DE60003639T2 - Hitzeschild für eine kristallziehungsvorrichtung - Google Patents

Hitzeschild für eine kristallziehungsvorrichtung

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL-GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10Apparatus
    • Y10T117/1024Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032Seed pulling
    • Y10T117/1068Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kristallziehvorrichtung um ein Kristallhalbleitematerial zu züchten und insbesondere eine Hitzeschildanordnung zur Verwendung in solchen Kristallziehvorrichtungen.
  • Ein Kristallhalbleitermaterial, das das Startmaterial zur Herstellung vieler elektronischer Komponenten ist, wird üblicherweise unter Verwendung des Czochralski ("Cz")-Verfahrens vorbereitet. In diesem Verfahren wird polykristallines Halbleiterursprungsmaterial, wie z. B. polykristallines Silizium ("Polysilizium"), in einem Tiegel geschmolzen. Dann wird ein Keimkristall in das geschmolzene Material abgesenkt und langsam angehoben, um einen Einkristallrohling zu züchten bzw. zu ziehen. Zum Züchten des Rohlings wird ein oberer Endkonus gebildet, in dem die Ziehrate und/oder die Schmelztemperatur verringert wird, wodurch der Durchmesser des Rohlings vergrößert wird bis ein Zieldurchmesser erreicht ist. Wenn der Zieldurchmesser erst einmal erreicht ist, wird der zylindrische Hauptkörper des Rohlings gebildet, indem die Ziehrate und die Schmelztemperatur so gesteuert wird, dass das sich verringernde Niveau der Schmelze kompensiert wird. Nahe dem Ende des Wachstumsprozesses, bevor der Tiegel leer wird, wird der Durchmesser des Rohlings reduziert, um einen unteren Endkonus zu formen, der von der Schmelze getrennt wird, um einen fertigen Rohling aus Halbleitermaterial herzustellen.
  • Obwohl die herkömmliche Cz-Methode ausreichend ist, um Einkristallhalbleitermaterialien zur Verwendung in einer weiten Vielfalt von Anwendungen zu züchten, ist eine weitere Verbesserung der Qualität des Halbleitermaterials wünschenswert. Da die Halbleiterhersteller die Dicke der Leitungen von integrierten Schaltkreisen, die auf den Halbleitern gebildet werden, immer weiter verringern, wird die Existenz von mikroskopischen Defekten in dem Material ein immer größeres Anliegen. Die Defekte in Einkristallhalbleitermaterialien bilden sich beim Kristallisieren und Abkühlen der Kristalle in der Kristallziehvorrichtung. Solche Defekte treten teilweise aufgrund des Vorhandenseins eines Überschusses (d. h. eine Konzentration über dem Solubilitätslimit) von intrinsischen Punktdefekten auf, die als Lücken und Zwischengitterplätze bekannt sind.
  • Eine wichtige Messung der Qualität von Wafern, die von einem Einkristallrohling geschnitten worden sind, ist die Gate Oxide Integrity ("GIO"). Lücken oder Fehlstellen werden, wie ihr Name schon nahe legt, durch die Abwesenheit oder "freie Stelle" eines Siliziumatoms in dem Kristallgitter bewirkt. Wenn der Kristall aus dem geschmolzenen Silizium in dem Tiegel nach oben gezogen wird, beginnt es sofort abzukühlen. Mit der Verringerung der Temperatur des Kristallrohlings verringert sich das Solubilitätslimit. Defekte, die bei hohen Temperaturen existieren, lagern sich dann in Form von mikroskopischen Defekten (Fehlstellen oder Voids) ab oder sie bewegen sich zu der seitlichen Oberfläche des Kristalls. Im Allgemeinen geschieht dies, wenn der Kristall den Temperaturbereich von 1150°C bis 1500°C durchläuft.
  • Silikonwafer, die von dem Rohling abgeschnitten worden sind und gemäß herkömmlichen Prozessen hergestellt worden sind, weisen häufig eine Siliziumoxidschicht auf, die auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet ist. Auf dieser Siliziumoxidschicht werden elektronische Schaltungseinrichtungen, wie beispielsweise MOS-Einrichtungen hergestellt. Defekte in der Oberfläche des Wafers, die von den Agglomerationen, die in dem wachsenden Kristall vorhanden sind, bewirkt werden, führen zu einem schlechten Wachstum der Oxidschicht. Die Qualität der Oxidschicht, die häufig als die dielektrische Durchschlagsstärke des Oxidfilms bezeichnet wird, kann quantitativ gemessen werden, indem MOS-Einrichtungen auf der Oxidschicht hergestellt werden und die Einrichtungen getestet werden. Die Gate Oxide Integrity (GOI) des Kristalls ist der Prozentsatz von betriebsfähigen Einrichtungen auf der Oxidschicht des Wafers, der aus dem Kristall hergestellt worden ist.
  • Es ist festgestellt worden, dass die GOI von Kristallen, die mittels des Czochralski-Verfahrens hergestellt worden sind, verbessert werden kann, indem der Zeitbetrag die ein wachsender Rohling in den Temperaturbereich über 1000°C verbringt, und insbesondere in dem Bereich von 1150°C–1050°C, vergrößert wird. Wenn der Rohling zu schnell durch diesen Temperaturbereich hindurch abgekühlt wird, haben die Fehlstellen oder Lücken nicht genügend Zeit, sich zusammen anzuhäufen, was zu einer großen Anzahl von kleinen Agglomerationen oder Anhäufungen innerhalb des Rohlings führt. Dies führt ungewünschterweise zu einer großen Anzahl von kleinen Lücken, die über die Oberfläche des Wafers ausgebreitet sind und dadurch die GOI negativ beeinflussen. Ein Verringern der Abkühlungsrate des Rohlings, so dass sich seine Temperatur länger in dem Zieltemperaturbereich aufhält, ermöglicht, dass mehrere Lücken größere Anhäufungen innerhalb des Rohlings ausbilden. Das Ergebnis ist eine geringe Anzahl von großen Anhäufungen, wodurch die GOI verbessert wird, indem die Anzahl von Defekten, die in der Oberfläche des Wafers existieren, auf dem die MOS-Einrichtungen gebildet werden, verringert wird.
  • Ein anderer Weg, um die GOI zu verbessern, ist die Anzahl von Fehlstellen, die in den Rohling eingezüchtet werden, zu steuern. Es ist festzustellen, dass der Typ und die ursprüngliche Konzentration von Lücken und Selbst-Zwischengitterplätzen, die in dem Rohling fixiert werden, wenn sich der Rohling verfestigt, durch das Verhältnis der Wachsgeschwindigkeit (d. h. die Zielrate) (v) zu dem lokalen axialen Temperaturgradienten in dem Rohling zum Zeitpunkt der Erstarrung (G0) gesteuert werden. Wenn der Wert dieses Verhältnisses v/G0 über einen kritischen Wert hinausgeht, steigt die Konzentration von Lücken an. In gleicher Art und Weise, wenn der Wert von v/G0 unter den kritischen Wert fällt, steigt die Konzentration von Selbst-Zwischengitterplätzen (self-interstitials) an.
