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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung
für einen Siliziumeinkristall oder dergleichen, der einen
Werkstoff für einen Halbleiterwafer bereitstellt; insbesondere betrifft
sie eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung, die ein
Czochralski-Verfahren benutzt.
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STAND DER TECHNIK
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Für
integrierte Halbleiterschaltungen wird ein Siliziumwafer mit einer
vorgeschriebenen Sauerstoffkonzentration benötigt, um Schutz
gegen Schwermetallkontaminationen zu bieten oder die verschiedenen
Qualitätsarten und die Ausbeute zu verbessern, und der
Siliziumeinkristall, bei welchem es sich um einen Werkstoff für
einen solchen Siliziumwafer handelt, kann mit einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung
hergestellt werden, welche das Czochralski-Verfahren benutzt (nachstehend
als „CZ-Vorrichtung" bezeichnet).
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Bei
dieser CZ-Vorrichtung wird ein Rohstoff für den Einkristall
in einen Tiegel eingefüllt, der im Innern einer Kammer
angeordnet ist, und in die Kammer wird reaktionsträges
(inertes) Spülgas eingeleitet, während der Rohstoff
mit einem außerhalb des Tiegels bereitgestellten Heizelement
erhitzt und geschmolzen wird. Ein Keimkristall wird ganz in diese geschmolzene
Schmelze eingetaucht und hernach nach oben gezogen und gleichzeitig
gedreht, um an seinem unteren Ende einen Einkristall zu züchten.
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Der
größte Teil der Sauerstoffmenge in dem unter Verwendung
der obenerwähnten CZ-Vorrichtung hergestellten Siliziumeinkristall
stammt aus dem als Werkstoff für den Tiegel benutzten Quarz.
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Anders
gesagt: An einer Kontaktfläche, an welcher die Siliziumschmelze
und die Innenoberfläche des Tiegels bei hoher Temperatur
miteinander in Kontakt stehen, reagiert der Quarz (SiO2)
in dem Tiegelwerkstoff stets mit dem Silizium (Si) in der Schmelze,
und flüchtiges Siliziumoxid (SiO) wird als eluierter Sauerstoff
von der Tiegeloberfläche in die Schmelze eluiert. Dieser
eluierte Sauerstoff wird von der Oberfläche der Schmelze
als flüchtiges SiO verdampft, während er durch
die erzwungene Konvektion der Schmelze aufgrund der Drehung des
Tiegels, die thermische Konvektion aufgrund der Temperaturverteilung
in dem Tiegel und der Schmelze in dem Tiegel (nachfolgend als „Temperaturverteilung
im Tiegel" bezeichnet) und dergleichen gerührt wird, und ein
Teil des eluierten Sauerstoffs wird an die Wachstumsgrenzfläche
des Einkristalls, der nach oben gezogen wird, transportiert und
in den Einkristall aufgenommen.
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Es
sei angemerkt, daß während der tatsächlichen
Herstellung des Siliziumeinkristalls die in den Einkristall aufgenommene
Sauerstoffmenge auf komplizierte Weise von diversen Herstellungsbedingungen
abhängt, wie etwa von der SiO-Reaktionsgeschwindigkeit,
den Spülgasbedingungen, der Restmenge der Schmelze, den
Heizbedingungen des Heizelements und dergleichen, so daß es äußerst schwierig
ist, den Einkristall mit hoher Ausbeute innerhalb einer vorgeschriebenen
Sauerstoffkonzentration herzustellen.
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Als
Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in einem Siliziumeinkristall
sind herkömmlich bereits ein das Verhältnis zwischen
der Drehgeschwindigkeit des Tiegels und der Sauerstoffkonzentration
in der Schmelze berücksichtigendes Verfahren, ein das Verhältnis
zwischen Druck, Durchflußrate, Fließgeschwindigkeitsbedingungen
des Spülgases und der verdampften SiO-Menge beachtendes
Verfahren, ein dem angelegten Magnetfeld im Tiegel und der Sauerstoffkonzentration
in der Schmelze Beachtung schenkendes Verfahren und dergleichen
vorgeschlagen und implementiert worden.
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In
der Patentliteratur 1 bis 4 werden ferner als vielversprechendes
Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentration, das die obenerwähnten Verfahren
ersetzen kann, ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, die
nachstehend umrissen werden und mehrere Heizelemente benutzen, um
die obenerwähnte „Temperaturverteilung im Tiegel"
und dadurch auch die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall,
der nach oben gezogen wird, zu steuern.
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Die
Patentliteratur 1 offenbart eine Vorrichtung, bei welcher mehrere
Heizelemente vertikal in Stufen am seitlichen Umfang des Tiegels
entlang bereitgestellt sind und jedes dieser Heizelemente gemäß dem
Fortschritt beim Hochziehen des Einkristalls auf angemessene Weise
mit elektrischem Strom versorgt wird, wodurch die eluierte Sauerstoffmenge und
die Sauerstoffelutionsregion geeignet gesteuert werden, um die Sauerstoffkonzentration
in dem Einkristall innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs zu
halten. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß während
der ersten Hälfte des Einkristall-Herstellungsprozesses
die Schmelze am Boden des Tiegels für eine Weile verfestigt
wird, um die Menge des vom Boden des Tiegels eluierten Sauerstoffes
zu steuern.
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Die
Patentliteratur 2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls
mit der beabsichtigten Sauerstoffkonzentration mit hoher Ausbeute durch
Unterdrücken der eluierten Sauerstoffmenge am Boden des
Tiegels, indem mehrere Heizelemente vertikal in Stufen am seitlichen
Umfang des Tiegels entlang bereitgestellt werden und der Oberflächenpegel
der Schmelze innerhalb der Heizregion für das oberste Heizelement
gehalten wird, während das Verhältnis zwischen
der Leistung des obersten Heizelements und der Leistung aller anderen
Heizelemente auf einen vorgeschriebenen Wert oder höher gesetzt
und die Temperatur am Boden des Tiegels immer unter der Temperatur
im oberen Abschnitt des Tiegels gehalten wird.
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Die
Patentliteratur 3 offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls
unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein Abschirmglied aufweist,
das zur feinen Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium
dient, indem die Leistungen mehrerer Heizelemente, die am seitlichen
Umfang und am Boden des Tiegels entlang bereitgestellt sind, unabhängig
voneinan der gesteuert werden, wodurch von dem obenerwähnten
Abschirmglied verhindert wird, daß die Hochtemperaturregion
in der Schmelze auf die Hochtemperaturseite zu verschoben wird.
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Die
Patentliteratur 4 offenbart eine Erfindung zum Steuern der Sauerstoffkonzentration
in dem Siliziumeinkristall, indem vertikal an der Seite des Quarztiegels
entlang in drei Stufen Heizelemente bereitgestellt werden, der elektrische
Widerstand für die jeweiligen Heizelemente variiert wird
und die jeweiligen Heizelemente von einer gemeinsamen Stromversorgung
mit elektrischem Strom versorgt werden, wodurch die in den jeweiligen
Heizelementen erzeugte Wärmemenge variiert wird.
- Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Auslegeschrift
Nr. 62-153191
- Patentliteratur 2: Japanisches
Patent Nr. 3000923
- Patentliteratur 3: Japanisches
Patent Nr. 2681115
- Patentliteratur 4: Japanische
Patentanmeldungs-Auslegeschrift Nr. 2001-39792
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Von
der Erfindung zu lösende Aufgaben
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Es
sei angemerkt, daß sich in den letzten Jahren mit der zunehmenden
Diversifizierung integrierter Halbleiterschaltungen die Nachfrage
nach Siliziumwafern mit einem weit größeren Sauerstoffkonzentrationsbereich,
als herkömmlich nachgefragt, verstärkt hat, so
daß der Bedarf an einer CZ-Vorrichtung, die Siliziumeinkristalle
erzeugen kann, die eine derartige Vorgabe bei niedrigen Kosten erfüllt,
gestiegen ist.
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Werden
in dieser Situation ein Verfahren, das die Beziehung zwischen der
obenerwähnten Drehgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration
in der Schmelze ausnutzt, und das Verfahren, das die Spülgasbedingungen
ausnutzt, eingesetzt, entsteht das Problem, daß der Bereich
zum Steuern der Sauerstoffkonzentration zu schmal ist, so daß Siliziumeinkristalle
des obenerwähnten weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs
nicht mit guter Ausbeute hergestellt werden können.
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Wird
ein Verfahren eingesetzt, das einen Magnetfeldgenerator nutzt, entsteht
das Problem, daß die Vorrichtung teuer ist und beträchtlichen
Platz für die Installation benötigt; weiterhin
sind die Wartungskosten hoch, so daß sich die Siliziumeinkristalle
nicht kostengünstig herstellen lassen.
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Außerdem
können die in den vier obenerwähnten Literaturverweisen
angegebenen Erfindungen zwar die bei den obenerwähnten
Verfahren auftretenden Probleme bis zu einem gewissen Grade lösen,
jedoch haben sie sich für die Herstellung von Siliziumeinkristallen
des weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs, wie sie derzeit nachgefragt
werden, mit hoher Ausbeute als unzulänglich erwiesen.
