DE4200283A1 - Schleudergiessen von siliziumwafern unter nachwachsen von silizium - Google Patents
Schleudergiessen von siliziumwafern unter nachwachsen von siliziumInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halblei
ter-Herstellungstechniken und insbesondere ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Halblei
terwafers.
Die heute vorliegende integrierte Halbleiter-Schaltkreis-
Technologie basiert vornehmlich auf dem Element Silizium.
Auf Silizium basierende Bauteile nehmen einen bedeutenden
Prozentsatz der hergestellten Halbleiter-Bauteile ein. Eine
weitbekannte Technik zur Herstellung von auf Silizium ba
sierenden integrierten Schaltkreisen schließt die üblicher
weise als Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Technologie bezeich
nete Technik ein. In der Praxis der MOS-Technologie wird
Silizium als Basis- oder Substratmaterial verwendet, wobei
in dem Substrat dotierte Bereiche ausgebildet werden, und
,wobei verschiedene Schichten und Leitungen ausgebildet wer
den, welche das Substrat überlagern, um einen integrierten
Schaltkreis, einen sogenannten "Chip" auszubilden.
Bei einem typischen Herstellungsprozeß für einen integrier
ten Halbleiter-Schaltkreis, werden Bauteile oder Einrich
tungen auf einem vorgeformten Siliziumwafer aufgebaut. Die
se Wafer weisen typischerweise eine flache und kreisförmige
Gestalt auf. Der Durchmesser der Wafer variiert von etwa
10,16 cm (4′′) bis 20,52 cm (8′′). Unter Anwendung einer An
zahl unterschiedlicher Bearbeitungstechniken, die, um nur
einige zu nennen, Dotieren, Implantieren, Niederschlagen
und Ätzen umfassen, werden eine Anzahl vollständiger Chips
auf einem Siliziumwafer ausgebildet. Daraufhin wird der
Wafer zum Separieren jedes unabhängigen Chips geschnitten
und gebrauchsfertig verpackt. Die Halbleiter-Technologie
hat sich weiterentwickelt und entwickelt sich weiter, um
die Größe jedes einzelnen, auf dem Substrat ausgebildeten
Transistors zu reduzieren. Die Reduzierung der Abmessungs
geometrie des Transistors, ebenso wie diejenige der die
Transistoren verbindenden Leitungen, hat es ermöglicht, daß
mehr Bauteile pro Flächeneinheit auf dem Siliziumwafer aus
gebildet werden können. Darüberhinaus haben sich die Aus
rüstungs- und Herstellungstechnologien dahingehend entwickelt,
daß Wafer mit größerem Durchmesser hergestellt werden
können, um die Anzahl der Chips zu erhöhen, die auf einem
vorgegebenen Wafer hergestellt werden können.
Obwohl die Silizium-Halbleiter-Technologie seit ihrer
Einführung eine enorme Entwicklung durchgemacht hat, hat
sich die Technik zur Herstellung des Siliziumwafers selbst
im Vergleich hierzu nicht merklich weiterentwickelt. Im we
sentlichen werden sämtliche heutigen Siliziumwafer durch
eine bestens bekannte Kristallwachstechnik gefertigt, die
üblicherweise als Czochralski-Technik bezeichnet wird, auf
die nachfolgend als CZ-Technik Bezug genommen wird. Die
CZ-Technik, die bereits in den 20-er Jahren dieses Jahrhun
derts entwickelt worden ist, stellt bis heute die bevorzug
te Technik dar. Das CZ-Verfahren verwendet eine Vorrichtung
mit einem Schmelzgefäß, in dem Klumpen oder Brocken hoch
reinen Polysiliziummaterials angeordnet werden. Eine
steuerbare Heizvorrichtung schmilzt das Siliziummaterial
derart, daß die flüssige Form des Siliziums in dem Schmelz
gefäß erhalten wird. Daraufhin wird ein länglicher Stab,
der einen Keimkristall enthält, in das Schmelzgefäß abge
senkt. Typischerweise besteht der Keim aus einem monokri
stallinen Siliziummaterial, das verwendet wird, um das mo
nokristalline Silizium aus dem flüssigen Polysilizium zu
züchten. Der Stab wird unter Feinsteuerung langsam angeho
ben. Wenn der Stab aus dem Schmelzgefäß angehoben wird,
haftet das flüssige Polysilizium an dem Stab und wird nach
oben aus dem Schmelzgefäß herausgezogen. Da das flüssige
Silizium abkühlt und aushärtet, kommt es bei diesem Verfah
ren zu einer Kristallisiation des Siliziums, das nach oben
aus dem Schmelzgefäß herausgezogen wird. Aufgrund der Ge
genwart des Monosiliziumkeims tritt ein monokristallines
Kristallwachstum auf, wenn das Siliziummaterial aus dem
Schmelztiegel herausgezogen wird. Sobald der Kristallwachs
tumsprozeß beendet ist, liegt ein fester Zylinder aus mono
kristallinem Silizium vor. Daraufhin wird dieser Silizium
zylinder geschnitten bzw. unterteilt und geformt, um eine
Anzahl von Siliziumwafern mit vorgegebenem Durchmesser zu
erhalten. Die CZ-Technik gehört zum Stand der Technik und
ist im einzelnen beschrieben in VLSI-Technology; S.M. Sze,
McGraw Hill, 1988, insbesondere im Kapitel 1 mit dem Titel
"Crystal Growth and Wafer Preparation" von C.W. Pearce.
Obwohl die CZ-Technik für die Herstellung von Siliziumwa
fern eine angemessene Technik ist, handelt es sich dabei um
ein schubweise ablaufendes Verfahren (Batch-Verfahren).
Außerdem gibt es eine Reihe von Nachteilen, welche dieses
CZ-Verfahren einigermaßen ineffizient gestalten. Beispiels
weise ist eine erhebliche Prozeßzeit erforderlich, um das
Kristallwachstum an dem Stab zu erreichen, wenn diese nach
oben und aus dem Schmelzgefäß heraus in eine kontrollierte
Umgebung gezogen wird. Eine typische Bearbeitungszeit
beträgt etwa ein bis zwei Tage, um einen Siliziumzylinder
mit einer Länge von einem Meter und einem Durchmesser von
200 mm oder mehr zu züchten. Das nachfolgende Aufteilen
oder Schneiden des Siliziumzylinders trägt mit weiterer Be
arbeitungszeit bei. Dieses Schneiden des Siliziumzylinders
erfordert ein spezialisiertes Schneidwerkzeug und resul
tiert typischerweise in einem Materialabfall von mehr als
50%. Es besteht also ein Bedarf an einer, mit Bezug auf
das CZ-Verfahren verbesserten Technik zur Herstellung von
Siliziumwafern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern zu
schaffen, mit der, bzw. mit dem Siliziumwafer effektiver
produziert werden können.
Die Erfindung sieht es vor, die dem CZ-Verfahren innewoh
nenden Nachteile dadurch zu vermeiden, daß anstelle eines
schubweisen Verfahrensablaufs ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Anwendung gelangen, demnach einzelne Silizium
wafer durch Gießen bzw. Schleudergießen gewonnen werden.
