DE69533114T2

DE69533114T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von einkristallen

Info

Publication number: DE69533114T2
Application number: DE69533114T
Authority: DE
Inventors: T. Nishishirakawa-gun OHTA; S. Nishishirakawa-gun SONOKAWA; Satoshi Takefu-shi SOETA; Y. NNakakubiki-gun KODAMA
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2015-12-09
Also published as: US5972106A; EP0867531A1; JP3634867B2; EP0867531A4; EP0867531B1; WO1997021853A1; MY132365A; TW400398B; DE69533114D1; KR970704918A; KR100415860B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls, insbesondere zur Herstellung eines Einkristalls, der mittels des Czochralski-Verfahrens gezogen wird, bei dem die Temperaturverteilung und Wärmevorgeschichte eines Zieheinkristalls geregelt werden, um die Herstellungseffizienz von Einkristallen und deren Qualitäten zu verbessern.
Allgemeiner Stand der Technik
In den vergangenen Jahren sind hochintegrierte und hochpräzise Halbleiterbauelemente immer fortschrittlicher geworden und Wafer von Halbleiterkristallen weisen vermehrt größere Durchmesser auf und sind von höherer Qualität. Derartige Halbleiterkristalle werden hauptsächlich mittels des Czochralski-Verfahrens (das Ziehverfahren) hergestellt, bei dem man sich verschiedenartig darum bemüht, Halbleiterkristalle herzustellen, die auch einen größeren Durchmesser aufweisen und von hoher Qualität sind.
Beispielsweise wird ein derartiger Fall, bei dem ein Siliziumeinkristallstab mittels des Czochralski-Verfahrens hergestellt wird unter Verwendung von 4 erläutert, wobei eine Ziehkammer (eine Metallkammer) 1 bereitgestellt wird, in deren Mitte sich ein Quarzschmelztiegel 3 befindet, wobei der Quarzschmelztiegel 3 durch einen Graphit-Suszeptor 4, der in dem Zentrum des Bodens durch eine Stützwelle 4, die drehbar und auf und ab bewegbar ist, gestützt wird. Der Quarzschmelztiegel ist mit einem Rohmaterial, polykristallinem Silizium, gefüllt, das durch eine Graphit-Heizvorrichtung 6, welche von einem wärmedämmenden Zylinder 5 umgeben ist, erhitzt und geschmolzen wird, damit sich eine Schmelze 7 ergibt. Die Ziehkammer 1 weist einen Öffnungsteil 8 in der Mitte der Decke davon auf, mit dem eine Unterkammer 9 verbunden ist. Eine drehbare und auf und ab bewegbare Ziehwelle 11, die einen Impfkristall 10 an dem Ende hält, wird durch die Unterkammer 9 nach unten bewegt, wodurch der Impfkristall 10 in die Schmelze 7 getaucht wird, und danach wird der Impfkristall 10 mit dem Drehen der Ziehwelle 11 und des Quarzschmelztiegels 3 gezogen, wodurch nach dem Endteil des Impfkristalls 10 ein Einkristallstab 12 gezüchtet werden kann.
Die Probleme, die beim Herstellen von Einkristallstäben mittels eines derartigen herkömmlichen Czochralski-Verfahrens auftreten, sind folgende: Erstens wird beim Ziehen eines Kristalls ein Schutzgas, wie beispielsweise Argongas, von dem oberen Teil der Unterkammer 9 her eingeführt und aus einem Abflussaustritt 15 abgeführt. Das einzuführende Gas ist äußerst hochrein, jedoch läuft in der Ziehkammer zwischen dem Quarzschmelztiegel 3 und der Siliziumschmelze 7 eine Reaktion ab, so dass Dampf von SiO von der Oberfläche der Schmelze 7 auftritt, wobei der Dampf von SiO sich in dem oberen Teil des Innenraums der Ziehkammer 7 befindet. Der größte Teil des Dampfs von SiO fließt nach unten und wird von dem Abflussaustritt 15 abgeführt, jedoch wird ein Teil davon als Aggregat feiner Pulver in einer Form von Schichten oder Massen auf derartigen Stellen abgelagert, die relativ niedrige Temperaturen aufweisen, wie etwa eine Innenwand 16 des oberen Teils des Quarzschmelztiegels 3 oder eine Innenwand 17 des oberen Teils der Ziehkammer 7, wenn irgendwelche turbulente Strömungen 13, 14 in dem oberen Teil des Innenraums der Kammer 7 oder um den Einkristallstab 12 und die Oberfläche der Schmelze 7 vorhanden sind. Das abgelagerte SiO fällt auf die Oberfläche der Schmelze beim Ziehen eines Einkristalls und heftet sich an die Grenzfläche des wachsenden Kristalls, was zur Versetzung des Zieheinkristallstabs führt.
Außerdem läuft in der Ziehkammer eine Reaktion zwischen Kohlenstoffmaterialien, wie etwa dem Graphit-Suszeptor 2, der Graphit-Heizvorrichtung 6, dem Wärmedämmzylinder 5 (der beispielsweise aus Graphitfilz gefertigt ist) und dergleichen, und dem obengenannten SiO oder dem Quarzschmelztiegel ab, damit CO-Gas auftritt. Wenn die turbulenten Strömungen 13, 14 in dem oberen Teil des Innenraums der Ziehkammer 7 und um den Einkristallstab 12 und die Oberfläche der Schmelze 7 vorhanden sind, fließt das CO-Gas nach unten und kommt mit der Oberfläche der Schmelze in Kontakt, was zur Erhöhung der Konzentration von Kohlenstoff in einem Zieheinkristallstab und zur Verschlechterung der Charakteristiken von integrierten Schaltungsvorrichtungen auf den Wafern, die aus dem Einkristallstab hergestellt sind, führt.
