DE19654220B4

DE19654220B4 - Einkristall-Ziehvorrichtung

Info

Publication number: DE19654220B4
Application number: DE19654220A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Taguchi; Takashi Atami; Hisashi Furuya; Michio Omiya Kida
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: KR100490569B1; CN1163949A; CN1150354C; US5858087A; TW503265B; KR970059123A; DE19654220A1

Abstract

Einkristall-Ziehvorrichtung, welche aufweist:
einen gasdichten Behälter;
einen Schmelztiegel, der einen äußeren Schmelztiegel (11) und einen inneren Schmelztiegel (12) aufweist, die miteinander in Verbindung stehen, und der innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze (21) ist; und
ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5), welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung (5a) so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial (8) einer Halbleiterschmelze (21) zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet;
dadurch gekennzeichnet, daß
das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) das Ausgangsmaterial (8), welches von der unteren Öffnung (5a) in die Halbleiterschmelze (21) gelangt, an einem Ort zwischen dem äußeren Schmelztiegel (11) und dem inneren Schmelztiegel (12) und in der Nähe einer Seitenwand des äußeren Schmelztiegels (11) einbringt, wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) so angeordnet ist, daß zwei längere Seitenwände (5b, 5c) eines rechteckigen Querschnitts des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (5) dem inneren Schmelztiegel (12) bzw. dem äußeren Schmelztiegel...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristall-Ziehvorrichtung 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.
19 zeigt ein Beispiel für eine Einkristallsilizium-Ziehvorrichtung, die in der ersten Veröffentlichtung einer japanischen Patentanmeldung JP-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 Plättchen 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 Bor (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-Ziehvorrichtung 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 JP-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 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 japanischen Patentanmeldung JP-2-255589 sowie die erste Veröffentlichung einer japanischen Patentanmeldung JP-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 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 19, 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 heruntergefallene 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. 21 zeigt eine Einkristall-Ziehvorrichtung 1, bei welcher das CZ-Wachstumsverfahren verwendet wird. Diese Einkristall-Ziehvorrichtung 1 kann das körnige Halbleiterausgangsmaterial kontinuierlich nachfüllen. Die Einkristall-Ziehvorrichtung 1 weist, wie die in 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-Ziehvorrichtung, 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 werde 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 besteht daher in der Bereitstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, bei welcher die Fallzeit und die Flußgeschwindigkeit des körnigen Halbleiterausgangsmaterials einfach eingestellt werden können. Das dritte Ziel ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Nunmehr erfolgt eine Schilderung einer Halterungsanordnung für das voranstehend beschriebene Ausgangsmaterialzufuhrrohr. In 22 ist eine Einkristall-Ziehvorrichtung 1 gezeigt, welche wie die in 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-Ziehvorrichtung 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-Ziehvorrichtung 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 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 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 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 23 gezeigt ist. Die aus zwei Stücken bestehende, geteilte Form 226, 227 bildet eine Eingriffsöffnung 228, wenn die beiden Stöcke der Form zusammengepaßt sind, wie in 24 gezeigt ist. Wie aus 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 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 Halbleitereinkristalls 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 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 wird 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 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 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 26 gezeigt ist, wobei das Ausmaß der Biegung von der Größe des verwendeten Doppelschmelztiegels 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 EP 0 315 156 A1 offenbart eine Ziehvorrichtung für Kristalle gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 4, 8 und 9.
Die DE 43 01 072 A1 , die US 5,419,462 A und die JP 03164493 A offenbaren jeweils weitere Beispiele einer Einkristall-Ziehvorrichtung.
Ferner offenbart die WO 95/15402 A1 ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut, bei dem Schmelze in eine Mischkammer unter Druck eingebracht wird.
Es wird eine Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 4, 8 und 9 offenbart.
