-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls aus Silicium aus einer in einem Tiegel enthaltenen Schmelze, wobei der Einkristall während des Ziehens von einem Hitzeschild umgeben ist, dessen unteres Ende einen Abstand h von der Oberfläche der Schmelze aufweist, wobei ein Gas im Bereich zwischen dem Einkristall und dem Hitzeschild abwärts, zwischen dem unteren Ende des Hitzeschilds und der Silicium-Schmelze nach außen und anschließend im Bereich außerhalb des Hitzeschilds wieder aufwärts fließt. Gegenstand der Erfindung ist auch ein mit dem Verfahren herstellbarer Einkristall.
-
Es ist bekannt, dass die genannte Art der Züchtung von Einkristallen ein sehr empfindlicher Vorgang ist und Kristallbaufehler in Form von Versetzungen und atomaren Punktfehlern auftreten können. Daneben beobachtet man das Auftreten von makroskopischen Hohlräumen, bei denen es sich um blasenförmige Löcher mit Durchmessern von einigen Mikrometern bis zu Millimetern handelt. Diese sind nicht zu verwechseln mit COPs („crystal originated particles”), die aus agglomerierten atomaren Leerstellen (Vakanzen) gebildet werden und die einen Durchmesser von bis zu einigen hundert Nanometern aufweisen.
-
Der Einbau von Hohlräumen in den wachsenden Einkristall führt nicht zwangsläufig zur Bildung von Versetzungen und bleibt daher in der Regel während des Kristallziehprozesses unerkannt. Erst wenn der Einkristall anschließend in Scheiben geschnitten wird, können die darin eingeschlossenen Hohlräume durch eine visuelle Inspektion erkannt werden. Im Allgemeinen sind nur relativ wenige Siliciumscheiben (im Promillebereich) betroffen, die man durch die visuelle Inspektion ausmustert. Jedoch beobachtet man ein gehäuftes Auftreten bei bestimmten wichtigen Herstellungsprozessen, z. B. bei hochdotierten Kristallen. Außerdem ist es schwierig, kleine Hohlräume mit hundertprozentiger Sicherheit zu detektieren. Es besteht die Gefahr, dass Hohlräume im Inneren der Siliciumscheibe bei der visuellen Inspektion unentdeckt bleiben. Für die Bauelemente herstellenden Kunden ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, nur Scheiben zu erhalten, die keine derartigen Hohlräume aufweisen. Das unkontrollierte Auftreten von makroskopischen Hohlräumen kann zu massiven wirtschaftlichen Einbußen führen. Es ist daher wünschenswert und notwendig, Lösungen zu finden, die die schädlichen Hohlräume deutlich reduzieren oder sogar völlig verhindern.
-
In der
EP756024A2 wird hervorgehoben, dass es von Vorteil ist, anfänglich Bruchstücke aus Silicium und nicht Silicium-Granulat zu schmelzen, weil das Letztere aufgrund eines hohen Wasserstoffgehalts dazu neigt, Blasen zu bilden, die schließlich in den Einkristall eingelagert werden können.
-
In der
US5902394 ist ein Verfahren beschrieben, das die Gasblasen vor der Kristallzüchtung aus der Schmelze treiben soll und im Wesentlichen darin besteht, die Drehgeschwindigkeit des Tiegels zu variieren.
-
In
US6086671 werden Gasblasen in der Schmelze als Versetzungsursache genannt. Diese können unterdrückt werden, indem ein statisches Magnetfeld bereits während des Schmelzens des polykristallinen Materials angelegt wird.
-
DE 10 2007 023 040 A1 beschreibt ein Ziehverfahren, bei dem die Schmelze vor dem Ansetzen des Impfkristalls durch Erhöhung der Temperatur und Anlegen eines statischen Magnetfeldes entgast wird. Die Dauer dieser Entgasungsphase beträgt bis zu zwei Stunden.
