DE69902911T2

DE69902911T2 - Widerstandsheizung fur eine kristallzüchtungsvorrichtung und verfahren zu ihrer verwendung

Info

Publication number: DE69902911T2
Application number: DE69902911T
Authority: DE
Inventors: L. Luter; G. Schrenker
Original assignee: SunEdison Inc
Current assignee: SunEdison Inc
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: CN1317058A; JP2003522086A; EP1090168B1; US6503322B1; JP4567192B2; WO2000000676A1; DE69902911D1; EP1090168A1; KR20010053081A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kristallzüchtungsvorrichtungen, die zum Züchten monokristalliner Blöcke eingesetzt werden, und insbesondere einen elektrischen Widerstandserhitzer zur Verwendung in einer solchen Kristallzüchtungsvorrichtung.
Einkristallsilizium, das das Ausgangsmaterial für die Herstellung der meisten elektronischen Halbleiterbauteile ist, wird üblicherweise durch das sogenannte Czochralski("CZ")-Verfahren hergestellt. Das Wachstum des Kristalls erfolgt meistens in einem Kristallziehofen. Bei diesem Verfahren wird polykristallines Silizium ("Polysilizium") einem Tiegel zugestellt und durch einen die Außenfläche der Tiegelseitenwand umgebenden Erhitzer eingeschmolzen. Ein Keimkristall wird mit dem geschmolzenem Silizium in Kontakt gebracht, und ein Einkristallblock wird durch langsames Herausziehen mittels eines Kristallziehgeräts gezüchtet. Nachdem die Bildung eines Halses beendet, wird der Durchmesser des Kristallblocks durch Verringerung der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Schmelzetemperatur vergrößert, bis der gewünschte Durchmesser oder Zieldurchmesser erreicht ist. Der zylindrische Hauptkörper des Kristalls, der einen annähernd konstanten Durchmesser hat, wird dann durch Steuerung der Ziehgeschwindigkeit und der Schmelzetemperatur gezüchtet, während das absinkende Schmelzeniveau kompensiert wird. Gegen Ende des Wachstumsprozesses muss der Kristalldurchmesser allmählich verringert werden, um einen Endkonus zu bilden. Typischerweise wird der Endkonus durch Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit und der dem Tiegel zugeführten Wärme gebildet. Wenn der Durchmesser klein genug geworden ist, wird der Block von der Schmelze getrennt.
Erhitzer zum Schmelzen des Ausgangsmaterial (z. B. des Siliziums) in dem Tiegel sind typischerweise elektrische Widerstandserhitzer, in denen ein elektrischer Strom durch ein Heizelement fließt, das aus einem Heizwiderstandsmaterial (z. B. Graphit) besteht. Der Widerstand gegen den Stromfluss erzeugt Wärme, die von dem Heizelement auf den Tiegel und das darin enthaltene Silizium abstrahlt. Das Heizelement umfasst vertikal ausgerichtete Heizsegmente von gleicher Länge und gleichem Querschnitt, die nebeneinander angeordnet und in einer Schlangenform miteinander verbunden sind. D. h. benachbarte Segmente sind in einer abwechselnden Weise oben oder unten unter Bildung eines ununterbrochenen elektrischen Stromkreises durch das Heizelement hindurch miteinander verbunden. Die durch das Heizelement erzeugte Heizleistung ist im Allgemeinen eine Funktion der Querschnittsfläche der Segmente.
Obgleich die herkömmliche Vorrichtung zum Züchten von Einkristallblöcken nach der Czochralski-Züchtungsmethode für das Züchten von Kristallblöcken für sehr unterschiedliche Anwendungen zufriedenstellend war, sind weitere Verbesserungen der Qualität des Halbleitermaterials erwünscht. Da die Breite der auf dem Halbleitermaterial gebildeten Leitungen integrierter Schaltungen fortlaufend verringert wird, gewinnt die Anwesenheit von Störstellen in dem Kristall größere Bedeutung. Eine Anzahl von Störstellen in Einkristallsilizium bildet sich in der Kristallwachstumskammer, wenn der Kristall nach der Erstarrung abkühlt. Diese Störstellen entstehen teilweise durch die Anwesenheit eines Überschusses (d. h. einer Konzentration oberhalb der Löslichkeitskeitsgrenze) von Eigenpunktstörstellen, die als Leerstellen und Zwischengittereigenatome bekannt sind. Es wurde angegeben, dass die Art und die Anfangskonzentration dieser Punktstörstellen in dem Kristallblock zur Zeit der Erstarrung festgelegt werden und - wenn diese Konzentrationen einen kritischen Übersättigungswert in dem System erreichen und die Beweglichkeit der Punktstörstellen genügend groß ist - wahrscheinlich eine Reaktion oder ein Agglomerationsvorgang eintritt.
Eine wichtige Messung der Qualität der aus einem Einkristallblock geschnittenen Scheiben ist die Gate-Oxid- Integrität ("GOI"). Leerstellen werden, wie ihr Name vermuten lässt, durch die Abwesenheit oder "Vakanz" eines Siliziumatoms in dem Kristallgitter verursacht. Wenn der Kristall aus dem geschmolzenem Silizium in dem Tiegel nach oben gezogen wird, beginnt er unmittelbar sich abzukühlen. Wenn die Temperatur des Kristallblocks durch den Temperaturbereich von 1150ºC bis 1050ºC abnimmt, tendieren die in dem Block vorliegenden Leerstellen dazu, zur äußeren Oberfläche des Blocks hin auszuwandern oder sich in dem Block zu agglomerieren. Diese Agglomerationen manifestieren sich als Vertiefungen in den Oberflächen der aus dem Kristallblock geschnittenen Scheiben.
Siliziumscheiben, die aus einem Block geschnitten und nach herkömmlichen Verfahren hergestellt sind, haben oft eine auf der Scheibenoberfläche ausgebildete Siliziumoxidschicht. Elektronische Schaltungsgeräte, wie MOS-Geräte, werden auf dieser Siliziumoxidschicht hergestellt. Störstellen in der Oberfläche der Scheibe, die durch die in dem wachsenden Kristall anwesenden Agglomerierungen verursacht werden, führen zu einem schlechten Wachstum der Oxidschicht. Die Qualität der Oxidschicht, die oft als die Oxidfilm-Durchschlagfestigkeit bezeichnet wird, kann quantitativ durch Herstellung von MOS-Geräten auf der Oxidschicht und Prüfen der Geräte gemessen werden. Die Gate-Oxid-Integrität (GOI) des Kristalls ist der Prozentsatz betriebsfähiger Geräte auf der Oxidschicht der aus dem Kristall hergestellten Scheiben.
