dem CZ-Ofen zu einer Vakuumpumpe.
9 zeigt eine Entsprechungsbeziehung, in der ein Ventilwinkel über die Abszisse und der Öffnungsbereich über die Ordinate ausgeplottet ist.
10 zeigt die Beziehung zwischen dem Ventilwinkel und dem Öffnungsbereich.
11 zeigt die Entsprechungsbeziehung, in dem der Druck über die Abszisse und der Ventilwinkel über die Ordinate ausgeplottet ist.

BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
2 zeigt die Konfiguration einer Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls nach diesem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 nach diesem Ausführungsbeispiel dient zum Herstellen eines Siliziuimwafers mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ mit hoher Konzentration und einem geringen Widerstand (Produkt bei hohem Ofendruck) und einem Siliziumwafer (Produkt bei Normalofendruck) mit einer Konzentration die geringer ist und einem Widerstand der höher ist als derjenige des Produkts bei hohem Ofendruck. Die Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls ist in einem Reinraum hergestellt.
Als flüchtiges Dotand vom „N-Typ“ wird hier Antimonium Sb, roter Phosphor P und Arsen As usw. bezeichnet. Als „geringer Widerstand“ wird ein Widerstandswert angenommen, der gleich oder geringer ist als 20/1000Ωcm.
Auslässe (Ausgänge) 4, 5 aus dem CZ-Ofen 2 sind an der unteren Seite des CZ-Ofens 2 vorgesehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Struktur angenommen, in dem Gas aus der unteren Seite des CZ-Ofens 2 abgezogen wird, Gasauslässe (Ausgänge) können jedoch auch an jedem Ort des CZ-Ofens vorgesehen sein.
Die Auslässe (Ausgänge) 4, 5 des CZ-Ofens 2 sind mit einer gemeinsamen Vakuumleitung 9a verbunden.
Eine Normaldruckofenvakuumleitung 10, eine Hochdruckofenvakuumleitung 20 und eine Notvakuumleitung 30 sind parallel und unabhängig voneinander vorgesehen und mit den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 des CZ-Ofens 2 über die gemeinsame Vakuumleitung 9a verbunden. Eine gemeinsame Vakuumleitung 9b ist mit der Normaldruckofenvakuumleitung 10, der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Notvakuumleitung 30 verbunden. Ein Einlassanschluss 8a einer Vakuumpumpe 8 ist mit der gemeinsamen Vakuumleitung 9b verbunden. Ein Auslass (Ausgang) 8b der Vakuumpumpe 8 ist mit dem Äußeren des Reinraums (Atmosphäre) verbunden. Die Vakuumpumpe 8 wird von der Normaldruckofenvakuumleitung 10, der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Notvakuumleitung 30 geteilt, es ist jedoch offensichtlich möglich, individuelle Vakuumpumpen für die Normaldruckofenvakuumleitung 10, die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Notvakuumleitung 30 vorzusehen.
Die Normaldruckofenvakuumleitung 10, die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Notvakuumleitung 30 führen so das Gas, das in dem CZ-Ofen 2 war und aus den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 zu der Vakuumpumpe 8 geführt werden zum Ausführen in die Atmosphäre.
Bei der Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls nach der vorliegenden Erfindung wird ein inertes Gas wie Argongas in den CZ-Ofen 2 eingeführt und ein Siliziumeinkristallingot, das mit einem Dotanden dotiert ist, wird im Inneren des CZ-Ofens 2 erzeugt, während das Abführen des Gases in dem CZ-Ofen von den Auslässen (Ausgängen) 4, 5 über die Normaldruckofenvakuumleitung 10 und die Hochdruckofenvakuumleitung 20 abgeführt wird.
Im Inneren des CZ-Ofens 2 wird der Siliziumeinkristallingot aus einer Schmelze aufgezogen und wird durch ein CZ (Czochralski) Verfahren gezüchtet.
Das Hochvakuum wird im Inneren des Ofens 2 aufrechterhalten durch Abschotten der äußeren Atmosphäre von dem CZ-Ofen 2. Sodann wird Argongas als ein Inertgas in den CZ-Ofen 2 eingeführt und der CZ-Ofen 2 wird mit der Vakuumpumpe über die Auslässe (Ausgänge) 4, 5 evakuiert. Infolgedessen wird der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einen vorgegebenen Wert reduziert.
Verschiedene Verdampfungen werden im Inneren des CZ-Ofens 2 während des Prozesses des Aufziehens eines Einkristalls (1 batch) erzeugt.
Entsprechend wird das Innere des CZ-Ofens 2 von der Vakuumpumpe 8 evakuiert und Gas wird aus dem Inneren des CZ-Ofens 2 gemeinsam mit den Verdampfungen über die Normaldruckofenvakuumleitung 10 und Hochdruckofenvakuumleitung 20 abgeführt. Infolgedessen werden die Verdampfungen aus dem Inneren des CZ-Ofens 2 entfernt.
Ein Normaldrucksteuerventil 11 und ein Stopventil 12 sind in der Normaldruckofenvakuumleitung 10 vorgesehen. Das Normaldrucksteuerventil 11 ist durch ein Drosselventil mit einem Schmetterlingsventil ausgebildet. Das Stopventil 12 ist als ein luftbetriebenes Kugelventil ausgebildet.
Das Normaldrucksteuerventil 11 ist ausgebildet zum Regulieren des Drucks im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einen Druckbereich entsprechend einem normalen Ofendruckbereich, d. h., 0,1 bis 13,3 kPa.
Das Normaldrucksteuerventil 11 wird von einem Steuermittel 40 gesteuert, das als ein Steuermittel dient.
Das Stopventil 12 wird von einem Operator manuell gesteuert.
In der Hochdruckofenvakuumleitung 20 ist ein Hochdrucksteuerventil 21 vorgesehen, das den Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 in einem Niedervakuumbereich regelt vorgesehen, die Öffnungsgröße des Hochdrucksteuerventils 21 ist kleiner als der in dem Normaldrucksteuerventil 11.