-
Auch
US2008/0011222A1 geht davon aus, dass die makroskopischen Hohlräume durch Gasblasen verursacht werden, die während des Aufschmelzens des polykristallinen Halbleitermaterials im Quarzglastiegel entstehen. Entsprechend wird ein verbesserter Schmelzvorgang vorgeschlagen, der mit dem Aufschmelzen mittels eines Seitenheizers beginnt. Danach wird die Schmelze im Bodenbereich des Tiegels weiter aufgeheizt, was die Schmelzenbewegung antreibt und dadurch zur Entgasung der Schmelze führen soll.
-
Es stellte sich jedoch heraus, dass das Auftreten von Hohlräumen durch die beschriebenen Verfahren zur Durchführung der Aufschmelzphase nicht vollständig vermieden werden kann.
-
Gemäß
US6340390B1 wird der Druck in der Kammer der Kristallziehanlage während des Kristallziehens unter 95 mbar sowie unter dem während der Aufschmelzphase herrschenden Druck gehalten. Der niedrige Druck während des Kristallziehens soll zu einer kontinuierlichen Entgasung der Schmelze und somit zur Vermeidung des Einbaus von Gasblasen in den wachsenden Einkristall führen. Allerdings ist der Druck ein wichtiger Parameter für die gesamte Kristallqualität. Beispielsweise werden der Sauerstoffgehalt des Einkristalls und in der Folge das Präzipitations- und somit das Gettervermögen verändert. Eine Reduzierung der makroskopischen Hohlräume durch eine entsprechende Einstellung des Drucks ist daher mit Nachteilen verbunden. Zudem wird in der Praxis nicht immer die beschriebene Wirkung erzielt.
-
Aus
JP2001-261493A geht ein Verfahren zur Herstellung von Silicium-Einkristallen hervor, bei dem die Ziehvorrichtung mit einem Hitzeschild versehen ist. Der Durchmesser am unteren Ende des Hitzeschilds entspricht dem 1,2- bis 2-fachen Durchmesser des Einkristalls. Die radiale Breite des Hitzeschilds an dessen unterem Ende entspricht ebenfalls dem 1,2- bis 2-fachen Durchmesser des Einkristalls.
-
DE 10 040 970 A1 beschreibt ebenfalls eine Kristallziehanlage mit einem Hitzeschild, der den wachsenden Einkristall umgibt.
-
US2007/0089666A1 und
US6228164B1 offenbaren Einkristalle aus Silicium, bei denen die Konzentration des Dotierstoffs Bor 1·10
17 bis 1·10
19 Atome/cm
3 beträgt.
-
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zu Grunde, die Häufigkeit makroskopischer Hohlräume in Silicium-Einkristallen weiter zu reduzieren, ohne die übrigen Kristalleigenschaften zu beeinflussen.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls bestehend aus Silicium aus einer in einem Tiegel enthaltenen Schmelze, wobei der Einkristall während des Ziehens von einem Hitzeschild umgeben ist, dessen unteres Ende einen Abstand h von der Oberfläche der Schmelze aufweist, wobei ein Gas im Bereich zwischen dem Einkristall und dem Hitzeschild abwärts, zwischen dem unteren Ende des Hitzeschilds und der Schmelze nach außen und anschließend im Bereich außerhalb des Hitzeschilds wieder aufwärts fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser DHS des Hitzeschilds an dessen unterem Ende um wenigstens 55 mm größer ist als der Durchmesser DSC des Einkristalls und dass die radiale Breite BHSU des Hitzeschilds an dessen unterem Ende nicht mehr als 20% des Durchmessers des Einkristalls beträgt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben.
-
1 zeigt den schematischen Aufbau einer Kristallziehanlage, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann.
-
2 zeigt eine schematische Anordnung zum Ziehen eines Einkristalls und veranschaulicht die geometrischen Größen, die im Rahmen der Erfindung eine Rolle spielen.
