DE112010005257T5

DE112010005257T5 - Einkristallkühler und Einkristallzüchter, der denselben enthält

Info

Publication number: DE112010005257T5
Application number: DE112010005257T
Authority: DE
Inventors: Hyon-Jong Cho; Man-Seok Kwak; Hong-Woo Lee; Ji-Hun Moon
Original assignee: LG Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2013-05-29
Also published as: TW201144489A; JP2013519617A; WO2011099680A1; US20110197809A1; KR101266701B1; WO2011099680A9; KR20110093341A; TWI427197B

Abstract

Bereitgestellt werden ein Einkristallkühler und ein Einkristallzüchter, der denselben enthält. Der Einkristallzüchter umfasst einen Kühlhauptkörper und einen Kanal. Der Kanal ist an einer Innenwand und einer Außenwand des Kühlhauptkörpers ausgebildet. Der Kanal ermöglicht das Bewegen von Kühlstoffen durch diesen. Der Einkristallkühler weist eine zylindrische Form auf. Ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers ist etwa 1,5 Mal oder mehr größer ist als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls, der durch Anwendung des Einkristallkühlers gezüchtet wurde.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Einkristallkühler und einen Einkristallzüchter, der denselben enthält.
Stand der Technik
Ein Wafer muss gebildet werden, um einen Halbleiter herzustellen, und ein Siliziumeinkristall muss in einer Ingotform gezüchtet werden, um den Wafer herzustellen.
Allgemein wird Silizium, das als Material für Halbleiterschaltungen verwendet wird, als Einkristall durch ein Czochralski-Verfahren (hierin nachstehend als CZ-Verfahren bezeichnet) gezüchtet. In den letzten Jahren werden die Qualitätsanforderungen an einen solchen Siliziumeinkristall strenger.
Beim Wachsen des Siliziumeinkristalls nach dem CZ-Verfahren ist die Abkühlgeschwindigkeit des Kristalls ein Faktor, der einen wesentlichen Einfluss auf die Wachstumsrate des Kristalls und das Bildungsverhalten verschiedener Wachstumsdefekte hat.
In einem typischen Einkristallingotzüchter ist eine Wasserkühlleitung eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines Einkristallingots, der aus einer Siliziumschmelze in einem Schmelztiegel gezogen und gezüchtet wurde.
Eine typische Wasserkühlleitung ist in einem oberen Teil einer Wachstumskammer angebracht, um in einer heißen Zone angeordnet zu sein und den Einkristallingot zu kühlen, der in einen freien Raum der Wasserkühlleitung gezogen wird, während darin fließendes Kühlwasser zirkuliert wird.
Da jedoch die typische Wasserkühlleitung eine Oberfläche aufweist, die opak und glänzend ist wie ein Spiegel, ist das typische Wasser in der Absorption von Strahlungswärme, die von dem Einkristall und der heißen Zone emittiert wird, beschränkt. Dies führt zu einer Verringerung der Zugrate des Ingots und dadurch zu verschiedenen Beschränkungen, zum Beispiel, dass der Aufbau der heißen Zone in einem Zuchtofen geändert werden muss.
Um die obigen Beschränkungen zu beheben, sind verschiedene Versuche unternommen worden, die typische Wasserkühlleitung zu verbessern, es gibt jedoch eine Beschränkung bei einer wirkungsvollen Steuerung der Kristalldefekte in einem Einkristall.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Ausführungsformen stellen einen Einkristallkühler und einen Einkristallzüchter bereit, der denselben enthält, welche die Kühlleistung eines Siliziumeinkristalls wesentlich maximieren können.
Lösung der Aufgabe
In einer Ausführungsform umfasst ein Einkristallzüchter: eine Kammer zum Züchten eines Einkristalls; einen Schmelztiegel, der in der Kammer vorgesehen ist; eine Heizung, die den Schmelztiegel beheizt; und einen Kühler, der den in der Kammer heranwachsenden Einkristall kühlt, wobei der Einkristallkühler eine zylindrische Form aufweist und ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal oder mehr größer ist als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Einkristallkühler: eine Kammer zum Züchten eines Einkristalls; einen Schmelztiegel, der in der Kammer vorgesehen ist; eine Heizung, die den Schmelztiegel beheizt; und einen Kühler, der den in der Kammer heranwachsenden Einkristall kühlt, wobei der Einkristallkühler eine zylindrische Form aufweist und ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal oder mehr größer ist als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein Einkristallkühler und ein Einkristallzüchter, der denselben enthält, gemäß den Ausführungsformen kann die Kühlleistung durch genaues Analysieren eines Abkühlvorgangs eines Siliziumeinkristalls wesentlich maximieren.