Ein Stopventil 22 ist in der Hochdruckofenvakuumleitung 20 vorgesehen. Das Hochdrucksteuerventil 21 wird durch ein Drosselventil mit einem Schmetterlingsventil ausgebildet. Das Stopventil 22 ist durch ein luftbetriebenes Kugelventil gebildet.
Das Hochdrucksteuerventil 21 ist ausgebildet zum Regulieren des Drucks im Inneren des CZ-Ofens 2 innerhalb eines Druckbereichs entsprechend einem Untervakuumbereich.
Der Untervakuumbereich, wie er hier bezeichnet wird, ist ein Druckbereich zum Verhindern der Verdampfung der flüchtigen Dotanden und Erhöhen der Dotandenkonzentration in dem Siliziumeinkristallingot. Dies ist ein Druckbereich von 13,3 bis 93,3 kPa, in dem der Druck höher ist als in dem normalen Ofendruckbereich.
Das Hochdrucksteuerventil 21 wird von dem Steuermittel 40 gesteuert. Das Stopventil wird von dem Operator manuell gesteuert. Ein Öffnungsventil 31 ist in der Notvakuumleitung 30 vorgesehen. Das Öffnungsventil 31 wird durch ein luftbetriebenes Stopventil gebildet. Das Öffnungsventil 31 wird von dem Steuermittel 40 gesteuert.
Das Normaldrucksteuerventil 11 und das Hochdrucksteuerventil 21 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 8, 9 und 11 erläutert.
8 zeigt schematisch einen Fluss eines Inertgases von dem CZ-Ofen 2 zu der Vakuumpumpe 8.
Wenn die Flussrate des Gases, die durch ein Rohr 10 oder 20 strömt, mit Q bezeichnet wird, der Druck stromaufwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21, d. h., der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 mit P bezeichnet wird und der Druck stromabwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21 mit PB bezeichnet wird, kann die Gasflussrate Q durch die nachfolgende Gleichung (1) ausgedrückt werden: $Q = C * (P - PB)$
C in Gleichung (1) ist eine Leitfähigkeit des Drucksteuerventils 11 oder 21, ist der Leitwert des Drucksteuerventils 11 oder 21 das das Inverse des Widerstands ist. Der Leitwert C wird im Wesentlichen durch die Kanalform und den Öffnungsbereich A in dem Drucksteuerventil 11 oder 12 bestimmt. Da die Kanalform praktisch fixiert ist, ist der Leitwert C des Drucksteuerventils 11 oder 21 im Wesentlichen abhängig von einer Änderung des Öffnungsbereichs A. Wie sich aus Gleichung (1) ergibt, kann der Druck (der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2) P stromaufwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21 durch Regulieren des Leitwerts C in dem Drucksteuerventil 11 oder 21 gesteuert werden.
Der Druck (der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2) P stromaufwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21 kann durch Ändern des Öffnungsbereichs A des Drucksteuerventils 11 oder 21 und Regulieren des Leitwerts C des Drucksteuerventils 11 oder 21 gesteuert werden.
Da der Leitwert das Inverse des Widerstandswerts wird, wenn der Öffnungsbereich A klein wird, der Leitwert C klein und wenn der Öffnungsbereich A groß wird, wird der Leitwert groß.
In einem Bereich, in dem der Druck (der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2) P stromaufwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21 vergleichsweise gering ist, verbessert sich die Steuerbarkeit, wenn der Öffnungsbereich A groß ist. Umgekehrt ist in einem Bereich, in dem der Druck (der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2) P stromaufwärts des Drucksteuerventils 11 oder 21 vergleichsweise hoch, die Steuerbarkeit verbessert sich, wenn der Öffnungsbereich A klein ist.
Basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip wird die Öffnungsgröße (der maximale Wert des Öffnungsbereichs) des Normaldrucksteuerventils 11 vergleichsweise groß eingestellt und die Regulierung wird in einem Bereich mit einer großen Öffnungsfläche A ausgeführt, wodurch die Steuerbarkeit in einem Niederdruck (Hochvakuum) Bereich (normaler Ofendruckbereich) verbessert wird. Gleichzeitig wird die Öffnungsgröße (der Maximalwert des Öffnungsbereichs A) des Hochdrucksteuerventils 21 vergleichsweise klein eingestellt und die Regulierung wird ausgeführt an einem Bereich mit einer kleinen Öffnungsfläche A, wodurch die Steuerbarkeit in einem Hochdruckbereich (niedriges Vakuum) verbessert wird (Untervakuumbereich).
Bestimmte numerische Werte werden unten angegeben, um die Drucksteuerventile 11 oder 21 zu erläutern, die in der Beschreibung wiedergegebenen numerischen Werte dienen jedoch nur als Beispiel, um die Erfindung zu erläutern, die vorliegende Erfindung ist nicht auf die numerischen Werte, wie sie in der Beschreibung angegeben sind, beschränkt.
Die 9 und 10 werden zur Erläuterung verwendet basierend auf einem Vergleich der Steuerbarkeit, die halten wird, wenn der Innendurchmesser eines Rohrs der Hochdruckofenvakuumleitung 20 bis 32 mm beträgt und der Druckbereich entsprechend einem Untervakuumbereich von dem Winkel (im Folgenden als Ventilwinkel θ2 bezeichnet) des Schmetterlingsventils 21a des Hochdrucksteuerventils 21 und die Steuerbarkeit wird erreicht, wenn der Innendurchmesser eines Rohres der Normaldruckofenvakuumleitung 10 100 mm beträgt und der Druckbereich entsprechend desselben Untervakuumbereichs durch einen Winkel (im Folgenden durch einen Winkel θ1) des Schmetterlingsventils 11a des Normaldrucksteuerventils 11 reguliert wird.