-
1 zeigt schematisch eine Kristallziehanlage gemäß dem Stand der Technik während des Kristallziehprozesses. Ein Tiegel 4, in der Regel bestehend aus Quarzglas, beinhaltet die Silicium-Schmelze 11. Der Tiegel 4 wird von einem Stütztiegel 5 stabilisiert und entweder durch Seitenheizer 7 oder durch Bodenheizer 8 oder durch beide beheizt. Der Silicium-Einkristall 9 wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (Ziehgeschwindigkeit, veranschaulicht durch Pfeil 14) unter Drehung (Pfeil 15) nach oben aus der Schmelze 11 gezogen, wobei der Tiegel 4 ebenfalls rotiert (Pfeil 16) und zwecks Konstanthaltung der Position der Schmelzenoberfläche langsam nach oben nachgefahren wird (Pfeil 17). Tiegel 4 und Einkristall 9 können um die gemeinsame Rotationsachse gleich- oder gegensinnig in Rotation versetzt werden. Die Konvektion in der Schmelze kann optional durch ein Magnetfeld beeinflusst werden, das durch Elektromagnete 6 erzeugt wird. Die Konvektion in der Schmelze ist durch einen Pfeil angedeutet.
-
Der erstarrende Einkristall 9 ist von einem in der Regel rotationssymmetrischen Hitzeschild 2 umgeben, das eine aktive Kühlung 1 beinhalten kann. Hitzeschild 2 und ggf. Kühlung 1 sind in der Regel rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse des Einkristalls 9 angeordnet. Der Hitzeschild hat in der Regel eine Höhe (in vertikaler Richtung gemessen) im Bereich von 200 bis 400 mm.
-
Die gesamte Anordnung befindet sich in einer nicht dargestellten, abgeschlossenen Kammer, die kontinuierlich mit einem Gas gespült wird. Das Gas ist in der Regel ein inertes Gas, meist ein Edelgas wie z. B. Argon. Das Gas wird der Kammer derart zugeführt, dass der Strom 10 des Gases zwischen dem Einkristall 9 und dem Hitzeschild 2 abwärts Richtung Schmelze 11 fließt, anschließend zwischen der Schmelze 11 und dem unteren Ende 3 des Hitzeschilds 2 in den Bereich außerhalb des Hitzeschilds 2 und schließlich im Bereich außerhalb des Hitzeschilds 2 (am Innenrand des Tiegels 4) wieder nach oben, wo es aus der Kammer abgeführt wird.
-
An der von der Schmelze 11 benetzten Innenwand des Tiegels 4 können Gasblasen 12 entstehen, die mit der Konvektion der Schmelze 11 an die Oberfläche der Schmelze 11 sowie zur Kristallisationsfront transportiert werden können. In letzterem Fall werden sie als Hohlräume 13 in den Einkristall 9 eingebaut.
-
Die Erfinder haben festgestellt, dass es zur Vermeidung makroskopischer Hohlräume in Silicium-Einkristallen nicht ausreicht, die Aufschmelzphase des Kristallziehprozesses zu modifizieren. Vielmehr entstehen auch während des gesamten Ziehprozesses an der mit der Silicium-Schmelze 11 in Kontakt stehenden Wand des Quarzglastiegels 4 Gasblasen 12.
-
Die Silicium-Schmelze 11 greift die benetzte Wand des Quarzglastiegels 4 an, was zur Korrosion des Quarzglastiegels 4 führt. Bei der Reaktion wird gasförmiges Siliciummonoxid (SiO) gebildet, d. h. es entstehen Gasblasen 12. Der Dampfdruck von SiO bei einer Temperatur von 1450°C liegt bei etwa 13 mbar. Durch die Korrosion des Quarzglastiegels 4 kann es auch passieren, dass die bereits im Quarzglastiegel 4 vorhandenen Gaseinschlüsse geöffnet werden, was ebenfalls zur Bildung von Gasblasen 12 führt. Die Gasblasen 12 werden durch die Konvektion der Schmelze 11 bis zur freien Oberfläche der Schmelze 11 transportiert, wo ein großer Teil der Gasblasen 12 in die Atmosphäre austritt. SiO schlägt sich staubförmig an gekühlten Anlagenteilen bzw. dem Abgassystem nieder. Ein Teil der Gasblasen 12 gelangt jedoch durch die Konvektion in der Schmelze 11 zur Kristallisationsfront und wird in den wachsenden Einkristall 9 eingebaut, wodurch die oben beschriebenen makroskopischen Hohlräume 13 entstehen.
