DE19654220A1 - Einkristall-Ziehvorrichtung - Google Patents
Einkristall-ZiehvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristall-Zieh
vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls eines
Halbleiters aus einer Halbleiterschmelze, die sich in einem
Schmelztiegel befindet, und betrifft insbesondere die
Anbringung eines Ausgangsmaterialzufuhrrohres, durch welches
körniges Ausgangsmaterial in das geschmolzene
Halbleitermaterial eingegeben werden kann, welches im Inneren
des äußeren Schmelztiegels einer Doppelschmelztiegelanordnung
festgehalten wird.
Das CZ-Wachstumsverfahren ist ein Beispiel für die momentan
bekannten Verfahren zum Aufwachsenlassen von Einkristallen
aus Halbleitern wie beispielsweise Silizium (Si) oder
Galliumarsenid (GaAs).
Da dieses CZ-Wachstumsverfahren die einfache Erzeugung von
Einkristallen mit großen Durchmesser und hoher Reinheit
ermöglicht, die keine Versetzungen zeigen, oder nur extrem
geringe Gitterfehler, wird es beim Aufwachsenlassen
verschiedener Halbleiterkristalle in großem Umfang
eingesetzt.
In der jüngsten Vergangenheit haben die Anforderungen nach
Einkristallen mit größerem Durchmesser und höherer Reinheit
mit gleichmäßigen Pegeln der Sauerstoffkonzentration und der
Verunreinigungskonzentration zu verschiedenen Verbesserungen
dieses CZ-Wachstumsverfahrens geführt, um diese Anforderungen
zu erfüllen.
Eine der Verbesserungen des voranstehend geschilderten
CZ-Wachstumsverfahrens, die vorgeschlagen wurden, ist ein
CZ-Verfahren mit angelegtem Dauermagnetfeld (nachstehend als
CMCZ-Verfahren bezeichnet), bei welchem ein
Doppelschmelztiegel verwendet wird. Dieses Verfahren zeichnet
sich dadurch aus, daß es das Wachstum von Einkristallen mit
einem schlupffreien Verhältnis einer Kristallstange
ermöglicht, und mit einer extrem guten Regelung der
Sauerstoffkonzentrationspegel, durch Anlegen eines externen
Magnetfelds an die Halbleiterschmelze innerhalb des
Schmelztiegels, wodurch die Konvektion in der
Halbleiterschmelze unterdrückt wird, und daß es die einfache
Erzeugung langer Einkristalle aus dem Halbleitermaterial
dadurch ermöglicht, daß es eine kontinuierliche Zufuhr der
Ausgangsmaterialien zu einer Position gestattet, die zwischen
dem äußeren und dem inneren Schmelztiegel liegt. Daher wird
dieses Verfahren als eines der besten Verfahren zum Erhalten
langer Einkristalle mit großem Durchmesser aus
Halbleitermaterialien angesehen.
Fig. 19 zeigt ein Beispiel für eine Einkristallsilizium-Zieh
vorrichtung, die in der ersten Veröffentlichung einer
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-4-305091 vorgeschlagen
wurde, und welche das voranstehend erwähnte CMCZ-Verfahren
verwendet. Bei dieser Einkristall-Ziehvorrichtung 101 sind
ein Doppelschmelztiegel 103, eine Heizvorrichtung 104 und ein
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 innerhalb einer hohlen,
gasdichten Kammer 102 angeordnet, und befindet sich ein
Magnet 106 außerhalb der Kammer 102.
Der Doppelschmelztiegel 103 weist einen annähernd
halbkugelförmigen äußeren Schmelztiegel 111 auf, der aus
Quarz (SiO₂) besteht, sowie einen aus Quarz bestehenden
inneren Schmelztiegel 112, der einen zylindrischen
Trennkörper darstellt, der in den äußeren Schmelztiegel 111
eingepaßt ist. Die Seitenwand des inneren Schmelztiegels 112
enthält mehrere Verbindungsöffnungen 113, welche den Bereich
zwischen dem inneren Schmelztiegel 112 und dem äußeren
Schmelztiegel 111 (den Ausgangsmaterialschmelzbereich) mit
dem Inneren des inneren Schmelztiegels 112 (dem
Kristallwachstumsbereich) verbinden.
Der Doppelschmelztiegel 103 ist auf einer Aufnahme 115
angebracht, die auf einer Vertikalwelle 114 aufsitzt, die
sich im Zentrum im unteren Abschnitt der Kammer 102 befindet,
und in einer Horizontalebene mit einer festgelegten
Winkelgeschwindigkeit um die Achse der Welle 114 gedreht
werden kann. Die Halbleiterschmelze (das Ausgangsmaterial zur
Erzeugung Halbleitereinkristalle, geschmolzen durch
Erhitzung) 121 befindet sich innerhalb dieses
Doppelschmelztiegels 103.
Die Heizvorrichtung 104 erhitzt und schmilzt das
Halbleiterausgangsmaterial im Inneren des Schmelztiegels, und
hält die Temperatur der so erzeugten Halbleiterschmelze 121
aufrecht. Es wird eine normale Widerstandsheizung verwendet.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 wird dazu verwendet,
kontinuierlich ein bestimmtes Volumen an
Halbleiterausgangsmaterial 110 an die Oberfläche der
Halbleiterschmelze zwischen dem äußeren Schmelztiegel 111 und
dem inneren Schmelztiegel 112 zu liefern.
Der Magnet 106 wird dazu verwendet, ein externes Magnetfeld
an die Halbleiterschmelze 121 innerhalb des
Doppelschmelztiegels 103 anzulegen, und Lorentz-Kräfte in der
Halbleiterschmelze 121 zu erzeugen, wodurch die Konvektion
innerhalb der Halbleiterschmelze 121 gesteuert wird, die
Sauerstoffkonzentration gesteuert wird,
Oberflächenschwingungen unterdrückt werden usw.
Beispiele für Ausgangsmaterialien 110, die durch das
voranstehend erwähnte Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105
geliefert werden können,. umfassen Polysilizium, welches durch
Brechen in einem Brechwerk zu Flocken umgeformt wurde, oder
Polysiliziumkörnchen, die aus einem gasförmigen
Ausgangsmaterial mit thermischer Zerlegung abgeschieden
wurden, wobei weiterhin, soweit erforderlich, Zusatzstoffe
zugegeben werden können, die als Dotiermittel bekannt sind,
beispielsweise Bar (B) (im Falle der Erzeugung von
Siliziumeinkristallen des p-Typs) und Phosphor (P) (im Falle
der Erzeugung von Siliziumeinkristallen des n-Typs).
Im Fall von Galliumarsenid (GaAs) ist der Vorgang ebenso wie
voranstehend geschildert, jedoch werden in diesem Fall als
Zusatzstoffe entweder Zink (Zn) oder Silizium (Si) zugegeben.
Bei der voranstehend geschilderten Einkristall-Zieh
vorrichtung 101 hängt ein Impfkristall 125 von einer
Ziehwelle 124 herunter, die sich oberhalb des inneren
Schmelztiegels 112 und über der Wellenachsenlinie befindet,
und wächst ein Einkristall aus dem Halbleiter 126 an der
unteren Oberfläche der Halbleiterschmelze 121 um den Kern des
Impfkristalls 125 herum auf.
Wie in der ersten Veröffentlichung einer japanischen
Patentanmeldung Nr. Sho-63-303894 beschrieben wurde, ist
allerdings bei dieser Art einer Einkristall-Ziehvorrichtung
beim Wachstum von Einkristallen erforderlich, daß zuerst das
polykristalline Ausgangsmaterial, etwa Polysiliziumklumpen,
geschmolzen wird, und die sich ergebende Halbleiterschmelze
121 im Inneren des äußeren Schmelztiegels 111 aufbewahrt
wird, wobei der Doppelschmelztiegel 103 dann dadurch
ausgebildet wird, daß der innere Schmelztiegel 112 über dem
äußeren Schmelztiegel 111 angeordnet wird, und dann unten auf
dem äußeren Schmelztiegel 111 angebracht wird.
Der Grund dafür, daß der Doppelschmelztiegel 103 nach dem
Schmelzen des polykristallinen Ausgangsmaterials gebildet
wird, besteht darin, daß zum vollständigen Schmelzen des
polykristallinen Ausgangsmaterials, um die Halbleiterschmelze
121 zu erhalten, die Temperatur des Ausgangsmaterials im
Inneren des äußeren Schmelztiegels 111 erhöht werden muß,
unter Verwendung der Heizvorrichtung 104, auf eine
Temperatur, die oberhalb der Einkristallwachstumstemperatur
liegt. Wenn der innere Schmelztiegel 112 vor dem
Schmelzschritt an dem äußeren Schmelztiegel befestigt wurde,
so würde eine erhebliche thermische Verformung des inneren
Schmelztiegels 112 auftreten. Durch Befestigung des inneren
Schmelztiegels 112 an dem äußeren Schmelztiegel 111 nach dem
vollständigen Schmelzen des Ausgangsmaterials, und
darauffolgendes Absenken in die durch die Heizvorrichtung 104
aufgebrachte Wärme, können daher die hohen Temperaturen
vermieden werden, die in der Anfangsstufe zum Schmelzen des
Ausgangsmaterials erforderlich sind, wodurch eine Verformung
des inneren Schmelztiegels unterdrückt werden kann.
Darüber hinaus weisen die Verbindungsöffnungen 113 des
inneren Schmelztiegels 112 eine vorbestimmte Öffnungsfläche
auf, die ausreichend klein ist, um sicherzustellen, daß bei
der Zufuhr von Ausgangsmaterial die Halbleiterschmelze 121
nur von dem äußeren Schmelztiegel 111 zum inneren
Schmelztiegel 112 fließt. Der Grund für diese Einschränkung
liegt darin, daß dann, wenn über die Konvektion die
Halbleiterschmelze von dem Kristallwachstumsbereich zurück
zum Ausgangsmaterialschmelzbereich fließen könnte, die
Steuerung der Verunreinigungskonzentrationen während des
Einkristallwachstums sowie die Steuerung der
Schmelztemperatur problematisch würden.
Das obere Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 105 ist an
einer oberen Wand der Kammer 102 befestigt, wobei das Rohr
annähernd vertikal von diesem Punkt herunterhängt, und die
Öffnung 105a am unteren Ende des Rohrs (vergleiche Fig. 20A)
wird in einer festgelegten Höhe oberhalb der Oberfläche der
Halbleiterschmelze 121 gehalten. Um Verschmutzungen zu
verhindern, sowie aus konstruktiven Gründen, weist das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 ein Quarzrohr mit rechteckigem
Querschnitt auf. Um die Zufuhr von körnigem Silizium mit
hoher Reinheit mit geeigneter Fallgeschwindigkeit
sicherzustellen, sind abwechselnde leiterförmige
Spritzplatten (Prallflächenplatten) in dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 angeordnet, wie nachstehend
noch genauer erläutert wird.
Allerdings befindet sich die Öffnung des unteren Endes des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 105 einige Zentimeter oberhalb
der Oberfläche der Halbleiterschmelze, und wird das
Ausgangsmaterial in dem oberen Abschnitt der Kammer 102
aufbewahrt, so daß es nicht der ausgestrahlten Wärme
ausgesetzt ist, die von der Heizvorrichtung 104 oder der
Halbleiterschmelze 121 herrührt. Das eingegebene
Ausgangsmaterial fällt daher in Vertikalrichtung von dem
oberen Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 105 auf die
Oberfläche der Halbleiterschmelze 121 herunter, und taucht in
die Halbleiterschmelze 121 mit hoher Geschwindigkeit ein.
Wenn das Ausgangsmaterial in die Oberfläche der Schmelze
eintaucht, verursacht es ein Spritzen der Halbleiterschmelze
121, und die Einbringung des Umgebungsgases in die
Halbleiterschmelze, was das Wachstum eines ordnungsgemäßen
Halbleitereinkristalls behindern kann.
Wenn die eingegebenen Ausgangsmaterialstücke besonders schwer
oder als große Klumpen herunterfallen, dann dringt das
Ausgangsmaterial relativ tief in die Halbleiterschmelze ein,
was beträchtliche Auswirkungen hat.