Die Ziehgeschwindigkeit des Einkristallstabs 12 hängt von einem Temperaturgradienten des Einkristallstabs auf der Kristall-Schmelze-Grenzfläche ab, wobei der Temperaturgradient sehr von der Strahlungswärme von dem Graphit-Suszeptor 2, dem Quarzschmelztiegel 3, der Oberfläche der Schmelze und dergleichen an den Kristall beeinträchtigt wird. Zur Verbesserung der Produktivität von Einkristallstäben sollte die Ziehgeschwindigkeit des Einkristallstabs so schnell wie möglich sein. Wenn jedoch der Durchmesser eines zu ziehenden Einkristalls größer ist, werden die latente Wärme zur Kristallisation und die oben erwähnte Strahlungswärme erhöht, so dass die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls herabgesetzt wird und dessen Produktivität auch außergewöhnlich gesenkt wird. Wenn ein zu ziehender Kristall einen größeren Durchmesser aufweist, wird es schwer, die Temperatur der gesamten Kristall-Schmelze-Grenzfläche zu vereinheitlichen, so dass das Verhältnis einer einzelnen Kristallisation herabgesetzt wird und der Ertrag von Einkristallen auffallend reduziert wird.
Was die Qualität von Kristallen betrifft, beispielsweise in einem Fall, bei dem integrierte Schaltungsvorrichtungen auf einem Wafer eines Siliziumeinkristalls gebildet werden, werden leicht durch Oxidation induzierte Stapelfehler (nachfolgend als OSF bezeichnet), Wirbeldefekte und andere Mikrodefekte in einem Wärmeoxydationsprozess gebildet, die zur Verschlechterung der Charakteristiken integrierter Schaltungsvorrichtungen führen. Unter Verwendung einer beliebigen herkömmlichen Vorrichtung mittels des Czochralski-Verfahrens ist es jedoch schwierig, das Entstehen dieser Defekte vollständig zu unterdrücken, wobei diese Tendenz insbesondere noch auffallender ist, wenn der Durchmesser der zu ziehenden Kristalle größer wird.
Außerdem werden die Anforderungen an die Qualität von Halbleiterkristallen durch die Entwicklungen hochintegrierter und hochpräziser Halbleiterbauelemente in den letzten Jahren immer strenger, so dass für Einkristalle ein noch höherer Reinheitsgrad, ein niedrigerer Grad an Defektentstehung und Einheitlichkeit gefordert werden. Insbesondere in den letzten Jahren hat es sich erwiesen, dass nicht nur der hohe Reinheitsgrad von Rohmaterialien und die höhere Sauberkeit von Elementen einer zur Herstellung eines Einkristalls verwendeten Vorrichtung und die höhere Präzision der Vorrichtung sondern auch die Wärmevorgeschichte eines wachsenden Einkristalls einen großen Einfluss auf die Entstehung von Kristalldefekten und dergleichen hat. Es wurde beispielsweise für Siliziumkristalle bestätigt, dass die Grade an OSF, Oxidfällung, BMD (bulk micro-defects = Massen-Mikrodefekte), FPD (flow pattern defects = Strömungsmusterdefekte), LSTD (laser scattering tomography defects = Laserstreuungstomographiedefekte) und COP (crystall originated particles = aus dem Kristall entstandene Partikel) sowie auch verschiedene Charakteristiken wie etwa eine Durchschlagspannung und dergleichen von der Wärmevorgeschichte beeinträchtigt werden. Für Verbund-Halbleiter wie GaP, GaAs, InP und dergleichen wurde bestätigt, dass die Versetzungsdichte und der Grad an Defekten, die als Donator oder Akzeptor funktionieren, sehr von der Wärmevorgeschichte beeinflusst werden. Deshalb wurden einige Vorrichtungen, die verschiedene Strukturen im Inneren der Ziehkammer aufweisen, vorgeschlagen, um die Wärmevorgeschichte eines wachsenden Kristalls einzustellen, um die Grade an jedweden Defekten in diesem zu regeln, jedoch ist es nicht möglich, mittels derartiger Vorrichtungen die Wärmevorgeschichte hochpräzise zu regeln.
Folgende Vorschläge wurden gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen:
i) Japanische Patentveröffentlichung (KOKOKU) 57-40119
Sie beschreibt eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, in der ein Schmelztiegel 3 und eine Schmelze 7 darin teilweise abgedeckt sind, wie in 5 gezeigt, wobei sie mit einem Element, das einen flachen und kreisförmigen Rand 30 beinhaltet, der sich über einem Schmelztiegel 3 befindet und von der Kante des Schmelztiegels 3 vorsteht, und einen verbindenden Teil 31, der an der Innenkante des Rands 30 befestigt ist und die Form eines Zylinders oder eines sich verjüngenden Kegels aufweist, wobei die Innenhöhe des verbindenden Teils 31 0,1 bis 1,2 mal so lang wie die Tiefe des Schmelztiegels 3 ist, bereitgestellt ist.
ii) Japanisches offengelegtes Patent (KOKAI) 64-65086
Es beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristallstabs, wie in 6 gezeigt, wobei sie mit einem Zylinder 19 bereitgestellt ist, der einen Zieheinkristallstab 12 koaxial umgibt, wobei ein Ende des Zylinders 19 luftdicht mit der Kante des Auslasses in der Mitte der Decke einer Ziehkammer verbunden ist und das andere Ende davon der Oberfläche der Schmelze 7 in einem Quarzschmelztiegel 3 gegenüberliegt und mit einem Kragen 20 bereitgestellt ist, der durch das Umbiegen nach oben außen und Ausbreiten gebildet wird.
Diese Vorrichtungen weisen in gewissem Masse derartige Wirkungen der Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit, die Unterdrückung von in die Siliziumschmelze fallenden SiO-Präzipitaten, die Unterdrückung der Entstehung von OSF usw. auf. Bei weiterer Vergrößerung eines erwünschten Durchmessers (bei Siliziumeinkristallen, die 8 Inch oder mehr sind) und weiterer Erhöhung der erwünschten Qualität von Einkristallen in den letzten Jahren sind diese jedoch unbefriedigend.
