DE19700498B4

DE19700498B4 - Einkristall-Ziehverfahren

Info

Publication number: DE19700498B4
Application number: DE19700498A
Authority: DE
Inventors: Takashi Atami; Hiroaki Taguchi; Hisashi Furuya; Michio Omiya Kida
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: DE19700498A1; US5891245A; KR970059318A; CN1138878C; CN1165208A; TW440613B; KR100441357B1

Abstract

Einkristall-Ziehverfahren unter Verwendung eines gasdichten Behälters, eines innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegels zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in die Halbleiterschmelze im äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, bei dem das Ausgangsmaterial zusammen mit einem in Richtung des umschlossenen Behälters strömenden Inertgas in das Ausgangsmaterialzufuhrrohr injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial unter Bedingungen injiziert wird, bei denen die Durchflußmenge N (1/min·cm²) des Inertgases innerhalb des Bereichs 0,0048P + 0,0264 < N < 0,07P liegt, wobei P (Torr) der Innendruck innerhalb des gasdichten Behälters (2) ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einkristall-Ziehverfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus einem Halbleiter, wie Silicium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs), unter Anwendung eines Czochralski(CZ)-Verfahrens mit kontinuierlicher Beschickung und Anlegen eines Magnetfelds.
Beschreibung des Standes der Technik
Einkristall-Ziehvorrichtungen, welche das Czochralski(CZ)-Verfahren anwenden, umfassen eine gasdichte Kammer, einen innerhalb der Kammer angeordneten Schmelztiegel zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, eine Heizvorrichtung zum Erhitzen der Halbleiterschmelze und einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Einkristalls aus dem Halbleiter unter Drehung. Bei dieser Art Vorrichtung wird ein Einkristallimpfkristall des Halbleiters in die Halbleiterschmelze im Inneren des Schmelztiegels getaucht, und dann wird der Impfkristall allmählich nach oben gezogen, wobei ein Einkristall des Halbleiters mit großem Durchmesser gezüchtet wird, der dieselbe Ausrichtung wie der Impfkristall aufweist.
In den vergangenen Jahren gab es eine erhebliche Entwicklung des Czochralski(CZ)-Verfahrens mit kontinuierlicher Beschickung und Anlegen eines Magnetfelds (nachfolgend als CMCZ-Verfahren abgekürzt), das eine Abart des Czochralski-Verfahrens ist, wo der Ziehvorgang während einer kontinuierlichen Zufuhr des Ausgangsmaterials zum Schmelztiegel durchgeführt wird. Beim CMCZ-Verfahren wird ein Doppelschmelztiegel verwendet, der einen äußeren Schmelztiegel und einen aus einem zylindrischen Trennkörper bestehenden inneren Schmelztiegel umfaßt, und ein Einkristall des Halbleiters wird aus dem inneren Schmelztiegel gezogen, während Ausgangsmaterial durch ein aus Quarz hergestelltes Ausgangsmaterialzufuhrrohr in den äußeren Schmelztiegel zugegeben wird, und außerdem werden Konvektionsströme in der Halbleiterschmelze im inneren Schmelztiegel unterdrückt, indem man ein äußeres Magnetfeld an der Halbleiterschmelze anlegt. Das Quarz-Ausgangsmaterialzufuhrrohr hängt aus dem oberen Teil der Kammer herab, und die Öffnung am unteren Ende des Rohrs befindet sich in der Nähe der Oberfläche der Halbleiterschmelze im äußeren Schmelztiegel.
Die Öffnung am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs befindet sich mehrere Zentimeter über der Oberfläche der Halbleiterschmelze, während das Ausgangsmaterial im obersten Teil der Kammer gespeichert ist, um zu vermeiden, daß es abgestrahlter Wärme von der Heizvorrichtung und der Halbleiterschmelze ausgesetzt ist. Außerdem strömt das in das Ausgangsmaterialzufuhrrohr injizierte Ausgangsmaterial zusammen mit dem verwendeten Inertgas, wie Argon, innerhalb des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs in Richtung des Inneren der Kammer nach unten und tritt aus der vorgenannten Öffnung am unteren Ende des Rohrs in die Halbleiterschmelze ein.
Jedoch besteht bei augenblicklich verwendeten Einkristall-Ziehvorrichtungen, welche CMCZ-Einkristall-Ziehverfahren oder Aufdampfverfahren anwenden, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eine Tendenz, daß die Häufigkeit des Auftretens von Fehlstellen (ein Gitterfehler) im Kristallgitter des gezogenen Einkristalls größer ist, als man dies bei normalen CZ-Verfahren und Vorrichtungen beobachtet.
Es wird angenommen, daß eine Zunahme der Häufigkeit des Auftretens von Fehlstellen in Einkristallen, die mittels des CMCZ-Verfahrens gezüchtet worden sind, mit dem Verfahren in Beziehung steht, das zum Zugeben von Ausgangsmaterial aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr benutzt wird. Das heißt, weil das Ausgangsmaterial zusammen mit dem durch das Ausgangsmaterialzufuhrrohr strömenden Inertgas in eine Kammer zugegeben wird, welche unter einem vorbestimmten Druck gehalten wird, kann angenommen werden, daß es eine Beziehung zwischen der Durchflußmenge des Inertgases und dem Druck im Ofen sowie dem Auftreten von Fehlstellen gibt.