Um dieses spezielle Problem zu lösen, schlagen die erste
Veröffentlichung einer japanische Patentanmeldung Nr. Hei-2-255589
sowie die erste Veröffentlichung einer japanischen
Patentanmeldung Nr. Hei-3-164493 eine Vorrichtung vor, bei
welcher das untere Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs mit
einer Anordnung zur Verringerung der Fallgeschwindigkeit des
Ausgangsmaterials versehen ist. Ein Beispiel für eine
derartige Anordnung, die zur Verringerung der
Fallgeschwindigkeit verwendet wird, ist die Anbringung von
Prallflächenplatten oder Prallflächenstangen an der
Innenseite des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, wie nachstehend
noch genauer erläutert wird.
Wie in den Fig. 20A und 20B gezeigt ist, ist das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 ein Rohr mit rechteckigem
Querschnitt, bei welchem paarweise Prallflächenplatten 108a,
108b auf gegenüberliegenden Innenoberflächen 107a, 107b des
Rohr angebracht sind. Darüber hinaus ist die
Vertikalentfernung zwischen jedem Paar von
Prallflächenplatten 108a und 108b, die an den
gegenüberliegenden Oberflächen 107a und 107b angebracht sind,
vorzugsweise groß, um zu verhindern, daß das Ausgangsmaterial
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 blockiert, und aus diesem
Grund wird ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 mit
rechteckigem Querschnitt verwendet. Durch Anbringung dieser
Prallflächenplatten 108a, 108b an dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 105 zur Verringerung der
Fallgeschwindigkeitsrate des Ausgangsmaterials werden
Welligkeiten und Schwingungen gesteuert, die beim Eintauchen
des Ausgangsmaterials in die Halbleiterschmelze auftreten,
wodurch die Erzeugung von Kristallfehlern wie etwa
Versetzungen verhindert werden kann.
Bei der Vorrichtung, welche diese Vorgehensweise verwendet,
und wie sie etwa in den Fig. 19, Fig. 20A und 20B gezeigt
ist, fällt zwar das Ausgangsmaterial 110 von der Öffnung 105a
am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 105 mit
vorbestimmter Fallgeschwindigkeit herunter, jedoch befindet
sich die Position, an welcher es in die Halbleiterschmelze
hineinfällt, nicht ausreichend nahe an der Seitenwand des
äußeren Schmelztiegels 111, um es schnell schmelzen zu
lassen. Ein schnelles Schmelzen an der Seitenwand ist das
Ergebnis der Tatsache, daß die Vorrichtung so aufgebaut ist,
daß die Heizvorrichtung 104 den Doppelschmelztiegel 103
umgibt, was dazu führt, daß die Temperatur der
Halbleiterschmelze 121 innerhalb des äußeren Schmelztiegels
desto höher ist, je näher sich die Schmelze an der Seitenwand
des Schmelztiegels 111 befindet.
Da die Position, an welcher das Ausgangsmaterial 110 in die
Halbleiterschmelze hineinfällt, nicht ausreichend weit von
dem inneren Schmelztiegel 112 entfernt ist, ist es darüber
hinaus möglich, daß Gasblasen, die aus dem Gas entstehen,
welches beim Einbringen des Ausgangsmaterials 110 in die
Schmelze mithineingebracht wird, sich durch die
Verbindungsöffnungen 113 bewegen, was das Risiko erhöht, daß
merkliche Gitterfehler beispielsweise Versetzungen auftreten.
Das Einführen des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs mit
rechteckigem Querschnitt in den engen Raum zwischen dem
inneren Schmelztiegel 112 und dem äußeren Schmelztiegel 111
führt darüber hinaus zu zusätzlichen Schwierigkeiten.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, bei welcher
das herunterfallene Ausgangsmaterial schnell schmilzt, und
bei welcher das Auftreten von Gitterfehlern wie
beispielsweise Versetzungen verringert werden kann.
Als Ergebnis ihrer Untersuchungen haben die Erfinder der
vorliegenden Erfindung darüber hinaus festgestellt, daß eine
einfache Verringerung der Fallgeschwindigkeit des
Ausgangsmaterials nicht das Problem der starken Stöße löst,
die hervorgerufen werden, wenn das Ausgangsmaterial als
Klumpen herunterfällt.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in
der Bereitstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, welche
so weit wie möglich die Stöße verringert, die bei der Zufuhr
von Ausgangsmaterial zur Halbleiterschmelze durch das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr auftreten.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung einer Anordnung zum
Liefern von Ausgangsmaterial zu dem voranstehend
geschilderten Ausgangsmaterialzufuhrrohr. Fig. 21 zeigt eine
Einkristall-Ziehvorrichtung 1, bei welcher das
CZ-Wachstumsverfahren verwendet wird. Diese Einkristall-Zieh
vorrichtung 1 kann das körnige Halbleiterausgangsmaterial
kontinuierlich nachfüllen. Die Einkristall-Ziehvorrichtung 1
weist, wie die in Fig. 19 gezeigte Vorrichtung, eine hohle
Kammer 102 auf, in deren Inneren sich ein Doppelschmelztiegel
103 befindet, der körniges Halbleiterausgangsmaterial Sc1
oder alternativ gebrochene Klumpen aus polykristallinem
Halbleitermaterial enthält, die als
Halbleiterausgangsmaterial dienen, wobei eine Heizvorrichtung
104 vorgesehen ist, welche den Doppelschmelztiegel 103
erhitzt und das Halbleiterausgangsmaterial in eine
Halbleiterschmelze Sc2 umwandelt, eine Einkristall-Zieh
vorrichtung, welche eine Ziehwelle 6 aufweist, die einen
Halbleitereinkristall Sc3 aus der Halbleiterschmelze Sc2
zieht, und eine Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 7a, welche
das körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1 dem
Doppelschmelztiegel 103 zuführt.
Die Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 7a weist eine
Speicherzufuhrvorrichtung 8a auf, welche das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 aufbewahrt und zuführt, sowie
ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr 9, welches das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 von der
Speicherzufuhrvorrichtung 8a dem Doppelschmelztiegel 103
unter natürlichen Flußbedingungen zuführt. Das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 9 weist mehrere fest miteinander
verbundene Rohre auf.
Weiterhin muß die Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 7a
geeignete Mengen an körnigem Halbleiterausgangsmaterial Sc1
zum richtigen Zeitpunkt zuführen, wobei sie darüber hinaus
sicherstellt, daß die Zufuhr des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials Sc1 sanft genug erfolgt, damit
keine Welligkeit bei der Halbleiterschmelze Sc2 auftritt. Aus
diesem Grund werden kurze Fallzeiten für das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 und niedrige
Flußgeschwindigkeiten vorgezogen. Um diese entgegengesetzten
Anforderungen zu erfüllen, muß der Kippwinkel des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 9 auf einen optimalen Winkel
eingestellt werden.
Bei dieser Art einer Einkristall-Ziehvorrichtung 1 tritt
allerdings das Problem auf, daß dann, wenn der Kippwinkel des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 9 von dem optimalen Winkel
abweicht, infolge des Einflusses äußerer Größen wie Feuchte
oder Lufttemperatur, oder infolge interner Einflüsse wie
beispielsweise Abweichungen der Winkeleinstellung, es schwer
erneut auszurichten ist.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in
der Bereitstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, bei
welcher die Fall zeit und die Flußgeschwindigkeit des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials einfach eingestellt werden
könnte.
Nunmehr erfolgt eine Schilderung einer Halterungsanordnung
für das voranstehend beschriebene Ausgangsmaterialzufuhrrohr,
In Fig. 22 ist eine Einkristall-Ziehvorrichtung 1 gezeigt,
welche wie die in Fig. 21 dargestellte Vorrichtung einen
Doppelschmelztiegel 103 zum Aufbewahren des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials Sc1 oder alternativ der
gebrochenen Klumpen aus polykristallinem Halbleitermaterial
aufweist, welches als Halbleiterausgangsmaterial dient, eine
Heizvorrichtung 104, welche den Doppelschmelztiegel 103
erwärmt und das Halbleiterausgangsmaterial in eine
Halbleiterschmelze Sc2 umwandelt, eine Einkristall-Zieh
vorrichtung 205, die eine Ziehwelle 205a aufweist, welche
einen Halbleitereinkristall Sc3 aus der Halbleiterschmelze
Sc2 zieht, eine Kammer 205, welche den Doppelschmelztiegel
103, die Heizvorrichtung 104 und die Einkristall-Zieh
vorrichtung 205 mit einer gasdichten Atmosphäre
umschließt, und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr 207, welches
das körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1 dem
Doppelschmelztiegel 103 zuführt. Das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 207 weist ein Innenrohr 208 auf,
welches sich innerhalb der Kammer 206 befindet, sowie einen
äußeren Rohrabschnitt 209, der außerhalb der Kammer 206
angebracht ist. Das Innenrohr 208 besteht aus Quarz, und ist,
wie in Fig. 25 gezeigt, im Inneren mit mehreren, versetzten,
nach unten weisenden Prallflächenplatten 208a versehen, um
die Fallgeschwindigkeit des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials Sc1 zu verringern. Ein oberer
Abschnitt 208b des Innenrohr 208 besteht aus einem
zylindrischen Rohr mit größerem Durchmesser als das Rohr des
unteren Abschnitts, und es ist eine Eingriffsoberfläche 208c
auf der Außenoberfläche des Rohrs am weitesten unten bei
diesem oberen Abschnitt 208b vorgesehen.
Der in Fig. 22 gezeigte Doppelschmelztiegel 103 weist einen
annähernd halbkugelförmigen äußeren Schmelztiegel 111 aus
Quarz (SiO₂) sowie einen zylindrischen inneren Schmelztiegel
112 aus Quarz auf, der im Inneren des äußeren Schmelztiegels
111 befestigt ist. Der untere Abschnitt der Seitenwand des
inneren Schmelztiegels 112 enthält mehrere
Verbindungsöffnungen 113, welche den äußeren Schmelztiegel
111 mit dem inneren Schmelztiegel 112 verbinden. Weiterhin
ist der Doppelschmelztiegel 103 auf einer Aufnahme 115
angebracht, die auf einer Vertikalwelle 114 aufsitzt, die
sich im Zentrum am unteren Abschnitt der Kammer 206 befindet,
und in einer Horizontalebene mit einer festgelegten
Winkelgeschwindigkeit um die Achse CT der Welle 114 gedreht
werden kann.
Die Heizvorrichtung 104 erhitzt und schmilzt das
Halbleiterausgangsmaterial im Inneren des äußeren
Schmelztiegels 111 und hält die Temperatur der so erzeugten
Halbleiterschmelze Sc2 aufrecht, und verwendet bei dieser
Anordnung eine Widerstandsheizung. Zur Wärmeabschirmung ist
darüber hinaus ein Wärmeschirm 216 angebracht, welcher die
Heizvorrichtung 104 umgibt.
Die Kammer 206 weist den Hauptbehälter 221 auf, der nach oben
hin offen ist, sowie einen Deckelabschnitt 222 zum
Verschließen der Öffnung. Der Deckelabschnitt 222 ist mit
einem Zufuhrrohreinführungsabschnitt 223 versehen, welcher
eine Einführungsöffnung 223a aufweist, durch welche das
Innenrohr 208 des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 207 eingeführt
wird. Der Zufuhrrohreinführungsabschnitt 223 ist mit einem
Zufuhrrohranschlagabschnitt 225 versehen.
Die Zufuhrrohranschlagabschnitte 225, wie die in Fig. 24
gezeigten, bestehen aus einer zweistückigen, geteilten Form
226, 227 und einem Halterungsabschnitt 229 für die geteilte
Form, welche eine Befestigungsöffnung 229a aufweist, in
welche die beiden Teile der geteilten Form 226, 227 eingepaßt
werden, wenn sie zusammengehalten sind, wie in Fig. 23
gezeigt ist. Die aus zwei Stücken bestehende, geteilte Form
226, 227 bildet eine Eingriffsöffnung 228, wenn die beiden
Stücke der Form zusammengepaßt sind, wie in Fig. 24 gezeigt
ist. Wie aus Fig. 23 hervorgeht, zeigt der untere Abschnitt
der Öffnungswand der Eingriffsöffnung 228 eine Verringerung
des Durchmessers, wobei eine nach oben weisende
Eingriffsoberfläche 228a ausgebildet wird. Der obere
Abschnitt 208b des Innenrohrs 208 wird in die
Eingriffsöffnung 228 eingeführt und dort befestigt, wobei die
Eingriffsoberfläche 208c des oberen Abschnitts 208b auf der
Eingriffsoberfläche 228a der Öffnungswand der
Eingriffsöffnung 228 angebracht und mit dieser in Eingriff
gebracht wird.