Ebenso kann gemäß den Ausführungsformen die Kühlleistung auf einen optimalen Wert durch Verbessern der Form oder der Bauteilauslegung des Kühlers verbessert werden.
Außerdem kann gemäß den Ausführungsformen die Produktivität durch Erhöhen der Kristallzugrate sowie durch Verbessern der Produktausbeute wesentlich verbessert werden, wobei 20 nm Kristalldefekte kontrolliert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die einen Einkristallzüchter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht, die eine obere Oberfläche eines Einkristallkühlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Einkristallkühlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die eine Wirkung auf das Einkristallwachstum unter Verwendung eines Einkristallzüchters veranschaulicht, der einen Einkristallkühler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
In den Beschreibungen der Ausführungsformen ist zu verstehen, dass wenn eine Schicht (oder Film), ein Bereich, ein Gefüge oder eine Struktur als „auf/oberhalb/über/obere” Substrat, jeder Schicht (oder Film), ein Bereich, ein Pad oder Gefüge bezeichnet wird, sie direkt auf dem Substrat, jeder Schicht (oder Film), dem Bereich, dem Pad oder den Gefügen sein kann oder ebenso Zwischenschichten vorhanden sein können. Ferner ist zu verstehen, dass wenn eine Schicht als „unter/unterhalb/untere” jeder Schicht (Film), dem Bereich, dem Gefüge oder der Struktur bezeichnet wird, sie direkt unter einer anderen Schicht (Film), einem anderen Bereich, einem anderen Pad oder einem anderen Gefüge sein kann oder ebenso eine oder mehrere Zwischenschichten vorhanden sein können. Daher sollte die Bedeutung hiervon entsprechend dem Sinn der vorliegenden Offenbarung beurteilt werden. Ferner wird der Bezug auf „auf” und „unter” jeder Schicht basierend auf den Zeichnungen gemacht.
In den Zeichnungen sind die Dicke oder Größe jeder Schicht zum Vorteil der Beschreibung und Klarheit übertrieben, ausgelassen oder schematisch dargestellt. Ebenso gibt die Größe jedes Elements nicht vollkommen eine tatsächliche Größe wieder.
(Ausführungsform)
1 ist eine Ansicht, die einen Einkristallzüchter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Ein Einkristallzüchter 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Kammer 110, einen Schmelztiegel 120, eine Heizung 130, ein Zugmittel 140 und einen Kühler 160 umfassen.
Zum Beispiel kann ein Einkristallzüchter 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Kammer 110, einen Schmelztiegel 120, der in der Kammer vorgesehenen ist und eine Siliziumschmelze aufnimmt, eine Heizung 130, die in der Kammer 110 vorgesehen ist und den Schmelztiegel 120 beheizt, und einen Kühler 160 umfassen, der den Einkristall beim Einkristallwachstum kühlt.
Die Kammer 110 kann Räume vorsehen, in denen bestimmte Vorgänge durchgeführt werden, um einen Einkristallingot für Siliziumwafer zu züchten, die als Materialien für elektrische Bauelemente, wie zum Beispiel, Halbleiter verwendet werden. Hier können Beispiele charakteristischer Verfahren zum Züchten eines Siliziumeinkristallingots ein Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) zum Züchten eines Kristalls durch Eintauchen eines Impfkristalls S eines Einkristalls in die Siliziumschmelze SM und dann langsames Ziehen des Impfkristalls S in der Siliziumschmelze SM umfassen.
Die Einkristallzucht entsprechend dem obigen Verfahren kann einen Einschnürungsprozess zum Züchten eines dünnen und langen Kristalls von dem Impfkristall S, einen Schulterprozess zum Züchten des Kristalls in einer Durchmesserrichtung, um einen Zieldurchmesser zu erreichen, einen Körperwachstumsprozess zum Züchten des Kristalls mit einem bestimmten Durchmesser und dann einen Absetzprozess zum Trennen des Kristalls von der Siliziumschmelze durch langsames Verringern des Durchmessers des Kristalls, nachdem der Körperwachstumsprozess durchgeführt wurde, umfassen, um eine bestimmte Länge zu erreichen.
