DE112014000786T5

DE112014000786T5 - Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung und Ingotzuchtvorrichtung umfassend dieselbe

Info

Publication number: DE112014000786T5
Application number: DE112014000786.2T
Authority: DE
Inventors: Won-Ju Lee; Su-In Jeon
Original assignee: LG Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: CN105189834A; US10145024B2; US20160017514A1; DE112014000786B4; WO2015037831A1; JP6101368B2; KR101540232B1; JP2016513614A; KR20150029994A; CN105189834B

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten eines Ingots aus einer Siliziumschmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, unter Verwendung eines Impfkristalls, wobei die Vorrichtung eine Kammer aufweist, die einen unteren Bereich zum Aufnehmen des Tiegels und einen oberen Bereich, durch den der wachsende Ingot geht, umfasst, und eine Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit, die an dem oberen Bereich der Kammer angeordnet ist, um sich zu dem unteren Bereich der Kammer zu erstrecken, und eine Öffnung aufweist, durch die der wachsende Ingot geht, wobei die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit ein Isolierteil zum Isolieren des Ingots, ein Kühlungsteil, das über dem Isolierteil angeordnet ist, um den Ingot zu kühlen, und ein Blockierungsteil aufweist, das zwischen dem Isolierteil und dem Kühlungsteil angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch hierzwischen zu verhindern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ingotzuchtvorrichtung zum Herstellen von Ingots und insbesondere eine Ingotzuchtvorrichtung mit einer Kühleinheit, um Ingots hoher Qualität herzustellen.
Stand der Technik
Siliziumeinkristallwafer, die als Material für Halbleiterbauelemente verwendet werden, werden allgemein durch ein Verfahren hergestellt, bei dem ein Einkristallingot geschnitten wird, der durch ein Czochralski-Verfahren (Cz) hergestellt ist.
Ein Verfahren zum Züchten des Siliziumeinkristallingots durch das Czochralski-Verfahren umfasst das Schmelzen polykristallinen Siliziums in einem Quarztiegel, Eintauchen eines Impfkristalls in die Oberfläche der Schmelze, einen Querschnittsverminderungsvorgang zum Wachsen eines gestreckten Kristalls durch Ziehen des Impfkristalls und einen Schultervorgang zum Wachsen des Kristalls in die radiale Richtung, damit der Kristall einen Solldurchmesser aufweist. Anschließend wird der Siliziumeinkristallingot, der einen vorherbestimmten Durchmesser aufweist, einem Körperwachstumsvorgang unterzogen zum Wachsen des Ingots auf eine gewünschte Länge und dann einem Nachziehvorgang zum allmählichen Reduzieren des Durchmessers des Siliziumeinkristallingots, um den Ingot von der Siliziumschmelze zu separieren und das Wachstum des Siliziumeinkristallingots zu beenden.
Beim Wachstum des Siliziumeinkristalls durch das CZ-Verfahren werden Leerstellen und Zwischengittersilizium in den Einkristall durch eine Fest-Flüssig-Grenzfläche, an welcher der Kristall ausgebildet wird, eingebracht.
Wenn die Konzentrationen der Leerstellen und des Zwischengittersiliziums, die in den Einkristall eingebracht wurden, einen übersättigten Zustand erreichen, diffundieren die Leerstellen und das Zwischengittersilizium aus und häufen sich an, um Leerstellendefekte (hierin nachstehend als V-Defekte bezeichnet) und Zwischengitterdefekte (hierin nachstehend als I-Defekte bezeichnet) zu bilden. Da diese V-Defekte und I-Defekte Eigenschaften des Wafers nachteilig beeinflussen, sollte die Bildung der V-Defekte und I-Defekte bei dem Wachstum des Siliziumeinkristallingots unterbunden werden.
Um die Bildung von V-Defekten und I-Defekten zu hemmen, wird allgemein ein Verfahren zur Steuerung von V/G, das ein Verhältnis einer Zuggeschwindigkeit V des Einkristalls zu einem Temperaturgradienten G an der Fest-Flüssig-Grenzfläche ist, in einem bestimmten Bereich verwendet und das G der in dem V/G umfassten Parameter wird durch eine Heißzonenausgestaltung einer Einkristallzuchtvorrichtung gesteuert.
Insbesondere wird das G allgemein durch Änderung der Anordnung eines oberen Wärmeabschirmkörpers, der eine Heißzonenanordnung ist, gesteuert, um einen Schmelzabstand zwischen der Siliziumschmelze und dem oberen Wärmeabschirmkörper anzupassen. Hierbei bezieht sich der obere Wärmeabschirmkörper auf ein Wärmeabschirmelement, das verhindert, dass Strahlungswärme, die von der Oberfläche des Einkristalls erzeugt wird, nach Außen freigegeben wird, um Temperaturabweichungen zwischen der Oberfläche und dem mittleren Bereich des Einkristalls während des Ziehens des Siliziumeinkristalls zu verringern. Das heißt, der Schmelzabstand wird bestimmt, um den Temperaturgradientunterschied zwischen dem mittleren Bereich und der Oberfläche des Einkristalls zu minimieren.
