DE112008003322T5

DE112008003322T5 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE112008003322T5
Application number: DE112008003322T
Authority: DE
Inventors: Takao Annaka-shi ABE
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: CN101849043B; DE112008003322B4; US8337616B2; TW200946722A; KR101473788B1; JP2009155131A; US20100229785A1; KR20100112114A; WO2009081523A1; CN101849043A; TWI405877B; JP5163101B2

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, mindestens umfassend: eine Kammer; einen Tiegel in der Kammer; eine Heizeinrichtung, die um den Tiegel herum angeordnet ist; einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Impfkristalls; und einen Hauptdurchlass für den Impfkristall und den wachsenzulassenden Einkristall; sowie
zur Herstellung des Einkristalls durch Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in dem Tiegel enthalten ist, durch die Heizeinrichtung, Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, wobei
die Vorrichtung ein zylindrisches Quarzrohr mit einem unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche und eine kuppelförmige Quarzplatte aufweist,
das Quarzrohr von einem oberen Abschnitt der Kammer durch den Hauptdurchlass derart angeordnet ist, dass der untere Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt und die Quarzplatte so angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt,
das Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem mindestens der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert und die Quarzplatte...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von verschiedenen Kristallmaterialien, wie beispielsweise Halbleitern, Dielektrika und Magneten, mittels des Czochralski-Verfahrens (nachfolgend als das CZ-Verfahren bezeichnet).
STAND DER TECHNIK
Es wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls verwendet, um Einkristalle, wie beispielsweise Halbleiter, Dielektrika und Magnete, gemäß dem CZ-Verfahren herzustellen. Die Vorrichtung umfasst einen Tiegel, eine Heizeinrichtung und dergleichen, die in einer Kammer aufgenommen sind, wobei der Tiegel so angetrieben wird, dass er sich um sein Zentrum dreht, und die Heizeinrichtung um den Tiegel herum angeordnet ist, erwärmt einen polykristallinen Rohstoff, der in den Tiegel eingeführt wird, mittels der Heizeinrichtung, um eine polykristalline Schmelze zu erhalten, taucht einen Impfkristall, der an einem unteren Ende einer oberen Achse, wie beispielsweise einen Draht, angebracht ist, in die polykristalline Schmelze und lässt einen vorbestimmten Einkristall unterhalb des Imfpkristalls mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach oben wachsen, indem der Impfkristall mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit unter Drehung der oberen Achse nach oben gezogen wird.
Die 4 zeigt ein Beispiel für eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls 13 gemäß dem CZ-Verfahren. In der 4 zeigt 1 den Tiegel, der den polykristallinen Rohstoff 2 aufnimmt, und eine zylindrische Heizeinrichtung 3, die aus Graphit usw. besteht, ist am äußeren Umfang des Tiegels angeordnet. Je nach Bedarf wird ein Bodenabschnitts-Wärmeisolationsmaterial 4 unterhalb des Tiegels 1 angeordnet und ein zylindrisches wärmeisolierendes Material 5 ist außerhalb der Heizeinrichtung 3 angeordnet. Sie sind in einer unteren Kammer 6 oder einer oberen Kammer 7 untergebracht.
Darüber hinaus ist ein Hauptdurchlass 8 zum Ziehen des Einkristalls in der oberen Kammer 7 vorgesehen.
Wenn der Einkristall mittels der vorstehenden herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls 13 hergestellt wird, wird der polykristalline Rohstoff 2 mit einer Widerstandserwärmungsheizeinrichtung 3 geschmolzen, die aus Graphit usw. besteht und die um den Tiegel 1 herum angeordnet ist. Allerdings gibt es das Problem, dass die Schmelzzeit in den letzten Jahren proportional zur steigenden Beschickungsmenge (einer Schmelzmenge) aufgrund eines größeren Kristalldurchmessers länger wird.
Außerdem wird die mittels der Heizeinrichtung 3 erzeugte Wärme nach oben durch die obere Kammer 7 oder den Hauptdurchlass 8 für den Einkristall abgeleitet, und zwar zur gleichen Zeit, zu der auch Wärme von einer Oberfläche des geschmolzenen Rohstoffs und des Tiegels durch die obere Kammer 7 oder den Hauptdurchlass 8 abgeleitet wird, wodurch die für das Schmelzen erforderliche Zeit verlängert wird.
Zum Beispiel benötigt bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls mit einem großen Durchmesser das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs eine elektrische Leistung von 200 bis 300 kW/h und fast die ganze Wärmemenge wird von einer wassergekühlten Kammerwand nach außen abgegeben. Die Vorrichtung muss daher eine geeignete Temperatur beibehalten und verhindern, dass sich die Wärmemenge in einer Wandoberfläche in einer heißen Zone verbraucht.
Aufgrund dessen wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls offenbart, die es ermöglicht, die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs dadurch zu verkürzen, dass sie eine zusätzliche Heizvorrichtung mit einer Lampe oder einem Laser separat von der um den Tiegel herum angeordneten Heizeinrichtung umfasst (siehe zum Beispiel das japanische Patent mit der Offenlegungsnummer (Kokai) H10-81595 ).
Zusätzlich dazu wird, um zu verhindern, dass Wärme in einen oberen Abschnitt der Kammer abgestrahlt wird, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls offenbart, bei der eine wärmeabschirmende Platte über dem Tiegel angeordnet ist, wenn der polykristalline Rohstoff geschmolzen wird (siehe japanisches Patent mit der Offenlegungsnummer (Kokai) H10-158091 ) und bei der ein scheibenförmiges reflektierendes Material, das aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Mo, W oder Si, hergestellt ist, beim Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs angordnet wird (siehe japanisches Patent mit der Offenlegungsnummer (Kokai) 2001-213691 ).