Es wurde bestimmt, dass die GOI der nach der Czochralskimethode gezüchteten Kristalle dadurch verbessert werden kann, dass man die Zeitdauer erhöht, in der ein wachsender Block in dem Temperaturbereich über 1000ºC, insbesondere in dem Bereich von 1150ºC bis 1000ºC verweilt. Wenn sich der Block zu schnell durch diesen Temperaturbereich abkühlt, haben die Leerstellen nicht genügend Zeit zum Agglomerieren, was eine große Anzahl kleiner Agglomerationen in dem Block zur Folge hat. Dies führt unerwünscht zu einer großen Anzahl kleiner über die Scheibenoberflächen verbreiteter Grübchen, wodurch die GOI negativ beeinflusst wird. Eine Verlangsamung der Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks, so dass seine Temperatur eine längere Zeitdauer in dem Zieltemperaturbereich verweilt, ermöglicht es mehr Leerstellen, sich zu äußeren Oberfläche des Blocks zu bewegen oder große Agglomerierungen innerhalb des Blocks zu bilden. Das Ergebnis ist eine kleine Anzahl großer Agglomerierungen, wodurch die GOI durch Verringerung der Anzahl der Störstellen verbessert wird, die in der Scheibenoberfläche vorliegen, auf welcher die MOS-Geräte gebildet werden.
Auf Zwischengittereigenatome bezogene Störstellen sind weniger gut untersucht. Sie werden im Allgemeinen als zwischengitterartige Versetzungsschleifen oder -netzwerke geringer Dichte angesehen. Diese Störstellen sind nicht für GOI-Störungen verantwortlich, aber sie werden weithin als Ursache für andere Arten von Geräteversagen angesehen, die gewöhnlich mit Leckstromproblemen verbunden sind. Es wurde ferner festgestellt, dass die Agglomerierung von Zwischengittereigenatomen unerwünscht ist und dadurch kontrolliert werden kann, dass man die Zeitdauer erhöht, in der ein wachsender Block in dem Temperaturbereich über 1000ºC verweilt. Da Teile des Blocks relativ lange Zeiträume bei Temperaturen über 1000ºC bleiben, erfolgt eine radiale Ausdiffusion von Zwischengittereigenatomen aus dem Block, um die Konzentration unter die kritische Konzentration zurückzudrängen, die zur Agglomerierung von Zwischengitterstörstellen erforderlich ist.
Hierzu beschreibt US Patent-Nr. 5,248,378 (Oda et al.) eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallsilizium, in der ein passiver Wärmeisolator in dem Kristallziehgerät oberhalb des Tiegels angeordnet ist, um die Abkühlungsgeschwindigkeit des wachsenden Blocks oberhalb 1150ºC zu verringern. Wärmeisolatoren oder Wärmeschilde, wie die von Oda et al. beschriebenen, können jedoch die Abkühlung des Blocks nicht allgemein auf eine Geschwindigkeit verlangsamen, die ausreicht, die GOI des Kristall wesentlich zu verbessern oder die Agglomerierung von Zwischengitterstörstellen zu unterdrücken.
Oda et al. beschreiben weiter, dass der Isolator durch einen Erhitzer für die Erhitzung des wachsenden Blocks ersetzt werden kann. Während ein dem oben beschriebenen herkömmlichen Tiegelerhitzer ähnlicher Erhitzer dem Block zur Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit Wärme aktiver zuführen würde, hat die Benutzung eines solchen Erhitzers eine Reihe von Nachteilen. Die Heizleistungsabgabe des herkömmlichen Erhitzers ist beispielsweise im Allgemeinen über die Höhe des Erhitzers konstant. Ein durch den Erhitzer aufwärts gezogener Kristallblock würde am Boden des Erhitzers schnell erwärmt werden, um die Abkühlung des Blocks zu verringern. Die Abkühlungsgeschwindigkeit würde sich fortgesetzt vermindern, wenn der Block den Erhitzer in Aufwärtsrichtung passiert, und dann beim Erreichen des Erhitzeroberteils ansteigen. Eine Darstellung des axialen Temperaturgradienten des Blocks gegen die Blocktemperatur würde beispielsweise ähnlich der in Fig. 5 für einen ohne Temperaturgradient in dem Temperaturbereich von 1150ºC bis 1000ºC einschließlich des Minimums wesentlich reduziert. Somit kann ein solcher Erhitzer die Abkühlungsgeschwindigkeit oder den axialen Temperaturgradienten des wachsenden Blocks verringern, aber er kann nicht die Gleichmäßigkeit des axialen Temperaturgradienten steuern, weil die von dem Erhitzer erzeugte Wärme entlang der Länge des Erhitzers gleichmäßig ist. Durch signifikante Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit des Erhitzers auf ein definiertes Minimum wird es eine unerwünscht lange Zeit erfordern, die Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn der Block erst auf eine Temperatur von 1000ºC abgekühlt ist.
JP-A-05043385 beschreibt einen anderen herkömmlichen Erhitzer, der nach Größe und Form so ausgebildet ist, dass er in einem Kristallziehgerät den Tiegel umgebend angeordnet werden kann, um den Tiegel zum Einschmelzen des in ihm enthaltenen Siliziums zu erhitzen. Der Erhitzer hat eine zylindrische Form, wobei die Erhitzersegmente elektrisch miteinander verbunden sind und alle dieselbe Länge haben. Durchgangslöcher an jedem Erhitzersegment unterhalb der Oberkante des Erhitzers erhöhen die Heizleistungsabgabe an der Stelle des Loches durch Verringerung der Querschnittsfläche (und somit Erhöhung des elektrischen Widerstandes) jedes Erhitzersegments an den Lochstellen.
Daher besteht ein Bedarf an einem Erhitzer, der eingesetzt werden kann zur Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit des wachsenden Blocks oberhalb 1000ºC und zur Steuerung der Gleichmäßigkeit des axialen Temperaturgradienten des Blocks in dem Bereich von 1150ºC bis 1000ºC und insbesondere in dem Bereich von 1100ºC bis 1000ºC.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter den mehreren Zielen und Merkmalen der vorliegenden Erfindung sind zu nennen die Schaffung eines elektrischen Widerstandserhitzers für den Einsatz in einem Kristallziehgerät, der das Wachstum von Kristallen mit einer verbesserten Gate-Oxid-Integrität erleichtert; die Schaffung eines solchen Erhitzers, der einen gleichmäßigeren axialen Temperaturgradienten in dem Bereich von 1100ºC bis 1000ºC schafft; die Schaffung eines solchen Erhitzers, der die Verweilzeit des Blocks bei einer Temperatur oberhalb 1000ºC erhöht; die Schaffung eines solchen Erhitzers, der die Verweilzeit des Blocks bei einer Temperatur in dem Bereich von 1100ºC bis 1000ºC erhöht; und die Schaffung eines solchen Erhitzers, der die Verringerung der Agglomerierung von Eigenpunktstörstellen erleichtert.