9 zeigt die Entsprechungsverhältnisse L1, L2, in dem die Ventilwinkel θ1, θ2 (°) ausgeplottet sind über die Abszisse und die Öffnungsfläche A (mm²) ausgedruckt wird über die Ordinate. Wie in 9 gezeigt, ist die Öffnungsfläche der Drucksteuerventile 11, 21 so gewählt, dass sie dem Innendurchmesser des Rohres 10 bzw. 20 entsprechen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Struktur angenommen, in dem die Drucksteuerventile 11, 21 durch jeweilige Drosselventile gebildet sind und die Ventilwinkel θ1, θ2 der Schmetterlingsventile 11a, 21a werden geändert, um die Öffnungsfläche A zu regulieren und dadurch den Leitwert C zu ändern. Die Struktur der Drucksteuerventile 11, 21 ist jedoch nicht auf ein Drosselventil beschränkt und Drucksteuerventile jeder Struktur können bei der vorliegenden Erfindung genutzt werden unter der Voraussetzung, dass der Leitwert C geändert werden kann.
Wie sich aus 9 ergibt, müssen, wenn der Druckbereich entsprechend dem Untervakuumbereich geändert wird, die Ventilwinkel θ1, θ2 innerhalb eines Bereichs der Öffnungsfläche von 0 bis 700 mm² reguliert werden. Im Gegensatz dazu müssen, wenn der Druckbereich entsprechend dem Normalofendruckbereich gesteuert wird, die Ventilwinkel θ1, θ2 innerhalb eines Bereichs der Öffnungsfläche A von 700 mm² bis 4000 mm² reguliert werden.
Bei dem Hochdrucksteuerventil 21 kann der Bereich von 0 bis 700 mm² der Öffnungsfläche A entsprechend dem Untervakuumbereich reguliert werden durch Ändern des Ventilwinkels 02 innerhalb eines breiten Winkelbereichs von 0° bis 80°, wie in L2 gezeigt. Im Gegensatz dazu kann bei dem Normaldrucksteuerventil 11 der Bereich von 0 bis 700 mm² die Öffnungsfläche A entsprechend dem Untervakuumbereich reguliert werden durch Ändern des Ventilwinkels θ1 mit einem engen Winkelbereich von 67° bis 80°, wie bei L1 gezeigt.
Mit dem Normaldrucksteuerventil 11 kann der Bereich von 700 mm² bis 4000 mm² der Öffnungsfläche A entsprechend dem Normalofendruckbereich reguliert werden durch Ändern des Ventilwinkels θ1 mit dem Hochdrucksteuerventil 21 kann der Bereich von 700 mm² bis 4000 mm² der Öffnungsfläche entsprechend dem Normalofendruckbereich nicht durch Ändern des Ventilwinkels θ2 geändert werden.
10 zeigt die Beziehung zwischen den Ventilwinkeln θ1, θ2 und der Öffnungsfläche A.
Wie in den 10(a), (b), (c) und (d) gezeigt, ändert sich mit dem Hochdrucksteuerventil 21 dann, wenn der Ventilwinkel θ2 sich von 55° zu 60° ändert, d. h., um 5°, die Öffnungsfläche von 122,8 mm² bis 90,9 mm², d. h., um 31,9 mm², die Differenz der Öffnungsfläche ist verhältnismäßig klein. Im Gegensatz dazu ändert sich, wie in 9(e), (f), und (h) gezeigt, mit dem Normaldrucksteuerventil 11 dann, wenn der Winkelbereich θ1 sich von 70° bis 75° ändert, d. h. um 5°, die Öffnungsfläche von 450 mm² bis 254,3 mm², d. h., bis 195,9 mm² und die Differenz des Öffnungsbereichs A ist verhältnismäßig groß. Der Variationsbetrag der Öffnungsfläche A pro Einheitsventilwinkel (5°) in dem Untervakuumbereich (Öffnungsfläche A: 0 bis 700 mm²) ist in dem Hochdrucksteuerventil 21 viel kleiner als in dem Normaldrucksteuerventil 11.
Wie oben beschrieben, versteht es sich, dass in dem Untervakuumbereich, in dem ein Bereich der Öffnungsfläche A von 0 bis 700 mm² gesteuert wird, die Drucksteuerbarkeit des Hochdrucksteuerventils 21, das eine kleine Öffnungsgröße des Ventils hat, besser als die diejenige des Normaldrucksteuerventils 11.
11 zeigt die Entsprechungsverhältnisse L11, L21, in dem der Druck P (kPa) über die Abszisse geplottet ist und die Ventilwinkel θ1, θ2 (°) über die Ordinate geplottet sind. Diese experimentellen Daten wurden gewonnen durch Führen eines Inertgases mit einer Flussrate von 100 l/min in das Innere des CZ-Ofens 2.
In 11 werden die Variationsbeträge der Ventilwinkel θ1, θ2 in einem Druckbereich von 13,3 bis 40,0 kPa in dem Untervakuumbereich verglichen. Der Bereich von 13,3 bis 40,0 kPa wurde als ein Bereich ausgewählt, in dem der Druck mit guter Stabilität sowohl mit dem Normaldrucksteuerventil 11 als auch dem Hochdrucksteuerventil 21 gesteuert werden kann.