Hierbei 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 4, 8 und 9) 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 einer Ausführungsform zur Erreichung des dritten aus dem Stand der Technik bekannten 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 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 Einführendes 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:
1 eine Perspektivansicht eines Doppelschmelztiegels und eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs einer ersten Ausführungsform einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine seitliche Querschnittsansicht von 1;
3 eine Aufsicht auf 1;
4A eine Längsschnittansicht eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs bei der ersten Ausführungsform und 4B eine entsprechende Querschnittsansicht;
5A eine vergrößerte Ansicht eines unteren Abschnitts des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, welches in den 4A und 4B gezeigt ist, wobei 5B eine vergrößerte Ansicht von Prallflächenplatten ist, die in 4B gezeigt sind, und 5C eine Querschnittsansicht des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs ist, das in den 4A und 4B gezeigt ist;
6 eine vergrößerte Ansicht eines unteren Abschnitts einer abgeänderten Ausführungsform des in 5A gezeigten Ausgangsmaterialversorgungsrohrs;
7 eine 3 entsprechende Ansicht, wobei jedoch eine Situation dargestellt ist, wenn das Ausgangsmaterialzufuhrrohr keinen geneigten Abschnitt aufweist;
8A eine Perspektivansicht der wesentlichen Bauteile eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs einer zweiten Ausführungsform gemäß Anspruch 6 der vorliegenden Erfindung, und 8B eine Darstellung eines abgeänderten Beispiels für die zweite Ausführungsform;
9 eine Seitenschnittansicht eines Doppelschmelztiegels gemäß einer dritten Ausführungsform gemäß Anspruch 7 der vorliegenden Erfindung;
10 eine Perspektivansicht eines Doppelschmelztiegels gemäß einer vierten Ausführungsform gemäß Anspruch 8 der vorliegenden Erfindung;
11 eine Seitenquerschnittsansicht eines Doppelschmelztiegels gemäß einer fünften Ausführungsform gemäß Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung;
12 eine Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Einkristall-Ziehvorrichtung;
13 eine Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Einkristall-Ziehvorrichtung;
14 eine vordere Querschnittsansicht eines Zufuhrrohranschlagabschnitts (Zufuhrrohrstopvorrichutng) einer achten Ausführungsform einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
15 eine vordere Querschnittsansicht eines Hauptkörpers des Zufuhrrohranschlagabschnitts von 14;
16 eine Aufsicht auf den Hauptkörper von 15;
17 eine Seitenquerschnittsansicht eines Hauptkörperhalterungsabschnitts des Zufuhrrohranschlagabschnitts von 14;
18 eine Aufsicht auf den Hauptkörperhalterungsabschnitt von 17;
19 eine Darstellung der wesentlichen Merkmale einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
20A eine Längsquerschnittsansicht des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs gemäß 19, und 20B eine Querschnittsansicht des in 19 gezeigten Ausgangsmaterialzufuhrrohrs;
21 eine Darstellung beinahe einer gesamten Einkristall-Ziehvorrichtung, welche ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr gemäß dem Stand der Technik verwendet;
22 eine schematische Darstellung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, welche einen Zufuhrrohranschlagabschnitt gemäß dem Stand der Technik verwendet;
23 eine Darstellung eines Beispiels für einen Zufuhrrohranschlagabschnitt von 22;
24 eine Aufsicht auf eine geteilte Form für den Zufuhrrohranschlagabschnitt von 23;
25 eine Seitenansicht eines Beispiels für ein Innenrohr des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs; und
26 eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels für ein Innenrohr des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs.
Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, ist eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich wie die in 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 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 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 herausfällt, 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 4B und 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 herausfällt, 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 der vorliegenden Erfindung 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 6 dargestellte Konstruktion geeignet ist. In 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 1 bis 5 gezeigt ist, in der Hinsicht unterscheidet, daß die Öffnung 50a am unteren Ende des unteren Rohrabschnitts 23 geneigt angeordnet ist.