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Bei
der Verwendung einer Vorrichtung, die mehrere Heizelemente benutzt,
ist es für die Herstellung von Siliziumeinkristallen des
obenerwähnten weiten Sauerstoffkonzentrationsbereichs mit
hoher Ausbeute von essentieller Bedeutung, die „Temperaturverteilung
im Tiegel" aktiv zu steuern, um in einer vorgeschriebenen Menge
und an einem vorgeschriebenen Ort eluierten Sauerstoff zu erzeugen
und diesen eluierten Sauerstoff mittels einer adäquat ausgebildeten
thermischen Konvektion zu einer vorgeschriebenen Region zu transportieren.
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Bei
allen in den obenerwähnten Literaturverweisen angegebenen
Erfindungen überlappen sich jedoch die einzelnen Heizregionen
der einzelnen benachbarten Heizelemente, und auch wenn die Leistungen
der jeweiligen Heizelemente unabhängig voneinander geändert
werden, kann die „Temperaturverteilung im Tiegel" nicht
aktiv eingestellt werden, so daß es schwierig ist, zur
Herstellung eines Siliziumeinkristalls mit hoher Ausbeute über
einen weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich hinweg eine präzise Steuerung
durchzuführen.
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Zum
Beispiel wird bei dem in der obenerwähnten Patentliteratur
4 angegebenen Verfahren der Widerstandswert für ein bestimmtes
Heizelement variiert, um die in dem fraglichen Heizelement erzeugte
Wärmemenge zu variieren, und der Änderungsbereich
der Temperaturverteilung entlang der Wachstumsrichtung des Einkristallsiliziums
wird durch die Höhe der einzelnen Heizelemente und deren
Anzahl bestimmt, und die „Temperaturverteilung im Tiegel"
kann nicht we sentlich verändert werden. Daher ist der Bereich
zum Steuern der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium
nicht hinreichend weit, und die Ausbeute eines Halbleitererzeugnisses
ist nicht zufriedenstellend.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der obenerwähnten
Probleme gemacht, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung
zu schaffen, welche unter Verwendung mehrerer Heizelemente zum Steuern
der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristallsilizium die Heizregionen
für die mehreren, vertikal benachbarten Heizelemente lokalisiert
und die Temperaturverteilung in dem Tiegel und der Schmelze in dem
Tiegel mit guter Steuerbarkeit herstellt, so daß innerhalb
eines vorgeschriebenen Standardbereiches der Sauerstoffkonzentration
Einkristalle mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen
mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit guter Ausbaute und dennoch
kostengünstig hergestellt werden können.
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Mittel zur Lösung
der Aufgabe
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Um
die oben dargelegte Aufgabe zu lösen, stellt eine erste
Erfindung eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung bereit,
welche das Czochralski-Verfahren benutzt und einen Tiegel zum Sammeln
von Schmelze des Rohstoffs eines Halbleitereinkristalls sowie mehrere
Heizelemente, die zum Heizen und Schmelzen des Rohstoffs außerhalb
des Tiegels vertikal angeordnet sind, umfaßt, wobei in
einem Raum zwischen einer außerhalb der mehreren Heizelemente
angeordneten und den Heizelementen zugewandten Substanz und dem
Tiegel, oder in der Umgebung dieses Raums, eine Wärmeabschirmung bereitgestellt
ist.
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Eine
zweite Erfindung umfaßt die erste Erfindung, wobei die
Substanz, die außerhalb der mehreren Heizelemente angeordnet
ist und den mehreren Heizelementen zugewandt ist, ein wärmeisolierender Werkstoff
ist.
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Eine
dritte Erfindung umfaßt die erste Erfindung, wobei die
Wärmeabschirmung in dem Spalt zwischen den Heizelementen
oder in der Nähe dieses Spaltes angeordnet ist.
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Eine
vierte Erfindung umfaßt die erste Erfindung oder die zweite
Erfindung, wobei die jeweiligen Heizelemente unabhängig
voneinander mit elektrischer Energie versorgt werden und die Wärmeabschirmung
an einer Position in der Nähe des Bereichs angeordnet ist,
wo die Menge der erzeugten Wärme im Verhältnis
zu den von allen Heizelementen erzeugten, verteilten Wärmemengen
relativ niedrig ist.
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Eine
fünfte Erfindung umfaßt die vierte Erfindung,
wobei der Bereich, wo die erzeugte Wärmemenge gering ist,
bereitgestellt wird, in dem für das auf der oberen Seite
angeordnete Heizelement ein Widerstandswert für die jeweiligen
Heizelementabschnitte dergestalt eingestellt wird, daß die
im unteren Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge geringer
als die im oberen Heizelementabschnitt erzeugte Wärmemenge
ist, und für das auf der unteren Seite angeordnete Heizelement
der Widerstandswert für die jeweiligen Heizelementabschnitte
dergestalt eingestellt wird, daß die im oberen Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge geringer als die im unteren Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge ist.
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Eine
sechste Erfindung umfaßt eine der ersten bis fünften
Erfindung, wobei die Wärmeabschirmung um den gesamten Umfang
des Tiegels herum bereitgestellt ist.
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Eine
siebte Erfindung umfaßt eine der ersten bis fünften
Erfindung, wobei das Material, welches die Wärmeabschirmung
bildet, einen Graphitfaserwerkstoff oder Graphit enthält.
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Eine
achte Erfindung umfaßt einen Graphittiegel zur Anwendung
in der Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der
ersten Erfindung, wobei außerhalb des Tiegels eine oder
mehrere Wärmeabschirmungen bereitgestellt sind.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der
ersten und der zweiten Erfindung ist in dem Raum zwischen einer
außerhalb der mehreren Heizelemente angeordneten und den
Heizelementen zugewandten Substanz und dem Tiegel, oder in der Umgebung
dieses Raums, eine Wärmeabschirmung bereitgestellt, so
daß die Direktionalität (Richtwirkung) der von
dem Heizelement abgestrahlten Wärme verbessert werden und
die Heizregion des Heizelements lokalisiert werden kann. Dadurch kann
die Temperaturverteilung im Tiegel und in der Schmelze im Tiegel
(die „Temperaturverteilung im Tiegel") aktiv betrieben
werden.
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Gemäß der
dritten Erfindung, wie in 1 gezeigt,
ist eine Wärmeabschirmung 20 so angeordnet, daß die
jeweiligen Heizbereiche für benachbarte Heizelemente 4a, 4b räumlich
eingegrenzt werden können, und eine Wärmeabschirmung 21 ist
so angeordnet, daß die jeweiligen Heizbereiche für
benachbarte Heizelemente 4b, 4c räumlich
eingegrenzt werden können, so daß die Temperaturverteilung
in dem Tiegel aktiv betrieben werden kann.
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Gemäß der
vierten Erfindung werden die jeweiligen Heizelemente unabhängig
mit elektrischer Energie versorgt, und die Wärmeabschirmung
ist an einer Position in der Nähe des Bereiches angeordnet, bei
dem die Menge der erzeugten Wärme im Vergleich zu der verteilten
Menge der von allen Heizelementen erzeugten Wärme relativ
gering ist, wodurch die Richtwirkung der Wärmestrahlung
in einem vorgegebenen Bereich für das Heizelement verbessert werden
kann.
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Gemäß der
fünften Erfindung, wie in 10 gezeigt,
ist die Wärmeabschirmung im wesentlichen im mittleren Abschnitt
in der Umgebung des Außenumfangs des Heizelements im mittleren
Bereich bereitgestellt, wo die im Heizelement erzeugte Wärmemenge
relativ gering ist, so daß der obere Bereich des Tiegels
von dem Seiten-Heizelement der oberen Stufe auf eine hohe Temperatur
erhitzt werden kann, während der untere Bereich des Tiegels
von dem Seiten-Heizelement der unteren Stufe auf eine hohe Temperatur
erhitzt werden kann, wodurch die Richtwirkung der Wärmestrahlung
von den Seiten-Heizelementen der oberen und der unteren Stufe verbessert
werden kann, so daß die Temperaturverteilung im Tiegel
aktiv betrieben werden kann.
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Gemäß der
sechsten Erfindung, wie zum Beispiel in 1 gezeigt,
sind Wärmeabschirmungen 20, 21 um den
gesamten Umfang des Tiegels 3 herum bereitgestellt, so
daß der Wärmeabschirmungseffekt ausreichend ausgeübt
werden kann.
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Gemäß der
siebten Erfindung verfügt der für die Wärmeabschirmung
benutzte Werkstoff über hohe Wärmeisolationseigenschaften
und ist thermisch stabil, so daß die gegenseitige thermische
Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen wirksam unterdrückt
und die Kontaminierung des Einkristalls vermieden werden kann.