  • Ein Weg um dieses Verhältnis anzuheben, ist die Ziehrate (d. h. die Ziehgeschwindigkeit, v) des Rohlings zu steigern. Jedoch bewirkt eine Erhöhung der Ziehrate eine Verzerrung des Durchmessers des Rohlings, wenn dem Rohling ausreichend Zeit zum Abkühlen und Verfestigen gegeben wird. Diesbezüglich ist es bekannt, eine Hitzeschildanordnung innerhalb des Tiegels oberhalb der Oberfläche der Schmelze zwischen der Schmelztiegelseitenwand und dem wachsenden Rohling zu positionieren, um den Rohling von der Hitze der Tiegelseitenwand abzuschirmen. Die herkömmliche Hitzeschildanordnung umfasst typischerweise einen äußeren Reflektor und einen inneren Reflektor. Einen schematischen Querschnitt der Wand eines herkömmlichen Hitzeschildes ist in 2 gezeigt. Der äußere Reflektor OR ist an dem inneren Reflektor des IR mittels geeigneten Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt) befestigt, die entlang ringförmiger oberer und unterer Befestigungseinrichtungsorten beabstandet sind, so dass der äußere Reflektor direkt den inneren Reflektor an diesen Orten berührt. Der äußere Reflektor OR ist wesentlich kürzer als der innere Reflektor IR, so dass ein oberer Abschnitt der Hitzeschildanordnung eine einzelne, nicht isolierte Schicht aufweist. Die Reflektoren OR, IR sind so ausgebildet, dass sie die Isolierkammer dazwischen definieren, die eine Isolation IN enthält, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor zu dem inneren Reflektor zu unterbinden.
  • Die Isolation I ist vorgesehen, um einen Mittelabschnitt N des inneren Reflektors IR gegen eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor OR zu isolieren, so dass eine Hitze von der Tiegelwand nicht zu dem inneren Reflektor übertragen wird. Das Vorsehen eines kälteren Abschnitts des inneren Reflektors IE ermöglicht ein schnelleres Abkühlen des Rohlings, wenn der Rohling nach oben in eine radiale Registration oder Berührung mit diesem Abschnitt des Wärmeschildes gezogen wird. Jedoch wird durch den großen Oberflächenkontakt zwischen dem äußeren Reflektor OR und dem inneren Reflektor IR an den Orten der oberen und unteren Befestigungseinrichtungen eine wesentliche Wärmemenge von dem äußeren Reflektor in ungewünschter Art und Weise direkt zu dem inneren Reflektor geleitet, so dass der innere Reflektor nicht so gut gekühlt wird wie gewünscht wird. Dies beschränkt wesentlich die Ziehrate des wachsenden Rohlings.
  • Eine zusätzliche Messung der Qualität des Wafers, der von einem Kristallrohling abgeschnitten worden ist, betrifft sauerstoffinduzierte Stapelfehler: Oxygen Induced Stacking Faults (OISF). OISF resultieren von Defekten, die in den Rohling einwachsen, wenn sich der Rohling an der Oberfläche der Schmelze verfestigt. Die Defekte sind ein Ergebnis eines Unterschieds zwischen den axialen Temperaturgradienten an dem Mittelpunkt des Rohlings und an der äußeren Oberfläche des Rohlings. Ein OISF wird als ein Ring gemessen, der nach Innen eine Distanz von der Umfangskante eines Wafers beabstandet ist. Die Konzentration von Stapelfehlern kann auch innerhalb eines besonderen Bereichs der Waferoberfläche gemessen werden. Der Gradient der Schnittstelle verändert sich mit r, was zu unterschiedlichen Konzentrationen von Punkteffekten führt. Damit können mittels Auswahl und der angemessenen Ziehrate Konzentrationen erzielt werden, was in einer besseren OISF-Leistung resultiert.
  • EP 0 591 525 A1 offenbart eine Einrichtung zum Heraufziehen eines Einkristalls mit einer ersten zylindrischen Blende, die an oberen und unteren Enden entsprechend einen nach außen gerichteten kreisförmigen Ring und einen nach innen gerichteten kreisförmigen Ring aufweist und ebenso einen Eckbereicht aufweist, der zu dem Tiegel hingewendet ist und in eine gekrümmte oder polygonale Oberflächenform aufweist, die um einen Einkristallziehbereich herum angeordnet ist, wobei der kreisförmige Ring an dem oberen Ende nahe einem Bereich angeordnet ist, in den das geschmolzene Material gefüllt wird. Diese Einrichtung weist ferner eine zweite Blende mit der Querschnittsform einer Parabel so auf, dass sie sich in einen zentralen Bereich öffnet, während sie den ein Kristallziehbereich umgibt und einen nach außen gerichteten kreisförmigen Ring aufweist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Unter der Vielzahl von Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Hitzeschildanordnung und einer Kristallzieheinrichtung hervorzuheben, die das Züchten von hochqualitativen Einkristallrohlingen vereinfachen; das Vorsehen von solch einer Hitzeschildanordnung und einer Kristallzieheinrichtung, die die radiale Veränderung des axialen Temperaturgradienten des Kristalls verringen; das Angeben solch einer Hitzeschildanordnung und einer Kristallzieheinrichtung mit einer schnelleren Ziehrate, wodurch der Durchsatz der Kristallzieheinrichtung vergrößert wird; die Angabe von solch einer Hitzeschildanordnung und einer Kristallzieheinrichtung, die die GOI verbessern und das Wachstum von OISF unterdrücken, das Angeben von solch einer Hitzeschildanordnung, die in der Lage ist, in einem begrenzten Raum innerhalb einer Kristallzieheinrichtung Betrieben zu werden; und das Angeben von solch einer Wärmeschildanordnung, die leicht an existierende Kristallzieheinrichtungen anzupassen ist.
  • Im allgemeinen umfasst eine Hitzeschildanordnung zur Verwendung in einer Kristallzieheinrichtung einen äußeren Reflektor und einen inneren Reflektor. Die Reflektoren sind im allgemeinen koaxial ausgerichtet und weisen Mittelöffnungen auf, die eine Größe und Form aufweisen, um den Rohling zu umgeben, wenn der Rohling aus dem geschmolzenen Material gezogen wird. Die Reflektoren sind im Allgemeinen zwischen dem Rohling und dem Tiegel angeordnet, wenn der Rohling aus dem Ursprungsmaterial in der Kristallzieheinrichtung nach oben gezogen wird. Die Reflektoren weisen eine Form derart auf, dass sie eine Isolationskammer dazwischen definieren, zur Aufnahme einer Isolation. Der innere Reflektor ist in der Zieheinrichtung in einer im Allgemeinen beabstandeten Beziehung zu dem äußeren Reflektor und Isolierung entlang zumindest einem Abschnitt des inneren Reflektors gehalten, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor und Isolation zu dem inneren Reflektor zu unterdrücken, so dass der Abschnitt des inneren Reflektors, der von dem äußeren Reflektor und die Isolation beabstandet ist, während des Betriebs der Zieheinrichtung wesentlich kühler als der äußere Reflektor ist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kristallzieheinrichtung mit einem Hitzeschild.
  • Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden teilweise offensichtlich und teilweise hervorgehoben.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist eine schematische, fragmentarische vertikale Querschnittsansicht einer Kristallzieheinrichtung und einer Hitzeschildanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Hitzeschildanordnung des Standes der Technik;
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform einer Hitzeschildanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform einer Hitzeschildanordnung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer vierten Ausführungsform einer Hitzeschildanordnung der vorliegenden Erfindung.