Die Vorrichtung zum Gießen eines einzelnen Siliziumwafers
umfaßt eine Quarztrommel mit einer geschlitzten Öffnung,
die sich dreht, um abgemessene Mengen granulierten oder
pulverisierten Siliziums in ein Quarz-Schmelzgefäß zu
gießen. Lichtbogen-Heizer sind um das Schmelzgefäß herum
angeordnet und schmelzen dann das feste Silizium, um in dem
Schmelzgefäß eine Lache aus geschmolzenem Silizium zur
Verfügung zu stellen. Wenn ein vorgegebener Pegel geschmol
zenen Siliziums erreicht ist, wird die Ausgußöffnung in ih
re geschlossene Stellung gedreht. Unter der Verwendung ge
steuerten Gasdrucks wird das geschmolzene Silizium von dem
Schmelzgefäß auf einen rotierenden Waferteller gegossen
oder geleert, um einen einzelnen Siliziumwafer auszubilden.
Das Schmelzgefäß weist am Boden ein U-förmiges Rohr auf,
in welchem ein Vorrat geschmolzenen Siliziums verbleibt, um
das Innere des Schmelzgefäßes von der Umgebung der Kammer
zu isolieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Wafer
teller verwendet, auf dem zentral ein monokristalliner Si
liziumkeim angeordnet bzw. zum Verbleib angeordnet ist. Der
Wafer wird außerhalb des Keims gebildet. Nach der Verfesti
gung wird der Wafer erwärmt, um die monokristalline Form
aus dem Keim nachwachsen zu lassen. Bei der bevorzugten
Technik ist es vorgesehen, daß ein ringförmiger Laserstrahl
verwendet wird, um die Kreisring-Zonen des gegossenen Sili
ziumwafers zu schmelzen.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Gießen
eines einzelnen Siliziumwafers sowie zum Nachwachsen eines
Siliziumkristalls. Eine Vorrichtung zum Gießen eines ein
zelnen Siliziumwafers umfaßt vorteilhafterweise eine Quarz
trommel mit einer geschlitzten Öffnung, und ist dazu ausge
legt, abgemessene Mengen granulierten oder pulverisierten
Siliziums in ein Quarzschmelzgefäß zu gießen. Um das
Schmelzgefäß herum angeordnete Lichtbogenheizungen schmel
zen dann das feste Silizium, um eine Lache aus geschmolze
nem Silizium in dem Schmelzgefäß auszubilden. Wenn ein
vorbestimmter Pegel des geschmolzenen Siliziums erreicht
ist, wird die Auslauföffnung in ihre geschlossene Posi
tion gedreht. Unter Verwendung gesteuerten Gasdruckes wird
das geschmolzene Silizium von dem Schmelzgefäß auf einen
rotierenden Waferteller geleert, um einen einzelnen Sili
ziumwafer auszubilden. Das Schmelzgefäß weist an seinem
Boden ein U-förmiges Rohr auf, in welchem ein Vorrat ge
schmolzenen Siliziums verbleibt, um das innere des Schmelz
tiegels von der Umgebung der Kammer zu isolieren.
Vorteilhafterweise wird bei einer bevorzugten Technik ein
Waferteller eingesetzt, auf dem zentral ein monokristalli
ner Siliziumkeim (zum Verbleib) angeordnet ist, um den
Wafer zu gießen. Das geschmolzene Silizium wird von dem
Schmelzgefäß durch druckgesteuertes Gas ausgestoßen; um
das Silizium auf den Gußteller zu gießen oder zu schütten,
und zwar außerhalb des Keims. Nach der Verfestigung wird
der Wafer erwärmt, um aus dem Keim eine monokristalline
Struktur nachwachsen zu lassen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Technik wird der
gegossene Wafer auf einem spezialisierten Quarzteller ange
ordnet, um das Nachwachsen auszuführen. Der Keim und die
Kante des gegossenen Wafers verbleiben oberhalb eines erha
benen oder angehobenen Abschnitts des Tellers und werden
auf diesem zweiten Teller mittels Unterdruck gehaltert. Der
Rest der Unterseite des Wafers ist von der Telleroberfläche
physikalisch getrennt mittels unter Druck stehendem Gas,
das durch auf der oberen Fläche des Tellers angeordnete
Öffnungen hindurchgedrückt wird. Ein ringförmiger Laser
strahl wird dann verwendet, um einen Ring aus Silizium
außen von dem Keim zu schmelzen, um das Material in eine
monokristalline Form nachzuwachsen. Das druckgesteuerte Gas
verhindert, daß das geschmolzene Silizium unter die Wafer
ebene absinkt oder absackt.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand der Zeichnung näher
erläutert werden. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen von
Siliziumkörnern zu einem Schmelzgefäß und zum
nachfolgenden Gießen geschmolzenen Siliziums aus
dem Schmelzgefäß;
Fig. 2 einen mit der Vorrichtung in Fig. 1 verwendeten
Waferteller zum Ausbilden eines einzelnen Silizium
wafers;
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung des zum Gießen des ge
schmolzenen Siliziums verwendeten Tellers in Fig.
2;
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Vakuum- oder Unterdrucktel
ler zur Verwendung mit einem monokristallinen Sili
ziumkeim zum Gießen eines einzelnen Siliziumwafers;
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung in
Fig. 1 und des in einer Waferherstellungskammer
verwendeten Wafertellers in Fig. 4; und
Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung eines weiteren erfin
dungsgemäßen Wafertellers, in dem ein ausgehärteter
Siliziumwaferguß unter Verwendung des Tellers in
Fig. 3 auf diesem Teller erwärmt wird, um die kri
stalline Form des Siliziums in diejenige des mono
kristallinen Keimes zu überführen.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden
zahlreiche spezifische Details angegeben, wie spezielle
Formen, Materialien und Verfahrensschritte usw., um die
vorliegende Erfindung zu verdeutlichen, ohne daß diese auf
diese speziellen Ausführungsformen beschränkt wäre.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum
Gießen geschmolzenen Siliziums zum Gießen bzw. Ausformen
eines einzelnen Wafers dargestellt. Die Vorrichtung besteht
im wesentlichen aus einem Drehausgabegerät (Drehtrommel)
11, einem Schmelzgefäß 12 und einer Heizung 13. Das Dreh
ausgabegerät 11 der Vorrichtung 10 ist eine zylindrisch
geformte Quarztrommel, die für das Ausgeben von pulveri
siertem oder granuliertem Silizium 14, das in diesem ent
halten ist, verwendet wird. Der Zweck der Trommel 11 be
steht darin, einen Behälter zum Aufbewahren des pulveri
sierten oder granulierten Siliziums 14 darzustellen, und
das Silizium 14 in das Schmelzgefäß 12 auszugeben. Eine ge
schlitzte Öffnung 15 der Trommel 11 erlaubt es, gesteuerte
Mengen des pulverisierten Siliziums 14 in das Schmelzgefäß
12 auszugeben, wenn die Trommel 11 gedreht und die Öffnung
15 freigegeben ist. Die Trommel des bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels ist eine Quarztrommel, wobei Quarz ein be
kanntes Material zur Verwendung als Siliziumbehälters ist.
Die Trommel 11 weist eine zylindrische Gestalt mit flachen
Enden auf. Die Gestalt des Ausgabegeräts kann jedoch den
speziellen Bedürfnissen angepaßt sein.