Die DE 196 54 248 A1 betrifft eine Einkristall-Ziehvorrichtung, bei der eine Halbleiterschmelze in einem äußeren Schmelztiegel aufbewahrt wird, innerhalb dessen ein zylindrischer innerer Schmelztiegel, der als Trennkörper dient, angebracht ist, so dass ein Doppelschmelztiegel ausgebildet wird. Aus der Halbleiterschmelze im Inneren des inneren Schmelztiegels wird ein Halbleitereinkristall gezogen. Der innere Schmelztiegel weist einen Verbindungsabschnitt auf, um den Fluss der Halbleiterschmelze in den inneren Schmelztiegel zuzulassen, und der Verbindungsabschnitt weist eine Anordnung zum Entfernen von Gasblasen auf, die sich an dem Verbindungsabschnitt festgesetzt haben.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die obige Situation mit dem Ziel einer Bereitstellung eines Einkristall-Ziehverfahrens, das eine Verminderung des Auftretens von Fehlstellen ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Einkristall-Ziehverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet einen gasdichten Behälter, einen innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegel zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in die Halbleiterschmelze im äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, wobei das Ausgangsmaterial zusammen mit einem in Richtung des umschlossenen Behälters strömenden Inertgas in das Ausgangsmaterialzufuhrrohr injiziert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial unter Bedingungen injiziert wird, bei denen die Durchflußmenge N (1/min·cm²) des Inertgases innerhalb des Bereichs 0,0048P + 0,0264 < N < 0,07P liegt, wobei P (Torr) der Innendruck innerhalb des gasdichten Behälters ist.
Ein anderes Einkristall-Ziehverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet einen gasdichten Behälter, einen innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegel zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in einen Bereich der Halbleiterschmelze zwischen dem inneren Schmelztiegel und dem äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Bedingungen, bei denen die Temperatur Tm des zugeführten Teils des Ausgangsmaterials innerhalb des Bereichs Ts + 50 < Tm < Ts + 100 liegt, wobei Ts die Fest/Flüssig-Grenzflächentemperatur ist, ein Gewicht W (kg) der in einem Bereich zwischen dem äußeren Schmelztiegel und dem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze innerhalb des Bereichs W ≥ 0,3K-5 (wobei K ≥ 20) liegt, wobei K (g/min) die Menge des aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr zugeführten Ausgangsmaterials ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitts-Schaubild, welches eine bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt;
2 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse eines Versuchs im Hinblick auf eine Verzögerung des Ausgangsmaterials, eines Versuchs im Hinblick auf Schwingungen der Oberfläche der Schmelze und eines Versuchs im Hinblick auf das Auftreten von Fehlstellen zeigt, wobei die horizontale Achse den Druck im Ofen P (Torr) darstellt, und die vertikale Achse die Gasdurchflußmenge pro Oberflächeneinheit über ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr N (1/min·cm²) darstellt; und
3 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse eines Versuchs im Hinblick auf ein Gewicht der Schmelze und eines Versuchs im Hinblick auf das Auftreten von Fehlstellen zeigt, wobei die horizontale Achse das Gewicht W (kg) einer im Bereich zwischen einem äußeren Schmelztiegel und einem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze darstellt, und die vertikale Achse das aus einem Ausgangsmaterialzufuhrrohr zugeführte Ausgangsmaterialvolumen K (g/min) darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend findet sich unter Bezugnahme auf die Schaubilder eine Beschreibung der in Verbindung mit dem Einkristall-Ziehverfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Einkristall-Ziehvorrichtung.
Wie in 1 dargestellt, sind ein Doppelschmelztiegel 3, eine Heizvorrichtung 4 und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 im Inneren einer Kammer 2 einer Einkristall-Ziehvorrichtung 1 angebracht. Der Doppelschmelztiegel 3 umfaßt einen aus Quarz hergestellten ungefähr halbkugelförmigen äußeren Schmelztiegel 11 und einen aus Quarz hergestellten inneren Schmelztiegel 12, der ein innerhalb des äußeren Schmelztiegels 11 angebrachter zylindrischer Trennkörper ist. Verbindungsöffnungen (in der Figur nicht dargestellt) zum Verbinden des inneren Schmelztiegels 12 und des äußeren Schmelztiegels 11 sind im unteren Teil der Wand des inneren Schmelztiegels 12 ausgebildet.