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Gemäß der
achten Erfindung, soweit diese auf die erste Erfindung angewendet
wird, kann die Temperaturverteilung in dem Tiegel für den
Graphittiegel wirksam gesteuert werden, da die Wärmeabschirmung
außerhalb des Graphittiegels bereitgestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse für die Sauerstoffkonzentrationen
auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration aus einem
Vergleichsexperiment zwischen einer Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Vorrichtung
darstellt,
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3 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse für die Sauerstoffkonzentrationen
auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration aus
einem Vergleichsexperiment zwischen der Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Vorrichtung
darstellt, 4 ist eine Entwurfszeichnung
zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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5 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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7 ist
eine Querschnitts-Entwurfsansicht zur Veranschaulichung von Wärmeabschirmungen, die
Wärmeabschirmungsblocks benutzen, gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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8 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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9 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Heizelementstruktur
bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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10 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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11 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer Heizelementstruktur
bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZAHLEN
UND-ZEICHEN IN DEN ZEICHNUNGEN
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- A
bis C, H, J
- Heizregion
für ein Heizelement bei der herkömmlichen Vorrichtung
- D
bis F, G, I
- Heizregion
für ein Heizelement bei der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung
- G1
bis G4
- Strömungsrichtung
des Spülgases
- 1
- CZ-Vorrichtung
- 3
- Tiegel
- 3a
- Quarztiegel
- 3b
- Graphittiegel
- 3c
- Kontaktfläche
- 4
- Seiten-Heizelement
- 5
- Wärmeisolator
- M6
- Spülgasrektifizierglied
- 7
- Hochziehmechanismus
- 8
- Siliziumschmelze
- 9
- Tragende
Welle
- 10
- Siliziumeinkristall
- 14
- Boden-Heizelement
- 20
bis 25, 80, 100
- Wärmeabschirmung
- 20a
- Wärmeabschirmungsblock
-
-
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Nachstehend
werden anhand der Zeichnungen eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung und
ein Graphittiegel, die zu der vorliegenden Erfindung gehören,
beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist
eine Querschnittsansicht der Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung
zur Veranschaulichung der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Die
CZ-Vorrichtung 1 umfaßt im Wesentlichen einen
in einer Kammer 2 angeordneten Tiegel 3, ein um
den Außenumfang des Tiegels 3 herum bereitgestelltes
Seiten-Heizelement 4, einen um den Außenumfang
des Seiten-Heizelements 4 bereitgestellten Wärmeisolator 5,
ein in der Umgebung des Tiegels 3 angeordnetes Spülgasrektifizierglied 6 und einen
Einkristall-Hochziehmechanismus 7.
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Der
Tiegel 3 weist eine doppelte Struktur auf, die einen Tiegel 3a aus
Quarz (SiO2) zum Sammeln von Siliziumschmelze 8 in
dessen Inneren sowie einen Tiegel 3b aus Graphit (Kohlenstoff),
der von der Gestalt her analog zu dem Quarztiegel 3a ist,
welcher in diesen eingepaßt ist, umfaßt. An einer
Kontaktfläche 3c befindet sich die Schmelze 8 in
Kontakt mit der Innenoberfläche des Quarztiegels 3a.
Außerdem wird der Boden des Tiegels 3 von einer
tragende Welle 9 getragen, die drehbar und anhebbar ist,
wodurch der Tiegel 3 gedreht werden kann, um eine erzwungene
Konvektion der Schmelze 8 zu verursachen und die Oberfläche 8a der
Schmelze während der Herstellung eines Siliziumeinkristalls 10 auf
einem im Wesentlichen gleichbleibenden Niveau zu halten.
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Das
Seiten-Heizelement 4 umfaßt drei Heizelemente:
ein oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und
ein unteres Heizelement 4c. Bei den jeweiligen Heizelementen
handelt es sich um zylinderförmige Graphitheizelemente,
die alle denselben Innendurchmesser und Außendurchmesser
sowie eine vorgeschriebene Wanddicke aufweisen, konzentrisch mit
dem Tiegel 3 um die Seite des Tiegels 3 herum
angeordnet sind und dabei in vertikaler Richtung einen vorgeschriebenen
Abstand zueinander einhalten. Außerdem sind sie nahe an
der Außenumfangs-Seitenfläche des Graphittiegels 3b angeordnet,
so daß der Tiegel 3 effizient erhitzt werden kann.
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Als
Werkstoff für das Heizelement zur Verwendung in der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiger, von Graphit verschiedener Werkstoff
benutzt werden, sofern dieser elektrisch leitfähig ist,
bei Stromdurchleistung eine Heizwirkung entfaltet und nicht als
Quelle von Verschmutzungen in Erscheinung tritt. Zum Beispiel kann
ein C/C-Verbundwerkstoff (Kohlenstoffaser/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff)
benutzt werden.
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Der
Wärmeisolator 5 verhindert, daß die von dem
Seiten-Heizelement 4 erzeugte Wärme entweicht
und dient somit dazu, den Tiegel 3 effizient zu beheizen;
er weist eine Struktur mit einer vorgeschriebenen Dicke auf, um
die zylindrische Innenumfangs-Seitenfläche der Kammer 2 sowie
deren ebenen Boden zu bedecken.
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Um
den Außenumfang des Seiten-Heizelements 4 herum
kann außer dem Wärmeisolator 5 auch ein
Glied wie etwa ein Abgasrohr zum Entlüften des eingeleiteten
Spülgases angeordnet sein. Im Folgenden wird zunächst
der Fall beschrieben, daß nur der Wärmeisolator 5 um
den Außenumfang des Seiten-Heizelements 4 herum
angeordnet ist, und anschließend wird der Fall beschrieben,
daß ein Glied wie etwa ein Abgasrohr oder dergleichen vorhanden ist.
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Das
Spülgasrektifizierglied 6 rektifiziert das Spülgas,
das aus einer Einlaßöffnung für reaktionsträges
Spülgas (nicht gezeigt) eingeleitet wurde, welche im oberen
Abschnitt der Kammer 2 über der Oberfläche 8a der
Siliziumschmelze bereitgestellt ist.
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Der
Einkristall-Hochziehmechanismus 7 weist eine Hochziehwelle 7b auf,
die drehbar und anhebbar ist, und am unteren Ende der Welle kann
ein Keimkristall 7a befestigt werden.
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Bis
zu diesem Punkt ist die erste Ausführungsform identisch
mit der herkömmlichen Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung,
die mehrere Heizelemente benutzt, aber im Falle der ersten Ausführungsform,
wie in 1 gezeigt, ist an einer Stelle in dem Zwischenraum
zwischen einem Heizelement 4a und einem Heizelement 4b,
die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 20 bereitgestellt, welche
die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten
Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für
die benachbarten Heizelemente räumlich begrenzt. Ebenso
ist an einer Stelle in dem Zwischenraum zwischen einem Heizelement 4b und
einem Heizelement 4c, die vertikal benachbart sind, eine
Wärmeabschirmung 21 bereitgestellt, welche die
gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen
unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten
Heizelemente räumlich begrenzt (lokalisiert).
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Anders
ausgedrückt: Bei der ersten Ausführungsform ist
in allen Zwischenräumen (hier zwei) zwischen vertikal benachbarten
Heizelementen eine Wärmeabschirmung angeordnet.
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Außerdem
sind die Wärmeabschirmungen 20, 21 um
den gesamten Außenumfang des Tiegels 3 herum bereitgestellt.
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Die
Wärmeabschirmung 20 ist in der Gestalt eines Rings
(Zylinders) ausgebildet, ihr Innendurchmesser ist im Wesentlichen
identisch mit dem des Seiten-Heizelements 4, und ihr Außendurchmesser ist
im Wesentlichen identisch mit dem Innendurchmesser des Wärmeisolators 5.
Außerdem ist die Dicke (die Wanddicke) der Wärmeabschirmung 20 dergestalt
eingerichtet, daß die Wärmeabschirmung 20 dergestalt
angeordnet werden kann, daß ein vorgeschriebener Abstand
zwischen dem unteren Ende des Heizelements 4a und der Oberseite
der Wärmeabschirmung 20 und zwischen dem oberen
Ende des Heizelements 4b und der Unterseite der Wärmeabschirmung 20 eingehalten
wird.
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Ebenso
ist auch die Wärmeabschirmung 21 in der Gestalt
eines Rings ausgebildet, und ihr Innendurchmesser und Außendurchmesser
sind im Wesentlichen identisch mit den Durchmessern der Wärmeabschirmung 20.
Außerdem ist die Dicke der Wärmeabschirmung 21 dergestalt
eingerichtet, daß die Wärmeabschirmung 21 dergestalt
angeordnet werden kann, daß ein vorgeschriebener Abstand
zwischen dem unteren Ende des Heizelements 4b und der Oberseite
der Wärmeabschirmung 21 und zwischen dem oberen
Ende des Heizelements 4c und der Unterseite der Wärmeabschirmung 21 eingehalten
wird.
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Als
Werkstoff für die Wärmeabschirmungen 20, 21 wird
ein Werkstoff bevorzugt, der in einer Hochtemperaturumgebung keine
Quelle für Verschmutzungen darstellt, und je höher
seine Wärmeisolierungseigenschaften sind, desto bevorzugter
ist der Werkstoff. Als ein solcher Werkstoff stehen Graphit oder
ein Graphitfaserwerkstoff zur Verfügung, besonders bevorzugt
ist jedoch eine Wärmeabschirmung, die eine Struktur aufweist,
in welcher der Graphitfaserwerkstoff mit Graphit überzogen
ist.
