DE69610021T2

DE69610021T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen durch die Czochralski-Technik

Info

Publication number: DE69610021T2
Application number: DE69610021T
Authority: DE
Inventors: Masanori Kimura; Tomohiko Oota; Masahiro Sakurada; Kiyotaka Takano
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: US5817171A; DE69610021D1; EP0747515A2; JP3128795B2; EP0747515B1; KR100270056B1; US5938842A; JPH08337491A; EP0747515A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Methode zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung des Czochralski- Verfahrens.

2. Verwandter Stand der Technik

In letzter Zeit sind die Anforderungen, die an die Qualität von Halbleiterkristallsubstraten gestellt werden, im Einklang mit dem Trend nach einer immer größeren Produktion und genaueren Integration bei Halbleitervorrichtungen zunehmend gestiegen. Halbleiterkristalle werden hauptsächlich unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Ziehverfahrens hergestellt und Versuche zu deren Reinigung, einer niedrigeren Fehlstellendichte und einer höheren einheitlichen Qualität wurden fortgesetzt. Seitdem hat man festgestellt, daß nicht nur die Reinigung der Rohstoffe und Teile, die in einer Ziehvorrichtung zum Einsatz kommen, und die Verbesserung der mechanischen Genauigkeit der Ziehvorrichtung, sondern auch die Vorgeschichte der thermischen Bedingungen während des Wachstums (nachfolgend einfach Temperaturgeschichte bezeichnet) einen großen Einfluß auf die Erzeugung von Fehlstellen in der Masse eines Kristalls haben können. Zum Beispiel in dem Fall eines Siliziumeinkristalls hat man festgestellt, daß OSF (eine Kurzform für durch Oxidation induzierte Stapelfehler), Sauerstofffällen, BMD (eine Kurzform für Mikrofehlstelle der Masse), FPD (eine Kurzform für Strömungsbildfehlstelle), LSTD (eine Kurzform für laserzerstreuende Tomographiefehlstelle), dielektrische Durchschlagfestigkeit in Oxiden und dergleichen durch eine Temperaturgeschichte während des Wachstums beeinflußt werden können. Es ist außerdem klar geworden, daß in den Fällen zusammengesetzter Halbleiter wie GaP, GaAs, InP und dergleichen die Versetzungsdichte und Fehlstellenniveaus, welche als Donator oder Akzeptor funktionieren, von einer Temperaturgeschichte während des Wachstums beeinflußt werden. In Anbetracht dieses gesammelten Wissens sind verschiedene Ziehvorrichtungen mit unterschiedlichen Innenstrukturen zum Steuern der Kristallfehlstellen durch die Einstellung der Temperaturgeschichte vorgeschlagen worden, wobei eine dieser Ziehvorrichtungen zum Beispiel in einem Artikel von H. Yamagishi, I. Fusegawa, K. Takano, E. lino, N. Fujimaki, T. Ohta und M. Sakurada: Proceedings of the 17th international symposium on Silicon Materials Science and Technology, SEMICONDUCTOR SILICON 1994, Seiten 124- 135 offenbart wird.
Diese Vorrichtungen und Methoden zur Betätigung dergleichen können aber nur die Temperatur bei einer besonderen Position eines Innenteils in einer Ziehvorrichtung erhöhen oder erniedrigen, jedoch nicht ein gesamtes Temperaturprofil in der Ziehvorrichtung einstellen. Das Steuern der Temperatur bei einer besonderen Position des Innenteils kann nur erzielt werden, indem man die Temperaturen an einem wachsenden Kristall mit fast keinem Spielraum für Profileinstellung total ändert, wobei die Steuergenauigkeit schlecht ist. Es is außerdem sehr schwierig für sie, nur einen besonderen Temperaturbereich zu steuern. Wenn ein neues Temperaturprofil zur Ausführung einer Aufgabe erforderlich ist, muß die Ausführung der gesamten Struktur der Vorrichtung grundsätzlich geändert werden, das heißt, jede Vorrichtung muß wiederum in eine grundsätzlich andere Form gebracht werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der obenerwähnten Probleme bei der herkömmlichen Technik wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um sie zu lösen. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und einer Methode zur Herstellung eines Kristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, welche eine Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls während des Wachstums nicht nur leicht aber auch genau steuern können.
Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung fertigestellt, indem besondere Beachtung einer Struktur eines hohlen Isolierzylinders 5, der einen Tiegel 3 und eine Heizvorrichtung 4 umgibt, bei dem Czochralski- Verfahren geschenkt wurde. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, die aus einem Tiegel 3, der einen Rohstoff enthält, einer Heizvorrichtung 4 zum Schmelzen des Rohstoffs und einem Isolierzylinder 5, der beide umgibt, besteht, wobei der Isolierzylinder 5 weiters einen ringförmigen Trennspalt aufweist, durch den der Isolierzylinder im Querschnitt in Teile getrennt wird.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl der ringförmigen Trennspalten im Isolierzylinder bereitgestellt. Der Isolierzylinder besteht auch vorzugsweise aus Kohlenstoff-Faser. Die Teile des Isolierzylinders sind auch vorzugsweise alle unterschiedlich dick. Wahlweise sind die Teile des Isolierzylinders alle aus unterschiedlichen Stoffen hergestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls wie Silizium, GaP, GaAS oder InP verwendet.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden Methoden zum Steuern des Temperaturprofils innerhalb der Kammer einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung bereitgestellt, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, indem die Position(en) und/oder Breite(n) und/oder Zahl(en) des ringförmigen Trennspalts/der ringförmigen Trennspalte ausgewählt werden und/oder die jeweiligen Dicken und/oder Stoffe der Teile des Isolierzylinders variiert werden.
Gemäß den weiteren Aspekten der Erfindung werden Methoden zum Steuern einer Temperaturgeschichte in einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Temperaturgeschichte gesteuert wird, indem die Position(en) und/oder Breite(n) und/oder Zahl(en) des ringförmigen Spaltslder ringförmigen Trennspalte ausgewählt werden und/oder die jeweiligen Dicken und/oder Stoffe der Teile des Isolierzylinders variiert werden.
In dem zweiten und den weiteren Aspekten der Erfindung befindet/befinden sich der ringförmige Trennspalt oder die ringförmigen Trennspalte vorzugsweise über einer Schmelzfläche des Rohstoffs im Tiegel.
Hiermit wird Bezug auf die auch schwebende Europäische Patentanmeldung EP-A-0747513 gemacht, die sich auf eine Vorrichtung und Methoden bezieht, welche der vorliegenden Anmeldung ähnlich sind.
Die vorliegende Erfindung wird unten im Detail beschrieben. Die Erfinder wurden auf die Struktur des Isolierzylinders 5 als Mittel zum Abändern oder Einstellen der Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 durch das Czochralski-Verfahren aufmerksam, wobei der Isolierzylinder 5 einen Tiegel, der Rohstoff enthält, eine Heizvorrichtung 4 zum Schmelzen des Rohstoffs durch Erhitzen und dergleichen umgibt und isoliert. Eine Ziehvorrichtung zum Züchten eines Kristalls 2 gemäß einem herkömmlichen Czochralski-Verfahren ist in Fig. 1 (a) abgebildet. In der Ziehvorrichtung ist der Isolierzylinder 5 so angeordnet, daß er einen Tiegel 3, der Rohstoff enthält, und eine Heizvorrichtung 4 zum Schmelzen durch Erhitzen des Rohstoffs umgibt und im allgemeinen aus Kohlenstoff- Faser besteht.
In der Vergangenheit wurden zum Einstellen einer Temperaturgeschichte, bei der ein wachsendes Kristall 2 beeinflußt wird, oder eines Temperaturprofils innerhalb einer Ziehvorrichtung durch Abändern der Struktur des Isolierzylinders 5 Abänderungen durchgeführt, indem der Isolierzylinder 5 nach oben verlängert wurde, um den oberen Zwischenraum 7 der Ziehvorrichtung wie in Fig. 1 (b) abgebildet zu isolieren und wiederum einen wachsenden Kristall 2 zu isolieren oder indem der Isolierzylinder 5 kürzer gemacht wurde, um einen wachsenden Kristall 2 schnell abzukühlen. Da man bei diesen Methoden einen wachsenden Kristall 2 nur isolieren oder abkühlen konnte, war es unmöglich eine Temperaturgeschichte oder ein Temperaturprofil nur in einem bestimmten Temperaturbereich einzustellen und, wenn eine Einstellung überhaupt bewerkstelligt werden konnte, war sie darüber hinaus nicht genau. Diese Methoden konnten