  • Entsprechende Bezugsziffern bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Figuren.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Mit Verweis auf die Figuren und insbesondere auf 1 wird nun eine Kristallzieheinrichtung in ihrer Gesamtheit mittels der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Zieheinrichtung wird verwendet, um monokristalline Rohlinge I des Typus herzustellen, der verwendet wird, um Halbleiterwafer herzustellen. Die Kristallzieheinrichtung 10 umfasst eine wassergekühlte Schale (die im Allgemeinen mit 12 bezeichnet wird) mit einem Innenraum, der eine Kristallwachstumskammer 14 und eine Ziehkammer 16 aufweist, die über der Wachstumskammer angeordnet ist. Ein Quarztiegel 20 ist innerhalb der Wachsturskammer 14 angeordnet, um das geschmolzene Halbleiterursprungsmaterial S aufzunehmen, aus dem der monokristalline Siliziumrohling I gezogen wird. Der Tiegel 20 ist auf einem motorisierten Drehtisch 22 angebracht, der den Tiegel um eine Vertikalachse dreht, und den Tiegel anhebt, um die Oberfläche des geschmolzenen Ursprungsmaterials S auf einem konstanten Niveau zu halten, wenn der Rohling I wächst und Ursprungsmaterial aus der Schmelze entnommen wird.
  • Eine Widerstandsheizeinrichtung 24, die den Tiegel 20 umfasst, schmilzt das Ursprungsmaterial S in dem Tiegel 20. Die Heizeinrichtung 24 wird mittels einer externen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) so gesteuert, dass die Temperatur des geschmolzenen Ursprungsmaterialspräzise während des gesamten Wachstumsprozesses gesteuert wird. Eine Isolation 26, die die Heizeinrichtung 24 umgibt, reduziert die Menge der Wärmeverluste durch die Seiten der Schale 12 und hilft, die Wärmelast an den Außenwänden der Zieheinrichtung zu verringern, während ermöglicht wird, dass die Prozesstemperatur bei einer niedrigeren Heizleistung aufrechterhalten werden kann.
  • Eine Zieheinrichtung (von der nur ein abhängiger Ziehschaft 30 dargestellt ist) zieht einen Saat- oder Keimkristall C und versetzt ihn durch die Wachstumskammer 14 und die Ziehkammer 16 nach oben und nach unten. Zuerst lässt der Ziehmechanismus den Keimkristall C durch die Kammern 14, 16 ab, bis er die Oberfläche des geschmolzenen Ursprungsmaterials S berührt. Wenn der Keimkristall zu schmelzen beginnt, hebt der Ziehmechanismus den Keim C langsam durch die Kammern 14 und 16 an, um den monokristallinen Rohling I zu züchten. Die Geschwindigkeit mit der der Ziehmechanismus den Keim C rotiert und die Geschwindigkeit mit der der Ziehmechanismus den Keim (d. h. die Ziehrate v) anhebt, wird mittels des externen Steuersystems gesteuert. Das Steuersystem steuert ebenso die Geschwindigkeit mit der sich des Tiegel 20 während des Ziehprozesses bewegt. Der allgemeine Aufbau und Betrieb der Kristallzieheinrichtung 10, außer dem was im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, ist konventionell und dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt.
  • 2 ist ein schematischer Vertikalschnitt von einer Seite einer Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik, die ausgebildet ist um in der Wachstumskammer der Kristallzieheinrichtung angebracht zu werden, um thermisch den wachsenden Rohling von einer Hitze abzuschirmen, die von der Tiegelseitenwand 34 ausgestrahlt wird. Diese frühere Hitzeschildanordnung A umfasst einen äußeren Reflektor UR und einen inneren Reflektor IR. Der äußere Reflektor UR ist an dem inneren Reflektor IR mittels geeigneten Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt) dergestalt befestigt, dass der äußere Reflektor den inneren Reflektor jeweils entlang kreisförmigen oberen und unteren Befestigungseinrichtungsorten F1, F2 berührt. Die Befestigungseinrichtungen sind nicht in der Figur dargestellt. Der äußere Reflektor UR ist wesentlich kürzer als der innere Reflektor IR, so dass ein oberer Abschnitt U der Hitzeschildanordnung A eine einzelne nicht isolierte Schicht aufweist. Die Reflektoren UR, IR sind so geformt, dass sie eine Isolierkammer IC zwischen ihnen definieren, die eine Isolierung IN enthält, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor UR zu dem inneren Reflektor IR zu unterbinden. Die Anordnung A ist frustokonisch und weist eine Mittelöffnung auf (nicht dargestellt) die eine Größe aufweist, um den Rohling (nicht dargestellt) zu umgeben, wenn der Rohling durch die Anordnung nach oben gezogen wird.
  • Die Isolierung IN ist vorgesehen, um einen Abschnitt M des inneren Reflektors IR gegen eine Wärmeübertragung von dem äußeren UR zu isolieren, so dass eine Wärmeübertragung von der Tiegelseitenwand 34 (1) zu dem inneren Reflektor unterbunden wird. Das Zurverfügungstellen eines kühleren Abschnitts M des inneren Reflektors IR steigert eine Wärmeübertragung weg von dem Rohling, wenn der Rohling radial den inneren Reflektor berührt, bzw. in Registrierung kommt, wodurch die Abkühlungsrate des Rohlings gesteigert wird. Die Hitzeschildanordnung A erlaubt eine schnellere Ziehrate ohne eine sich ergebenden Verzerrung des wachsenden Rohlings. Durch den großen Flächenkontakt zwischen dem äußeren Reflektor UR und dem inneren Reflektor IR an den Orten der oberen und unteren Befestigungseinrichtungen F1, F2 wird jedoch ein wesentlicher Wärmebetrag von dem äußeren Reflektor in ungewünschter Art und Weise direkt zu dem inneren Reflektor übertragen, wodurch die Effektivität der Hitzeschildanordnung A wesentlich verringert wird und die Ziehrate beschränkt wird.
  • Mit Verweis auf l ist eine Hitzeschildanordnung der vorliegenden Erfindung, die im Allgemeinen mit 50 bezeichnet ist, in der Wachstumskammer 14 über der Oberfläche des geschmolzenen Ursprungsmaterials S angebracht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Hitzeschildanordnung 50 im Allgemeinen eine Isolierung 52, die zwischen koaxial positionierten inneren und äußeren Reflektoren 54 und 56 angeordnet ist. Der äußere Reflektor 56 ist im Allgemeinen konisch ausgebildet und weist einen kreisförmigen Flansch 58 auf, der sich von dem Oberteil des Reflektors radial nach außen erstreckt. Der Flansch 58 weist eine Größe dergestalt auf, dass er über einem kreisförmigen Haltering 52 sitzt, der in der Wachstumskammer 14 zum Halten der Hitzeschildanordnung 50 (1) angeordnet ist. Der äußere Reflektor 56 neigt sich von dem kreisförmigen Flansch 58 nach innen und unten und erstreckt sich nach unten in den Tiegel 20 zu einer Position über der Oberfläche der Schmelze, so dass der äußere Reflektor zumindest teilweise zwischen der Tiegelseitenwand 34 und dem wachsenden Rohling I angeordnet ist.
