DE19857339A1

DE19857339A1 - Einkristallzuchtgerät und Kristallzuchtverfahren

Info

Publication number: DE19857339A1
Application number: DE19857339A
Authority: DE
Inventors: Masahito Watanabe; Minoru Eguchi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 1999-06-17
Also published as: KR19990063004A; JPH11171686A; KR100307991B1; US6077346A; JP2959543B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Ziehen eines Halbleitereinkristalls mit dem Czochralskiverfahren und ein Ziehverfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät und ein Verfahren zum Ziehen eines Kristalls un ter Drehung in einer Halbleiterschmelze.

Einkristallwafer aus Halbleiter, die für Substrate von ul trahochdichten elektronischen Vorrichtungen verwendet wer den, werden durch Ziehen des Kristalls gemäß dem Czochrals kiverfahren hergestellt, wobei der Halbleitereinkristall aus einer sich drehenden Halbleiterschmelze gezogen wird, während der Einkristall in der zur Schmelze entgegengesetz ten Richtung gedreht wird. Das Halbleitermaterial, das in einem Schmelztiegel gehalten wird, wird von einer zylindri schen Heizung, die um den Schmelztiegel herum angeordnet ist, geheizt. Der Schmelztiegel wird gedreht, um die Tempe raturen in der Schmelze aufgrund der verteilten Wärme in einer axial-symmetrischen Konfiguration mit bezug auf den Zugschaft des Kristalls zu halten. Um die Temperaturvertei lung in der Schmelze ausreichend axial zu gestalten, müssen die Mitte der Schmelztiegeldrehung und die Mitte der Hei zung mit dem Zugschaft des Kristalls übereinstimmen.

In der bekannten Technik wurden hauptsächlich mechanische Mittel zum Drehen des Schafts, der den Schmelztiegel in der Heizung hält, eingesetzt. Desweiteren ist ein Verfahren zum Zuführen eines Stroms mit unterschiedlicher Phase an eine Heizung bekannt, so daß die Halbleiterschmelze spontan auf grund eines magnetischen Drehfeldes rotiert, das dadurch erzeugt wird, und zwar aus Japanese Journal of Applied Phy sics, Ausgabe 19, 1980 (L33-36). Desweiteren beschreibt die Japanische Kokai-Veröffentlichungsnummer 63-60189 ein Ver fahren zum Anordnen mehrerer elektromagnetischer Spulen um einen Kristallzuchtofen, so daß die Halbleiterschmelze spontan aufgrund eines drehenden Magnetfelds dreht, das durch Änderung der Phase des der elektromagnetischen Spule zugeführten Stroms erzeugt wird.

Diese bekannten Verfahren zum Drehen der Halbleiterschmelze haben jedoch die folgenden Probleme.

Wenn bei dem Verfahren der mechanischen Drehung der Schmelztiegelhaltewelle der zu wachsende Halbleiterkristall einen Durchmesser von 30 cm erreicht, ist es erforderlich, 300 kg oder mehr Halbleiterschmelze zu verwenden, was zu einem unbequem großen Gerät führt. Wenn das Gerät größer wird, wird es schwieriger, den Schmelztiegel mit einer kon stanten Geschwindigkeit zu drehen, ohne daß die Drehwelle aus der Mitte abweicht.

Bei dem Verfahren der Zufuhr von wechselndem Strom an die Heizung ändert sich die Heizungstemperatur aufgrund des wechselnden Stroms, was andererseits Änderungen in der Halbleiterschmelzentemperatur bewirkt. Auch zeigt dieses Verfahren Probleme hinsichtlich der Deformation der Heizung aufgrund des wechselnden Stroms, wodurch es erforderlich ist, die Heizung bei großen Halbleitereinkristallen zu ver stärken, und es ist nicht zum Ziehen von Einkristallen mit großem Durchmesser geeignet.

Das Verfahren der Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes mittels der elektromagnetischen Spulen erfordert die Steue rung der Phase des Stroms, der den Spulen zugeführt wird, um eine konstante Drehung des Magnetfeldes zu erzielen und die Positionsbeziehungen der Spulen genau zu steuern, und desweiteren ist es schwierig, die Drehrate auf einen ge wünschten Wert zu steuern.