Weiterhin wird, wie aus Fig. 22 hervorgeht, der untere
Abschnitt des Innenrohrs 208 in eine rohrförmige Führung 231
eingeführt, und ist diese Führung 231 auf einem
kreisringförmigen Befestigungsteil 232 gehaltert, welches an
dem oberen Abschnitt der Wärmeabschirmung 216 befestigt ist.
Als nächstes erfolgt eine Erläuterung des Verfahrens, welches
zur Herstellung eines Halbbleitereinkristalls Sc3 verwendet
wird, unter Einsatz der voranstehend geschilderten
Einkristall-Ziehvorrichtung 1.
Zuerst werden gebrochene Klumpen aus polykristallinem
Halbleitermaterial als Halbleiterausgangsmaterial in dem
äußeren Schmelztiegel 111 angeordnet, und der obere Abschnitt
208b des Innenrohrs 208 wird durch die
Zufuhrrohreinlaßöffnung 223a des Deckelabschnitts 223 und die
Befestigungsöffnung 229a des Halterungsabschnitts 229 für die
geteilte Form gedrückt, in den oberen Teil des
Halterungsabschnitts 229 für die geteilte Form. Dann werden
die beiden Teile der geteilten Form 226, 227 aneinander
befestigt, und wird die Form in die Befestigungsöffnung 229a
des Halterungsabschnitt 229 für die geteilte Form eingepaßt,
während der obere Abschnitt 208b des Innenrohrs 208 in
Eingriff mit der Eingriffsöffnung 228 gebracht wird, welche
durch die beiden Teile der geteilten Form 226, 227 gebildet
wird. Dies ermöglicht es, daß das Innenrohr 208 so angebracht
werden kann, daß das untere Ende des Rohrs zwischen der
Außenkante des äußeren Schmelztiegels 111 und des inneren
Schmelztiegels 112 liegt, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Der
externe Rohrabschnitt 209 wird dann mit dem oberen Ende des
Innenrohrs 208 verbunden. Daraufhin wird der Deckelabschnitt
222 geschlossen, das Innenrohr 208 in die Führung 231
eingeführt, und im Inneren des Hauptbehälters 221 der Kammer
206 angeordnet.
Dann wird die Kammer 206, welche den Doppelschmelztiegel 103
umschließt, mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen evakuiert,
um ein Vakuum zu erzeugen, worauf ein Inertgas wie etwa Argon
(Ar) eingegeben wird, um in der Kammer eine
Inertgasatmosphäre herzustellen, und dann wird die Welle 114
in der Horizontalebene um die Achse CT mit konstanter
Winkelgeschwindigkeit gedreht. Wenn der Doppelschmelztiegel
103 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, wird
dann die Heizvorrichtung in Betrieb gesetzt, und das
Ausgangsmaterial im Inneren des Doppelschmelztiegel 103 auf
eine Temperatur erwärmt, welche die
Einkristallwachstumstemperatur übersteigt, um das
Ausgangsmaterial zu schmelzen und die Halbleiterschmelze Sc2
auszubilden.
Sobald das gesamte Ausgangsmaterial geschmolzen ist, um die
Halbleiterschmelze Sc2 zu erzeugen, wird die elektrische
Energie für die Heizvorrichtung 104 so eingestellt, daß die
Oberflächentemperatur im mittleren Bereich der
Halbleiterschmelze Sc2 auf der Einkristallwachstumstemperatur
gehalten wird, und nachdem der Impfkristall Sc4, der von der
Ziehwelle 205a der Einkristall-Ziehvorrichtung 205
herabhängt, in Berührung mit der Halbleiterschmelze Sc2
gebracht wurde, wird der Impfkristall Sc4 vertikal nach oben
mit konstanter Geschwindigkeit gezogen, und wächst ein
Halbleitereinkristall Sc3 um den Kern aus diesem Impfkristall
Sc4. Nach der Herstellung eines Impfkristalls Sc4, der keine
Versetzungen aufweist, wächst daher der Durchmesser des
Einkristalls Sc3 allmählich an, um einen
Einkristallhalbleiter Sc3 mit festgelegtem Durchmesser zu
erzeugen.
Bei diesem Kristallwachstumsvorgang wir darüber hinaus das
körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1 kontinuierlich von dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 207 dem Doppelschmelztiegel 103
zugeführt, an einem Punkt zwischen der Außenkante des äußeren
Schmelztiegels 111 und dem inneren Schmelztiegel 112, mit
einer Rate proportional zur Wachstumsrate (Ziehrate) des
Halbleitereinkristalls, und dieses körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 schmilzt im Inneren des
äußeren Schmelztiegels 111 und gelangt durch die
Verbindungsöffnungen 113 zum inneren Schmelztiegel 112, und
bildet dort eine ständige Zufuhr. Die Verwendung des
voranstehend geschilderten Vorgangs ermöglicht es,
Halbleitereinkristalle Sc3 auszubilden, die hochkristallin
sind (eine gleichmäßige Kristallstruktur aufweisen).
Bei dieser Art einer Einkristall-Ziehvorrichtung 1 tritt
allerdings in der Hinsicht ein Problem auf, daß der Vorgang
der Anbringung des Innenrohrs 208 des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, gezeigt in Fig. 23, die
schwierigen und komplizierten Vorgänge umfaßt, die beiden
Teile der geteilten Form 226, 227 aneinander zu befestigen,
um die Eingriffsöffnung 228 auszubilden, und dann die
geschlossene Form in der Befestigungsöffnung 129a des
Halterungsabschnitts 229 für die geteilte Form anzubringen.
Wenn darüber hinaus erforderlich wird, den Durchmesser des in
Fig. 22 verwendeten Doppelschmelztiegels 103 zu ändern,
treten weitere Schwierigkeiten auf, nämlich daß ein speziell
gebogenes Innenrohr 218 verwendet werden muß, etwa wie jenes,
das in Fig. 26 gezeigt ist, wobei das Ausmaß der Biegung von
der Größe des verwendeten Doppelschmelztiegel 103 abhängt.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß während des Wachstums
des Halbleitereinkristalls Sc3 die Wärme von dem Einkristall
von dem Zufuhrrohranschlagabschnitt 225 ausstrahlt, und eine
Überhitzung des oberen Abschnitts 208b (218a) des Innenrohrs
208 (218) hervorruft, was die Lebensdauer des Innenrohrs 208
(218) verkürzt.
Ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, bei welcher
die Anbringung des Innenrohrs des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
einfach und schnell fertiggestellt werden kann, der
Schmelztiegel einfach ausgetauscht werden kann, und die
Lebensdauer des Innenrohrs verlängert werden kann.
Die Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung (Patentanspruch 1) zum Erreichen des voranstehend
angegebenen ersten Ziels weist auf: einen gasdichten
Behälter; einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten
Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze; ein
Ausgangsmaterialzufuhrrohr, welches von einem oberen
Abschnitt des gasdichten Behälters herunterhängt, und dessen
untere Öffnung so angeordnet ist, daß der in dem
Schmelztiegel befindlichen Halbleiterschmelze körniges
Ausgangsmaterial hinzugefügt werden kann; und einen geneigten
Abschnitt, der an einem unteren Abschnitt des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen ist, um
sicherzustellen, daß das aus der unteren Öffnung des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs aus tretende Ausgangsmaterial in
die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des
Schmelztiegels hineinfällt.
Weiterhin weist der Schmelztiegel einen äußeren Schmelztiegel
und einen inneren Schmelztiegel auf, die miteinander in
Verbindung stehen, und bringt das Ausgangsmaterialzufuhrrohr
das aus der unteren Öffnung austretende Ausgangsmaterial in
die Halbleiterschmelze an einem Ort zwischen dem äußeren
Schmelztiegel und dem inneren Schmelztiegel und in der Nähe
einer Seitenwand des äußeren Schmelztiegels ein.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung der geneigte Abschnitt am
unteren Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen
ist, fällt das im Inneren des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
herunterfallende Ausgangsmaterial in die Halbleiterschmelze
in der Nähe der Seitenwand des äußeren Schmelztiegels, was
dazu führt, daß die Oberfläche der Halbleiterschmelze an
einem Punkt aufgebrochen wird, der von dem inneren
Schmelztiegel ausreichend weit entfernt ist.
Daher wird das zugefügte Ausgangsmaterial von der
Heizvorrichtung schnell geschmolzen, und da der
Eintrittspunkt so weit wie möglich von dem inneren
Schmelztiegel entfernt ist, ist es unwahrscheinlich, daß sich
irgendwelche Gasblasen, die in der Halbleiterschmelze aus Gas
erzeugt werden, welches zusammen mit dem Eintritt des
Ausgangsmaterials in die Schmelze eingebracht wird, durch die
Verbindungsöffnungen in den inneren Schmelztiegel bewegen.
Dies sichert eine maximale Verringerung des Auftretens von
Gitterfehlern wie beispielsweise Versetzungen.
Bei einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung (Patentanspruch 6) zum Erreichen des voranstehend
geschilderten zweiten Ziels dient der geneigte Abschnitt als
Ausgangsmaterialstreuvorrichtung, welche eine horizontale
Kraftkomponente an das Ausgangsmaterial anlegt, welches von
dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr herunterfällt, und daher das
Ausgangsmaterial über die Oberfläche der Halbleiterschmelze
verstreut.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die
Ausgangsmaterialstreuvorrichtung am unteren Abschnitt des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen ist, wird eine
horizontale Kraftkomponente an das Ausgangsmaterial angelegt,
welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr herunterfällt,
wodurch die Streuung des Ausgangsmaterial über eine große
Fläche ermöglicht wird. Das Problem von Klumpen aus
Ausgangsmaterial, die in die Halbleiterschmelze fallen, ist
daher ausgeschaltet, und werden derartige Probleme auf ein
Minimum verringert wie eine lokale Temperaturverringerung in
der Schmelze, und der kräftige Stoß des Ausgangsmaterials,
wenn es in die Halbleiterschmelze eintritt, so daß einer der
Faktoren ausgeschaltet ist, die ein ordnungsgemäßes Wachstum
des Halbleitereinkristalls behindern.
Bei einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung (Patentanspruch 15) zur Erreichung des dritten
voranstehend genannten Ziels ist eine
Speicherzufuhrvorrichtung dazu vorgesehen, das
Ausgangsmaterial aufzubewahren, und das Ausgangsmaterial dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr zuzuführen, und enthält das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr einen flexiblen Abschnitt.
Da bei der vorliegenden Erfindung die
Speicherzufuhrvorrichtung in Bezug auf den Schmelztiegel frei
bewegt werden kann, ist es durch Änderung der Höhe der
Speicherzufuhrvorrichtung in Bezug auf den Schmelztiegel
möglich, einfach die Flußzeit des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials von der Speicherzufuhrvorrichtung
zum Schmelztiegel einzustellen, und die Flußgeschwindigkeit,
mit welcher das Material in den Schmelztiegel eintritt. Macht
man den unteren Abschnitt des flexiblen Rohrs in dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr loser, so kann die
Flußgeschwindigkeit des körnigen Halbleiterausgangsmaterials
in dem unteren Abschnitt schnell verringert werden, was eine
Verringerung der Flußgeschwindigkeit des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials ohne Verringerung der Flußzeit
unter einen momentan zu beachtenden Pegel gestattet.