  • Ein zweiter, oder unterer kreisförmiger Flansch 34 erstreckt sich radial von einem Boden des unteren Reflektors 56 nach innen, um einen Boden der Hitzeschildordnung 50 zu definieren. Ein kreisförmige Haltevorsprung 68 erstreckt sich vertikal von einer inneren peripheren Kante des unteren Flanschs 64 nach oben, um den inneren Reflektor 54 zu halten, wie im Folgenden unten weiter beschrieben wird. Der äußere Reflektor 56 ist vorzugsweise aus einem Graphitmaterial ausgestaltet und insbesondere aus einem mit Siliziumkarbid beschichteten Graphit. Der äußere Reflektor 56 weist eine Mittelöffnung 72 auf, die eine Mittelöffnung der Hitzeschildanordnung 50 definiert. Die mittlere Öffnung 72 weist eine Größe und Form dergestalt auf, um den Rohling I zu umgeben, wenn der Rohling in der Wachstumskammer 14 gezüchtet wird und an der Hitzeschildanordnung 50 nach oben vorbeigezogen wird. Beispielsweise ist die Mittelöffnung 72 der dargestellten Ausführungsform im Allgemeinen kreisförmig, um den im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt des zylindrischen Rohlings I aufzunehmen.
  • Der innere Reflektor 54 ist im Allgemeinen frustokonisch mit einem kegeligen Hauptabschnitt 74 und einem Befestigungsabschnitt 76, der sich im Allgemeinen vertikal von dem Boden des kegeligen Hauptabschnitts des inneren Reflektors nach unten erstreckt. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Befestigungsabschnitt 76 des inneren Reflektors 54 eine kreisförmige Lippe 78, die sich im Allgemeinen radial von dem oberen Bereich des Befestigungsabschnitts nach innen erstreckt, um auf dem Haltervorsprung 68 des äußeren Reflektors 56 zu sitzen. Der innere Reflektor 54 stützt sich damit auf dem Haltervorsprung 68 des äußeren Reflektors 56 ab, wobei der Boden des Befestigungsabschnitts 76 des inneren Reflektors leicht über dem oberen Flansch 64 des äußeren Reflektor 56 beabstandet ist.
  • Der kegelige Hauptabschnitt 74 des inneren Reflektors 54 neigt sich von dem Befestigungsabschnitt 76 nach oben und außen. Der obere Abschnitt des inneren Reflektors 54 ist im Allgemeinen in einer bündigen Ausrichtung mit dem oberen Flansch 58 des äußeren Reflektors. In der bevorzugten Ausführungsform ist der kegelige Hauptabschnitt 74 des inneren Reflektors 54 radial um eine geringe Distanz von dem äußeren Reflektor 56 beabstandet, so dass der einzige Kontakt zwischen dem inneren und dem äußeren Reflektor da auftritt, wo die Lippe 78 des inneren Reflektors auf dem Vorsprung 68 des äußeren Reflektors sitzt. Die Beabstandung erlaubt ebenfalls eine Dehnung und ein Zusammenziehen des äußeren Reflektors 56 bei einer Erwärmung und einer Abkühlung während des Betriebs der Zieheinrichtung ohne ein Eindrückung und Zusammenpressen des inneren Reflektors 54. Ein Beabstanden des inneren Reflektors 54 von dem äußeren Reflektors 56 in dieser Art und Weise reduziert den Hitzebetrag, der von dem äußeren Reflektor zu dem inneren Reflektor übertragen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 1 und 3 weist der äußere Reflektor 56 eine Form dergestalt auf, dass er eine kreisförmige Isolierkammer 80 zwischen dem inneren und dem äußeren Reflektor definiert. Die Isolation 52 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist und ist in der Isolierkammer 80 untergebracht, um einen Abschnitt des inneren Reflektors 54 gegen eine Hitzeübertragung von dem äußeren Reflektor 56 zu dem inneren Reflektor zu isolieren. Der innere Reflektor 54 ist in beabstandeter Beziehung zu der Isolation 52 in der Kammer 80, um eine Wärmeübertragung von der Isolation zu dem inneren Reflektor zu vermeiden. Der innere Reflektor 54 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der äußere Reflektor ausgebildet. Es ist jedoch offensichtlich, dass der innere Reflektor 54 und der äußere Reflektor 56 aus anderen Materialien ausgebildet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Beim Betrieb wird polykristallines Silizium in dem Tiegel 20 abgelagert und mittels Hitze, die von der Tiegelheizeinrichtung 24 ausgestrahlt wird, geschmolzen. Ein Keimkristall C wird mit dem geschmolzenen Silizium Ursprungsmaterial F in Berührung gebracht und mittels langsamen Herausziehens mit dem Ziehmechanismus 30 wird ein Kristallrohling gezogen. Wenn der wachsende Rohling I innerhalb der Wachstumskammer 14 nach oben gezogen wird, wird die Tiegelwand 34 von der Heizeinrichtung 24 und von dem geschmolzenen Ursprungsmaterial S in den Tiegel 20 geheizt. Von der Tiegelwand 34 wird von der Hitzeschildanordnung 50 Wärme zu dem äußeren Reflektor 56 übertragen. Jedoch verhindert die Isolierung 52 in der Isolationskammer 80 und die Minimierung des direkten Kontakts zwischen dem inneren Reflektor 54 und dem äußeren Reflektor 56 eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor zu dem inneren Reflektor, so dass der innere Reflektor entlang im wesentlichen der gesamten Länge des inneren Reflektors wesentlich kühler ist, als der äußere Reflektor. Die Beabstandung des inneren Reflektors 54 von der Isolierung 52 verhindert weiter eine Wärmeübertragung von der Isolierung zu dem inneren Reflektor. Wenn der Rohling I nach oben in radialer Berührung oder Registrierung mit den kühleren inneren Reflektor 54 gezogen wird, wird Wärme von dem Rohling schneller zu dem inneren Reflektor übertragen. Da der Rohling I schneller abgekühlt wird, kann die Ziehrate der Zieheinrichtung 10 wesentlich erhöht werden, ohne den wachsenden Rohling zu verziehen.
  • 3 stellt eine zweite Ausführungsform einer Hitzeschildanordnung 150 der vorliegenden Erfindung dar, in der der äußere Reflektor 156 die gleiche Form aufweist, wie der innere Reflektor 154 und parallel in einer Abstandsbeziehung zu dem inneren Reflektor entlang im wesentlichen der gesamten Länge des inneren Reflektors beabstandet ist. Die Isolationskammer 80 und die Isolierung 52 der ersten Ausführungsform wurden weggelassen. Die Beabstandung zwischen dem inneren Reflektor 154 und dem äußeren Reflektor 156 verhindert die Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor zu dem inneren Reflektor, wodurch ein kühlerer innerer Reflektor entlang im wesentlichen der Gesamtlänge des inneren Reflektors zur Verfügung gestellt wird.
  • BEISPIEL 1
  • Kristallrohlinge weisen Durchmesser von ungefähr 200 mm auf, wenn sie in Kristallzieheinrichtungen gezüchtet werden, mit Hitzeschildanordnungen, die entsprechend entweder der Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik von 2 oder den Hitzeschildanordnungen 50, 150 der ersten (1) und zweiten (4) Ausführungsform aufgebaut sind. Eine maximale Ziehrate wurde für jede der Ausführungsformen bestimmt, indem die schnellste Ziehrate bestimmt worden ist, bei der keine Verzehrung des wachsenden Rohlings auftrat. Die maximalen Ziehraten bei Verwendung der Hitzeschildanordnungen der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung waren 0,90 mm pro Minute und 0,80 mm pro Minute. Dies ist mit einer maximalen Ziehrate von ungefähr 0,65 mm pro Minute zu vergleichen, wenn die Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik verwendet wird.