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, gibt es das Problem, dass, da die Schmelzmenge des polykristallinen Rohstoffs mit größerem Durchmesser eines Halbleiter-Einkristalls in den letzten Jahren steigt, die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, proportional zur Schmelzmenge länger wird, der Stromverbrauch dem gemäß steigt und der Verlust an Herstellungszeit für den Kristall auch größer wird.
Im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls zur Verfügung zu stellen, mit denen es möglich ist, die Produktionskosten und die Stromkosten dadurch zu senken, dass die Schmelzdauer verkürzt und folglich auch die Zykluszeit verkürzt wird.
Um diese Aufgabe zu erzielen, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung, mindestens umfassend: eine Kammer; einen Tiegel in der Kammer; eine Heizeinrichtung, die um den Tiegel herum angeordnet ist; einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Impfkristalls; und einen Hauptdurchlass für den Impfkristall und den wachsenzulassenden Einkristall; sowie zur Herstellung des Einkristalls durch Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in dem Tiegel enthalten ist, durch die Heizeinrichtung, Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, wobei die Vorrichtung ein zylindrisches Quarzrohr mit einem unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche und eine kuppelförmige Quarzplatte aufweist, das Quarzrohr von einem oberen Abschnitt der Kammer durch den Hauptdurchlass derart angeordnet ist, dass der untere Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt und die Quarzplatte so angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt, das Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem zumindest der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert, und die Quarzplatte einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden.
Auf diese Weise ist die vorliegende Erfindung derart aufgebaut, dass das zylindrische Quarzrohr so angeordnet ist, dass es dem oberen Abschnitt des Tiegel gegenüberliegt, das Quarzrohr den reflektierenden Aufbau hat, bei dem der untere Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche die Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert, und die kuppelförmige Quarzplatte so angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt, wobei die Quarzplatte den reflektierenden Aufbau hat, bei dem während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs Wärmestrahlen in Richtung auf den Tiegel reflektiert werden.
Gemäß diesem Aufbau können Wärmestrahlen, die von der Heizeinrichtung und dem Tiegel zum Hauptdurchlass abgeleitet werden, verdichtet werden, so dass sie mittels des zylindrischen Quarzrohrs in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden, und können Wärmestrahlen die zur Kammer hin abgeleitet werden, verdichtet werden, so dass sie mittels der Quarzplatte in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden, wodurch Wärme, die normalerweise verschwendet wird, einem Nutzen zugeführt werden kann. Das Schmelzen kann dadurch gefördert werden, dass die Gesamtwärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt wird, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung erhöht wird und dass die für das Schmelzen erforderliche Zeit verkürzt werden kann. Demgemäß kann die Zeit, die für die Herstellung des Einkristalls erforderlich ist, verkürzt werden und können eine Verbesserung der Produktivität und eine Verringerung der Produktionskosten erzielt werden.
Außerdem werden als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte vorzugsweise die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung ausgeführt.
Wenn die Plattierung, Verdampfung oder Beschichtung mit Gold, das eine gute Reflexionsrate für Heizstrahlen hat, als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte ausgeführt wird, kann auf diese Weise die Reflexionswirkung der Heizstrahlen von der Heizeinrichtung verstärkt werden und kann die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs weiter verkürzt werden.
Wenn die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau der Quarzplatte ausgeführt werden, hat darüber hinaus die Quarzplatte vorzugsweise einen Sandwich-Aufbau, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Wenn die Quarzplatte den Sandwich-Aufbau hat, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind, kann daher verhindert werden, dass ein dünner Goldfilm abblättert, und es kann verhindert werden, dass während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs und der Herstellung des Einkristalls Verunreinigungen eingelagert werden. Darüber hinaus kann verhindert werden, dass der dünne Goldfilm während des Reinigens der Quarzplatte abblättert.
Außerdem ist es bevorzugt, dass das Quarzrohr eine Halogenlampe im Inneren hat und die Halogenlampe so angeordnet ist, dass ein verdichtender und reflektierender Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs ausgebildet wird.
Wenn die Halogenlampe derart im Inneren des Quarzrohrs als Zusatz zur Heizeinrichtung angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs ausgebildet wird, kann auf diese Weise die Wärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt ist, erhöht werden und dadurch die Zeit, die zum Schmelzen notwendig ist, weiter verkürzt werden.
Darüber hinaus kann das Quarzrohr eine Linse als verdichtender und reflektierender Aufbau der Halogenlampe haben.
Wenn eine Linse vorgesehen ist, kann auf diese Weise das Quarzrohr leicht den polykristallinen Rohstoff ins Zentrum der Wärmestrahlen bringen, die von der Halogenlampe abgestrahlt werden, und dadurch kann das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs weiter gefördert werden.
Außerdem können das Quarzrohr und/oder die Quarzplatte einen wassergekühlten Mechanismus und/oder einen luftgekühlten Mechanismus zum Ableiten der Wärme aufweisen.
Wenn Kühlmechanismen für das Quarzrohr und die Quarzplatte vorgesehen werden, kann auf diese Weise der Wärmewiderstand des Quarzrohrs und der Quarzplatte verbessert werden, wodurch diese für eine lange Zeit verwendet und die Kosten für das Quarzrohr und die Quarzplatte reduziert werden können.
Ferner kann das Quarzrohr nach oben und unten bewegt werden.