Das heißt, mit Bezug auf die Vorrichtung aus i), wurden jegliche Maßnahmen hinsichtlich neuer Anforderungen an die Qualität, was in den letzten Jahren zum Problem wurde, wie etwa ein Grad an OSF und eine Durchschlagspannung, nicht genommen und bei der Vorrichtung aus i) ist das Abdeckelement tatsächlich aus relativ dünner Metallplatte gefertigt, was eine niedrige Dämmwirkung eines Zieheinkristalls gegenüber Stahlungswärme hat, so dass die Vorrichtung aus i) zum Ziehen von Einkristallen mit einem großen Durchmesser, wie 8 Inch oder mehr nicht geeignet ist. Ferner, da der verbindende Teil 31, der einen Einkristall umgibt und die Form eines sich verjüngenden Kegels aufweist, eine niedrige Innenhöhe aufweist, strahlt der Kristall, nachdem er bei einem Ziehvorgang nicht von dem verbindenden Teil 31 umgeben ist, Strahlungswärme direkt auf die Metallkammer, die durch Wasser gekühlt wird, aus, so dass sie die Temperaturverteilung und Wärmevorgeschichte des Kristalls nicht regeln kann, und der obere Teil des Innenraums der Ziehkammer ist breit, so dass die turbulenten Strömungen 14 vorkommen, die verschiedene schädliche Einflüsse herbeiführen.
Der Zylinder 19 der Vorrichtung aus ii) umgibt einen Zieheinkristallstab koaxial, wobei ein Ende des Zylinders 19 luftdicht mit der Kante des Auslasses in der Mitte der Decke einer Ziehkammer verbunden ist und das andere Ende davon der Oberfläche der Schmelze 7 in einem Quarzschmelztiegel gegenüberliegt und mit einem Kragen 20 bereitgestellt ist, der durch das Umbiegen nach oben außen und Ausbreiten gebildet wird, so dass die begradigende Wirkung eines Schutzgases und die Wirkung der Beibehaltung der Temperatur eines Kristalls oder des Kühlens eines Kristalls im Vergleich mit der Vorrichtung aus i) verbessert wird, da der Kragen 20 jedoch relativ klein ist und aus dünnem Material gefertigt ist, die Vorrichtung unter ii) auch nur unzureichende Dämmwirkungen des Kristalls gegenüber Strahlungswärme, beim Ziehen eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser in den letzten Jahren, aufweist. Bei der Vorrichtung aus ii) ist es möglich, die Wärmevorgeschichte des Ziehkristalls bis zu einem gewissen Grad einzustellen, indem ein Öffnungswinkel α des Kragens 20 eingestellt wird, jedoch ist der mögliche Einstellungsbereich der Wärmevorgeschichte eng und eine so hochpräzise und äußerst exakte Regelung der Wärmevorgeschichte, die allen verschiedenen Arten von Kristallqualität, wie sie in den letzten Jahren erfordert wurden, entspricht, ist nicht möglich.
Da die herkömmlichen Vorrichtungen, wie oben erwähnt, nur eine unzureichende Dämmwirkung eines Kristalls gegenüber Strahlungswärme aufweisen, ist der mögliche Einstellungsbereich der Wärmevorgeschichte und der Temperaturverteilung von Kristallen sehr eng, so dass die Änderung des Designs der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls einschließlich der Änderung der Innenstruktur der Kammer jedesmal dann erforderlich ist, wenn der Durchmesser eines zu ziehenden Kristalls geändert wird, was den Nachteil darstellt, dass alles nochmals durchgeführt werden muss.
JP-A-63 315589 (JP-B-5035715) offenbart einen Hitzeschild mit dreieckigen Teilstücken, der über der Schmelze in einem Schmelztiegel, der Innenwände aufweist, welche nach oben von den Seiten des Kristalls weg abzweigen, angeordnet ist.
JP-A-03 153595 offenbart einen Hitzeschild (Strahlenblende) in der Form eines umgekehrten Konus, der über der Schmelze in einem Schmelztiegel, der Wände aufweist, welche nach oben von den Seiten des Kristalls weg abzweigen, angeordnet ist.
JP-A-05 105578 offenbart die Verwendung eines Abführrohrs, das den Kristall umgibt und einen Hitzeabschirmring, der das Abführrohr über der Oberfläche der Schmelze umgibt, das geneigte Wände aufweist, die sich nach oben von den Seiten des Kristalls weg abzweigen.
JP-A 05 330975 offenbart einen Hitzeabschirmmechanismus, der den Schmelztiegel und die Schmelze teilweise abdeckt.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Diese Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Hintergründe gemacht, und es ist deren Ziel, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereitzustellen, die/das, selbst wenn der Durchmesser eines zu ziehenden Einkristalls vergrößert wird, eine ausreichende Wirkung aufweist, um den Kristall gegenüber der Strahlungswärme zu dämmen, und wobei die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls nicht herabgesetzt wird, die Einheitlichkeit der Temperatur der gesamten Kristall-Schmelze-Grenzfläche verbessert wird und das Verhältnis der einzelnen Kristallisation nicht reduziert wird und die/das die Wärmevorgeschichte und Temperaturverteilung des Kristalls leicht und präzise regeln kann.
Maßnahme zur Lösung der Probleme
Die oben beschriebenen Probleme werden gemäß der Erfindung gelöst, indem ein Verfahren bereitgestellt wird, das eine Vorrichtung mit einem Zylinder verwendet, der einen Zieheinkristallstab koaxial umgibt und dessen oberes Ende luftdicht mit einer Decke einer Ziehkammer verbunden ist und dessen unteres Ende sich nahe der Schmelzoberfläche in einem Schmelztiegel befindet, und das mit einem Wärmedämmmittel, das viel größer als das herkömmliche ist, bereitgestellt ist, wobei das Wärmedämmmittel von der Oberfläche des Kristalls, der Innenwand des Quarzschmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze umgeben ist und 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% des Raums über der Schmelze einnimmt und eine dem Radius des Ziehkristalls entsprechende Höhe aufweist. Die Vorrichtung weist eine ausreichende Dämmwirkung des Ziehkristalls gegenüber Stahlungswärme auf und, wenn das Wärmedämmmittel abnehmbar an dem unteren Ende des Zylinders befestigt ist, kann die Wärmevorgeschichte des Kristalls, die dem Ziel entspricht, durch das Ändern der Größe, Form, des Materials, des Einfügungsmaterials des Wärmedämmmaterials geeignet eingestellt und geregelt werden.