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Es
ist erstrebenswert, die Wärmeabschirmungen 20, 21 über
mehrere tragende Stangen oder dergleichen an einem internen Teil
in der Kammer 2 dergestalt zu befestigen, daß der
Wärmeabschirmungseffekt nicht vermindert wird. Dies betrifft
ebenso die anderen Ausführungsformen, und im Folgenden
wird die diesbezügliche Erläuterung ausgelassen.
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Als
nächstes werden die durch die Anordnung der Wärmeabschirmungen 20, 21 erzielten funktionalen
Effekte beschrieben.
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Wie
unter „Stand der Technik" beschrieben, können
die in die herkömmliche Vorrichtung aufgenommenen mehreren
Heizelemente ihre Leistung jeweils unabhängig voneinander
variieren, doch die Heizregionen benachbarter Heizelemente verursachten
gegenseitige thermische Interferenzen, und die Heizregionen der
jeweiligen Heizelemente konnten nicht zur Temperatursteuerung lokalisiert
werden.
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Im
Gegensatz hierzu sind im Falle der ersten Ausführungsform
zwischen den benachbarten Heizelementen die Wärmeabschirmungen 20, 21 vorgesehen,
wodurch die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den Heizelementen
wirksam unterdrückt wird und somit die Heizregion für
die jeweiligen Heizelemente für die Temperatursteuerung
hinreichend lokalisiert werden kann.
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Um
die Heizregionen der ersten Ausführungsform und der herkömmlichen
Vorrichtung zu vergleichen, zeigen die Heizelemente auf der linken Seite
in 1 schematisch die Heizregionen für die jeweiligen
herkömmlichen Heizelemente (gestrichelte Linien A, B, C),
und die Heizelemente auf der rechten Seite zeigen die Heizregionen
für die jeweiligen Heizelemente der vorliegenden Erfindung
(durchgezogene Linien D, E, F). Es wird hier davon ausgegangen,
daß einander entsprechende Heizelemente auf der linken
und der rechten Seite jeweils dieselbe Leistung aufweisen.
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Im
Falle der herkömmlichen Vorrichtung in der Querschnittsansicht
in 1 ist in dem Zwischenraum zwischen den jeweiligen
Heizelementen oder in der Umgebung dieses Zwischenraums keine Wärmeabschirmung
bereitgestellt, so daß die von den jeweiligen Heizelementen
ausgehende Wärmestrahlung eine kreisförmige Gestalt
annimmt und die überlappenden Abschnitte zwischen den Heizregionen
benachbarter Heizelemente groß sind. Im Gegensatz hierzu
sind im Falle der ersten Ausführungsform die Wärmeabschirmungen 20, 21 angeordnet, wodurch
die von den jeweiligen Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung
eine Direktionalität (Richtwirkung) erhält, was
es ermöglicht, die Heizregion zu lokalisieren und den überlappenden
Abschnitt zwischen den Heizregionen benachbarter Heizelemente zu
minimieren. Anders ausgedrückt: Im Falle der ersten Ausführungsform
können die Wärmeabschirmungen 20, 21 die
gegenseitige thermische Interferenz zwischen benachbarten Heizelementen
unterdrücken.
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Darüber
hinaus weist bei identischer Leistung jeweils entsprechender Heizelemente
in den beiden Vorrichtungen das Heizelement in der ersten Ausführungsform
eine Richtwirkung der Wärmestrahlung auf und kann daher
im Vergleich zu dem herkömmlichen Heizelement weiter entfernte
Regionen lokal erhitzen. Daher kann gemäß der
ersten Ausführungsform die „Temperaturverteilung
im Tiegel" im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung über
eine größere und weiter entfernte Region hinweg
aktiv gesteuert werden.
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Unter
Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Sauerstoffkonzentration
in dem Siliziumeinkristall wie folgt über einen weiteren
Bereich aktiv gesteuert werden.
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Wie
obenstehend beschrieben wurde, ist die Sauerstoffkonzentration in
dem Siliziumeinkristall eng mit der Elutionsmenge des in die Schmelze
eluierten SiO sowie mit der Art des Transports des eluierten Sauerstoffs
an die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls verknüpft.
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Um
unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
die größtmögliche Menge eluierten Sauerstoffs
in die Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls aufzunehmen,
können die nachstehenden Schemata eingesetzt werden, wobei zu
berücksichtigen ist, daß die Kontaktfläche
am Boden des Tiegels groß ist und sich die Wachstumsgrenzfläche
des hochzuziehenden und zu züchtenden Einkristalls 10 in
der Mitte der Oberfläche 8a der Schmelze befindet.
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In
anderen Worten: Der Boden des Tiegels und die Schmelze in dessen
Umgebung werden lokal erhitzt, um die Reaktion zwischen dem Quarz
(SiO2) des Tiegelwerkstoffs und der Schmelze
aus Silizium (Si) an der Kontaktfläche in der Umgebung
des Bodens des Tiegels zu fördern, um eine höhere
Menge eluierten Sauerstoffs zu erhalten. Gleichzeitig wird die Leistung
der jeweiligen Heizelemente derart eingestellt, dass eine vorgeschriebene
Temperaturverteilung für den Tiegel und die Schmelze im
Tiegel bereitgestellt wird, damit eine thermische Konvektion ausgebildet
wird, welche den eluierten Sauerstoff schnell von der Kontaktfläche
des Bodens des Tiegels an die Wachstumsgrenzfläche des
Einkristalls 10 transportiert, anstatt zuzulassen, daß er
als Verdampfungssubstanz dissipiert wird.
-
Um
umgekehrt die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall zu minimieren,
kann die Leistung der jeweiligen Heizelemente dergestalt eingestellt werden,
daß die Elution von Sauerstoff aus dem Boden des Tiegels
unterdrückt und eine thermische Konvektion ausgebildet
wird, welche so viel aus der Kontaktfläche eluierten Sauerstoff
wie möglich als Verdampfungssubstanz dissipiert, um die
Sauerstoffkonzentration in der Schmelze zu minimieren und gleichzeitig
zu verhindern, daß der eluierte Sauerstoff schnell an die
Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls transportiert wird.
-
2 zeigt
die Ergebnisse des Experiments zum Vergleich zwischen den Sauerstoffkonzentrationen
des Siliziumeinkristalls auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration
gemäß der oben beschriebenen Vorrichtung der ersten
Ausführungsform und der herkömmlichen Vorrichtung.
-
In 2 drückt
die Abszisse die Kristalllänge (die Verfestigungsrate)
des hochgezogenen Einkristalls vom anfänglichen Wachstumsstadium
(0%) bis zum Ende des Wachstums (100%) aus, und die Ordinate drückt
die Sauerstoffkonzentration (einen optionalen Wert) in dem Einkristall
aus. Der schraffierte Bereich drückt den Standardbereich
der Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristall aus, der
für Wafer mit niedriger Sauerstoffkonzentration benutzt wird,
wobei der Anteil des Einkristalls, der innerhalb dieses Bereichs
liegt, ein fehlerfreies Stück darstellt. Die durchgezogene
Linie stellt die verbesserten Daten gemäß der
ersten Ausführungsform dar und die gestrichelte Linie die
herkömmlichen Daten gemäß der herkömmlichen
Vorrichtung.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, weist die herkömmliche
Vorrichtung auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration
einen hohen Grenzwertpunkt auf, so daß die Sauerstoffkonzentration
in dem Einkristall während des anfänglichen Wachstumsstadiums
nicht innerhalb des Standardbereichs gehalten kann und erst ab einer
Kristallänge von ungefähr 20% knapp ein fehlerfreie
Stücke ermöglichender Abschnitt erreicht wird.
Außerdem steigt die Sauerstoffkonzentration wieder an,
wenn die Kristallänge ungefähr 70% erreicht, und
ein danach in diesem Abschnitt produziertes Stück wird
fehlerhaft.
-
Mit
der Vorrichtung der ersten Ausführungsform dagegen kann
der Grenzwertpunkt auf der Seite mit der niedrigeren Sauerstoffkonzentration
im Vergleich zu der oben beschriebenen, herkömmlichen Vorrichtung
abgesenkt werden, so daß der Einkristall vom anfänglichen
Wachstumsstadium an fehlerfreie Stücke gewährleistet,
und die Sauerstoffkonzentration wird innerhalb des Standardbereichs
gehalten, bis die Kristallänge ungefähr 85% erreicht.
Folglich wird die Ausbeute um ungefähr 35% verbessert.
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3 zeigt
die Ergebnisse des Experiments zum Vergleich zwischen den Sauerstoffkonzentrationen
des Siliziumeinkristalls auf der Seite mit der höheren
Sauerstoffkonzentration gemäß der Vorrichtung
der ersten Ausführungsform und der herkömmlichen
Vorrichtung.