Wenn das Quarzrohr nach oben und unten bewegt werden kann, kann das Quarzrohr leicht den polykristallinen Rohstoff ins Zentrum der von dem reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs zu reflektierenden Wärmestrahlen bringen.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß dem Czochralski-Verfahren zur Verfügung, umfassend das Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in einem Tiegel enthalten ist, durch Erwärmen mittels einer Heizeinrichtung und das Wachsenlassen des Einkristalls durch Ziehen eines Impfkristalls, nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht wurde, wobei während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs durch Erwärmen ein zylindrisches Quarzrohr von einem oberen Abschnitt einer Kammer durch einen Hauptdurchlass derart angeordnet wird, dass ein unterer Abschnitt des Quarzrohrs einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt, wobei das zylindrische Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau besitzt, bei dem zumindest der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert, und einen unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche hat, und wobei eine kuppelförmige Quarzplatte derart angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt, wobei die kuppelförmige Quarzplatte einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden, das Erwärmen und das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs, das Herausnehmen des Quarzrohrs aus der Kammer nach dem Schmelzen und das anschließende Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Rohstoffschmelze und das Ziehen des Einkristalls, um den Einkristall zu erzeugen.
Auf diese Weise wird das zylindrische Quarzrohr, das den reflektierenden Aufbau besitzt, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden, und den unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche aufweist, durch den Hauptdurchlass derart angeordnet, dass der untere Abschnitt dem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt, ist die kuppelförmige Quarzplatte, die den reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden, um das Quarzrohr herum angeordnet, wird der polykristalline Rohstoff geschmolzen und wird dann der Einkristall erzeugt, nachdem das Quarzrohr, das im Hauptdurchlass angeordnet ist, aus der Kammer herausgenommen wird.
Gemäß diesem Verfahren können Wärmestrahlen von der Heizeinrichtung und dem Tiegel, die in Richtung auf den Hauptdurchlass abgeleitet werden, so verdichtet werden, dass sie vom Quarzrohr in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden, und Wärmestrahlen, die in Richtung auf die Kammer abgeleitet werden, können so verdichtet werden, dass sie von der Quarzplatte in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden, wodurch die Gesamtwärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt wird, im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren erhöht werden kann. Demgemäß kann die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, verkürzt werden, wodurch die Produktionszeit des Einkristalls verkürzt werden kann, und es können daher eine Verbesserung der Produktivität und eine Reduzierung der Produktionskosten erzielt werden.
Außerdem werden das Quarzrohr und die Quarzplatte, die der Goldplattierung, der Goldverdampfung oder der Goldbeschichtung unterworfen werden, vorzugsweise als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte verwendet.
Bei Verwendung des Quarzrohrs und der Quarzplatte, die der Plattierung, Verdampfung oder Beschichtung mit Gold, das eine gute Reflexionsrate für Wärmestrahlen hat, unterworfen werden, kann auf diese Weise die Reflexionwirkung der Wärmestrahlen vom Tiegel und dergleichen erhöht werden, und die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs kann weiter verkürzt werden.
Wenn weiterhin die Quarzplatte, die der Goldplattierung, der Goldverdampfung oder der Goldbeschichtung unterworfen wird, als reflektierender Aufbau verwendet wird, bedient man sich vorzugsweise der Quarzplatte mit einem Sandwich-Aufbau, bei dem die Goldplatteriung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Wenn die Quarzplatte mit dem Sandwich-Aufbau, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind, verwendet wird, kann verhindert werden, dass ein dünner Goldfilm abblättert, und es kann verhindert werden, dass während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs und der Herstellung des Einkristalls Verunreinigungen eingearbeitet werden. Darüber hinaus kann auch verhindert werden, dass der dünne Goldfilm während des Reinigens der Quarzplatte abblättert.
Weiterhin wird vorzugsweise das Quarzrohr, das eine Halogenlampe aufweist, die so angeordnet ist, dass ein verdichtender und reflektierender Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs gebildet wird, verwendet.
Wenn das Quarzrohr als Zusatz zur Heizeinrichtung verwendet wird, wobei bei dem Quarzrohr die Halogenlampe derart im Inneren angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs gebildet wird, kann auf diese Weise die Wärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt ist, während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs erhöht werden und dadurch die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, weiter verkürzt werden.
Darüber hinaus kann ein Quarzrohr mit einer Linse als verdichtender Aufbau der Halogenlampe verwendet werden.
Wenn das Quarzrohr, das die Linse aufweist, verwendet wird, kann auf diese Weise der polykristalline Rohstoff leicht ins Zentrum der Wärmestrahlen gebracht werden, die von der Halogenlampe abgestrahlt werden, und kann dadurch das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs weiter gefördert werden.
Außerdem kann der polykristalline Rohstoff unter Kühlen des Quarzrohrs und/oder der Quarzplatte mittels Wasser und/oder Luft geschmolzen werden, wenn der polykristalline Rohstoff erwärmt und geschmolzen wird.
Wenn die Kühlmechanismen des Quarzrohrs und der Quarzplatte vorgesehen werden, kann auf diese Weise der Wärmewiderstand des Quarzrohrs und der Quarzplatte verbessert werden, wodurch diese für eine lange Zeit verwendet und die Kosten für das Quarzrohr und die Quarzplatte verringert werden können.
Ferner kann weiter das Quarzrohr, das in der Lage ist, den polykristallinen Rohstoff ins Zentrum der Wärmestrahlen zu bringen, indem es sich nach oben und unten bewegt, verwendet werden.