Wenn somit ein Halbleitereinkristall mit einem großen Durchmesser von 30 cm oder mehr mit den bekannten Techniken zu ziehen ist, wird die Temperaturverteilung in der Schnittfläche des Kristallwachstums asymmetrisch mit Bezug auf den Zugschaft, wenn nicht die Drehachse der Halbleiter schmelze vollständig mit dem Zugschaft übereinstimmt, was zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung an der Schnittfläche des Kristallwachstums und zu einer ungleich mäßigen Verteilung von Störstoffen in dem gezogenen Einkri stall führt, was in Streifen-, Riefen- oder Wellenbildung resultiert (Striation).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kristall zuchtgerät und ein Kristallzuchtverfahren gemäß dem Czo chralskiverfahren zum Ziehen von Halbleitereinkristallen zu schaffen, bei denen die Vergrößerung des Gerätes minimiert ist, selbst wenn ein Halbleitereinkristall mit einem großen Durchmesser von 30 cm oder mehr gezogen wird, mit genauer Steuerung der Drehrate und zum Erzielen einer hervorragen den Temperaturverteilung in der Halbleiterschmelze.

Die Erfindung schafft ein Halbleitereinkristallzuchtgerät gemäß dem Czochralskiverfahren mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds in einer Halbleiterschmelze und einer Vorrichtung zum Zuführen eines Stroms in die Halblei terschmelze in einer Richtung rechtwinklig zu dem Magnet feld.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Halbleitereinkristall zuchtverfahren gemäß dem Czochralskiverfahren mit der Er zeugung eines Magnetfeldes in einer Halbleiterschmelze und der Zuführung eines Stroms in die Halbleiterschmelze in ei ner Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld.

Wenn der Halbleitereinkristall gemäß dem Czochralskiverfah ren gezogen wird, kann durch Erzeugen des Magnetfeldes in der Halbleiterschmelze und durch Zuführen eines Stroms in einer Richtung rechtwinklig zu dem Magnetfeld erfindungsge mäß der Kristall gezogen werden, während die Halbleiter schmelze spontan rotiert, ohne daß der Schmelztiegel ge dreht wird.

Desweiteren kann erfindungsgemäß die Drehrate der Halblei terschmelze durch Ändern der Intensität des Magnetfeldes und der Größe des Stroms wie gewünscht frei eingestellt werden.

Erfindungsgemäß kann weiterhin die Verteilung der Drehraten in der Halbleiterschmelze geändert werden durch Ändern der Position einer Elektrode oder einer vorstehenden Elektro denschutzröhre, die in die Halbleiterschmelze eingeführt wird. Dies macht es möglich, die Änderungen der Konzentra tionen von Störstoffelementen, die in den Kristall gemischt werden, zu steuern.

Da bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem ein spon tanes Drehen der Halbleiterschmelze verursacht wird, die Drehachse der Halbleiterschmelze vollständig mit dem Zug schaft des Kristalls übereinstimmt, wird die Temperaturver teilung in der Schmelze symmetrisch mit bezug auf den Kri stallzugschaft, und somit wird eine Streifenbildung im ge zogenen Kristall nicht erzeugt.

Fig. 1 ist ein Diagramm des Aufbaus des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes.

Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 3,0 cm in Beispiel 1 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 3,0 cm in Beispiel 2 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 3,0 in Beispiel 3 des Zuchtgerätes gemäß der Erfindung gezogen wird.

Fig. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 3,0 cm in Beispiel 4 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektroden, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 30,0 cm in Beispiel 5 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektroden, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 30,0 cm in Beispiel 6 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eintauchposi tion der Elektroden, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 30,0 gemäß Beispiel 7 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Elektroden und der Eintauchposition der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 40,0 cm in Beispiel 8 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes gezogen wird.

Fig. 10 ist ein Diagramm der Ergebnisse der Beobachtung der drehenden Siliziumschmelze in einem Einkri stallzuchtprozeß (Beispiele 1 bis 9) gemäß der Er findung. Die Länge des Pfeils bezeichnet die Größe der Bewegungsgeschwindigkeit.

Fig. 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines spitz zulaufenden Magnetfelds, wenn ein Silizi umeinkristall mit einem Durchmesser von 30,0 cm in Beispiel 12 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes ge zogen wird.

Fig. 12 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Position ei nes horizontalen Magnetfeldes, wenn ein Silizi umeinkristall mit einem Durchmesser von 30,0 cm in Beispiel 13 des erfindungsgemäßen Zuchtgerätes ge zogen wird.

Fig. 13 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Position des Eintauchens der Elektrode, wenn ein Siliziumeinkri stall mit einem Durchmesser von 30,0 cm in Beispiel 13 des erfindungsgemäßen Kristallzuchtgerätes gezo gen wird.

Die vorliegende Erfindung nutzt das Prinzip aus, daß ein in einer Halbleiterschmelze, die in einem Magnetfeld angeord net ist, fließender Strom eine Lorentzkraft verursacht, die sich auf die Halbleiterschmelze auswirkt, wodurch eine spon tane Rotation der Halbleiterschmelze verursacht wird. Dies macht es möglich, die Halbleiterschmelze zu drehen, ohne den Schmelztiegel zu drehen.