Das Schmelzgefäß 12 des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist ein in vertikaler Richtung länglich verlaufender Be
hälter, der an seinem oberen Ende eine ausladende, flansch
artige Öffnung 20 und an seinem unteren Ende eine U-förmige
rohrartige Struktur (U-Rohr) 21 aufweist. Dieses U-Rohr 21
weist eine Gießöffnung oder Gießdüse 22 auf, die in eine
Öffnung 25 mündet, und das Ausgußende des Schmelzgefäßes 12
darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des
Schmelzgefäßes ist die Ausgußöffnung 25 der Gießdüse 22 in
einer Stellung angeordnet, die geringfügig höher liegt als
der unterste Abschnitt des U-Rohres 21, wenn der Schmelz
tiegel 12 sich in seiner vertikal ausgerichteten stehenden
Position befindet. Das erfindungsgemäße Schmelzgefäß 12
besteht aus Quarz. Quarzmaterial ist aufgrund seiner Fähig
keit bevorzugt, höheren Temperaturen zu widerstehen, die
beim Aufnehmen geschmolzenen Siliziums auftreten, wobei
dieses Material gleichzeitig nicht wechselwirkt mit dem ge
schmolzenen Silizium und dieses nicht kontaminiert.
Die Heizung 13 ist entlang eines vertikalen Abschnitts des
Schmelzgefäßes 12 angeordnet, um dem pulverisierten Sili
zium 14 die zum Schmelzen benötigte Energie zur Verfügung
zu stellen. Obwohl unterschiedliche Heizvorrichtungen als
Heizung 13 verwendet werden können, besteht die Heizung 13
bevorzugt aus einem elektrischen Lichtbogenheizer mit Heiz
elementen, die in längsgerichteterweise um das Äußere des
vertikalen Abschnitts des Schmelzgefäßes 12 angeordnet
sind.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das Quarztrommelaus
gabegerät 11 auf der oberen flanschartigen Öffnung 20 des
Schmelzgefäßes 12 angeordnet. Ein Reibverminderungsbelag 16
ist entlang des flanschartigen Bereichs vorgesehen und der
art angeordnet, daß die Trommel 11 gut auf den Reibvermin
derungsbelag 16 paßt. Die Trommel 11 ist eng an dem
Schmelzgefäß 12 derart angeordnet, daß zwischen dem Ausga
begerät 11 und dem Schmelzgefäß 12 ein druckdichter Sitz
aufrecht erhalten ist. Der Reibverminderungsbelag 16 stellt
eine Oberfläche mit reduzierter Reibung dar, um ein Drehen
der Quarztrommel 11 mit Bezug auf das Schmelzgefäß 12 zu
gewährleisten. Bevorzugt ist als Material für den Belag 16
ein Tetrafluorethylenpolymer, wie beispielsweise TEFLON
(TEFLON ist ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. Dupont
de Nemours and Co.). Nicht dargestellt ist die Ankopplung
der Trommel 11 an das Schmelzgefäß 12, um eine Druckdich
tung zu bilden; für diesen Zweck können jedoch ohne weite
res entsprechende bekannte Kupplungseinrichtungen verwendet
werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist das
Schmelzgefäß 12 innerhalb der Kammer mechanisch an Ort und
Stelle gehalten und die Trommel 11 ist durch eine Drehwelle
mechanisch fixiert. Ebenfalls nicht dargestellt sind Ein
richtungen zum Drehantrieb des Ausgabegeräts 11, wie bei
spielsweise ein Motor oder ein anderweitig geeignetes
Aggregat. Bevorzugt sorgt eine zentrale Drehwelle 18, die
an ein Ende der Trommel 11 angeschlossen ist, für die Dreh
bewegung der Trommel 11.
Außerdem angekoppelt an den oberen Abschnitt des Schmelzge
fäßes 12, nächstgelegen zu dem flanschartigen Bereich 20,
ist eine Gasleitung 23, die zum Inneren des Schmelzgefäßes
12 hin eine Öffnung 24 aufweist. Der Zweck der Gasleitung
23 besteht darin, den Innenbegrenzungen des Schmelzgefäßes
zu vorgegebenen Zeiten ein ausgesuchtes Gas zuzuführen.
Im Betrieb ist die Trommel 11 mit hochreinem Siliziumpulver
oder -körnern 14 gefüllt. Ein Beispiel eines zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Siliziummaterials
sind Siliziumkörner, die von der Ethyl Corporation of Baton
Ruge, Louisiana, kommerziell vertrieben werden.
Das Siliziumgrundmaterial kann gegebenenfalls in der
benötigten Weise dotiert werden. Dieses Dotieren kann zum
Zeitpunkt der Herstellung des Siliziumpulvers oder alterna
tiv hierzu nachfolgend an die Herstellung des Silizium
grundmaterials erfolgen, jedoch vor dem Einführen des Sili
ziumgrundmaterials 14 in die Vorrichtung 10. Sobald das Si
liziumgrundmaterial 14 in das Ausgabegerät 11 geladen ist,
wird die gesamte Vorrichtung 10 in einer ausgewählten Gas
umgebung angeordnet. Obwohl unterschiedlichste inerte Gase
verwendet werden können, ist die Verwendung einer Argongas
umgebung bevorzugt. Während des Ladens des Siliziums 14 be
findet sich die geschlitzte Öffnung 15 in einer geschlosse
nen Stellung, d. h., der Schlitz 15 befindet sich nicht in
Gegenüberlage zu dem Inneren des Schmelzgefäßes. Daraufhin
wird die Drehtrommel 11 so gedreht, daß das Silizium 14
durch Schwerkraft in das Schmelzgefäß 12 über die Öffnung
15 ausgetragen wird. Für eine vorgegebene Größe der Öffnung
15 kann die Menge des auszugebenden Siliziums 14 ge
steuert werden durch Steuern der Zeitperiode, während wel
cher die Öffnung 15 offengehalten wird. Die Öffnung 15 kann
zum Ausgeben des Siliziums 14 durch Drehen der Öffnung 15
in eine stationär offene Stellung bereitgemacht werden,
oder durch kontinuierliches Drehen der Trommel 11 oder
durch eine Vor- und Zurückbewegung.
Wenn die Siliziumkörner 14 in das Schmelzgefäß 12 ausgetra
gen sind, wird die Heizung 13 aktiviert, um das Silizium 14
zu schmelzen. Sobald sich am Boden des Schmelzgefäßes 12
ein See oder eine Lache geschmolzenen Siliziums 17 auszu
bilden beginnt, wird nachfolgendes Siliziumpulver 14 durch
Kontakt mit der Lache geschmolzen. Das körnige Silizium 14
wird so lange in das Schmelzgefäß 12 ausgetragen, bis ein
vorgegebener Pegel 26 erreicht ist. Dieser vorgegebene
Pegel 26 ist unterhalb der Öffnung 24 angeordnet. Eine der
vielen bekannten Überwachungstechniken wird eingesetzt, um
den Pegel des geschmolzenen Siliziums 17 zu überwachen, vor
allem den oberen Pegel 26 und einen unteren Schwellenpegel
27. Bevorzugt ist die Verwendung eines optischen Sensors,
um den Pegel des geschmolzenen Siliziums 17 zu erfassen,
wenn dieser den oberen Pegel 26 erreicht. Um zu verhindern,
daß geschmolzenes Silizium 17 über die Öffnung 25 der Gieß
düse 22 freikommt, wird der Druck der Gaszuführung 23 der
art reduziert, daß der externe Gasdruck an der Düse 22 aus
reicht, um den internen Druck auszugleichen, der von dem
geschmolzenen Silizium an der Düse 22 ausgeübt wird.