Generell wird ein elektrischer Widerstandserhitzer der vorliegenden Erfindung in einem Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke nach der Czochralskimethode eingesetzt. Ein solches Kristallziehgerät hat ein Gehäuse, einen Tiegel in dem Gehäuse zur Aufnahme von geschmolzenem Silizium und einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines wachsenden Blocks aus dem geschmolzenem Silizium nach oben. Der Erhitzer umfasst ein Heizelement, das nach Größe und Form zur Anordnung in dem Gehäuse des Kristallziehgeräts im Allgemeinen oberhalb des Tiegels mit Abstand zu der äußeren Oberfläche des wachsenden Blocks ausgebildet ist, um Wärme auf den Block abzustrahlen, wenn er in dem Gehäuse relativ zu dem geschmolzenem Silizium nach oben gezogen wird. Das Heizelement hat ein oberes Ende und ein unteres Ende. Das untere Ende des Heizelements ist wesentlich näher als das obere Ende an dem geschmolzenen Silizium angeordnet, wenn das Heizelement sich in dem Gehäuse befindet. Das Heizelement ist so konstruiert, dass die durch das Heizelement erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende bis zu dem oberen Ende des Heizelements allmählich ansteigt. Das Heizelement hat erste und zweite vertikal ausgerichtete Heizsegmente, die im Allgemeinen nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. Die Segmente haben jeweils ein oberes Ende und ein unteres Ende, wobei das zweite Segment eine wesentlich größere Länge als das erste Segment hat und so angeordnet ist, dass bei Anordnung des Heizelements in dem Gehäuse das untere Ende des zweiten Segments dichter an dem geschmolzenem Silizium in dem Tiegel angeordnet ist als das untere Ende des ersten Segments.
Ein Verfahren zur Steuerung der Gleichmäßigkeit des axialen Temperaturgradienten eines monokristallinen Siliziumblocks, der in einem Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke nach der Czochralskimethode gezüchtet wird, umfasst nach einer anderen Ausführungsform das Abkühlenlassen des Blocks auf eine vorbestimmte erste Temperatur, wenn er in dem Gehäuse aus dem geschmolzenem Silizium nach oben gezogen wird. Wärme wird auf den Block abgestrahlt, wenn er in dem Gehäuse weiter nach oben gezogen wird, um die Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks zu verringern, wenn er von der ersten Temperatur abkühlt. Die auf den Block gestrahlte Wärmemenge wird allmählich erhöht, während der Block in dem Gehäuse weiter nach oben gezogen wird, um einen im Allgemeinen gleichmäßigen Temperaturgradienten des Blocks aufrecht zu erhalten, wenn die Blocktemperatur von der ersten Temperatur auf eine bestimmte zweite Temperatur abnimmt. Die Stufen der Wärmeabstrahlung auf den wachsenden Block und der allmählichen Vergrößerung der auf den wachsenden Block abgestrahlten Wärme, wenn der Block in dem Gehäuse weiter hoch gezogen wird, umfasst das Aufwärtsziehen des wachsenden Blocks an einem elektrischen Widerstandserhitzer allmählich zunehmende Heizleistungsabgabe erzeugt, wenn der Block den Erhitzer aufwärts passiert, um den axialen Temperaturgradienten des Blocks zu verringern und die Gleichmäßigkeit des Temperaturgradienten zu erhöhen.
Die Erfindung schafft auch ein Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke nach der Czochralskimethode, wobei das Kristallziehgerät ein Gehäuse, einen Tiegel in dem Gehäuse zur Aufnahme von geschmolzenem Silizium, einen Ziehmechanismus zum Hochziehen eines wachsenden Blocks aus dem geschmolzenem Silizium und einen elektrischen Widerstandserhitzer umfasst. Der elektrische Widerstandserhitzer umfasst ein Heizelement, das nach Größe und Form für die Anordnung in dem Gehäuse des Kristallziehgeräts im Allgemeinen über dem Tiegel mit Abstand zu der Außenfläche des wachsenden Blocks ausgebildet ist, um Wärme auf den Block zu strahlen, wenn dieser in dem Gehäuse relativ zu dem geschmolzenen Silizium aufwärts gezogen wird. Das Heizelement hat ein oberes Ende und ein unteres Ende. Das untere Ende des Heizelements ist wesentlich näher an dem geschmolzenem Silizium als das obere Ende angeordnet, wenn das Heizelement in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Heizelement ist so konstruiert, dass die von ihm erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende zu dem oberen Ende des Heizelements allmählich zunimmt. Außerdem ist das Heizelement nach Größe und Gestalt so ausgebildet, dass es sich bei Anordnung in dem Kristallziehgerät um wenigstens einen Teil des Umfangs des Kristallblocks erstreckt, während das obere Ende des Heizelements nach Größe und Gestalt so ausgebildet ist, dass es einen wesentlich größeren Teil des Blockumfangs als das untere Ende des Heizelements umgibt.
Die Erfindung schafft weiterhin ein Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke nach der Czochralskimethode mit einem Gehäuse, einem Tiegel in dem Gehäuse für die Aufnahme von geschmolzenem Silizium, einem Ziehmechanismus zum Ziehen eines wachsenden Blocks aus dem geschmolzenen Silizium nach oben und einem elektrischen Widerstandserhitzer. Der elektrische Erhitzer umfasst ein Heizelement, das nach Größe und Gestalt für die Anordnung in dem Gehäuse des Kristallziehgeräts im Allgemeinen oberhalb des Tiegels mit Abstand zu der Außenfläche des wachsenden Blocks ausgebildet ist, um Wärme auf den Block zu strahlen, wenn dieser in dem Gehäuse relativ zu dem geschmolzenen Silizium aufwärts gezogen wird. Das Heizelement hat ein oberes Ende und ein unteres Ende, wobei bei Anordnung des Heizelements in dem Gehäuse das untere Ende des Heizelements wesentlich näher an dem geschmolzenem Silizium als das obere Ende angeordnet ist. Das Heizelement ist so gebaut, dass die von ihm erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende zu dem oberen Ende des Heizelements allmählich zunimmt. Außerdem enthält das Heizelement erste und zweite vertikal ausgerichtete Heizsegmente, die nebeneinander angeordnet sind und elektrisch verbunden sind. Die Segmente haben jeweils ein oberes Ende und ein unteres Ende, wobei das zweite Segment wesentlich länger als das erste Segment ist und relativ zu dem ersten Segment so angeordnet ist, dass bei Anordnung des Heizelements in dem Gehäuse das untere Ende des zweiten Segments dichter an dem geschmolzenen Silizium in dem Tiegel als das untere Ende des ersten Segments angeordnet ist.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung einen elektrischen Widerstandserhitzer zur Verwendung in einem Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke nach der Czochralskimethode. Dieses Kristallziehgerät hat ein Gehäuse, einen Tiegel in dem Gehäuse zur Aufnahme von geschmolzenem Silizium und einen Ziehmechanismus zum Aufwärtsziehen eines wachsenden Blocks aus dem geschmolzenem Silizium. Der Erhitzer umfasst ein Heizelement, das nach Größe und Gestalt für die Anordnung in dem Gehäuse des Kristallziehgeräts im Allgemeinen oberhalb des Tiegels mit Abstand zu der äußeren Oberfläche des wachsenden Kristall ausgebildet ist, um Wärme auf den Block zu strahlen, wenn dieser in dem Gehäuse relativ zu dem geschmolzenem Silizium nach oben gezogen wird. Das Heizelement hat ein oberes Ende und ein unteres Ende, wobei bei Anordnung des Heizelements in dem Gehäuse das untere Ende des Heizelements wesentlich dichter an dem geschmolzenem Silizium als das obere Ende angeordnet ist. Ferner ist das Heizelement so gebaut, dass die von ihm erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende zu dem oberen Ende des Heizelements allmählich zunimmt. Außerdem ist das Heizelement nach Größe und Form so ausgebildet, dass es sich bei Anordnung in dem Kristallziehgerät um wenigstens einen Teil des Umfangs des Kristallblocks erstreckt. Das obere Ende des Heizelements hat eine größere Umfangserstreckung als sein unteres Ende, um einen wesentlich größeren Teil des Umfangs des Blocks als das untere Ende des Heizelements zu umgeben.
Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend teils offensichtlich und teils näher ausgeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein schematischer vertikaler Teilschnitt eines Kristallziehgeräts, der eine erste Ausführungsform eines elektrischen Widerstandserhitzers in seiner Anordnung während des Wachstums eines Einkristall-Siliziumblocks zeigt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Widerstandserhitzers.
Fig. 3 ist ein schematischer senkrechter Schnitt eines Kristallziehgeräts ohne den elektrischen Widerstandserhitzer der vorliegenden Erfindung, der Temperaturisothermen eines wachsenden Kristalls zeigt, die in einer Finit-Element-Analyse entwickelt wurden.
Fig. 4 ist ein schematischer vertikaler Schnitt eines Kristallziehgeräts unter Einschluss des elektrischen Widerstandserhitzers der vorliegenden Erfindung, der Temperaturisothermen eines wachsenden Kristalls zeigt, die unter Benutzung einer Finit-Element-Analyse entwickelt wurden.
Fig. 5 ist eine Darstellung des axialen Temperaturgradienten eines Kristallblocks gegen die Blocktemperatur für eine Finit-Element-Analyse.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des elektrischen Widerstandserhitzers der vorliegenden Erfindung.
Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Darstellungen der Zeichnung entsprechende Teile.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme nunmehr auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 ist ein nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung gebauter elektrischer Widerstandserhitzer allgemein mit 21 bezeichnet. Der Erhitzer wird vorzugsweise in einem allgemein mit 23 bezeichneten Kristallziehgerät der Art eingesetzt, die zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke (z. B. Block I der Fig. 1) nach der Czochralskimethode dient. Das Kristallziehgerät 23 hat ein Gehäuse (allgemein mit 25 bezeichnet) zur Isolierung eines Innenraums, der eine untere Kristallwachstumskammer 27 und eine obere Ziehkammer 29 umfasst. Die Ziehkammer 29 hat eine kleinere Querdimension als die Wachstumskammer. Ein Quarztiegel 31 enthält geschmolzenes Halbleiter-Ausgangsmaterial M, aus dem der monokristalline Siliziumblock I gezüchtet wird. Der Tiegel 31 hat eine zylindrische Seitenwand 33 und ist zur Drehung um eine vertikale Achse auf einem Drehtisch 35 montiert. Der Tiegel 31 kann in der Wachstumskammer 27 auch gehoben werden, um die Oberfläche des geschmolzenen Ausgangsmaterials M auf der selben Höhe zu halten, wenn der Block I wächst und Ausgangsmaterial aus der Schmelze entfernt wird.
Ein allgemein mit 37 bezeichneter Tiegelerhitzer zum Einschmelzen des Ausgangsmaterials M in dem Tiegel 31 hat ein im Allgemeinen vertikal ausgerichtetes Heizelement 39, das den Tiegel in radialem Abstand zu der Seitenwand 33 des Tiegels umgibt. Das Heizelement 39 erwärmt den Tiegel 31 und das Innere des Kristallziehgehäuses 25 auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials M (z. B. Silizium). Eine Isolierung 41 ist angeordnet, um die Wärme auf das Innere des Gehäuses 25 zu beschränken. Ferner sind Kanäle in dem Gehäuse einschließlich der Wand der oberen Ziehkammer für die Zirkulierung von Kühlwasser. Einige dieser Kanäle sind in Fig. 1 durch die Bezugszahl 43 bezeichnet.
Ein Ziehmechanismus umfasst eine sich von einem (nicht dargestellten) Mechanismus über der Ziehkammer 29 abwärts erstreckende Ziehwelle 45, die gehoben, abgesenkt und gedreht werden kann. Das Kristallziehgerät 23 kann je nach der Geräteart anstelle einer Welle 45 einen Ziehdraht (nicht gezeigt) haben. Die Ziehwelle 45 endet in einem Keimkristall-Spannfutter 47, das einen zum Züchten des monokristallinen Blocks I dienenden Keimkristall 49 hält. Die Ziehwelle 45 wurde in Fig. 1 teilweise weggebrochen dargestellt, um eine angehobene Position des Keimspannfutters 47 und des Blocks I zu verdeutlichen. Die allgemeine Konstruktion und der Betrieb des Kristallziehgeräts 23 mit Ausnahme des unten eingehender erläuterten Inhalts ist den Fachleuten bekannt und wird nicht weiter beschrieben.
Der elektrische Widerstandserhitzer 21 der vorliegenden Erfindung hat ein allgemein rohrförmiges Heizelement 51, das in der oberen Ziehkammer 29 des Gehäuses 25 in Nachbarschaft der kuppelförmigen oberen Wandung der unteren Wachstumskammer 27 angebracht ist. Das Heizelement 51 erstreckt sich nach unten in die Kristallwachstumskammer 27 und endet erheblich oberhalb des Tiegels 31, der das geschmolzene Ausgangsmaterial M enthält. Eine mittige Öffnung 53 des Heizelements 51 erlaubt es dem wachsenden Block I, das Heizelement zentral zu passieren, wenn er durch das Gehäuse 25 des Ziehgeräts 23 nach oben gezogen wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst das Heizelement 51 vertikal ausgerichtete Heizsegmente 55, die nebeneinander angeordnet sind und untereinander unter Bildung einer elektrischen Schaltung verbunden sind. Insbesondere sind obere und untere Enden 57 bzw. 59 benachbarter Heizsegmente 55 abwechselnd miteinander in einer ununterbrochenen Schlangenform unter Bildung einer geschlossenen geometrischen Gestalt, in der dargestellten Ausführungsform eines Zylinders, verbunden. Einander gegenüber stehende Montagelaschen 61 sind an der Oberkante des Heizelements 51 in elektrischer Verbindung mit den Heizsegmenten 55 und erstrecken sich aufwärts von dem Heizelement zwecks Anbringung des Erhitzers 21 an der Wand der oberen Ziehkammer 29. Öffnungen (nicht gezeigt) in der Wand der oberen Ziehkammer 29 ermöglichen den elektrischen Anschluss der Montagelaschen 61 an eine (nicht gezeigte) elektrische Stromquelle mittels herkömmlicher (nicht gezeigter) Elektroden, die sich durch die Öffnungen zwecks Anschluss an die Montagelaschen erstrecken, um Strom durch das Heizelement 51 zu leiten. Ein rohrförmiger Wärmeschild 63, der vorzugsweise aus Graphit, Graphitisolierung oder einer anderen geeigneten Isolierung oder einer Kombination aus diesen Werkstoffen besteht, ist im Allgemeinen zwischen dem Heizelement 51 und der Wand der oberen Ziehkammer 29 angeordnet, um die Kühlung des Heizelements durch die wassergekühlte Seitenwand zu hemmen.