in Anbetracht anderer Punkte nicht empfohlen werden. Das heißt, da der Isolierzylinder 5 einfach nach oben verlängert wurde and daher ein wachsender Kristall 2 isoliert wurde, wobei das Abkühlen schwierig war, wurde die Wachstumgeschwindigkeit des Kristalls 2 erniedrigt, um die Ertragsfähigkeit erheblich zu reduzieren. Andererseits, wenn der Isolierzylinder 5 einfach kürzer gemacht wurde, wurde der Grad der Isolierung reduziert, wodurch nicht nur der Kraftaufwand erhöht und die Ziehvorrichtung beschädigt sondern auch die Ertragsfähigkeit der Ziehvorrichtung erniedrigt wurde. In Anbetracht der obenerwähnten Mängel bei der herkömmlichen Technik wurde eine Vielzahl von Maßnahmen unternommen, um diese zu beseitigen: zum Beispiel wurden andere Teile als ein Isolierzylinder 5 vorgeschlagen und Ziehvorrichtungen mit einer anderen Innenstruktur entworfen, um die Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 abzuändern, wie in dem obenerwähnten Artikel von H. Yamagishi et al. offenbart.
Da nur ein kleiner Spielraum zur Einstellung der Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 bei der Abänderung einer Struktur des Isolierzylinders 5 erlaubt war, muß zusammenfassend gesagt werden, daß man in der Vergangenheit die Abänderung der Struktur nicht zum Forschungsziel erklärt hat und die Verlängerung oder Verkürzung des Isolierzylinders 5 höchstens zu diesem Zweck durchgeführt wurde.
Die Erfinder haben es jedoch sorgfältig erwägt, dem Isolierzylinder 5 eine bessere Struktur zu verleihen, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wobei man sich klar darüber war, daß der Isolierzylinder 5 einen ausschlaggebenden Einfluß auf das Temperaturprofil in der Kammer 1 einer Ziehvorrichtung bei dem Czochralski-Verfahren hat, wobei der Isolierzylinder 5 eine Heizvorrichtung 4, zum Beispiel eine Kohlenstoff-Heizvorrichtung, eine Hochfrequenzspule oder dergleichen, und einen Tiegel 3, der zum Beispiel aus Quarz, Graphit oder PBN hergestellt ist, umgibt und eine wassergekühlte Kammer 1 einer Ziehvorrichtung schützt.
Im Laufe der Forschungsarbeiten zur vorliegenden Erfindung wurden die verschiedenen Ergebnisse der Untersuchungen nicht nur akkumuliert sondern auch von den Erfindern ausgewertet. Zum Beispiel, wenn man eine Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 in einer Ziehvorrichtung mit einer herkömmlichen Innenstruktur (Fig. 1 (a)) abändert, wobei diese Abänderung der Isolierung eines Temperaturbereichs dient, wird der Isolierzylinder 5 einfach nach oben verlängert, um den wachsenden Kristall 2 zu isolieren. Da der gesamte Temperaturbereich des wachsenden Kristalls 2 völlig isoliert ist, kann bei einer derartigen Abänderung ein geplantes Muster der Temperaturgeschichte, bei dem nur ein vorgegebener Temperaturbereich isoliert ist, nicht erzielt werden und die Wachstumgeschwindigkeit wird herabgesetzt, wodurch es zu einer erheblichen Abnahme der Ertragsfähigkeit der Kristalle 2 kommt. Um Qualitätskristalle 2 mit weniger Fehlstellen mit einer hohen Wachstumgeschwindigkeit und hohen Ertragsfähigkeit herzustellen, ist es daher nur erforderlich, eine Tempertaurgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 abzuändern, indem nur ein bestimmter Temperaturbereich isoliert wird, wodurch die Zahl der Kristallfehlstellen abnimmt, sowie einen hohen Temperaturbereich in der Nähe des Schmelzpunkts des Kristalls zu steuern, so daß er nicht von der Abänderung der Temperaturgeschichte beeinflußt wird, wobei der hohe Temperaturbereich sich einen Einfluß auf die Kristallwachstumgeschwindigkeit auswirkt.