Sobald das geschmolzene Silizium 17 den oberen Pegel 26
erreicht, wird die Trommel 11 zum Verschließen der Öff
nung 15 gedreht. D. h., die Öffnung 15 ist anschließend an
die Leitung 16 so angeordnet, daß Silizium 14 nicht weiter
hin in das Schmelzgefäß 12 ausgetragen wird. Wenn sich
der Pegel des geschmolzenen Siliziums 17 am Pegel 26 befin
det, ist die Vorrichtung 10 nunmehr in einem zum Gießen des
Siliziumwafers geeigneten Zustand. Ein Gas, vorzugsweise
das der Umgebung entsprechende Gas wird dem Schmelzgefäß
über die Gasleitung 23 durch die Öffnung 24 zugeführt, wo
durch der Druck im Bereich des Schmelzgefäßes oberhalb des
Pegels des geschmolzenen Siliziums 17 ansteigt. Dieser
Druck wird kontinuierlich erhöht, wenn geschmolzenes Sili
zium 17 von der Öffnung 25 ausläuft, um den Verlust des
"hydrostatischen Drucks" in der Schmelze zu kompensieren,
wenn deren Pegel unterhalb des Pegels 26 fällt.
In mathematischer Ausdrucksweise machen die Siliziumkörner
14 eine Temperaturtransformation durch von T0 (Umge
bungstemperatur) bis T1 (Temperatur des geschmolzenen
Siliziums 17), und zwar aufgrund der Einleitung von Wärme
energie durch die Heizungen 13.
T0 ist wie folgt definiert:
T0=TM-xC°,
wobei TM der Schmelzpunkt des Siliziums ist, der un
gefähr bei 1412°C liegt und wobei x eine beliebige Konstan
te darstellt.
T1 ist wie folgt definiert:
T1=TM+yC°,
wobei y ebenfalls eine beliebige Konstante darstellt.
T0 wird in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1100°C
gehalten, um die Siliziumkörner 14 mit einer minimalen Wär
me-Energieeinleitung problemlos schmelzen zu können. T1
wird zwischen 10 und 20°C oberhalb TM eingestellt, um
ein schnelles Abkühlen und eine Verfestigung zu gewähr
leisten, sobald das geschmolzene Silizium 17 freigegeben
wird.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Basisteller 30 zum Gießen eines
Siliziumwafers dargestellt. Der Waferteller 30 ähnelt den
bekannten Wafertellern, die dazu verwendet werden, darauf
abgelegte Wafer für unterschiedliche Arten von Halbleiter-
Bearbeitungsarten zur Verfügung zu stellen. Der Teller 30
weist eine Ebene oder flache obere Fläche 31 kreisförmiger
Gestalt auf. Eine Welle 32 erstreckt sich von der Untersei
te des Tellers 30. Beim Stand der Technik werden Wafertel
ler verwendet, um die hergestellten Siliziumwafer darauf
für die nachfolgende Bearbeitung des Wafers zur Herstellung
integrierter Schaltkreisbauteile anzuordnen. Im vorliegen
den Fall wird der Teller 30 verwendet, um darauf einen Si
liziumwafer durch Gießen des geschmolzenen Siliziums 17
herzustellen.
Sobald mit Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 das geschmolzene
Silizium zum Ausgießen aus dem Schmelzgefäß 12 zur Verfü
gung stehen, wird die Gieß- oder Gußdüse 22 über dem Zen
trum 33 des Tellers 30 angeordnet. Der Teller 30 wird dreh
angetrieben, sobald die Gießsequenz zum Gießen des Silizi
umwafers einsetzt. Sobald der Druck innerhalb des Schmelz
gefäßes 12 über den Pegel 26 ansteigt, wird das geschmolze
ne Silizium 17 in gesteuerter Weise aus der Öffnung 25 der
Düse 22 herausgedrängt. Sobald das geschmolzene Silizium 17
aus der Düse 22 ausläuft, wird die Stellung der Düse 22 aus
dem Zentrum 33 des Tellers 30 herausbewegt, wie in Fig. 3
durch den Pfeil 34 dargestellt. Die relative Bewegung der
Düse in Richtung auf den Außenumfang des Tellers 30 kann
entweder durch Bewegen des Tellers gegenüber einer fest
stehenden Düse oder alternativ dadurch erfolgen, daß die
Vorrichtung 10 in Bezug auf einen stationären (aber rotie
renden) Teller 30 bewegt wird. Die genaue Steuerung der
Drehung des Tellers 30, der Relativbewegung der Düse 34 aus
dem Zentrum 33 heraus auf den Außenumfang des Tellers 30 zu
und die gleichmäßige Flußrate des geschmolzenen Siliziums
17 aus der Düse 22 führt zur Ausbildung eines im wesentli
chen ebenen, kreisförmigen Siliziumwafers auf der oberen
Fläche 31 des Tellers 30.
Die Vorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, eine vorgegebene
Menge geschmolzenen Siliziums 17, das auf dem Teller 30
gießgeformt werden soll, zur Verfügung zu stellen, wobei
diese Menge abhängig ist von der Größe, dem Durchmesser und
der Dicke des herzustellenden Wafers. Der Gießprozeß ist
abgeschlossen, sobald das geschmolzene Silizium den unteren
Pegel 27 in dem Schmelzgefäß erreicht. An diesem Punkt hört
der Gasdruck oberhalb des geschmolzenen Siliziums 27 auf
anzusteigen, wodurch der Ausfluß des Siliziums 17 gestoppt
wird. Der untere Pegel 27 wird dabei oberhalb des oberen
Abschnitts des U-förmigen Rohres 21 eingestellt, um eine
Barriere geschmolzenen Siliziums 17 aufrechtzuerhalten.
D. h., das umgebende Gas an der Öffnung 25 vermag nicht in
das Schmelzgefäß einzudringen (außer, gegebenenfalls an der
Düse 22), wodurch das Innere des Schmelzgefäßes 12 frei von
Umgebungsverunreinigung bleibt. Obwohl nicht unbedingt er
forderlich, können bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
zusätzliche Heizungen 19 verwendet werden, die um das U-
Rohr 21 angeordnet sind, um das verbleibende Silizium auf
der voreingestellten Temperatur T1 zu halten, und um
dadurch eine Barriere geschmolzenen Siliziums in dem
U-Rohr aufrecht zu erhalten, während dieses Silizium außer
dem in einem geschmolzenen Zustand gehalten wird, um nach
folgend körniges Silizium für das nächste Gießen auszutra
gen.
Außerdem ist der Teller 30 mit einer geeigneten Kühlanord
nung versehen, um das geschmolzene Silizium, sobald es auf
dem Teller gegossen ist, schnell abzukühlen. Die Verwendung
von Fluiden zum Kühlen von Wafertellern ist aus dem Stand
der Technik bekannt, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist,
den Teller 30 zu kühlen. Die Tatsache, daß T1 nahe an
TM liegt, sorgt für eine schnelle Erhärtung oder Ver
festigung des geschmolzenen Siliziums 17, sobald dieses auf
den Teller 30 gegossen ist.