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der die Hitzeschildanordnung 250 weiter ausgestaltet ist, um eine gute GOI zu erzielen und um OISF zu verringern oder zu verhindern, während nach wie vor die Ziehrate über die maximale Ziehrate der Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik hinaus vergrößert wird. Der innere Reflektor 254 weist eine Länge auf, die wesentlich kürzer ist, als die des äußeren Reflektors 256, so dass ein oberer Abschnitt 282 der Hitzeschildanordnung 250 durch den äußeren Reflektor definiert ist. Ein kreisförmiger Ring 262, der aus einem Material mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit ausgestaltet ist, sitzt auf dem Vorsprung 268 des äußeren Reflektors 256. Das Material weist ebenso vorzugsweise eine hohe Reinheit auf und eine geringe Partikelerzeugung. Ein besonders bevorzugtes Material ist Quarz. Die Lippe 278 des inneren Reflektors 154 sitzt eher auf dem kreisförmigen Ring 262 als auf dem Vorsprung 268 des äußeren Reflektors 256, um den inneren Reflektor 54 weiter von dem äußeren Reflektor thermisch zu isolieren. Die untere Flanke 264 des äußeren Reflektors 256 ist wesentlich dicker als die der ersten und zweiten Ausführungsformen um eine gesteigerte Wärmeübertragung von dem Tiegel zu dem Boden der Hitzeschildanordnung 250 zu ermöglichen. Der untere Flansch 264 ist wesentlich dicker als irgendein anderer Abschnitt des äußeren Reflektors 256 und vorzugsweise zumindest zweimal so dick wie die verbleibenden Bereiche des äußeren Reflektors.
  • Im Betrieb wird die Wärme von der Tiegelwand 34 zu dem äußeren Reflektor 256 übertragen, wenn der wachsende Rohling I aus dem Ursprungsmaterial S gezogen wird. Die Beabstandung des inneren Reflektors 254 von dem äußeren Reflektor 256 wie auch das Platzieren des kreisförmigen Rings 262 zwischen die Reflektoren verhindert eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor zu dem inneren Reflektor. Damit ist ein Mittelabschnitt 249 der Hitzeschildanordnung 250, der von der Länge des inneren Reflektors 254 definiert ist, kälter als die ausgesetzten Segmente des inneren Reflektors 256, die über und unter dem inneren Reflektor angeordnet sind. Somit nimmt die Hitzeschildanordnung 250 ein Profil vom Boden nach oben an, mit einer heißeren Zone an dem Boden der Anordnung, einer mittelkalten Zone und wieder einer heißeren Zone Richtung dem oberen Bereich der Anordnung.
  • Wenn der wachsende Rohling aus dem Ursprungsmaterial S durch eine zentrale Öffnung (nicht dargestellt, jedoch gleich der zentralen Öffnung 72 der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist) der Hitzeschildanordnung 250 nach oben gezogen wird, steigt der Rohling in eine radiale Berührung oder Registrierung mit dem kühleren, inneren Reflektor 254 der Hitzeschildanordnung. Somit kühlt der Rohling I schneller auf eine Temperatur von ungefähr 1150°C ab. Wenn der Rohling I den Abschnitt des äußeren Reflektors 256 berührt, der über den inneren Reflektor hinaus steht, verhindert die Hitze des äußeren Reflektors ein schnelles Abkühlen des Rohlings, wodurch sich der axiale Temperaturgradient des Rohlings wesentlich verringert, wenn der Rohling durch einen Temperaturbereich von ungefähr 1150°C bis 1050°C abkühlt.
  • Ein Erhöhen der Abkühlungsrate des Rohlings I oberhalb von 1150°C erlaubt ein Anheben der Ziehrate ohne ein Verzerren des wachsenden Rohlings zu bewirken. Das Vorsehen der heißeren Zone an dem Boden oder unteren Abschnitt des Hitzeschildes verhindert ein Abkühlen des Rohlings I nahe der Oberfläche des Ursprungsmaterials S. Dies fördert einen gleichförmigeren axialen Temperaturgradienten durch den Durchmesser des Rohlings I an der Oberfläche der Schmelze, wodurch das Wachstum der UISFs unterbunden wird. Letztlich reduziert das Vorsehen einer heißen Zone in Richtung des oberen Bereichs der Hitzeschildanordnung die Kühlrate des Rohlings I, wenn er nach oben in Berührung mit der heißeren Zone gezogen wird, wodurch sich der axiale Temperaturgradient des Rohlings verringert, wenn der Rohling von 1150°C auf 1050°C abkühlt, wodurch die GOI verbessert wird.
  • 5 stellt eine fünfte Ausführungsform eines Hitzeschildes 350 der vorliegenden Erfindung, ähnlich der dritten Ausführungsform, dar. In dieser vierten Ausführungsform weist der äußere Reflektor 356 eine Form ähnlich dem äußeren Reflektor 56 der ersten Ausführungsform (siehe 1) auf, um eine Isolationskammer 380 zu definieren. Die Isolierung 352 gleicht der, die mit Verweis auf die erste Ausführungsform diskutiert worden ist und ist in der Isolationskammer 380 enthalten. Diese Ausführungsform stellt einen kühleren Mittelabschnitt der Hitzeschildanordnung 350 im Vergleich zu der Hitzeschildanordnung 250 zur Verfügung, wie in 5 gezeigt ist.
  • BEISPIEL 2
  • Kristallrohlinge weisen Durchmesser von ungefähr 200 mm auf, wenn sie in Kristallzieheinrichtungen gezüchtet worden sind, mit Hitzeschildanordnungen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Hitzeschildanordnungen der dritten (4) und vierten (5) Ausführungsform 250 und 350 ausgebildet sind. Es wurde eine maximale Ziehrate für jede der Ausführungsformen durch Messung der schnellsten Ziehrate bestimmt, bei der keine Verzerrung des wachsenden Rohlings auftrat. Die maximale Ziehrate unter Verwendung der Hitzeschildanordnung 250 der dritten Ausführungsform war ungefähr 0,7 mm/min. Für die Hitzeschildanordnung 350 der vierten Ausführungsform war die maximale Ziehrate ungefähr 0,8 mm/min. Diese Raten sind mit einer maximalen Ziehrate von ungefähr 0,5 mm/min zu vergleichen, wenn eine Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik verwendet wird, wie sie obenstehend mit Verweis auf Beispiel 1 diskutiert worden ist.
  • BEISPIEL 3
  • Kristallrohlinge weisen Durchmesser von ungefähr 200 mm auf, wenn sie in Kristallzieheinrichtungen gezüchtet worden sind, die Hitzeschildanordnungen aufweisen, die in Übereinstimmung der vorliegenden Hitzeschildanordnung 350 der vierten Ausführungsform aufgebaut sind und in Übereinstimmung mit der Hitzeschildanordnung A des Standes der Technik. OISF wurde bestimmt, indem ein Ring von Defekten der Sauerstoffablagerungen in dem Rohling verursacht worden ist, lokalisiert wurde und die Anzahl von Defekten in einem vorgegebenen Bereich gemessen wurde. Kristalle, die unter Verwendung der Hitzeschildanordnung des Standes der Technik gezüchtet worden sind, hatten einen OISF-Ring, der ungefähr 5 mm bis 10 mm radial nach innen von der Seitenkante des Rohlings angeordnet war und eine Sauerstoffablagerungskonzentration von 1000/cm2 aufwies. Kristalle, die unter Verwendung der Hitzeschildanordnung 350 der vierten Ausführungsform gezüchtet worden sind, hatten keinen messbaren Ring von Defekten und eine Gesamtdefektkonstellation nur geringer als 1/cm2.