In Anbetracht dieser obenerwähnten Voraussetzungen und Erkenntnisse haben die Erfinder zuerst die Temperaturen in einem wachsenden Kristall 2 in den jeweiligen Ziehvorrichtungen mit einer Vielzahl von Innenstrukturen durch numerische Berechnungen geschätzt. Man hat herausgefunden, daß es möglich ist, einen wachsenden Kristall 2 nur in einem bestimmten Bereich unter dem Schmelzpunkt des Kristalls allmählich abzukühlen, da der Strahlungsverlust von einer Oberfläche des wachsenden Kristalls 2 abnimmt, wenn ein Isolierzylinder 5, der eine Heizvorrichtung 4 umgibt, nach oben verlängert wird, wie in Fig. 2 (a) abgebildet, im Gegensatz zu einem Isolierzylinder 5, wie in Fig. 1 (a) abgebildet, welcher herkömmlich ist, und daß es möglich ist, den Temperaturbereich so hoch wie zuvor zu belassen oder ihn sogar in einen Zustand von schnellerem Abkühlen abzuändern, indem der Isolierzylinder 5 in zwei Teile eines oberen Teils 6 und eines unteren Teils mit der Bereitstellung eines ringförmigen Trennspalts 8 getrennt wird. Das heißt, gemäß den Ergebnissen, daß es möglich ist, nur einen bestimmten Temperaturbereich abzuändern, um einen wachsenden Kristall allmählich abzukühlen, um eine Abnahme der Kristallfehlstellen zu erzielen and um dieselbe Wachstumgeschwindigkeit mit derselben Ertragsfähigkeit wie vorher zu erhalten, da die anderen Temperaturbereiche, und insbesondere der hohe Temperaturbereich, der die Wachstumgeschwindigkeit beeinflußt, nicht im wesentlichen beeinflußt werden.
Das ist der Grund, warum ein Bereich eines wachsenden Kristalls 2, welcher der Gegenwart einer Isolierzylindermasse entspricht, isoliert ist, aber der Strahlungsverlust von der Oberfläche eines einem ringförmigen Trennspalt 8 entsprechenden Bereichs zunimmt. Die Positionen, Breiten und Zahlen der Trennspalte 8 sind daher wichtig and können in Abhängigkeit von einem Temperaturbereich zur Einstellung geeignet ausgewählt werden. Zum Beispiel können zwei oder mehr Positionen für Trennspalte 8 ausgewählt werden, wie in Fig. 2 (b) abgebildet. Ein Trennspalt 8 in einem Isolierzylinder 5 befindet sich wirksam über der Schmelzfläche des Rohstoffs in einem Tiegel 3, um die Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 bei dem Czochralski- Verfahren zu steuern, da der Trennspalt 8 direkter auf den wachsenden Kristall 2 über der Schmelzfläche einwirkt, wenn das Steuern der Temperaturgeschichte des wachsenden Kristalls 2 bei dem Czochralski- Verfahren erwünscht wird, indem der Trennspalt 8 im Isolierzylinder 5, der senkrecht durch den Trennspalt 8 in zwei Teile geteilt wird, bereitgestellt wird. Es ist jedoch nicht nur der Fall, daß ein Trennspalt 8 bereitgestellt wird und die Position des Trennspalts 8 auf eine Position über der Schmelzfläche begrenzt ist, sondern auch daß die Positionen, Zahlen und Breiten der Trennspalte 8 ausgewählt werden können, um ein Temperaturprofil in einer Ziehvorrichtungskammer 1 abzuändern und zu steuern, wobei das Temperaturprofil die Ertragsfähigkeit bei der Kristallherstellung beeinflußt, und um eine bessere Ertragsfähigkeit bei der Kristallherstellung wie zum Beispiel in Fig. 2 (c) abgebildet zu erzielen.
In der Vergangenheit bestand der Isolierzylinder 5 aus Kohlenstoff-Faser. Das Baumaterial kann dasselbe wie bisher oder ein anderer Isolierstoff sein. Bisher wurde in einigen Fällen der Isolierzylinder 5 in einem Körper, der aus einem einzigen Material besteht und senkrecht gleich dick ist, hergestellt oder in anderen Fällen war ein derartiger Isolierzylinder 5 ein Zusammenbau aus Teilen aus demselben Material, mit denselben seitlichen Dimensionen und mit derselben Dicke, wenn sie senkrecht aufeinander gestapelt sind, wobei jeder Teil die Form eines kleinen Zylinders, dessen beide Enden horizontale Ebenen sind, aufweist. Erfindungsgemäß wird ein Isolierzylinder 5 innerlich entlang der Höhe mit einem Trennspalt oder Trennspalten 8 in zylindrische Teile geteilt, bleibt jedoch in einem Körper, und es können sich nicht nur die Baumaterialien aber auch die Dicken der zylindrischen Teile so unterscheiden, daß das Temperaturprofil und die Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 feiner gesteuert werden. Das heißt, bezüglich Fig. 2 (b), daß ein erfindungsgemäßer Isolierzylinder 5 in drei zylindrische Teile I, II und III mit zwei dazwischen befindlichen Trennspalten 5 geteilt wird. Das Temperaturprofil in der Kammer 1 einer Ziehvorrichtung oder die Temperaturgeschichte des Kristalls wird wesentlich von den Positionen und Breiten der Spaltöffnungen und der Zahl der Trennspalten 8 beeinflußt, wobei das Temperaturprofil und die Temperaturgeschichte auch fein eingestellt werden können, indem die Dicken individuell abgeändert werden und die Baumaterialien der drei Teile des Isolierzylinders 5 geändert werden.