Selbst wenn eine Halbleiterschmelze von 300 kg oder mehr verwendet wird, um einen Halbleitereinkristall von einem Durchmesser von 30 cm oder mehr zu ziehen, kann folglich die Halbleiterschmelze einfach um die Drehachse gedreht werden, die mit dem Kristallzugschaft übereinstimmt, ohne das Gerät zu vergrößern.

Desweiteren kann die Drehrate der Halbleiterschmelze frei durch Ändern der Intensität des Magnetfeldes und der Größe des Stroms geändert werden. Die Intensität des Magnetfeldes und die Größe des Stroms können unabhängig voneinander ge ändert werden, was es möglich macht, die Drehrate genauer zu steuern.

Wenn weiterhin Strom durch den Halbleitereinkristall und die Halbleiterschmelze geführt wird, kann die Verteilung der Drehrate in der Halbleiterschmelze durch Ändern der Po sition einer Elektrode oder eines vorstehenden Elektroden rohrs, das in die Halbleiterschmelze eingebracht wird, ge ändert werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im fol genden beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einkristall zuchtgerätes umfaßt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ma gnetfeldes, das rechtwinklig zur Schnittfläche des Kri stallwachstums ist und axial-symmetrisch mit Bezug auf einen Zugschaft des Kristalls, und eine Vorrichtung zum Zu führen eines Stroms in die Halbleiterschmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld.

Die Vorrichtung zum Zuführen von Strom umfaßt beispiels weise eine Vorrichtung mit einer Elektrode zum Eintauchen in die Halbleiterschmelze und eine Elektrode zum Zuführen von Strom an den Kristall, der hochzuziehen ist.

Die Elektrode zum Eintauchen in die Halbleiterschmelze kann mehrfach vorgesehen sein, wobei die Elektroden in einer axialsymmetrischen Konfiguration mit Bezug auf den Zug schaft für den Kristall angeordnet sind.

Die in die Halbleiterschmelze eingetauchte Elektrode kann auch in einer geschlossenen Kurve mit einer symmetrischen Konfiguration mit Bezug auf den Zugschaft des Kristalls ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Kristallzuchtgerät kann auch einen solchen Aufbau haben, in dem die Spitze der Elektrode in die Halbleiterschmelze in der Nähe der Oberfläche mit einer konstanten Tiefe eingetaucht wird, wenn der Kristall hoch gezogen wird.

Das erfindungsgemäße Zuchtgerät kann auch einen solchen Aufbau haben, daß die vorstehende Elektrodenröhre, die in die Halbleiterschmelze eintaucht, auf einer konstanten Tiefe gehalten wird, wenn der Kristall hochgezogen wird.

Das Einkristallzuchtgerät gemäß der Erfindung kann auch so aufgebaut sein, daß das Verhältnis der vorstehenden Elek trodenschutzröhre, die in die Halbleiterschmelze einge taucht ist, zur Tiefe der Halbleiterschmelze konstant ge halten wird, wenn der Kristall hochgezogen wird.

Das erfindungsgemäße Einkristallzuchtgerät kann auch so aufgebaut sein, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ma gnetfeldes, das parallel zur Schnittfläche des Kristall wachstums ist, und eine Vorrichtung zum Zuführen von Strom vorgesehen sind, der in einer Richtung rechtwinklig zum Ma gnetfeld in der Halbleiterschmelze fließt.

Das erfindungsgemäße Einkristallzuchtgerät kann auch so aufgebaut sein, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines spitz zulaufenden Magnetfeldes und eine Vorrichtung zum Zu führen von Strom vorgesehen sind, der in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld in der Halbleiterschmelze fließt.

In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einkri stallzuchtverfahrens wird ein Magnetfeld rechtwinklig zur Schnittfläche des Kristallwachstums erzeugt, und ein Strom wird zugeführt, um in einer Richtung rechtwinklig zum Ma gnetfeld in der Halbleiterschmelze zu fließen.

Das Magnetfeld, das rechtwinklig zur Schnittfläche des Kri stallwachstums verläuft, kann in einer Konfiguration gebil det werden, die axialsymmetrisch mit Bezug auf den Kri stallzugschaft ist.