Das heißt, der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mit einem vorgegebenen Radius durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung, die mit einem Zylinder versehen ist, der einen Zieheinkristallstab, dessen oberes Ende luftdicht mit der Decke einer Ziehkammer verbunden ist, und dessen unteres Ende sich nahe der Schmelzoberfläche in einem Schmelztiegel befindet, koaxial umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmedämmmittel an dem unteren Ende des Zylinders befestigt ist, wobei das Wärmedämmmittel von der Oberfläche des Kristalls, der Innenwand des Schmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze umgeben ist und derart bemessen ist, dass es 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% des Raums über der Schmelze einnimmt, wobei dieser Raum eine dem vorgegebenen Radius des Einkristalls entsprechende Höhe aufweist, bereit.
Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einem Zylinder, der einen Zieheinkristallstab, dessen oberes Ende luftdicht mit der Decke einer Ziehkammer verbunden ist und dessen unteres Ende sich nahe der Schmelzoberfläche in einem Schmelztiegel befindet, koaxial umgibt, verwendet, weist es eine hohe Wirkung des Begradigens eines Schutzgases auf, so dass darin jegliche turbulenten Strömungen nicht vorkommen. Bei dem Verfahren kommen daher Probleme wie die Versetzung eines Zieheinkristalls durch die Ablagerung von SiO-Pulver und der Kontamination des Kristalls durch nach unten fließendes CO-Gas nicht vor und das Beibehalten der Temperatur des Kristalls oder das Kühlen des Kristalls können in dem oberen Teil des Innenraums der Ziehkammer durchgeführt werden, indem der Durchmesser des Zylinders, dessen Material, die Menge an Schutzgas usw. eingestellt werden. Da die Ziehgeschwindigkeit eines Einkristalls, die Nicht-Versetzung eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser, die Qualitäten eines Einkristalls aufgrund der Wärmevorgeschichte usw. durch den Gradienten und die Einheitlichkeit der Temperaturen der Kristall-Schmelze-Grenzfläche und dem Ziehkristall bei einer derartigen Höhe, wie diejenige, die dem Radius des Ziehkristalls über der Schmelze nach der Kristall- Schmelze-Grenzfläche entspricht, sehr beeinflusst werden, wobei bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein großes Wärmedämmmittel an dem unteren Ende des Zylinders befestigt ist, das von der Oberfläche des Kristalls, der Innenwand des Schmelztiegels umgeben ist, und der derart bemessen ist, dass es 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% des Raums über der Schmelze einnimmt und eine dem Radius des Ziehkristalls entsprechende Höhe aufweist. Daher weist das Verfahren eine hohe Dämmwirkung des Kristalls gegenüber Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze, dem Quarztiegel usw. auf, da die Strahlungswärme fast von dem Wärmedämmmittel empfangen wird, und bei dem Verfahren kann die Wärmevorgeschichte und Temperaturverteilung des Ziehkristalls durch die Form und dergleichen des Wärmedämmmittels geregelt werden.
Der Grund dafür, dass die Größe des Wärmedämmmittels als 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% definiert ist, besteht darin, dass die Dämmwirkung bei weniger als 30 Vol.-% wie bei der herkömmlichen Vorrichtung unzureichend ist und das Wärmedämmmittel bei mehr als 95 Vol.-% mit dem Schmelztiegel oder der Schmelze in Kontakt kommt und die Herstellung von Einkristallen eigentlich unmöglich wird.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereit, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmittel aus dem Zylinder herausnehmbar ist.
Falls das Wärmedämmmittel wie oben beschrieben herausnehmbar ist, kann das Wärmedämmmittel zu jeder beliebigen Zeit mit einem, das eine andere Größe, Form und dergleichen aufweist, die dem Durchmesser eines zu ziehenden Kristalls, dem Innendurchmesser des Schmelztiegels und den anderen Strukturen des Inneren der Ziehkammer entspricht, ausgewechselt werden, so dass die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls, die Wärmevorgeschichte usw. vereinheitlicht oder geändert werden können.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereit, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmittel eine Außenhülle mit einem Hohlraum, in den ein thermischer Isolierstoff eingefügt werden kann, beinhaltet.
Falls das Wärmedämmmittel eine Außenhülle mit einem Hohlraum beinhaltet, in den der thermische Isolierstoff wie oben beschrieben eingefügt werden kann, kann die Temperaturverteilung des Kristalls nicht nur durch die Form und Größe des Wärmedämmmittels sondern auch durch dessen Beschaffenheit geändert werden, indem verschiedene thermische Isolierstoffe mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten in den Hohlraum eingefügt werden, so dass eine weitere exakte und präzise Regelung der Wärmevorgeschichte und der Temperaturverteilung des Kristalls möglich ist.
Der vierte Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereit, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle aus Graphit, aus mit SiC beschichtetem Graphit, SiC oder Si₃N₄ gefertigt ist und Kohlenstofffaser, Glasfaser, Wolfram, Niob, Tantal oder Molybdän in den Hohlraum eingefügt wird oder der Hohlraum so ist, wie er ist.
Die Außenhülle ist vorzugsweise aus Graphit, mit SiC beschichtetem Graphit, SiC oder Si₃N₄ gefertigt, da die Hülle durch den Dampf von SiO und die Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze und dergleichen direkt exponiert ist, so dass eine aus Metallen usw. gefertigte Hülle leicht beschädigt wird. Ferner können verschiedene Materialien in den Hohlraum eingefügt werden, der durch die Außenhülle geschützt ist, so dass das Wärmedämmmittel mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit gefertigt werden kann, indem derartige Materialien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kohlenstofffaser, Glasfaser usw. oder als Alternative dazu derartige Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram, Niob, Tantal oder Molybdän usw. in den Hohlraum eingefügt werden oder ohne, dass etwas eingefügt wird.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereit, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzesten Abstände zwischen dem Zylinder oder dem Wärmedämmmittel und der Oberfläche der Schmelze, des Kristalls und der Innenwand des Schmelztiegels 5 mm bis 50 mm, 5 mm bis 150 mm bzw. 5 mm bis 150 mm betragen.