  • Zusätzlich wurden die axialen Temperaturgradienten der Rohlinge in dem gewünschten Temperaturbereich von 1150°C bis 1050°C gemessen. Der axiale Temperaturgradient in diesem Bereich für Rohlinge, die unter Verwendung der Hitzeschildanordnung A gemäß des Standes der Technik gezüchtet wurden, war ungefähr 0,74°C/mm, wohingegen der axiale Temperaturgradient in diesem Bereich für Rohlinge, die unter Verwendung der Hitzeschildanordnung 350 der vierten Ausführungsform gezüchtet worden sind, 0,48°C/mm war.
  • Aus dem oben stehenden ist ersichtlich, dass verschiedene Aufgabe der vorliegenden Erfindung erzielt und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt wurden.
  • Da verschiedene Änderungen innerhalb der obigen Aufbauten ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wird gewünscht, dass jeglicher Gegenstand der in der obigen Beschreibung beschrieben worden ist oder in den begleitenden Figuren gezeigt worden ist, als der Darstellung dienend zu interpretieren ist und nicht in einem beschränkenden Sinne.

Claims (11)

  1. Eine Kristallzieheinrichtung (10) zum Erzeugen eines monokristallinen Rohlings (I), wobei die Kristallzieheinrichtung umfasst: einen Tiegel (20) zur Aufnahme eines geschmolzenen Halbleiterursprungsmaterials; eine Heizeinrichtung (24) in thermischer Verbindung mit dem Tiegel zum Heizen des Tiegels (20) auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um das Halbleiterursprungsmaterial (S) in dem Tiegel zu schmelzen; eine Zieheinrichtung (30), die über dem Tiegel angeordnet ist, um den Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) in dem Tiegel (20) zu ziehen; und eine Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350), die über dem geschmolzenen Ursprungsmaterial in dem Tiegel (20) angeordnet ist, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) eine Mittelöffnung (72) aufweist, die eine Form und Größe aufweist, um den Rohling (I) zu umgeben, wenn der Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) gezogen wird, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) im Allgemeinen zwischen dem Rohling (I) und dem Tiegel (20) angeordnet ist, wenn der Rohling (I) aus dem Ursprungsmaterial (S) in der Kristallzieheinrichtung (10) nach oben gezogen wird, wobei das Hitzeschild (50; 150; 250; 350) einen äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und einen inneren Reflektor (54, 154; 254) aufweist, wobei die Reflektoren (54, 56; 154, 156; 254, 256; 356) eine Form aufweisen, um eine Isolationskammer (80, 380) dazwischen zu definieren zur Aufnahme einer Isolation (52; 352), wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) in der Zieheinrichtung (10) in einer im Allgemeinen beabstandeten Beziehung zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolation (52; 352) entlang zumindest einem Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) gehalten ist, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolation (52; 352) zu dem inneren Reflektor (54; 154; 254) dergestalt zu verhindern, dass der beabstandete Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) während des Betriebs der Zieheinrichtung (10) wesentlich kälter als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) ist, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) im Allgemeinen angrenzend an den Boden des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) in einer Berührungsbeziehung zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) steht.
  2. Eine Kristallzieheinrichtung (10) nach Anspruch 1, worin der innere Reflektor (54; 154; 254) in der Zieheinrichtung (10) von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) gehalten wird, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) im Allgemeinen angrenzend zu dem Boden des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) auf dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) im Wesentlichen von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52; 352) im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des inneren Reflektors (54; 154; 254) über dem Boden des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) beabstandet sitzt, um eine Wärmeübertragung zwischen dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und dem inneren Reflektor (54; 154; 254) zu unterbinden, so dass im Wesentlichen die gesamte Länge des inneren Reflektors (54; 154; 254) während des Betriebs der Zieheinrichtung (10) kälter als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) ist.
  3. Eine Kristallzieheinrichtung (10) zum Erzeugen eines monokristallinen Rohlings (I), wobei die Kristallzieheinrichtung (10) umfasst: einen Tiegel (10) zur Aufnahme eines geschmolzenen Halbleiterursprungsmaterials (S); eine Heizeinrichtung (24) in thermischer Verbindung zu dem Tiegel (10) zum Heizen des Tiegels (20) auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um das Halbleiterursprungsmaterial (S) in dem Tiegel (20) zu schmelzen; eine Zieheinrichtung (30), die über dem Tiegel (20) angeordnet ist, um den Rohling (I) aus dem geschmolzenem Material (S) in dem Tiegel (20) zu ziehen; und eine Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350), die über dem geschmolzenen Ursprungsmaterial (S) in dem Tiegel (20) angeordnet ist, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) eine Mittelöffnung (72) aufweist, die eine Form und Größe aufweist, um den Rohling (I) zu umgeben, wenn der Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) gezogen wird, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) im Allgemeinen zwischen dem Rohling (I) und dem Tiegel (10) angeordnet ist, wenn der Rohling (I) aus dem Ursprungsmaterial (S) in der Kristallzieheinrichtung (10) nach oben gezogen wird, wobei das Hitzeschild (50; 150; 250; 350) einen äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und einen inneren Reflektor (54; 154; 254) aufweist, wobei die Reflektoren (54; 56; 154; 156; 254, 256; 356) geformt sind, um eine Isolierkammer (80; 380) dazwischen zur Aufnahme einer Isolierung zu bilden, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) in der Zieheinrichtung ( 10) in einer im Allgemeinen beabstandeten Beziehung zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52; 352) entlang zumindest einem Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) gehalten ist, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52; 352) zu dem inneren Reflektor (54; 154; 254) zu verhindern dergestalt, dass der beabstandete Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) während des Betriebes der Zieheinrichtung (10) im Wesentlichen kälter ist als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356), wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) ferner einen Ring (262) umfasst, der auf dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) im Allgemeinen angrenzend zu dem Boden des Reflektors sitzt, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) auf dem Ring (262) sitzt, so dass der Ring den inneren Reflektor (54; 154; 254) von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) beabstandet, so dass der innere Reflektor (54; 154; 254) im Wesentlichen frei und ohne Eingriff zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52, 352) ist, wobei der Ring (262) aus einem Material ausgebildet ist mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) zu dem inneren Reflektor (54; 154; 254) über den Ring (162) zu unterbinden.
  4. Eine Kristallzieheinrichtung nach Anspruch 1, worin der Ring (262) aus Quarz besteht.
  5. Eine Kristallzieheinrichtung nach Anspruch 1, worin der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des inneren Reflektors (54; 154; 254) erstreckt.