Bei einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung (Patentanspruch 17) zum Erreichen des vierten
voranstehend geschilderten Ziels ragt das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr durch einen Deckelabschnitt des
gasdichten Behälters, und weist das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr ein Innenrohr auf, welches
innerhalb des gasdichten Behälters angeordnet ist, und im
Anschlag im Eingriff mit einer Eingriffsoberfläche an einem
unteren Endabschnitt eine Außenoberfläche eines oberen
Abschnitts mit großem Durchmesser steht, ist der
Deckelabschnitt des gasdichten Behälters mit einem
Zufuhrrohreinführungsabschnitt zum Einführen des Innenrohrs
versehen, und weist der Zufuhrrohreinführungsabschnitt eine
Eingriffsöffnung auf, durch welche das Innenrohr eingeführt
wird, und dann im Anschlag im Eingriff gehalten wird, ist
eine Öffnungswand der Eingriffsöffnung mit einem
Zufuhrrohranschlagabschnitt versehen, der durch eine nach
oben weisende Eingriffsoberfläche gebildet wird, und
weiterhin weist der Zufuhrrohranschlagabschnitt eine
Einführungsöffnung auf, die neben der Eingriffsöffnung
vorgesehen ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des
Innenrohrs, sowie eine Verbindungsöffnung, die zwischen der
Einführungsöffnung und der Eingriffsöffnung angeordnet ist,
um das Innenrohr von der Einführungsöffnung zur
Eingriffsöffnung hindurchzulassen.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das Innenrohr des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs im Inneren des gasdichten
Behälters angeordnet und angebracht ist, kann der obere
Abschnitt der Innenrohrs nach oben durch die
Einführungsöffnung des Zufuhrrohranschlagabschnitts einführt
werden, und kann die Anbringung des Innenrohrs dadurch
vervollständigt werden, daß das Innenrohr durch die
Verbindungsöffnung zur Eingriffsöffnung des
Zufuhrrohranschlagabschnitts geführt wird, und die
Eingriffsoberfläche auf der äußeren Oberfläche des oberen
Abschnitts des Innenrohrs in der Eingriffsoberfläche der
Eingriffsöffnung angebracht und in Eingriff gebracht wird. Im
Vergleich mit momentan verwendeten Verfahren, welche das
Zusammenfügen der beiden Teile einer geteilten Form
erfordern, um eine Eingriffsöffnung auszubilden, und dann die
Befestigung der geschlossenen Form in der Anpaßöffnung des
Halterungsabschnitts für die geteilte Form, ermöglicht daher
die vorliegende Erfindung eine einfache und schnelle
Installation des Innenrohrs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines
Doppelschmelztiegels und eines
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs einer ersten
Ausführungsform einer Einkristall-Zieh
vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine seitliche Querschnittsansicht von
Fig. 1;
Fig. 3 eine Aufsicht auf Fig. 1;
Fig. 4A eine Längsschnittansicht eines
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs bei der ersten
Ausführungsform und Fig. 4B eine
entsprechende Querschnittsansicht;
Fig. 5A eine vergrößerte Ansicht eines unteren
Abschnitts des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs,
welches in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist,
wobei Fig. 5B eine vergrößerte Ansicht von
Prallflächenplatten ist, die in Fig. 4B
gezeigt sind, und Fig. 5C eine
Querschnittsansicht des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs ist, das in den
Fig. 4A und 4B gezeigt ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines unteren
Abschnitts einer abgeänderten Ausführungsform
des in Fig. 5A gezeigten
Ausgangsmaterialversorgungsrohrs;
Fig. 7 eine Fig. 3 entsprechende Ansicht, wobei
jedoch eine Situation dargestellt ist, wenn
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr keinen
geneigten Abschnitt aufweist;
Fig. 8A eine Perspektivansicht der wesentlichen
Bauteile eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und Fig. 8B eine
Darstellung eines abgeänderten Beispiels für
die zweite Ausführungsform;
Fig. 9 eine Seitenschnittansicht eines
Doppelschmelztiegels gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Perspektivansicht eines
Doppelschmelztiegels gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Seitenquerschnittsansicht eines
Doppelschmelztiegels gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine Darstellung einer sechsten
Ausführungsform einer Einkristall-Zieh
vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 13 eine Darstellung einer siebten Ausführungsform
einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig, 14 eine vordere Querschnittsansicht einer
Ausführungsform eines
Zufuhrrohranschlagabschnitts
(Zufuhrrohrstopvorrichtung) einer achten
Ausführungsform einer Einkristall-Zieh
vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 15 eine vordere Querschnittsansicht eines
Hauptkörpers des Zufuhrrohranschlagabschnitts
von Fig. 14;
Fig. 16 eine Aufsicht auf den Hauptkörper von
Fig. 15;
Fig. 17 eine Seitenquerschnittsansicht eines
Hauptkörperhalterungsabschnitts des
Zufuhrrohranschlagabschnitts von Fig. 14;
Fig. 18 eine Aufsicht auf den
Hauptkörperhalterungsabschnitt von Fig. 17;
Fig. 19 eine Darstellung der wesentlichen Merkmale
einer momentan verwendeten Einkristall-Zieh
vorrichtung;
Fig. 20A eine Längsquerschnittsansicht des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs gemäß Fig. 19,
und Fig. 20B eine Querschnittsansicht des in
Fig. 19 gezeigten
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs;
Fig. 21 eine Darstellung beinahe einer gesamten
Einkristall-Ziehvorrichtung, welche ein
momentan eingesetztes
Ausgangsmaterialzufuhrrohr verwendet;
Fig. 22 eine schematische Darstellung einer
Einkristall-Ziehvorrichtung, welche einen
momentan verwendeten
Zufuhrrohranschlagabschnitt verwendet;
Fig. 23 eine Darstellung eines Beispiels für einen
Zufuhrrohranschlagabschnitt von Fig. 22;
Fig. 24 eine Aufsicht auf eine geteilte Form für den
Zufuhrrohranschlagabschnitt von Fig. 23;
Fig. 25 eine Seitenansicht eines Beispiels für ein
Innenrohr des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs; und
Fig. 26 eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels
für ein Innenrohr des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs.
Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, ist eine Silizium-
Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform ähnlich wie die in Fig. 19 gezeigte
Vorrichtung ausgebildet, wobei die Bezugszeichen 3, 5, 11, 12
und 21 einen Doppelschmelztiegel, der mit einer festgelegten
Winkelgeschwindigkeit (vergleiche den Fall A) gedreht wird,
beziehungsweise ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, einen äußeren
Schmelztiegel, einen inneren Schmelztiegel bzw. eine
Halbleiterschmelze bezeichnen, wobei der innere Schmelztiegel
12 mit mehreren der voranstehend erwähnten
Verbindungsöffnungen 7 versehen ist.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 ist eine Vorrichtung zum
ständigen Liefern körnigen Ausgangsmaterials 8 an die
Halbleiterschmelze 21 (einer Siliziumschmelze bei diesem
Beispiel) an einem Punkt auf der Schmelzoberfläche zwischen
dem äußeren Schmelztiegel 11 und dem inneren Schmelztiegel
12. Beispielsweise für Ausgangsmaterialien, welche durch das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 zugeführt werden, sind
Polysiliziumbarren, die durch Brechen in einem Brechwerk
flockenförmig ausgebildet wurden, oder Polysiliziumkörnchen,
die aus einem gasförmigen Ausgangsmaterial unter thermischer
Zersetzung abgeschieden werden, sowie, soweit erforderlich,
Zusatzstoffe, die als Dotiermittel bekannt sind,
beispielsweise Bor (B) und Phosphor (P).
Nunmehr erfolgt eine Erläuterung der wesentlichen Teile der
vorliegenden Erfindung.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 ist in einer Kammer 2
gehaltert, und hängt annähernd senkrecht herunter.
Ausgangsmaterial 8 wird dem oberen Ende des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 zugeführt, und tritt aus einer
Öffnung am unteren Ende 5a aus. Wie in den Fig. 4A und 4B
gezeigt ist, weist weiterhin das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5
ein oberen Rohrteil 20 auf, welches geradlinig verläuft und
einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und ein unteres
Rohrteil 23, welches mit dem unteren Ende des oberen
Rohrteils 20 verbunden ist und einen rechteckigen Querschnitt
aufweist. Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 ist so angeordnet,
daß Wände 5b, 5c entsprechend den beiden längeren Seiten des
rechteckigen Querschnitts dem inneren Schmelztiegel 12 bzw.
dem äußeren Schmelztiegel 11 gegenüber liegen. Die Wände 5b
und 5c sind daher senkrecht zu Radialrichtung des
Doppelschmelztiegel 3 angeordnet. Das Bezugszeichen 22
bezeichnet eine Verbindung (Verbindungsabschnitt) zwischen
den beiden Rohrteilen 20 und 23. Weiterhin stellt das obere
Rohrteil 20 einen Abschnitt dar, der durch einen
Deckelabschnitt der Kammer 2 hindurchgeht und von diesem
gehaltert wird.
Bei dem unteren Rohrteil 23 des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5
sind mehrere Prallflächenplatten abwechselnd an beiden
Innenwänden 25a, 25b heruntergehend angeordnet, entsprechend
den beiden kürzeren Seiten 5d, 5e des rechteckigen
Querschnitts. Es sind daher leiterförmige Spritzplatten 26a,
26b abwechselnd angeordnet.
Ein Kippwinkel θ (vergleiche Fig. 5B) der Prallplatten 26a,
26b beträgt annähernd 45°, ist jedoch nicht auf diesen
bestimmten Wert beschränkt. Zur Minimalisierung der
Geschwindigkeit, mit welcher das Ausgangsmaterial 8 aus der
Öffnung 5a am unteren Ende des unteren Rohrteils 23
heraus fällt, ist der Teilungsabstand zwischen den
Prallflächenplatten 26a, 26b im unteren Abschnitt des unteren
Rohrteils 23 am kleinsten, jedoch ist dies keine
Einschränkung für die Vorrichtung.
Weiterhin beträgt die Entfernung a (vergleiche Fig. 4B und
Fig. 5C) zwischen den beiden Innenwänden 25a, 25b und den
Vorderkanten der Prallflächenplatten 26a, 26b gleich
annähernd 9 mm, jedoch stellt dies keine Einschränkung bei
der Vorrichtung dar.
Weiterhin überlappen sich die Vorderkanten der abwechselnden
Prallflächenplatten 26a, 26b um annähernd 1 mm, jedoch stellt
dies keine Einschränkung für die Vorrichtung dar. Ist jedoch
das Ausmaß der Überlappung zu groß, so besteht die Gefahr,
daß das Ausgangsmaterial im Inneren des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs gestaut wird.
Das untere Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5
gegenüberliegend dem inneren Schmelztiegel 12 weist einen
geneigten Abschnitt 13 auf, um das Ausgangsmaterial, welches
aus der Öffnung 5a am unteren Ende des unteren Rohrs
herausfällt, auf einen Bereich der Halbleiterschmelze 21 in
der Nähe der Seitenwand des äußeren Schmelztiegels 11 zu
richten. Der geneigte Abschnitt 13 ist in Richtung auf den
äußeren Schmelztiegel 11 geneigt, wobei die Öffnung 5a am
unteren Ende des unteren Rohrs in der Horizontalebene liegt.
Das Ausgangsmaterial 8, dessen Fallgeschwindigkeit durch die
Prallflächenplatten 26a, 26b im Inneren des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 ausreichend verringert wurde,
gelangt in die Halbleiterschmelze 21 in der Nähe der
Seitenwand des äußeren Schmelztiegels 11, infolge des
geneigten Abschnitts 13 am unteren Ende des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5, was zu einem Eintritt in die
Halbleiterschmelze 21 an einem Ort führt, der so weit wie
möglich von dem inneren Schmelztiegel entfernt ist. Ein
gewisser Anteil des Ausgangsmaterials, das aus der Öffnung 5a
am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs heraus fällt,
gelangt darüber hinaus in Berührung mit der Seitenwand des
äußeren Schmelztiegels 11, bevor er in die Halbleiterschmelze
21 gelangt.
Auf diese Weise wird das Ausgangsmaterial 8, welches in die
Halbleiterschmelze hineingelangt, durch die Heizvorrichtung
(in den Figuren nicht dargestellt) schnell geschmolzen, und
wird es unwahrscheinlich, daß die Gasblasen, die von dem in
der Schmelze enthaltenen Gas herrühren, durch die
Verbindungsöffnungen 7 des inneren Schmelztiegels 12 in den
inneren Schmelztiegel 12 gelangen. Dies führt zu einer
maximalen Verringerung des Auftretens von Gitterfehlern wie
beispielsweise Versetzungen.
Bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform ist
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 so angeordnet, daß die Wände
5b und 5c entsprechend den zwei längeren Seiten des
rechteckigen Querschnitts dem inneren Schmelztiegel 12 bzw.
dem äußeren Schmelztiegel 11 gegenüberliegen, und weiterhin
sind die abwechselnden Prallflächenplatten 26a, 26b an den
beiden Innenwänden 25a, 25b des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5
entsprechend den beiden kürzeren Seiten 5d, 5e des
rechteckigen Querschnitts angebracht. Dies macht es sehr
einfach, das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 in den engen Raum
zwischen dem äußeren Schmelztiegel 11 und dem inneren
Schmelztiegel 12 einzuführen, und verhindert darüber hinaus,
daß Ausgangsmaterial im Inneren des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 gestaut wird. Darüber hinaus
ist die Vorrichtung nicht auf die voranstehend geschilderte
Ausbildung beschränkt, und kann das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 auch so angeordnet sein, daß die
Wände 5d, 5e entsprechend den beiden kürzeren Seiten des
rechteckigen Querschnitts dem inneren Schmelztiegel 12 bzw.
dem äußeren Schmelztiegel 11 gegenüberliegen.