Der Grund dafür, weshalb die kürzesten Abstände wie oben beschrieben definiert sind, besteht darin, dass der Einkristallstab im Fall, dass die obigen Abstände weniger als 5 mm betragen, beim Ziehen diesen eine kleine exzentrische Bewegung beginnt oder die Innenwand des Zylinders mit dem Kristall in Kontakt kommt, wenn die Regelung des Durchmessers des Kristall unzureichend ist oder der Zylinder oder das Wärmedämmmittel kommt mit der Schmelze oder dem Quarzschmelztiegel in Kontakt, wenn eine Vibration der Oberfläche der Schmelze oder eine kleine Änderung der Form des Schmelztiegels unter einer hohen Temperatur abläuft, wobei dies dazu führt, dass es anschließend unmöglich ist, den Kristall zu ziehen. Sind die obigen Abstände zu eng, dann ist die Strömung eines Schutzgases nicht einheitlich oder dessen lineare Geschwindigkeit ist zu schnell, wobei dies die exzentrische Bewegung des Kristalls oder die Vibration der Oberfläche der Schmelze verursacht, was die Versetzung des Zieheinkristalls verursacht. Demgegenüber ist die Wärmedämmwirkung auf den Teil des Einkristalls umgehend nach der Verfestigung unzureichend, wenn der Abstand zwischen dem Zylinder oder dem Wärmedämmmittel und der Oberfläche der Schmelze mehr als 50 mm beträgt, so dass es schwer ist, ein derartiges erwünschtes Ziel die Temperaturverteilung des Kristalls einzustellen, zu erreichen. Beträgt der Abstand zwischen dem Zylinder oder dem Wärmedämmmittel und dem Kristall oder dem Schmelztiegel mehr als 150 mm, wird die Strömungsgeschwindigkeit des zwischen diesen strömenden Schutzgases reduziert, was zur Senkung der Wirkung des Begradigens und Abführens von SiO und CO durch das Schutzgas sowie die Abfallstoffe des Schutzgases führt.
Falls Siliziumeinkristalle mit noch einem größeren Durchmesser wie etwa 30 cm (12 Inch) oder mehr hergestellt werden, können die obigen geeigneten Bereiche der kürzesten Abstände variiert werden, so dass bei dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung die kürzesten Abstände sich nicht auf die obigen Bereiche beschränken.
Der sechste bis achte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls bereit, dadurch gekennzeichnet, dass das oben erwähnte Verfahren des ersten oder zweiten Aspekts verwendet wird; ein Verfahren zur Regelung der Temperaturverteilung und der Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls, dadurch gekennzeichnet, dass das oben erwähnte Verfahren des ersten oder zweiten Aspekts verwendet wird; und ein Verfahren zur Regelung der Temperaturverteilung und der Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls, dadurch gekennzeichnet, dass das oben erwähnte Verfahren des dritten Aspekts verwendet wird.
Der erste bis dritte Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das eine verbesserte Wärmedämmwirkung aufweist, indem es einen Zylinder einsetzt, der einen Zieheinkristallstab koaxial umgibt, wobei das untere Ende des Zylinders nahe der Schmelzoberfläche in einem Schmelztiegel ist und mit einem Wärmedämmmittel, das viel größer als das herkömmliche ist, bereitgestellt ist, und das ferner die Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls gemäß dem Ziel geeignet einstellen und regeln kann, indem das Wärmedämmmittel abnehmbar an dem unteren Ende des Zylinders befestigt wird, wodurch die Größe, die Form, das Material und das Einfügungsmaterial des Wärmedämmmittels richtig geändert werden.
Demgemäß kann unter Verwendung dieses Verfahrens ein Einkristall unter einer ausreichenden Wärmedämmwirkung hergestellt werden, selbst wenn er einen großen Durchmesser aufweist, ohne Reduktion der Ziehgeschwindigkeit, mit Einheitlichkeit der Temperatur der gesamten Kristall-Schmelze-Grenzfläche, ohne Reduktion des Verhältnisses der Einkristallisation unter leichter und präziser Regelung der Wärmevorgeschichte und der Temperaturverteilung des Kristalls.
Wenn ein Einkristall unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt wird, kann demzufolge ein Einkristall erhalten werden, der den in den letzten Jahren aufgestellten hohen Anforderungen an die Qualität ausreichend nachkommt.
Die nachfolgende Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird für die Herstellung von Siliziumeinkristallen mit einem Durchmesser von 20 cm (8 Inch) oder mehr als Beispiel gemacht, jedoch beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf diese. Die vorliegende Erfindung ist auch zur Herstellung von Verbundhalbleitern und Oxideinkristallen mittels des Czochralski-Verfahrens nützlich und kann auch auf die Herstellung von nicht nur Kristallen mit einem noch größeren Durchmesser als 30 cm (12 Inch) oder mehr Kristallen angewandt werden, sondern auch auf Siliziumeinkristalle mit einem Durchmesser von weniger als 20 cm (8 Inch).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer typischen Vorrichtung von dem erfindungsgemäßen Czochralski-Verfahren, die einen Wärmedämmstoff einsetzt;
2 zeigt eine Schnittansicht verschiedener Ausführungsformen des Wärmedämmstoffs der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Diagramm, das Messungen der Temperaturverteilung eines Kristalls über der Schmelzoberfläche zeigt;
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Vorrichtung von dem Czochralski-Verfahren;
5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Vorrichtung von dem Czochralski-Verfahren, wobei ein Schmelztiegel und eine Schmelze teilweise abgedeckt sind; und
6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Vorrichtung von dem Czochralski-Verfahren, die mit einem Kragen bereitgestellt ist.
Beste Art zur Durchführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird mit mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform einer in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Vorrichtung.