Wenn das Quarzrohr nach oben und unten bewegt werden kann, kann das Quarzrohr den polykristallinen Rohstoff leicht ins Zentrum der Wärmestrahlen bringen, die durch den reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs reflektiert werden.
Da, wie oben beschrieben, die Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung in nützlicher Weise die Wärme verwenden kann, die normalerweise aufgrund der Ableitung durch den Hauptdurchlass und die Kammer verschwendet wird, kann die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verkürzt werden, wodurch eine Verkürzung der Produktionszeit des Einkristalls erzielt werden kann und demgemäß eine Verbesserung der Produktivität und der Reduzierung der Herstellungskosten erzielt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein anderes Beispiel für die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, die die Halogenlampe zeigt, die in dem zylindrischen Quarzrohr vorgesehen ist, das im Beispiel 2 verwendet wird.
4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zeigt.
BESTES VERFAHREN ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich erläutert.
Wie oben erwähnt, war es erwünscht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls zu entwickeln, die die Verbesserung der Produktivität und die Verringerung der Produktionskosten, die zu erzielen sind, durch eine Verkürzung der Schmelzzeit des polykristallinen Rohstoffs und folglich durch eine Verkürzung des Zykluszeit ermöglichen.
Im Hinblick darauf hat der vorliegende Erfinder seine Aufmerksamkeit auf die Wärme gerichtet, die durch den Hauptdurchlass für den Einkristall und die Kammer abgeleitet wird, und wiederholt intensiv Untersuchungen durchgeführt, um die Möglichkeiten einer sinnvollen Nutzung der Wärme zu prüfen.
Als Ergebnis hat der vorliegende Erfinder überlegt, die Schmelze zu unterstützen, indem er die wärme, die durch den Hauptdurchlass und die Kammer abgeleitet wird, verdichtet und in Richtung auf den in dem Tiegel enthaltenen polykristallinen Rohstoff reflektiert, und dadurch wird die vorliegende Erfindung vollendet.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die 1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 12, die in der 1 gezeigt ist, zeigt 1 den Tiegel, der den polykristallinen Rohstoff 2 aufnimmt, und eine zylindrische Heizeinrichtung 3, die aus Graphit usw. hergestellt ist, wird am äußeren Umfang des Tiegels angeordnet. Je nach Bedarf wird ein Bodenabschnitts-Wärmeisolationsmaterial 4 unterhalb des Tiegels 1 angeordnet, und ein zylindrisches wärmeisolierendes Material 5 wird außerhalb der Heizeinrichtung 3 angeordnet. Sie sind in einer unteren Kammer 6 oder einer oberen Kammer 7 untergebracht. Darüber hinaus ist der Hauptdurchlass 8 zum Ziehen des Einkristalls in der oberen Kammer 7 vorgesehen.
Hier wird in der vorliegenden Erfindung das zylindrische Quarzrohr 9a von der oberen Kammer 7 durch den Hauptdurchlass 8 angeordnet, und die kuppelförmige Quarzplatte 10 ist so angeordnet, dass sie das Quarzrohr 9a umgibt.
Das zylindrische Quarzrohr 9a weist den unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche und den reflektierenden Aufbau auf, bei dem die Wärmestrahlen in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff 2 im Tiegel 1 reflektiert werden. Die Quarzplatte 10 weist den reflektierenden Aufbau auf, bei dem die Wärmestrahlen in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff 2 im Tiegel 1 reflektiert werden.
Hier liegt das Quarz einer heißen Zone derart gegenüber, dass es eine hohe Temperatur im reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs 9a und der Quarzplatte 10 hat. Ein Inneres eines zylindrischen Rohrs in dem Quarzrohr 9a und eine Seite der oberen Kammer 7 in der Quarzplatte 10 entsprechen jeweils dem reflektierenden Aufbau. Es ist zu beachten, dass ein Abschnitt des reflektierenden Aufbaus vorzugsweise ein dualer Aufbau ist, der mit Quarz bedeckt ist, so dass der reflektierende Aufbau nicht dem Inneren der Kammer ausgesetzt ist.
Wie oben beschrieben ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass das zylindrische Quarzrohr, das den reflektierenden Aufbau aufweist, bei dem wenigstens der untere Abschnitt die Wärmestrahlen reflektiert, und den unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche hat, oberhalb des Tiegels angeordnet ist und die kuppelförmige Quarzplatte, die den reflektierenden Aufbau hat, bei dem die Wärmestrahlen in Richtung auf den Tiegel reflektiert werden, um das Quarzrohr herum angeordnet ist und dann der polykristalline Rohstoff geschmolzen wird.
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die Wärmestrahlen von der Heizeinrichtung, die in Richtung auf den Hauptdurchlass und die Kammer abgeleitet werden, verdichtet werden und in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden, wodurch die Wärme einem Nutzen zugeführt werden kann. Demgemäß kann die Wärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt ist, im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung erhöht werden, kann die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, verkürzt werden und können daher eine Verbesserung der Produktivität und eine Reduzierung der Prdouktionskosten erzielt werden.
Hier kann die Goldplatteriung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte ausgeführt werden.
Wenn die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte ausgeführt werden, kann auf diese Weise die Reflexionswirkung der Wärmestrahlen von der Heizeinrichtung erhöht werden und daher kann die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs weiter verkürzt werden. Insbesondere können die Gold plattierung und dergleichen an einer unteren Fläche und/oder einer Seitenfläche des Inneren des Quarzrohrs durchgeführt werden. Darüber hinaus können die Goldplattierung und dergleichen an einer Oberfläche einer Kammerseite der Quarzplatte durchgeführt werden.