Die Ausbildung des geneigten Abschnitts 13 des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 ist nicht auf die voranstehend
geschilderte Form beschränkt, wobei beispielsweise auch die
in Fig. 6 dargestellte Konstruktion geeignet ist. In Fig. 6
ist das untere Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 auf der
Seite des inneren Schmelztiegels (nicht dargestellt) etwas
verlängert, und in Richtung auf den äußeren Schmelztiegel
(nicht dargestellt) gekrümmt ausgebildet, so daß ein
geneigter Abschnitt 24 ausgebildet wird, so daß sich das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 50 von jenem, welches in den
Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, in der Hinsicht unterscheidet,
daß die Öffnung 50a am unteren Ende des unteren
Rohrabschnitts 23 geneigt angeordnet ist.
Fig. 7 zeigt als Beispiel eine Situation, in welcher das in
den Fig. 4 und 6 gezeigte Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5
keinen geneigten Abschnitt aufweist, und in diesem Fall tritt
das Ausgangsmaterial 8, welches aus dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 heraus fällt, in die
Halbleiterschmelze 21 in Klumpen ein, sowie in
Umfangsrichtung des Doppelschmelztiegels 3, was die
Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Wirbeln in
Umfangsrichtung erhöht, was unerwünscht ist.
Ein CMCZ-Verfahren kann bei der Einkristall-Ziehvorrichtung
eingesetzt werden, jedoch lassen sich auch andere
Einkristallherstellungsverfahren einsetzen, unter der
Voraussetzung, daß es sich bei der Vorrichtung um eine
Doppelschmelztiegelanordnung handelt. Beispielsweise kann ein
CZ-Wachstumsverfahren mit kontinuierlicher Beschickung
(CCZ-Verfahren) verwendet werden, bei welchem kein Magnetfeld
angelegt wird.
Nunmehr erfolgt eine Erläuterung anderer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 8A gezeigt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist eine
Fangplatte (Ausgangsmaterialstreuvorrichtung mit geneigtem
Abschnitt) 51a unterhalb einer unteren Endöffnung 55a des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 befestigt, welche das
Ausgangsmaterial 40 einfängt, das aus der Öffnung 55a
austritt (wie durch Pfeile angedeutet). Die Fangplatte 51a
weist eine größere Oberfläche auf als die untere Endöffnung
55a, und ist mit vier Streben 52 befestigt, die von dem
unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 ausgehen. Es
ist ein ausreichender Zwischenraum 53 zwischen dem unteren
Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 und der Fangplatte
51a vorhanden, um sicherzustellen, daß das Ausgangsmaterial
40 außerhalb der Ränder der Fangplatte 51a herunterfällt.
Darüber hinaus ist die Fangplatte 51a nach unten geneigt,
zumindest entweder in Richtung auf die Drehung des
Doppelschmelztiegels 3 (vergleiche Fig. 9), oder in der
Richtung zur Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11 hin
(vergleiche Fig. 9).
Durch die Konstruktion des Ausgangs dieses
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 wird sämtliches
Ausgangsmaterial 40, welches durch das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 55 herausfällt, von der Fangplatte
51a eingefangen, und nachdem seine Fallgeschwindigkeit durch
die Platte verringert wurde, läuft es über die Ränder der
Platte 51a. Bei diesem Vorgang übt die Einwirkung der
Fangplatte 51a, oder alternativ des Haufens aus
Ausgangsmaterial 40, der sich auf der Fangplatte angesammelt
hat, eine horizontale Kraftkomponente auf die Bewegung des
Ausgangsmaterials 40 aus, was dazu führt, daß das
Ausgangsmaterial über einen Bereich verstreut wird, der
größer ist als die Oberfläche der Fangplatte 51a. Infolge der
Verringerung der Fallgeschwindigkeit und infolge der
Streuwirkung der Fangplatte 51a tritt daher das
Ausgangsmaterial in die Halbleiterschmelze mit einem sehr
kleinen Impuls ein.
Falls die Fangplatte 51a nach unten in die Richtung der
Umdrehung des Doppelschmelztiegels 3 (vergleiche Fig. 4)
geneigt ist, ist der Stoß im Moment der Berührung besonders
klein, da das Ausgangsmaterial dann in Berührung mit der
Halbleiterschmelze gelangt, während es sich in derselben
Richtung bewegt, in welcher die Oberfläche der
Halbleiterschmelze bewegt wird, und wird auch die Tiefe
verringert, die das Ausgangsmaterial 40 nach Eindringen in
die Schmelze erreicht. Daher wird der auf die Schmelze
ausgeübte Einfluß verringert. Wenn die Fangplatte 51a nach
unten in Richtung zur Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11
geneigt ist, tritt die Hinzufügung neuen Ausgangsmaterials
zur Schmelze an einem Ort auf, der am weitesten von dem
inneren Schmelztiegel 12 entfernt ist, so daß jeder Einfluß,
der auf die Halbleiterschmelze im Inneren des inneren
Schmelztiegels 12 ausgeübt wird, auf ein Minimum unterdrückt
wird.
Darüber hinaus kann auch eine gekrümmte Fangplatte 51b
verwendet werden, wie sie beispielsweise in Fig. 8B gezeigt
ist.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 9 dargestellt. Bei der dritten Ausführungsform wird
eine Fangplatte 51c durch ein getrenntes Halterungsteil 54
gehaltert, und wird nicht direkt durch das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 55 gehaltert. Der übrige Aufbau
ist ebenso wie in Fig. 8A.
Wie voranstehend erläutert ist die Fangplatte 51a (51b, 51c)
am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 als
Vorrichtung zum Vers treuen des Ausgangsmaterials vorgesehen,
und bringt die Fangplatte eine horizontale Kraftkomponente
auf die Bewegung des Ausgangsmaterials 40 auf, welches durch
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 55 herunterfällt, was eine
Streuung des Ausgangsmaterials 40 über eine große Fläche
ermöglicht. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschaltet, daß
das Ausgangsmaterial 40 in Form von Klumpen in die
Halbleiterschmelze 21 gelangt, und daher werden Probleme wie
die Stöße, die erzeugt werden, wenn das Ausgangsmaterial in
die Halbleiterschmelze 21 eintaucht, oder eine lokale
Temperaturverringerung in der Schmelze, auf ein Minimum
unterdrückt, wodurch einer der Gründe für die Verhinderung
eines ordnungsgemäßen Halbleitereinkristallwachstums
ausgeschaltet wird.
Weiterhin ist eine Ausgangsmaterialstreuvorrichtung (ein
geneigter Abschnitt) infolge der Fangplatte 51a (51b, 51c)
vorhanden, so daß die Fallgeschwindigkeit des
Ausgangsmaterials 40 verringert werden kann, und das
Ausgangsmaterial 40, welches von dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr herabfällt, über einen großen
Bereich der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 gestreut
werden kann. Wenn in dieser Situation die Fangplatte 51a
(51b, 51c) in einer bestimmten Richtung geneigt wird (in
Richtung der Drehung des Doppelschmelztiegels 3, oder in
Richtung zur Seitenwand des äußeren Schmelztiegels 11 hin),
so ist es möglich, die Streuwirkung zu maximieren. Wenn die
Fangplatte 51a von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr 55
gehaltert wird, so ist es nicht erforderlich, eine getrennte
Halterungsanordnung vorzusehen, wogegen dann, wenn die
Fangplatte 51c durch ein getrenntes Halterungsteil 54
gehaltert wird, die Halterungsanordnung für die Fangplatte
51c sehr einfach ausgeführt werden kann.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 10 gezeigt. Bei dieser vierten Ausführungsform wird
eine Ausgangsmaterialstreuvorrichtung durch einen gekrümmten
Abschnitt 57 am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
56 zur Verfügung gestellt, wobei dieser Abschnitt dadurch
ausgebildet wird, daß das Rohr zur Horizontalrichtung hin
gekrümmt wird, und die Endöffnung 56a dieses gekrümmten
Abschnitts 57 in die Richtung zeigt, in welcher der
Doppelschmelztiegel 3 gedreht wird (Pfeil A).
Bei dieser Anordnung wird die Geschwindigkeit des
Ausgangsmaterials 40 verringert, welches durch das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 56 herunterfällt, und wird auf das
Ausgangsmaterial eine horizontale Kraftkomponente ausgeübt,
die auf seine Bewegung beim Durchgang durch den gekrümmten
Abschnitt 57 einwirkt, und dann wird das Ausgangsmaterial
über die Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 verstreut. Da
die Richtung, in welcher das Ausgangsmaterial vom Ende des
gekrümmten Abschnitts 57 abgegeben wird, dieselbe ist wie die
Richtung, in welcher sich die Oberfläche der
Halbleiterschmelze 21 bewegt, kann aus den voranstehend
erläuterten Gründen eine gute Streuwirkung erzielt werden,
Darüber hinaus ist der Punkt, an welchem das Ausgangsmaterial
40 in die Schmelze eintritt, von der Seitenwand des inneren
Schmelztiegels 12 entfernt angeordnet, was bedeutet, daß
jegliche Einwirkung auf die Halbleiterschmelze 21 im Inneren
des inneren Schmelztiegels 12 auf ein Minimum herabgesetzt
ist.
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 11 gezeigt. Bei dieser fünften Ausführungsform wird
eine Ausgangsmaterialstreuvorrichtung durch eine geneigte
Wand 58 zur Verfügung gestellt, die mit der Oberkante der
Außenwand 11a des äußeren Schmelztiegels 11 verbunden ist,
die sich nach unten in Richtung auf den Schmelztiegel hin
neigt, wobei eine untere Endöffnung 59a des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 59 oberhalb dieser geneigten Wand
angeordnet ist.
Das Ausgangsmaterial 40, welches aus der Öffnung 59a am
unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 59 austritt,
trifft auf die geneigte Wand 58 auf und verliert
Geschwindigkeit, und fällt dann die geneigte Wand herunter,
in die Halbleiterschmelze 21, In diesem Fall bewegt sich das
Ausgangsmaterial 40, welches die geneigte Wand 58
herunterfällt, annähernd in Horizontalrichtung, was bedeutet,
daß es über einen weiten Bereich der Oberfläche der
Halbleiterschmelze 21 zerstreut wird, und die Schmelze mit
verringertem Stoß berührt. Weiterhin liegt der Punkt, an
welchem das Ausgangsmaterial 40 in die Schmelze eintritt,
nahe an der Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11, was dazu
führt, daß jegliche Einwirkung auf die Halbleiterschmelze 21
innerhalb des inneren Schmelztiegels 12 auf ein Minimum
herabgesetzt ist.
Der Aufbau einer Ausgangsmaterialstreuvorrichtung kann
einfach dadurch erzielt werden, daß ein gekrümmter Abschnitt
57 am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen
wird, der in die Richtung der Drehung des
Doppelschmelztiegels 3 zeigt, wie in Fig. 10 dargestellt
ist, oder daß eine geneigte Wand 58 auf der Oberkante der
Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11 vorgesehen wird, wie
in Fig. 11 dargestellt ist.
Bei den voranstehend geschilderten zweiten, dritten, vierten
und fünften Ausführungsformen ist die Ausbildung der
Prallflächenplatten (in diesen Figuren nicht gezeigt) im
Inneren des Ausgangsmaterialzufuhrrohre ebenso wie bei der
ersten Ausführungsform.
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
in Fig. 12 gezeigt. Die Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß
der sechsten Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der
in Fig. 21 gezeigten, momentan verwendeten Einkristall-Zieh
vorrichtung 1, wobei jedoch die
Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 7a durch eine verbesserte
Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 70 ersetzt ist. Der übrige
Aufbau ist ebenso wie in Fig. 21 gezeigt, wobei der
Doppelschmelztiegel 103 einen annähernd halbkugelförmigen,
äußeren Schmelztiegel 11 aus Quarz (SiO₂) aufweist, und einen
zylindrischen inneren Schmelztiegel 12 aus Quarz, der im
Inneren des äußeren Schmelztiegels 11 angebracht ist, wobei
der untere Abschnitt der Seitenwand des inneren
Schmelztiegels 12 mehrere Verbindungsöffnungen 7 aufweist,
welche den äußeren Schmelztiegel 11 und den inneren
Schmelztiegel 12 miteinander verbinden.