In 1 kennzeichnet die Ziffer 1 eine Ziehkammer 1, die in der Mitte mit einem Quarzschmelztiegel 3 bereitgestellt ist, welcher durch einen Graphit-Suszeptor 2 gestützt wird, wobei der Graphit-Suszeptor im Zentrum des Bodens durch eine drehbare und auf und ab bewegbare Stützwelle 4 gestützt wird. Die Ziehkammer 1 weist einen Öffnungsteil 8 in der Mitte der Decke davon auf, mit dem eine Unterkammer 9 verbunden ist. Die Ziehkammer ist ferner mit einer Ziehwelle 11, die durch die Unterkammer drehbar und auf und ab bewegbar ist, und einem Zylinder 19 versehen, wobei das obere Ende des Zylinders luftdicht mit der Kante des Öffnungsteils 8 verbunden ist und das untere Ende des Zylinders sich nahe der Schmelzoberfläche 7 befindet. Das untere Ende des Zylinders ist mit einem Wärmedämmstoff 25, der von der Oberfläche des Kristalls, der Innenwand des Schmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze umgeben ist, und der 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% des Raums über der Schmelze einnimmt und eine dem Radius des Ziehkristalls entsprechende Höhe aufweist, bereitgestellt. Der obere Teil der Unterkammer 9 weist einen Einlass 21 zur Einführung eines Schutzgases auf, und der Boden der Ziehkammer weist einen Auslass 15 des Schutzgases auf.
Die Verbindung des oberen Endes des Zylinders 19 mit der Kante des Öffnungsteils 8 muss nicht unbedingt sehr luftdicht sein und der Zylinder 19 kann abnehmbar an der Kante des Öffnungsteils 8 befestigt sein und es ist annehmbar, dass ein in den Zylinder eingeführtes Schutzgas bis zu einem gewissen Maße aus dem Verbindungsteil ausläuft. Der Zylinder 19 ist nicht darauf beschränkt, zylindrisch zu sein und kann eine derartige Form aufweisen, dass er sich nach unten ausbreitet oder verjüngt. Das Material des Zylinders 19 kann ein wärmebeständiges Material wie etwa Graphit, mit SiC beschichteter Graphit, SiC, Si₃N₄ usw. sein. Aus diesen Materialien gefertigte Materialien mit einer Mehrlagenstruktur, die eine verbesserte Wärmedämmwirkung aufweisen, können ebenfalls verwendet werden. Es können auch wärmebeständige Metallmaterialien verwendet werden, falls jegliche Maßnahmen getroffen werden, den Einkristallstab nicht mit Metall zu kontaminieren.
Die Temperatur eines Einkristallstabs beim Ziehen hängt von der Wärmeübertragung von der Kristall-Schmelze-Grenzfläche und der Wärmestrahlung von der Oberfläche der Schmelze und des Schmelztiegels ab. Die Wärmeübertragung von der Kristall-Schmelze-Grenzfläche kann nicht verhindert und geregelt werden, so dass die Temperaturverteilung durch die Regelung der Wärmestrahlung bestimmt wird. Der erfindungsgemäße Wärmedämmstoff 25 ist von der Oberfläche des Kristalls, der Innenwand des Quarzschmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze umgeben, und ist sehr groß und nimmt 30 Vol.-% bis 95 Vol.-% des Raums über der Schmelze ein und weist eine dem Radius des Ziehkristalls entsprechende Höhe auf. Daher wird die Wärmestrahlung direkt von der Oberfläche der Schmelze, des Quarzschmelztiegel usw. von dem Wärmedämmstoff 25 fast unterbrochen, so dass die Temperatur des Kristalls durch die indirekte Strahlungswärme durch den Wärmedämmstoff 25 und den Zylinder 19 bestimmt wird. Die Ziehgeschwindigkeit eines Kristalls, das Erhalten von versetzungsfreien Kristallen mit großem Durchmesser, die Qualitäten von Kristallen aufgrund der Wärmevorgeschichte, die in den letzten Jahren Probleme darstellten, usw. werden sehr durch den Gradienten und die Einheitlichkeit der Temperatur der Kristall-Schmelze-Grenzfläche und des Ziehkristalls bei einer dem Radius des Ziehkristalls über der Schmelze nach der Kristall-Schmelze-Grenzfläche entsprechenden Höhe beeinflusst, so dass die Wärmevorgeschichte und die Temperaturverteilung des Kristalls durch das Einstellen des Wärmedämmstoffs 25 geregelt werden können, was zur Verbesserung der Wirksamkeit der Kristallherstellung und der Qualitäten der hergestellten Kristalle führt.
Eine zusätzliche Wirkung eines derartig großen Wärmedämmstoffs 25 besteht im Erhöhen der Temperatur eines Kontaktpunktes zwischen der Innenwand des Quarzschmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze 7 beim Ziehen eines Einkristalls, der einen großen Durchmesser aufweist, und verhindert somit, dass die Schmelze sich nach diesem Punkt verfestigt. Zum Ziehen eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser ist ein Quarzschmelztiegel mit einem großen Innendurchmesser als Schmelztiegel zur Herstellung eines solchen nötig. Die Vergrößerung des Innendurchmessers des Quarzschmelztiegels führt zu einer Vergrößerung des Flächenbereichs der Schmelze 7 und der Erhöhung der Ausstrahlung der Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze. Demzufolge besteht eine Tendenz, dass die Temperatur des Kontaktpunkts zwischen der Innenwand des Quarzschmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze 7 sinkt und die Verfestigung der Schmelze von der Innenwand des Quarzschmelztiegels mit einer derart niedrigen Temperatur beginnt, so dass es in manchen Fällen unmöglich ist, danach den Einkristall 12 zu ziehen. Da die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Vorrichtung den Wärmedämmstoff 25 aufweist, wird die Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze von dem Wärmedämmstoff 25 im Gegensatz dazu absorbiert, und die Temperatur des Kontaktpunkts zwischen der Innenwand des Quarzschmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze 7 wird durch die Strahlungswärme von dem Wärmedämmstoff selbst nicht gesenkt, so dass die Verfestigung der Schmelze von der Innenwand des Quarzschmelztiegels nicht auftritt.
Die Wärmedämmwirkung des Wärmedämmstoffs 25 kann durch die Größe, die Form, das Material usw. davon variiert werden. Daher kann die Temperaturverteilung eines Ziehkristalls durch das Auswechseln eines Wärmedämmstoffs mit einem anderen mit einer unterschiedlichen Wärmedämmwirkung variiert werden. Deshalb ist der Wärmedämmstoff 25 abnehmbar an dem Zylinder 19 befestigt. Die Kombination unter diesen wird auf eine herkömmliche Art und Weise wie etwa Verschrauben oder Einfügen unternommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich einen Wärmedämmstoff 25 mit verschiedenen Strukturen zu verwenden, wobei in 2(a) bis (f) die typischen Beispiele von diesen gezeigt sind. Der gesamte Wärmedämmstoff 25 kann aus einem einzigen Material gefertigt sein, jedoch kann die Wärmedämmwirkung nur durch das Ändern der gesamten Form und Größe davon eingestellt werden, was bedeutet, dass ein Auswechseln des Wärmedämmstoffs 25 selbst für das Einstellen der Wärmedämmwirkung nötig ist, was unrentabel ist. Demgemäß wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein Wärmedämmstoff mit einer Außenhülle 26 und einem Hohlraum 27, in den ein thermischer Isolierstoff eingefügt werden kann, verwendet.