-
Dabei ist anzumerken, dass bei kleinen Blasen bis 100 μm Durchmesser (die sich anderseits schneller auflösen sollten) der Auftrieb gering ist. Sie werden daher nur mit geringen Auftriebsgeschwindigkeiten (unter 10 cm/s) an die Schmelzenoberfläche getrieben.
-
Wie oben beschrieben wirkt sich eine Veränderung der Strömungsverhältnisse in der Schmelze nicht nur auf den Transport von Gasblasen zur Kristallisationsfront aus, sondern auch auf den Transport gelöster Stoffe wie z. B. Sauerstoff, der ebenfalls durch die Korrosion vom Quarzglastiegel in die Schmelze gelangt und in den wachsenden Einkristall eingebaut wird. In der Regel ist eine Veränderung des Sauerstoffgehalts des Siliciums oder anderer Kristalleigenschaften unerwünscht, sodass die Strömungsverhältnisse in der Schmelze nicht beliebig verändert werden können, um Gaseinschlüsse im Einkristall zu vermeiden.
-
Andererseits haben die Erfinder erkannt, dass in den zuvor genannten Fällen die Gasblasen erst beim Kristallziehen erzeugt werden und dass die Schmelzenströme, die den Transport zum erstarrenden Kristall bewerkstelligen, von größter Bedeutung sind. Die Erfinder haben sodann eine Möglichkeit gefunden, wie sich der Transport der Gasblasen zur Kristallisationsfront weitgehend unabhängig vom Sauerstofftransport in der Schmelze beeinflussen lässt.
-
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch eine geeignete Wahl der Abmessungen des unteren Bereichs des Hitzeschilds 2 (2) die Strömungsverhältnisse gezielt im oberflächennahen Bereich der Schmelze 11 beeinflussen lassen. Dagegen werden die für die Kristallqualität wichtigen Strömungen im Inneren der Schmelze 11 nicht verändert.
-
Erfindungsgemäß ist der Innendurchmesser DHS des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3 um wenigstens 55 mm größer als der Durchmesser DSC des Einkristalls 9. Zudem beträgt die radiale Breite BHSU des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3 nicht mehr als 20% des Durchmessers DSC des Einkristalls 9. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, den Einbau von Gasblasen in den wachsenden Einkristall 9 weitgehend zu unterdrücken, ohne die übrigen Kristalleigenschaften zu verändern. Wird der Innendurchmesser DHS kleiner oder die radiale Breite BHSU größer gewählt, werden vermehrt Hohlräume in den wachsenden Einkristall 9 eingebaut. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser DHS des Hitzeschilds 2 um wenigstens 100 mm kleiner als der Innendurchmesser DTI des Tiegels 4. Besonders bevorzugt ist der Innendurchmesser DHS des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3 um wenigstens 55 mm und nicht mehr als 110 mm größer als der Durchmesser DSC des Einkristalls 9. Die radiale Breite BHSU des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3 ist nach unten nur durch die notwendige Materialdicke des Hitzeschilds beschränkt, die in der Regel nicht weniger als 2 mm betragen kann. Die Höhe des Hitzeschilds liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 400 mm.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass der Durchmesser DSC des Einkristalls 9 der tatsächliche Durchmesser des wachsenden Einkristalls ist. Dieser ist um mehrere Millimeter größer als der Nominaldurchmesser, d. h. der Durchmesser der später aus diesem Einkristall herzustellenden Halbleiterscheiben.