Der Doppelschmelztiegel 3 ist auf einer Aufnahme 15 angebracht, die auf einer mittig im unteren Teil der Kammer 2 angeordneten vertikalen Welle 14 sitzt, und kann in einer horizontalen Ebene mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit um die Achse der Welle 14 gedreht werden. Außerdem ist eine Halbleiterschmelze (das durch Erhitzen geschmolzene Ausgangsmaterial für die Herstellung von Einkristallen eines Halbleiters) 21 innerhalb des Doppelschmelztiegels 3 untergebracht. Die Heizvorrichtung 4 erhitzt und schmilzt das Halbleiterausgangsmaterial im äußeren Schmelztiegel 11 und sorgt auch für die Aufrechterhaltung der Temperatur der derart erzeugten Halbleiterschmelze 21. Die Heizvorrichtung 4 ist so angeordnet, daß sie die Aufnahme 15 und den Doppelschmelztiegel 3 umgibt, und die Außenseite der Heizvorrichtung 4 ist zum Zweck der Wärmehaltung von einer Wärmeabschirmung (in der Figur nicht dargestellt) umgeben.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 wird verwendet, um das granulierte oder pulverförmige Ausgangsmaterial der Halbleiterschmelze 21 kontinuierlich auf die Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 im äußeren Schmelztiegel 11 zuzuführen. Beispiele der Ausgangsmaterialien, die durch das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 zugeführt werden können, umfassen Polysilicium, das durch Zerkleinerung in einem Brecher in Schuppenform umgewandelt worden ist, oder Polysiliciumkörner, die unter Wärmezersetzung aus gasförmigem Ausgangsmaterial abgeschieden worden sind, nach Bedarf unter weiterer Beimischung von als Dotierungsmittel bekannten elementaren Additiven, wie Bor (B) und Phosphor (P). Im Fall von Galliumarsenid werden als elementares Additiv entweder Zink (Zn) oder Silicium (Si) beigemischt.
Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 wird am oberen Ende gehalten, und die Öffnung 5a an seinem unteren Ende ist in einem vorbestimmten Abstand über der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 angeordnet. Zur Verhinderung einer Kontamination und auch aus Verarbeitungsgründen besteht das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 aus einem Quarzrohr mit einem rechteckigen Querschnitt.
Ein Strom eines Inertgases, wie Argon, wird mit einer vorbestimmten Durchflußmenge durch das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 in Richtung des Inneren der Kammer 2 geleitet, und das Ausgangsmaterial, welches ins Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 injiziert wird, wird mit dem Inertgas nach unten in Richtung der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 mitgeführt und auf die Oberfläche der Schmelze freigesetzt. Die Durchflußmenge des Inertgases kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kontinuierlich verändert werden.
Ein Ziehmechanismus und eine Einlaßöffnung zum Zuführen eines Inertgases, wie Argon, in die Kammer 2 sind im oberen Teil der Kammer 2 angeordnet. Ein Zugdraht 24, der einen Teil des Ziehmechanismus bildet, ist so ausgebildet, daß er unter kontinuierlicher Drehung oberhalb des Doppelschmelztiegels 3 auf und ab beweglich ist. Ein Einkristallimpfkristall des Halbleiters wird über eine Einspannvorrichtung an der Spitze des Zugdrahts 24 befestigt. Der Impfkristall wird in die Halbleiterschmelze 21 im inneren Schmelztiegel 12 getaucht und dann nach oben bewegt, und mit dem Impfkristall als Ausgangspunkt wird ein nach und nach gewachsener Einkristall des Halbleiters in einer Atmosphäre des Inertgases, wie Argon, nach oben gezogen.
Wenn der Druck innerhalb der Kammer (der Druck im Ofen) in diesem Stadium niedrig ist, und die Durchflußmenge des Inertgases, wie Argon, groß ist, wird das Ausgangsmaterial mit beträchtlicher Kraft in die Halbleiterschmelze 21 injiziert, wodurch auf der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 Schwingungen hervorgerufen werden. Wenn unter diesen Bedingungen ein Einkristall gezogen wird, treten im Einkristall häufig Fehlstellen (Gitterfehler) auf, vielleicht aufgrund der Tatsache, daß das Ausgangsmaterial tief hinab in die Halbleiterschmelze eindringt. Wenn der Druck im Ofen hoch ist, und die Durchflußmenge des Inertgases, wie Argon, gering ist, wird außerdem die Vorwärtsbewegung des Ausgangsmaterials innerhalb des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 verzögert, und eine Zugabe des Ausgangsmaterials wird unmöglich. Wenn der Druck im Ofen hoch ist, wird außerdem die Beseitigung von Restgas aus dem Inneren der Halbleiterschmelze unterdrückt, und das Ausmaß eines Auftretens von Fehlstellen nimmt zu.
Die folgenden Versuche wurden durchgeführt, wobei den oben beschriebenen Beziehungen zwischen dem Druck innerhalb der Kammer und der Durchflußmenge des Inertgases und dem Auftreten von Fehlstellen die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Versuche im Hinblick auf eine Verzögerung des Ausgangsmaterials, Versuche im Hinblick auf Schwingungen der Oberfläche der Schmelze und Versuche im Hinblick auf das Auftreten von Fehlstellen wurden für verschiedene Gasdurchflußmengen und Ofendrücke mit Argon als Inertgas durchgeführt, und der Abstand zwischen der Öffnung 5a am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 und der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 auf 30 mm eingestellt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. TABELLE 1