Falls der Wärmedämmstoff 25 eine derartige Struktur aufweist, die eine Außenhülle 26 und einen Hohlraum 27 aufweist, in den der thermische Isolierstoff eingefügt werden kann, kann die Temperaturverteilung des Ziehkristalls nicht nur durch die Form und Größe des Wärmedämmstoffs 25 sondern, wenn ein thermischer Isolierstoff mit einer anderen Wärmeleitfähigkeit in den Hohlraum 27 eingefügt wird, auch durch die Beschaffenheit des eingefügten Stoffs geändert werden, so dass eine weitere exakte und präzise Regelung der Wärmevorgeschichte und der Temperaturverteilung des Ziehkristalls möglich ist.
In diesem Fall ist die Außenhülle 26 des Wärmedämmstoffs 25 vorzugsweise aus Graphit, mit SiC beschichtetem Graphit, SiC oder Si₃N₄ gefertigt. Der Grund dafür ist, dass die Außenhülle 26 des Wärmedämmstoffs der Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze usw. direkt ausgesetzt ist und dessen Temperatur erhöht wird, und zusätzlich ist die Außenhülle 26 auch direkt dem Dampf von SiO ausgesetzt, deshalb unterliegt die Oberfläche der Außenhülle 26 Beschädigungen und der aus Metall gefertigte Wärmedämmstoff usw. hat ein Problem hinsichtlich Widerstandsfähigkeit. Andererseits können verschiedene Materialien zum Einfügen in den Hohlraum 27, der durch die Außenhülle geschützt ist, verwendet werden, wenn diese Wärmebeständigkeit aufweisen, und die Innenseite der Ziehkammer durch jegliche Reaktion usw. nicht kontaminieren. Derartige Materialien, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, beispielsweise Kohlenstofffaser, Glasfaser usw., können eingefügt werden, als Alternative können derartige Metalle, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, beispielsweise Wolfram, Niob, Tantal oder Molybdän usw. eingefügt werden oder es kann nichts in den Hohlraum 27 eingefügt werden. Der Wärmedämmstoff 25 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit kann durch das Einfügen verschiedener Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit in den Hohlraum 27 gefertigt werden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung betragen außerdem die kürzesten Abstände zwischen dem Zylinder 19 oder dem Wärmedämmstoff 25 und der Oberfläche der Schmelze 7, des Kristalls 12 und der Innenwand des Schmelztiegels 3 vorzugsweise 5 mm bis 50 mm, 5 mm bis 150 mm bzw. 5 mm bis 150 mm.
Bei einem derartigen Verfahren ist der Raum über der Schmelze 7, die von dem Zylinder 19 und dem Quarzschmelztiegel 3 umgeben ist, bemerkenswert begrenzt im Vergleich zu dem Fall, in dem der Wärmedämmstoff 25 nicht befestigt ist, und wenn das durch den Raum zwischen dem Zylinder 19 und dem Einkristallstab 12 eingeführte Schutzgas an der Oberfläche der Schmelze 7 ankommt und dort umgedreht und aus dem Quarzschmelztiegel 3 abgeführt wird, verkürzt sich die Widerstandszeit des Schutzgases über der Oberfläche der Schmelze 7 und das Schutzgas wird durch bei einer relativ hohen Geschwindigkeit durch den engen Raum zwischen der Innenwand des Quarzschmelztiegels 3 und der Außenwand des Wärmedämmstoffs 25 geführt und strömt so, dass es die Innenwand des Quarzschmelztiegels und die Außenwand des Wärmedämmstoffs wäscht, wodurch keine Versetzung des Ziehkristalls aufgrund von Ablagerungen von SiO auf dem Teil des oberen Endes des Quarzschmelztiegels, was auf dem Stand der Technik ein Problem ist, vorkommt. Außerdem kann verhindert werden, dass CO-Gas, das durch die Reaktion zwischen dem Graphit-Suszeptor 2, der Heizvorrichtung 6, dem Wärmedämmzylinder 5 und dergleichen und dem SiO oder dem Quarzschmelztiegel 3 in der Ziehkammer 1 vorkommt, rückwärts strömt, um die Siliziumschmelze 7 mit Kohlenstoff zu kontaminieren. Die Abstände dazwischen sollten nicht weniger als 5 mm betragen. Der Grund dafür ist, dass falls die obigen Abstände weniger als 5 mm betragen, der Einkristallstab 12 beim Ziehen dieses eine kleine exzentrische Bewegung beginnt oder die Innenwand der Zylinders 19 mit dem Kristallstab 12 in Kontakt kommt, wenn die Regelung des Durchmessers des Kristallstabs 12 unzureichend ist oder der Zylinder 19 oder der Wärmedämmstoff 25 mit der Schmelze 7 oder dem Quarzschmelztiegel 3 in Kontakt kommt, wenn eine Vibration der Oberfläche der Schmelze 7 oder eine kleine Änderung der Form des Schmelztiegels unter einer hohen Temperatur abläuft, wobei dies dazu führt, dass es anschließend unmöglich ist, den Kristall zu ziehen. Sind die obigen Abstände zu eng, dann ist die Strömung des Schutzgases nicht einheitlich oder die lineare Geschwindigkeit der Gasströmung ist zu schnell, wobei dies die exzentrische Bewegung des Kristallstabs 12 oder die Vibration der Oberfläche der Schmelze 7 verursacht, was in manchen Fällen die Versetzung des Zieheinkristalls verursacht. Demgegenüber ist die Wärmedämmwirkung auf den Teil des Einkristalls umgehend nach der Verfestigung unzureichend, wenn der Abstand zwischen dem Zylinder 19 oder dem Wärmedämmstoff 25 und der Oberfläche der Schmelze 7 mehr als 50 mm beträgt, so dass es schwer ist, die Temperaturverteilung des Kristalls einzustellen. Beträgt der Abstand zwischen dem Zylinder 19 oder dem Wärmedämmstoff 25 und dem Kristall 12 oder dem Schmelztiegel 3 mehr als 150 mm, wird die Strömungsgeschwindigkeit des zwischen diesen strömenden Schutzgases reduziert, was zur Senkung der Wirkung des Begradigens und Abführens von SiO und CO durch das Schutzgas führt.