-
Wie
in 3 gezeigt ist, weist die herkömmliche
Vorrichtung auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration
einen niedrigen Grenzwertpunkt, so daß der hochgezogene
Siliziumeinkristall im anfänglichen Wachstumsstadium fehlerfrei
ist, jedoch wird, da die Sauerstoffkonzentration in der Schmelze
im Tiegel dazu neigt, bei wachsendem Kristall abzufallen, der Standardbereich
für die Sauerstoffkonzentration verlassen, wenn die Kristallänge ungefähr
55% beträgt, und ein danach in dem Abschnitt produziertes
Stück wird fehlerhaft.
-
Mit
der Vorrichtung der ersten Ausführungsform dagegen kann
auf der Seite mit der höheren Sauerstoffkonzentration der
Grenzwertpunkt durch das oben beschriebene Verfahren im Vergleich
zu der herkömmlichen Vorrichtung angehoben werden, so daß der
Bereich von der anfänglichen Wachstumsphase bis zu einer
Kristallänge von ungefähr 73% fehlerfreie Stücke
liefert und die Ausbeute um ungefähr 18% verbessert wird.
-
Somit
kann gemäß der Vorrichtung der ersten Ausführungsform
der Siliziumeinkristall mit einer im Vergleich zu der herkömmlichen
Vorrichtung wesentlich verbesserten Ausbeute hergestellt werden, egal
ob es sich um einen Kristall mit hoher Sauerstoffkonzentration oder
einen Kristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration handelt. Außerdem
kann ein Siliziumeinkristall hergestellt werden, der eine hohe Sauerstoffkonzentration
oder eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweist, die von der
herkömmlichen Vorrichtung nicht hätte bereitgestellt
werden können.
-
Ein
Siliziumeinkristall mit einer gewünschten Sauerstoffkonzentration,
die zwischen dem hohen Sauerstoffkonzentrationsbereich und dem niedrigen Sauerstoffkonzentrationsbereich
liegt, läßt sich herstellen, indem die Temperaturverteilung
für den Tiegel und die Schmelze in dem Tiegel unter Verwendung
der jeweiligen Heizelemente, welche die obenerwähnte lokale
Beheizung bereitstellen können, eingestellt wird.
-
Mit
der Vorrichtung der ersten Ausführungsform kann die Heizregion
für ein spezifisches Heizelement lokalisiert werden, so
daß eine Heizsteuerung durchgeführt werden kann,
die effizienter als bei der herkömmlichen Vorrichtung ist,
was den weiteren Vorteil bietet, daß die für die
Siliziumeinkristallherstellung erforderliche Leistungsaufnahme reduziert werden
kann.
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[Zweite Ausführungsform]
-
4 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In 4 weist
eine CZ-Vorrichtung 1 der zweiten Ausführung eine
Struktur auf, die einen Tiegel 3, das Seiten-Heizelement 4 (ein
oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und
ein unteres Heizelement 4c), einen Wärmeisolator 5 und
dergleichen im Inneren einer Kammer 2 umfaßt,
wie bei der CZ-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. Komponenten,
die mit denen in 1 identisch sind, werden durch
dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung wird
nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher
beschrieben.
-
Im
Falle der zweiten Ausführungsform ist an einer Stelle in
der Umgebung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement 4a und
dem Heizelement 4b, die vertikal benachbart sind, eine
Wärmeabschirmung 22 bereitgestellt, welche die
gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten Heizelementen
unterdrückt und die Heizregionen für die benachbarten
Heizelemente lokalisiert. Ebenso ist an einer Stelle in der Umgebung
eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement 4b und dem
Heizelement 4c, die vertikal benachbart sind, eine Wärmeabschirmung 23 bereitgestellt,
welche die gegenseitige thermische Interferenz zwischen den benachbarten
Heizelementen unterdrückt und die Heizregionen für
die benachbarten Heizelemente lokalisiert.
-
Die
Wärmeabschirmungen 22, 23 sind in der Gestalt
eines Rings (Zylinders) ausgebildet, ihre Innendurchmesser sind
im Wesentlichen identisch mit dem Außendurchmesser des
Seiten-Heizelements 4, und ihre Außendurchmesser
sind im Wesentlichen identisch mit dem Innendurchmesser des Wärmeisolators 5.
Außerdem ist die Dicke (Wanddicke) jeder der Wärmeabschirmungen 22, 23 auf
dieselbe Dicke wie bei den jeweiligen Wärmeabschirmungen 20, 21 der
ersten Ausführungsform eingestellt. Der Innendurchmesser
der Wärmeabschirmungen 22, 23 kann größer
als der Außendurchmesser des Seiten-Heizelements 4 ausgelegt
sein, um die Möglichkeit auszuschließen, daß die
Wärmeabschirmungen 22, 23 mit dem Seiten-Heizelement 4 in
Kontakt kommen können, oder die Dicke der einzelnen Wärmeabschirmungen 22, 23 kann
größer als die der Wärmeabschirmungen 20, 21 in
der ersten Ausführungsform ausgelegt sein.
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Durch
Bereitstellen der obenerwähnten Struktur wird der Effekt
des Unterdrückens der gegenseitigen thermischen Interferenz
zwischen den benachbarten Heizelementen im Vergleich zu der ersten
Ausführungsform ein wenig abgemindert, jedoch kann die
Heizregion für die jeweiligen Heizelemente im Vergleich
zur herkömmlichen Vorrichtung noch hinreichend lokalisiert
werden.
-
Außerdem
können bei der zweiten Ausführungsform die Wärmeabschirmungen 22, 23 im
Vergleich zu der ersten Ausführungsform einfach im Innern
der Kammer 2 montiert und aus diesem ausgebaut werden,
und ferner kann vorteilhafterweise die Möglichkeit ausgeschlossen
werden, daß die Wärmeabschirmung in Kontakt mit
dem unter hoher Spannung stehenden Heizelement kommt und von diesem
unter Strom gesetzt wird oder eine anomale Entladung zwischen den
beiden ausgelöst wird.
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[Dritte Ausführungsform]
-
5 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Eine
CZ-Vorrichtung 1 in der dritten Ausführungsform
weist eine Struktur auf, die einen Tiegel 3, das Seiten-Heizelement 4 (ein
oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und
ein unteres Heizelement 4c), einen Wärmeisolator 5 und
dergleichen im Innern einer Kammer 2 umfaßt, wie
bei der CZ-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
Komponenten, die mit denen in 1 identisch
sind, werden durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung
wird nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher
beschrieben.
-
Im
Falle der dritten Ausführungsform ist zusammen mit einem
Seiten-Heizelement an einer Stelle unter dem unteren Heizelement 4c konzentrisch
um eine tragende Welle 9 ein Boden-Heizelement 14 bereitgestellt.
Außerdem ist zusammen mit den Wärmeabschirmungen 20, 21,
die anhand der ersten Ausführungsform erläutert
worden sind, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und
dem Boden-Heizelement 14 eine Wärmeabschirmung 24 bereitgestellt.
-
Das
Boden-Heizelement 14 ist in der Gestalt eines Rings und
mit einer vorgeschriebenen Dicke ausgebildet, sein Innendurchmesser
ist größer als der Außendurchmesser der
tragenden Welle 9, und sein Außendurchmesser ist
kleiner als der Innendurchmesser des unteren Heizelements 4c.
Das Boden-Heizelement 14 ist dergestalt angeordnet, daß seine
Oberseite nicht mit dem unteren Ende des Tiegels 3 in Konflikt
kommt, selbst wenn der Tiegel 3 während der Herstellung
des Siliziumeinkristalls angehoben wird.
-
Die
Wärmeabschirmung 24 ist in der Gestalt eines Zylinders
und mit einer vorgeschriebenen Länge ausgebildet, ihr Innendurchmesser
ist größer als der Außendurchmesser des
Boden-Heizelements 14, und der Außendurchmesser
ist kleiner als der Innendurchmesser des unteren Heizelements 4c.
Die dergestalt ausgebildete Wärmeabschirmung 24 ist vertikal
im Wesentlichen bis zu der Höhe der Oberseite des Boden-Heizelements 14 angeordnet
und steht in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und
dem Boden-Heizelement 14 mit der Bodenfläche des
Wärmeisolators 5 in Kontakt.
-
Durch
Schaffung der oben beschriebenen Konfiguration wird die gegenseitige
thermische Interferenz zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem
Boden-Heizelement 14 unterdrückt, wodurch es möglich
wird, den Boden des Tiegels 3 lokal durch das Boden-Heizelement 14 zu
erhitzen. Daher kann die „Temperaturverteilung im Tiegel"
weiter aktiv gesteuert werden, was die Herstellung eines Siliziumeinkristalls
mit der deswegen innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs gehaltenen
Sauerstoffkonzentration weiter vereinfacht.
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[Vierte Ausführungsform]
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6 ist
eine Entwurfszeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Eine
CZ-Vorrichtung 1 in der vierten Ausführungsform
weist eine Struktur auf, die einen Tiegel 3, ein Seiten-Heizelement 4,
einen Wärmeisolator 5 und dergleichen im Innern
einer Kammer 2 umfaßt, wie bei der CZ-Vorrichtung 1 in 1.
Komponenten, die mit denen in 1 identisch
sind, werden durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Ihre Erläuterung
wird nachstehend ausgelassen. Die anderen Komponenten werden näher
beschrieben.