Ein Strahlungsisolator 132 kann an der inneren Wand der Kammer 110 angebracht sein, um das Abstrahlen von Wärme der Heizung 130 zu dem Seitenwandteil der Kammer 110 zu verhindern.
In einer Ausführungsform können verschiedene Faktoren wie zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit des Quarzschmelztiegels 120 und die Innendruckbedingung der Kammer angepasst werden, um die Sauerstoffkonzentration bei der Siliziumeinkristallzucht zu steuern. Zum Beispiel kann Argongas in die Kammer 110 des Siliziumeinkristallzüchters eingebracht werden und kann durch einen unteren Teil der Kammer 110 abgelassen werden, um die Sauerstoffkonzentration zu steuern.
Der Schmelztiegel 120 kann in der Kammer 110 vorgesehen sein, um eine Siliziumschmelze SM zu enthalten und kann aus einem Quarzmaterial gebildet sein. Ein Schmelztiegelträger 122, der aus Graphit gebildet ist, kann an der Außenseite des Schmelztiegels 120 vorgesehen sein, um den Schmelztiegel 120 zu tragen. Der Schmelztiegelträger 122 kann fest an einer Drehachse 125 angebracht sein. Die Drehachse 125 kann durch ein Antriebsmittel (nicht dargestellt) gedreht werden, um die Drehbewegung und die Auf- und Abbewegung des Schmelztiegels 120 zu ermöglichen, wodurch die Fest-Flüssig-Grenzfläche auf derselben Höhe gehalten werden kann.
Die Heizung 130 kann in der Kammer 110 vorgesehen sein, um den Schmelztiegel 120 zu beheizen. Zum Beispiel kann die Heizung 130 mit einer zylindrischen Form gebildet sein, die den Schmelztiegelträger 122 umgibt. Die Heizung 130 kann eine hochreine, polykristalline Siliziummasse, die in den Schmelztiegel 120 geladen wurde, in eine Siliziumschmelze SM schmelzen.
Das Zugmittel 140 kann an einem oberen Teil der Kammer 110 angebracht sein, um über ein Kabel nach oben zu ziehen. Ein Impfkristall S kann an einem unteren Teil des Kabels angebracht sein und die Siliziumschmelze SM in dem Schmelztiegel 120 berühren, um während des Ziehens einen Einkristallingot IG zu züchten. Das Zugmittel 140 kann während des Aufwickelns und Ziehens des Kabels beim Wachstum des Einkristallingots IG eine Drehbewegung ausführen. In diesem Fall kann der Einkristallingot IG nach oben gezogen werden, während er in die entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Schmelztiegels 120 um dieselbe Achse wie die Drehachse 125 des Schmelztiegels 120 gedreht wird.
Ein Hitzeschild 150 kann zwischen dem Einkristallingot IG und der Siliziumschmelze SM angebracht sein, um Hitze von dem Schmelztiegel 120 während des Wachstums des Einkristallingots IG abzufangen.
Hierin nachstehend werden die technischen Hintergründe zu dem Einkristallkühler und dem Einkristallzüchter, der denselben enthält, gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
Mit der Einführung von Nanotechnologie-Halbleiterspeicherbausteinen mit einer Schaltungsstrukturbreite von etwa einigen zehn im Nanomaßstab wird die Kristalldefektanforderung in einem Siliziumwafer strenger geregelt. Zum Beispiel wurde lediglich der Defekt von etwa 100 nm in 2000 genormt, jedoch führen Defekte von etwa 45 nm und sogar etwa 37 nm in letzter Zeit zu Problemen.
Ausführungsformen können eine V/G-Steuerungstechnik basierend auf der Voronkov-Theorie als ein defektfreies Siliziumeinkristallherstellungsverfahren einsetzen. Hierbei ist V eine Wachstumsrate (d. h. Zugrate) und G ist ein Temperaturgradient um die Wachstumsgrenzfläche. Wenn ein V/G-Parameter während des Kristallwachstums nahe einem bestimmten Schwellenwert gehalten wird, kann erreicht werden, dass die Konzentration von Punktdefekten, die während der Kristallisierung erzeugt werden, nicht übersättigt ist, wodurch ein defektfreier Einkristall erhalten wird, in dem lediglich die Punktdefekte ohne agglomerierte Kristalldefekte existieren.