Nr.	Gasdurchflußmenge (L/min)	Querschnittsfläsche des Zuführteils (cm²))	Durch-flußmenge pro Flächeneinheit (L/min·cm2)	Druck im Ofen (Torr)	Ergebnisse	Beobachtet X Nicht Beobachtet O
Nr.	Gasdurchflußmenge (L/min)	Querschnittsfläsche des Zuführteils (cm²))	Durch-flußmenge pro Flächeneinheit (L/min·cm2)	Druck im Ofen (Torr)	Verzögerung	Oberflächenschwingung	Fehlstelle
1 2 3 4	0.25	4.41(2.1 × 2.1)	0.057	7 10 15 30	X X X X	- - - -	- - - -
5 6 7 8		3.15(1.5 × 2.1)	0.079	7 10 15 30	X X X X	- - - -	- - - -
9 10 11 12		2.25(1.5 × 1.5)	0.111	7 10 15 30	O O O X	- - - -	- - - -
13 14 15 16	0.5	4.41(2.1 × 2.1)	0.113	7 10 15 30	O O O O	- - - -	- - - -
17 18 19 20		3.15(1.5 × 2.1)	0.159	7 10 15 30	O O O X	- - - -	- - - -
21 22 23 24		2.25(1.5 × 1.5)	0.222	7 10 15 30	O O O O	- - - -	- - - -
25 26 27 28	0.75	4.41(2.1 × 2.1)	0.17	7 10 15 30	O O O X	- - - -	O O O -
29 30 31 32		3.15(1.5 × 2.1)	0.238	7 10 15 30	- - - O	- - - -	- - - -
33 34 35 36		2.25(1.5 × 1.5)	0.333	7 10 15 30	- - - -	- - - -	- - - -