Da jedoch in letzter Zeit die Durchmesser des Siliziumeinkristallingots größer werden, ist es zunehmend schwierig, das V/G innerhalb einer defektfreien Spanne zu steuern. Insbesondere das Steuern des G-Werts alleine unter Verwendung des oberen Wärmeabschirmkörpers vergrößert den Verbrauch der Siliziumschmelze während des Ziehens des Einkristalls mit einer Zunahme im Durchmesser des Siliziumeinkristalls, so dass es eine Einschränkung gab, da die Fluktuation des Schmelzabstands ebenso zunimmt.
Daher war es schwierig, den G-Wert alleine unter Verwendung einer strukturellen Änderung des oberen Wärmeabschirmkörpers zu steuern, um das V/G innerhalb einer defektfreien Spanne zu halten.
Darüber hinaus wächst, nachdem der Ingot durch den oberen Wärmeabschirmkörper hindurchgeht, der Ingot in einer wassergekühlten Röhre und die wassergekühlte Röhre kühlt den Ingot schnell ab, so dass es schwierig ist, die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots in einer Temperaturzone zu steuern, die dem oberen Wärmeabschirmkörper folgt. Dementsprechend kühlt der äußere Bereich des Ingots schnell infolge der wassergekühlten Röhre ab, was zu einer Zunahme des Temperaturunterschieds zwischen dem mittleren Bereich und der Oberfläche des Ingots führt und es somit schwierig macht, den G-Wert zu steuern.
Darüber hinaus werden in einer Abkühltemperaturzone nach der Bildung von V-Defekten und I-Defekten Defekte, wie zum Beispiel Sauerstoff-Präzipitatkerne, beim Abkühlen des Ingots gebildet und es ist somit erforderlich, die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots selbst in der Temperaturzone zu steuern. Insbesondere werden, da die Durchmesser der Wafer in letzter Zeit größer als 300 mm werden, Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem mittleren Bereich C und dem äußeren Bereich E des Ingots noch größer. Anschließend führt die mechanische Bearbeitung der Wafer, die aus dem Ingot hergestellt sind, zu verschiedenen Kristalldefekten in den Oberflächen der Wafer, d. h. größere Unterschiede der Konzentrationen von Massenmikrodefekten (BMD) und Sauerstoff zwischen dem mittleren Bereich und dem äußeren Bereich des Wafers.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Ingotzuchtvorrichtung zur Herstellung von Ingots hoher Qualität bereit, wobei die Vorrichtung eine Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit umfasst, die in der Lage ist, einen Unterschied in der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem äußeren Bereich und dem inneren Bereich des wachsenden Ingots zu verringern.
Technische Lösung
Ausführungsformen stellen eine Vorrichtung zum Züchten eines Ingots aus einer Siliziumschmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, unter Verwendung eines Impfkristalls bereit, wobei die Vorrichtung eine Kammer, die einen unteren Bereich zur Aufnahme des Tiegels und einen oberen Bereich, durch den der wachsende Ingot geht, aufweist und eine Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit, die an dem oberen Bereich der Kammer angeordnet ist und sich zu dem unteren Bereich der Kammer erstreckt und eine Öffnung aufweist, durch die der wachsende Ingot geht, wobei die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit ein Isolierteil zum Isolieren des äußeren Bereichs des Ingots aufweist, ein Kühlungsteil, das über dem Isolierteil angeordnet ist, um den Ingot zu kühlen, und ein Blockierungsteil, das zwischen dem Isolierteil und dem Kühlungsteil angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch hierzwischen zu verhindern.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß den Ausführungsformen kann die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots in einer bestimmten Temperaturzone gesteuert werden, in welcher der Ingot während des Wachstums des Ingots abkühlt.
Darüber hinaus kann die Qualität von hergestellten Wafern durch Verringern des Unterschieds der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem äußeren Bereich E und dem mittleren Bereich C des Ingots verbessert werden.
Insbesondere gibt es gemäß den Ausführungsformen Vorteile dadurch, dass die Menge an Sauerstoff-Präzipitatkernen durchgehend durch den äußeren Bereich und den mittleren Bereich des Ingots homogen sein kann und V-Defekte und I-Defekte durch eine Steuerung eines Temperaturgradienten G unterbunden sein können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ingotzuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 veranschaulicht ein Beispiel zum Beschreiben von Defekten, die gemäß Abkühltemperaturzonen während des Wachstums eines Ingots in einer Ingotzuchtvorrichtung gebildet werden.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine Schnittansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer Ausführungsform.
5 ist eine Schnittansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform.
6 ist eine Schnittansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
7 ist ein Graph, der Änderungen von BMD-Werten vor und nach der Anwendung einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
Bezug wird nun im Detail auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Der Umfang der erfinderischen Idee der Ausführungsformen kann jedoch aus den Details bestimmt werden, die durch die Ausführungsformen offenbart sind, die Modifizierungen der Ausführung wie zum Beispiel Hinzufügung, Löschung und Änderung von Komponenten oder Teilen für die vorgeschlagenen Ausführungsformen umfassen können.
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ingotzuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Mit Bezug auf 1 umfasst die Ingotzuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform einen Tiegel 12, der Siliziumschmelze enthält, eine Heizvorrichtung zum Heizen des Tiegels 12, einen oberen Wärmeabschirmkörper 13, der über dem Tiegel 12 angeordnet ist, um Wärme der Siliziumschmelze abzuschirmen, und eine Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 zum Steuern des Abkühlens eines Ingots, nachdem der Ingot durch den oberen Wärmeabschirmkörper 13 hindurchgeht.