Anhand der Fig. 4 ist eine alternative Technik zur Ausbil
dung eines einzelnen Wafers dargestellt. Anstelle des Tel
lers 30 in Fig. 3 ist ein alternativer Teller 40 dabei ver
wendet. Der Teller 40 ist äquivalent zum Teller 30, bis auf
ein zentrales Rohr 41, das sich durch die zentrale Welle
erstreckt und eine Öffnung 42 an der oberen Fläche des Tel
lers 40 aufweist. Vorausgehend zu dem Gießprozeß, wird ein
monokristalliner Siliziumkeim 44 im Zentrum des Tellers 40
oberhalb der Öffnung 42 angeordnet. Ein Unterdruck in dem
Rohr 41 sorgt dafür, daß der Keim 42 auf der Fläche des
Tellers 40 in Stellung gehalten wird. Sobald dann der Gieß
prozeß eingeleitet wird, wird die Düse 22 zunächst an der
äußeren Kante 45 des Keims 42 angeordnet, und die Düse 22
wird relativ nach außen auf den Außenumfang des Tellers 40
zubewegt, um einen im wesentlichen ebenen und kreisförmi
gen Wafer auszubilden, in dessen Zentrum ein monokristalli
ner Keim eingebettet ist. Die Gestalt des Keims ist nicht
kritisch für die Ausbildung des Wafers. Bevorzugt ist je
doch ein kreisförmiger Keim, um eine Konzentrizität zu
gewährleisten, wenn das geschmolzene Silizium ausgegossen
wird. Obwohl der Teller 30 in Fig. 3 gut geeignet ist, um
Wafer zu gießen, ist der Teller 40 in Fig. 4 zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Es ist mehr als
wahrscheinlich, daß das (geschmolzene) ausgegossene Silizi
um eine Polysilizium-Kristallstruktur aufweist, und zwar
deshalb, weil die kommerziell erhältlichen Siliziumpulver
in Gestalt von Polysilizium vorliegen. Da es jedoch bevor
zugt ist, als Substratmaterial einen monokristallinen Wafer
zu verwenden, ist die Verwendung des Keims 44 zur Ausbild
ung des Wafers auf dem Teller 40 bevorzugt, wobei der Keim
44 dazu verwendet werden kann, den gegossenen Wafer in eine
monokristalline Form oder Gestalt um- oder nachzuwachsen.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung 10 und den Teller 40 in einer
Kammer 49, durch deren Inneres die Umgebung für die Her
stellung des Wafers festgelegt ist. Das geschmolzene Sili
zium wird zur Ausbildung eines Wafers 50 auf den Teller 40
von der bewegten Vorrichtung auf den drehenden Teller 40
gegossen.
Obwohl die Ausbildung der Vorrichtung von der Größe des
herzustellenden Siliziumwafers ebenso wie von anderen Her
stellungsbedingungen abhängt, soll nachfolgend zur Verdeut
lichung der Erfindung eine speziell dimensionierte Vor
richtung beschrieben werden.
Die Trommel 11 ist aus Quarzmaterial hergestellt und weist
einen Durchmesser von 8 bis 10 cm und eine Stärke (Breite)
von etwa 2 cm auf. Die Trommel 11 wird auf der Außenfläche
präzisionsgeschliffen und weist einen einzigen Entlade
schlitz 15 auf. Ein Ende der Trommel 11 ist an eine Zen
tralachse 18 zum Drehantrieb der Trommel 11 angeschlossen.
Das andere Ende der Trommel 11 ist an ein zentrales Zuführ
rohr zum Nachfüllen von Siliziumpulver 14 angeschlossen.
Auf diese Weise können abgemessene Mengen an Siliziumpulver
14 in die Trommel 11 eingespeist werden, um die Trommel 11
für jeden getrennten Gießvorgang nachzufüllen. Alternativ
hierzu kann es vorgesehen sein, anstelle eines zentralen
Zuführrohres eine Öffnung 15 vorzusehen, die in eine Stel
lung oberhalb der oberen Lippe des Schmelzgefäßes gedreht
werden kann, wobei Siliziumkörner in diese freigestellte
Öffnung 15 über einen trichterförmigen Kasten zugeführt
werden. Das obere Ende des Schmelzgefäßes 12 weist einen
Durchmesser von 2 bis 3 cm auf und ist etwa 10 cm lang. Das
Schmelzgefäß 12 ist aus Quarz hergestellt, und die Leitung
16, die zwischen das obere Ende des Schmelzgefäßes 12 und
die Trommel 11 eingefügt ist, besteht aus TEFLON.
Die Heizung 13 ist eine elektrische Heizung, die dazu aus
gelegt ist, das gesamte Schmelzgefäß 12 oberhalb des
Schmelzpunktes von Silizium zu halten, und zwar bei einem
Energieverbrauch in der Größenordnung von etwa einem Kilo
watt. Eine Zusatzheizung 19 ist nahe dem U-förmigen Bereich
21 des Schmelzgefäßes 12 angeordnet, um den geschmolzenen
Siliziumvorrat in dem U-förmigen Bereich flüssig zu halten.
Die Argonumgebung wird auf eine Atmosphäre oder weniger
eingestellt. Der Teller 40 besteht aus Quarz und ist flüs
sigkeitsgekühlt. Der Steuerdruck des Gases über dem ge
schmolzenen Silizium und des geschmolzenen Siliziums 17 in
dem Schmelzgefäß 12 wird in einem Bereich unterhalb des Um
gebungsdrucks eingeregelt.
Die Gießplatte 30 und/oder 40 kann aus einem für herkömmli
che Waferteller verwendeten Material hergestellt werden,
bevorzugt wird jedoch Quarz wegen der Beständigkeit gegen
Wärmeschock sowie zur Herabsetzung von Kontamination ver
wendet. Eine typische Abmessung für den Teller und den Keim
44 sind 22 cm und 2 cm, und zwar für den Guß eines Wafers
mit 200 mm Durchmesser.
Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, sind Überwa
chungsvorrichtungen vorgesehen, wie beispielsweise elek
tro-optische Fühler herkömmlicher Bauart zum Überwachen des
geschmolzenen Siliziums in dem Schmelzgefäß 12. Außerdem
können andere herkömmliche Fühler zur Erfassung der Tempe
ratur und des Drucks in der Vorrichtung, auf dem Teller und
in der Kammer der Anordnung in Fig. 5 verwendet werden.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird ein Nach- oder Um
wachsen des gegossenen Wafers vorgenommen, um ihn in eine
monokristalline Struktur zu überführen. Das Nachwachsen er
folgt ausgehend von dem Keim. Obwohl zu diesem Zweck unter
schiedliche Techniken zur Verfügung stehen, wird nachfol
gend eine bevorzugte Technik näher beschrieben.
In Fig. 6 ist ein schleudergegossener Polysilizium-Wafer 50
dargestellt, der einen zentralen monokristallinen Silizium
keim aufweist und auf der Oberseite eines Nachwachs- oder
Umkristalliertellers 51 angeordnet ist. Der Waferteller 51
kommt zum Einsatz, nachdem der Wafer unter Verwendung der
Vorrichtung 10 und des Tellers 40 in Fig. 5 hergestellt
worden ist. Der Teller 51 weist grundsätzlich eine ähnliche
Gestalt und Konfiguration wie der Teller 40 auf. Es handelt
sich beim Teller 51 jedoch um einen vollständig anderen,
für seinen speziellen Zweck vorgesehenen Teller. Der Teller
51 besteht aus Quarz, obwohl auch andere Materialien mit
Vorteil verwendet werden könnten, wie beispielsweise rost
freier Stahl. Außerdem ist der Teller 51 auf seiner oberen
Fläche nicht eben ausgebildet. Das Zentrum 53 des Tellers
51, ebenso wie der Außenumfang 54 des Tellers 51 sind ge
ringfügig höher ausgebildet als die übrige obere Fläche 56
des Tellers 51. Eine Vakuumleitung 52, die der Vakuum
leitung 41 in Fig. 5 entspricht, erstreckt sich durch die
Welle des Tellers und mündet in den zentralen angehobenen
Abschnitt 53. Die Vakuumleitung 52 erstreckt sich außerdem
über eine Anzahl von Öffnungen zu einem umfangsmäßig ver
laufenden Raum an dem Außenumfang 54.