Wie bei L11 in 11 gezeigt, ändert sich bei dem Kontrollieren desselben Druckbereichs von 13,3 bis 40,0 kPa in dem Untervakuumbereich mit dem Normaldrucksteuerventil 11 der Ventilwinkel θ1 von 11,3° bis 19,1°, d. h., nur um 7,8°, während, wie in L21 gezeigt, bei dem Hochdrucksteuerventil 21 die Steuerung mit einem Variationsbetrag ausgeführt werden kann, der etwa doppelt so groß ist, da der große Ventilwinkel θ2 sich von 27° auf 42°, d. h. um 15° ändert. Der Vergleich, der für denselben Druckbereich ausgeführt worden ist, demonstriert weiter, dass die Drucksteuerbarkeit des Hochdrucksteuerventils 21, der eine kleine Öffnungsgröße des Ventils hat, wesentlich besser ist als derjenige des Normaldrucksteuerventils 11. Weiter werden, wie in A derselben 11 gezeigt, auf der Hochdruckseite des Unterdruckbereichs die Variationen des Drucks P gegen die Variationen des Ventilwinkels θ1 bei den Normaldrucksteuerventil instabil, die Variationen des Drucks P folgen jedoch, wie bei B gezeigt, den Variationen des Winkels θ2 bei dem Hochdrucksteuerventil 21 mit guter Stabilität. Wenn die Steuerbarkeit auf der Hochdruckseite des Unterdruckbereichs berücksichtigt wird, ist das Hochdrucksteuerventil 21, das eine kleinere Öffnungsgröße des Ventils hat, daher bezüglich der Drucksteuerstabilität dem Normaldrucksteuerventil erheblich überlegen.
Bei der obigen Erläuterung wird angenommen, dass die Öffnungsgröße der Drucksteuerventile 11, 21 dem Innendurchmesser des Rohres 10 bzw. 20 entspricht, wie in 10 gezeigt, bei einer anderen möglichen Konfiguration sind die Innendurchmesser der Rohre 10, 20 dieselben und schließlich die Öffnungsgröße der Drucksteuerventile 11, 21 sind unterschiedlich.
Eine Konfiguration des Steuermittels 40, das das Normaldrucksteuerventil 11 und das Hochdrucksteuerventil 21 steuert, wird unten erläutert.
Wie in 2 gezeigt, weist das Steuermittel 40 ein Steuerpaneel 43, einen Normalofendruckcontroller 41 und einen Hochofendruckcontroller 42 auf.
Ein Druckerfassungsmittel 50, das indirekt den Druck P im Inneren des CZ-Ofens 2 durch Erkennen des Drucks des Gases, das in der gemeinsamen Vakuumleitung 9a strömt, misst, ist in der Vakuumleitung 9a vorgesehen. Das Druckerfassungsmittel50 weist einen ersten Drucksensor 51 und einen zweiten Drucksensor 52 auf. Der erste Drucksensor 51 ist durch einen Druckschalter mit einem Zweikontaktausgang konfiguriert. Bei dem ersten Drucksensor 51 werden die Drücke P1, P2 (P1 < P2) als Kontaktausgangswerte (Schwellenwerte) eingestellt. Wenn der detektierte Druck P den Schwellenwert P1 erreicht, wird ein Alarmkontaktsignal ausgegeben und wenn der Druck P den Schwellenwert P2 erreicht, wird ein unnormales Kontaktsignal ausgegeben.
Der zweite Drucksensor 52 ist durch einen Analogsensor gebildet und dient zum Erkennen des vorhandenen Ofendruckwertes P in dem CZ-Ofens 2 und zum Ausgeben als einen Druckmonitorwert.
Das Unnormal/Alarm-Kontaktsignal, das von dem ersten Drucksensor 51 ausgegeben wird, wird in die Steuerpaneele 43 eingegeben. Ein Drucksignal P (Monitor), das von dem zweiten Drucksensor ausgegeben wird, wird als ein Rückkopplungssignal in den Normalofendruckcontroller 41 und den Hochofendruckcontroller 42 eingegeben.
Die Steuerpaneele 43 sind, wie unten beschrieben, mit einem Schalter versehen, der die Produktion unter Normalofendruckbedingungen und unter Hochofendruckbedingungen instruiert.
Wenn ein Normalofendruckzustand zum Herstellen des Normalofendrucks von dem Schalter instruiert wird, erzeugt das Steuerpaneel ein Drucksignal (SET) entsprechend dem Normalofendruckzustand und gibt das Signal an den Normalofendruckcontroller 41 aus. Das Drucksignal (SET) entspricht einem Solldruckwert Pr1 in dem Normalofendruckbereich. Der Normalofendruckcontroller 41 berechnet einen Ventilwinkel θ1 zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Solldruckwert Pr1 und dem Drucksignal P (Monitor) auf null und gibt ein Ventilwinkelsignal an das Normaldrucksteuerventil 11 aus. Infolgedessen wird das Schmetterlingsventil 11a des Normaldrucksteuerventils 11 betätigt und der Ventilwinkel θ1 ändert sich auf den befohlenen Winkel.
Wenn ein Hochofendruckzustand zum Erzeugen des Hochofendruckprodukts von dem Schalter instruiert wird, erzeugt das Steuerpaneel 43 ein Drucksignal (SET) entsprechend dem Hochofendruckzustand und gibt das Signal an den Hochofendruckcontroller 42 aus. Das Drucksignal (SET) entspricht einem Solldruckwert Pr2 in dem Unter-Vakuumbereich. Der Hochofendruckcontroller 42 berechnet einen Ventilwinkel θ2 zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Solldruckwert Pr2 und dem Drucksignal P (Monitor) auf null und gibt als ein Ventilwinkelsignal an das Hochdrucksteuerventil 21 aus. Infolgedessen wird das Schmetterlingsventil 21a des Hochdrucksteuerventils 21 betätigt und der Ventilwinkel θ2 ändert sich auf den befohlenen Winkel.
Wenn ein Unnormal-Kontaktsignal eingegeben wird, erzeugt die Steuerpaneele 43 ein Öffnungssignal zum Öffnen des Öffnungsventils 31 und gibt das erzeugte Signal an das Öffnungsventil 31 aus. Infolgedessen wird das Öffnungsventil 31 von dem luftbetriebenen Aktuator geöffnet und die Notvakuumleitung 30 wird geöffnet. In einem normalen Zustand wird ein Schließsignal ausgegeben (Öffnungssignal OFF) von der Steuerpaneele 43 und das Öffnungsventil 31 wird geschlossen und die Notvakuumleitung 30 wird geschlossen.
Die Inhalte der Prozesse, die von dem Steuermittel 40 ausgeführt werden, werden unten unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme, die in den 3 und 4 gezeigt sind, erläutert.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerprozessvorgang des Normaldrucksteuerventils 11 und des Hochdrucksteuerventils 21 zeigt.