Das Heizelement 51 besteht aus einem nicht- verunreinigendem Heizwiderstandswerkstoff, der dem elektrischen Stromdurchfluss Widerstand entgegensetzt. Die von dem Heizelement erzeugte Leistungsabgabe nimmt mit dem elektrischen Widerstand des Werkstoffs zu. Ein besonders bevorzugtes Heizwiderstandsmaterial ist mit Siliziumcarbid beschichteter Graphit. Das Heizelement 51 kann jedoch auch aus hochgereinigtem extrudiertem Graphit, isogeformtem Graphit, Kohlenstofffaser-Verbundstoff, Wolfram, Metall oder anderen geeigneten Materialien bestehen, ohne von dem Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. Es wird auch erwogen, das Heizelement 51 aus Draht, wie Wolfram- oder Molybdändraht, herzustellen, der unter Bildung einer (nicht gezeigten) Heizwicklung auf ein Quarzrohr aufgewickelt ist. Der Abstand zwischen den Wicklungen kann variiert werden, wobei der Abstand zum oberen Ende des Heizelements hin enger wird, um das Leistungsabgabeprofil des Heizelements 51 zu bilden. Das Heizelement 51 kann vorzugsweise Wärme bei einer Temperatur in dem Bereich von 1000ºC bis 1100ºC abstrahlen.
Die Heizsegmente 55 des Heizelements 51 sind noch unter Bezugnahme auf Fig. 2 von unterschiedlicher Länge, wobei die oberen Enden 57 der Segmente entlang dem Umfang des Heizelements an dessen Oberkante in der gleichen Ebene liegen und die unteren Enden 59 der Segmente wegen der veränderlichen Länge der Segmente vertikal gegeneinander abgestuft sind. Die unteren Enden 59 der längsten Segmente 65 definieren den Boden des Heizelements 51. Zum Beispiel haben die Heizsegmente 55 des in Fig. 1 gezeigten Heizelements 51 acht unterschiedliche Längen. Die kürzesten Segmente 67 erstrecken sich nach unten bis etwa 71 mm unter die Oberkante des Heizelements 51, während sich die längsten Segmente 65 nach unten bis etwa 400 mm unter die Oberkante des Heizelements erstrecken. Somit ist ersichtlich, dass die ersten 71 mm jedes Heizsegments 55, die sich von der Oberkante nach unten erstrecken, radial einem Teil des Kristallblocks I gegenüberliegen, so dass das Heizelement 51 in der Nähe seiner Oberkante im Wesentlichen den gesamten Umfang des Blocks umgibt. Dagegen liegen die längsten Heizsegmente 65 in der Nähe des Bodens des Heizelements 51 nur auf etwa ein Achtel des Umfangs des Kristallblocks dem Block I radial gegenüber. Somit ist ersichtlich, dass das Heizelement 51 an seinem Oberteil mehr Wärme auf den Kristall strahlt als an seinem Unterteil.
Die Querschnittsflächen der Heizsegmente 55 sind über die Höhe der Segmente im Wesentlichen gleich, so dass der Widerstand längs des Heizelements 51 im Allgemeinen konstant ist. Daher ist die Temperatur der von dem Heizelement 51 abgestrahlten Wärme im Allgemeinen gleichförmig. So kann das Heizelement 51 der vorliegenden Erfindung beispielsweise vorzugsweise Wärme von einer Temperatur in dem Bereich von etwa 1000ºC bis 1100ºC abstrahlen, da es erwünscht ist, die Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks oberhalb 1000ºC, insbesondere in dem Bereich von 1100ºC bis 1000ºC, zu verringern. Es ist auch erwünscht, den Block nicht so weit zu überhitzen, dass er sich wieder erwärmt. Es ist jedoch plausibel, dass die Temperatur je nach der gewünschten Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks aus diesem Bereich herausfallen kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Infolge der unterschiedlichen Längen der Heizsegmente 55 nimmt die Heizleistungsabgabe zum Boden des Heizelements hin allmählich ab.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Segmente 55 so angeordnet, dass die kürzesten Segmente 67 auf einer Seite des Heizelements 51 angeordnet sind und sich die längsten Segmente 65 auf der gegenüberliegenden Seite des Heizelements befinden, wobei die Länge der zwischen den kürzesten und den längsten Segmenten liegenden Segmente allmählich zunimmt. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform eines elektrischen Widerstanderhitzers 21 der vorliegenden Erfindung, bei dem das Heizelement 51 Heizsegmente 55 von vier verschiedenen Längen in dem Bereich von 104 mm bis 350 mm umfasst. Die Segmente 55 sind so angeordnet, dass gleichlange Segmente über dem Umfang des Heizelements 51 in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Es wird auch erwogen, dass Ausbildungen des Heizsegments 57, die von den in Fig. 2 und 6 gezeigten Ausbildungen abweichen, zum Einsatz kommen können, ohne von dem Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen, sofern das Heizelement 51 so profiliert ist, dass die Heizleistungsabgabe von dem Boden des Erhitzers 21 zum Oberteil hin zunimmt.
Bei einer bevorzugten Konstruktionsmethode des Heizelements 51 sind Teile eines aus dem Heizwiderstandsmaterial gebildeten (nicht gezeigten) Rohres weggeschnitten, um eine allgemein abgestufte Ausformung der unteren Enden 59 des Heizsegments 55 zu bilden. Dann werden vertikal verlaufende Schlitze 69, 71 unter Bildung einer Schlangenform in das Rohr eingeschnitten. Die abwärts verlaufenden Schlitze 69 erstrecken sich von der Oberkante des Heizelements 51 nach unten und enden kurz vor den unteren Enden 59 der Segmente 55, wobei benachbarte Segmente an den unteren Enden miteinander verbunden bleiben. Die aufwärts verlaufenden Schlitze 71 erstrecken sich von den unteren Enden 59 der Segmente 55 nach oben und enden kurz vor der Oberkante des Heizelements 51, wobei benachbarte Segmente an den oberen Enden 57 dieser Segmente miteinander verbunden bleiben. Das Abwechseln der abwärts und aufwärts verlaufenden Schlitze 69, 71 längs des Umfangs des Heizelements 51 schafft die schlangenförmige Ausbildung des Heizelements.