Durch Ändern der Intensität des Magnetfelds während des Kristallwachstums kann gemäß dem erfindungsgemäßen Kri stallwachstumsverfahren der Kristall ferner hochgezogen werden, während die Oberfläche der Halbleiterschmelze in einer optimalen Konfiguration verbleibt. Der Kristall kann auch hochgezogen werden, während die Oberfläche der Halb leiterschmelze in einer optimalen Konfiguration verbleibt, durch Ändern der Größe des Stroms während des Kristall wachstums. Gemäß dem erfindungsgemäßen Kristallwachstums verfahren kann der Kristall auch hochgezogen werden, wäh rend die Tiefe der Spitze der Elektrode, die in die Halb leiterschmelze eingetaucht ist, konstant verbleibt, in der Nähe der Oberfläche der Halbleiterschmelze.

Der Kristall kann auch hochgezogen werden, während die vor stehende Elektrodenschutzröhre, die in die Halbleiter schmelze eingetaucht ist, nahe ihrer Oberfläche bei einer konstanten Tiefe verbleibt.

Der Kristall kann auch hochgezogen werden, während das Ver hältnis der Tiefe der vorstehenden Elektrodenschutzröhre, die in die Halbleiterschmelze eingetaucht ist, zur Tiefe der Halbleiterschmelze konstant gehalten wird.

Die Drehrate der Halbleiterschmelze kann ferner in Radial richtung oder in Tiefenrichtung des Schmelztiegels variiert werden, der mit der Halbleiterschmelze gefüllt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kristallwachstumsverfahren kann das Magnetfeld parallel zur Schnittfläche des Kristall wachstums erzeugt werden, während der Strom zugeführt wird, um in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld in der Halbleiterschmelze zu fließen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kristallwachstumsverfahren kann ein spitz zulaufendes Magnetfeld erzeugt werden, während der Strom in einer Richtung rechtwinklig zu dem Magnetfeld in der Halbleiterschmelze zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel des Einkristall-Zuchtgerätes der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 erläutert.

Ein Schmelztiegel 3 ist in einer Heizung 2 in einem Kri stallzuchtofen 1 plaziert, um eine Halbleiterschmelze 4 zu erzeugen. Der Halbleitereinkristall 5 wird aus der Halblei terschmelze mittels eines Ziehschaftes 6 aus einem elek trisch leitfähigen Material gezogen. Während ein Keimkri stall und der Zugschaft in normaler Weise wie beim Ziehen eines Kristalls gemäß dem Czochralskyverfahren eingesetzt wird, ist es vorzuziehen, einen großen Kontaktbereich zwi schen dem Keimkristall und dem Zugschaft zu schaffen, um zufriedenstellende elektrische Übergänge zu erzielen.

Während der Halbleitereinkristall gezogen wird, wird ein Strom zugeführt, um zwischen dem wachsenden Halbleiterein kristall und der Halbleiterschmelze im Schmelztiegel zu fließen. Aus diesem Grund wird eine Elektrode 7, deren ei nes Ende in eine offene Schutzröhre 8 aus Quarz oder p-BN (pyrolytisches Bornitrid) gefertigt ist, in die Halbleiter schmelze eingeführt, und Strom wird von der externen Ver sorgungsquelle 9 zugeführt, während der Halbleitereinkri stall wächst. Bei diesem Prozeß wird ein Magnetfeld 11, das rechtwinklig zur Schnittfläche des Kristallwachstums ist und axialsymmetrisch mit Bezug auf den Zugschaft ist, von einer elektromagnetischen Spule 10 erzeugt, die um den Kri stallzuchtofen herum angeordnet ist, so daß das Magnetfeld in die Halbleiterschmelze eindringt. Die Drehung der Halb leiterschmelze und das Wachstum des Kristalls werden mit tels einer CCD-Kamera 12 überwacht, die am oberen Ende des Kristallzuchtofens 1 angeordnet ist, um die Intensität des Magnetfelds und den Strom so zu steuern, daß die Halblei terschmelze mit einer gewünschten Geschwindigkeit rotiert. Auch wird die Querschnittskonfiguration der Halbleiter schmelze mittels einer Röntgenstrahlquelle 13 und einer Röntgenstrahlkamera 14 überwacht, die an Seitenwandungen des Kristallzuchtofens 1 angeordnet sind, um die Intensität des Magnetfeldes und den Strom so zu steuern, daß die Halb leiterschmelzenoberfläche in einer gewünschten Form gehal ten wird.

Beispiele, die mittels des oben beschriebenen Gerätes durchgeführt wurden, werden im folgenden beschrieben.