Da es jedoch beinahe unmöglich ist, den Temperaturgradienten konstant in einer Richtung eines Kristallradius zu halten, kann ein Spielraum einer defektfreien Zugrate geschmälert sein. Wenn in der Praxis ein Siliziumeinkristall gezüchtet wird, kann die Zugrate gesteuert werden, um einen bestimmten Durchmesser eines Einkristalls zu erhalten. Entsprechend kann eine leichte Abweichung von dem Spielraum der Zugrate und eine Übersättigung der Punktdefekte erzeugt werden.
Wenn eine Leerstellenübersättigung, die leerstellenreich ist, während des Kristallwachstums geringfügig erzeugt wird, kann die Energie thermodynamisch aufgrund der Übersättigung erhöht sein. In diesem Fall kann eine Agglomeration auftreten, um die Übersättigung aufzulösen. Die Agglomeration kann als eine Art physikalische Chemie-Kinetik behandelt werden.
In letzter Zeit sind Technologien untersucht worden, um die Erzeugung von Leerstellendefekten zu steuern, es gibt jedoch eine Begrenzung beim Steuern von Defekten eines Niveaus von etwa 20 nm Größe, was ein neues Problem ist.
Deshalb stellen Ausführungsformen einen Einkristallkühler und einen Einkristallzüchter, der denselben enthält, bereit, welche die Kühlleistung eines Siliziumeinkristalls wesentlich maximieren.
Ein Bildungsprozess von Kristalldefekten kann (i) eine Punktdefektbildungsstufe, bei der Flüssigkeit in einen Feststoff kristallisiert, und (ii) eine Interaktionsstufe umfassen, bei der Kristalle gegenseitig aufgrund einer Übersättigung während des Abkühlens des Kristalls agglomerieren. Das Verhalten der obigen Kristalldefektbildung kann als folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden.
(i) Punktdefektbildungsstufe

Cv = f(V/Gs – ξ) (1) wobei C Null ist, wenn V/Gs ≤ ξ und zusammen mit der Zunahme von V/Gs ansteigt.

Cv ist eine Leerstellenkonzentration in einem Kristall genau nach der Kristallisierung und wird aus der Differenz von V/Gs von einem Grenzwert ξ entsprechend der Voronkov-Theorie bestimmt. Cv steigt zusammen mit der Zunahme der Kristallzugrate V oder der Abnahme des vertikalen Temperaturgradienten Gs in dem Kristall um die Fest-Flüssig-Grenzfläche herum an. Die Leerstellenkonzentration Cv kann experimentell in eine Hauptgleichung wie die folgende, nachstehend beschriebene Gleichung (2) vereinfacht werden. Ebenso kann V/Gs als folgende Gleichung (3) aus einer Wärmebilanzgleichung ausgedrückt werden. Cvα1 – ξ/(V/Gs) (2) V/Gs = (Ks/L) – (K_L/L) × (G_L/Gs) (3) wobei Ks der Wärmeübergangskoeffizient einer festen Phase ist, KL der Wärmeübergangskoeffizient einer flüssigen Phase ist, Gs ein vertikaler Temperaturgradient ist und GL ein vertikaler Temperaturgradient ist.
Somit kann eine Einkristallzugrate V durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden. V = (Ks/L)× Gs –(K_L × G_L)/L (4)
Aus dem Obigen kann verstanden werden, dass der vertikale Temperaturgradient Gs des Kristalls ein wichtiger Faktor ist, der eine Ausgangsleerstellenkonzentration bestimmt.
(ii) Interaktionsstufe
Wie vorstehend beschrieben wurde, können, wenn die Ausgangsleerstellenkonzentration bestimmt wird, Verhalten wie zum Beispiel eine Agglomeration aufgrund einer Übersättigung und externe Diffusion während des Abkühlvorgangs des Kristalls auftreten. Solch ein Leerstellenverhalten kann durch die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst werden. Die Abkühlgeschwindigkeit Q kann durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden, da die Abkühlgeschwindigkeit Q in direkter Proportion zum Temperaturgradienten (Temperaturdifferenz pro Längeneinheit) des Kristalls und der Zugrate, mit welcher der Kristall pro Zeiteinheit gezogen wird, steht.