Die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 steuert eine Abkühltemperatur des Ingots, selbst nachdem der obere Wärmeabschirmkörper 13 Wärme in einer heißen Zone (H/Z) des Ingots steuert. Obwohl es später im Detail beschrieben wird, steuert die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots selbst in einer Niedertemperaturzone (was sich auf eine Temperaturzone bezieht, in welcher der über dem oberen Wärmeabschirmkörper 13 platzierte Ingot abkühlt) und verringert insbesondere den Unterschied der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem äußeren Bereich und dem inneren Bereich eines Ingots erheblicher Größe.
Zum Beispiel senkt sich, während der Ingot, der aus der Siliziumschmelze bei etwa 1.500°C gewachsen ist, durch den oberen Wärmeabschirmkörper 13 hindurchgeht und wächst, die Temperatur hiervon auf etwa 1.000°C ab. Dann geht der Ingot, der bei 1.000°C oder weniger gewachsen ist, durch das Innere der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 der Ausführungsform und von diesem Punkt an wird die Abkühltemperatur des Ingots durch die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gesteuert.
Das heißt, wenn sich der Ingot von 1.500°C auf 1.000°C abkühlt, werden vor allem Punktdefekte vom Leerstellentyp und Zwischengittertyp und Agglomerationsdefekte, die durch Agglomeration der Punktdefekte gebildet werden, erzeugt, die durch den oberen Wärmeabschirmkörper 13 gesteuert werden. Wenn sich der Ingot auf 1.000°C oder weniger abkühlt, werden vor allem Defekte, wie zum Beispiel Sauerstoff-Präzipitatkerne, die durch Kombination von Sauerstoff-Präzipitaten gebildet werden, erzeugt, die durch die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gesteuert werden.
Die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 wird in einer Kammer 11 bereitgestellt, in einer Ringform, die eine Öffnung mit einer solchen Größe umfasst, die es ermöglicht, dass der wachsende Ingot hierdurch gehen kann, und ist in einem vorherbestimmten Abstand von dem oberen Wärmeabschirmkörper 13 angeordnet.
Darüber hinaus umfasst die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 ein Rahmenteil 110, das ein äußeres Gestell hiervon bildet, ein Isolierteil 120 zum Isolieren des äußeren Bereichs E des wachsenden Ingots, ein Kühlungsteil 140, das über dem Isolierteil 120 angeordnet ist, um den wachsenden Ingot zu kühlen, ein Blockierungsteil 130, das zwischen dem Isolierteil 120 und dem Kühlungsteil 140 angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlungsteil 140 und dem Isolierteil 120 zu verhindern.
Im Übrigen werden Höhen und Längen der Komponenten, welche die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 bilden, entsprechend Temperaturzonen bestimmt, in denen der Ingot abkühlt. Die Abkühltemperaturzonen sind entsprechend der Defektart, die während des Abkühlens des Ingots in jeder Temperaturzone gebildet wird, unterteilt, was somit mit Bezug auf 2 beschrieben werden wird.
2 veranschaulicht ein Beispiel zum Beschreiben der Defektarten, die entsprechend Abkühltemperaturzonen gebildet werden, in denen ein Ingot abkühlt.
Mit Bezug auf 2 ist eine Temperaturzone in dem Bereich von 1.500 bis 1.080°C, in welcher der Ingot aus der Siliziumschmelze gezogen wird und abgekühlt wird, als eine erste Temperaturzone 200 festgelegt, eine Temperaturzone in dem Bereich von 1.080 bis 450°C, in welcher der Ingot anschließend gezogen und abgekühlt wird, ist als eine zweite Temperaturzone 210 festgelegt und eine Temperaturzone in dem Bereich von 450°C und weniger ist als eine dritte Temperaturzone 220 festgelegt.
Zuerst werden in der ersten Temperaturzone 200 vor allem Punktdefekte vom Leerstellentyp und Zwischengittertyp erzeugt.
Wie zuvor beschrieben wurde, können Defekte in der ersten Temperaturzone 200 unter Verwendung des V/G-Werts gesteuert werden und der G-Wert kann durch die Auslegung des oberen Wärmeabschirmkörpers 13 gesteuert werden.
Wenn jedoch der Durchmesser des Ingots wenigstens 300 mm beträgt, ist es schwierig den G-Wert alleine unter Verwendung des oberen Wärmeabschirmkörpers 13 zu steuern. Das heißt mit zunehmendem Durchmesser des Ingots nimmt der Verbrauch der Siliziumschmelze während des Ziehens des Ingots zu, was den Schmelzabstand zwischen der Unterseite des oberen Wärmeabschirmkörpers 13 und der Siliziumschmelzenoberfläche vergrößert, und die Änderung des Schmelzabstands führt zu einer Veränderung des G-Werts an der Fest-Flüssig-Grenzfläche der Siliziumschmelze. In diesem Fall weicht, selbst wenn die Zuggeschwindigkeit V des Ingots gesteuert wird, um eine defektfreie Zuggeschwindigkeit zu sein, der V/G-Wert von einer defektfreien Spanne in einigen Bereichen oder dem gesamten Bereich der Fest-Flüssig-Grenzfläche der Siliziumschmelze ab und V-Defekte oder I-Defekte können somit in dem Einkristall gebildet werden.