  6. Eine Kristallzieheinrichtung nach Anspruch 1, worin der innere Reflektor (54; 154; 254) wesentlich kürzer ist als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) ist, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) relativ zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) derart positioniert ist, dass sich ein Abschnitt (182) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) nach oben und nach außen über den inneren Reflektor (54; 154; 254) erstreckt, so dass, wenn ein Rohling (I) nach oben aus dem Ursprungsmaterial (S) in eine radiale Berührung mit der Hitzeschildanordnung gezogen wird, der Rohling dem kälteren, inneren Reflektor (54; 154; 254) ausgesetzt ist, um den Rohling (I) schnell abzukühlen, wobei der Rohling (I) dann dem äußeren, heißeren Reflektor (56; 156; 256; 356) ausgesetzt wird, wenn der Rohling (I) weiter nach oben gezogen wird, um den axialen Temperaturgradienten des Rohlings (I) zu verringern.
  7. Eine Kristallzieheinrichtung (10) nach Anspruch 6, worin die Länge des inneren Reflektors (54; 154; 254) so ausgewählt ist, dass der Kristallrohling (I) eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 1150°C bis 1050°C aufweist, wenn der Rohling (I) in radialer Berührung mit dem Abschnitt (282) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) ist, der sich nach oben und außen über den inneren Reflektor (54; 154; 254) erstreckt, wobei der heißere, äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) den axialen Temperaturgradienten des Rohlings (I) reduziert, wenn der Rohling (I) von ungefähr 1150°C auf 1050°C abkühlt, zur Verwendung zur Verringerung der Anzahl von Defekten in dem Rohling (I).
  8. Eine Kristallzieheinrichtung (10) nach Anspruch 6, worin der innere Reflektor (54; 154; 254) ferner relativ zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) dergestalt positioniert ist, dass ein unterer Abschnitt (64; 264) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) sich unter dem inneren Reflektor (54; 154; 254) in einer beabstandeten Beziehung über dem geschmolzenen Ursprungsmaterial (S) in dem Tiegel (20) erstreckt, wobei der Rohling (I) dem heißeren unteren Abschnitt (56; 256) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) ausgesetzt wird, bevor er in Berührung mit dem kühleren, inneren Reflektor (54; 154; 254) kommt, wenn der Rohling (I) nach oben aus dem geschmolzenen Ursprungsmaterial (S) gezogen wird, wobei der heißere, untere Abschnitt (64; 264) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) einen gleichmäßigen, axialen Temperaturgradienten des Rohlings (I) fördert, wenn der Rohling (I) aus dem geschmolzenen Ursprungsmaterial (S) gezogen wird.
  9. Eine Kristallzieheinrichtung (10) zum Erzeugen eines monokristallinen Rohlings (I), wobei die Kristallzieheinrichtung (10) umfasst: einen Tiegel (10) zur Aufnahme eines geschmolzenen Halbleiterursprungsmaterials (S); eine Heizeinrichtung (24) in thermischer Verbindung zu dem Tiegel (20) zum Heizen des Tiegels (20) auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um das Halbleiterursprungsmaterial (S) in dem Tiegel (20) zu schmelzen; einen Ziehmechanismus (30), der über dem Tiegel (20) angeordnet ist, um den Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) in dem Tiegel (20) zu ziehen; und eine Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350), die über dem geschmolzenen Ursprungsmaterial (S) in dem Tiegel (20) angeordnet ist, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) eine Mittelöffnung (72) aufweist, die eine Form und Größe aufweist, um den Rohling (I) zu umgeben, wenn der Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) gezogen wird, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) im Allgemeinen zwischen dem Rohling (I) und dem Tiegel (20) angeordnet ist, wenn der Rohling (I) nach oben aus dem Ursprungsmaterial (S) innerhalb der Kristallzieheinrichtung (20) gezogen wird, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) einen äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und einen inneren Reflektor (54; 154; 254) umfasst, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) in einer Berührungsbeziehung zu einem unteren Abschnitt (64, 68) des äußeren Reflektors (56; 156; 256; 356) in einem im Allgemeinen thermischen Eingriff dazu ist, wobei zumindest ein verbleibender Bereich des inneren Reflektors (54; 154; 254) von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) beabstandet ist, um einen Spalt dazwischen zu definieren, wobei der Spalt frei von jeglichem Material ist, um eine Wärmeübertragung zwischen dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und dem zumindest einen verbleibenden Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) zu unterbinden, so dass der zumindest eine verbleibende Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) während des Betriebs der Zieheinrichtungen (10) wesentlich kälter ist als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356).
  10. Eine Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) zur Verwendung in einer Kristallzieheinrichtung (10) zum Züchten eines monokristallinen Rohlings (I) aus geschmolzenem Halbleiterursprungsmaterial (10), das in einem Tiegel (20) in der Kristallzieheinrichtung (10) enthalten ist, wobei die Hitzeschildanordnung (50; 150; 250; 350) umfasst: einen äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und einen inneren Reflektor (54; 154; 254), wobei die Reflektoren (54, 56; 154, 156; 254, 256; 356) in der Kristallzieheinrichtung (10) dergestalt anordbar sind, dass sie in einer im Allgemeinen koaxialen Ausrichtung sind und zentrale Öffnungen (72) aufweisen, die eine Größe und Form zum Umgeben des Rohlings (I) aufweisen, wenn der Rohling (I) aus dem geschmolzenen Material (S) gezogen wird, wobei die Reflektoren (54, 56; 154, 156; 254, 256; 356) in der Kristallzieheinrichtung (10) dergestalt anordbar sind, dass sie im Allgemeinen zwischen dem Rohling (I) und dem Tiegel (20) angeordnet sind, wenn der Rohling (I) nach oben aus dem Ursprungsmaterial (S) innerhalb der Kristallzieheinrichtung (10) gezogen wird, wobei die Reflektoren (54, 56; 154, 156; 254, 256; 356) eine Form aufweisen, um eine Isolierkammer (80; 380) dazwischen zur Aufnahme einer Isolierung (52, 352) zu definieren, wenn sie in der Kristallzieheinrichtung (10) angeordnet sind, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) in der Zieheinrichtung (10) in einer im Allgemeinen beabstandeten Beziehung zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52, 352) entlang zumindest einem Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) haltbar ist, um eine Wärmeübertragung von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52, 352) zu dem inneren Reflektor (54; 154; 254) dergestalt zu verhindern, dass der Abschnitt des inneren Reflektors (54; 154; 254) der von dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) und der Isolierung (52; 352) beabstandet ist während des Betriebs der Zieheinrichtung (10) wesentlich kälter ist als der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) wenn die Reflektoren in der Zieheinrichtung (10) angeordnet sind, wobei der innere Reflektor (54; 154; 254) im Allgemeinen angrenzend zu dem Boden des äußeren Reflektors in einer Berührungsbeziehung zu dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) ist.
  11. Eine Hitzeschildanordnung nach Anspruch 10, worin der äußere Reflektor (56; 156; 256; 356) einen unteren Flansch (264) mit einer Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke von jedem anderen Ort auf dem äußeren Reflektor (56; 156; 256; 356) zum Verhindern eines Wärmeverlustes in dem Kristall unmittelbar angrenzend zu der Schmelze (S), wenn die Reflektoren in der Kristallzieheinrichtung (10) angeordnet sind.