Es ist einfach, eine Form aus Kohlenstoff-Faser an einem zusammengebauten Isolierzylinder 5 mit Trennspalten 8 an gewünschten Stellen der Anordnung maschinell anzubringen. Da der Isolierzylinder 5 aus einem Faserstoff besteht und das Risiko besteht, daß Teile einer Faser von ihm in einen Tiegel 3 in der Kammer 1 verstreut werden, wird im allgemeinen ein Innenzylinder 9 aus Graphit in den hohlen Isolierzylinder 5 eingepaßt. Die in Fig. 2 (a) abgebildete Struktur kann erhalten werden indem, zum Beispiel, zylindrische Teile des Isolierzylinders 5 nach oben oder nach unten an der äußeren Oberfläche des Innenzylinders 9 aus Graphit, der maschinell bearbeitet worden ist, um einen kleinen ringförmigen vorstehenden Teil an der äußeren Oberfläche an einer gewünschten Höhe aufzuweisen, eingeschoben werden.
Die Vertiefung eines Trennspalts 8 kann wie vorher offen gelassen oder mit einem Wärmeleiter wie Graphit oder dergleichen absichtlich gefüllt werden.
Selbstverständlich eignen sich eine Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum, die einen erfindungsgemäßen Isolierzylinder 5 umfaßt, eine Methode zur Herstellung eines Einkristalls 2 unter Verwendung der Ziehvorrichtung, sowie Methoden zum Steuern des Temperaturprofils und der Temperaturgeschichte in der Kammer 1 der erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung alle für verschiedene im allgemeinen durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Arten von Kristallen. Die vorliegende Erfindung ist besonders wirksam zur Herstellung eines Siliziumkristalls, bei dessen Masse OSF oder durch Oxidation induzierte Stapelfehler, Sauerstofffällen, BMD oder Mikrofehlstellen der Masse, FPD oder Strömungsformfehlstellen, LSTD oder laserzerstreuende Tomographiefehlstellen, dielektrische Durchschlagsfestigkeit bei Oxiden und dergleichen von der Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 erheblich beeinflußt werden, oder zur Herstellung von Verbundhalbleitern wie GaP, GaAs, InP und dergleichen, bei deren Masse eine Versetzungsdichte und ein Fehlstelleniveau, welche als Donator bzw. Akzeptor dienen, auch von der Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 erheblich beeinflußt werden.
Da bei der vorliegenden Erfindung ein Isolierzylinder 5, der einen Tiegel 3, eine Heizvorrichtung 4 und dergleichen umgibt, wobei diese bei dem Czochralski-Verfahren verwendet werden, im Querschnitt bei einer Höhe in Teile 6 mit einem ringförmigen Trennspalt 8 zwischen den Teilen geteilt wird, kann der Strahlungsverlust von einer dem Spalt 8 entgegengesetzten Oberfläche eines wachsenden Kristalls 2 örtlich zunehmen. Da weiters Zahl und Breiten der Öffnungen und Höhen der Trennspalte 8 durch verschiedene Methoden leicht gewählt werden, kann die Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls 2 und das Temperaturprofil in der Kammer 1 einer Ziehvorrichtung auch leicht, genau und zweckmäßig abgeändert werden. Wenn außerdem ein Baumaterial und die Dicke jedes Teils des Isolierzylinders 5 individuell zur Einstellung geändert wird, können die Temperaturgeschichte und das Temperaturprofil genauer gesteuert werden, da der Grad der Isolierung oder Wärmeausstrahlung durch Strahlung feiner eingestellt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die neuartigen Merkmale, welche die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden in Einzelheiten in den beigefügten Ansprüchen beschrieben. Die vorliegende Erfindung selbst sowie zusätzliche Ziele und Vorteile davon werden jedoch am besten aus der folgenden Beschreibung ihrer Ausführungsformen verstanden, wenn diese gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, bei denen:
Fig. 1 (a) eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Ziehvorrichtung der schnell abkühlenden Art zum Kristallwachstum unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens ist,
Fig. 1 (b) eine schematische Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Ziehvorrichtung der allmählich abkühlenden Art zum Kristallwachstum unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens ist,