Beispiele 1 bis 4

0,3 kg Siliziumschmelze wurden in einem Schmelztiegel mit einem Durchmesser von 7,5 cm hergestellt, und ein Elektro denstab aus Graphit mit einem Durchmesser von 0,4 cm, der in ein Schutzrohr aus Quarz eingebracht war, wurde in die Siliziumschmelze eingetaucht. Auf diese Weise wurde ein Einkristall aus Silizium mit einem Durchmesser von 3 cm ge zogen, während der Effekt der vorliegenden Erfindung bestä tigt wurde, daß die Halbleiterschmelze spontan rotierte. Die Graphitelektrode wurde in Kontakt mit der Silizium schmelze innerhalb des Quarzschutzrohrs gebracht.

In den Beispielen 1 bis 4 wurde eine Elektrode in die Sili ziumschmelze eingebracht, und ein Kristall wurde gezogen, während die Position der Elektrode oder des Schutzrohres geändert wurde. Die Positionen der Spitze des Schutzrohres, das die Elektrode in den unterschiedlichen Beispielen auf genommen hat, wurden wie folgt und wie in den Fig. 2 bis 5 dargestellt eingestellt. In Beispiel 1 (Fig. 2) wurde das Schutzrohr auf einem Abstand von 1 cm von der Schmelztie gelwandung und in einer Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze gehalten. In Beispiel 2 (Fig. 3) wurde das Schutzrohr in einem Abstand von 1 cm von der Schmelztiegel wandung und bei einer Tiefe von der Hälfte (h/2) der Tiefe der Schmelze (h) gehalten. In Beispiel 3 (Fig. 4) wurde das Schutzrohr in einem Abstand von der Hälfte (r/2) des Radius der Siliziumschmelze (r) und bei einer Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze gehalten. In Beispiel 4 (Fig. 5) wurde das Schutzrohr in einem Abstand von der Hälfte (r/2) des Radius der Siliziumschmelze (r) und bei einer Tiefe von der Hälfte (h/2) der Tiefe der Schmelze (h) ge halten.

Beispiele 5 bis 7

300 kg Siliziumschmelze wurden in einem Schmelztiegel mit einem Durchmesser von 75 cm hergestellt, und ein Elektro denstab aus Graphit mit einem Durchmesser von 0,4 cm, der in ein Schutzrohr aus Quarz eingebracht war, wurde in die Siliziumschmelze eingebracht, um einen Einkristall aus Si lizium mit 30 cm Durchmesser zu ziehen.

In diesen Beispielen wurden Kristalle gezogen, wobei die Anzahl der Elektroden, die in die Schmelze eintauchten, wie folgt geändert wurden. In Beispiel 5 wurden zwei Schutzröh ren, die Elektroden aufnehmen, in eine Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht, wobei ihre Mitten bei der Hälfte (r/2) des Radius der Siliziumschmelze (r) eingetaucht waren und auf einem Durchmesser des Schmelztie gels angeordnet waren, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Im Beispiel 6 wurden drei Schutzröhren mit darin aufgenommenen Elektroden in eine Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht, wobei ihre Mitten bei der Hälfte (r/2) des Radius (r) der Siliziumschmelze positioniert wa ren und mit gleichen Abständen von 120° um die Mitte des Schmelztiegels beabstandet waren, wie in Fig. 7 dargestellt ist. In Beispiel 7 wurden sechs Schutzröhren mit innenlie genden Elektroden in eine Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht, wobei ihre Mitten bei der Hälfte (r/2) des Radius der Siliziumschmelze (r) positioniert wa ren und sie mit gleichen Intervallen von 60° um die Mitte des Schmelztiegels beabstandet angeordnet waren, wie in Fig. 8 dargestellt ist.

Beispiel 8

In diesem Beispiel wurde ein kreisförmiger Ring mit einem Innenradius, der die Hälfte (r/2) des Radius der Silizium schmelze (r) betrug, als Elektrode 7 verwendet, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Die Mitte dieses Rings korrespondierte mit dem Zugschaft des Kristalls. Ein Schutzrohr 8 wurde in die Siliziumschmelze eingetaucht, wobei sein unteres Ende in einer Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze entfernt war, wodurch ein Kristall gezogen wurde.

Beispiel 9

Bei diesem Beispiel wurde ein Einkristall aus Silizium mit 40 cm Durchmesser unter Verwendung eines Quarzschmelztie gels mit einem Durchmesser von 100 cm gezogen. Drei Schutz röhren, die Kohlenstoffelektroden mit einem Durchmesser von 0,4 mm aufgenommen hatten, wurden in eine Tiefe von 1 cm von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht, wobei ihre Mitten bei der Hälfte (r/2) des Radius der Siliziumschmelze (r) positioniert waren und sie in gleichen Intervallen von 120° um die Mitte des Schmelztiegels beabstandet waren, ebenso wie im Fall des sechsten Beispiels (Fig. 7), womit ein Kristall gezogen wurde.