Im Betrieb wird polykristallines Silizium ("Polysilizium") in den Tiegel 31 chargiert und durch von dem Tiegelerhitzer 37 abgestrahlte Wärme geschmolzen. Ein Keimkristall 49 wird mit dem geschmolzenem Silizium M in Kontakt gebracht, und ein Einkristallblock I wird durch langsames Herausziehen mit einem Ziehmechanismus gezüchtet. Der wachsende Block beginnt sich mit einer wesentlichen Abkühlungsgeschwindigkeit unmittelbar abzukühlen, wenn er aus der Schmelze nach oben gezogen wird. Der Block I setzt seine Abkühlung mit dieser wesentlichen Geschwindigkeit fort, wenn er durch die untere Kristallwachstumskammer 27 und die obere Ziehkammer 29 nach oben gezogen wird. Wenn der Block I sich dem Boden des Heizelements 51 des Erhitzers nähert, hat sich die Temperatur des wachsenden Blocks von der Anfangstemperatur von etwa 1400ºC an der Grenzfläche Flüssigkeit/Feststoff auf etwa 1100ºC abgekühlt. Da Teile des Blocks I in radiale Ausrichtung mit den längsten Segmenten 65 kommen, wird auf diese Teile Wärme gestrahlt, um die Geschwindigkeit der weiteren Abkühlung zu verringern. Wenn der Block I aufwärts durch das Heizelement 51 gezogen wird, nimmt die Anzahl der Wärme auf den Block strahlenden Heizsegmente 55 allmählich zu. Der allmähliche Anstieg der Heizleistung wirkt den zunehmenden Kühlwirkungen der oberen Ziehkammerseitenwand gleichmäßig entgegen, wenn der Block zur und über die Oberkante des Heizelementes 51 nach oben gezogen wird, wodurch die Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks auf einer im Allgemeinen gleichmäßigen Größe gehalten wird.
Als ein Beispiel wurde eine Finit-Element- Modellanalyse durchgeführt, um das Wachstum eines Paares monokristalliner Siliziumblöcke I nach der Czochralskimethode in einem Kristallziehgerät 23 der oben beschriebenen Art zu simulieren. Das Wachstum des ersten Blocks I wurde ohne den Erhitzer 21 der vorliegenden Erfindung in der oberen Ziehkammer 29 des Ziehgerätgehäuses 25 simuliert. Ein elektrischer Widerstandserhitzer 21 der vorliegenden Erfindung wurde zur Simulierung des Wachstums des zweiten Blocks I modelliert. Mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 wurde in jedem Fall die Temperatur des wachsenden Blocks I entlang der Höhe des Blocks aufgenommen, und es wurden Isothermen aufgezeichnet, um den Abkühlungsverlauf der Blöcke zu zeigen. In Fig. 3 (entsprechend dem ohne den zusätzlichen Erhitzer in der oberen Ziehkammer gewachsenen Block) liegen die Isothermen oberhalb 1000ºC relativ dicht beieinander, wodurch eine hohe Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks I angezeigt wird. Wenn der Erhitzer 21 der vorliegenden Erfindung wie in Fig. 4 gezeigt benutzt wird, haben die Isothermen einen größeren Abstand voneinander, insbesondere in dem Bereich von 1000ºC bis 1100ºC, wodurch die gewünschte langsamere Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks I angezeigt wird.
Ferner wurde der axiale Temperaturgradient des wachsenden Blocks I aufgenommen und über der Temperatur des wachsenden Blocks dargestellt. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. In dem gewünschten Temperaturbereich zwischen 1100ºC und 1000ºC wurde der axiale Temperaturgradient für den Block I, der in dem Ziehgerät 23 mit dem Zusatzerhitzer 21 gezüchtet wurde, nach der Erstarrung auf etwa 0,4ºC/mm reduziert, was wesentlich weniger ist als der axiale Temperaturgradient des Blocks, der in dem Ziehgerät ohne Zusatzerhitzer gezüchtet wurde. Wenn der Erhitzer 21 der vorliegenden Erfindung eingebaut wurde, blieb außerdem der axiale Temperaturgradient in dem gewünschten Temperaturbereich im Allgemeinen unverändert bei etwa 0,4ºC/mm.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der hier beschriebene elektrische Widerstandserhitzer 21 die verschiedenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung befriedigend löst und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Die Schaffung eines in der oberen Kammer des Gehäuses 25 des Kristallziehgeräts angebrachten profilierten Heizelements 21, bei dem die Heizsegmente 55 unterschiedliche, sich abwärts in die Kristallwachstumskammer 27 erstreckende Längen haben, erzeugt ein von dem Boden zu der Oberkante des Erhitzers 21 wachsendes Profil der Heizleistungsabgabe. Die Menge der auf den wachsenden Block I gestrahlten Wärme steigt daher beim Hochziehen des Blocks durch das Heizelement 51. Dies führt zu einer Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks auf eine gewünschte Abkühlungsgeschwindigkeit und behält dann einen relativ gleichmäßigen axialen Temperaturgradienten des Blocks in dem gewünschten Temperaturbereich von 1100ºC bis 1000ºC bei.
Die Aufrechterhaltung eines konstanten axialen Temperaturgradienten von etwa 0,4ºC/mm in diesem Temperaturbereich schafft Vorteile gegenüber einem Temperaturgradienten, der auf ein im Allgemeinen spitzes Minimum unter 0,4ºC/mm abfällt, bevor er wieder ansteigt, nachdem der Block I sich unter 1000ºC hinab abkühlt. Insbesondere, wo der axiale Temperaturgradient des Blocks I auf ein spitzes Minimum, wie etwa unter 0,4ºC/mm abfällt, benötigt die Abkühlungsgeschwindigkeit längere Zeit für den Wiederanstieg, nachdem sich die Blocktemperatur auf 1000ºC abgekühlt hat. Dies führt zu einer erhöhten Gefahr weiterer Agglomerierung von Leerstellen, wodurch sich ein potentiell negativer Effekt auf die GOI des Blocks ergibt. Durch Benutzung des Erhitzers 21 der vorliegenden Erfindung wird über den gewünschten Abkühlungsbereich ein etwas höherer, aber gleichmäßiger axialer Temperaturgradient aufrechterhalten. So wird die Steuerung der Leerstellenagglomerierung erreicht, während gleichzeitig die Zeitspanne reduziert wird, die nötig ist, um die Abkühlungsgeschwindigkeit zu steigern, sobald die Blocktemperatur sich unter 1000ºC hinab abgekühlt hat. Die wesentlich reduzierte Abkühlungsgeschwindigkeit oberhalb 1000ºC lässt genügend Zeit für die radiale Ausdiffusion von Zwischengittereigenatomen aus dem Block, um die Konzentration unter die für die Agglomerierung von Zwischengitterstörstellen erforderliche kritische Konzentration zurückzudrängen.
Da bei den obigen Konstruktionen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, soll die gesamte in der obigen Beschreibung enthaltene oder in der begleitenden Zeichnung dargestellte Materie als beispielhaft und nicht in einem beschränkenden Sinne interpretiert werden.