7 zeigt als Beispiel eine Situation, in welcher das in den 4 und 6 gezeigte Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 keinen geneigten Abschnitt aufweist, und in diesem Fall tritt das Ausgangsmaterial 8, welches aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 herausfällt, 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 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 9), oder in der Richtung zur Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11 hin (vergleiche 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 4) geneigt ist, ist der Stoß im Moment der Berührung besonders klein, da das Ausgangsmaterial dann in Berührung mit der Halbleiterschmelze gelangt, währendes 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 8B gezeigt ist.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 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 8A.
Wie voranstehend erläutert ist die Fangplatte 51a (51b, 51c) am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 55 als Vorrichtung zum Verstreuen 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 Streuuung 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 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 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 10 dargestellt ist, oder daß eine geneigte Wand 58 auf der Oberkante der Außenwand des äußeren Schmelztiegels 11 vorgesehen wird, wie in 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 ist in 12 gezeigt. Die Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der in 21 gezeigten, momentan verwendeten Einkristall-Ziehvorrichtung 1, wobei jedoch die Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 7a durch eine verbesserte Ausgangsmaterialzufuhrvorrichtung 70 ersetzt ist. Der übrige Aufbau ist ebenso wie in 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-Ziehvorrichtung 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 12 durch gestrichelte Linien (Kettenlinien) dargestellt ist. Läßt man den unteren Abschnitt des flexiblen Rohrs 83 des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 80 weiter durchhängen, wie in 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 (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 (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 ist in 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 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 (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 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, jedoc 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 und gemäß allen Ansprüchen der vorliegenden Erfindung ist in 14 gezeigt. Eine Einkristall-Ziehvorrichtung 300 gemäß dieser achten Ausführungsform weist die momentan verwendete Einkristall-Ziehvorrichtung 1 auf, die in 23 dargestellt ist, wobei die Zufuhrrohranschlagvorrichtung 225 verbessert wurde, und durch eine in 14 gezeigte Zufuhrrohranschlagvorrichtung 350 ersetzt wurde, und wobei weiterhin der Deckelabschnitt 222 der Kammer 206 gemäß 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 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 14 gezeigt, einen Hauptkörper 360 auf, der in der Aufsicht von außen gemäß 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 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 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 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 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 16 gezeigt ist. Gemäß 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 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 15 gezeigt, der Hauptkörper 360 auch eine Einführungsöffnung 362 auf, die in Richtung zur anderen Kante (nämlich in 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 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 16), wie in 16 gezeigt ist. Die Breite D dieser Verbindungsöffnung 363 ist kleiner als die äußere Oberfläche des oberen Abschnitts 308b des Innenrohrs 308 von 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 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 Einführungsöffnung 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 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 23 und 24 gezeigt sind, und so kann die Anbringung des Innenrohrs 308c einfach und schnell durchgeführt werden.
Wie in 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 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 22), wie nachstehend beschrieben wird. Es wird nämlich zuerst der Hauptkörper 360 von 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 Erscheingungsbildes. 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 22) einfach durchgeführt werden.