Die Intensität des Magnetfeldes, die Größe des Stroms und andere Bedingungen des Kristallwachstums in den oben be schriebenen Beispielen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Drehraten der Halbleiterschmelze und die beobachtete Streifenbildung in den Kristallen, die gemäß den Beispielen 1 bis 9 gezogen wurden, sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Drehung der Halbleiterschmelze wurde durch Beobachten von Spurpartikeln überwacht, die in der Oberfläche der Halbleiterschmelze suspendiert waren, und zwar mit einer CCD-Kamera, die im oberen Teil des Ofens installiert war. Die Ergebnisse der Beobachtungen der drehenden Halbleiter schmelze sind in Fig. 10 zusammengefaßt, zusammen mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Spurpartikel, die durch die Länge von Pfeilen für jede Position der Elektrode, die die Schmelze eingetaucht ist, wiedergegeben sind.

Die Fig. 10a zeigt Beispiel 1, bei dem die Spitze der Elek trodenschutzröhre in einem Abstand von 1 cm von der Schmelztiegelwandung und in einer Tiefe von 1 cm angeordnet war und zeigt, daß jeder Teil der Halbleiterschmelze im we sentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit dreht.

Fig. 10b zeigt Beispiel 2, bei dem die Spitze der Elektro denschutzröhre in einem Abstand von 1 cm von der Tiegelwan dung und bei einer Tiefe von (h/2) der Hälfte der Halblei terschmelzentiefe (h) angeordnet war. Die Drehrate der Schmelze war geringer als im Beispiel 1 nahe der Oberflä che, aber vergleichbar mit dem des Beispiels 1 in den tie feren Bereichen der Schmelze.

Fig. 10c zeigt Beispiel 3 und die Beispiele 5 bis 10, bei denen das Elektronenschutzrohr bei der Hälfte (r/2) des Ra dius (r) der Schmelze und bei einer Tiefe von 1 cm positio niert waren. Die Drehrate der Schmelze war höher als im Beispiel 1 nahe der Oberfläche in der Nähe des einkristal linen Silizium, war aber sehr gering nahe der Tiegelwan dung.

Fig. 10d zeigt das Beispiel 4, bei dem die Spitze des Elek trodenschutzrohres bei der Hälfte (r/2) des Radius (r) der Schmelze von der Tiegelwandung und bei einer Tiefe (h/2) von der Hälfte der Tiefe der Schmelze (h) angeordnet waren. Die Drehrate der Schmelze war gering in der Nähe der Ober fläche in der Nähe des Siliziumeinkristalls, und die Schmelze drehte nahe der Tiegelwandung kaum. Tiefer in der Schmelze rotierte die Schmelze in der Nähe des Siliziumein kristalls schneller, aber kaum in der Nähe der Tiegelwan dung.

Diese Beispiele zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage ist, die Halbleiterschmelze in einem Bereich von bis zu 5000 Umdrehungen pro Minute (U/min; rpm) mit ei ner Genauigkeit von 0,01 Umdrehungen pro Minute drehen zu lassen. Desweiteren zeigt der durch das erfindungsgemäße Verfahren gezogene Halbleitereinkristall keine darin er zeugte Streifenbildung, was anzeigt, daß die Halbleiter schmelze um eine Achse dreht, die vollständig mit dem Kri stallzugschaft übereinstimmt.

Aus der Fig. 10, die die Beobachtungen der Drehung der Schmelze zeigt, ist verifiziert, daß die Verteilung der Drehraten in der Halbleiterschmelze mit der Position des Eintauchens der Elektrode oder des Elektrodenschutzrohres variiert werden kann.

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, werden die Ergebnisse des Wachstums von Siliziumeinkristal len, die mit dem vorbekannten Verfahren gezogen wurden, wo bei der Schmelztiegel mechanisch gedreht wurde, wie im fol genden beschrieben wird, als Vergleichsbeispiele beschrie ben.

Im Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 3,0 cm unter Einsatz eines Quarztie gels mit einem Durchmesser von 7,5 cm gezogen. Die Drehrate des Tiegels wurde zwischen 0,1 Umdrehungen pro Minute bis 20 Umdrehungen pro Minute (rpm) geändert.

In Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 30 cm unter Einsatz eines Quarztiegels mit einem Durchmesser von 75 cm gezogen, ähnlich wie im Beispiel 5. Die Drehrate des Schmelztiegels wurde von 0,1 Umdrehungen pro Minute auf 20 Umdrehungen pro Minute geän dert.