Anschließend werden in der zweiten Temperaturzone 210 Sauerstoff-Präzipitate gebildet und gezüchtet und die Präzipitate werden kombiniert, um vor allem Sauerstoff-Präzipitatkerne zu bilden.
Insbesondere werden zwischen 1.080°C und 850°C vor allem Sauerstoff-Präzipitate gebildet und gezüchtet und zwischen 850°C und 450°C agglomerieren diese Sauerstoff-Präzipitate, um vor allem Sauerstoff-Präzipitatkerne zu bilden.
Diese agglomerierten Sauerstoff-Präzipitatkerne werden als Defekte, wie zum Beispiel BMD, in Wafern gemessen.
Die Sauerstoff-Präzipitatkerne können sich in schädlicher Weise als Defekte in aktiven Bereichen des Wafers verhalten, um eine integrierte Schaltkreisbaugruppe, die mit dem Wafer hergestellt wurde, zu beschädigen, können jedoch nutzbringend als eine Gettering-Stelle eines Metalls fungieren, wenn sie außerhalb des aktiven Bereichs vorhanden sind.
Daher ist es hilfreich, den BMD für die Herstellung von Wafern hoher Qualität in einem bestimmten Wert zu halten und es ist somit erforderlich, den BMD-Wert während der Herstellung des Ingots zu steuern.
Schließlich ist der Siliziumingotkristall in der dritten Temperaturzone 220 vollständig gebildet und die Bildung der Defekte ist drastisch verringert.
Die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 steuert die Abkühltemperatur des Ingots vor allem in der zweiten Temperaturzone 210, um den BMD-Wert der Wafer zu steuern, was der Erhöhung der Ausbeute des Ingots durch schnelles Abkühlen des Ingots in der dritten Temperaturzone 220 dient, in welcher die Defekte weniger gebildet werden.
Daher wird in dem Fall, in dem die Temperatur des wachsenden Ingots innerhalb der zweiten und dritten Temperaturzone 210 und 220 fällt, die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots durch die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 der Ausführungsform gesteuert.
Defekte, die durch die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gesteuert werden, sind jedoch nicht auf die Sauerstoff-Präzipitatkerne beschränkt, sondern es ist offensichtlich, dass andere Defekte ebenso mit der Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit des Ingots gesteuert werden können.
Zum Beispiel wird es schwierig, wie in der ersten Temperaturzone 200 beschrieben wurde, den G-Wert alleine unter Verwendung des oberen Wärmeabschirmkörpers 13 mit zunehmenden Durchmessern des Ingots zu steuern. Daher erstreckt sich, um eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit zur Bildung von V-Defekten und I-Defekten zu verhindern, die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 zu der ersten Temperaturzone 200, um den G-Wert zu steuern, wodurch es möglich wird, die Bildung von V-Defekten und I-Defekten zu verhindern.
Der Aufbau der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 wird ausführlicher mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den inneren Aufbau der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht, und 4 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
Mit Bezug auf die 3 und 4 ist die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 in der Form einer zylinderförmigen Säule gebildet, von welcher das Innere mit einer Öffnung versehen ist, durch die der Ingot gezüchtet wird.
Darüber hinaus wird die Erscheinung der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 entsprechend dem Rahmenteil 110 gebildet, wobei das Rahmenteil 110 innere und äußere Wände umfasst, wobei die inneren und äußeren Wände des Rahmenteils 110 in einem vorherbestimmten Abstand ausgebildet sind, wobei das Isolierteil 120 und das Kühlungsteil 140 dazwischen angeordnet sind. Das heißt, die Weite zwischen der inneren und äußeren Wand, die das Rahmenteil 110 bilden, ist aus einem leeren Raum gebildet.
Darüber hinaus kann der leere Raum des Rahmenteils 110 eine Teilung in einer horizontalen Ebene hiervon umfassen, um so den leeren Raum in Abschnitte in einer vertikalen Richtung zu unterteilen. Das heißt, der innere Raum des Rahmenteils 110 kann in zwei oder mehrere Abschnitte durch Anpassen der Teilung unterteilt sein und innere Bereiche des Rahmens können jeweils aus dem Isolierteil 120, dem Blockierungsteil 130 und dem Kühlungsteil 140 gebildet sein.
Ebenso kann das Rahmenteil 110 eine Öffnung (nicht dargestellt) in der Seite hiervon umfassen und die Öffnung kann ein Fenster umfassen. Die Öffnung dient dazu, Licht weiterzuleiten, so dass der wachsende Ingot durch eine Ansichtsöffnung, die in der Kuppelkammer 11 ausgebildet ist, betrachtet werden kann.
Ebenso kann das Rahmenteil 110 aus Molybdän, Edelstahl, Graphit, einem Karbonverbundmaterial oder dergleichen hergestellt sein.