Fig. 2 (a) eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum mit einem ringförmigen Trennspalt 8 ist,
Fig. 2 (b) eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum mit zwei ringförmigen Trennspalten 8 ist,
Fig. 2 (c) eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum mit zwei ringförmigen Trennspalten 8 ist, bei der die senkrechten Positionen der Spalten 8 sich von denen in Fig. 2 (b) unterscheiden,
Fig. 3 ein Graf ist, der die Messung der Temperaturgeschichten der wachsenden Kristalle 2 in Ziehvorrichtungen mit jeweils unterschiedlichen Strukturen der Isolierzylinder 5 darin zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unten werden erfindungsgemäße Beispiele und ein Vergleichsbeispiel beschrieben.
Kristalle 2 mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Inch) und einer Wachstumrichtung von < 100 > wurden jeweils in Ziehvorrichtungen mit Isolierzylindern 5 mit unterschiedlichen Strukturen durch das Czochralski- Verfahren gezüchtet, wobei 50 kg Polykristallsilizium als Rohstoff in einen Quarztiegel 3 mit einem Durchmesser von 45 cm (18 Inch) gegeben wurde, wobei eine der Strukturen eine herkömmliche Art ist und die andere eine erfindungsgemäße Art ist. Die Temperaturgeschichten der wachsenden Kristalle 2 wurden gemessen. In den Kammern 1 der Ziehvorrichtungen verwendete Heizvorrichtungen 4 waren aus Kohlenstoff, was bedeutet, daß sie Widerstandsheizvorrichtungen waren. Im Vergleichsbeispiel wurde ein Isolierzylinder 5 wie in Fig. 1 (b) abgebildet als herkömmlicher Isolierzylinder 5 verwendet und der Isolierzylinder 5 bestand aus Kohlenstoff mit einer konstanten Dicke von 7 cm entlang der Höhe. Die Messung der Temperaturgeschichte wird als Kurve A in Fig. 3 gezeigt.
In einem ersten Beispiel wurde das Kristallwachstum genau wie im Vergleichsbeispiel durchgeführt, abgesehen davon, daß der Isolierzylinder 5 einen ringförmigen Trennspalt 8 mit einer Öffnungsbreite von 5 cm in der Höhe von 14 cm aufwies. Ein Siliziumeinkristall 2 wurde in einer Ziehvorrichtung mit dem Isolierzylinder 5 der in Fig. 2 (a) abgebildeten Art gezüchtet. Die Messung der Temperaturgeschichte wird als Kurve B in Fig. 3 gezeigt.
Im ersten Beispiel wird ersichtlich, daß der wachsende Kristall 2 bei einem hohen Temperaturbereich in der Nähe des Schmelzpunkts von ungefähr 1.420ºC schnell abgekühlt aber bei einem mittleren Temperaturbereich, der sich im allgemeinen von 1.050ºC bis 1.200ºC erstreckte, allmählich abgekühlt wurde. Das heißt, daß eine Kombination einer schnell abkühlenden Temperaturgeschichte in einem hohen Temperaturbereich und einer allmählich abkühlenden Temperaturgeschichte in einem mittleren Temperaturbereich erzielt wurde. Das Vergleichsbeispiel sowie das erste Beispiel zeigten jedoch im wesentlichen dieselbe Temperaturgeschichte in einem Temperaturbereich von 1.050ºC und weniger. Zusammenfassend soll gesagt werden, daß die Temperaturgeschichte im ersten Beispiel teilweise von der im Vergleichsbeispiel nur in einem besonderen Temperaturbereich geändert wurde. Aus den Ergebnissen des ersten Beispiels kann geschlossen werden, daß ein Kristallwachstum mit einer Geschwindigkeit bis ungefähr 1,2 mm/min. möglich geworden ist, im Gegensatz zur Tatsache, daß eine herkömmliche Wachstumgeschwindigkeit im allgemeinen ungefähr 1 mm/min. betrug. Eine Veränderung der Temperaturgeschichte in einem mittleren Temperaturbereich zu einer Art von allmählicher Abkühlung mit keiner Reduzierung des Kristallwachstums konnte erfolgreich erzielt werden.
In einem dritten Beispiel wurde ein Kristall 2 genau wie im ersten Beispiel gezüchtet, abgesehen davon, daß die Breite des Trennspalts 8 des Isolierzylinders 5 2 cm ist, was kleiner als im ersten Beispiel ist. Die Messung der Temperaturgeschichte im zweiten Beispiel wird als Kurve C in Fig. 3 abgebildet. Beim Vergleich der Kurven hinsichtlich ihrer relativen Positionen in Fig. 3 wird ersichtlich, daß die Kurve C sich in der Mitte zwischen den Kurven A und B befindet und eine feine Steuerung der Temperaturgeschichte praktisch ermöglicht wird.