Wenn der Siliziumwafer 50 auf dem Teller 51 angeordnet
wird, liegt der Keim 44 über dem zentralen angehobenen Ab
schnitt 53 und der Vakuumöffnung des Vakuumrohrs 52. Die
Kanten des Siliziumwafers 50 sind auf dem angehobenen Um
fangsabschnitt 54 angeordnet und liegen über den Vakuum
öffnungen an diesem Umfangsabschnitt. Das Anlegen von Vaku
um bewirkt deshalb, daß der Wafer mit seinem Zentrum und
seinem Umfangsabschnitt an dem Teller 51 gehaltert wird.
Wenn der Wafer auf dem Teller 51 angeordnet wird, überdeckt
der größte Teil des Wafers den ausgenommenen Abschnitt 56
des Tellers 51. Eine Mehrzahl von Öffnungen 57 sind entlang
der ausgenommenen Fläche 56 vorgesehen und dienen zum Ein
leiten eines Inertgases in den Raum 58 unterhalb des Wafers
50.
Sobald der Wafer 50 auf dem Teller 51 positioniert und ge
haltert ist, wird er einer Wärmequelle ausgesetzt, um den
Wafer 50 zu schmelzen, um die Siliziumstruktur, ausgehend
von dem Keim in eine monokristalline Gestalt umzuwachsen
oder umzukristallisieren. Obwohl eine Vielzahl von Wärme
quellen verwendet werden können, um das Polysilizium umzu
kristallisieren, wird hierzu vorzugsweise ein ringförmiger
Laserstrahl 62 eingesetzt. Der ringförmige Strahl 62 setzt
im Keimbereich 60 ein und erstreckt sich radial nach außen
entlang dem Pfeil 61 bis zum Außenumfang. Durch Steuern der
Breite des Laserstrahls 62 kann die Breite des geschmolze
nen Abschnitts des Wafers 50 auf eine vorbestimmte Größe
eingestellt werden. Die Technik zum Einsatz eines ringför
migen Laserstrahls ist bekannt und beispielsweise in der
US-PS 38 65 564 beschrieben. Außerdem ist die Technik zum
Schmelzen polykristallinen Siliziums zum Züchten monokri
stallinen Materials aus einem Keim bekannt.
Obwohl eine Anzahl von Veröffentlichungen bekannt sind, die
diese Technik lehren, ist als besonders relevant zu nennen
Zone Melting; Pfann, William G.; John Wiley and Sons;
New York; 1958 und 1966. Ebenfalls relevant sind die US-PS
28 52 351 und 29 26 025, die das "kontinuierliche Zonen
verfeinern" ebenso lehren wie "Improved techniques for
growth of large-area single-crystal Si sheets over SiO2
using lateral epitaxy by seeded solidification"; Tsaur et
al.; Appl. Phys. Lett., Vol. 39, No. 7; Oktober 1981; S.
561-563, und "Role of impurities in zone melting recry
stallization of 10 m thick polycrystalline silicon films";
Mertens et al.; J. Appl. Phys. 63(8); 15 April 1988; S.
2660-2668.
Während des Rekristallisationsvorgangs wird inertes Gas in
den ausgenommenen Bereich 58 (unter Druck) eingespeist, um
eine Bodenlagerung für das geschmolzene Silizium zu errei
chen. Ohne diesen Gasdruck im Bereich 58 zur Stützung des
flüssigen Siliziums würde das geschmolzene Material in den
ausgenommenen Bereich 58 absacken. Der Gasdruck wird straff
geregelt, jedoch nicht so stark, daß der geschmolzene Ab
schnitt nach oben gerichtete Blasen erzeugt. Obwohl der Um
kristallisiervorgang oder der Nachwachsvorgang unter Ver
wendung eines flachen Tellers, wie des in Fig. 4 gezeigten
Tellers 51 durchgeführt werden kann, ist der Teller 51 be
vorzugt, um eine Inertgasgrenze zwischen dem flüssigen Si
lizium und der Oberfläche 56 aufrechtzuerhalten. Unter Ver
hinderung des Oberflächenkontaktes des geschmolzenen Sili
ziums mit der Fläche 56 des Tellers 51, werden eine Kon
takt-Kontamination sowie Kristalldefekte gehemmt oder ver
hindert.
Sobald der Nachwachsvorgang oder das Umkristallisieren
vollendet ist, kann der Wafer 50 von dem Teller 51 entfernt
werden. Dieser einzelne Wafer ist äquivalent mit einem ein
zelnen Wafer, der in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen
CZ-Verfahren von einem Siliziumzylinder abgeschnitten wor
den ist. Wie bei dem CZ-Verfahren ist ein nachfolgendes
Einebnen und/oder Polieren notwendig, um den Wafer für die
Halbleiterherstellung vorzubereiten. Außerdem kann die Außen
kante des Siliziums, die an dem Telleraußenumfang haften
bleibt, entfernt werden, falls dies erforderlich ist, oder
als "Handhabungsrand" für den Wafer verwendet werden.
Nachfolgend sollen einige mit der Erfindung erreichbaren
Vorteile genannt werden. Ein Vorteil der vorliegenden Er
findung besteht in der Verwendung von Siliziumpulver, das
durchgehend eine höhere Reinheit aufweist als CZ-Silizium.
Der Wafer wird unter Verwendung "frischen" Siliziums ge
gossen, während bei dem CZ-Verfahren das nicht verwendete
Silizium gegebenenfalls recycled werden muß. Außerdem er
folgt die Siliziumzuführung im geschmolzenen Zustand über
eine wesentlich kürzere Zeit als dies für CZ-Silizium der
Fall ist, da die Aufbewahrzeit in dem Schmelzgefäß auf
einem Minimum gehalten wird. Bei dem CZ-Verfahren handelt
es sich unvermeidlich um ein Batch-Verfahren, bzw. um ein
schubweise ablaufendes Herstellverfahren, während es sich
bei der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren zur Her
stellung eines einzelnen Wafers handelt, bei dem der Wa
fer in einem wesentlichen kürzeren Zeitabschnitt herge
stellt wird. Dieser gesamte verkürzte Zeitabschnitt für die
Herstellung des Wafers vom Beginn bis zum Ende reduziert
die Einleitung von Kontamination oder Verschmutzungen. Da
außerdem ein In-Stücke-Schneiden nicht notwendig ist, ver
meidet das erfindungsgemäße Verfahren beim Schneidprozeß
unumgänglich auftretende Siliziumverluste.