Wenn der Operator den Schalter der Steuerpaneele 43 betätigt und instruiert und einen Normalofendruckzustand zum Herstellen eines Normalofendruckprodukts als einen Ziehzustand eingibt (Schritt 101), wird ein Drucksignal (SET) an den Normalofendruckcontroller 41 und den Hochofendruckcontroller 42 ausgegeben, um das Normaldrucksteuerventil 11 in einen offenen Zustand zu bringen und das Hochdrucksteuerventil 21 in einen geschlossenen Zustand zu bringen, um die Normaldruckofenvakuumleitung 10 zu verwenden. Infolgedessen wird das Schmetterlingsventil 11a des Normaldrucksteuerventils 11 betätigt und das Normaldrucksteuerventil 11 nimmt einen offenen Zustand an. Das Schmetterlingsventil 21a des Hochdrucksteuerventils 21 wird weiter betätigt und das Hochdrucksteuerventil 21 nimmt einen geschlossenen Zustand an (Schritt 108).
Sodann wird ein Drucksignal (SET), das den Solldruckwert Pr1 entsprechend dem Normalofendruckzustand entspricht, angibt, erzeugt und wird an den Normalofendruckcontroller 41 ausgegeben. Der Normalofendruckcontroller 41 berechnet einen Ventilwinkel θ1 zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Solldruckwert Pr1 und dem Drucksignal P (Monitor), der von dem zweiten Drucksensor 52 detektiert worden ist, auf null und gibt diesen als Ventilwinkelsignal an das Normaldrucksteuerventil 11 aus. Infolgedessen wird das Schmetterlingsventil 11a des Normaldrucksteuerventils 11 betätigt und der Ventilwinkel θ1 ändert sich auf den befohlenen Winkel (Schritte 109, 110).
Wenn das Drucksignal P (Monitor), das von dem zweiten Drucksensor 52 detektiert worden ist, den Solldruckwert Pr1 erreicht, wird das Aufziehen des Siliziumeinkristallingots gestartet (Step 111). Infolgedessen wird ein Siliziumeinkristallingot mit geringer Konzentration und hohem Widerstand unter dem Normalofendruckzustand gezogen, während der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einen gewünschten Wert innerhalb des Normalofendruckbereichs gesteuert wird. Wenn das Aufziehen unter dem Normalofendruckzustand endet (Schritt 106, wird der Befehl des Aufziehzustands gelöscht (Schritt 107) und der Prozess kehrt zu dem ursprünglichen Schritt 101 zur Vorbereitung auf den nächsten Batch zurück.
Wenn der Operator den Schalter der Steuerpaneele 43 betätigt und einen Hochofendruckzustand zum Herstellen eines Hochofendruckprodukts als einen Aufziehzustand (Schritt 101) eingibt, wird ein Drucksignal (SET) an den Normalofendruckcontroller 41 und den Hochofendruckcontroller 42 ausgegeben, um das Hochdrucksteuerventil 21 in einem Öffnungszustand einzustellen und das Normaldrucksteuerventil 11 in einen geschlossenen Zustand einzustellen, um so die Hochdruckofenvakuumleitung 20 zu verwenden. Das Schmetterlingsventil 21a des Hochdrucksteuerventils 21 wird weiter betätigt und das Hochdrucksteuerventil 21 nimmt einen geöffneten Zustand an. Wenn die Drucksteuerung mit der Hochdruckofenvakuumleitung 20 ausgeführt wird, kann die Normaldruckofenvakuumleitung 10 geschlossen werden. Durch Steuern des Leitwerts derart, dass diese ausreichend geringer als der Leitwert des Hochdrucksteuerventils 21 ist, kann die Drucksteuerbarkeit in dem Unter-Vakuumbereich ohne übermäßiges Erhöhen des Öffnungsausmaßes der Normaldruckofenvakuumleitung 10 verbessert werden (Schritt 102).
Es wird sodann ein Drucksignal (SET) erzeugt, das den Solldruckwert Pr2 entsprechend dem Hochofendruckzustand angibt, und an den Hochofendruckcontroller 42 ausgegeben. Der Hochofendruckcontroller 42 berechnet einen Ventilwinkel 02 zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Solldruckwert Pr2 und dem Drucksignal P (Monitor), der von dem zweiten Drucksensor 52 detektiert worden ist, auf null und gibt diesen als ein Ventilwinkelsignal an das Hochdrucksteuerventil 21 aus. Infolgedessen wird das Schmetterlingsventil 21a des Hochdrucksteuerventils 21 betätigt und der Ventilwinkel θ2 betätigt sich auf den befohlenen Winkel (Schritt 103, 104).
Wenn das Drucksignal P (Monitor), das von dem zweiten Drucksensor 52 detektiert worden ist, den Solldruckwert Pr2 erreicht, wird das Ziehen des Siliziumeinkristallingots gestartet (Schritt 105). Infolgedessen wird ein Siliziumeinkristallingot mit flüchtigem Dotanden mit hoher Konzentration vom N-Typ und einem geringen Widerstand unter dem Hochofendruckzustand aufgezogen, während der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 auf einem gewünschten Wert innerhalb des Untervakuumbereichs gesteuert wird. Wenn das Ziehen unter dem Hochofendruckzustand endet (Schritt 106) wird der Befehl des Ziehzustands gelöscht (Schritt 107) und der Prozess kehrt zu dem Ausgangsschritt (101) zur Vorbereitung auf den nächsten Batch zurück.