TABELLE 2

Nr.	Gasdurchflußmenge (L/min)	Querschnittsfläche des Zuführteils (cm²)	Durch flußmenge pro Flächeneinheit (L/min·cm²)	Druck im Ofen (Torr)	Ergebnisse	Beobachtet x Nicht Beobachtet O
Nr.	Gasdurchflußmenge (L/min)	Querschnittsfläche des Zuführteils (cm²)	Durch flußmenge pro Flächeneinheit (L/min·cm²)	Druck im Ofen (Torr)	Verzögerung	Oberflächenschwingung	Fehlstelle
37 38 39 40	1.5	4.41(2.1 × 2.1)	0.34	7 10 15 30	O O O -	O O - -	O O O -
41 42 43 44		3.15(1.5 × 2.1)	0.476	7 10 15 30	- - - -	- - - -	X O O -
45 46 47 48		2.25(1.5 × 1.5)	0.667	7 10 15 30	- - - -	- - - -	- - - -
49 50 51 52	3	4.41(2.1 × 2.1)	0.68	7 10 15 30	- - - -	X O O O	- X O -
53 54 55 56		3.15(1.5 × 2.1)	0.952	7 10 15 30	- - - -	- - - -	- - - -
57 58 59 60		2.25(1.5 × 1.5)	1.333	7 10 15 30	- - - -	- - X O	- - - -

Die in Form einer graphischen Darstellung angeordneten Ergebnisse der verschiedenen Versuche sind in 2 gezeigt, wobei der Druck im Ofen P (Torr) entlang der horizontalen Achse und die Gasdurchflußmenge pro Oberflächeneinheit über das Ausgangsmaterialzufuhrrohr N (1/min·cm²) entlang der vertikalen Achse aufgetragen ist. Einige der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Daten sind in 2 weggelassen.
Die Linie (a) in der Figur ist die Linie, welche den Bereich, in dem Schwingungen der Oberfläche der Schmelze auftreten, von dem Bereich trennt, in dem keine derartigen Schwingungen auftreten, und eine statistische Analyse der Daten offenbart, daß die Gleichung der Linie N = 0,08P + 0,12 ist. Folglich treten bei Werten von N < 0,08P + 0,12 keine Schwingungen der Oberfläche der Schmelze auf. Dieses Ergebnis legt es nahe, daß die Ausgangsmaterialinjektionsgeschwindigkeit durch den Druck im Ofen verringert wird.
Die Linie (b) ist die Linie, welche den Bereich, in dem eine Verzögerung des Ausgangsmaterials auftritt, von dem Bereich trennt, in dem keine derartige Verzögerung auftritt, und eine statistische Analyse der Daten offenbart, daß die Gleichung der Linie N = 0,0048P + 0,0264 ist. Folglich tritt bei Werten von N > 0,0048P + 0,0264 keine Verzögerung des Ausgangsmaterials auf.
Die Linie (c) ist die Linie, welche für diejenigen Fälle, wo der Druck im Ofen konstant gehalten wird und die Gasdurchflußmenge vergrößert wird, den Bereich, in dem Fehlstellen auftreten, von dem Bereich trennt, in dem keine Fehlstellen auftreten, und eine statistische Analyse der Daten offenbart, daß die Gleichung der Linie N = 0,07P ist. Folglich treten bei Werten von N < 0,07P keine Fehlstellen auf. Man nimmt an, daß das Ausgangsmaterial, wenn es mit hoher Geschwindigkeit in die Halbleiterschmelze injiziert wird, tief in die Halbleiterschmelze eindringt, und ein Teil des Atmosphärengases zusammen mit dem Ausgangsmaterial in die Halbleiterschmelze eingeschlossen wird, und daß dieses Atmosphärengas die Ursache des Auftretens von Fehlstellen ist.
Folglich glaubt man, daß im Bereich unterhalb der Linie (c) die Geschwindigkeit des Ausgangsmaterials durch den Ofendruck vermindert wird, womit das Auftreten von Fehlstellen verhindert wird.
Wenn der Druck im Ofen erhöht wird, wird außerdem die Beseitigung von Restgas aus dem Inneren der Halbleiterschmelze unterdrückt, und das Ausmaß des Auftretens von Fehlstellen nimmt zu. Aus den Ergebnissen der Versuche kann man die Linie (d) erhalten, welche den Bereich, in dem Fehlstellen auftreten, von dem Bereich trennt, in dem keine Fehlstellen auftreten. Die Gleichung für die Linie (d) ist N = 20.
Aus den obigen Ergebnissen wird deutlich, daß man bei Anwendung des CMCZ-Verfahrens innerhalb des von den Linien (a), (b), (c) und (d) begrenzten Bereichs ein stabiles Einkristallwachstum erhalten kann.
Außerdem kocht die Halbleiterschmelze 21 unterhalb von Ofendruckwerten von P = 5 (Torr), welche in der Figur durch die Linie (e) dargestellt sind, und so ist es aus praktischen Gründen notwendig, Bedingungen innerhalb des von den Linien (a), (b), (c), (d) und (e) begrenzten Bereichs aufrechtzuerhalten.
Außerdem verschieben sich die Linien (a), (b), (c) und (d) in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Öffnung 5a am unteren Ende des Ausgangsmaterialzufuhrrohrs 5 und der Oberfläche der Halbleiterschmelze 21. Dabei verschieben sich die Linien wie durch die folgenden Gleichungen dargestellt:

Linie (a): N = (0,076 – 0,084)P + (0,10 – 0,14)
Linie (b): N = (0,066 – 0,074)P + (–0,02 – 0,02)
Linie (d): N = 18 ~ 22.

Außerdem verschiebt sich die Linie (e) in Abhängigkeit von Wärmeumgebungsfaktoren, wie beispielsweise dem radialen Temperaturgradienten der Oberfläche der Schmelze. Folglich verschiebt sich die Linie (e) innerhalb des Bereichs P = (3 ~ 7).
Wie oben erläutert, verwendet das Einkristall-Ziehverfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen gasdichten Behälter, einen innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegel zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, das aus dem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende zur Halbleiterschmelze im äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, wobei das Ausgangsmaterial zusammen mit einem in Richtung des umschlossenen Behälters strömenden Inertgas in das Ausgangsmaterialzufuhrrohr injiziert wird, und weil das Ausgangsmaterial unter Bedingungen injiziert wird, bei denen die Durchflußmenge N (1/min·cm²) des Inertgases innerhalb des Bereichs 0,0048P + 0,0264 < N < 0,07P liegt, wobei P (Torr) der Innendruck innerhalb des gasdichten Behälters ist, kann der Einkristallwachstumsvorgang mit einer Verringerung des Auftretens von Fehlstellen durchgeführt werden.
Zusätzlich wurden die folgenden Experimente durchgeführt, wobei der Beziehung zwischen dem Gewicht der Halbleiterschmelze (dem Gewicht des Ausgangsmaterialinjektionsbereichs) und der Menge des durch das Ausgangsmaterialzufuhrrohr zugeführten Ausgangsmaterials sowie dem Auftreten von Fehlstellen die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt wurde.
Versuche im Hinblick auf das Volumen der Schmelze und Versuche im Hinblick auf das Auftreten von Fehlstellen wurden durchgeführt, während das Gewicht der im Bereich zwischen dem äußeren und dem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze (das Gewicht des Ausgangsmaterialinjektionsbereichs) und die Menge des durch das Ausgangsmaterialzufuhrrohr zugeführten Ausgangsmaterials verändert wurden. Die Versuche wurden unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Temperatur des zugeführten Teils des Ausgangsmaterials Tm (°C) innerhalb des Bereichs Ts + 50 < Tm < Ts + 100 lag, wobei Ts (°C) die Fest/Flüssig-Grenzflächentemperatur ist.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der graphischen Darstellung in 3 gezeigt, wobei das Gewicht W (kg) der in dem Bereich zwischen dem äußeren Schmelztiegel und dem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze (das Gewicht des Ausgangsmaterialinjektionsbereichs) entlang der vertikalen Achse aufgetragen ist, und die Ausgangsmaterialzufuhrmenge aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr K (g/min) entlang der horizontalen Achse aufgetragen ist. In 3 zeigen die kleinen Kreise (o) diejenigen Fälle an, wo das zugegebene Ausgangsmaterial ohne jegliche Rekristallisation schmolz, und die kleinen Kreuze (x) zeigen diejenigen Fälle an, wo das Ausgangsmaterial rekristallisierte und nicht schmolz. Außerdem zeigen die großen Kreuze (X) diejenigen Fälle an, wo Fehlstellen auftraten, und die großen Kreise (O) zeigen diejenigen Fälle an, wo keine Fehlstellen auftraten.
Diese Ergebnisse ergeben die Linie (a), welche diejenigen Fälle, in denen das Volumen der Schmelze nicht ausreichend war, von denjenigen Fällen trennen, in denen das Volumen der Schmelze ausreichend war. Außerdem erhält man auch die Linie (b), welche für diejenigen Fälle, wo ein Schmelzen möglich ist, den Bereich, in dem Fehlstellen auftreten, von dem Bereich trennt, in dem keine Fehlstellen auftreten. Eine statistische Analyse offenbart, daß die Linie (b) durch die Gleichung W = 0,3K-5 (wobei K ≥ 20) dargestellt wird. Folglich kann bei Werten von K ≥ 20 und mit W ≥ 0,3K-5 ein Einkristallwachstum mit Unterdrückung des Auftretens von Fehlstellen erreicht werden.
Für diejenigen Fälle außerhalb der oben beschriebenen Bedingungen, das heißt im Bereich, wo W < 0,3K-5 ist, kann entweder das Gewicht W des Ausgangsmaterialinjektionsbereichs vergrößert oder die Ausgangsmaterialzufuhrmenge verringert werden, so daß die obige Bedingung erfüllt wird, daß W ≥ 0,3K-5 ist. Eine Vergrößerung der Tiefe der Halbleiterschmelze ermöglicht es, den Wert von W bis zu einem gewissen Maß zu vergrößern, jedoch wird dies selbstverständlich durch die Größe des Doppelschmelztiegels 3 begrenzt, und so wird eine Formänderung und eine Verwendung eines Schmelztiegels mit einem größeren Durchmesser bevorzugt. Außerdem muß die Ziehgeschwindigkeit verringert werden, um eine Verringerung der Ausgangsmaterialzufuhrmenge zu ermöglichen.
Wie oben erläutert, verwendet das Einkristall-Ziehverfahren der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen gasdichten Behälter, einen innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegel zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in einen Bereich der Halbleiterschmelze zwischen dem inneren Schmelztiegel und dem äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, und weil unter Bedingungen, bei denen die Temperatur Tm (°C) des zugeführten Teils des Ausgangsmaterials innerhalb des Bereichs Ts + 50 < Tm < Ts + 100 liegt, wobei Ts (°C) die Fest/Flüssig-Grenzflächentemperatur ist, ein Gewicht W (kg) der in einem Bereich zwischen dem äußeren Schmelztiegel und dem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze innerhalb des Bereichs W ≥ 0,3K-5 (wobei K ≥ 20) liegt, wobei K (g/min) die Zufuhrmenge des aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr zugeführten Ausgangsmaterials ist, kann ein Einkristallwachstum unter Verringerung des Auftretens von Fehlstellen erreicht werden.