Claims (24)
1. Vorrichtung zum Gießen geschmolzenen Siliziums zur
Ausbildung eines Siliziumwafers,
gekennzeichnet durch
ein Schmelzgefäß (12) zur Aufnahme des geschmolzenen Siliziums (17),
eine Ausgabeeinrichtung (11), die an das Schmelzge fäß (12) angeschlossen ist, um Siliziumkörner zu be vorraten und eine abgemessene Menge an Siliziumkör nern (14) in das Schmelzgefäß (12) auszutragen,
eine Heizung (13), die an das Schmelzgefäß (12) an gekoppelt ist, um Wärmeenergie an das Schmelzgefäß (12) zum Schmelzen der Siliziumkörner in dem Schmelz gefäß (12) zur Ausbildung geschmolzenen Siliziums zur Verfügung zu stellen,
wobei das Schmelzgefäß (12) eine Gießöffnung (25) zum Ausgießen geschmolzenen Siliziums aus dem Schmelzge fäß (12) zur Herstellung des Siliziumwafers aufweist.
ein Schmelzgefäß (12) zur Aufnahme des geschmolzenen Siliziums (17),
eine Ausgabeeinrichtung (11), die an das Schmelzge fäß (12) angeschlossen ist, um Siliziumkörner zu be vorraten und eine abgemessene Menge an Siliziumkör nern (14) in das Schmelzgefäß (12) auszutragen,
eine Heizung (13), die an das Schmelzgefäß (12) an gekoppelt ist, um Wärmeenergie an das Schmelzgefäß (12) zum Schmelzen der Siliziumkörner in dem Schmelz gefäß (12) zur Ausbildung geschmolzenen Siliziums zur Verfügung zu stellen,
wobei das Schmelzgefäß (12) eine Gießöffnung (25) zum Ausgießen geschmolzenen Siliziums aus dem Schmelzge fäß (12) zur Herstellung des Siliziumwafers aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß die Ausgabeeinrichtung (11) an einem Ende und die
Ausgießöffnung (25) am anderen Ende des Schmelzgefäßes
(12) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet
daß die Ausgabeeinrichtung (11) drehbar ist und einen
Schlitz (15) zum Austragen der Siliziumkörner (14)
aufweist, wenn der Schlitz (15) in eine Drehstellung
überführt ist, in der er dem Inneren des Schmelzgefäs
ses (12) gegenüberliegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet
daß die Ausgabeeinrichtung (11) trommelförmig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet
daß ein reibungsfreier Belag (16) zwischen dem
Schmelzgefäß (12) und der Ausgabeeinrichtung (11) an
geordnet ist, um eine reibungsfreie Oberfläche für die
Drehbewegung der Ausgabeeinrichtung (11) zu schaffen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet
daß das Schmelzgefäß (12) eine Gaseinlaßöffnung (24)
aufweist, die nahe dem Ende angeordnet ist, das die
Ausgabeeinrichtung (11) aufweist oder trägt, wobei die
Öffnung (24) zum Einleiten druckgesteuerten Gases in
das Schmelzgefäß (12) dient, um ein Austreten ge
schmolzenen Siliziums aus der Gießöffnung (25) zu er
zwingen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet
daß das Schmelzgefäß (12) und die Ausgabeeinrichtung
(11) aus Quarz hergestellt sind.
8. Vorrichtung zum Gießen geschmolzenen Siliziums auf
eine rotierende Platte zur Ausbildung eines Silizium
wafers,
gekennzeichnet durch
ein Schmelzgefäß (12), das an seinem oberen Ende eine flanschartige Öffnung und an seinem unteren Ende eine Ausgießöffnung (25) aufweist und zum Fassen des ge schmolzenen Siliziums dient,
wobei das untere Ende des Schmelzgefäßes (12) derart U-förmig ausgebildet ist, daß die Ausgießöffnung (25) ein Ende der U-Form bildet, wobei das Innere des Schmelzgefäßes (12) das andere Ende der U-Form bildet und dadurch durch einen am weitesten unten gelegenen Teil des Schmelzgefäßes verbunden sind, wobei ein im untersten Abschnitt des Schmelzgefäßes (12) verblei bender Vorrat an geschmolzenem Silizium eine Flüssig keitsbarriere bildet, um Umgebungsgas an der Ausgieß öffnung daran zu hindern, in das Innere des Schmelz gefäßes (12) einzudringen,
eine Ausgabeeinrichtung (11) zum Fassen fester Si liziumkörner (14) sowie zum Ausgeben einer abgemesse nen Menge der Siliziumkörner in das Schmelzgefäß (12), wobei die Ausgabeeinrichtung (11) an die flanschartige Öffnung des Schmelzgefäßes (12) angeschlossen ist,
eine Heizung, die an das Schmelzgefäß (12) angeschlos sen ist, um Wärmeenergie für das Innere des Schmelz gefäßes (12) zum Schmelzen der Siliziumkörner (14) zur Verfügung zu stellen, sobald die Siliziumkörner (14) in das Schmelzgefäß (12) ausgetragen worden sind,
wobei das Schmelzgefäß (12) eine Gaseinlaßöffnung (24) aufweist, die nahe der flanschartigen Öffnung angeord net ist, wobei das geschmolzene Silizium einen vorbe stimmten oberen Pegel in dem Schmelzgefäß (12) er reicht, wobei die Öffnung (24) zum Einleiten druckge steuerten Gases in das Schmelzgefäß (12) oberhalb des geschmolzenen Siliziums dient, um geschmolzenes Sili zium (17) aus der Ausgießöffnung (25) zu verdrängen, so daß es nach dem In-Kontakt-Treten mit der rotieren den Platte (30) sich verfestigt, um den Siliziumwafer zu bilden.
ein Schmelzgefäß (12), das an seinem oberen Ende eine flanschartige Öffnung und an seinem unteren Ende eine Ausgießöffnung (25) aufweist und zum Fassen des ge schmolzenen Siliziums dient,
wobei das untere Ende des Schmelzgefäßes (12) derart U-förmig ausgebildet ist, daß die Ausgießöffnung (25) ein Ende der U-Form bildet, wobei das Innere des Schmelzgefäßes (12) das andere Ende der U-Form bildet und dadurch durch einen am weitesten unten gelegenen Teil des Schmelzgefäßes verbunden sind, wobei ein im untersten Abschnitt des Schmelzgefäßes (12) verblei bender Vorrat an geschmolzenem Silizium eine Flüssig keitsbarriere bildet, um Umgebungsgas an der Ausgieß öffnung daran zu hindern, in das Innere des Schmelz gefäßes (12) einzudringen,
eine Ausgabeeinrichtung (11) zum Fassen fester Si liziumkörner (14) sowie zum Ausgeben einer abgemesse nen Menge der Siliziumkörner in das Schmelzgefäß (12), wobei die Ausgabeeinrichtung (11) an die flanschartige Öffnung des Schmelzgefäßes (12) angeschlossen ist,
eine Heizung, die an das Schmelzgefäß (12) angeschlos sen ist, um Wärmeenergie für das Innere des Schmelz gefäßes (12) zum Schmelzen der Siliziumkörner (14) zur Verfügung zu stellen, sobald die Siliziumkörner (14) in das Schmelzgefäß (12) ausgetragen worden sind,
wobei das Schmelzgefäß (12) eine Gaseinlaßöffnung (24) aufweist, die nahe der flanschartigen Öffnung angeord net ist, wobei das geschmolzene Silizium einen vorbe stimmten oberen Pegel in dem Schmelzgefäß (12) er reicht, wobei die Öffnung (24) zum Einleiten druckge steuerten Gases in das Schmelzgefäß (12) oberhalb des geschmolzenen Siliziums dient, um geschmolzenes Sili zium (17) aus der Ausgießöffnung (25) zu verdrängen, so daß es nach dem In-Kontakt-Treten mit der rotieren den Platte (30) sich verfestigt, um den Siliziumwafer zu bilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet
daß die Ausgabeeinrichtung (11) drehbar ist und einen
Schlitz (15) zum Austragen der Siliziumkörner (14)
aufweist, wenn der Schlitz sich in einer Drehstellung
befindet, in welcher er dem Inneren des Schmelzgefäßes
(12) gegenüberliegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet
daß die Ausgabeeinrichtung (11) eine Trommel ist, die
sich innerhalb der flanschartigen Öffnung dreht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet
daß zwischen der flanschartigen Öffnung und der
Trommel zur Erleichterung der Drehung der Trommel ein
reibungsfreier Belag (16) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet
daß das Schmelzgefäß (12) und die Ausgabeeinrichtung
(11) aus Quarz hergestellt sind.