Claims

1. Eine Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, bestehend aus einem Tiegel (3), der Rohstoff enthält, einer Heizvorrichtung (4) zum Schmelzen durch Erhitzen des Rohstoffs und einem Isolierzylinder (5), der den Tiegel (3) und die Heizvorrichtung (4) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierzylinder (5) einen ringförmigen Trennspalt (8) aufweist, durch den der Isolierzylinder (5) im Querschnitt in Teile (6) getrennt wird.

2. Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der ringförmigen Trennspalten (8) im Isolierzylinder (5) bereitgestellt ist.

3. Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Isolierzylinder (5) aus Kohlenstoff-Faser besteht.

4. Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Teile (I, II, III) des Isolierzylinders (5) alle unterschiedlich dick sind.

5. Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Teile (I, II, III) des Isolierzylinders alle aus unterschiedlichen Stoffen hergestellt sind.

6. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines Einkristalls (2) wie Silizium, GaP, GaAs oder InP.

7. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der ringförmige Trennspalt oder die ringförmigen Trennspalte (8) sich über einer Schmelzfläche des Rohstoffs im Tiegel (3) befindet/befinden.

8. Eine Methode zum Steuern eines Temperaturprofils innerhalb der Kammer (1) einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, indem die Position(en) und/oder Breite(n) und/oder Zahl(en) des ringförmigen Trennspalts/der ringförmigen Trennspalte (8) ausgewählt werden.

9. Methode zum Steuern eines Temperaturprofils innerhalb der Kammer (1) einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, indem die jeweiligen Dicken und/oder Stoffe der Teile (I, II, III) des Isolierzylinders (5) variiert werden.

10. Methode zum Steuern eines Temperaturprofils innerhalb der Kammer (1) einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der ringförmige Trennspalt oder die ringförmigen Trennspalte (8) sich über einer Schmelzfläche des Rohstoffs im Tiegel (3) befindet/befinden.

11. Eine Methode zum Steuern der Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls (2) in einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperaturgeschichte gesteuert wird, indem die Position(en) und/oder Breite(n) und/oder Zahl(en) des ringförmigen Spalts/der ringförmigen Trennspalte (8) ausgewählt werden.

12. Methode zum Steuern einer Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls (2) in einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum durch das Czochralski-Verfahren, unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, indem die entsprechenden Dicken und/oder Stoffe der Teile (I, II, III) des Isolierzylinders (5) variiert werden.

13. Methode zum Steuern einer Temperaturgeschichte eines wachsenden Kristalls (2) in einer Ziehvorrichtung zum Kristallwachstum gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei der ringförmige Trennspalt oder die ringförmigen Trennspalte (8) sich über einer Schmelzfläche des Rohstoffs im Tiegel (3) befindet/befinden.