Weiterhin wird während des Aufwachsens des Halbleitereinkristalls Sc3 Eiswasser in den Kühlmitteleinlaß 378 des Hauptkörperhalterungsabschnitts 370 von 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 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 Deckelsabschnitts 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, in welcher der Hauptkörper 360 und der Hauptkörperhalterungsabschnitt 370 frei abgenommen werden können, als Zufuhrrohranschlagabschnitt angebracht. Zusätzlich werden Ausführungsformen umfaßt, 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 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 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

Einkristall-Ziehvorrichtung, welche aufweist: einen gasdichten Behälter; einen Schmelztiegel, der einen äußeren Schmelztiegel (11) und einen inneren Schmelztiegel (12) aufweist, die miteinander in Verbindung stehen, und der innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze (21) ist; und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5), welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung (5a) so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial (8) einer Halbleiterschmelze (21) zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet; dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) das Ausgangsmaterial (8), welches von der unteren Öffnung (5a) in die Halbleiterschmelze (21) gelangt, an einem Ort zwischen dem äußeren Schmelztiegel (11) und dem inneren Schmelztiegel (12) und in der Nähe einer Seitenwand des äußeren Schmelztiegels (11) einbringt, wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) so angeordnet ist, daß zwei längere Seitenwände (5b, 5c) eines rechteckigen Querschnitts des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (5) dem inneren Schmelztiegel (12) bzw. dem äußeren Schmelztiegel (11) gegenüberliegen, und mehrere Prallflächenplatten (26a, 26b) abwechselnd in Richtung nach unten an zwei Innenwänden (25a, 25b) entsprechend den beiden kürzeren Seiten des rechteckigen Querschnitts angebracht sind, so daß das Ausgangsmaterial (8) während seines Falls nach unten an diese anstößt, wodurch die Fallgeschwindigkeit verringert wird, und ein geneigter Abschnitt (13, 24) an einem unteren Abschnitt des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (5) vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung (5a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (5) austretendes Ausgangsmaterial (8) in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt, wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) durch einen Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters hindurchgeht, und das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) ein Innenrohr (308) aufweist, welches innerhalb des gasdichten Behälters angeordnet ist, und im Anschlageingriff von einer Eingriffsoberfläche (361b) an einem unteren Endabschnitt einer Außenoberfläche eines oberen Abschnitts (308b) mit großem Durchmesser gehalten wird, wobei der Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters einen Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) zum Einführen des Innenrohrs (308) aufweist und der Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) eine Eingriffsöffnung (361) aufweist, durch welche das Innenrohr (308) eingeführt und dann hierdurch im Anschlag im Eingriff gehalten wird, und eine Öffnungswand der Eingriffsöffnung (361) mit einem Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) versehen ist, der durch eine nach oben weisende Eingriffsoberfläche (361b) gebildet wird, und weiterhin der Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) mit einer Einführungsöffnung (362) versehen ist, die neben der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des Innenrohrs (308), und eine Verbindungsöffnung (363) zwischen der Einführungsöffnung (362) und der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, um das Innenrohr (308) von der Einführungsöffnung (362) zu der Eingriffsöffnung (361) gelangen zu lassen.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte Abschnitt (13, 24) an einer Neigung an einem unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (5) auf der Seite des inneren Schmelztiegels (12) vorgesehen ist.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte Abschnitt (13, 24) als Ausgangsmaterialstreuvorrichtung dient, welche eine horizontale Kraftkomponente auf das Ausgangsmaterial (8) ausübt, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) herunterfällt, und so das Ausgangsmaterial (8) über die Oberfläche der Halbleiterschmelze (21) verstreut.
Einkristall-Ziehvorrichtung, welche aufweist: einen gasdichten Behälter; einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze (21); und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr (55), welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung (55a) so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial (40) einer Halbleiterschmelze (21) zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet; dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Abschnitt (13) an einem unteren Abschnitt des Ausgangmaterialzufuhrrohrs (55) vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung (55a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (55) austretendes Ausgangsmaterial (40) in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt, wobei der geneigte Abschnitt (13) als Ausgangsmaterialstreuvorrichtung dient, welche eine horizontale Kraftkomponente auf das Ausgangsmaterial (40) ausübt, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (55) herunterfällt, und so das Ausgangsmaterial (40) über die Oberfläche der Halbleiterschmelze (21) verstreut, wobei die Ausgangsmaterialstreuvorrichtung eine Fangplatte (51a, 51b, 51c) ist, die unterhalb einer unteren Endöffnung (55a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (55) vorgesehen ist, und das Ausgangsmaterial (40) einfängt, welches aus der unteren Endöffnung (55a) hinausgelangt, und wobei ein Zwischenraum zwischen dem unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (55) und der Fangplatte(51a, 51b, 51c) aufrechterhalten wird, um sicherzustellen, daß das Ausgangsmaterial (40) nach außerhalb der Ränder der Fangplatte fällt (51a, 51b, 51c), wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (55) durch einen Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters hindurchgeht, und das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (55) ein Innenrohr (308) aufweist, welches innerhalb des gasdichten Behälters angeordnet ist, und im Anschlageingriff von einer Eingriffsoberfläche (361b) an einem unteren Endabschnitt einer Außenoberfläche eines oberen Abschnitts (308b) mit großem Durchmesser gehalten wird, wobei der Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters einen Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) zum Einführen des Innenrohrs (308) aufweist und der Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) eine Eingriffsöffnung (361) aufweist, durch welche das Innenrohr (308) eingeführt und dann hierdurch im Anschlag im Eingriff gehalten wird, und eine Öffnungswand der Eingriffsöffnung (361) mit einem Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) versehen ist, der durch eine nach oben weisende Eingriffsoberfläche (361b) gebildet wird, und weiterhin der Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) mit einer Einführungsöffnung (362) versehen ist, die neben der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des Innenrohrs (308), und eine Verbindungsöffnung (363) zwischen der Einführungsöffnung (362) und der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, um das Innenrohr (308) von der Einführungsöffnung (362) zu der Eingriffsöffnung (361) gelangen zu lassen.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fangplatte (51a, 51b, 51c) geneigt angeordnet ist, und zwar zumindest entweder zur Richtung der Drehung des Doppelschmelztiegels hin oder zur Richtung zur Außenwand des äußeren Schmelztiegels (11) hin.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fangplatte (51a) durch vier Streben (52), die von dem unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (55) ausgehen, befestigt ist.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fangplatte (51c) durch ein von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (55) getrenntes Halterungsteil (54) gehaltert wird.
Einkristall-Ziehvorrichtung umfassend einen gasdichten Behälter; einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze (21); und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr (56), welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung (56a) so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial (40) einer Halbleiterschmelze (21) zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel (11, 12) befindet; dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Ausgangmaterialzufuhrrohrs (56) vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung (56a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (56) austretendes Ausgangsmaterial (40) in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt, wobei der geneigte Abschnitt als Ausgangsmaterialstreuvorrichtung dient, welche eine horizontale Kraftkomponente auf das Ausgangsmaterial (40) ausübt, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (56) herunterfällt, und so das Ausgangsmaterial (40) über die Oberfläche der Halbleiterschmelze (21) verstreut, wobei die Ausgangsmaterialstreuvorrichtung einen gekrümmten Abschnitt (57) umfasst, der an einem unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (56) vorgesehen ist, und wobei der gekrümmte Abschnitt (57) dadurch ausgebildet wird, daß das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (56) zu einer horizontalen Richtung hin gekrümmt wird, und wobei die untere Öffnung (56a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (56) an dem Ende des gekrümmten Abschnitts positioniert, und einer Richtung der Drehung des Doppelschmelztiegels zugewandt ist, wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (56) durch einen Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters hindurchgeht, und das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (56) ein Innenrohr (308) aufweist, welches innerhalb des gasdichten Behälters angeordnet ist, und im Anschlageingriff von einer Eingriffsoberfläche (361b) an einem unteren Endabschnitt einer Außenoberfläche eines oberen Abschnitts (308b) mit großem Durchmesser gehalten wird, wobei der Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters einen Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) zum Einführen des Innenrohrs (308) aufweist und der Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) eine Eingriffsöffnung (361) aufweist, durch welche das Innenrohr (308) eingeführt und dann hierdurch im Anschlag im Eingriff gehalten wird, und eine Öffnungswand der Eingriffsöffnung (361) mit einem Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) versehen ist, der durch eine nach oben weisende Eingriffsoberfläche (361b) gebildet wird, und weiterhin der Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) mit einer Einführungsöffnung (362) versehen ist, die neben der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des Innenrohrs (308), und eine Verbindungsöffnung (363) zwischen der Einführungsöffnung (362) und der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, um das Innenrohr (308) von der Einführungsöffnung (362) zu der Eingriffsöffnung (361) gelangen zu lassen.