13. Verfahren zum Gießen geschmolzenen Siliziums auf
eine Platte zum Gießformen eines Siliziumwafers,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
Austragen von festen Siliziumkörnern aus einer Aus gabeeinrichtung in ein Schmelzgefäß,
Heizen des Schmelzgefäßes, um die Siliziumkörner zu schmelzen und
Ausgießen des geschmolzenen Siliziums auf die Platte, um den Siliziumwafer zu formen.
Austragen von festen Siliziumkörnern aus einer Aus gabeeinrichtung in ein Schmelzgefäß,
Heizen des Schmelzgefäßes, um die Siliziumkörner zu schmelzen und
Ausgießen des geschmolzenen Siliziums auf die Platte, um den Siliziumwafer zu formen.
14. Verfahren zum Gießen geschmolzenen Siliziums auf einen
Drehteller zum Gießen eines Siliziumwafers,
gekennzeichnet durch
die Schritte:
Austragen fester Siliziumkörner aus einem drehenden Ausgabegerät in ein Schmelzgefäß,
Erwärmen des Schmelzgefäßes zum Schmelzen der Silizi umkörner,
Einleiten unter Druck stehenden Gases in das Schmelz gefäß oberhalb des geschmolzenen Siliziums zum Aus treiben des geschmolzenen Siliziums aus dem Schmelz gefäß und
Ausgießen des geschmolzenen Siliziums auf den Dreh teller zum Gießformen des Siliziumwafers.
Austragen fester Siliziumkörner aus einem drehenden Ausgabegerät in ein Schmelzgefäß,
Erwärmen des Schmelzgefäßes zum Schmelzen der Silizi umkörner,
Einleiten unter Druck stehenden Gases in das Schmelz gefäß oberhalb des geschmolzenen Siliziums zum Aus treiben des geschmolzenen Siliziums aus dem Schmelz gefäß und
Ausgießen des geschmolzenen Siliziums auf den Dreh teller zum Gießformen des Siliziumwafers.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet
daß das Ausgießen und Erwärmen im wesentlichen gleich
zeitig erfolgt, bis ein vorbestimmter Pegel des ge
schmolzenen Siliziums erreicht ist, an welchem Punkt
die Siliziumkörner nicht weiter ausgetragen werden.
16. Vorrichtung zum Nach- oder Umwachsen einer kristalli
nen Form eines Siliziumwafers, der in seinem Zentrum
einen monokristallinen Keim zum Verbleib aufweist,
gekennzeichnet durch
einen Teller zum Tragen des Siliziumwafers, in dem der Siliziumwafer auf dem Teller liegt,
eine Einrichtung zum körperlichen Haltern des Wafers auf dem Teller und
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Energiestrahls zum Erwärmen des Wafers außerhalb des Keims, um eine mono kristalline Form aus dem Keim an den anderen Abschnit ten des Wafers zu züchten.
einen Teller zum Tragen des Siliziumwafers, in dem der Siliziumwafer auf dem Teller liegt,
eine Einrichtung zum körperlichen Haltern des Wafers auf dem Teller und
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Energiestrahls zum Erwärmen des Wafers außerhalb des Keims, um eine mono kristalline Form aus dem Keim an den anderen Abschnit ten des Wafers zu züchten.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet
daß die Einrichtung zum Halten des Wafers Vakuum oder
Unterdruck verwendet, um den Wafer auf dem Teller (50)
zu haltern.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet
daß der Energiestrahl ein Laserstrahl (62) ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet
daß der Energiestrahl ein ringförmiger Laserstrahl
(62) ist.
20. Vorrichtung zum Nach- oder Umwachsen einer kristalli
nen Form eines Siliziumwafers mit einem monokristalli
nen Siliziumkeim, der in seinem Zentrum ruht, wobei
eine strahlenförmige Energiequelle verwendet wird, um
den Wafer außerhalb des Keims zu erwärmen, um das
Silizium in eine monokristalline Form ausgehend von
dem Keim zu den anderen Abschnitten des Wafers zu
überführen oder zu züchten,
gekennzeichnet durch,
einen Teller (51) zum Tragen des Siliziumwafers (50), in dem der Siliziumwafer (50) darauf aufliegt, wobei das Zentrum und der Außenumfang des Tellers (51) über seine obere Fläche angehoben sind, so daß der Wafer (50) auf einer angehobenen Fläche aufliegt und
Vakuumleitungen, die innerhalb des Tellers angeordnet und an Öffnungen in dem Teller (51) an der angehobenen Fläche angeordnet sind, um den Wafer (50) auf der an gehobenen Fläche zu haltern,
wobei der Teller (51) eine Mehrzahl von Öffnungen (57) zum Einleiten von Gas auf die Unterseite des Wafers (50) aufweist, der nicht in körperlichem Kontakt mit der oberen Fläche des Wafers steht, wobei das Gas zum Lagern geschmolzener Abschnitte des Wafers dient.
einen Teller (51) zum Tragen des Siliziumwafers (50), in dem der Siliziumwafer (50) darauf aufliegt, wobei das Zentrum und der Außenumfang des Tellers (51) über seine obere Fläche angehoben sind, so daß der Wafer (50) auf einer angehobenen Fläche aufliegt und
Vakuumleitungen, die innerhalb des Tellers angeordnet und an Öffnungen in dem Teller (51) an der angehobenen Fläche angeordnet sind, um den Wafer (50) auf der an gehobenen Fläche zu haltern,
wobei der Teller (51) eine Mehrzahl von Öffnungen (57) zum Einleiten von Gas auf die Unterseite des Wafers (50) aufweist, der nicht in körperlichem Kontakt mit der oberen Fläche des Wafers steht, wobei das Gas zum Lagern geschmolzener Abschnitte des Wafers dient.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet
daß der Teller (51) eine kreisförmige Gestalt
aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet
daß der Teller (51) aus Quarz hergestellt ist.
23. Verfahren zum Nach- oder Umwachsen eines Silizium
wafers, der dadurch hergestellt worden ist, daß ein
monokristalliner Siliziumkeim in seinem Zentrum an
wesend ist, wobei eine strahlenförmige Energiequelle
verwendet wird, um den Wafer außerhalb des Keims zu
erwärmen, um die monokristalline Form des Keims auf
die anderen Abschnitte des Wafers zu erweitern,
gekennzeichnet durch
die Schritte:
Anordnen des Wafers auf einem Teller,
Anlegen eines Vakuums zum Haltern des Wafers auf dem Teller und
Beaufschlagen des Wafers mit dem Energiestrahl, um ihn in die monokristalline Form zu überführen.
Anordnen des Wafers auf einem Teller,
Anlegen eines Vakuums zum Haltern des Wafers auf dem Teller und
Beaufschlagen des Wafers mit dem Energiestrahl, um ihn in die monokristalline Form zu überführen.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet
daß die Unterseite des Wafers mit Gas beaufschlagt
wird, um Abschnitte des Wafers von der Oberfläche des
Tellers vor dem Beaufschlagen des Wafers mit dem
Strahl zu isolieren.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US63877591A | 1991-01-08 | 1991-01-08 | |
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DE4200283A1 true DE4200283A1 (de) | 1992-07-09 |
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ID=27093176
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4200283A Expired - Fee Related DE4200283C2 (de) | 1991-01-08 | 1992-01-08 | Verfahren und Vorrichtung zum Schleudergießen von Siliziumwafern unter Nachwachsen von Silizium |
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JP (1) | JP2625310B2 (de) |
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