Claims

Einkristall-Ziehverfahren unter Verwendung eines gasdichten Behälters, eines innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegels zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in die Halbleiterschmelze im äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, bei dem das Ausgangsmaterial zusammen mit einem in Richtung des umschlossenen Behälters strömenden Inertgas in das Ausgangsmaterialzufuhrrohr injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial unter Bedingungen injiziert wird, bei denen die Durchflußmenge N (1/min·cm²) des Inertgases innerhalb des Bereichs 0,0048P + 0,0264 < N < 0,07P liegt, wobei P (Torr) der Innendruck innerhalb des gasdichten Behälters (2) ist.
Einkristall-Ziehverfahren unter Verwendung eines gasdichten Behälters, eines innerhalb des gasdichten Behälters angeordneten Doppelschmelztiegels zur Aufnahme einer Halbleiterschmelze, der einen äußeren Schmelztiegel und einen inneren Schmelztiegel umfaßt, welche untereinander verbunden sind, sowie eines Ausgangsmaterialzufuhrrohrs, das aus einem oberen Teil des gasdichten Behälters herabhängt und so angeordnet ist, daß ein granuliertes oder pulverförmiges Ausgangsmaterial aus einer Öffnung an seinem unteren Ende in einen Bereich der Halbleiterschmelze zwischen dem inneren Schmelztiegel und dem äußeren Schmelztiegel zugegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bedingungen, bei denen die Temperatur Tm (°C) des zugeführten Teils des Ausgangsmaterials innerhalb des Bereichs Ts + 50 < Tm < Ts + 100 liegt, wobei Ts (°C) die Fest/Flüssig-Grenzflächentemperatur ist, ein Gewicht W (kg) der in einem Bereich zwischen dem äußeren Schmelztiegel und dem inneren Schmelztiegel untergebrachten Halbleiterschmelze innerhalb des Bereichs W ≥ 0,3K-5 (wobei K ≥ 20) liegt, wobei K (g/min) die Menge des aus dem Ausgangsmaterialzufuhrrohr (5) zugeführten Ausgangsmaterials ist.