Wenn nun V mit Gleichung (4) substituiert wird, steht Q in Proportion mit dem Quadrat von Gs wie in Gleichung 5 beschrieben ist. Das heißt, da die Abkühlgeschwindigkeit Q wesentlich durch Gs beeinflusst ist, dass erwartet werden kann, dass die Verbesserung von Gs das Agglomerationsverhalten der Leerstellen wirksamer steuert. Q = V × (αGs) = α{(Ks/L) × Gs² – (K_L × G_L × Gs)/L} (5) wobei α eine Proportionalkonstante von Gs um die Fest-Flüssig-Grenzfläche ist und Gs des leerstellenreichen Defektbildungstemperaturabschnitts und einen Wert von etwa 0,5 bis etwa 1,5 entsprechend den Anordnungen eines Hitzeschilds und eines Kühlers hat.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung kann verstanden werden, dass der Temperaturgradient Gs des Kristalls einen großen Einfluss auf die Punktdefektkonzentration und das Kristalldefektverhalten hat.
Ebenso ist es erforderlich, die Punktdefektagglomeration durch schnelles Abkühlen nach der Interaktion zwischen Punktdefekten aufgrund einer Übersättigung der Punktdefektkonzentration während des Abkühlvorgangs nach der Kristallisierung zu steuern. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, den Temperaturgradienten Gs des Kristalls weiter zu verbessern.
2 ist eine Ansicht, die eine obere Oberfläche eines Einkristallkühlers 160 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht, und 3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des Einkristallkühlers 160 gemäß der beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Ausführungsformen betreffen die wesentliche Steuerung von Kristalldefekten von etwa 20 nm durch Überwindung einer Beschränkung einer Kühlleistungssteigerung des Stands der Technik. Für eine Steigerung der Kühlleistung ist es erforderlich, mehr Strahlungswärme von einem Einkristall während des Wachstums zu absorbieren. Zwei Verfahren werden durch die folgende Gleichung (6) vorgeschlagen. Radiation_Heat = Aεσ × (T⁴ _crystal – T⁴ _cooler) (6) wobei A eine Oberfläche des Kühlers ist, ε eine Strahlungsrate ist, σ eine Boltzmann-Konstante ist, Tcrystal eine Oberflächentemperatur eines Kristalls ist und Tcooler eine Oberflächentemperatur des Kühlers ist.
In einer Ausführungsform muss eine Oberfläche durch Vergrößern des Innendurchmessers R1 des Kühlers erweitert werden und eine Strahlungsrate der Oberfläche des Kühlers muss ferner vergrößert werden, um den Kristalldefekt von etwa 20 nm zu steuern.
Ein Einkristallkühler 160 gemäß einer Ausführungsform kann eine zylindrische Form haben. Ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers kann etwa 1,5 Mal oder mehr größer sein als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls, der durch Anwendung des Einkristallkühlers gezüchtet wird. Zum Beispiel kann der erste Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal bis etwa 2,0 Mal größer sein als der Innendurchmesser R2 des Einkristalls, der durch Anwendung des Einkristallkühlers gezüchtet wird, jedoch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
Ebenso kann der Einkristallkühler 160 gemäß einer Ausführungsform einen Kühlhauptkörper 162, einen Kanal (nicht dargestellt) an der inneren Wand und der äußeren Wand des Kühlhauptkörpers 162 und eine Beschichtungsschicht 164 umfassen, die auf der Oberfläche des Kühlhauptkörpers 162 ausgebildet ist. Kühlstoffe können sich durch den Kanal (nicht dargestellt) bewegen. Die Kühlstoffe können Kühlwasser sein, jedoch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
Zum Beispiel kann die Beschichtungsschicht 164 eine erste Beschichtungsschicht 164a umfassen, die auf der Innenseite des Kühlhauptkörpers 162 ausgebildet ist, und eine zweite Beschichtungsschicht 164b, die auf der Außenseite des Kühlhauptkörpers 162 ausgebildet ist, jedoch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
In einer Ausführungsform kann die Beschichtungsschicht 164 eine Kohlenstoffnanoröhren- oder eine Keramikbeschichtungsschicht sein, die die Strahlungsrate der Oberfläche des Kühlers maximieren können, jedoch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.