Das in 3 gezeigte Flussdiagramm wird unter der Annahme erläutert, dass entweder die Drucksteuerung in dem Untervakuumbereich oder die Drucksteuerung in dem Normalofendruckbereich ausgeführt wird, die Drucksteuerung wird jedoch nicht in einem Druckbereich einschließlich des Bereichs ausgeführt, der den Untervakuumbereich mit dem Normalofendruckbereich in einem Einbatch-Einzugprozeß überbrückt. Jedoch kann ein Siliziumeinkristallingot auch in einem Druckbereich aufgezogen werden einschließlich des Bereiches, der den Untervakuumbereich und den Normalofendruckbereich überbrückt. In einem solchen Fall wird die Verarbeitung durchgeführt, bei dem das Normaldrucksteuerventil 11 und das Hochdrucksteuerventil 21 gleichzeitig gesteuert werden unter Verwendung einer Steuerformel wie einer PID Steuerung.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerprozessvorgang für das Öffnungsventil 31 zeigt. Der in 4 gezeigte Prozess wird parallel mit dem in 3 gezeigten ausgeführt.
Wenn der Operator den Schalter der Steuerpaneele 43 betätigt und einen Hochofendruckzustand instruiert und eingibt zum Erzeugen eines Hochofendruckprodukts als einen Ziehzustand (Schritt 201) wird ein Alarm/Unnormal-Prozess des Schrittes 202 und die nachfolgenden Schritte ausgeführt. Dies liegt daran, dass der Untervakuumberereich, in dem das Hochofendruckprodukt ursprünglich erzeugt worden ist, einen Druck hat, der höher ist als derjenige des Normalofendruckbereichs und daher der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 schnell auf einen unnormalen Druck ansteigen kann.
In Schritt 202 wird bestimmt, ob ein Alarmkontaktsignal von dem ersten Drucksensor 51 ausgegeben worden ist (Schritt 202).
In einem Fall, in dem der Detektionsdruck P den Schwellenwert P1 erreicht hat und das Alarmkontaktsignal ausgegeben worden ist, wird ein Alarmerzeugungsmittel wie ein Buzzer oder ein Warnlicht (in der Figur nicht gezeigt) betätigt und ein Alarm für den Operator wird ausgelöst. Der Schwellenwert P1 wird, beispielsweise, auf 84,0 kPa eingestellt (Schritt 203.
Sodann wird bestimmt, ob ein Unnormalkontaktsignal von dem ersten Drucksensor 51 ausgegeben worden ist (Schritt 204).
Wenn der detektierte Druck P den Schwellenwert P2 erreicht hat und ein Unnormalkontaktsignal ausgegeben worden ist, wird der Unnormalprozess durchgeführt. Ein Öffnungssignal für das Öffnen des Öffnungsventils 31 wird erzeugt und an das Öffnungsventil 31 ausgegeben. Infolgedessen kann das Öffnungsventil 31 von einem luftbetriebenen Aktuator geöffnet werden und eine Notvakuumleitung 30 wird geöffnet. Zu demselben Zeitpunkt wird eine Drucksteuerung, die den Druck in dem CZ-Ofen 2 auf den Solldruckwert steuert, gestoppt. Der Schwellenwert P2 wird, beispielsweise, auf 90,7 kPa eingestellt (Schritte 205, 206).
Die Erklärung in Bezug auf 4 wurde unter der Annahme vorgenommen, dass der Alarm/Unnormal-Prozess von Schritt 202 und die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden, wenn ein Hochofendruckzustand zum Herstellen eines Hochofendruckprodukts als eine Zugbedingung befohlen ist, die Alarm/Unnormal-Verarbeitung des Schritts 202 und die nachfolgenden Schritte können jedoch auch in einer ähnlichen Weise ausgeführt werden, wenn der Normalofendruckzustand zum Herstellen eines Normalofendruckprodukts befohlen ist.
Der Effekt des ersten Ausführungsbeispiels wird unten erläutert. (Effekt A) Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Hochdrucksteuerventil 21, das den Druck mit einer guten Steuerbarkeit in dem Untervakuumbereich regulieren kann, in der Hochdruckofenvakuumleitung 20 vorgesehen und das Hochdrucksteuerventil 21 wird durch das Steuermittel 40 gesteuert (Schritte 101 bis 107 in 3). Die Verdampfung des Dotanden wird daher verhindert und die Steuerung auf die gewünschte Dotandenkonzentration kann mit einer guten Genauigkeit ausgeführt werden. Infolgedessen kann die Qualität des Siliziumeinkristalls mit geringem Widerstand, das mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ mit einer hohen Konzentration dotiert ist, das ein Hochofendruckprodukt ist, verbessert werden und der Produktionsertrag eines solchen Kristalls wird erhöht.
(Effekt B) Weiter reicht nach dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Fall, bei dem der Druck P im Inneren des CZ-Ofens, der von dem Drucksensor 51 detektiert worden ist, den unnormalen Druck P2, steuert das Steuermittel 40 das Öffnungsventil 31, so dass das Öffnungsventil 31 (Schritte 201 bis 206 in 4). Auch wenn eine große Menge einer amorphen Zusammensetzung, die einen Dotanden beinhaltet, in der Hochdruckofenvakuumleitung 20 strömt und die Hochdruckofenvakuumleitung 20 durch das Anhaften und die Ansammlung der amorphen Zusammensetzung verstopft wird oder wenn das Hochdrucksteuerventil 21 dadurch zerstört wird und der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 unnormal ansteigt, wird das Öffnungsventil 31 daher geöffnet und das Gas in dem CZ-Ofen 2 wird über die Auslässe (Ausgänge) 4, 5 über die Vakuumpumpe 8 an einen äußeren sicheren Ort durch die Notvakuumleitung 30 abgegeben, die unabhängig von der Hochdruckofenvakuumleitung 20 vorgesehen ist.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann, wenn ein Siliziumeinkristall mit geringem Widerstand, der mit einem flüchtigen Dotanden vom N-Typ dotiert ist, hergestellt wird, der Ausstrom von Gas aus dem CZ-Ofen 2 zuverlässig verhindert werden, der nachteilige Effekt, der auf den Operator einwirkt, kann daher vermieden werden, eine Kontamination des Reinraums kann vermieden werden und die Produktqualität und die Produktausbeute können verbessert werden.