-
Wie
bei der dritten Ausführungsform weist auch die Vorrichtung
der vierten Ausführungsform zusammen mit einem Seiten-Heizelement 4 (ein
oberes Heizelement 4a, ein mittleres Heizelement 4b und
ein unteres Heizelement 4c) an einer Stelle unter dem unteren
Heizelement 4c ein Boden-Heizelement 14 auf. Außerdem
ist zusammen mit den Wärmeabschirmungen 20, 21,
die anhand der ersten Ausführungsform erläutert
worden sind, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und dem
Boden-Heizelement 14 eine Wärmeabschirmung 25 bereitgestellt.
-
Das
Boden-Heizelement 14 ist wie bei der dritten Ausführungsform
in der Gestalt eines Rings und mit einer vorgeschriebenen Dicke
ausgebildet, sein Innendurchmesser ist größer
als der Außendurchmesser einer tragenden Welle 9,
und der Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser
des Seiten-Heizelements 4. Außerdem ist das Boden-Heizelement 14 dergestalt
angeordnet, daß seine Oberseite nicht mit dem unteren Ende
des Tiegels 3 in Konflikt kommt, selbst wenn der Tiegel 3 während
der Herstellung des Siliziumeinkristalls angehoben wird.
-
Die
Wärmeabschirmung 25 ist in der Gestalt eines Zylinders
und mit einer vorgeschriebenen Länge ausgebildet, ihr Innendurchmesser
ist größer als der Außendurchmesser des
Boden-Heizelements 14, und der Außendurchmesser
ist kleiner als der Innendurchmesser des Seiten-Heizelements 4.
Die dergestalt ausgebildete Wärmeabschirmung 25 ist von
dem Tiegel 3 abgehängt, wobei das obere Ende ihres
Zylinders mit Umfangskantenabschnitt am unteren Ende des Tiegels 3 in
Kontakt steht und das untere Ende ihres Zylinders angeordnet ist,
als ob es, in einem Zwischenraum zwischen dem unteren Heizelement 4c und
dem Boden-Heizelement 14, den Außenumfang des
Boden-Heizelements 14 umfinge.
-
Durch
Schaffung der obenstehend beschriebenen Konfiguration werden im
Wesentlichen die gleichen Effekte wie bei der dritten Ausführungsform erzielt.
-
Die
Wärmeabschirmungen 24, 25 müssen nicht
immer auf eine zylindrische Form beschränkt sein, sondern
können zum Beispiel auch eine hexagonale Geometrie aufweisen.
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Bei
der ersten bis vierten Ausführungsform wurde eine Betriebsart
erläutert, in welcher die Seiten-Heizelemente 4 aus
drei Komponenten zusammengesetzt sind, jedoch kann die Anzahl der
Komponenten des Seiten-Heizelements auch zwei, vier oder mehr betragen.
-
Außerdem
wurde bei allen Ausführungsformen in allen Zwischenräumen
zwischen je zwei benachbarten Heizelementen oder in der Umgebung der
jeweiligen Zwischenräume je eine Wärmeabschirmung
bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses
Schema beschränkt, vielmehr kann angesichts der Gerätekosten,
einfacherer Wartung und dergleichen auch nur zwischen zwei optional
ausgewählten benachbarten Heizelementen oder in der Umgebung
dieses Zwischenraums eine Wärmeabschirmung bereitgestellt
werden. Zum Beispiel ist es in 1 exemplarisch
möglich, die Wärmeabschirmung 20 zu entfernen
und nur die Wärmeabschirmung 21 in der Anordnung
zu belassen. Außerdem kann in 5 die Vorrichtung
so gestaltet werden, daß sie als Wärmeabschirmung
nur die Wärmeabschirmungen 21, 24 aufweist,
die Wärmeabschirmung 20 aber nicht bereitgestellt
ist.
-
Es
sei angemerkt, daß alle obenerwähnten Wärmeabschirmungen
unter der Annahme erläutert wurden, daß es sich
bei ihnen um einstückige Strukturen handelt, jedoch kann
die Wärmeabschirmung der vorliegenden Erfindung auch entlang
des Umfangs des Tiegels 3 unterteilt angeordnet werden.
-
Als
Beispiel hierfür zeigt 7 eine Querschnittsansicht
entlang der Geraden P-P in 1, in welcher
um den Umfang des Tiegels 3 herum vier Wärmeabschirmungsblöcke
angeordnet sind, die zusammen eine Wärmeabschirmung bilden.
-
In
derselben Figur weisen die Wärmeabschirmungsblöcke 20a eine
einheitliche Geometrie auf und sind in gleichmäßigen
Abständen voneinander angeordnet.
-
Insbesondere
kann in dem Falle, daß um den Außenumfang des
Heizelements 4 herum ein Abgasrohr oder dergleichen bereitgestellt
ist, die Wärmeabschirmung passend unterteilt und angeordnet
werden, so dass ein Kontakt mit dem Abgasrohr oder dergleichen vermieden
wird.
-
Selbst
wenn in Folge einer solchen Unterteilung Wärmeabschirmungsblöcke
bereitgestellt werden, wird doch der Tiegel 3 während
der Herstellung eines Einkristalls mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit
gedreht, und die thermische Ungleichförmigkeit kann hinreichend
abgeschwächt werden, und die gegenseitige thermische Interferenz
zwischen benachbarten Heizelementen kann unterdrückt werden,
was Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist. Die Geometrie, Anzahl
der Unterteilungen, gegenseitigen Abstände und dergleichen
für die Wärmeabschirmungsblöcke können
gemäß der Geometrie des Abgasrohrs oder dergleichen
und gemäß den Einkristall-Herstellungsbedingungen
geeignet bestimmt werden.
-
Zu
den Vorteilen der Verwendung der Wärmeabschirmungsblöcke
zählt, daß ihre maschinelle Bearbeitung und Ausbildung
einfacher als bei dem einstückigen Gegenstück
ist und das Beladen der Kammer und die Wartung einfacher ausgeführt
werden können.
-
Abhängig
von der jeweiligen Situation kann ein Abschnitt des Abgasrohrs oder
dergleichen mit einer Wärmeabschirmung versehen werden.
-
[Fünfte Ausführungsform]
-
Um
die von benachbarten Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung
wirksam zu trennen, wird die Wärmeabschirmung bevorzugt
in einem Gebiet angeordnet, wo die in den Heizelementen erzeugte
Wärmemenge relativ gering ist. Um die Sauerstoffkonzentration
in dem Einkristall über einen weiten Bereich zu steuern,
ist es dann vorzuziehen, daß für die oberen und
unteren Bereiche des Heizelements 4 eine höhere
Menge an elektrischer Leistung (erzeugter Wärme) bereitgestellt
wird, während für den mittleren Bereich des Heizelements 4 eine geringere
Menge an elektrischer Leistung (erzeugter Wärme) bereitgestellt
wird und in dem mittleren Bereich angeordnet wird, wo die erzeugte
Wärmemenge relativ gering ist, die Wärmeabschirmung
angeordnet wird. Die Wärmeabschirmung muß nicht
immer für den zentralen Abschnitt des Heizelements 4 bereitgestellt
werden, und abhängig von der für den Einkristall
erforderlichen Qualität kann der Ort der Wärmeabschirmung
auf geeignete Weise bestimmt werden.
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8 ist
eine Entwurfsschnittzeichnung zur Veranschaulichung einer weiteren
Ausführungsform, auf welche die Wärmeabschirmung
der vorliegenden Anmeldung angewandt wird.
-
Wie
in 8 gezeigt, ist bei der fünften Ausführungsform
eine Wärmeabschirmung 80 im Wesentlichen im zentralen
Abschnitt des von der Innenseite des wärmeisolierenden
Werkstoffs 5 und der Außenseite des Seiten-Heizelements 4 gebildeten Raumes
angeordnet und weist einen vorgeschriebenen Abstand zu der Außenseite
des Heizelements auf. Außerdem umfaßt das Seiten-Heizelement 4 vertikal
angeordnet drei Komponenten (ein oberes Heizelement 4a,
ein mittleres Heizelement 4b und ein unteres Heizelement 4c).
In 8 kann auf einer Höhe unterhalb des unteren
Heizelements 4c und unter dem Boden des Tiegels 3 ein
ringförmiges Boden-Heizelement (nicht gezeigt) bereitgestellt
sein.
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Wie
nachstehend beschrieben wird, ist die Wärmeabschirmung 80 in
einem Bereich angeordnet, wo die erzeugte Wärmemenge auf
das gesamte Heizelement bezogen vergleichsweise gering ist.
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9 ist
eine Entwicklungsansicht, in welcher das obere Heizelement 4a,
das mittlere Heizelement 4b und das untere Heizelement 4c abgewickelt sind
und eine auf die fünfte Ausführungsform angewandte
Konfiguration des Seiten-Heizelements 4 gezeigt wird.
-
Wie
in 9 gezeigt wird, werden die jeweiligen Heizelemente
unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt
und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme erzeugt.
Für jedes der Heizelemente ist eine unabhängige
Stromversorgung bereitgestellt.