4 ist eine Ansicht, die eine Wirkung auf das Einkristallwachstum unter Verwendung eines Einkristallzüchters veranschaulicht, der einen Einkristallkühler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Abkühlgeschwindigkeit und die Defektrate experimenteller Beispiele in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser eines Einkristallkühlers und dem Material einer Beschichtungsschicht. Tabelle 1 [Tabelle 1] [Tabelle]

	Versuchsbedingung	Kristalltemperaturgradient (K/min)	Kristallabkühlgeschwindigkeit (K/min)	20 nm Defektrate (5)
Vergleichsbeispiel 1	Einführen einer Graphitröhre in den Kühler	1,79	0,877	73
Vergleichsbeispiel 2	Kühler mit Keramik beschichten	2,48	1,29	46
Ausführungsform 1	Kühler mit Keramik beschichten Innendurchmesser (R1) des Kühlers = 1,5 R2	2,73	1,56	11
Ausführungsform 2	Kühler mit Kohlenstoffnanoröhren beschichten	2,62	1,44	18
Ausführungsform 3	Kühler mit Kohlenstoffnanoröhren beschichten Innendurchmesser (R1) des Kühlers = 1,5 R2	2,86	1,72	3

<Vergleichsbeispiel>
Ein erstes Vergleichsbeispiel zeigt einen ausgewerteten Gs-Wert durch enges Einführen einer Graphitröhre mit einer zylindrischen Form in einen Kühler, zum Beispiel eine Wasserkühlröhre. Ein zweites Vergleichsbeispiel zeigt einen ausgewerteten Gs-Wert durch Beschichten der Innenseite der Wasserkühlröhre mit Keramik.
Der Gs-Wert war in dem zweiten Vergleichsbeispiel erhöht verglichen mit dem ersten Vergleichsbeispiel. Jedoch lag die Kristallabkühlgeschwindigkeit bei etwa 1,29 K/min, womit kein Wert einer Abkühlgeschwindigkeit (mehr als etwa 1,4 K/min) erreicht wurde, der Kristalldefekte von etwa 20 nm steuern kann. Die Zugrate des Kristalls betrug etwa 0,5 mm/min bei den Vergleichsbeispielen.
<Ausführungsform>
In einer ersten Ausführungsform wurde bestätigt, dass die Kristallabkühlgeschwindigkeit größer war als etwa 1,5 K/min durch Vergrößern des Innendurchmessers R1 eines mit Keramik beschichteten Kühlers um etwa 33% im Vergleich zum Stand der Technik und Steuern der Kristallzugrate, um ein defektfreies Wachstum zu ermöglichen. Die Rate der 20 nm Defekterzeugung wurde durch Überschreiten der Abkühlgeschwindigkeit von etwa 1,5 K/min wesentlich verbessert.
In einer zweiten Ausführungsform wurde ein Gs-Wert bestimmt, während die Zugrate des Kristalls auf etwa 0,55 mm/min erhöht wurde, nachdem Kohlenstoffnanoröhren auf die Innenseite des Kühlers aufgetragen wurden. Die Abkühlgeschwindigkeit hat etwa 1,44 K/min erreicht, was ein Niveau ist, das in der Lage ist, Kristalldefekte von etwa 20 nm zu steuern.
In einer dritten Ausführungsform wurde ein Gs-Wert bestimmt, während die Zugrate des Kristalls auf etwa 0,6 mm/min erhöht wurde, nachdem der Innendurchmesser R1 des Kühlers um etwa 33% erweitert wurde verglichen mit dem Stand der Technik und Kohlenstoffnanoröhren auf der Innenseite des Kühlers aufgetragen wurden. In der dritten Ausführungsform kann eine bessere Steuerungswirkung der 20 nm Kristalldefekte durch Erhöhen der Abkühlgeschwindigkeit erwartet werden verglichen mit den ersten und zweiten Ausführungsformen.
Ein Einkristallkühler und ein Einkristallzüchter, der denselben enthält, gemäß den Ausführungsformen kann die Kühlleistung durch genaues Analysieren eines Abkühlvorgangs eines Siliziumeinkristalls wesentlich maximieren.
Ebenso kann gemäß den Ausführungsformen die Kühlleistung auf einen optimalen Wert durch Verbessern der Form oder der Bauteilauslegung des Kühlers verbessert werden.