-
Im Gegensatz zu den meisten im Stand der Technik vorgeschlagenen Verfahren zur Reduzierung des Einbaus von Gasblasen wirkt die vorliegende Erfindung nicht nur vor dem Beginn des eigentlichen Kristallziehprozesses (z. B. beim Aufschmelzen des polykristallinen Siliciums), sondern während des gesamten Ziehprozesses und insbesondere auch während des Ziehens des zylindrischen Kristallteils, der später in Scheiben aufgetrennt wird, die für die Herstellung elektronischer Bauelemente verwendet werden.
-
Im Wesentlichen wird durch die spezielle Geometrie des Hitzeschilds der Gasstrom über der Schmelze und damit die Temperatur an der Oberfläche der Schmelze verändert. Die Strömungsverhältnisse an der Oberfläche der Schmelze ändern sich dadurch derart, dass der Transport der schädlichen Gasblasen zum erstarrenden Kristall unterdrückt wird.
-
Die erfindungsgemäße Geometrie des Hitzeschilds wirkt sich wie beschrieben direkt auf die Strömungsverhältnisse des Gases über der Schmelze und damit indirekt auf die Temperatur- und Konvektionsverhältnisse in der Schmelze aus. Es hat sich gezeigt, dass die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn auch der Fluss des Gases und der in der Kammer herrschende Druck geeignet gewählt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Quotient aus dem Fluss des Gases und dem in der Kammer herrschenden Druck im Bereich von 20 bis 500 (L/h)/mbar liegt, besonders bevorzugt ist ein Bereich von 20 bis 50 (L/h)/mbar. Unter Beachtung des vorgenannten Verhältnisses kann der Fluss des Gases 500 bis 8000 L/h und der Druck in der Kammer 10 bis 80 mbar betragen.
-
Weiterhin ist bevorzugt (2), dass der Abstand h zwischen dem unteren Ende 3 des Hitzeschilds 2 und der Oberfläche der Silicium-Schmelze 11 im Bereich von 10 bis 40 mm liegt.
-
Durch Simulationsrechnungen konnte ermittelt werden, dass durch die erfindungsgemäße Geometrie des unteren Endes des Hitzeschilds sowie durch die oben angegebenen Bereiche für Druck, Gasfluss und Abstand zwischen Schmelze und Hitzeschild vergleichsweise niedrige Strömungsgeschwindigkeiten des Gases über der Schmelze erreicht werden. Der Maximalwert der Strömungsgeschwindigkeit des Gases sollte vorzugsweise 30 m/s nicht überschreiten.
-
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, wenn Tiegel und Einkristall während des Kristallziehens um eine gemeinsame Achse gegensinnig rotieren und wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 0,25 bis 25 Umdrehungen pro Minute beträgt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Einkristalls liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 25 Umdrehungen pro Minute, hat aber keinen wesentlichen Einfluss auf den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Kristallhub (Ziehgeschwindigkeit) liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 2,0 mm/min und ist ebenfalls von untergeordneter Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Der Durchmesser DTI des Tiegels 4 (2) ist vorzugsweise zwei- bis viermal so groß wie der Durchmesser DSC des Einkristalls 9.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Silicium-Einkristallen, die im Wesentlichen frei von makroskopischen Hohlräumen sind oder die zumindest deutlich weniger derartige Hohlräume enthalten als gemäß dem Stand der Technik gezogene Einkristalle.
-
Die größten Probleme bereiteten bisher Einkristalle mit hohen Dotierstoffkonzentrationen. Die Häufigkeit des Auftretens makroskopischer Hohlräume nimmt zudem mit steigendem Kristalldurchmesser zu. Bei hochdotierten Silicium-Einkristallen haben die Hohlräume typischerweise Durchmesser im Mikrometerbereich (etwa 10–100 μm). Die Dotierstoffkonzentration der betroffenen Kristalle liegt bei 1·1017 bis 1·1020 cm–3 (Atome pro Kubikzentimeter). Im Fall einer Dotierung vom n-Typ werden vorzugsweise Antimon, Arsen oder roter Phosphor als Dotierstoff verwendet. Die typischen Dotierstoffkonzentrationen liegen im Fall von Antimon im Bereich von 1·1017 bis 5·1018 cm–3, im Fall von Arsen im Bereich von 5·1018 bis 5·1019 cm–3 und im Fall von Phosphor im Bereich von 5·1019 bis 5·1020 cm–3.