Im Vergleichsbeispiel 3 wurde ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 40 cm durch Einsatz eines Quarztie gels mit einem Durchmesser von 100 cm gezogen, ähnlich wie im Beispiel 9, während die Drehrate des Tiegels von 0,1 bis 20 Umdrehungen pro Minute geändert wurden.

Die Kristallwachstumsbedingungen und die Ergebnisse der be obachteten Streifenbildung in den so gewachsenen Kristallen sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Diese Vergleichsbeispiele zeigen, daß Siliziumeinkristalle, die mit dem konventionellen Verfahren des Drehens des Tie gels gezogen wurden, Streifenbildung zeigen, die durch die Temperaturverteilung in der Siliziumschmelze im asymmetri schen Aufbau mit Bezug auf den Zugschaft des Kristalls er zeugt werden, und daß es schwierig ist, eine exakt axial symmetrische Verteilung der Temperatur in der Schmelze durch Drehung des Tiegels zu schaffen.

Beispiele 10 und 11

Um zu verifizieren, daß die vorliegende Erfindung auf das Ziehen von Einkristallen von anderen Halbleitern als Sili zium anwendbar ist, wurde ein Einkristall aus GaAs mit ei nem Durchmesser von 15 cm unter Verwendung eines p-BN- Schmelztiegels mit einem Durchmesser von 30 cm als Beispiel 10 gezogen, wobei das Elektrodenarrangement ähnlich zu dem des Beispiels 7 war. Als Beispiel 11 wurde ein Einkristall aus GaP mit einem Durchmesser von 10 cm unter Verwendung eines p-BN-Schmelztiegels mit einem Durchmesser von 25 cm gezogen, wobei die Elektroden vergleichbar angeordnet wa ren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.

Tabelle 4

Diese Ergebnisse zeigen, daß die Halbleiterschmelze spontan in Drehung versetzt werden kann, wenn ein Einkristall eines anderen Halbleiters als Silizium gemäß der Erfindung gezo gen wird. Es konnte ebenso verifiziert werden, daß die Er zeugung von Streifenbildung in dem Halbleitereinkristall unterdrückt werden kann.

Das Verfahren zum Erzeugen des Magnetfeldes, die in die Schmelze eingetauchte Elektrode und die mit dem Kristall verbundene Elektrode gemäß der Erfindung sind nicht auf die Strukturen, Materialien und Verfahren in den oben beschrie benen Beispielen beschränkt, und die vorliegende Erfindung deckt alle Strukturen, Materialien und Verfahren ab, die es ermöglichen, ein Magnetfeld zu erzeugen, das rechtwinklig zur Schmelzoberfläche ist, und einen Strom zuzuführen, der in einer Richtung senkrecht zum Magnetfeld fließt.

Beispiele 12 und 13

Obwohl die Beispiele 1 bis 11 sich hauptsächlich mit den Fällen beschäftigen, in denen ein Magnetfeld in einem rech ten Winkel zur Kristallwachstumsfläche gerichtet ist, gibt es keine Beschränkung der Richtung des Magnetfeldes solange ein Strom in der Halbleiterschmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld fließt, und ein spitz zulaufen des Magnetfeld oder ein horizontales Magnetfeld können bei spielsweise erfindungsgemäß eingesetzt werden.

Um dies zu verifizieren, wurde in Beispiel 12 ein Einkri stall aus Silizium mit 30 cm Durchmesser unter Einsatz ei nes Quarzschmelztiegels mit einem Durchmesser von 75 cm ge zogen, während ein spitz zulaufendes Magnetfeld erzeugt wurde, wobei die Elektroden ähnlich zu denen des Beispiels 7 angeordnet waren. Das spitz zulaufende Magnetfeld wurde in drei unterschiedlichen Konfigurationen erzeugt, wie in den Fig. 11a bis 11c dargestellt ist. Als Beispiel 13, das in Fig. 12 dargestellt ist, wurde ein Einkristall aus Silizium mit einem Durchmesser von 30 cm unter Verwendung eines Quarzschmelztiegels mit einem Durchmesser von 75 cm verwendet, während ein horizontales Magnetfeld erzeugt wurde, das rechtwinklig zur Richtung des Hubes des Kri stalls angeordnet war, wobei die Elektroden wie in Fig. 13 dargestellt, angeordnet waren. Fig. 12a ist eine Draufsicht und Fig. 12b ist eine Seitenansicht des Gerätes.

Die Ergebnisse der Beispiele 12 und 13 sind in Tabelle 5 zusammengefaßt. Aus diesen Ergebnissen kann verifiziert werden, daß der Effekt der Erfindung erzielt werden kann, solange ein Strom in der Halbleiterschmelze in einer Rich tung rechtwinklig zum Magnetfeld fließt, unabhängig vom Aufbau des Magnetfelds.