Beispiele
i) Beispiel 1
Rohmaterial, 100 kg polykristallines Silizium wurde in einen Quarzschmelztiegel mit einem Durchmesser von 22 Inch (Innendurchmesser: 550 mm), der zum Ziehen eines Siliziumeinkristallstabs mit einem Durchmesser von 8 Inch (Außendurchmesser: 210 mm) mittels des Czochralski-Verfahrens verwendet wird, gefüllt, und die Temperaturverteilung der Kristalle über der Schmelze wurde unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gemessen, um den Unterschied deren Temperaturverteilung zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt.
Kurve C in 3 ist der Fall, in dem die herkömmliche Art von Vorrichtung, die in 6 gezeigt ist, verwendet wurde. Kurve C zeigt, dass die Temperatur des Kristalls aufgrund der unzureichenden Wärmedämmwirkung der herkömmlichen Vorrichtung hoch ist. Kurve A in 3 ist der Fall, in dem die Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wurde. Kurve A zeigt, dass die Temperatur des Kristalls niedriger ist als diejenige, die durch Kurve C gezeigt ist, was bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine übergeordnete Wärmedämmwirkung aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung waren der Zylinder 19 und die Außenhülle 26 des Wärmedämmstoffs aus isotropischem Graphit gefertigt und der Hohlraum 27 wurde mit Kohlenstofffaser als thermischer Isolierstoff gefüllt. Der Abstand zwischen dem Zylinder 19 oder dem Wärmedämmstoff 25 und der Oberfläche der Schmelze und der Innenwand des Schmelztiegels betrugen 30 mm bzw. 40 mm. Der Innendurchmesser des unteren Endes des Zylinders 19 betrug 270 mm. Dann, um die Wärmedämmwirkung des Wärmedämmstoffs 25 exakt einzustellen, wurde der thermische Isolierstoff aus dem Hohlraum 27 entfernt und dann wurde kein Material in den Hohlraum eingefügt. Die Temperatur des Kristalls wurde auf dieselbe Weise wie oben beschrieben gemessen, mit der Ausnahme des Füllens des thermischen Isolierstoffs. Die Ergebnisse sind als Kurve B in 3 gezeigt, die zeigt, dass es möglich ist, die Temperatur des Kristalls exakt einzustellen.
ii) Beispiel 2
Siliziumeinkristallstäbe mit einem Durchmesser von 20 cm (8 Inch) und einer Ausrichtung von <100> wurden unter Verwendung der Vorrichtungen, die den obigen Kurven A und C entsprechen, gezogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, zeigen die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Siliziumeinkristalle mit einem Durchmesser von 20 cm (8 Inch) bessere Ergebnisse bei allen Gegenständen von Tests im Vergleich mit jenen, die durch die herkömmliche Vorrichtung hergestellt wurden. Insbesondere weisen die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Siliziumeinkristalle eine verbesserte Wärmevorgeschichte auf, so dass deren Ziehgeschwindigkeit schneller war und deren Qualitäten verbessert waren.
Tabelle
Die Zahlen in der Tabelle sind eine Anzahl an Partikeln mit 0,16 μm oder mehr der Partikelgröße pro Wafer.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben gezeigt, wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ziehen eines Kristalls mittels des Czochralski-Verfahrens verwendet; es ist vornehmlich zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls mit einem großen Durchmesser, wie etwa 20 cm (8 Inch) oder mehr, geeignet.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Temperaturverteilung und die Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls nach Wunsch zu regeln, so dass die Effizienz der Kristallherstellung und die Qualität hergestellter Kristalle verbessert werden können.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mit einem vorgegebenen Radius durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung, die mit einem Zylinder (19) versehen ist, der einen Zieheinkristallstab, dessen oberes Ende luftdicht mit einer Decke einer Ziehkammer verbunden ist, und dessen unteres Ende sich nahe einer Schmelzoberfläche in einem Schmelztiegel befindet, koaxial umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmedämmmittel (25) an dem unteren Ende des Zylinders (19) befestigt ist, wobei das Wärmedämmmittel von einer Oberfläche des Kristalls, einer Innenwand des Schmelztiegels und der Oberfläche der Schmelze umgeben ist und derart bemessen ist, dass es 30 Vol-.% bis 95 Vol.-% eines Raums über der Schmelze einnimmt, wobei der Raum eine dem vorgegebenen Radius des Einkristalls entsprechende Höhe aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmittel (25) aus dem Zylinder (19) herausnehmbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmittel (25) eine Außenhülle (26) mit einem Hohlraum (27), in den ein thermischer Isolierstoff eingefügt werden kann, beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (26) aus Graphit, aus mit SiC beschichtetem Graphit, SiC oder Si₃N₄ gefertigt ist und Kohlenstofffaser, Glasfaser, Wolfram, Niob, Tantal oder Molybdän in den Hohlraum (27) eingefügt wird oder der Hohlraum (27) so ist, wie er ist.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzesten Abstände zwischen dem Zylinder (19) oder dem Wärmedämmmittel (25) und der Oberfläche der Schmelze, des Kristalls und der Innenwand des Schmelztiegels 5 mm bis 50 mm, 5 mm bis 150 mm bzw. 5 mm bis 150 mm betragen.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall ein Siliziumeinkristall ist.
Ein Verfahren zur Regelung der Temperaturverteilung und der Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 verwendet wird.
Ein Verfahren zur Regelung der Temperaturverteilung und der Wärmevorgeschichte eines Ziehkristalls, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gemäß Anspruch 3 verwendet wird.