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Anders
gesagt: Die jeweiligen Heizelemente 4a, 4b, 4c sind
mit einer positiven Elektrode 4a1, 4b1, 4c1 und
einer negativen (Masse-)Elektrode 4a2, 4b2, 4c2 ausgerüstet.
Indem die an die jeweiligen Heizelemente 4a, 4b, 4c angelegten
Spannungen unabhängig voneinander eingestellt werden, können
die erzeugten Wärmemengen, oder anders gesagt, die Erhitzungsbeträge
des Tiegels 3, separat eingestellt werden.
-
Wenn
zwischen der positiven Elektrode 4a1 und der negativen
Elektrode 4a2 für das Heizelement 4a die
Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a angelegt
wird, fließt ein elektrischer Strom durch das obere Heizelement 4a,
was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird.
Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für
das obere Heizelement 4a wird die in dem oberen Heizelement 4a erzeugte
Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der
Erhitzungsbetrag für den oberen Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert
wird.
-
Wenn
weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4b1 und der
negativen Elektrode 4b2 für das Heizelement 4b die
Spannung der Stromversorgung für das mittlere Heizelement 4b angelegt
wird, fließt ein elektrischer Strom durch das mittlere
Heizelement 4b, was dazu führt, daß Wärme
erzeugt wird. Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung
für das Heizelement der mittleren Stufe wird die in dem
mittleren Heizelement 4b erzeugte Wärmemenge eingestellt,
was dazu führt, daß der Erhitzungsbetrag für
den mittleren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert wird.
-
Wenn
weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4c1 und der
negativen Elektrode 4c2 für das Heizelement 4c die
Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c angelegt
wird, fließt ein elektrischer Strom durch das untere Heizelement 4c,
was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird.
Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das
untere Heizelement 4c wird die in dem unteren Heizelement 4c erzeugte
Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der
Erhitzungsbetrag für den unteren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert
wird.
-
Für
das obere Heizelement 4a wird die Breite des Stromflußpfads
derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem unteren Heizelementabschnitt
größer als die Breite c1 in dem oberen Heizelementabschnitt
ist. Daher ist für das obere Heizelement 4a der
untere Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für den
Stromdurchgang größer als der obere Heizelementabschnitt,
und somit ist der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt
geringer als der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt,
was dazu führt, daß die in dem unteren Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem oberen Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge ist.
-
Andererseits
wird für das untere Heizelement 4c die Breite
des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite
c2 in dem oberen Heizelementabschnitt größer als
die Breite c1 in dem unteren Heizelementabschnitt ist. Daher ist
für das untere Heizelement 4c der obere Heizelementabschnitt
in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang
größer als der untere Heizelementabschnitt, und
somit ist der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt
geringer als der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt,
was dazu führt, daß die in dem oberen Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem unteren Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge ist.
-
Im
Gegensatz hierzu wird für das mittlere Heizelement 4b die
Breite des Stromflußpfades derart gestaltet, daß die
jeweiligen Heizelementabschnitte die gleiche Breite c1 aufweisen.
Um alternativ hierzu die in dem mittleren Heizelement 4b erzeugte
Wärmemenge im Vergleich zu dem oberen Heizelement 4a und
dem unteren Heizelement 4c zu reduzieren, kann die Breite
des Stromflußpfads für das mittlere Heizelement 4b größer
oder gleich der maximalen Breite (c2) des Stromflußpfads
für das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c sein.
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Das
obenerwähnte obere Heizelement 4a, das mittlere
Heizelement 4b und das untere Heizelement 4c können
bezüglich der erzeugten Wärmemenge jeweils unabhängig
voneinander gesteuert werden, so daß zum Beispiel die in
dem mittleren Heizelement 4b erzeugte Wärme dergestalt
gesteuert werden kann, daß sie geringer als die in dem
oberen Heizelement 4a und dem unteren Heizelement 4c erzeugte
Wärmemenge ist.
-
Bei
der in 8 gezeigten fünften Ausführungsform
ist die Wärmeabschirmung 80 in der Umgebung der
Außenseite des im Wesentlichen zentralen Abschnitts des
mittleren Heizelements 4b angeordnet, welches dergestalt
gesteuert wird, daß die darin erzeugte Wärmemenge
relativ geringer als die in dem oberen Heizelement 4a und
dem unteren Heizelement 4c erzeugte Wärmemenge
ist.
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Bei
der fünften Ausführungsform wird zum Ändern
der in den jeweiligen Heizelementabschnitten erzeugten Wärmemenge
die Breite c des Stromflußpfads für die jeweiligen
Heizelementabschnitte geändert, jedoch kann die in den
jeweiligen Heizelementabschnitten erzeugte Wärmemenge zum
Beispiel auch durch Ändern der Wanddicke des Stromflußpfads
für die jeweiligen Heizelementabschnitte geändert
werden, wobei die Breite c des Stromflußpfads für
die jeweiligen Heizelementabschnitte unverändert bleibt.
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In 8 sind
die Heizregion gemäß der fünften Ausführungsform
(durchgezogene Linie G) und die Heizregion gemäß dem
herkömmlichen dreistufigen Heizelement XXX (gestrichelte
Linie H) gezeigt. Bei Verwendung des herkömmlichen dreistufigen Heizelements
ist die Heizregion in dem Bereich der zentralen Stufe des Heizelements
nicht ausreichend getrennt, wohingegen im Falle der fünften
Ausführungsform die Heizregion für das Heizelement 4 in vertikaler
Richtung im Bereich der zentralen Stufe ausreichend getrennt ist
und den Heizregionen für den oberen und den unteren Bereich
des Heizelements 4 eine Direktionalität verliehen
werden kann.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist gemäß der fünften
Ausführungsform die Wärmeabschirmung 80 in
der Umgebung der außenseitigen Umfangsfläche des
mittleren Heizelements 4b angeordnet, wodurch die Direktionalität
der Wärmestrahlung für das obere Heizelement 4a und
das untere Heizelement 4c verbessert werden kann. Außerdem
kann die in dem oberen Abschnitt des oberen Heizelements 4a und
in dem unteren Abschnitt des unteren Heizelements 4c erzeugte
Wärmemenge relativ hoch gestaltet werden; so kann zum Beispiel
durch geeignetes Einstellen der Wärmestrahlungsmenge des
mittleren Heizelements 4b Wärmestrahlung mit hoher
Direktionalität von dem oberen Bereich und dem unteren
Bereich des Heizelements 4 als Ganzes bereitgestellt werden.
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[Sechste Ausführungsform]
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10 ist
eine Entwurfsschnittzeichnung zur Veranschaulichung noch einer weiteren
Ausführungsform, in welcher die Wärmeabschirmung
der vorliegenden Anmeldung benutzt wird.
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In 10 ist
eine Wärmeabschirmung 100 im Wesentlichen im zentralen
Abschnitt des von der Innenseite des wärmeisolierenden
Werkstoffs 5 und der Außenseite des Seiten-Heizelements 4 gebildeten
Raumes angeordnet und weist einen vorgeschriebenen Abstand zu der
Außenseite des Seiten-Heizelements 4 auf. Außerdem
umfaßt das Seiten-Heizelement 4 vertikal angeordnet
zwei Komponenten (ein oberes Heizelement 4a und ein unteres Heizelement 4c).
In 10 kann auf einer Höhe unterhalb des
unteren Heizelements 4c und unter dem Boden des Tiegels 3 ein
ringförmiges Boden-Heizelement (nicht gezeigt) bereitgestellt
werden.
-
Wie
nachstehend beschrieben wird, wird die Wärmeabschirmung 100 in
einem Bereich bereitgestellt, wo die erzeugte Wärmemenge
auf das gesamte Heizelement bezogen vergleichsweise gering ist.
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11 ist
eine Entwicklungsansicht, in welcher das obere Heizelement 4a und
das untere Heizelement 4c abgewickelt sind und eine auf
die sechste Ausführungsform angewandte Konfiguration des
Seiten-Heizelements 4 gezeigt wird.
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Wie
in 11 gezeigt wird, werden die jeweiligen Heizelemente
unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt
und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme erzeugt.
Für jedes der Heizelemente ist eine unabhängige
Stromversorgung bereitgestellt.
-
Anders
gesagt: Das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c werden
unabhängig voneinander mit elektrischem Strom versorgt
und bestehen aus einem Leiter, der, wenn er unter Strom steht, Wärme
erzeugt. Anders gesagt: für jedes der jeweiligen Heizelemente 4a, 4c ist
eine unabhängige Stromversorgung bereitgestellt, und die
jeweiligen Heizelemente 4a, 4c, sind mit einer
positiven Elektrode 4a1, 4c1 und einer negativen
(Masse-)Elektrode 4a2, 4c2 ausgerüstet.
Indem die an die jeweiligen Heizelemente 4a, 4c angelegten
Spannungen unabhängig voneinander eingestellt werden, können
die erzeugten Wärmemengen, oder anders gesagt, die Erhitzungsbeträge
des Tiegels 3, separat eingestellt werden.
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Wenn
zwischen der positiven Elektrode 4a1 und der negativen
Elektrode 4a2 für das Heizelement 4a die
Spannung der Stromversorgung für das obere Heizelement 4a angelegt
wird, fließt ein elektrischer Strom durch das obere Heizelement 4a,
was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird.
Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für
das obere Heizelement 4a wird die in dem oberen Heizelement 4a erzeugte
Wärmemenge eingestellt, was bedeutet, daß der
Erhitzungsbetrag für den oberen Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert
wird.
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Wenn
weiterhin zwischen der positiven Elektrode 4c1 und der
negativen Elektrode 4c2 für das Heizelement 4c die
Spannung der Stromversorgung für das untere Heizelement 4c angelegt
wird, fließt ein elektrischer Strom durch das untere Heizelement 4c,
was dazu führt, daß Wärme erzeugt wird.
Durch Verändern der Spannung der Stromversorgung für das
untere Heizelement 4c wird die in dem unteren Heizelement 4c erzeugte
Wärmemenge eingestellt, was dazu führt, daß der
Erhitzungsbetrag für den unteren Abschnitt des Tiegels 3 gesteuert
wird.
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Weiterhin
wird im Falle des Heizelements 4 in der sechsten Ausführungsform
für das obere Heizelement 4a die Breite des Stromflußpfads
derart gestaltet, daß die Breite c2 in dem unteren Heizelementabschnitt
größer ist als die Breite c1 in dem oberen Heizelementabschnitt.
Daher ist für das obere Heizelement 4a der untere
Heizelementabschnitt in der Querschnittfläche für
den Stromdurchgang größer als der obere Heizelementabschnitt,
und somit ist der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt
geringer als der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt,
was dazu führt, daß die in dem unteren Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem oberen Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge ist.
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Andererseits
wird für das untere Heizelement 4c die Breite
des Stromflußpfads derart gestaltet, daß die Breite
c2 in dem oberen Heizelementabschnitt größer als
die Breite c1 in dem unteren Heizelementabschnitt ist. Daher ist
für das untere Heizelement 4c der obere Heizelementabschnitt
in der Querschnittfläche für den Stromdurchgang
größer als der untere Heizelementabschnitt, und
somit ist der Widerstandswert für den oberen Heizelementabschnitt
geringer als der Widerstandswert für den unteren Heizelementabschnitt,
was dazu führt, daß die in dem oberen Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge geringer als die in dem unteren Heizelementabschnitt
erzeugte Wärmemenge ist.
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Ferner
ist, wie in 11 gezeigt, das obere Heizelement 4a dergestalt
ausgebildet, daß ein Teil des Stromflußpfads des
oberen Heizelements 4a in einen Ort vordringt, der unterhalb
eines dem oberen Ende des Heizelements 4c der unteren Stufe äquivalenten
Orts liegt, und das untere Heizelement 4c ist dergestalt
ausgebildet, daß ein Teil des Stromflußpfads des
unteren Heizelements 4c in einen Ort vordringt, der oberhalb
eines dem unteren Ende des Heizelements 4a der oberen Stufe äquivalenten
Orts liegt.
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Wenn
das obere und das untere Heizelement 4a, 4c in
der in 10 gezeigten sechsten Ausführungsform
als Ganzes betrachtet werden, ist dadurch die in dem mittleren Bereich
des Heizelements 4 als Ganzes erzeugte Wärmemenge
im Vergleich zu der in dem oberen Bereich des Heizelements 4 als Ganzes
erzeugten Wärmemenge und der in dem unteren Bereich des
Heizelements 4 als Ganzes erzeugten Wärmemenge
reduziert.
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Bei
der sechsten Ausführungsform ist die Wärmeabschirmung 100 in
der Umgebung des im Wesentlichen zentralen Abschnitts des mittleren
Bereichs angeordnet, wo die erzeugte Wärmemenge auf das
gesamte Heizelement 4 bezogen relativ gering ist.
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Bei
der Konfiguration des Heizelements der in 11 gezeigten
sechsten Ausführungsform ist die Anzahl der Schlitze nicht
eingeschränkt und kann gemäß einem gewünschten
Widerstandswert für das Heizelement gewählt werden.
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Weiterhin
werden der Abstand zwischen den das Heizelement bildenden Stromflußpfaden
(die Schlitzbreite) und der Abstand zwischen dem oberen Heizelement 4a und
dem unteren Heizelement 4c (der obere und der untere Heizelementabstand)
bevorzugt auf zum Beispiel ungefähr 10 bis 30 mm eingestellt.
Bei größeren Abständen steigt der Wärmeverlust
aus dem Zwischenraum, was die Erzielung der Effekte der vorliegenden
Erfindung erschwert; bei engeren Abständen steigt die Wahrscheinlichkeit
von Entladungen, was einen Abbruch des eigentlichen Prozesses zur
Folge haben können.
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In 10 sind
die Heizregion gemäß der sechsten Ausführungsform
(durchgezogene Linie I) und die Heizregion gemäß dem
herkömmlichen zweistufigen Heizelement (gestrichelte Linie
J) gezeigt. Bei Verwendung des herkömmlichen zweistufigen Heizelements
ist die Heizregion in dem mittleren Bereich des Seiten-Heizelements 4 als
Ganzes nicht ausreichend getrennt, wohingegen im Falle der sechsten
Ausführungsform die Heizregion in dem mittleren Bereich
des Seiten-Heizelements 4 ausreichend getrennt ist und
den Heizregionen für den oberen und den unteren Bereich
des Seiten-Heizelements 4 eine verbesserte Direktionalität
verliehen werden kann.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist gemäß der sechsten
Ausführungsform in der Umgebung des mittleren Bereichs
des Seiten-Heizelements 4 die Wärmeabschirmung 100 angeordnet,
wodurch die Direktionalität der Wärmestrahlung
für das obere Heizelement 4a und das untere Heizelement 4c verbessert
werden kann. Außerdem kann die in dem oberen Abschnitt
des oberen Heizelements 4a und dem unteren Abschnitt des
unteren Heizelements 4c erzeugte Wärmemenge relativ
hoch gestaltet werden; somit kann von dem oberen Bereich und dem unteren
Bereich des Heizelements 4 als Ganzes Wärmestrahlung
mit hoher Direktionalität bereitgestellt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird gemäß der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung in einem Raum, der von mehreren Heizelementen
und einer diesen zugewandten Substanz gebildet wird, oder in der
Umgebung dieses Raums, eine Wärmeabschirmung bereitgestellt,
so daß die Heizregionen für die Heizelemente lokalisiert
werden können. Infolgedessen kann die „Temperaturverteilung
im Tiegel" aktiv gesteuert werden, was innerhalb eines vorgeschriebenen
Standardbereichs der Sauerstoffkonzentration die Herstellung von
Einkristallen mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen
mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit guter Ausbeute möglich macht.
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Weiterhin
kann im Falle der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Umbau
der Vorrichtung mit geringen Kosten ausgeführt werden,
ohne daß die Kammer auf besondere Weise geändert
werden muß, und die Heizsteuerung kann mit hoher Effizienz erfolgen,
indem die Heizregion für ein spezifisches Heizelement lokalisiert
wird; somit zählt zu den Vorteilen, daß die für
die Herstellung eines Einkristalls erforderliche Leistungsaufnahme
im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung reduziert
werden kann.
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Vorstehend
wurden Ausführungsformen erläutert, die für
die Herstellung eines Siliziumeinkristalls benutzt werden, jedoch
ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern läßt
sich auch auf die Herstellung von Einkristallen anderer Halbleiter
anwenden, wie zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs) und dergleichen,
solange dies keine Abweichung vom Gedanken der vorliegenden Erfindung
zur Folge hat.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Mit
der Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung können Halbleitereinkristalle für Halbleiterwafer,
die einen weiten Bereich Sauerstoffkonzentrationsbereich aufweisen und
innerhalb eines vorgeschriebenen Standardbereichs der Sauerstoffkonzentration
gehalten werden müssen, kostengünstig und stabil
an den Markt geliefert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Halbleitereinkristall-Herstellungsvorrichtung geschaffen,
die innerhalb eines vorgeschriebenen Standardbereichs von Sauerstoffkonzentrationen
Einkristalle mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen
mit niedriger Sauerstoffkonzentration als Waferwerkstoff für
integrierte Halbleiterschaltungen mit hoher Ausbeute herstellen kann.
In dem gesamten ringförmigen Bereich zwischen jeweils benachbarten
Heizelementen der Heizelemente 4a, 4b, 4c zum
Heizen des Tiegels 3 von außerhalb seiner Umfangsseite
sind Wärmeabschirmungen 20, 21 bereitgestellt.
Indem die Wärmeabschirmungen 20, 21 zum
Lokalisieren der jeweiligen Heizregionen für die Heizelemente
benutzt werden, um die Temperaturverteilung für den Tiegel 3 und
die Schmelze 8 in dem Tiegel aktiv zu steuern, können innerhalb
eines vorgeschriebenen Standardbereichs der Sauerstoffkonzentration
Einkristalle mit hoher Sauerstoffkonzentration bis zu Einkristallen
mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit hoher Ausbeute hergestellt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 62-153191 [0012]
- - JP 3000923 [0012]
- - JP 2681115 [0012]
- - JP 2001-39792 [0012]