In dem Fall der Goldplattierung ist die Reflexionswirkung 0,85, sie ist ausreichend höher als die des Graphitmaterials und des Quarzmaterials, so dass die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, daher verkürzt werden kann.
Wenn außerdem die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau der Quarzplatte ausgeführt werden, kann die Quarzplatte den Sandwich-Aufbau haben, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Wenn die Quarzplatte den Sandwich-Aufbau hat, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind, kann auf diese Weise verhindert werden, dass der dünne Goldfilm abblättert, und es kann verhindert werden, dass während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs und der Herstellung des Einkristalls Verunreinigungen eingearbeitet werden. Darüber hinaus kann auch verhindert werden, dass der dünne Goldfilm während des Reinigens der Quarzplatte abblättert.
Weiterhin können das Quarzrohr und/oder die Quarzplatte zum Ableiten der Wärme mit dem wassergekühlten Mechanismus und/oder dem luftgekühlten Mechanismus ausgestattet werden.
Wenn die Kühlmechanismen des Quarzrohrs und der Quarzplatte vorgesehen werden, kann auf diese Weise der Wärmewiderstand des Quarzrohrs und der Quarzplatte verbessert werden, so dass sie, selbst wenn die Goldplattierung und dergleichen durchgeführt werden, für eine lange Zeit verwendet und die Kosten des Quarzrohrs und der Quarzplatte verringert werden können.
Das Quarzrohr wird vorzugsweise mit Wasser gekühlt und die Quarzplatte wird vorzugsweise mit Luft gekühlt. Argongas, das von der Kammer eingeführt wird, wird vorzugsweise zum Kühlen der Quarzplatte mit Luft verwendet.
Weiterhin kann das Quarzrohr, das sich nach oben und nach unten bewegen kann, eingesetzt werden.
Wenn das Quarzrohr nach oben und nach unten bewegt werden kann, kann auf diese Weise der polykristalline Rohstoff leicht ins Zentrum der durch den reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs zu reflektierenden Wärmestrahlen gebracht werden.
Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines anderen Beispiels der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 12', der in der 2 gezeigt ist, zeigt 1 den Tiegel, der den polykristallinen Rohstoff 2 aufnimmt, und die zylindrische Heizeinrichtung 3, die aus Graphit usw. hergestellt ist, wird am äußeren Umfang des Tiegels angeordnet. Je nach Bedarf ist das Bodenabschnitts-Wärmeisolationsmaterial 4 unterhalb des Tiegels 1 angeordnet, und ein zylindrisches, wärmeisolierendes Material 5 ist außerhalb der Heizeinrichtung 3 angeordnet. Diese sind in der unteren Kammer 6 oder der oberen Kammer 7 untergebracht. Darüber hinaus ist der Hauptdurchlass 8 zum Ziehen des Einkristalls in der oberen Kammer 7 vorgesehen. Dieser Aufbau ist derselbe wie in der 1, was die Anordnung der kuppelförmigen Quarzplatte 10 anbelangt.
Der Aufbau des Quarzrohrs 9b unterscheidet sich von der 1. Das heißt, dass das zylindrische Quarzrohr 9b die Halogenlampe 11 hat, die derart im Inneren angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau ausgebildet wird.
Wenn die Halogenlampe im Inneren des Quarzrohrs als Zusatz zur Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs gebildet wird, kann auf diese Weise die Wärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt ist, weiter erhöht werden und dadurch die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, weiter verkürzt werden. In diesem Fall werden die Goldplattierung und dergleichen auch vorzugsweise an der Bodenseite im Inneren des Quarzrohrs 9b durchgeführt.
Wenn die Halogenlampe verwendet wird, wie oben beschrieben, kann das Schmelzen des polykristalline Rohstoffs weiter dadurch gefördert werden, dass auch die Wärmestrahlen, die vom Tiegel abgeleitet werden, durch die Wärmestrahlen, die von der Halogenlampe abgestrahlt werden, aktiv reflektiert werden.
Hier kann das Quarzrohr mit der Linse als der kondensierende Aufbau eingesetzt werden.
Wenn die Linse vorgesehen ist, kann auf diese Weise das Quarzrohr leicht den polykristallinen Rohstoff ins Zentrum der Wärmestrahlen bringen, die von der Halogenlampe abgestrahlt werden, und dadurch kann das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs weiter gefördert werden.
In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Goldplattierung und dergleichen auch an der Seitenfläche des Quarzrohrs durchgeführt wird.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 erläutert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt.
Zuerst wird ein Stück des polykristallinen Rohstoffs 2 in den Tiegel 1 in der Kammer der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 12 gegeben.
Dann wird der polykristalline Rohstoff 2 erwärmt und mit der Heizeinrichtung 3 geschmolzen.
In diesem Fall wird das zylindrische Quarzrohr 9a von der oberen Kammer 7 durch den Hauptdurchlass 8 so angeordnet, dass zumindest der untere Abschnitt dem oberen Abschnitt des Tiegels 1 gegenüberliegt, wobei das zylindrische Quarzrohr den reflektierenden Aufbau besitzt, bei dem der untere Abschnitt die Wärmestrahlen reflektiert, und den unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche hat.
Gleichzeitig ist die kuppelförmige Quarzplatte 10 so angeordnet, dass sie das zylindrische Quarzrohr 9a umgibt, wobei die kuppelförmige Quarzplatte den reflektierenden Aufbau hat, bei dem die Wärmestrahlen zum Tiegel 1 hin reflektiert werden.