Einkristall-Ziehvorrichtung umfassend einen gasdichten Behälter; einen Schmelztiegel innerhalb des gasdichten Behälters zur Aufbewahrung einer Halbleiterschmelze (21); und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr (59), welches von einem oberen Abschnitt des gasdichten Behälters aus herunterhängt, und dessen untere Öffnung (59a) so angeordnet ist, daß körniges Ausgangsmaterial (40) einer Halbleiterschmelze (21) zugeführt werden kann, die sich in dem Schmelztiegel befindet; dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Abschnitt unterhalb des unteren Abschnitts des Ausgangmaterialzufuhrrohrs (59) vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß aus der unteren Öffnung (59a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (59) austretendes Ausgangsmaterial (40) in die Halbleiterschmelze in der Nähe einer Seitenwand des Schmelztiegels hineinfällt, wobei der geneigte Abschnitt als Ausgangsmaterialstreuvorrichtung dient, welche eine horizontale Kraftkomponente auf das Ausgangsmaterial (40) ausübt, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (59) herunterfällt, und so das Ausgangsmaterial (40) über die Oberfläche der Halbleiterschmelze (21) verstreut, wobei die Ausgangsmaterialstreuvorrichtung eine geneigte Wand (58) umfasst, die mit der oberen Kante einer Außenwand des äußeren Schmelztiegels (11) verbunden ist, und die sich nach unten zu dem äußeren Schmelztiegel (11) neigt, und wobei die untere Öffnung (59a) des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs (59) oberhalb der geneigten Wand (58) positioniert ist, wobei das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (59) durch einen Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters hindurchgeht, und das Ausgangsmaterialzufuhrrohr (59) ein Innenrohr (308) aufweist, welches innerhalb des gasdichten Behälters angeordnet ist, und im Anschlageingriff von einer Eingriffsoberfläche (361b) an einem unteren Endabschnitt einer Außenoberfläche eines oberen Abschnitts (308b) mit großem Durchmesser gehalten wird, wobei der Deckelabschnitt (322) des gasdichten Behälters einen Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) zum Einführen des Innenrohrs (308) aufweist und der Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) eine Eingriffsöffnung (361) aufweist, durch welche das Innenrohr (308) eingeführt und dann hierdurch im Anschlag im Eingriff gehalten wird, und eine Öffnungswand der Eingriffsöffnung (361) mit einem Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) versehen ist, der durch eine nach oben weisende Eingriffsoberfläche (361b) gebildet wird, und weiterhin der Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) mit einer Einführungsöffnung (362) versehen ist, die neben der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, zum Einführen eines oberen Endabschnitts des Innenrohrs (308), und eine Verbindungsöffnung (363) zwischen der Einführungsöffnung (362) und der Eingriffsöffnung (361) angeordnet ist, um das Innenrohr (308) von der Einführungsöffnung (362) zu der Eingriffsöffnung (361) gelangen zu lassen.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4, 8 und 9, bei der der Kühlmittelflußkanal (R2) für einen Kühlmittelfluß in dem Deckelabschnitt (322) und dem Zufuhrrohreinführungsabschnitt (323) ausgebildet ist.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4, 8 und 9, bei der der Kühlmittelflußkanal (R1) für einen Kühlmittelfluß in dem Hauptkörperhalterungsabschnitt (370) ausgebildet ist.
Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrrohranschlagabschnitt (350) einen Hauptkörper (360) aufweist, welcher mit der Eingriffsöffnung (361) versehen ist, der Einführungsöffnung (362) und der Verbindungsöffnung (363), sowie einen Hauptkörperhalterungsabschnitt (370) zum Eingriff mit dem Hauptkörper (360) und dessen Halterung, wobei der Hauptkörper (360) und der Hauptkörperhalterungsabschnitt (370) so geformt sind, daß der Hauptkörper (360) so angebracht werden kann, daß der Ort der Eingriffsöffnung (361) in zwei oder mehreren Anordnungen in Bezug auf den Hauptkörperhalterungsabschnitt (370) angeordnet wird.