(Effekt C) In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung, die zum Herstellen sowohl des Normalofendruckprodukts als auch des Hochofendruckprodukts auf einfache Weise konstruiert werden durch leichtes Ändern der üblichen Halbleitereinkristallvorrichtung 1 (1), nämlich durch zusätzliches Hinzufügen der Hochdruckofenvakuumleitung20 und des Drucksteuerventils 21. Infolgedessen können die Ausrüstungskosten gesteuert werden und die Vorrichtung kann in einem begrenzten Raum inszeniert werden, ohne einen weiteren Ofen hinzuzufügen.
In diesem Fall wird ein Halbleitereinkristall mit hohem Widerstand (Normalofendruckprodukt) hergestellt durch Steuern des Normaldrucksteuerventils 11, das in der Normaldruckofenvakuumleitung 10 angeordnet ist mit dem Steuermittel 40 in derselben Weise wie bei der Vorrichtung zum Herstellen eines üblichen Halbleitereinkristalls, die in 1 gezeigt ist, und Regulieren des Drucks im Inneren des CZ-Ofens 2 innerhalb des Normalofendruckbereichs wie bei dem üblichen Vorgehen. Bei dem Normalofendruckprodukt werden die Ziehbedingungen wie die Sauerstoffkonzentration in dem normalen Ofendruckbereich eingestellt. Das Normalofendruckprodukt kann daher mit einer hohen Qualität erzeugt werden bei einer guten Ausbeute unter Ziehbedingungen, die denjenigen der üblichen Ziehbedingungen identisch sind.
Einige Komponenten des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels können weggelassen oder geändert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
5 zeigt eine Ausbildung, bei der, verglichen mit 2, eine Normaldruckofenvakuumleitung 10 und eine Notvakuumleitung 30 mit Ausnahme der Hochdruckofenvakuumleitung 20 weggelassen sind und nur die Hochdruckofenvakuumleitung 20 als eine Vakuumleitung, die den CZ-Ofen 2 mit der Vakuumpumpe 8 verbindet, vorgesehen ist. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der oben beschriebene Effekt A erreicht werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
6 zeigt eine Ausbildung, bei der, verglichen mit der von 2, auf eine Normaldruckofenvakuumleitung 10 mit Ausnahme der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Notvakuumleitung 30 verzichtet wird und nur die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Notvakuumleitung 30 als Vakuumleitungen vorgesehen sind, die den CZ-Ofen 2 mit der Vakuumpumpe 8 verbinden.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel können die oben beschriebenen Effekte A und B erreicht werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
7 zeigt eine Konfiguration bei der, verglichen mit derjenigen von 2, die Notvakuumleitung 30 mit Ausnahme der Hochdruckofenvakuumleitung 20 und der Normaldruckofenvakuumleitung 10 weggelassen ist und nur die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Normaldruckofenvakuumleitung 10 als Vakuumleitungen, die den CZ-Ofen 2 mit der Vakuumpumpe 8 verbinden, vorgesehen sind.
Mit dem vierten Ausführungsbeispiel können die oben beschriebenen Effekte A und C erreicht werden.
Weiter kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Notöffnungsprozess in der Notvakuumleitung 30 ausgeführt werden in der Normaldruckofenvakuumleitung 10. In einem Fall, wo der Druck im Inneren des CZ-Ofens 2 einen unnormalen Wert erreicht, wenn das Hochdrucksteuerventil 21 der Hochdruckofenvakuumleitung 20 kontrolliert wird durch Öffnen des Drucksteuerventils 11 der Normaldruckofenvakuumleitung 10, die Notabfuhr ausgeführt werden und das Ausströmen des Gases vom Inneren des CZ-Ofens 2 nach außerhalb des Ofens kann vermieden werden.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Vakuumbereich in zwei Bereiche, zwei Vakuumleitungen, die Hochdruckofenvakuumleitung 20 und die Normaldruckofenvakuumleitung 10 geteilt und zwei Drucksteuerventile 21, 11 entsprechend diesen Vakuumleitungen 20, 10 sind entsprechend den aufgeteilten Bereichen vorgesehen, und der Druck des Gases, das in diesen Vakuumleitungen strömt, wird reguliert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf zwei Vakuumbereiche, zwei Leitungen 20, 10 und zwei Drucksteuerventile 21, 11 beschränkt. Wenn eine Vakuumleitung und ein Drucksteuerventil, das den Druck in dem Untervakuumbereich revidieren kann, vorgesehen sind, kann der Vakuumbereich in drei oder mehr Bereiche aufgeteilt sein, drei oder mehr Vakuumleitungen und drei oder mehr Drucksteuerventile entsprechend diesen Vakuumleitungen können vorgesehen sein entsprechend den Teilbereichen, und der Druck des Gases, der in diesen Vakuumleitungen strömt, kann reguliert werden.
Weiter werden die Ausführungsbeispiele unter der Annahme erläutert, dass ein Siliziumeinkristall als ein Halbleitereinkristall hergestellt wird, die vorliegende Erfindung kann jedoch in ähnlicher Weise bei dem Fall angewendet werden, bei der ein Halbleiter, der ein anderer als ein Silizium oder eine Halbleiterverbindung ist, wie Galliumarsen, hergestellt wird. Weiter wird ein CZ-Verfahren als ein Zugverfahren bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Zugverfahren beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann offenbar auf einen Fall angewendet werden, bei dem ein Halbleitereinkristall durch ein Ziehverfahren, bei dem ein magnetisches Feld angelegt wird, angewendet werden (MCZ-Verfahren). Weiter kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Fall angewendet werden, bei dem ein Halbleitereinkristall durch ein anderes Ziehverfahren gezogen wird, das von dem CZ-Verfahren (MCZ-Verfahren) wie einem FZ-Verfahren.