DE2000603639 1999-02-26 2000-02-02 Hitzeschild für eine kristallziehungsvorrichtung Active DE60003639T2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US258478 1999-02-26
US09/258,478 US6197111B1 (en) 1999-02-26 1999-02-26 Heat shield assembly for crystal puller
PCT/US2000/002781 WO2000050671A1 (en) 1999-02-26 2000-02-02 Heat shield assembly for crystal puller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60003639D1 DE60003639D1 (de) 2003-08-07
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US (1) US6197111B1 (de)
EP (1) EP1159470B1 (de)
JP (1) JP2002538064A (de)
CN (1) CN1246506C (de)
DE (1) DE60003639T2 (de)
TW (1) TWI243217B (de)
WO (1) WO2000050671A1 (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6503594B2 (en) * 1997-02-13 2003-01-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Silicon wafers having controlled distribution of defects and slip
JP3709494B2 (ja) * 1999-02-26 2005-10-26 株式会社Sumco シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2003510235A (ja) * 1999-09-23 2003-03-18 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド 冷却速度を制御することにより単結晶シリコンを成長させるチョクラルスキー法
KR100378184B1 (ko) * 1999-11-13 2003-03-29 삼성전자주식회사 제어된 결함 분포를 갖는 실리콘 웨이퍼, 그의 제조공정및 단결정 실리콘 잉곳의 제조를 위한 초크랄스키 풀러
SG108822A1 (en) * 2000-09-29 2005-02-28 Samsung Electronics Co Ltd Silicon wafers having controlled distribution of defects, methods of preparing the same, and czochralski pullers for manufacturing monocrystalline silicon ingots
US6869477B2 (en) * 2000-02-22 2005-03-22 Memc Electronic Materials, Inc. Controlled neck growth process for single crystal silicon
US6482263B1 (en) * 2000-10-06 2002-11-19 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield assembly for crystal pulling apparatus
EP2295619B1 (de) * 2001-01-26 2014-04-23 MEMC Electronic Materials, Inc. Verfahren zur Herstellung von Silizium mit niedriger Defektdichte und mit leerstellendominiertem Kern, der im wesentlichen frei von oxidationsinduzierten Stapelfehlern ist
US6579362B2 (en) * 2001-03-23 2003-06-17 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield assembly for crystal puller
WO2003021011A1 (en) * 2001-08-29 2003-03-13 Memc Electronic Materials, Inc. Process for eliminating neck dislocations during czochralski crystal growth
US6866713B2 (en) * 2001-10-26 2005-03-15 Memc Electronic Materials, Inc. Seed crystals for pulling single crystal silicon
US7077905B2 (en) * 2002-09-13 2006-07-18 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Apparatus for pulling a single crystal
US6797062B2 (en) * 2002-09-20 2004-09-28 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield assembly for a crystal puller
US20070169700A1 (en) * 2006-01-26 2007-07-26 Gert-Jan Sniders Sensing system and method for determining the alignment of a substrate holder in a batch reactor
CN101665977B (zh) 2009-09-21 2011-10-19 浙江碧晶科技有限公司 一种用于拉晶炉的热屏蔽装置
WO2011103740A1 (zh) * 2010-02-23 2011-09-01 上海汉虹精密机械有限公司 单晶炉装置
KR101275418B1 (ko) * 2010-03-16 2013-06-14 주식회사 엘지실트론 단결정 잉곳 제조방법 및 이에 의해 제조된 웨이퍼
CN102758258B (zh) * 2012-06-20 2016-01-13 张永芳 单晶炉用伸展式热屏蔽器
CN102732949A (zh) * 2012-06-21 2012-10-17 芜湖昊阳光能股份有限公司 一种石墨热场的导流筒结构
JP5904079B2 (ja) * 2012-10-03 2016-04-13 信越半導体株式会社 シリコン単結晶育成装置及びシリコン単結晶育成方法
CN105316759A (zh) * 2014-07-02 2016-02-10 安徽旭特电子科技有限公司 一种带有内部水冷单晶炉用涂层热屏
US10358740B2 (en) 2014-07-25 2019-07-23 Corner Star Limited Crystal growing systems and methods including a passive heater
DE102014226297A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Sgl Carbon Se Doppelwandiger Graphit-Trichter
CN108018600A (zh) * 2016-10-28 2018-05-11 上海新昇半导体科技有限公司 单晶生长炉热屏及其制造方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3709178C2 (de) 1987-03-20 1989-11-23 Sorg Gmbh & Co Kg, 8770 Lohr, De
US4981549A (en) 1988-02-23 1991-01-01 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Method and apparatus for growing silicon crystals
US5264189A (en) 1988-02-23 1993-11-23 Mitsubishi Materials Corporation Apparatus for growing silicon crystals
JP2709310B2 (ja) 1989-11-11 1998-02-04 住友シチックス株式会社 単結晶引上げ装置
JP2755452B2 (ja) 1989-12-04 1998-05-20 ニッテツ電子株式会社 シリコン単結晶の引上げ装置
JPH06102590B2 (ja) 1990-02-28 1994-12-14 信越半導体株式会社 Cz法による単結晶ネック部育成自動制御方法
JPH03120570U (de) * 1990-03-24 1991-12-11
JP2601930B2 (ja) 1990-03-29 1997-04-23 信越半導体株式会社 単結晶ネツク部直径制御方法及び装置
JP2878794B2 (ja) 1990-06-29 1999-04-05 東芝セラミックス株式会社 単結晶引上げ装置
US5363796A (en) * 1991-02-20 1994-11-15 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Apparatus and method of growing single crystal
JP3016897B2 (ja) 1991-03-20 2000-03-06 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法及び装置
WO1993000462A1 (en) * 1991-06-24 1993-01-07 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Device for pulling up single crystal
DE4231162C2 (de) 1992-09-17 1996-03-14 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur Regelung der Schmelzenhöhe während des Ziehens von Einkristallen
US5414927A (en) * 1993-03-30 1995-05-16 Union Oil Co Furnace elements made from graphite sheets
JPH06340490A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Sumitomo Sitix Corp シリコン単結晶製造装置
JPH0733587A (ja) 1993-07-20 1995-02-03 Toshiba Corp 単結晶の製造方法と単結晶引上げ装置
JPH0761889A (ja) * 1993-08-26 1995-03-07 Komatsu Electron Metals Co Ltd 半導体単結晶引き上げ装置および引き上げ方法
US5443034A (en) 1994-08-17 1995-08-22 Solec International, Inc. Method and apparatus for increasing silicon ingot growth rate
JPH0891980A (ja) 1994-09-20 1996-04-09 Mitsubishi Materials Corp 単結晶育成装置
DE19503357A1 (de) * 1995-02-02 1996-08-08 Wacker Siltronic Halbleitermat Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls
DE69533114T2 (de) 1995-12-08 2005-06-09 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Verfahren und vorrichtung zur herstellung von einkristallen
JP3844536B2 (ja) * 1996-01-19 2006-11-15 コマツ電子金属株式会社 単結晶引上装置
JP4097729B2 (ja) * 1996-05-22 2008-06-11 Sumco Techxiv株式会社 半導体単結晶製造装置
JP3653647B2 (ja) * 1996-05-31 2005-06-02 イビデン株式会社 シリコン単結晶引き上げ装置用の保温筒
US5824152A (en) * 1996-07-09 1998-10-20 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Semiconductor single-crystal pulling apparatus
JPH10139581A (ja) * 1996-09-10 1998-05-26 Toyo Tanso Kk 単結晶引上げ装置用高温部材
US5942032A (en) * 1997-08-01 1999-08-24 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield assembly and method of growing vacancy rich single crystal silicon
US5922127A (en) 1997-09-30 1999-07-13 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield for crystal puller

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Publication number Publication date
EP1159470A1 (de) 2001-12-05
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