Auf diese Weise wird das zylindrische Quarzrohr 9a, das den reflektierenden Aufbau hat, bei dem die Wärmestrahlen in Richtung auf den Tiegel reflektiert werden, und den unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche aufweist, durch den Hauptdurchlass so angeordnet ist, dass der untere Abschnitt dem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt, und gleichzeitig wird die kuppelförmige Quarzplatte, die den reflektierenden Aufbau hat, bei dem die Wärmestrahlen in Richtung auf den Tiegel reflektiert werden, um das Quarzrohr angeordnet, und der polykristalline Rohstoff wird geschmolzen. Gemäß diesem Verfah ren können die Wärmestrahlen, die von der Heizeinrichtung und dem Tiegel in Richtung auf den Hauptdurchlass abgeleitet werden, durch das Quarzrohr verdichtet werden, können die Wärmestrahlen, die in Richtung auf die Kammer abgeleitet werden, durch die Quarzplatte verdichtet werden, und beide verdichteten Wärmestrahlen können in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden. Die Wärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt wird, kann daher im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren erhöht werden, und demgemäß kann die Zeit, die zum Schmelzen erforderlich ist, verkürzt werden.
Nach dem Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs 2 wird das zylindrische Quarzrohr 9a vom Hauptdurchlass 8 nach oben gezogen und aus der Kammer entnommen.
Dann wird der Impfkristall (nicht gezeigt) mit der polykristallinen Rohstoffschmelze in Kontakt gebracht, und der Einkristall wird durch Ziehen des Impfkristalls mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit erzeugt.
In diesem Fall wird der Einkristall wünschenswerterweise in dem Zustand erzeugt, in dem die Quarzplatte 10 in der Kammer verbleibt. Die Wärmestrahlen, die in Richtung auf die Kammer abgeleitet werden, werden durch die Quarzplatte 10, die selbst während der Herstellung des Einkristalls in der Kammer verbleibt, verdichtet und reflektiert, wie oben beschrieben, so dass die Wärmemenge, die von der Heizeinrichtung oder der Schmelze abgeleitet wird, verringert werden kann und der Strom für die Heizeinrichtung demgemäß während des Wachsenlassens des Kristalls niedrig gehalten werden kann. Die Stromkosten können daher weiter verbessert werden.
Die Quarzplatte 10 wird wünschenswerterweise aus der Kammer entnommen, um diese nach dem Abschluss der Einkristallherstellung zu reinigen.
Da das Reinigen der Quarzplatte nach dem Abschluss der Einkristallherstellung es ermöglicht, dass die Quarzplatte rein gehalten wird, kann die Einführung von Verunreinigungen in die Schmelze unterdrückt werden und die Reflexionswirkung der Wärme kann auf einem hohen Niveau gehalten werden.
Hierbei kann der polykristalline Rohstoff mittels des Quarzrohrs und der Quarzplatte, die einer Goldplattierung, Goldverdampfung oder Goldbeschichtung als reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte unterworfen werden, geschmolzen werden.
Wenn das Quarzrohr und die Quarzplatte, die einer Goldplattierung, -verdampfung oder -beschichtung unterworfen werden, als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte verwendet werden, kann auf diese Weise die Reflexionswirkung der Wärmestrahlen von der Heizeinrichtung erhöht werden und die Schmelzzeit des polykristallinen Rohstoffs kann weiter verkürzt werden.
Wenn die Quarzplatte, die der Goldplattierung, der Goldverdampfung oder der Goldbeschichtung unterworfen wird, als reflektierender Aufbau verwendet wird, wird vorzugsweise die Quarzplatte verwendet, die den Sandwich-Aufbau hat, in dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Wenn die Quarzplatte, die den Sandwich-Aufbau hat, bei dem die Goldplatteriung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind, verwendet wird, kann auf diese Weise verhindert werden, dass der dünne Goldfilm abblättert, und kann verhindert werden, dass während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs und der Herstellung des Einkristalls Verunreinigungen eingeführt werden. Darüber hinaus kann auch verhindert werden, dass der dünne Goldfilm während des Reinigens der Quarzplatte abblättert.
Weiterhin wird vorzugsweise das Quarzrohr mit der Halogenlampe verwendet, die im Inneren derart angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs ausgebildet wird.
Wenn das Quarzrohr verwendet wird, bei dem die Halogenlampe im Inneren so angeordnet ist, dass der verdichtende und reflektierende Aufbau gebildet wird, um den polykristallinen Rohstoff zu erwärmen, kann auf diese Weise die Wärmemenge, der der polykristallinen Rohstoff ausgesetzt wird, während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs erhöht werden und dadurch die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, weiter verkürzt werden.
Darüber hinaus kann das Quarzrohr mit der Linse als kondensierender Aufbau der Halogenlampe verwendet werden.
Wenn das Quarzrohr mit der Linse verwendet wird, kann auf diese Weise der polykristalline Rohstoff leicht ins Zentrum der Wärmestrahlen gebracht werden, die von der Halogenlampe abgestrahlt werden, und dadurch kann das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs weiter gefördert werden.
Außerdem kann der polykristalline Rohstoff unter Kühlen des Quarzrohrs und/oder der Quarzplatte durch Wasser und/oder Luft zum Ableiten der Wärme geschmolzen werden.
Wenn die Kühlmechanismen des Quarzrohrs und der Quarzplatte vorgesehen werden, kann auf diese Weise der Wärmewiderstand des Quarzrohrs und der Quarzplatte verbessert werden. Daher können sie für eine lange Zeit verwendet werden und die Kosten für das Quarzrohr und die Quarzplatte können reduziert werden.