Außerdem kann gemäß den Ausführungsformen die Produktivität durch Erhöhen der Kristallzugrate sowie durch Verbessern der Produktausbeute wesentlich verbessert werden, wobei 20 nm Kristalldefekte kontrolliert werden.
Die Merkmale, Anordnungen und Wirkungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind in wenigstens einer Ausführungsform enthalten und sind nicht notwendigerweise lediglich auf eine Ausführungsform beschränkt. Außerdem können die Merkmale, Anordnungen und Wirkungen, die vorstehend in jeder Ausführungsform durch ein Beispiel erläutert wurden, ebenso an anderen Ausführungsformen kombiniert oder modifiziert werden und durch einen Fachmann ausgeführt werden. Dementsprechend sollte der im Zusammenhang mit der Kombination und Modifikation stehende Inhalt als von dem Bereich der Ausführungsformen umfassend ausgelegt werden.
Obwohl Ausführungsformen mit Bezug auf eine Anzahl veranschaulichender Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen durch einen Fachmann erdacht werden können, die innerhalb des Gedankens und Geltungsbereichs der Grundsätze dieser Offenbarung fallen. Insbesondere sind verschiedenartige Modifikationen und Anwendungen bei den Einzelteilen und/oder Anordnungen der Gegenstandskombinationsanordnung innerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung, der Zeichnungen und der angehängten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu den Modifikationen und Anwendungen bei den Einzelteilen und/oder Anordnungen,
Industrielle Anwendbarkeit
Ein Einkristallkühler und ein Einkristallzüchter, der denselben enthält, gemäß den Ausführungsformen kann die Kühlleistung durch genaues Analysieren eines Abkühlvorgangs eines Siliziumeinkristalls wesentlich maximieren.
Ebenso kann gemäß den Ausführungsformen die Kühlleistung auf einen optimalen Wert durch Verbessern der Form oder der Bauteilauslegung des Kühlers verbessert werden.

Claims

Einkristallkühler, aufweisend: einen Kühlhauptkörper; und einen Kanal an einer inneren Wand und einer äußeren Wand des Kühlhauptkörpers, wobei der Kanal das Bewegen von Kühlstoffen durch diesen ermöglicht, wobei der Einkristallkühler eine zylindrische Form aufweist und ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal oder mehr größer ist als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls, der durch Anwendung des Einkristallkühlers gezüchtet wurde.
Einkristallkühler nach Anspruch 1, wobei der erste Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal bis etwa 2,0 Mal größer ist als der Innendurchmesser R2 des Einkristalls, der durch Anwendung des Einkristallkühlers gezüchtet wurde.
Einkristallkühler nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Kohlenstoffnanoröhren-Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche des Kühlhauptkörpers.
Einkristallkühler nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Keramikbeschichtungsschicht auf einer Oberfläche des Kühlhauptkörpers.
Einkristallzüchter, aufweisend: eine Kammer zur Zucht eines Einkristalls; einen Schmelztiegel, der in der Kammer vorgesehen ist; eine Heizung, die den Schmelztiegel beheizt; und einen Kühler, der den in der Kammer heranwachsenden Einkristall kühlt, wobei der Einkristallkühler eine zylindrische Form aufweist und ein erster Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal oder mehr größer ist als ein Innendurchmesser R2 eines Einkristalls.
Einkristallzüchter nach Anspruch 5, wobei der erste Innendurchmesser R1 des Einkristallkühlers etwa 1,5 Mal bis etwa 2,0 Mal größer ist als der Innendurchmesser R2 des Einkristalls.
Einkristallzüchter nach Anspruch 5, wobei der Kühler aufweist: einen Kühlhauptkörper; und eine Kohlenstoffnanoröhren-Beschichtungsschicht auf einer Innenseite des Kühlhauptkörpers.
Einkristallzüchter nach Anspruch 7, ferner aufweisend eine zweite Beschichtungsschicht auf einer Außenseite des Kühlhauptkörpers.
Einkristallzüchter nach Anspruch 5, wobei der Kühler aufweist: einen Kühlhauptkörper; und eine Keramikbeschichtungsschicht auf einer Innenseite des Kühlhauptkörpers.
Einkristallzüchter nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine zweite Beschichtungsschicht auf einer Außenseite des Kühlhauptkörpers.