Claims

1. Elektrischer Widerstandserhitzer zur Benutzung in einem Kristallziehgerät (23) zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke (I) nach der Czochralski-Methode, wobei das Kristallziehgerät (23) ein Gehäuse (25), einen Tiegel (31) in dem Gehäuse (25) für die Aufnahme von geschmolzenem Silizium (M) und einen Ziehmechanismus (45, 47) zum Ziehen eines wachsenden Blocks (I) aus dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben hat, der Erhitzer (21) ein nach Größe und Gestalt zur Anordnung in dem Gehäuse (25) des Kristallziehgeräts (23) im allgemeinen über dem Tiegel (31) mit Abstand zu der Außenfläche des wachsenden Blocks (I) ausgebildetes Heizelement (51) zur Wärmestrahlung auf den Block (I) aufweist, wenn dieser in dem Gehäuse (25) relativ zu dem geschmolzenem Silizium (M) nach oben gezogen wird, das Heizelement (51) ein oberes Ende (57) und ein unteres Ende (59) hat und für eine solche Anbringung in dem Kristallziehgerät (23) eingerichtet ist, daß das untere Ende (59) des in dem Gehäuse (25) angeordneten Heizelements (51) wesentlich näher an dem geschmolzenem Silizium (M) als das obere Ende (57) angeordnet ist, und das Heizelement (51) so eingerichtet ist, daß die von dem Heizelement (51) erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende (59) zu dem oberen Ende (57) des Heizelements (51) allmählich zunimmt,

das Heizelement (51) erste und zweite vertikal ausgerichtete, im allgemeinen nebeneinander angeordnete, elektrisch miteinander verbundene Heizsegmente (55) hat, jedes Segment (55) ein oberes Ende (57) und ein unteres Ende (59) hat und das zweite Segment eine wesentlich größere Länge als das erste Segment hat und relativ zu dem ersten Segment so angeordnet ist, daß bei in dem Gehäuse (25) angeordnetem Heizelement (51) das untere Ende (59) des zweiten Segments näher an dem geschmolzenen Silizium (M) in dem Tiegel (31) als das untere Ende des ersten Segments angeordnet ist.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, bei dem die oberen Enden der ersten und zweiten Segmente (55) an dem oberen Ende (57) des Heizelements (51) im allgemeinen koplanar sind, wobei das untere Ende des zweiten Segments mit dem unteren Ende (59) des Heizelements (51) übereinstimmt.

3. Erhitzer nach Anspruch 2, bei dem das Heizelement (51) mehrere Segmente (55) in einer geschlossenen geometrischen Anordnung umfaßt, die zur Leitung eines elektrischen Stroms durch das Heizelement (51) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Segmente (55) aus einem Werkstoff von solchem elektrischem Widerstand herstellt sind, daß durch den Widerstand der Segmente (55) gegen den Durchfluß des elektrischen Stroms Wärme erzeugt wird.

4. Erhitzer nach Anspruch 3, bei dem das Heizelement (51) aus einem mit Graphitmaterial beschichtetem Siliziumcarbid besteht.

5. Elektrischer Widerstandserhitzer zur Benutzung in einem Kristallziehgerät (23) zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke (I) nach der Czochralski-Methode, wobei das Kristallziehgerät (23) ein Gehäuse (25), einen Tiegel (31) in dem Gehäuse (25) für die Aufnahme von geschmolzenem Silizium (M) und einen Ziehmechanismus (45, 47) zum Ziehen eines wachsenden Blocks (I) aus dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben hat, der Erhitzer (21) ein nach Größe und Gestalt zur Anordnung in dem Gehäuse des Kristallziehgeräts (23) im allgemeinen über dem Tiegel (31) mit Abstand zu der Außenfläche des wachsenden Blocks (I) ausgebildetes Heizelement (51) zur Wärmestrahlung auf den Block (I) aufweist, wenn dieser in dem Gehäuse (25) relativ zu dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben gezogen wird, das Heizelement (51) ein oberes Ende (57) und ein unteres Ende (59) hat, das untere Ende (59) des Heizelements (51) wesentlich näher an dem geschmolzenem Silizium (M) als das obere Ende (57) angeordnet ist, wenn sich das Heizelement (51) in dem Gehäuse (25) befindet, das genannte Heizelement (51) so gebaut ist, daß die durch das Heizelement (51) erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende (59) zu dem oberen Ende (57) des Heizelements (51) allmählich zunimmt,

das Heizelement (51) nach Größe und Gestalt so ausgebildet ist, daß es sich bei Anordnung in dem Kristallziehgerät: (23) um wenigstens einen Teil des Umfangs des Kristallblocks (I) erstreckt, und das obere Ende (57) des Heizelements (51) eine größere Umfangsausdehnung als sein unteres Ende (59) hat, um eine wesentlich größere Umfangsausdehnung des Blocks (I) als das untere Ende (59) des Heizelements (51) zu umgeben.