Hierbei wird das Quarzrohr vorzugsweise mit Wasser gekühlt und die Quarzplatte wird vorzugsweise mit Luft gekühlt. Argongas, das von der Kammer eingeführt wird, wird vorzugsweise zum Kühlen der Quarzplatte mit Luft verwendet.
Darüber hinaus kann das Quarzrohr, das nach oben und unten bewegt werden kann, verwendet werden.
Wenn das Quarzrohr nach oben und unten bewegt werden kann, kann das Quarzrohr leicht den polykristallinen Rohstoff ins Zentrum der von dem reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs zu reflektierenden Wärmestrahlen bringen.
Wie oben erwähnt können gemäß der Vorrichtung und dem Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung die Wärmestrahlen, die von der Wärmeeinrichtung und dem Tiegel in Richtung auf den Hauptdurchlass abgeleitet werden, so verdichtet werden, dass sie durch das zylindrische Quarzrohr in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert zu werden, und die Wärmestrahlen, die in Richtung auf die Kammer abgeleitet werden, können so verdichtet werden, dass sie durch die Quarzplatte in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff reflektiert werden. Die Wärme, die üblicherweise verschwendet wird, kann dadurch einem Nutzen zugeführt werden. Das Schmelzen kann daher durch eine Erhöhung der Gesamtwärmemenge, der der polykristalline Rohstoff ausgesetzt ist, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung und einem herkömmlichen Verfahren gefördert werden, und die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich ist, kann verkürzt werden. Demgemäß kann die Zeit, die für die Herstellung des Einkristalls erforderlich ist, verkürzt werden, und daher können die Verbesserung der Produktivität und die Verringerung der Produktionskosten erzielt werden. Da insbesondere die vorliegende Erfindung den Rohstoff in kurzer Zeit schmelzen, kann, ohne dass der Strom ansteigt, kann eine Verschlechterung des Tiegels, wie beispielsweise eines Quarztie gels, unterdrückt werden. Als Ergebnis gibt es auch Nebeneffekte, mit denen das Auftreten von Stufenversetzungen des Einkristalls aufgrund des Tiegels unterdrückt werden können, und das Verhältnis des Erhaltens des Einkristalls wird verbessert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher bezogen auf die Beispiele und das Vergleichsbeispiel beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Ein Silizium-Einkristall wurde mittels der Vorrichtung zur Herstellung eines in der 1 gezeigten Einkristalls hergestellt. Der Tiegel, der einen Durchmesser von 32 Zoll (80 cm) hatte, wurde verwendet und ein polykristalliner Silizium-Rohstoff von 300 kg wurde in den Tiegel gegeben. Der Strom, der von der Heizeinrichtung auf den polykristallinen Rohstoff und den Tiegel angelegt wurde, wurde auf 200 kW eingestellt.
Das Quarzrohr, das einer Goldplattierung an seinem unteren Abschnitt und seiner Seitenfläche unterworfen wurde, wurde durch den Hauptdurchlass so angeordnet, dass es dem Tiegel gegenüberlag. Die Quarzplatte, die einer Goldplattierung unterworfen wurde, um die Wärmestrahlen in Richtung auf den Tiegel zu reflektieren, wurde so angeordnet, dass sie das Quarzrohr umgab. Dann wurde das polykristalline Silizium geschmolzen.
Zu dieser Ziet wurde die Zeit, die für das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs erforderlich war, gemessen. Als Ergebnis war das Schmelzen des polykristallinen Siliziums nach 13 Stunden abgeschlossen.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Silizium-Einkristall wurde wie im Beispiel 1 unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines in der 4 gezeigten Einkristalls ohne Anordnung des Quarzrohrs und der Quarzplatte in der Kammer hergestellt. Die Zeit, die für das Schmelzen des polykristallinen Siliziums notwendig war, wurde wie im Beispiel 1 gemessen.
Das polykristalline Silizium wurde ohne die Anordnung des Quarzrohrs und der Quarzplatte und ohne Verdichten und Reflexion der Wärmestrahlen, die in Richtung auf den Hauptdurchlass und die Kammer abgeleitet wurden, geschmolzen. Als Ergebnis betrug die Schmelzzeit 15 Stunden, es war also für das Schmelzen eine längere Zeit als beim Beispiel 1, bei dem die Wärmestrahlen verdichtet und reflektiert wurden, nötig.
(Beispiel 2)
Das polykristalline Silizium wurde wie im Beispiel 1 geschmolzen und die Zeit, die für das Schmelzen erforderlich war, wurde wie im Beispiel 1 mittels des Quarzrohrs 9b der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 12' geschmolzen, wie in der 2 gezeigt, wobei das Quarzrohr die der 3 gezeigte Halogenlampe aufwies.
Neun Halogenlampen mit 5 kW, also insgesamt 45 kW, wurden in dem Quarzrohr angeordnet, und das Quarzrohr hatte den Aufbau, bei dem mittels einer Quarzlinse verdichtet wurde. Es wurde berechnet, dass die Wärmewirkung, die die Wärme mit Ausnahme einer Verdichtungsrate umfasste, 58 war und dass darunter 20 kW zum Schmelzen beitrugen.