Der Doppelschmelztiegel 3 ist auf einer Aufnahme 115
angebracht, die auf einer vertikalen Welle 114 aufsitzt, die
im Zentrum im unteren Abschnitt der Kammer 2 angeordnet ist,
und in der Horizontalebene mit einer festgelegten
Winkelgeschwindigkeit um die Achse der Welle 115 gedreht
werden kann. In dem Doppelschmelztiegel 3 befindet sich eine
Halbleiterschmelze Sc2.
Eine Heizvorrichtung 104 erhitzt und schmilzt das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1, oder alternativ die
gebrochenen Klumpen aus polykristallinem Halbleitermaterial,
die als Halbleiterausgangsmaterial dienen, im Inneren des
äußeren Schmelztiegels 111, und hält die Temperatur der so
erzeugten Halbleiterschmelze Sc2 aufrecht, und verwendet bei
dem hier gezeigten Aufbau eine Widerstandsheizung. Zu
Wärmeabschirmzwecken umgibt darüber hinaus eine
Wärmeabschirmung 16 die Heizvorrichtung 104.
Ein geeignetes Beispiel für das voranstehend erwähnte körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 sind Polysiliziumkörnchen, die
aus einem gasförmigen Ausgangsmaterial unter Einsatz einer
thermischen Zersetzung abgeschieden werden, und um den
Widerstand in Wachstumsachsenrichtung auf einem konstanten
Niveau zu halten, können je nach Erfordernis Zusatzstoffe
hinzugefügt werden, die als Dotiermittel bekannt sind,
beispielsweise Bor (B) (für die Herstellung von
Siliziumeinkristallen des p-Typs) oder Phosphor (P) (im Falle
der Herstellung von Siliziumeinkristallen des n-Typs).
Die Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 70 weist eine
Speicherzufuhrvorrichtung 71 auf, welche das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 und das Dotiermittel Sc12
aufbewahrt, und dann das körnige Halbleiterausgangsmaterial
Sc1 und das Dotiermittel Sc12 liefert, sowie ein
Ausgangsmaterialzufuhrrohr 80, welches den natürlicherweise
nach unten gerichteten Fluß des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials Sc1 und des Dotiermittels Sc1 in
eine bestimmte Richtung lenkt, die von der
Speicherzufuhrvorrichtung 71 geliefert werden, und diese
Stoffe dem Doppelschmelztiegel 3 zuführen.
Die Speicherzufuhrvorrichtung 71 weist eine
Speicherzufuhrvorrichtung 72 für körniges Ausgangsmaterial
auf, in welcher das körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1
gespeichert wird, und welche mit Hilfe schwacher Vibrationen
ständig eine geeignete Menge an körnigem
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 liefert, eine Steuerung 73,
welche die Zufuhr an körnigem Halbleiterausgangsmaterial Sc1
von dieser Speicherzufuhrvorrichtung 72 für körniges
Ausgangsmaterial steuert, eine
Dotiermittelspeicherzufuhrvorrichtung 74, welche das
Dotiermittel Sc12 speichert, und intermittierend geeignete
Mengen an Dotiermittel liefert, eine Steuerung 75, welche die
Zufuhr an Dotiermittel Sc12 von der
Dotiermittelspeicherzufuhrvorrichtung 74 steuert, und eine
Schüttvorrichtung 76, welche das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1, welches von der
Speicherzufuhrvorrichtung 72 für das körnige Ausgangsmaterial
geliefert wird, und das Dotiermittel Sc12 einfängt, welches
von der Dotiermittelspeicherzufuhrvorrichtung 74 geliefert
wird, und deren nachfolgenden Fluß nach unten in die richtige
Richtung lenkt.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 80 weist auf: ein oberes Rohr
81 aus Quarz, welches mit dem Ausgang der Schüttvorrichtung
76 verbunden ist, ein unteres Rohr 82 aus Quarz, welches
durch einen Deckelabschnitt der Kammer 12 hindurchgeht, und
so angeordnet ist, daß es einer Außenwand des inneren
Schmelztiegels 12 gegenüberliegt, der im Inneren des äußeren
Schmelztiegels 11 des Doppelschmelztiegels 3 vorgesehen ist,
und ein flexibles Rohr 83, welches zwischen dem oberen Rohr
81 und dem unteren Rohr 82 angeordnet ist und diese beiden
miteinander verbindet. Das flexible Rohr 83 stellt einen
flexiblen Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 80 dar,
und bei der vorliegenden Ausführungsform ist das flexible
Rohr 83 als flexibles Teflonrohr ausgebildet (Teflon:
Handelsbezeichnung für PTFE).
Nunmehr erfolgt eine Erläuterung eines Verfahrens zur
Herstellung eines Halbleitereinkristalls Sc3 unter Verwendung
der voranstehend geschilderten Einkristall-Ziehvorrichtung
100.
Zuerst wird Halbleiterausgangsmaterial, welches aus
gebrochenen Klumpen aus polykristallinem Halbleitermaterial
besteht, in dem äußeren Schmelztiegel 11 angeordnet, und wird
die Kammer 2 unter Verwendung einer Vakuumpumpe und
dergleichen evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen.
Dann wird ein Inertgas wie beispielsweise Argon (Ar)
eingelassen, um in der Kammer 2 eine Inertgasatmosphäre zu
erzeugen, wird die Welle 114 in der Horizontalebene mit
konstanter Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse gedreht, und
wird dann, während sich der äußere Schmelztiegel 11 mit
konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, die Heizvorrichtung
104 eingeschaltet, und wird das Ausgangsmaterial im Inneren
des äußeren Schmelztiegels 11 auf eine Temperatur erwärmt,
welche die Einkristallwachstumstemperatur übersteigt, um das
Ausgangsmaterial zu schmelzen und die Halbleiterschmelze Sc2
zu erzeugen.
Sobald das gesamte Ausgangsmaterial geschmolzen ist, um die
Halbleiterschmelze Sc2 auszubilden, wird der innere
Schmelztiegel 12 auf dem äußeren Schmelztiegel 11 angebracht,
um den Doppelschmelztiegel 3 auszubilden. Die elektrische
Stromversorgung der Heizvorrichtung 104 wird dann so
eingestellt, daß die Oberflächentemperatur im mittleren
Bereich der Halbleiterschmelze Sc2 auf der
Einkristallwachstumstemperatur gehalten wird, und nachdem der
Impfkristall Sc4, der von der Ziehwelle 6a der Einkristall-Zieh
vorrichtung 6 herunterhängt, in Berührung mit der
Halbleiterschmelze Sc2 gebracht wurde, wird der Impfkristall
Sc4 in Vertikalrichtung nach oben gezogen, und wächst ein
Halbleitereinkristall Sc3 um den Kern des Impfkristalls Sc4
herum. Nach der Herstellung eines Impfkristalls Sc4, der
keine Versetzungen aufweist, wächst daher der Durchmesser des
Einkristalls Sc3 allmählich an, um einen
Einkristallhalbleiter Sc3 mit einem bestimmten Durchmesser zu
erzeugen.
Bei diesem Einkristallwachstumsvorgang werden zuerst die
Steuerungen 73, 75 der Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 70
dazu verwendet, ständig das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 von der
Speicherzufuhrvorrichtung 72 für das körnige
Halbleiterausgangsmaterial der Schüttvorrichtung 76
zuzuführen, in einer Menge entsprechend der Wachstumsrate
(Ziehrate) des Halbleitereinkristalls Sc3, und um
intermittierend geeignete Mengen an Dotiermittel Sc12 von der
Dotiermittelspeicherzufuhrvorrichtung 74 der
Schüttvorrichtung 76 zuzuführen. Hierdurch werden das körnige
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 und das Dotiermittel Sc12
miteinander vermischt, fließen das Ausgangsmaterialzufuhrrohr
80 herunter, und gelangen in den äußeren Schmelztiegel 11 an
einem Punkt außerhalb des inneren Schmelztiegels 12. Das
körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1 schmilzt in dem
äußeren Schmelztiegel 11 außerhalb des inneren Schmelztiegels
12, und wird dann ständig dem Inneraum des inneren
Schmelztiegels 12 dadurch zugeführt, daß es durch die
Verbindungsöffnungen 13 hindurchgeht.
Bei dieser Ausführungsform wird ein flexibles Rohr 83 in
einem Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 80 verwendet,
welches die Entfernung zwischen der Speicherzufuhrvorrichtung
71, welche das körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1
liefert, und dem Doppelschmelztiegel 3 überbrückt, und so
kann die Fließzeit der körnigen Halbleiterausgangsmaterials
Sc1 von der Speicherzufuhrvorrichtung 71 zum
Doppelschmelztiegel 3, und die Fließgeschwindigkeit, mit
welcher es in die Doppelschmelztiegelvorrichtung 3 eintritt,
einfach dadurch eingestellt werden, daß die
Speicherzufuhrvorrichtung 71 in Bezug auf den
Doppelschmelztiegel 3 bewegt wird, und die Höhe der
Speicherzufuhrvorrichtung 71 relativ zum Doppelschmelztiegel
3 geändert wird, wie bei dem Beispiel, welches in Fig. 12
durch gestrichelte Linien (Kettenlinien) dargestellt ist.
Läßt man den unteren Abschnitt des flexiblen Rohrs 83 des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 80 weiter durchhängen, wie in
Fig. 12 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, so kann in
diesem unteren Abschnitt die Fließgeschwindigkeit des
körnigen Halbleiterausgangsmaterials Sc1 schnell verringert
werden, und so kann im Vergleich mit der momentan verwendeten
Vorrichtung (Fig. 21) die Fließgeschwindigkeit des
Halbleiterausgangsmaterials Sc1 verringert werden, ohne die
Fließzeit zu verringern.
Die Zufuhr des Halbleiterausgangsmaterials Sc1 kann daher so
vorgenommen werden, daß keine wesentliche Welligkeit an der
Oberfläche der Halbleiterschmelze Sc2 auftritt, die sich in
dem Doppelschmelztiegel 3 befindet, und können im Vergleich
zu momentanen Beispielen (Fig. 21) geeignete Mengen an
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 mit besserer zeitlicher
Abstimmung zur Wachstumsrate (Ziehrate) des
Halbleitereinkristalls Sc3 geliefert werden. Darüber hinaus
kann auch das Dotiermittel Sc12 für das
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 mit besserer Zeitabstimmung
geliefert werden. Unter Verwendung des voranstehend
geschilderten Verfahrens kann ein Einkristallhalbleiter Sc3
mit hoher Kristallinität ausgebildet werden.
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 13 gezeigt. Bei dieser siebten Ausführungsform ist
statt des flexiblen Rohrs 83 des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
80 bei der voranstehend geschilderten sechsten
Ausführungsform ein Paar starrer Rohre 91, 92 vorgesehen, die
durch eine flexible Verbindung miteinander verbunden sind,
und zwischen dem oberen Rohr 81 und dem unteren Rohr 82
angeordnet sind, wobei eines der starren Rohre 91 über eine
flexible Verbindung mit dem oberen Rohr 81 verbunden ist, und
das andere starre Rohr 92 mit dem unteren Rohr 82 verbunden
ist, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Ein gebogener Abschnitt 93
ist zwischen dem starren Rohr 91 und dem oberen Rohr 81
vorgesehen, und ein weiterer gebogener Abschnitt 94 ist
zwischen den beiden starren Rohren 91 und 92 vorgesehen. Die
gebogenen Abschnitte 93, 94 werden am besten aus flexiblen
oder biegbaren Rohren ausgebildet, beispielsweise Teflon-Rohren
oder Nylon-Rohren. Es ist auch eine Anordnung möglich,
bei welcher das obere Ende des flexiblen Rohrs mit dem oberen
Rohr 81 verbunden ist, der mittlere Abschnitt in die starren
Rohre 91, 92 eingeführt ist, und das untere Ende an das
untere Rohr 82 angeschlossen ist.
Bei dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr 90 mit diesem Aufbau kann,
wobei hauptsächlich die Eigenschaften des gebogenen
Abschnitts 94 genutzt werden, die Speicherzufuhrvorrichtung
71 in Bezug auf den Doppelschmelztiegel 3 gedreht und bewegt
werden, was eine Änderung der relativen Höhe der
Speicherzufuhrvorrichtung 71 oberhalb des
Doppelschmelztiegels 3 ermöglicht, und auf diese Weise können
die Flußzeit des körnigen Halbleiterausgangsmaterials Sc1 von
der Speicherzufuhrvorrichtung 71 zum Doppelschmelztiegel 3,
und die Flußgeschwindigkeit, mit welcher es in den
Doppelschmelztiegel 3 eintritt, einfach eingestellt werden.