Alternativ kann das Rahmenteil 110 ebenso aus unterschiedlichen Materialien für jeden abgeteilten Abschnitt hergestellt sein. Zum Beispiel kann ein Bereich des Rahmenteils 110, der dem Isolierteil 120 entspricht, aus Graphit hergestellt sein, um so die Isolierfähigkeit zu verbessern, und die innere Wandfläche hiervon kann mit einem reflektierenden Material, wie zum Beispiel pyrolytischem Graphit, beschichtet sein, um so die Wärme des Einkristalls zu reflektieren. Ebenso kann ein Bereich des Rahmenteils 110, der dem Kühlungsteil 140 entspricht, aus einem Edelstahl mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein und die innere Wandfläche hiervon kann mit einem Wärme absorbierenden Material beschichtet sein.
Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem die abgeteilten Abschnitte jeweils aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 in einer solchen Weise ausgelegt sein, dass das Kühlungsteil 140 und das Isolierteil 120 jeweils hergestellt werden und dann lösbar zusammengebaut werden. Zum Beispiel kann jedes der Enden des Kühlungsteils 140 und des Isolierteils 120 ein Außengewinde aufweisen und beide Enden des Blockierungsteils 130 können ein Innengewinde aufweisen, so dass das Kühlungsteil und das Isolierteil mit den beiden Enden des Blockierungsteils verbunden werden können, um die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 zu bilden.
Alternativ kann die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit in einer solchen Weise ausgelegt sein, dass der obere Bereich des Isolierteils 120 und der untere Bereich des Blockierungsteils 130 eingefügt installiert sind und der obere Bereich des Blockierungsteils 130 und der untere Bereich des Kühlungsteils 140 eingefügt installiert sind.
Darüber hinaus ist der obere Bereich des Rahmenteils 110 mit dem oberen Bereich der Kammer 11 verbunden und der untere Bereich des Rahmens (-110-) erstreckt sich zu dem oberen Wärmeabschirmkörper 13 in einer vertikalen Richtung.
Um zum Beispiel die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots von der zweiten Temperaturzone 210 zu steuern, erstreckt sich ein Ende des Rahmenteils 110 zu einer Höhe, an der sich die Temperatur des gezogenen Ingots in einem Bereich von 1.080 bis 850°C befindet. Alternativ kann sich, um die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots in der ersten Temperaturzone 200 zu steuern, das Ende des Rahmenteils 110 ebenfalls zu der Oberseite des oberen Wärmeabschirmkörpers 13 erstrecken.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist der untere Bereich des geteilten Rahmenteils 110 mit einem Isolierstoff gefüllt, um das Isolierteil 120 zu bilden.
Der Isolierstoff kann aus Karbonfilz hergestellt sein, um so eine Verunreinigung der Siliziumschmelze zu verhindern.
Darüber hinaus dient das Isolierteil 120 dazu, Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem mittleren Bereich C und dem äußeren Bereich E des Ingots durch Isolieren des äußeren Bereichs E während des Abkühlens des Ingots zu verringern (siehe 5).
Das heißt, während des Abkühlens des Ingots, während die Wärme in dem mittleren Bereich C des Ingots alleine durch Leitung freigesetzt wird, wird die Wärme in dem äußeren Bereich E durch Strahlung sowie Leitung freigesetzt, so dass die Wärme auf verschiedene Weisen freigesetzt wird. Darüber hinaus sind die Temperaturen der Umgebung, an die die Wärme freigesetzt wird, ebenso unterschiedlich und der äußere Bereich E kühlt somit relativ schneller ab als der mittlere Bereich C. Somit sind die Abkühlgeschwindigkeiten in dem mittleren Bereich C und dem äußeren Bereich E des Ingots voneinander verschieden, was zu Abweichungen in jeder Abkühlhistorie führt. Wafer, die aus dem Ingot hergestellt werden, weisen inhomogene Kristalldefekte in den Oberflächen hiervon auf, so dass das Isolierteil 120 dazu dient, die Inhomogenität zu verhindern.
Zum Beispiel wird der BMD-Wert abhängig von der Abkühlhistorie des Ingots in der zweiten Temperaturzone 210 bestimmt. Wenn die Abkühlgeschwindigkeiten des äußeren Bereichs E und des inneren Bereichs des Ingots voneinander verschieden sind, dann sind die BMD-Werte an dem äußeren Bereich E und dem inneren Bereich in einer horizontalen Ebene des Ingots voneinander verschieden, was zu inhomogenen BMD-Werten in den Oberflächen der Wafer, die durch horizontales Schneiden des Ingots hergestellt werden, führt.
Daher ist das Isolierteil 120 in dem unteren Bereich der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 ausgebildet und das Isolierteil 120 ermöglicht somit, dass der äußere Bereich E des Ingots langsam abgekühlt wird, wodurch Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem mittleren Bereich C und dem äußeren Bereich E des Ingots verringert werden können.
Im Übrigen verringert die größere Länge des Isolierteils 120 Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem äußeren Bereich E und dem mittleren Bereich C des Ingots, so dass Wafer mit einer homogeneren Oberflächenqualität hergestellt werden können. Die größere Länge des Isolierteils 120 kann jedoch ebenso die Abkühlgeschwindigkeit des Ingots verringern, wodurch sich eine Schwäche ergibt, wie zum Beispiel eine Verringerung der Herstellungsleistung des Ingots. Daher ist es bevorzugt, dass das Isolierteil 120 lediglich in einem Abschnitt ausgebildet ist, in dem zu steuernde Defekte vor allem gebildet werden.