Bezugszeichenliste

1: Siliziumeinkristallproduktionsvorrichtung
2: CZ-Ofen
3: Vakuumpumpe
4: Auslässe (Abgänge)
8: Vakuumpumpe
8a: Einlassanschluss
8b: Auslass (Ausgang)
9a, 9b: gemeinsamen Vakuumleitung
10: Normaldruckofenvakuumleitung
11: Normaldrucksteuerventil
11a: Schmetterlingsventils
12: Stopventil
20: Hochdruckofenvakuumleitung
21: Hochdrucksteuerventil
21a: Schmetterlingsventil
22: Stopventil
30: Notvakuumleitung
31: Öffnungsventil
40: Steuermittel
41: Normalofendruckcontroller
42: Hochofendruckcontroller
43: Steuerpaneel
50: Druckerkennungsmittel
51: erster Drucksensor
52: zweiter Drucksensor

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitereinkristalls, bei der ein inertes Gas in einen Ofen eingeführt und ein Halbleitereinkristall, der mit einem Dotanden dotiert ist, im Inneren des Ofens hergestellt wird, während das Gas in dem Ofen aus einem Auslass über eine Vakuumleitung abgeführt wird, und bei dem ein Halbleitereinkristall mit einem geringen Widerstand von 0,02 Ωcm oder weniger, der mit einem flüchtigen Dotanden in einer hohen Konzentration dotiert ist, und ein Halbleitereinkristall mit einem Widerstandswert höher als derjenige des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand in dem Ofen hergestellt wird, wobei die Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls aufweist: - eine Hochdruckofenvakuumleitung und eine Normaldruckofenvakuumleitung, die unabhängig voneinander und parallel zueinander vorgesehen sind, mit dem Auslass verbunden sind und das Gas in dem Ofen abführen; - ein Normaldrucksteuerventil, das in der Normaldruckofenvakuumleitung vorgesehen ist und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Hochvakuumbereichs auf einen Druckwert zwischen 0,1 und 13,3 kPa reguliert; - ein Hochdrucksteuerventil, das in der Hochdruckofenvakuumleitung vorgesehen ist, eine Öffnungsfläche hat, die kleiner gewählt ist als diejenige des Normaldrucksteuerventils und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Niedervakuumbereichs auf einen Druck zwischen 13,3 und 93,3 kPa reguliert; - Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks im Inneren des Ofens; - Steuermittel, eingerichtet zum Steuern des Normaldrucksteuerventils und zum Steuern des Hochdrucksteuerventils; und - ein Steuerpaneel, eingerichtet zur Eingabe eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand oder eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand, wobei die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit niedrigem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Normaldrucksteuerventil geschlossen halten, und eine Öffnungsfläche des Hochdrucksteuerventils so steuern, dass der geringe Widerstandswert des Halbleitereinkristalls erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts, und die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit hohem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist, das Hochdrucksteuerventil geschlossen halten und eine Öffnungsfläche des Normaldrucksteuerventils so steuern, dass der höhere Widerstandswert des Einkristallhalbleiters erhalten wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Druckwerts.
Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls, bei der ein Inertgas in einen Ofen eingeführt wird und ein Halbleitereinkristall, das mit einem Dotanden dotiert ist im Inneren des Ofens hergestellt wird, während das Gas in dem Ofen aus einem Auslass über eine Vakuumleitung abgeführt wird, und der Halbleitereinkristall mit einem geringen Widerstand von 0,02 Ωcm oder weniger, der mit einem flüchtigen Dotanden in einer hohen Konzentration dotiert ist, und ein Halbleitereinkristall mit einem Widerstandswert höher als derjenige des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand in dem Ofen hergestellt wird, wobei die Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitereinkristalls aufweist: - eine Hochdruckofenvakuumleitung, eine Normaldruckofenvakuumleitung und eine Notvakuumleitung, die unabhängig voneinander und parallel zueinander vorgesehen sind, mit dem Auslass verbunden sind und das Gas in dem Ofen abführen; - ein Normaldrucksteuerventil in der Normaldruckofenvakuumleitung vorgesehen ist und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Hochvakuumbereichs auf einen Druckwert zwischen 0,1 und 13,3 kPa reguliert; - ein Hochdrucksteuerventil, das in der Hochdruckofenvakuumleitung vorgesehen ist, eine Öffnungsfläche hat, die kleiner ist als diejenige des Normaldrucksteuerventils und den Druck im Inneren des Ofens innerhalb eines Niedervakuumbereichs auf einen Druck zwischen 13,3 und 93,3 kPa reguliert; - ein Öffnungsventil, das in der Notvakuumleitung vorgesehen ist; - Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks im Inneren des Ofens; - Steuermittel, eingerichtet zum Steuern des Normaldrucksteuerventils, zum Steuern des Hochdrucksteuerventils und zum Steuern des Öffnungsventils; und - ein Steuerpaneel, eingerichtet zum Eingeben eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand oder eines Befehls zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand, wobei die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit geringem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist und ein Druck in dem Ofen, der von den Druckerfassungsmitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert nicht erreicht, das Normaldrucksteuerventil geschlossen halten, eine Öffnungsfläche des Hochdrucksteuerventils so regulieren, dass der geringe Widerstandswert des Halbleitereinkristalls erzielt wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Werts, und das Öffnungsventil geschlossen halten, die Steuermittel, wenn der Befehl zum Herstellen des Halbleitereinkristalls mit höherem Widerstand über das Steuerpaneel eingegeben worden ist und ein Druck in dem Ofen, der von den Steuermitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert nicht erreicht, das Hochdrucksteuerventil geschlossen halten, eine Öffnungsfläche des Normaldrucksteuerventils so regulieren, dass der höhere Widerstand des Halbleitereinkristalls erzielt wird, auf der Grundlage des von den Druckerfassungsmitteln erfassten Drucks, und das Öffnungsventil geschlossen halten, und - wenn ein Druck in dem Ofen, der von den Druckerfassungsmitteln erfasst worden ist, einen abnormalen Wert erreicht, das Öffnungsventil offen gehalten wird.