Unter Verwendung des flexiblen Abschnitts 94 des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 90, um sicherzustellen, daß die
Neigung des starren Rohrs 92, welches unterhalb des flexiblen
Abschnitts 94 angeordnet ist, weniger stark ist als die
Neigung des starren Rohrs 91, welches oberhalb des flexiblen
Abschnitts 94 angebracht ist, kann die Flußgeschwindigkeit
des Halbleiterausgangsmaterials Sc1 in dem unteren starren
Rohr 92 schnell verringert werden, und daher kann, im
Vergleich mit der momentan verwendeten Vorrichtung (Fig. 21)
die Flußgeschwindigkeit des Halbleiterausgangsmaterials Sc1
verringert werden, ohne die Fließzeit zu verringern. Daher
läßt sich ein Ergebnis erzielen, welches jenem entspricht,
das durch die Ausführungsform gemäß Fig. 12 erreicht wurde.
Da der flexible Abschnitt 93 zwischen dem starren Rohr 91 und
dem oberen Rohr 81 angeordnet ist, kann darüber hinaus die
Speicherzufuhrvorrichtung 71 bewegt werden, während die Achse
der Vorrichtung vertikal gehalten wird. Durch Bereitstellung
eines flexiblen Abschnitts zwischen dem unteren starren Rohr
92 und dem oberen Rohr 82, und Bereitstellung einer
Anordnung, bei welcher die Neigung des unteren starren Rohrs
92 ebenfalls frei einstellbar ist, kann darüber hinaus die
Flußgeschwindigkeit des körnigen Halbleiterausgangsmaterials
Sc1 noch einfacher und freier eingestellt werden.
Das körnige Halbleiterausgangsmaterial Sc1, welches aus
Polysiliziumkörnern besteht, kann durch Galliumarsenid (GaAs)
ersetzt werden. Daher wird ein Einkristall aus Galliumarsenid
aus einer Galliumarsenidschmelze gezogen, unter Verwendung
von Galliumarsenid als körnigem Ausgangsmaterial.
In diesem Fall werden als Dotiermittel Sc12 Elemente wie
beispielsweise Zink (Zn) oder Silizium (Si) verwendet.
Darüber hinaus verwenden die voranstehend geschilderten
Anordnungen eine ständige Zufuhr des körnigen
Halbleiterausgangsmaterials Sc1, jedoch sind auch Anordnungen
möglich, bei welchen das körnige Halbleiterausgangsmaterial
Sc1 intermittierend zugeführt wird. Beispielsweise kann die
Zufuhr des körnigen Halbleiterausgangsmaterials Sc1
aufgeschoben werden, bis der Schmelzpegel der
Halbleiterschmelze Sc2 innerhalb des Doppelschmelztiegels 3
unter eine vorbestimmte Höhe abfällt, und wenn der
Schmelzpegel der Halbleiterschmelze Sc2 unter die
vorbestimmte Untergrenze absinkt, wird körniges
Halbleiterausgangsmaterial Sc1 hinzugefügt, bis der
Schmelzpegel der Halbleiterschmelze zum vorbestimmten
Standardschmelzpegel zurückgekehrt ist.
Eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines
Zufuhrrohranschlagabschnitts (Zufuhrrohranschlagvorrichtung)
gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist in Fig. 14 gezeigt. Eine Einkristall-Ziehvorrichtung 300
gemäß dieser achten Ausführungsform weist die momentan
verwendete Einkristall-Ziehvorrichtung 1 auf, die in Fig. 23
dargestellt ist, wobei die Zufuhrrohranschlagvorrichtung 225
verbessert wurde, und durch eine in Fig. 14 gezeigte
Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350 ersetzt wurde, und wobei
weiterhin der Deckelabschnitt 222 der Kammer 206 gemäß
Fig. 22 und 23 und der entsprechende
Zufuhrrohreinführungsabschnitt 223 verbessert wurden, und
durch einen Deckelabschnitt 322 einer Kammer 306 und einen
Zufuhrrohreinführungsabschnitt 323 ersetzt wurden, die in
Fig. 14 gezeigt sind. Gleiche Teile bei der Vorrichtung 1
und der Vorrichtung 300 werden daher durch die gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, und insoweit erfolgt hier keine
erneute Beschreibung.
Die Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350 weist, wie in Fig. 14
gezeigt, einen Hauptkörper 360 auf, der in der Aufsicht von
außen gemäß Fig. 16 oval ist, einen
Hauptkörperhalterungsabschnitt 370, der eine
Befestigungsöffnung 571 aufweist, in welche der Hauptkörper
360 paßt, und eine Kappe 380, die an dem Hauptkörper 360
befestigt ist.
Der Hauptkörperhalterungsabschnitt 370 weist einen
Innenzylinder 372 auf, der die Befestigungsöffnung 371
bildet, und in der Aufsicht von außen gemäß Fig. 18 oval
ist, einen Außenzylinder 373, der in Axialrichtung
konzentrisch zum Innenzylinder 372 angeordnet ist, und der
einen Kühlmittelflußkanal R1 um den Innenzylinder 372 herum
bildet, eine kreisringförmige obere Platte 375, welche das
obere Ende des Kühlmittelflußkanals R1 zwischen den
Innenzylinder 372 und dem Außenzylinder 373 verschließt, eine
kreisringförmige untere Platte 376, welche das untere Ende
des Kühlmittelflußkanals R1 zwischen den Innenzylinder 372
und dem Außenzylinder 373 verschließt, und welche mit dem
Zufuhrrohreinführungsabschnitt 323 verbolzt ist, eine
Trennplatte 377, welche den Kühlmittelflußkanal R1
unterteilt, der zwischen den Innenzylinder 372 und dem
Außenzylinder 373 vorgesehen ist, sowie - wie in Fig. 18
gezeigt - einen Kühlmitteleinlaß 378, an welchem ein
Kühlmittel wie beispielsweise Eiswasser in den
Kühlmittelflußkanal R1 eingelassen wird, und einen
Kühlmittelauslaß 379, aus welchem dieses Eiswasser
ausgestoßen wird, wobei diese Teile auf dem Außenzylinder 373
an beiden Seiten der Trennplatte 377 angeordnet sind.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform der
Deckelabschnitt 322 der Kammer 306 eine Anordnung mit zwei
Platten (Doppelplattenanordnung), mit einem
Kühlmittelflußkanal R2 im Inneren, wie in Fig. 17 gezeigt,
der so ausgebildet ist, daß im Kreislauf Kühlmittel um die
Zufuhrrohreinlaßöffnung 323a des
Zufuhrrohreinführungsabschnitts 323 umgewälzt wird. Die obere
Oberfläche 323b des Zufuhrrohreinführungsabschnitts 323
springt weiter nach innen vor als die Befestigungsöffnung
371, und auf diese Weise wird der Hauptkörper 360, der in die
Befestigungsöffnung 371 eingepaßt ist, von der oberen
Oberfläche 323b gehaltert.
Der Hauptkörper 360 weist eine Eingriffsöffnung 361 auf, die
in Richtung zur einen Kante (nämlich in Fig. 15 zur linken
Kante) des Hauptkörpers angeordnet ist, und welche den
Hauptkörper von oben nach unten durchragt. Die
Eingriffsöffnung 361 ist in der Aufsicht kreisförmig, wie in
Fig. 16 gezeigt ist. Gemäß Fig. 15 weist der untere
Abschnitt 361a der Öffnungswand der Eingriffsöffnung 361
einen engeren Durchmesser auf, und wird auf diese Weise eine
Eingriffsoberfläche 361b auf der Oberkante des sich
ergebenden, sich verjüngenden Abschnitts zur Verfügung
gestellt. Wie aus Fig. 14 hervorgeht, wird der obere
Abschnitt 308b des Innenrohrs 308 in die Eingriffsöffnung 361
eingeführt und dort befestigt, und wird die
Eingriffsoberfläche 308c des oberen Abschnitts 308b auf der
Eingriffsoberfläche 361a auf der Öffnungswand der
Eingriffsöffnung 361 angebracht, und steht so im Anschlag in
Eingriff.
Weiterhin weist, wie in Fig. 15 gezeigt, der Hauptkörper 360
auch eine Einführungsöffnung 362 auf, die in Richtung zur
anderen Kante (nämlich in Fig. 15 zur rechten Kante) des
Hauptkörpers hin angeordnet ist, und welche durch den
Hauptkörper von oben nach unten geht. Die Einführungsöffnung
362 ist in der Aufsicht kreisförmig, wie aus Fig. 16
hervorgeht, und weist einen Innendurchmesser auf, der größer
ist als jener der Außenoberfläche des oberen Abschnitts 308b
des Innenrohrs 308, so daß der obere Abschnitt 308b in die
Einführungsöffnung 362 von unten aus eingeführt werden kann,
und durch die Oberseite nach außen hin vorspringen kann.
Weiterhin weist der obere Rand der Öffnungswand der
Einführungsöffnung 362 einen Abschnitt mit einer
kreisförmigen Ausnehmung auf.
Weiterhin enthält der Hauptkörper 360 eine Verbindungsöffnung
363, welche mit der Einführungsöffnung 362 und der
Eingriffsöffnung 361 von oben nach unten verbunden ist
(nämlich in der zum Papier senkrechten Richtung in Fig. 16),
wie in Fig. 16 gezeigt ist. Die Breite D dieser
Verbindungsöffnung 363 ist kleiner als die äußere Oberfläche
des oberen Abschnitts 308b des Innenrohrs 308 von Fig. 14,
jedoch größer als die Außenoberfläche des mittleren
Abschnitts 308d des Innenrohrs 308, welches direkt unterhalb
des oberen Abschnitts 308b liegt.
Die Kappe 380 weist einen zylindrischen Abschnitt 381 auf,
der in die Einführungsöffnung 362 paßt, und einen
kreisförmigen Plattenabschnitt 382, der an dem oberen Ende
des zylindrischen Abschnitts 381 befestigt ist, und dessen
Außenrand in den Ausnehmungsabschnitt 362a eingepaßt ist.
Die Einkristall-Ziehvorrichtung 300 weist die voranstehend
geschilderten Anordnungen auf, daher wird zum Anordnen und
Anbringen des Innenrohrs 308 des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
307 im Inneren der Kammer 306 der obere Abschnitt 308b des
Innenrohrs 308 durch die Einführungsöffnung 362 des
Hauptkörpers 360 der Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350
hindurchgeführt, die an dem Zufuhrrohreinführungsabschnitt
323 des Deckelabschnitts 322 befestigt ist, und wird der
obere Abschnitt 308b des Innenrohrs 308 nach oben in den
Hauptkörper 360 gedrückt, wie in Fig. 14 gezeigt ist.