6. Erhitzer nach Anspruch 5, bei dem das Heizelement (51) die Gestalt eines durch eine zur Längsachse schräge Ebene geschnittenen Rohres hat, wodurch sich das obere Ende (57) des in das Gehäuse (25) eingesetzten Heizelements (51) um den gesamten Umfang des Blocks (I) erstreckt und sich das untere Ende (59) des Heizelements (51) um wesentlich weniger als den gesamten Umfang des Blocks (I) erstreckt.

7. Erhitzer nach Anspruch 5 oder Anspruch 6 in Kombination mit dem Kristallziehgerät (23).

8. Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke (I) nach der Czochralski-Methode, wobei das Kristallziehgerät (23) umfaßt:

ein Gehäuse (25),

einen Tiegel (31) in dem Gehäuse (25) für die Aufnahme von geschmolzenem Silizium (M),

einen Ziehmechanismus (45, 47) zum Ziehen eines wachsenden Blocks (I) aus dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben, und

einen elektrischen Widerstandserhitzer (21) mit einem nach Größe und Gestalt für die Anordnung in dem Gehäuse (25) des Kristallziehgeräts (23) im allgemeinen über dem Tiegel (31) mit Abstand zu der Außenfläche des wachsenden Blocks (I) ausgebildeten Heizelement (51) für die Wärmestrahlung auf den Block (I), wenn dieser in dem Gehäuse relativ zu dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben gezogen wird, wobei das Heizelement (51) ein oberes Ende (57) und ein unteres Ende (59) hat, das untere Ende (59) des Heizelements (51) wesentlich näher an dem geschmolzenen Silizium (M) als das obere Ende (57) angeordnet ist, wenn sich das Heizelement (51) in dem Gehäuse (25) befindet, das genannte Heizelement (51) so eingerichtet ist, daß die von dem Heizelement (51) erzeugte Heizleistungsabgabe von dem unteren Ende (59) zu dem oberen Ende (57) des Heizelements (51) allmählich zunimmt,

das Heizelement (51) erste und zweite vertikal ausgerichtete, im allgemeinen nebeneinander angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Heizsegmente (55) umfaßt, jedes der Heizsegmente (55) ein oberes Ende (57) und ein unteres Ende (59) hat, das zweite Segment eine wesentlich größere Länge als das erste Segment hat und relativ zu dem ersten Segment so angeordnet ist, daß bei in das Gehäuse (25) eingesetztem Heizelement (51) das untere Ende (59) des zweiten Segments näher an dem geschmolzenem Silizium (M) in dem Tiegel (31) als das untere Ende (59) des ersten Segments angeordnet ist.

9. Verfahren zur Steuerung der Konstanz des axialen Temperaturgradienten eines monokristallinen Siliziumblocks (I), der in einem Kristallziehgerät (23) zum Züchten monokristalliner Siliziumblöckse (I) nach der Czochralski-Methode gezüchtet wurde, wobei das Kristallziehgerät (23) ein Gehäuse (25), einen Tiegel (31) in dem Gehäuse (25) zur Aufnahme von geschmolzenem Silizium (M) und einen Ziehmechanismus (45, 47) zum Ziehen eines wachsenden Blocks (I) aus dem geschmolzenen Silizium (M) nach oben hat, mit den Stufen der

a) Überlassung des Blocks (I) der Abkühlung auf eine vorbestimmte erste Temperatur, wenn der Block in dem Gehäuse (25) aus dem geschmolzenem Silizium (M) nach oben gezogen wird,

b) Wärmestrahlung auf den Block (I), wenn dieser in dem Gehäuse (25) weiter nach oben gezogen wird, um die Kühlgeschwindigkeit des Blocks (I) zu verringern, wenn er sich von der ersten Temperatur abkühlt, und

c) allmählichen Vergrößerung der auf den Block (I) gestrahlten Wärmemenge, wenn der Block in dem Gehäuse (25) weiter nach oben gezogen wird, um einen im allgemeinen konstanten axialen Temperaturgradienten des Blocks (I) aufrechtzuerhalten, wenn die Temperatur des Blocks (I) von der ersten Temperatur auf eine vorbestimmte zweite Temperatur abnimmt,

wobei die Stufen der Wärmestrahlung auf den wachsenden Block (I) und der allmählichen Vergrößerung der auf den wachsenden Block (I) bei seinem weiteren Hochziehen in dem Gehäuse (25) gestrahlten Wärme das Hochziehen des wachsenden Blocks (I) an einem in dem Gehäuse (25) im allgemeinen oberhalb des Tiegels (31) angeordneten elektrischen Widerstandserhitzer (21) vorbei umfaßt, wobei der Erhitzer (21) zur Erzeugung einer allmählich zunehmenden Heizleistungsabgabe eingerichtet ist, wenn der Block (I) den Erhitzer (21) aufwärts passiert, um den axialen Temperaturgradienten des Blocks (I) zu verringern und die Konstanz des Temperaturgradienten zu steigern.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Stufen der Wärmestrahlung und der allmählichen Vergrößerung der aufgestrahlten Wärme durchgeführt werden, um den axialen Temperaturgradienten des wachsenden Blocks (I) zu steuern, wenn die Blocktemperatur von etwa 1100ºC auf etwa 1000ºC abnimmt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Stufen der Wärmestrahlung und allmählichen Vergrößerung der aufgestrahlten Wärme durchgeführt werden, um den axialen Temperaturgradienten des wachsenden Blocks (I) bei etwa 0,4ºC/mm zu halten, wenn die Temperatur des Blocks (I) von etwa 1100ºC auf etwa 1000ºC abnimmt.

12. Kristallziehgerät zum Züchten monokristalliner Siliziumblöcke (I) nach der Czochralski-Methode, wobei das Kristallziehgerät (23) umfaßt:

ein Gehäuse (25),

das Heizelement (51) nach Größe und Gestalt so ausgebildet ist, daß es sich um wenigstens einen Teil des Umfangs des Kristallblocks (I) erstreckt, wenn es in dem Kristallziehgerät (23) angeordnet ist, und das obere Ende (57) des Heizelements (51) nach Größe und Gestalt so ausgebildet ist, daß es einen wesentlich größeren Umfangsbereich des Blocks (I) als das untere Ende (59) des Heizelements (51) umgibt.