Im Beispiel 2 war die Zeit, die zum Schmelzen des polykristallinen Silizium notwendig ist, dadurch, dass es eine zusätzliche Erwärmung durch die Halogenlampe gab, 10 Stunden.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist nur eine Veranschaulichung und alle Beispiele, die weitgehend dieselben Merkmale haben und dieselben Funktionen und Wirkungen zeigen wie die im technischen Konzept, das in den Ansprüche der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sind vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, zumindest umfassend: eine Kammer; einen Tiegel in der Kammer; eine Heizeinrichtung, die um den Tiegel herum angeordnet ist; einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Impfkristalls; und einen Hauptdurchlass für den Impfkristall und den wachsenzulassenden Einkristall; sowie zur Herstellung des Einkristalls durch Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in dem Tiegel enthalten ist, durch die Heizeinrichtung, Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, wobei die Vorrichtung ein zylindrisches Quarzrohr mit einem unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche und eine kuppelförmige Quarzplatte aufweist, das Quarzrohr von einem oberen Abschnitt der Kammer durch den Hauptdurchlass derart angeordnet ist, dass der untere Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt, und die Quarzplatte so angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt, das Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem mindestens der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert und die Quarzplatte einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden. Als Ergebnis wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt, die es ermöglicht, dass Zykluszeit durch eine Verkürzung der Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs verkürzt wird, und die es ermöglicht, dass die Produktionskosten und die Stromkosten verringert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 10-81595 [0008]
- JP 10-158091 [0009]
- JP 2001-213691 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, mindestens umfassend: eine Kammer; einen Tiegel in der Kammer; eine Heizeinrichtung, die um den Tiegel herum angeordnet ist; einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Impfkristalls; und einen Hauptdurchlass für den Impfkristall und den wachsenzulassenden Einkristall; sowie zur Herstellung des Einkristalls durch Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in dem Tiegel enthalten ist, durch die Heizeinrichtung, Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Schmelze und Ziehen des Impfkristalls, wobei die Vorrichtung ein zylindrisches Quarzrohr mit einem unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche und eine kuppelförmige Quarzplatte aufweist, das Quarzrohr von einem oberen Abschnitt der Kammer durch den Hauptdurchlass derart angeordnet ist, dass der untere Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt und die Quarzplatte so angeordnet ist, dass sie das Quarzrohr umgibt, das Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem mindestens der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert und die Quarzplatte einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte ausgeführt sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 2, wobei, wenn die Goldplattierung, die Goldverdampfung oder die Goldbeschichtung als reflektierender Aufbau der Quarzplatte ausgeführt sind, die Quarzplatte einen Sandwich-Aufbau hat, bei dem die Goldplattierung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Quarzrohr im Inneren eine Halogenlampe aufweist und die Halogenlampe so angeordnet ist, dass ein verdichtender und reflektierender Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs gebildet wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 4, wobei das Quarzrohr eine Linse als verdichtender und reflektierender Aufbau der Halogenlampe hat.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Quarzrohr und/oder die Quarzplatte einen wassergekühlten Mechanismus und/oder einen luftgekühlten Mechanismus zum Ableiten von Wärme aufweisen.
Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Quarzrohr nach oben und nach unten bewegt werden kann.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahren, umfassend das Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, der in einem Tiegel enthalten ist, durch Erwärmen mittels einer Heizeinrichtung und das Wachsenlassen des Einkristalls durch Ziehen eines Impfkristalls, nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht wurde, wobei während des Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs durch Erwärmen ein zylindrisches Quarzrohr von einem oberen Abschnitt einer Kammer durch einen Hauptdurchlass derart angeordnet wird, dass ein unterer Abschnitt des Quarzrohrs einem oberen Abschnitt des Tiegels gegenüberliegt, wobei das zylindrische Quarzrohr einen reflektierenden Aufbau besitzt, bei dem wenigstens der untere Abschnitt Wärmestrahlen reflektiert, und einen unteren Abschnitt in Form einer gebogenen Fläche hat, und wobei eine kuppelförmige Quarzplatte derart angeordnet wird, dass sie das Quarzrohr umgibt, wobei die kuppelförmige Quarzplatte einen reflektierenden Aufbau hat, bei dem Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert werden, das Erwärmen und das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs, das Herausnehmen des Quarzrohrs aus der Kammer nach dem Schmelzen und das anschließende Kontaktieren des Impfkristalls mit der polykristallinen Rohstoffschmelze und das Ziehen des Einkristalls, um den Einkristall zu erzeugen.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 8, wobei das Quarzrohr und die Quarzplatte verwendet werden, die der Goldplattierung, der Goldverdampfung oder der Goldbeschichtung als reflektierenden Aufbau des Quarzrohrs und der Quarzplatte unterworfen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 9, wobei bei Verwendung der Quarzplatte, die der Goldplattierung, der Goldverdampfung oder der Goldbeschichtung als reflektierenden Aufbau unterworfen wird, die Quarzplatte mit einem Sandwich-Aufbau verwendet wird, bei dem die Goldplatteriung, die Goldverdampfung und die Goldbeschichtung mit Quarz bedeckt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Quarzrohr mit einer Halogenlampe verwendet wird, die derart angeordnet ist, dass ein verdichtender und reflektierender Aufbau zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 11, wobei das Quarzrohr mit einer Linse als verdichtenden Aufbau der Halogenlampe verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der polykristalline Rohstoff unter Kühlen des Quarzrohrs und/oder der Quarzplatte mittels Wasser und/oder Luft beim Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs mittels Erwärmen geschmolzen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei weiter das Quarzrohr verwendet wird, das in der Lage ist, den polykristallinen Rohstoff dadurch ins Zentrum der Wärmestrahlen zu bringen, dass es nach oben und nach unten bewegt wird.