Zum Beispiel kann der untere Bereich des Isolierteils 120 an einer Höhe ausgebildet sein, an der die Temperatur an dem äußeren Bereich E des Ingots sich in dem Bereich von 1.080 bis 800°C befindet, und der obere Bereich hiervon kann bis zu einer Höhe ausgebildet sein, bei der die Temperatur an dem äußeren Bereich E des Ingots sich in einem Bereich von 450 bis 400°C befindet. Insbesondere ist es hinsichtlich der Ausbeute des Ingots bevorzugt, um die Konzentration der Sauerstoff-Präzipitatkerne zu steuern, die den durch das Isolierteil 120 zu steuernden BMD-Wert kritisch beeinflussen, dass das Isolierteil 120 in einer Temperaturzone in dem Bereich von 850 bis 450°C ausgebildet ist, in welcher sich die Sauerstoff-Präzipitatkerne am meisten bilden.
Alternativ kann der untere Bereich des Isolierteils 120 ebenso bis zu einer Höhe der Oberseite des oberen Wärmeabschirmkörpers ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Isolierteil 120 in vorteilhafter Weise V-Defekte und I-Defekte durch Steuerung des G-Werts des Ingots steuern, nachdem der Ingot durch den oberen Wärmeabschirmkörper hindurchgeht.
Um den Ingot ab einer Höhe schnell abzukühlen, bei der die Bildung von Defekten in dem Ingot drastisch verringert ist, ist das Kühlungsteil 140 in dem oberen Bereich des Rahmenteils 110 bereitgestellt. Zum Beispiel kann das Kühlungsteil 140 ab einer Höhe ausgebildet sein, bei der die Temperatur des äußeren Bereichs E des Ingots zwischen 450°C und 400°C liegt, da die Bildung von Sauerstoff-Präzipitatkernen bei 450°C oder weniger drastisch verringert ist.
In einer Ausführungsform kann das Kühlungsteil 140 eine wassergekühlte Röhre 122 umfassen, einen Einlass 121 zum Einspeisen von Kühlwasser in die wassergekühlte Röhre 122 und einen Auslass 123 zum Abführen des Kühlwassers.
Das heißt, die wassergekühlte Röhre 122 kann aus zwei oder mehreren Durchflüssen gebildet sein. Darüber hinaus kann der Einlass 121 zum Einspeisen des Kühlwassers in einer Seite des oberen Bereichs der wassergekühlten Röhre 122 ausgebildet sein und der Auslass 123 zum Abführen des Kühlwassers kann in einer Seite des unteren Bereichs der wassergekühlten Röhre 122 ausgebildet sein.
Des Weiteren können eine Zuleitung zum Zuführen von Kühlwasser und eine Pumpe (nicht dargestellt) entsprechend mit dem Einlass 121 und dem Auslass 123 verbunden sein, um das Kühlwasser auf einer niedrigen Temperatur durch Einspeisen und Abführen des Kühlwassers zu halten.
In diesem Fall kann die wassergekühlte Röhre 122 aus einem Material hergestellt sein, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie zum Beispiel Edelstahl.
Alternativ kann das Kühlungsteil 140 genau über dem Isolierteil 120 ausgebildet sein. Das Kühlungsteil 140 kann jedoch die Isolierfähigkeit des Isolierteils 120 durch Kühlen des Isolierteils 120 verringern, so dass ein separates Blockierungsteil 130 zwischen dem Isolierteil 120 und dem Kühlungsteil 140 ausgebildet sein kann.
Das heißt, das Blockierungsteil 130 kann zwischen dem Isolierteil 120 und dem Kühlungsteil 140 ausgebildet sein, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Isolierteil 120 unter dem Blockierungsteil 130 und dem Kühlungsteil 140 über dem Blockierungsteil 130 zu verhindern. Es ist für das Blockierungsteil 130 ausreichend, eine Höhe zum Verhindern des Wärmeaustauschs zwischen dem Isolierteil 120 und dem Kühlungsteil 140 aufzuweisen, so dass das Blockierungsteil 130 mit einer Höhe ausgebildet sein kann, die geringer ist als jene des Isolierteils 120 und des Kühlungsteils 140.
Zum Beispiel kann das Verhältnis der vertikalen Längen des Kühlungsteils, des Blockierungsteils und des Isolierteils 2:1:1 sein.
Um den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlungsteil 140 und dem Isolierteil 120 zu verhindern, kann sich das Blockierungsteil in einem Vakuumzustand befinden, kann jedoch aus einem separaten Isolierstoff oder einem leeren Raum gebildet sein.
Alternativ kann das Isolierteil 120 in einer anderen Ausführungsform mit einem Gas gefüllt sein.
Zum Beispiel kann das Isolierteil 120 einen Gaseinlass 131, eine Gastransferleitung 132 und einen Gasauslass 133 umfassen. In diesem Fall kann der Gaseinlass 131 in dem Kühlungsteil 140 ausgebildet sein und die Gastransferleitung 132 kann sich zu dem Kühlungsteil 140 erstrecken, um mit dem Gaseinlass 131 verbunden zu sein.
Darüber hinaus kann der Gaseinlass 131 mit einer Gaszuleitung zum Zuführen eines Inertgases und einem Versorgungsteil (nicht dargestellt) verbunden sein.
Unter Verwendung der Gaszuleitung und des Versorgungsteils kann das Isolierteil 120 mit dem Inertgas gefüllt werden, um die Isolierfähigkeit zu verbessern.