Tabelle 5

Claims

1. Halbleiter-Einkristall-Zuchtvorrichtung für das Czo chralski-Verfahren mit einer Vorrichtung zur Erzeugung ei nes Magnetfeldes in einer Halbleiterschmelze und einer Vor richtung zum Zuführen eines Stroms in die Halbleiter schmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld.

2. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das rechtwinklig zu einer Kristallwachstumsschnittfläche ist und axialsymmetrisch mit Bezug auf einen Kristallzugschaft in der Halbleiterschmelze, und einer Vorrichtung zum Zufüh ren eines Stroms in die Halbleiterschmelze in einer Rich tung rechtwinklig zum Magnetfeld.

3. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 2, mit einer Elektrode zum Eintauchen in die Halbleiter schmelze und einer Elektrode zum Zuführen eines Stroms an den hochzuziehenden Kristall.

4. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Elektrode zum Eintauchen in die Halbleiter schmelze mehrfach vorgesehen ist, wobei die Elektroden in einer axialsymmetrischen Konfiguration unter Bezug auf den Zugschaft des Kristalls angeordnet sind.

5. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Elektrode zum Eintauchen in die Halbleiter schmelze eine geschlossene Kurve aufweist mit einer axial symmetrischen Konfiguration mit Bezug auf den Zugschaft des Kristalls.

6. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spitze der Elektrode in die Halbleiterschmelze nahe der Oberfläche in einer Tiefe eingetaucht wird, die konstant ist, während der Kristall hochgezogen wird.

7. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Tiefe eines Elektrodenschutzrohres, das in die Halbleiterschmelze eingetaucht wird, konstant gehalten wird, während der Kristall hochgezogen wird.

8. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis der Tiefe des Elektrodenschutzrohres, das in die Halbleiterschmelze eingetaucht ist, zur Tiefe der Schmelze konstant gehalten wird, während der Kristall hochgezogen wird.

9. Halbleitereinkristallzuchtverfahren gemäß dem Czo chralski-Verfahren mit der Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Halbleiterschmelze und der Zuführung eines Stroms in die Halbleiterschmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld.

10. Zuchtverfahren nach Anspruch 9, wobei das Magnetfeld rechtwinklig zu einer Kristallwachs tumsfläche erzeugt wird und der Strom in die Halbleiter schmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld zu geführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Magnetfeld rechtwinklig zur Kristallwachstums schnittfläche eine Konfiguration aufweist, die mit Bezug auf den Kristallzugschaft axialsymmetrisch ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Halbleiterschmelzenoberfläche während des Kri stallwachstums durch Ändern der Intensität des Magnetfelds in einer optimalen Konfiguration gehalten wird, während der Kristall hochgezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Halbleiterschmelzenoberfläche während des Kri stallwachstums durch Ändern des Stroms in einer optimalen Konfiguration gehalten wird, während der Kristall hochgezo gen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei während des Kristallwachstums die Spitze der Elek trode in die Halbleiterschmelze nahe ihrer Oberfläche ein getaucht wird und auf einer konstanten Tiefe gehalten wird, während der Kristall hochgezogen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Tiefe des Elektrodenschutzrohres zum Eintauchen in die Halbleiterschmelze konstant gehalten wird, während der Kristall hochgezogen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verhältnis der Tiefe des Elektrodenschutzrohres zum Eintauchen in die Halbleiterschmelze zur Tiefe der Schmelze konstant gehalten wird, während der Kristall hoch gezogen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Drehrate der Halbleiterschmelze in Radialrichtung des mit Halbleiterschmelze gefüllten Tiegels oder in der Tiefenrichtung geändert wird.

18. Halbleitereinkristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das parallel zu einer Kristallwachstumsschnittfläche ist, und einer Vorrichtung zum Zuführen eines Stroms in die Halblei terschmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld.

19. Zuchtvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines spitz zulaufenden Magnetfeldes und einer Vorrichtung zum Zuführen eines Stroms in die Halbleiterschmelze in einer Richtung recht winklig zum Magnetfeld.

20. Zuchtverfahren nach Anspruch 9, wobei ein Magnetfeld parallel zur Kristallwachstumsschnitt fläche erzeugt wird und ein Strom in die Halbleiterschmelze in einer Richtung rechtwinklig zum Magnetfeld zugeführt wird.

21. Zuchtverfahren nach Anspruch 9, wobei ein spitz zulaufendes Magnetfeld erzeugt wird und ein Strom in die Halbleiterschmelze in einer Richtung recht winklig zum Magnetfeld zugeführt wird.