-
Quarzglastiegel mit einer Innenschicht, die mit einer Bariumverbindung, beispielsweise Bariumcarbonat vergütet ist, sind besonders korrosionsbeständig gegenüber der hochdotierten Silicium-Schmelze. Um eine hohe versetzungsfreie Kristallausbeute zu erzielen, werden daher ausschließlich derartige Tiegel für die Herstellung hochdotierter Einkristalle verwendet. Gerade bei diesen Tiegeln treten jedoch besonders häufig Gasblaseneinschlüsse auf, sodass bisher beispielsweise mehr als jede tausendste Scheibe aus mit Arsen hochdotierten (n++) Einkristallen mit einem Durchmesser von 150 mm einen makroskopischen Hohlraum aufwies. Dies entspricht einer Konzentration makroskopischer Hohlräume von mehr als 80 m–3. Das erfindungsgemäße Verfahren senkt die Häufigkeit des Auftretens makroskopischer Hohlräume in derartigen Einkristallen deutlich ab.
-
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf einen Einkristall bestehend aus Silicium mit einem Durchmesser von wenigstens 100 mm, einer Kristallorientierung (100) oder (111), einer Dotierstoffkonzentration eines Elements der dritten oder fünften Hauptgruppe des Periodensystems von 1·1017 bis 1·1020 cm–3 und einer Sauerstoffkonzentration von 4·1017 bis 9·1017 cm–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration von Hohlräumen mit einem Durchmesser von wenigstens 50 μm im Einkristall nicht mehr als 50 m–3 beträgt.
-
Vorzugsweise sind die Dotierstoffe Antimon, Arsen oder Phosphor, wobei Antimon und Arsen besonders bevorzugt sind.
-
Die Konzentration der makroskopischen Hohlräume, d. h. der Hohlräume mit einem Durchmesser von 50 μm oder mehr (bis zu etwa 1 mm) kann durch eine visuelle Inspektion der auf herkömmliche Art und Weise aus den Einkristallen hergestellten Siliciumscheiben ermittelt werden. Ist die Anzahl der untersuchten Siliciumscheiben ausreichend groß, beispielsweise 50.000 oder mehr, kann aus der Statistik die zu Grunde liegende Dichte der makroskopischen Hohlräume im Einkristall zuverlässig bestimmt werden.
-
Beispiele und Vergleichsbeispiele
-
Mit dem Tiegelziehverfahren nach Czochralski wurden weit über 100 Siliciumeinkristalle der Orientierung (111) und (100) mit Nominaldurchmessern von 100, 125 und 150 mm gezogen. Die Dotierung erfolgte mit Arsen (As) oder Antimon (Sb). Die Daten für den tatsächlichen Durchmesser (DSC) des gezogenen Einkristalls, Kristallorientierung und Dotierung (Dotierstoff und Konzentration CDot des Dotierstoffs) sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Dotierstoffkonzentration variiert aufgrund der Segregation innerhalb eines Einkristalls in axialer Richtung. Die angegebene Konzentration CDot ist die maximale in jedem der Einkristalle auftretende Konzentration des Dotierstoffs.
-
Für die Versuche wurden an der Innenseite mit Bariumcarbonat (BaCO3) beschichtete Quarzglastiegel 4 verwendet. Der Innendurchmesser DTI des Tiegels 4 ist ebenfalls in der Tabelle angegeben. Als Ausgangsmaterial wurde polykristalliner Reinstsiliciumbruch verwendet, der per Hand in die Tiegel eingerichtet wurde.
-
Es wurde eine Kristallziehanlage verwendet, die der Darstellung in 1 entspricht. Der Ziehprozess wurde ohne Magnetfeld durchgeführt. Die Beheizung erfolgte ausschließlich durch die Seitenheizer 7. Es kam ein aus Molybdän bestehender Hitzeschild 2 ohne Kühler 1 zum Einsatz, dessen Abmessungen in der Tabelle angegeben sind. Dabei steht DHS für den Innendurchmesser des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3 und BHSU für die radiale Breite des Hitzeschilds 2 an dessen unterem Ende 3.