5 ist eine Schnittansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 der Ausführungsform dient der Verbesserung der Isolierfähigkeit des Ingots durch Modifizieren der Form des Isolierteils 120.
Das Isolierteil 120 der Ausführungsform kann ein erstes Isolierteil 124 umfassen, das die Größe einer Öffnung aufrechterhält, durch die der wachsende Ingot hindurchgeht, und ein zweites Isolierteil 125, das die Öffnungsgröße linear vergrößert.
Das Rahmenteil 110, das das erste und zweite Isolierteil 124 und 125 abdeckt, ist selbstverständlich entsprechend der Form des Isolierteils 120 ausgebildet.
Die Weite des zweiten Isolierteils 125 kann sich bis zu einer Größe der Oberseite des Tiegels 12, der die Siliziumschmelze enthält, vergrößern.
Das Isolierteil 120 weist eine solche Form auf, dass Wärme, die von der Siliziumschmelze freigesetzt wird, wirksam gegen die Außenseite abgeschirmt wird, so dass die Temperatur des inneren Raumes des Isolierteils 120 zunehmen kann und die Temperatur der Außenseite ebenso verringert werden kann.
6 ist eine Schnittansicht einer Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
Die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 der Ausführungsform dient der Verbesserung der Isolierfähigkeit des Ingots durch Modifizierung der Form des Isolierteils 120.
Das Isolierteil 120 der Ausführungsform kann ein erstes Isolierteil 126 umfassen, das die Größe einer Öffnung aufrechterhält, durch die der wachsende Ingot hindurchgeht, und ein zweites Isolierteil 127, das eine Kuppelform aufweist, um die Öffnungsgröße allmählich zu vergrößern.
Das Rahmenteil 110, das das erste und zweite Isolierteil 126 und 127 abdeckt, ist selbstverständlich entsprechend der Form des Isolierteils 120 ausgebildet.
Die Weite des zweiten Isolierteils 127 kann sich bis zu einer Größe der Oberseite des Tiegels 12, der die Siliziumschmelze enthält, vergrößern.
Das Isolierteil 120 weist eine solche Form auf, dass Wärme, die von der Siliziumschmelze freigesetzt wird, wirksam gegen die Außenseite abgeschirmt wird, so dass die Temperatur des inneren Raumes des Isolierteils 120 zunehmen kann und die Temperatur der Außenseite ebenso verringert werden kann.
Unter Verwendung der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gemäß des zuvor genannten verschiedenen Ausführungsformen sind die Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem äußeren Bereich E und dem mittleren Bereich C des Ingots in der zweiten Temperaturzone 210 aufgrund des Isolierteils 120 verringert und der Ingot geht durch das Kühlungsteil 140 als letzte Fertigung hindurch. Hierin nachstehend werden Änderungen des Ingots gemäß der Anwendung der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 beschrieben.
7 ist ein Graph, der Änderungen der BMD-Werte vor und nach der Anwendung der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Zunächst sind die Vorher-Werte in dem Graphen BMD-Werte, die von einem Wafer gemessen wurden, der durch Schneiden einer horizontalen Ebene des Ingots hergestellt wurde, der in einer Ingotzuchtvorrichtung gezüchtet wurde, die lediglich eine wassergekühlte Röhre ohne die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit 100 umfasst.
Aus dem Graphen kann gesehen werden, dass der BMD-Wert in Richtung auf die Mitte C von dem ersten äußeren Bereich E des Ingots zunimmt und in Richtung auf den nächsten äußeren Bereich E von dem mittleren Bereich C abnimmt. Das heißt, es kann gesehen werden, dass die Steigung des BMD groß ist.
Der äußere Bereich E des Ingots kühlt aufgrund der wassergekühlten Röhre schnell ab, so dass die Zeit zur Bildung von Sauerstoff-Präzipitatkernen verringert ist und der BMD-Wert somit klein ist. Auf der anderen Seite kühlt der mittlere Bereich C des Ingots langsam ab verglichen mit dem äußeren Bereich E, so dass die Zeit zur Bildung von Sauerstoff-Präzipitatkernen zunimmt und der BMD-Wert somit zunimmt.
Im Gegensatz hierzu kann in dem Fall der BMD-Werte eines Wafers, der durch Schneiden einer horizontalen Ebene des Ingots hergestellt wurde, der in der Ingotzuchtvorrichtung gezüchtet wurde, die die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit umfasst, bestätigt werden, dass die BMD-Werte gleichmäßig sind.
Das heißt, aus dem Graphen kann bestätigt werden, dass es im Wesentlichen keinen Unterschied des BMD-Werts zwischen dem äußeren Bereich E und dem mittleren Bereich C des Ingots gibt. Mit anderen Worten kann bestätigt werden, dass die Steigung des BMD als nahe Null bestimmt werden kann.