Hierbei wird der mittlere Abschnitt 308d des Innenrohrs 308,
der direkt unterhalb des unteren Abschnitts 308b liegt und
einen geringeren Durchmesser aufweist, in der
Einführungsöffnung 362 angeordnet. Der mittlere Abschnitt
308d weist einen geringeren Durchmesser auf als der obere
Abschnitt 308b, und kann daher durch die Verbindungsöffnung
363 vorwärts und zurück gleiten. Hierbei wird das Innenrohr
308 in Horizontalrichtung durch die Verbindungsöffnung 363 in
die Eingriffsöffnung 361 bewegt, und dann wird das Innenrohr
308 abgesenkt, wodurch der obere Abschnitt 308b des
Innenrohrs 308 in der Eingriffsöffnung 361 befestigt wird,
und die Eingriffsoberfläche 308c auf der Außenoberfläche des
oberen Abschnitts 308b angebracht und in Eingriff gebracht
wird, bis zur Eingriffsoberfläche 361b der Eingriffsöffnung
361. Die Kappe 380 wird dann in die nun leere
Einfürungsöffnung 362 eingepaßt, wodurch eine Bewegung des
Innenrohrs 308 zurück in die Einführungsöffnung 362
verhindert wird. Auf diese Weise kann das Innenrohr 308
installiert werden. Der Deckelabschnitt 322 wird dann
geschlossen, und das Innenrohr 308 dann in die Führung 231
eingeführt (siehe Fig. 22), wodurch es im Inneren des
Hauptbehälters (in den Figuren nicht gezeigt) der Kammer 306
angeordnet wird. Daher kann die vorliegende Ausführungsform
die schwierigen und komplizierten Arbeitsvorgänge der
Befestigung der beiden Stücke der geteilten Form 226, 227
aneinander, zur Ausbildung der Eingriffsöffnung 228, und dann
das Einpassen der geschlossenen Form in die
Befestigungsöffnung 229a des Halterungsabschnitts 229 für die
geteilte Form ausschalten, welche bei momentanen
Konstruktionen erforderlich sind, beispielsweise jenen, die
in den Fig. 23 und 24 gezeigt sind, und so kann die
Anbringung des Innenrohrs 308c einfach und schnell
durchgeführt werden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, kann infolge der Tatsache, daß der
Hauptkörper 360 nach oben bewegt werden kann, und frei aus
der Befestigungsöffnung 371 des
Hauptkörperhalterungsabschnitts 370 abgezogen werden kann,
dann ein alternativer Vorgang eingesetzt werden, bei welchem
der Hauptkörper 360 abgezogen wird, der obere Abschnitt 308b
des Innenrohrs 308 durch die Befestigungsöffnung 371 bewegt
wird, und nach oben in den Hauptkörperhalterungsabschnitt 370
gedrückt wird, und zu diesem Zeitpunkt die Einführungsöffnung
362 des Hauptkörpers 360 über den oberen Abschnitt 308b des
Innenrohrs 308 befestigt wird, das Innenrohr durch die
Verbindungsöffnung 363 in die Eingriffsöffnung 361 bewegt
wird, und dann der Hauptkörper 360 zusammen mit dem oberen
Abschnitt 308b des Innenrohrs 308 in der Befestigungsöffnung
371 des Hauptkörperhalterungsabschnitts 370 befestigt wird.
In den Fällen, in welchen der in Fig. 22 gezeigte
Doppelschmelztiegel 103 durch einen anderen derartigen
Schmelztiegel mit noch größerem Durchmesser ersetzt wird,
kann dann durch Änderung der Position der Führung 231 zu
einem Ort weiter entfernt von der Achse CT die Position des
unteren Endes des Innenrohrs 308 einfach von der Achse CT
wegbewegt werden, um den ausgetauschten Doppelschmelztiegel 103
aufzunehmen (vergleiche Fig. 22), wie nachstehend
beschrieben wird. Es wird nämlich zuerst der Hauptkörper 360
von Fig. 14 nach oben bewegt, und aus der
Befestigungsöffnung 371 des Hauptkörperhalterungsabschnitts
370 abgezogen, und der Hauptkörper 360 wird in der
Horizontalebene um 180° gedreht. Da der Hauptkörper 360 oval
ist, verursacht eine Drehung des Hauptkörpers 360 um 180° in
der Horizontalebene keine Änderung des äußeren
Erscheinungsbildes. Daher kann er in diesem gedrehten
Zustand erneut in der Befestigungsöffnung 371 befestigt
werden. Hierbei bewegt sich die Eingriffsöffnung 361 des
Hauptkörpers 360 zu einem Ort, der weiter von der
voranstehend genannten Achse CT entfernt ist, und wenn der
obere Abschnitt 308b des Innenrohrs 308 in die
Eingriffsöffnung 361 eingepaßt wurde und mit dieser im
Eingriff steht, wird die Position des Innenrohrs 308 sehr
einfach an einen Ort bewegt, der von der Achse CT weiter
entfernt ist. Darüber hinaus kann auch der entgegengesetzte
Vorgang einfach durchgeführt werden, bei welchem die Position
des Innenrohrs 308 näher an die Achse CT gebracht wird. Daher
kann das Innenrohr 308 erheblich einfacher in der
geeignetsten Position angeordnet und installiert werden, als
dies bei momentanen Konstruktionen möglich ist, und auf diese
Weise kann der Austausch des Doppelschmelztiegels 103
(vergleiche Fig. 22) einfach durchgeführt werden.
Weiterhin wird während des Aufwachsens des
Halbleitereinkristalls Sc3 Eiswasser in den Kühlmitteleinlaß
378 des Hauptkörperhalterungsabschnitts 370 von Fig. 18
eingegeben, läuft im Kreislauf durch den Kühlmittelflußkanal
R1 um, der die Befestigungsöffnung 371 umgibt, und tritt aus
dem Kühlmittelauslaß 379 aus. Dieses Eiswasser verhindert
eine Überhitzung des oberen Abschnitts 308b des Innenrohrs
308, welches wie in Fig. 14 gezeigt durch den Hauptkörper
geht, der in die Befestigungsöffnung 371 eingepaßt ist, und
in der Eingriffsöffnung 361 des Hauptkörpers 360 befestigt
ist und mit dieser im Eingriff steht. Eine Beeinträchtigung
des Innenrohrs 308 kann daher verhindert werden, und die
Lebensdauer des Rohrs verlängert werden. Dadurch, daß
Eiswasser durch den Deckelabschnitt 322 und den
Kühlmittelflußkanal R2 des Zufuhrrohreinführungsabschnitts
323 hindurchgeleitet wird, ist es möglich, die Überhitzung
des Deckelabschnitts 322 und des
Zufuhrrohreinführungsabschnitts 323 zu verhindern, was eine
Beschädigung des Deckelabschnitts 322 und des
Zufuhrrohreinführungsabschnitts 323 verhindert, und deren
Lebensdauern verlängert.
Bei der achten Ausführungsform ist eine
Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350< 02053 00070 552 001000280000000200012000285910194200040 0002019654220 00004 01934/BOL<, in welcher der Hauptkörper
360 und der Hauptkörperhalterungsabschnitt 370 frei
abgenommen werden können, als Zufuhrrohranschlagabschnitt
angebracht. Allerdings umfaßt die Erfindung ebenfalls
Ausführungsformen, bei welchen die
Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350 einen Hauptkörper 360 und
einen Hauptkörperhalterungsabschnitt 370 aufweist, die zu
einem einstückigen Körper vereinigt sind, und mit dem
Zufuhrrohreinführungsabschnitt 323 des Deckelabschnitts 322
vereinigt sind.
Wenn eine Anordnung verwendet wird, bei welcher Hauptkörper
360 und die Befestigungsöffnung 371 in einer Aufsicht von
außen beide kreisförmig sind, kann darüber hinaus der
Hauptkörper 360 frei in Bezug auf die Befestigungsöffnung 371
gedreht werden, und so kann die Position der Eingriffsöffnung
361 des Hauptkörpers 360 eingestellt werden, und stetig vom
Zentrum des Doppelschmelztiegels 103 (vergleiche Fig. 22)
bis zu den Rändern des Schmelztiegels bewegt werden. In
solchen Fällen, in welchen die Position der Öffnung außerhalb
der Einstellungsentfernung liegt, kann ein Innenrohr wie
jenes verwendet werden, welches in Fig. 26 gezeigt ist, bei
welchem der Eingriffsabschnitt 218a gegenüber der Achse des
Zufuhrabschnitts 318b versetzt angeordnet ist.
Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 6, 7 und
8 ist die Ausbildung der Prallflächenplatten (in diesen
Figuren nicht gezeigt) im Inneren der
Ausgangsmaterialzufuhrrohre ebenso wie bei der ersten
Ausführungsform. Weiterhin ist der Aufbau des geneigten
Abschnitts am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs
ebenso wie jener, der bei den ersten fünf Ausführungsformen
beschrieben wurde.
Claims (10)
1. Einkristall-Ziehvorrichtung, welche aufweist:
einen gasdichten Behälter;
einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze; und
ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial einer Halbleiterschmelze zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet;
dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs austretendes Ausgangsmaterial in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt.
einen gasdichten Behälter;
einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze; und
ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial einer Halbleiterschmelze zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet;
dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs austretendes Ausgangsmaterial in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt.
2. Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelztiegel einen äußeren Schmelztiegel und einen
inneren Schmelztiegel aufweist, die miteinander in
Verbindung stehen, und daß das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr das Ausgangsmaterial, welches
von der unteren Öffnung in die Halbleiterschmelze
gelangt, an einem Ort zwischen dem äußeren Schmelztiegel
und dem inneren Schmelztiegel und in der Nähe einer
Seitenwand des äußeren Schmelztiegels einbringt.
3. Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte
Abschnitt an einer Neigung an einem unteren Ende des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs auf der Seite des inneren
Schmelztiegel vorgesehen ist.
4. Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr so angeordnet ist, daß zwei
längere Seitenwände eines rechteckigen Querschnitts des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs dem inneren Schmelztiegel
bzw, dem äußeren Schmelztiegel gegenüberliegen, und
mehrere Prallflächenplatten abwechselnd in Richtung nach
unten an zwei Innenwänden entsprechend den beiden
kürzeren Seiten des rechteckigen Querschnitts angebracht
sind, so daß das Ausgangsmaterial während seines Falls
nach unten an diese anstößt, wodurch die
Fallgeschwindigkeit verringert wird.
5. Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte
Abschnitt als Ausgangsmaterialstreuvorrichtung dient,
welche eine horizontale Kraftkomponente auf das
Ausgangsmaterial ausübt, welches von dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr herunterfällt, und so das
Ausgangsmaterial über die Oberfläche der
Halbleiterschmelze verstreut.
6. Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausgangsmaterialstreuvorrichtung eine Fangplatte ist,
die unterhalb einer unteren Endöffnung des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs vorgesehen ist, und das
Ausgangsmaterial einfängt, welches aus der unteren
Endöffnung hinausgelangt, wobei ein Zwischenraum
zwischen dem unteren Ende des
Ausgangsmaterialzufuhrrohrs und der Fangplatte
aufrechterhalten wird, um sicherzustellen, daß das
Ausgangsmaterial nach außerhalb der Ränder der
Fangplatte fällt.
7. Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Fangplatte geneigt angeordnet ist, und zwar zumindest
entweder zur Richtung der Drehung des
Doppelschmelztiegels hin oder zur Richtung zur Außenwand
des äußeren Schmelztiegels hin.
8. Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 7,
dadurch gekennzeichnet,, daß eine
Speicherzufuhrvorrichtung vorgesehen ist, um das
Ausgangsmaterial zu speichern und es dem
Ausgangsmaterialzufuhrrohr zuzuführen, wobei das
Ausgangsmaterialzufuhrrohr einen flexiblen Abschnitt
oder einen gebogenen Abschnitt aufweist, der frei
gebogen werden kann.
9, Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr durch einen
Deckelabschnitt des gasdichten Behälters hindurchgeht,
und das Ausgangsmaterialzufuhrrohr ein Innenrohr
aufweist, welches innerhalb des gasdichten Behälters
angeordnet ist, und im Anschlageingriff von einer
Eingriffsoberfläche an einem unteren Endabschnitt einer
Außenoberfläche eines oberen Abschnitts mit großem
Durchmesser gehalten wird, wobei der Deckelabschnitt des
gasdichten Behälters einen
Zufuhrrohreinführungsabschnitt aufweist, zum Einführen
des Innenrohrs, und der Zufuhrrohreinführungsabschnitt
eine Eingriffsöffnung aufweist, durch welche das
Innenrohr eingeführt und dann hierdurch im Anschlag im
Eingriff gehalten wird, und eine Öffnungswand der
Eingriffsöffnung mit einem Zufuhrrohranschlagabschnitt
versehen ist, der durch eine nach oben weisende
Eingriffsoberfläche gebildet wird, und weiterhin der
Zufuhrrohranschlagabschnitt mit einer Einführungsöffnung
versehen ist, die neben der Eingriffsöffnung angeordnet
ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des
Innenrohrs, und eine Verbindungsöffnung zwischen der
Einführungsöffnung und der Eingriffsöffnung angeordnet
ist, um das Innenrohr von der Einführungsöffnung zu der
Eingriffsöffnung gelangen zu lassen.
10, Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Zufuhrrohranschlagabschnitt einen Hauptkörper aufweist,
welcher mit der Eingriffsöffnung versehen ist, der
Einführungsöffnung und der Verbindungsöffnung, sowie
einen Hauptkörperhalterungsabschnitt zum Eingriff mit
dem Hauptkörper und dessen Halterung, wobei der
Hauptkörper und der Hauptkörperhalterungsabschnitt so
geformt sind, daß der Hauptkörper so angebracht werden
kann, daß der Ort der Eingriffsöffnung in zwei oder
mehreren Anordnungen in Bezug auf den
Hauptkörperhalterungsabschnitt angeordnet wird.
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