-
Neben den oben bereits beschriebenen Größen enthält die nachfolgende Tabelle auch die für den jeweiligen tatsächlichen Kristalldurchmesser DSC erfindungsgemäß maximal zulässige Breite BHSU,max (entsprechend 20% des tatsächlichen Durchmessers DSC des wachsenden Einkristalls) sowie den erfindungsgemäß minimal zulässigen Innendurchmesser DHS,min des Hitzeschilds (55 mm mehr als der tatsächliche Durchmesser DSC des wachsenden Einkristalls), jeweils an seinem unteren Ende.
-
Die letzte Spalte enthält die Konzentration c
PH von Hohlräumen mit einem Durchmesser von wenigstens 50 μm in den gezogenen Einkristallen. Dazu wurden jeweils mehr als 50.000 Siliciumscheiben aus den gezogenen Einkristallen entnommen und mittels visueller Inspektion untersucht.
| Beispiel | DSC [mm] | Orientierung | Dotierstoff | c [1018 at/cm3] | [mm] | BHSU,max [mm] | DHS [mm] | DHS,min [mm] | cPH [m–3] |
| 1a | 104 | (111) | Sb | 0,8 | 22 | 20,8 | 140 | 159 | 56 |
| 1b | 104 | (111) | Sb | 0,8 | 20 | 20,8 | 180 | 159 | 25 |
| 2a | 104 | (111) | As | 7,8 | 22 | 20,8 | 140 | 159 | 78 |
| 2b | 104 | (111) | As | 7,8 | 20 | 20,8 | 180 | 159 | 49 |
| 3a | 129 | (111) | As | 7,8 | 20 | 25,8 | 180 | 184 | 81 |
| 3b | 129 | (111) | As | 7,8 | 15 | 25,8 | 210 | 184 | 16 |
| 4a | 154 | (100) | As | 7,8 | 35 | 30,8 | 200 | 209 | 91 |
| 4b | 154 | (100) | As | 7,8 | 15 | 30,8 | 210 | 209 | 49 |
-
Die für die Erfindung relevanten Abmessungen des Hitzeschilds entsprechen im Fall der Vergleichsbeispiele 1a, 2a, 3a und 4a nicht den erfindungsgemäßen Vorgaben. So ist in den Vergleichsbeispielen 1a, 2a und 4a die radiale Breite BHSU des Hitzeschilds an seinem unteren Ende größer als der erfindungsgemäß maximal zulässige Wert BHSU,max. Zudem ist in allen Vergleichsbeispielen der Innendurchmesser DHS des Hitzeschilds an seinem unteren Ende kleiner als der erfindungsgemäß minimal zulässige Wert des Innendurchmessers DHS,min. Abgesehen von den zwei in der Tabelle aufgeführten geometrischen Parametern des Hitzeschilds wurden die zusammengehörigen Paare von Vergleichsbeispielen und Beispielen (1a und 1b; 2a und 2b; 3a und 3b; 4a und 4b) unter vollkommen identischen Bedingungen durchgeführt.
-
Dagegen sind im Fall der Beispiele 1b, 2b, 3b und 4b alle erfindungsgemäßen Vorgaben erfüllt. Dies führt in jedem einzelnen Fall zu einer deutlichen Abnahme des Auftretens makroskopischer Hohlräume. Insbesondere wird in allen Beispielen der in Anspruch 9 festgelegte Maximalwert für das Auftreten makroskopischer Hohlräume unterschritten. Dies ist in den Vergleichsbeispielen nicht der Fall. Somit ist klar ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Durchführung des Ziehverfahrens zu einer deutlich reduzierten Häufigkeit makroskopischer Hohlräume führt, die im erfindungsgemäßen Bereich liegt.