Der äußere Bereich E des Ingots ist durch das Isolierteil 120 isoliert, so dass die Abkühlzeiten in dem äußeren Bereich E und dem mittleren Bereich C des Ingots nahezu dieselben sind. Daher sind der äußere Bereich E und der mittlere Bereich C des Ingots ähnlich hinsichtlich des BMD-Werts, der proportional zu der Abkühlzeit ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, können unter Verwendung der Ingotzuchtvorrichtung der Ausführungsformen Abweichungen der Abkühlgeschwindigkeit in dem äußeren Bereich E und dem inneren Bereich des Ingots durch Steuerung der Abkühltemperatur des Ingots in einer Zone unterhalb der zweiten Temperaturzone 210 verringert werden. Daher weist die Ingotzuchtvorrichtung einen Vorteil dahingehend auf, dass Wafer mit gleichförmiger Qualität von dem Ingot hergestellt werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, ist zu verstehen, dass zahlreiche andere Modifikationen und äquivalente alternative Ausführungsformen durch den Fachmann erdacht werden können.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ingotzuchtvorrichtung zum Herstellen von Wafern und eine darin verwendete Kühlvorrichtung und ist somit gewerblich anwendbar.

Claims

Ingotzuchtvorrichtung zum Züchten eines Ingots aus einer Siliziumschmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, unter Verwendung eines Impfkristalls, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Kammer, die einen unteren Bereich zur Aufnahme des Tiegels und einen oberen Bereich, durch den der wachsende Ingot geht, umfasst; und eine Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit, die an dem oberen Bereich der Kammer angeordnet ist und sich zu dem unteren Bereich der Kammer erstreckt und eine Öffnung aufweist, durch die der wachsende Ingot geht, wobei die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit ein Isolierteil zum Isolieren des Ingots aufweist, ein Kühlungsteil, das über dem Isolierteil angeordnet ist, um den Ingot zu kühlen, und ein Blockierungsteil, das zwischen dem Isolierteil und dem Kühlungsteil angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch hierzwischen zu verhindern.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit ein Rahmenteil aufweist, das einen Umriss der Abkühlgeschwindigkeitssteuereinheit bildet, und das Rahmenteil mehrere Teilungen zum Trennen zwischen dem Isolierteil und dem Blockierungsteil beziehungsweis zwischen dem Blockierungsteil und dem Kühlungsteil aufweist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierteil aus einem Isolierstoff aus Karbonfilz hergestellt ist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das Blockierungsteil in einem Vakuumzustand zwischen dem Isolierteil und dem Kühlungsteil befindet.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlungsteil eine wassergekühlte Röhre zum Kühlen des Ingots entlang der inneren Wand des oberen Bereichs der Kammer aufweist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierteil in einer solchen Größe bereitgestellt ist, die es ermöglicht, dass das Isolierteil in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich eine Temperatur an dem äußeren Bereich des Ingots in dem Bereich von 850 bis 450°C befindet.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierteil und das Blockierungsteil, und das Kühlungsteil und das Blockierungsteil jeweils ausgelegt sind, lösbar miteinander verbunden zu sein.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen oberen Wärmeabschirmkörper, der eine Öffnung, durch die der wachsende Ingot geht, als eine über dem Tiegel angeordnete Isoliereinheit aufweist, wobei sich das Isolierteil zu der Oberseite des oberen Wärmeabschirmkörpers erstreckt.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Öffnung in der Seite des Isolierteils ausgebildet ist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der vertikalen Längen des Kühlungsteils, des Blockierungsteils und des Isolierteils 2:1:1 ist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlungsteil eine wassergekühlte Röhre, einen Einlass zum Einspeisen von Kühlwasser in die wassergekühlte Röhre und einen Auslass zum Abführen des Kühlwassers aufweist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierteil einen Gaseinlass, eine Gastransferleitung und einen Gasauslass aufweist.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierteil in einer solchen Weise ausgebildet ist, dass die Größe der Öffnung, durch die der Ingot geht, allmählich zunimmt.
Ingotzuchtvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Isolierteil eine Kuppelform aufweist, um die Größe der Öffnung allmählich zu vergrößern.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung, die innerhalb einer Ingotzuchtvorrichtung angeordnet ist, um eine Abkühlgeschwindigkeit des Ingots entsprechend der Höhe des wachsenden Ingots zu steuern, wobei die Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung aufweist: ein Rahmenteil, das einen Umriss der Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung bildet, eine Öffnung aufweist, durch die der wachsende Ingot geht, und wenigstens zwei Teilungen darin umfasst; ein Kühlungsteil, das an einem oberen Bereich des Rahmenteils angeordnet ist, um den Ingot zu kühlen; ein Isolierteil, das an einem unteren Bereich des Rahmenteils angeordnet ist, um den Ingot zu isolieren; und ein Blockierungsteil, das zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich des Rahmenteils angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlungsteil und dem Isolierteil zu verhindern.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Isolierteil und das Blockierungsteil, und das Kühlungsteil und das Blockierungsteil jeweils ausgelegt sind, lösbar miteinander verbunden zu sein.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Kühlungsteil eine wassergekühlte Röhre, einen Einlass zum Einspeisen von Kühlwasser in die wassergekühlte Röhre und einen Auslass zum Abführen des Kühlwassers aufweist.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Isolierteil einen Gaseinlass, eine Gastransferleitung und einen Gasauslass aufweist.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Isolierteil in einer solchen Weise ausgebildet ist, dass die Größe der Öffnung, durch die der Ingot geht, allmählich zunimmt.
Abkühlgeschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Isolierteil eine Kuppelform aufweist, um die Größe der Öffnung allmählich zu vergrößern.